(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形成する薄膜のもとになる材料を微粒子状にし、微粒子状にした前記材料を基板の第１主面上およびその裏面（以下、第２主面という）上に導き、堆積させて、前記基板の第１主面および第２の主面に同時に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基板の第１主面および第２主面を露出させておき、前記微粒子状にした前記材料を前記基板の第１主面上および第２主面上に導く際に、収斂させて密度を高めながら導くことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記基板を、前記第１主面の法線方向を回転軸として回転させながら前記材料を堆積させることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記基板の第１主面と対向する位置および第２主面と対向する位置にヒーターを配置して前記基板を加熱することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記微粒子状の前記材料は、酸化物超伝導体の形成に用いる材料から生成することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
形成する薄膜のもとになる材料からなるターゲットと、前記ターゲットから微粒子状の前記材料を発生させるカソードと、微粒子状にした前記材料を堆積させる基板を支持する支持部材と、前記基板を加熱するヒーターと、前記微粒子状にした前記材料を、収斂させて密度を高めながら前記基板の主面上に導くガイドを備える薄膜形成装置であって、前記支持部材は、前記基板の第１主面およびその裏面（以下、第２主面という）が露出するように前記基板を支持する部材であり、前記ガイドは、前記基板の第１主面と対向する位置および第２主面と対向する位置に配置されていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
前記ガイドは、前記微粒子状にした前記材料を導く方向に沿って前記基板からの距離が短くなる傾斜部を有することを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記支持部材は、前記基板の第１主面の法線方向を回転軸として、前記基板を回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記ヒーターは、前記各ガイドの前記基板と向かい合う面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記ターゲットは、前記微粒子状にした前記材料が、あらかじめ定められた角度で前記基板の第１主面または第２主面に入射するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記ターゲットを複数個備えることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
前記ターゲットは、酸化物超伝導体の形成に用いる材料でなることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成方法および薄膜形成装置に関し、特に、酸化物超伝導体からなる薄膜の形成方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体やシリコンなどの基板上に薄膜を形成する方法には、例えば、前記薄膜の材料（以下、薄膜材料と称する）を微粒子状にし、前記微粒子状の薄膜材料を前記基板上に堆積させて形成する方法がある。前記薄膜の形成方法には、例えば、前記薄膜材料を微粒子状にする方法や堆積させる方法などの違いにより、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、レーザーアブレーション法、蒸着法等がある。
【０００３】
また、前記スパッタリング法等で薄膜を形成するときに用いる薄膜形成装置は、一般に、前記薄膜を形成する基板と、前記微粒子状の薄膜材料を生成させるためのターゲットの位置関係により、平行平板型、対向型と呼ばれる装置に分けられる。
【０００４】
前記平行平板型の薄膜形成装置は、例えば、図１３に示すように、前記基板１の第１主面１Ａと前記ターゲット２Ｂが平行になるように配置されている。このとき、前記ターゲット２Ｂは、カソード３に取り付けられており、前記カソード３に電力を供給して、前記ターゲット２Ｂから、前記ターゲット２Ｂと前記基板１の間に前記微粒子状の薄膜材料２Ａを飛び出させる。そして、例えば、前記ターゲット２Ｂと前記基板１の間に電界を印加しておき、前記微粒子状の薄膜材料２Ａを加速させて前記基板１の方向へ導き、前記基板１の第１主面１Ａに前記微粒子状の薄膜材料２Ａを堆積させ、前記薄膜２を形成する。またこのとき、前記基板１は、図１３に示したように、ヒートステージ１３に固定しておき、前記基板１の第１主面１Ａの裏面（以下、第２主面と称する）１Ｂ側から加熱する。
【０００５】
前記平行平板型の薄膜形成装置の場合、加速して高エネルギー状態にある前記微粒子状の薄膜材料２Ａが、前記基板の薄膜形成面に対して垂直に近い角度で衝突する。そのため、前記薄膜２の成膜速度が速く、生産効率が高い一方で、前記基板１に堆積した薄膜２の表面へのダメージが大きいという問題がある。前記薄膜２の表面へのダメージを小さくするには、例えば、前記微粒子状の薄膜材料２Ａの加速度を小さくする方法がある。しかしながら、前記微粒子状の薄膜材料２Ａの加速度を小さくすると、前記薄膜２の成膜速度が低下し、生産効率が低下する。そこで、近年では、前記平行平板型の薄膜形成装置に代わる薄膜形成装置として、例えば、対向型の薄膜形成装置が提案されている。
【０００６】
前記対向型の薄膜形成装置は、例えば、図１４に示すように、前記基板１の第１主面１Ａの面内方向と平行な方向の延長線上に、２個のターゲット２Ｂが対向するように配置されている。このときも、前記各ターゲット２Ｂはカソード３に取り付けられており、前記カソード３に電力を供給し、前記ターゲット２Ｂから前記微粒子状の薄膜材料２Ａを飛び出させる。前記各ターゲット２Ｂから飛び出した微粒子状の薄膜材料２Ａは、対向する前記２個のターゲット２Ｂの間に集まるので、前記２個のターゲット２Ｂの間に電界を印加しておき、前記微粒子状の薄膜材料２Ａを加速させて前記基板１の第１主面１Ａ上に導くと、前記基板１の第１主面１Ａ上に前記微粒子状の薄膜材料２Ａが堆積して前記薄膜２が形成される。
【０００７】
前記対向型の薄膜形成装置の場合、前記微粒子状の薄膜材料２Ａが前記基板１の第１主面１Ａに衝突するときの入射角が、０度から４５度程度と小さいので、前記微粒子状の薄膜材料２Ａが前記基板１の第１主面１Ａに衝突したときに前記基板１の第１主面１Ａに堆積した薄膜２が受けるダメージは小さい。そのため、前記微粒子状の薄膜材料２Ａを高エネルギー状態で前記基板１の第１主面１Ａ上に導き、堆積させることができ、生産効率を低下させることなく、表面のダメージが少ない薄膜２を形成することができる。
【０００８】
なお、その他の方法、例えば、前記ＣＶＤ法やＭＢＥ法、レーザーアブレーション法、その他の成膜方法の場合も、前記スパッタリング法と同じような原理および装置で薄膜を形成するので、詳細な説明は省略する。
【０００９】
前記平行平板型や前記対向型の薄膜形成装置は、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）用アレイアンテナ、マイクロ波集積回路等のマイクロ波デバイスを製造するときに用いられる。前記マイクロ波デバイスは、例えば、図１５および図１６に示すように、基板１の第１主面１Ａに回路パターン２Ｃが設けられ、前記基板１の第２主面１Ｂには、グランドプレーン（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅ）２Ｄが設けられている。ここで、図１６は図１５のＤ−Ｄ’線での断面図である。
【００１０】
前記マイクロ波デバイスは、例えば、図１７に示したように、前記回路パターン２Ｃと前記グランドプレーン２Ｄの間で生じる漏れ電界にともなって生じる磁場の変化を利用して動作させる。このとき、前記回路パターン２Ｃおよび前記グランドプレーン２Ｄが酸化膜超伝導体であると、例えば、通常の導体に比べて表面抵抗が小さく、より高い動作特性を得ることができる。そのため、近年、前記酸化物超伝導体を用いた種々のマイクロ波デバイスが注目されている（例えば、Ｓ．Ｏｈｓｈｉｍａ，  ”Ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ，  ｆｉｌｔｅｒｓ  ａｎｄ  ａｎｔｅｎｎａｓ”，  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  １３，  ２０００，  ｐ．１０３−１０８を参照。）。
【００１１】
前記酸化物超伝導体を用いたマイクロ波デバイスでは、例えば、前記基板１には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やサファイア（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体基板が用いられ、前記回路パターン２Ｃおよび前記グランドプレーン２ＤにはＹＢＣＯやＢＳＣＣＯ等の酸化物超伝導体が用いられる。
【００１２】
前記酸化物超伝導体を用いたマイクロ波デバイスを製造するときには、まず、図１８に示すように、前記誘電体基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂのそれぞれに、前記酸化物超伝導体の薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成する。前記薄膜２Ｃ’，２Ｄの形成には、前記平行平板型や前記対向型の薄膜形成装置を用いる。このとき、前記ターゲット２Ｂは、例えば、酸化物超伝導体の１種であるＹＢＣＯの形成に用いるＹＢａ２Ｃｕ３ＯＸ、Ｙ２Ｏ３、ＢａＯ、ＣｕＯ等の材料からなるとする。またこのとき、前記誘電体基板１は、例えば、約８００℃に加熱しておく。
【００１３】
また、前記薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成するときには、例えば、前記誘電体基板１の第１主面１Ａ上の薄膜２Ｃ’を形成した後、前記誘電体基板１を裏返して、前記誘電体基板１の第２主面１Ｂ上の薄膜２Ｄを形成する。このとき、前記誘電体基板１の第１主面１Ａおよび前記第２主面１Ｂ上の各薄膜２Ｃ’２Ｄは、例えば、同一の膜質および膜厚になるように、前記ターゲット２Ｂの組成や形成時の装置内の条件を一定にして形成する。
【００１４】
次に、図１９に示すように、一方の薄膜、例えば、前記誘電体基板１の第１主面１Ａの薄膜２Ｃ’上に、前記回路パターン２Ｃに合わせたエッチングレジスト１２を形成する。このとき、図示は省略するが、例えば、前記エッチングレジスト１２を形成した面の裏面、すなわち前記基板１の第２主面１Ｂの薄膜２Ｄ上にもレジストを形成しておく。その後、前記エッチングレジスト１２を形成した面の薄膜２Ｃ’をエッチングして不要な部分を除去し、図１５に示したような、前記回路パターン２Ｃを形成する。
【００１５】
しかしながら、前記従来の技術では、前記基板１の両面に薄膜２を形成するときには、片面ずつ形成しなければならない。そのため、例えば、前記基板１の第１主面１Ａに薄膜２を形成した後、前記基板１を裏返して前記基板１の第２主面１Ｂに薄膜２を形成している間に、前記基板１の第１主面１Ａに形成した薄膜２の膜質が変化してしまうことがある。特に、前記マイクロ波デバイスのように、前記酸化物超伝導体の薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成するときには、計時変化による膜質の劣化が起こりやすいという問題があった。
【００１６】
また、同じ薄膜形成装置を用いて、同じ条件で薄膜を形成しても、前記ターゲット２Ｂの状態や、加熱時の温度ムラ等により、１度目に形成した薄膜２と２度目に形成した薄膜２の膜質に違いが生じやすい。そのため、従来の薄膜形成方法では、前記基板１の第１主面１Ａの薄膜と第２主面１Ｂの薄膜の膜質を均一化することが難しいという問題があった。
【００１７】
特に、前記デバイスを製造するときに用いる前記酸化物超伝導体は、化学的安定性が乏しい。そのため、前記基板１の両面に前記酸化物超伝導体の薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成するときに、片面ずつ形成していると、前記誘電体基板１の第１主面１Ａに形成した薄膜２Ｃ’および前記第２主面１Ｂに形成した薄膜２Ｄの膜質の劣化や、均一性の低下が起こりやすい。そのため、例えば、前記回路パターン２Ｃの電気的特性と前記グランドプレーン２Ｄの電気的特性に違いが生じ、前記デバイスの動作が不安定になるという問題があった。
【００１８】
また、前記マイクロ波デバイス等の製造に用いる前記基板１は、近年、大型化が進んでいる。そのため、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に薄膜を形成するときに、片面ずつ形成していると、膜質の劣化や不均一性が著しくなる。また、その他にも、例えば、前記薄膜の形成に要する時間およびエネルギー消費量が増加するという問題があった。
【００１９】
また、前記薄膜の形成に要する時間が長くなると、前記薄膜の生産効率が低下し、製造コストが上昇するという問題があった。
【００２０】
したがって、本発明は、基板の両面に微粒子状の酸化物超伝導体等の薄膜を形成する薄膜形成方法において、各面の薄膜の膜質の劣化やばらつきを低減することが可能な技術を提供することを目的としている。
【００２１】
また、本発明は、基板の両面に酸化物超伝導体等の薄膜を形成する薄膜形成方法において、製造コストを低減することを目的としている。
【発明の開示】
【００２２】
本発明の薄膜形成方法は、形成する薄膜のもとになる材料（以下、薄膜材料という）を微粒子状にし、前記微粒子状にした薄膜材料を基板の第１主面上およびその裏面（第２主面）上に導き、前記基板に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基板の第１主面および第２主面を露出させておき、前記微粒子状にした薄膜材料を前記基板の第１主面上および第２主面上に導く際に、収斂させて密度を高めながら導く。このようにすることで、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができる。そのため、計時変化による膜質の劣化や、ターゲットの状態あるいは温度ムラなどによる膜質のばらつきを低減でき、前記基板の両面に形成した薄膜の膜質の均一化が容易である。
【００２３】
また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成できるので、前記薄膜の形成に要する時間やエネルギー消費量を低減することができる。そのため、生産効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【００２４】
また、前記微粒子状の薄膜材料を、前記基板の第１主面上および第２主面上に近づくにつれて、収斂して密度が高くなるように導くことで、前記薄膜の成膜速度を大きくすることができる。そのため、前記薄膜の生産効率がより向上する。
【００２５】
またこのとき、前記基板を、前記第１主面の法線方向を回転軸として回転させながら前記薄膜材料を堆積させることにより、前記微粒子状の薄膜材料の密度分布にムラがある場合でも、前記薄膜の膜厚の均一化が容易となる。
【００２６】
またこのとき、前記基板の第１主面と対向する位置および前記第２主面と対向する位置にヒーターを配置して前記基板を加熱することで、前記基板の温度ムラを低減することができる。そのため、前記薄膜の膜質のばらつきを低減することができる。
【００２７】
また、このような薄膜形成方法は、例えば、ＹＢＣＯやＢＳＣＣＯ等の、化学的安定性に乏しい酸化物超伝導体の薄膜を形成するとき用いるのが好ましい。前記酸化物超伝導体は、計時変化などにより、膜質の劣化やばらつきが起こりやすい。そのため本発明の薄膜形成方法を用いることで、薄膜の形成に要する時間を短縮でき、膜質の劣化やばらつきを低減することができる。
【００２８】
また、本発明の薄膜形成装置は、形成する薄膜のもとになる材料（薄膜材料）からなるターゲットと、前記ターゲットから微粒子状の薄膜材料を発生させるカソードと、微粒子状にした薄膜材料を堆積させる基板を支持する支持部材と、前記基板を加熱するヒーターと、微粒子状にした薄膜材料を、収斂させて密度を高めながら前記基板の主面上に導くガイドを備える薄膜形成装置であって、前記支持部材は、前記基板の第１主面およびその裏面（以下、第２主面という）が露出するように前記基板を支持する部材であり、前記ガイドは、前記基板の第１主面と対向する位置および第２主面と対向する位置に配置されている薄膜形成装置である。そのため、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができ、膜質の劣化を低減できるとともに、前記基板の各面に形成した薄膜の膜質の均一化が容易である。
【００２９】
また、前記基板の両面に、同時に薄膜を形成できるので、前記薄膜を形成に要する時間やエネルギー消費量を低減することができる。そのため、生産効率を向上させ、製造コストを低減することができる。
【００３０】
また、前記ガイドを配置することにより、前記基板の第１主面と平行な方向の延長線上で発生させた微粒子状の薄膜材料を前記基板上に導く際に、前記微粒子状の薄膜材料が発散するのを防ぐことができる。そのため、従来の対向型の薄膜形成装置に比べて、微粒子状の薄膜材料が前記基板に堆積しやすく、薄膜の形成効率が向上する。
【００３１】
また、このような薄膜形成装置において、前記ガイドは、前記微粒子状の薄膜材料を導く方向に沿って前記基板からの距離が短くなる傾斜部を有することが好ましい。またさらに、前記微粒子状の薄膜材料を導く方向に沿った前記傾斜部の先に前記基板の第１主面あるいは第２主面と平行な平行部を有することが好ましい。このとき、前記微粒子状の薄膜材料は、前記傾斜部に沿って前記基板の第１主面上あるいは第２主面上に導かれる。そのため、前記微粒子状の薄膜材料を、収斂させて密度を高くさせながら前記基板の第１主面上および第２主面上に導くことが容易になる。
【００３２】
またこのとき、前記支持部材は、前記基板を回転させる回転機構を備えることが好ましい。前記ガイドによって、前記微粒子状の薄膜材料を収斂させ、密度を高くさせながら導いた場合でも、前記ガイドの平行部と傾斜部では、前記微粒子状の薄膜材料の密度にばらつきがある。そのため、前記回転機構により前記基板を回転させることにより、前記微粒子状の薄膜材料の密度のばらつきの影響を少なくすることができ、形成する薄膜の膜厚の均一化が容易になる。
【００３３】
またこのとき、前記ヒーターは、例えば、前記各ガイドの前記基板と向かい合う面に設けることで、前記基板の加熱ムラを低減することができる。
【００３４】
また、前記ターゲットは、生成させた微粒子状の薄膜材料が、あらかじめ定められた角度で前記基板の第１主面および第２主面に入射するように配置するのが好ましい。このとき、前記微粒子状の薄膜材料が前記基板の第１主面および第２主面に入射（衝突）するときの入射角が大きすぎると、形成した薄膜の表面へのダメージが大きく、表面が粗くなる。また、前記入射角が小さすぎると、前記基板の第１主面および第２主面に入射（衝突）したときに、はじかれやすくなり前記薄膜の成膜速度が低下する。そのため、前記ターゲットは、前記微粒子状の薄膜材料の入射角度が、例えば、３度から４５度になるように配置するのが好ましい。
【００３５】
またこのとき、前記ターゲットを複数個に分割すれば、前記微粒子状の薄膜材料を生成するときの効率が向上し、低消費電力化することができる。
【００３６】
また、前記薄膜形成方法および前記薄膜形成装置は、前記基板および前記薄膜形成用材料の種類を問わず、種々の薄膜形成に適用することができるが、特に、ＹＢＣＯやＢＳＣＣＯ等の化学的安定性の乏しい酸化物超伝導体の薄膜を形成するときに適用することが好ましい。このとき、前記ターゲットは、酸化物超伝導体の形成に用いる材料で構成する。前記酸化物超伝導体は、化学的安定性に乏しいので、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することで、計時変化による膜質の変化（劣化）やばらつきを低減することができる。そのため、例えば、前記マイクロ波デバイス等のデバイスを製造するときに、本発明の薄膜形成方法および薄膜形成装置を適用してＹＢＣＯやＢＳＣＣＯ等の酸化物超伝導体薄膜を製造することで、前記デバイスの動作特性のばらつき等を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
図１は、本発明による一実施の形態の薄膜形成方法の原理を説明するための模式図である。
図２は、本発明による一実施の形態の薄膜形成方法の原理を説明するための模式図である。
図３は、本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置の概略構成を示す模式図であり、装置の構成を示す正面図である。
図４は、本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置の概略構成を示す模式図であり、図３のＡ−Ａ’線で見た左側面図である。
図５は、本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置の概略構成を示す模式図であり、基板ホルダの構成を示す平面図である。
図６は、本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置の概略構成を示す模式図であり、図５のＢ−Ｂ’線での断面図である。
図７は、本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置の概略構成を示す模式図であり、ヒーターの構成を示す平面図である。
図８は、本実施の形態の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの構成の一例を示す平面図である。
図９は、本実施の形態の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、図８のＣ−Ｃ’での断面図である。
図１０は、本実施の形態の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの動作を説明するための図である。
図１１は、本実施の形態の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの製造方法を説明するための断面図である。
図１２は、本実施の形態の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの製造方法を説明するための断面図である。
図１３は、従来の薄膜形成方法を説明するための模式図であり、平行平板型の装置を用いた形成方法を示す図である。
図１４は、従来の薄膜形成方法を説明するための模式図であり、対向型の装置を用いた形成方法を示す図である。
図１５は、従来の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの構成の一例を示す平面図である。
図１６は、従来の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、図１５のＤ−Ｄ’での断面図である。
図１７は、従来の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの動作を説明するための図である。
図１８は、従来の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの製造方法を説明するための断面図である。
図１９は、従来の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、マイクロ波デバイスの製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３９】
本発明の薄膜形成方法では、基板の表面および裏面が露出するように前記基板を支持し、前記基板の表面（または裏面）の延長線上で生成した微粒子状の材料を前記基板側に導いて前記基板の表面および裏面に堆積させることで、前記表面および裏面の両面に同時に薄膜を形成する。
【００４０】
（実施の形態）
図１および図２は、本発明による一実施の形態の薄膜形成方法の原理を説明するための模式図である。
【００４１】
図１および図２において、１は基板、１Ａは基板の第１主面、１Ｂは基板の第２主面、２Ａは微粒子状の薄膜材料、２Ｂはターゲット、３はカソード、４はガイド、４Ａはガイドの平行部、４Ｂはガイドの傾斜部である。また、図２において、θは微粒子状の薄膜材料の入射角である。
【００４２】
本実施の形態の薄膜形成方法は、例えば、スパッタリング法を用いた形成方法であり、図１に示すように、基板１の薄膜を形成する第１主面１Ａおよびその裏面（第２主面）１Ｂの面内方向と平行な方向の延長線上で、微粒子状の薄膜材料２Ａを生成する。このとき、前記微粒子状の薄膜材料２Ａは、例えば、図１に示すように、カソード３に取り付けたターゲット２Ｂから生成する。またこのとき、前記ターゲット２Ｂを取り付けたカソード３は、図１および図２に示すように、前記ターゲット２Ｂから生成した前記微粒子状の薄膜材料２Ａが、角度θで前記基板１の第１主面１Ａあるいは第２主面１Ｂに入射（衝突）するように配置する。前記角度θは、例えば、３度から４５度にする。
【００４３】
このとき、前記基板１を、前記第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの端部で支持して、前記第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂが露出した状態にしておき、前記微粒子状の薄膜材料２Ａを前記基板１の第１主面１Ａ上および第２主面１Ｂ上に導けば、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂに、同時に薄膜を形成することができる。
【００４４】
またこのとき、図１および図２に示したように、前記基板１の第１主面１Ａ上および第２主面１Ｂ上に、前記各主面１Ａ，１Ｂと平行な平行部４Ａおよび前記基板１から前記ターゲット２Ｂに向かうにつれて前記基板１からの距離が遠くなる傾斜部４Ｂを有するガイド４を設けておけば、前記微粒子状の薄膜材料２Ａを前記基板１の各主面１Ａ，１Ｂに導く過程で、前記微粒子状の薄膜材料２Ａを収斂させて密度を高くすることができる。そのため、薄膜の成膜速度が高くなり、生産効率を向上させることができる。
【００４５】
このとき、前記ガイド４の平行部４Ａと傾斜部４Ｂの境界が、図１に示したように、前記基板１上にある場合、前記平行部４Ａで挟まれた部分の薄膜材料２Ａの密度と、前記傾斜部４Ｂで挟まれた部分の薄膜材料２Ａの密度が異なるため、膜厚にばらつきが生じる。そのため、前記ガイド４の平行部４Ａと傾斜部４Ｂの境界が前記基板１上にある場合には、例えば、前記基板１を回転させながら前記薄膜材料２Ａを堆積させるのが好ましい。
【００４６】
また、前記薄膜を形成する場合、一般に、前記基板１を加熱する必要がある。そのため、例えば、前記ガイド４の前記基板１と向かい合った面にヒーター（図示しない）を設け、前記基板１を加熱する。このときも、前記ガイド４の平行部４Ａと傾斜部４Ｂの境界が、図１に示したように、前記基板１上にある場合、前記平行部４Ａで挟まれた部分の温度と、前記傾斜部４Ｂで挟まれた部分の温度に差が生じ、膜質が不均一になる。そのため、前記ガイド４の平行部４Ａと傾斜部４Ｂの境界が前記基板１上にある場合には、例えば、前記基板１を回転させながら前記薄膜材料２Ａを堆積させるのが好ましい。
【００４７】
以上説明したように、前記基板１を、例えば、第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂが露出するように支持しておき、前記基板１の第１主面の面内方向の延長線上で発生させた前記微粒子状の薄膜材料２Ｃを、加速させながら前記基板１側に導くことで、前記微粒子状の薄膜材料２Ｃは、前記基板１の第１主面１Ａ上および前記第２主面１Ｂ上の両方に導かれる。そのため、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂのそれぞれに、同時に薄膜を形成することができる。また、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂのそれぞれに、同時に薄膜を形成することができるので、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂに形成した両薄膜の膜質の均一化が容易である。
【００４８】
また、前記ガイド４を設けて、前記基板１の第１主面１Ａ上および第２主面１Ｂ上での前記薄膜材料２Ａの密度を高くすることで、成膜速度の低下を防ぐことができる。また、前記基板の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂに同時に薄膜を形成することができるので、薄膜の形成に要する時間を短縮することができる。
【００４９】
図３乃至図７は、本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置の概略構成を示す模式図であり、図３は薄膜形成装置の構成を示す正面図、図４は図３のＡ−Ａ’線で見た左側面図、図５は基板ホルダの構成を示す平面図、図６は図５のＢ−Ｂ’線での断面図、図７はヒーターの構成を示す平面図である。
【００５０】
図３乃至図７において、５はチャンバ、５Ａは第１排気ポート、５Ｂは第２排気ポート、５Ｃはガス導入管、６は基板ホルダ、６Ａは第１ホルダ、６Ｂは第２ホルダ、６Ｃはビス、７は支持部材、８はドライブシャフト、９はモーター、１０はヒーター、１０Ａはヒーターの平行部、１０Ｂはヒーターの傾斜部、１０Ｃは電熱線、１０Ｄは貫通穴、１１はカソード取り付け部材、１１Ａは角度調節部である。
【００５１】
本実施の形態の薄膜形成方法を実現する薄膜形成装置は、図３および図４に示すように、チャンバ５の内部に、例えば、前記基板１を取り付けた基板ホルダ６を支持する支持部材７と、前記ターゲット２Ｂを取り付けたカソード３と、前記ガイド４が設けられている。このとき、前記基板ホルダ６は、図５および図６に示すように、第１ホルダ６Ａおよび第２ホルダ６Ｂ、ならびに前記第１ホルダ６Ａと前記第２ホルダ６Ｂを締結固定するビス６Ｃにより構成されている。またこのとき、前記基板ホルダ６は、図６に示したように、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂが露出するように、前記第１ホルダ６Ａおよび第２ホルダ６Ｂで、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの端部を支持する。
【００５２】
また、前記支持部材７は、例えば、ドライブシャフト８によりモーター９と連結しており、前記モーター９の回転に合わせて、基板１の第１主面１Ａの法線方向を回転軸として前記基板ホルダ６を回転させることができるようになっている。
【００５３】
また、前記ガイド４は、前記基板ホルダ６と平行な平行部４Ａと、前記基板ホルダ６から前記カソード３に向かうにつれて前記基板ホルダ６から遠ざかる傾斜部４Ｂからなる。このとき、前記平行部４Ａと前記傾斜部４Ｂは、例えば、回転支点部４Ｃで連結しており、前記平行部４Ａと前記傾斜部４Ｂのなす角度を調節できるようになっているものとする。
【００５４】
また、前記ガイド４の前記基板ホルダ６と向かい合う面には、ヒーター１０が設けられている。このとき、前記ヒーター１０は、例えば、図７に示すように、前記ヒーター４の平行部４Ａに取り付けられた平行部１０Ａと、前記ヒーター４の傾斜部４Ｂに取り付けられた傾斜部１０Ｂとからなる。またこのとき、前記ヒーター１０の平行部１０Ａと前記傾斜部１０Ｂのなす角は、例えば、前記ガイド４の平行部４Ａと傾斜部４Ｂの動きと連動するようにしておく。また、前記ヒーター１０の平行部１０Ａに設けられた電熱線１０Ｃと、前記ヒーター１０の傾斜部１０Ｂに設けられた電熱線１０Ｃは、密度を変えるなどして、前記平行部１０Ａと傾斜部１０Ｂでの温度差が小さくなるようにする。また、前記ヒーター１０には、前記ドライブシャフト８が通る貫通穴１０Ｄも設けておく。
【００５５】
また、図示は省略するが、前記ガイド４にも、前記ドライブシャフト８が通る貫通穴を設けておく。
【００５６】
また、前記カソード３は、図３および図４に示したように、カソード取り付け部材１１により前記チャンバ５に固定する。このとき、前記カソード取り付け部材１１には、前記カソード３の角度を調節する角度調節部１１Ａを設けておく。
【００５７】
前記薄膜形成装置を用いて、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂに薄膜を形成するときには、まず、例えば、前記チャンバ５の内部に、前記基板ホルダ６を入れて前記支持部材７で支持し、前記ターゲット２Ｂを取り付けたカソード３を前記チャンバ５に取り付けるとともに、前記ガイド４の傾斜部４Ｂおよび前記ヒーター１０の傾斜部１０Ｂ、ならびに前記カソード３の角度を調節する。
【００５８】
このとき、前記カソード３の角度は、図２に示したように、前記カソード３に取り付けたターゲット２Ｂから飛び出させた微粒子状の薄膜材料２Ａの入射角θが、１５度になるように調節する。また、前記ガイド４の傾斜部４Ｂおよび前記ヒーター１０の傾斜部１０Ｂの角度も、前記微粒子状の薄膜材料２Ａの入射角θに合わせて、３０度になるように調節する。
【００５９】
次に、チャンバ５に設けられた第１排気ポート５Ａおよび第２排気ポート５Ｂから内部の空気を吸い出すとともに、前記チャンバ５に設けられたガス導入管５Ｃから、アルゴンガスや酸素ガスを前記チャンバ５の内部に充填して、前記チャンバ５の内部を真空状態にする。
【００６０】
次に、前記基板ホルダ６を回転させながら、前記ヒーター１０で前記基板ホルダ６に取り付けた基板１を、あらかじめ定められた温度に加熱する。
【００６１】
その後、前記カソード３に電力を供給し、前記ターゲット２Ｂから微粒子状の薄膜材料２Ａを飛び出させる。前記ターゲット２Ｂから飛び出させた微粒子状の薄膜材料２Ａは、例えば、図１を用いて説明した原理に従って、前記基板１の第１主面１Ａ上および第２主面１Ｂ上に導かれ、前記基板１の第１主面１Ａ上および第２主面１Ｂ上に堆積する。
【００６２】
図８乃至図１２は、本実施の形態の薄膜形成方法の適用例を説明するための模式図であり、図８はマイクロ波デバイスの構成の一例を示す平面図、図９は図８のＣ−Ｃ’での断面図、図１０はマイクロ波デバイスの動作を説明するための図、図１１および図１２はマイクロ波デバイスの製造方法を説明するための断面図である。
【００６３】
本実施の形態の薄膜形成方法は、例えば、図８および図９に示すように、基板１の第１主面１Ａに回路パターン２Ｃが設けられ、前記基板１の第１主面１Ａの裏面（第２主面）１Ｂにグランドプレーン２Ｄが設けられたマイクロ波デバイスを製造するときに用いられる。前記マイクロ波デバイスには、例えば、アレイアンテナ、マイクロ波集積回路、フィルター等がある。
【００６４】
前記マイクロ波デバイスは、例えば、図１０に示したように、前記回路パターン２Ｃと前記グランドプレーン２Ｄの間で生じる漏れ電界にともなって生じる磁場の変化を利用して動作させる。このとき、前記回路パターン２Ｃおよび前記グランドプレーン２Ｄが前記酸化膜超伝導体であると、例えば、通常の導体に比べて表面抵抗が小さく、より高い動作特性を得ることができる。そのため、近年、前記酸化物超伝導体を用いた種々のマイクロ波デバイスが注目されている。
【００６５】
前記酸化物超伝導体を用いたマイクロ波デバイスでは、例えば、前記基板１にはＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等の誘電体基板が用いられ、前記回路パターン２Ｃおよび前記グランドプレーン２ＤにはＹＢＣＯやＢＳＣＣＯ等の酸化物超伝導体が用いられる。
【００６６】
前記酸化物超伝導体を用いたマイクロ波デバイスを製造するときには、まず、図１１に示すように、前記誘電体基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂに、前記酸化物超伝導体の薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成する。前記薄膜２Ｃ’，２Ｄの形成には、本実施の形態で説明した薄膜形成装置を用いる。このとき、前記ターゲット２Ｂは、例えば、酸化物超伝導体の１種であるＹＢＣＯの形成に用いるＹＢａ２Ｃｕ３ＯＸ、Ｙ２Ｏ３、ＢａＯ、ＣｕＯ等の材料を用いる。また、前記基板１は、例えば、約８００℃に加熱した状態にしておく。
【００６７】
次に、一方の薄膜、例えば、図１２に示すように、前記基板１の第１主面１Ａに形成した薄膜２Ｃ’上に、前記回路パターン２Ｃに合わせたエッチングレジスト１２を形成する。このとき、図示は省略するが、例えば、前記エッチングレジスト１２を形成した面の裏面、すなわち前記基板１の第２主面１Ｂの薄膜２Ｄ上にもレジストを形成しておく。その後、前記エッチングレジスト１２を形成した面の薄膜２Ｃ’をエッチングして不要な部分を除去し、図８に示したような、前記回路パターン２Ｃを形成する。
【００６８】
このとき、従来の薄膜形成装置では、片面ずつ前記薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成したいたので、例えば、１回目に形成した薄膜２Ｃ’と、２回目に形成した薄膜２Ｄの計時変化の度合いが異なり、両薄膜２Ｃ’，２Ｄの膜質が異なることが多かった。特に、前記酸化物超伝導体を用いて形成した薄膜２Ｃ’，２Ｄの場合、前記酸化物超伝導体が化学的安定性に乏しく、膜質の劣化やばらつきが顕著である。そのため、製造したマイクロ波デバイスの動作特性の劣化に大きな影響を与える。一方、本実施の形態の薄膜形成装置では、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成することができ、各面の薄膜２Ｃ’，２Ｄの膜質の劣化やばらつきを低減することができる。そのため、デバイスの動作特性を安定化させることができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態の薄膜形成方法によれば、基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成することができるので、計時変化による膜質の劣化やばらつきを低減することができる。
【００７０】
また、基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成することができるので、薄膜を形成するのに要する時間およびエネルギー消費量を低減することができる。そのため、前記薄膜の製造コストを低減することができる。
【００７１】
また、基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２Ｃ’，２Ｄを形成することができるので、例えば、前記酸化物超伝導体の薄膜を形成するときにも、計時変化による膜質の劣化を低減することができる。そのため、前記酸化物超伝導体を用いたマイクロ波デバイスの動作特性を安定化させることができる。
【００７２】
また、図３および図４に示したような薄膜形成装置を用いることで、一度に複数枚の基板１に薄膜を形成する場合、あるいは、大型の基板１に薄膜を形成する場合にも、膜質の劣化やばらつき、膜厚のばらつきを低減することができる。
【００７３】
以上、本発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【００７４】
例えば、前記実施の形態では、スパッタリング法を例に挙げて、原理および薄膜形成装置の構成を説明したが、これに限らず、同様の原理を用いるＣＶＤ法、ＭＢＥ法、レーザーアブレーション法、蒸着法等に適用することもできる。
【００７５】
また、前記実施の形態では、酸化物超伝導体を用いた薄膜の形成方法について説明したが、これに限らず、同様の原理および装置を用いた薄膜形成方法であれば、材料の種類を問わず、例えば、半導体や金属の薄膜を形成する場合にも適用できる。
【００７６】
また、前記実施の形態では、前記ヒーター１０は、図７に示したように、前記平行部１０Ａと前記傾斜部１０Ｂの電熱線１０Ｃの密度を変えることで、温度ムラを低減しているが、これに限らず、例えば、前記平行部１０Ａの電熱線１０Ｃと前記傾斜部１０Ｂの電熱線１０Ｃを独立させて、それぞれに印加する電力を調節して温度ムラを低減してもよい。またさらに、前記実施の形態では、図３に示したように、前記ガイド４の前記基板ホルダ６と向かい合う面に前記ヒーター１０を設けたが、これに限らず、前記基板ホルダ６に取り付けた基板１を均一に加熱できれば、どのような構成、配置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかる薄膜形成方法及び薄膜形成装置は、微粒子状の材料を基板に堆積させて薄膜を形成する方法として有用であり、特に、安定した動作特性が要求されるマイクロ波デバイス等の製造に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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