(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高真空状態にでき、内部に、緻密な硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室と、成膜室に隣接して設けられたプラズマ発生室を有し、プラズマ発生室には、高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナをプラズマ発生室である真空容器の内部に配置し、高周波アンテナの内側に絶縁体製の放電管を配置し、プラズマ発生室の内面と放電管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置及び緻密な硬質薄膜を構成する材料のターゲットを成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置し、プラズマ発生室の前記放電管よりターゲット側に放電ガスを導入し、高密度のプラズマを発生し、ターゲットからスパッタされたターゲット材の原子を励起及び電離した状態で基板へ導入するように構成したことを特徴とする緻密な硬質薄膜の形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の緻密な硬質薄膜の形成装置において、
前記プラズマ発生装置に、反応ガスを供給する反応ガス供給手段が設けられていることを特徴とする緻密な硬質薄膜の形成装置。
【請求項３】
内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてボロン材を使用し、
プラズマ発生室に窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオンより成膜室内の基板表面上に硬質なｓｐ３構造の結合を多く含んだボロン・ナイトライド膜を形成すること
を特徴とする緻密な硬質薄膜の形成方法。
【請求項４】
内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてカーボン材を使用し、
ターゲット材から飛び出したカーボン原子を電離させて生成したカーボンイオンより成膜室内の基板表面上に緻密なダイヤモンド・ライク・カーボン膜を形成すること
を特徴とする緻密な硬質薄膜の形成方法。
【請求項５】
内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてカーボン材を使用し、
プラズマ発生室に窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオンより成膜室内の基板表面上に緻密なカーボン・ナイトライド膜を形成すること
を特徴とする緻密な硬質薄膜形成方法。
【請求項６】
内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてボロンカーバイド材を使用し、
プラズマ発生室に窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオン及びターゲット材から飛び出したカーボン原子を電離させて生成したカーボンイオンより成膜室内の基板表面上に緻密なボロン・カーボン・ナイトライド膜を形成すること
を特徴とする緻密な硬質薄膜の形成方法。
【請求項７】
請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の緻密な硬質薄膜の形成方法において、
ヘリコン波を励起して生成したプラズマを閉じこめるための磁場を発生させる磁場発生コイルにより、プラズマ発生室の軸線方向に磁力線を発生するようにしたことを特徴とする緻密な硬質薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生装置並びにこの装置を利用して金属材料の上にボロン・ナイトライド膜やボロン・カーボン・ナイトライド膜或いはカーボン・ナイトライド膜やボロン或いはダイヤモンドライクカーボン膜などのような緻密な硬質薄膜を形成する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の緻密な硬質薄膜を形成する技術は、工具、金型コーティング及び磁気ヘッドの保護膜、絶縁膜を必要とする部品に成膜するために広く利用される。
【０００３】
この種の緻密な硬質薄膜を形成する技術の従来例として添付図面の図２を参照してボロンナイトライド膜（以下単にＢＮ膜と記載する）の形成について説明する。
従来のＢＮ薄膜形成装置は一般にスパッタリング法を用いて実施されてきた。図２に示す装置において、Ａは成膜室であり、真空環境を形成できるように構成されている。すなわち成膜室Ａ排気系ポートＡ１には仕切バルブＢ１を介して高真空ポンプＣ１（例えばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ）が接続され、そしてこの高真空ポンプＣ１は仕切バルブＢ２を介して油回転ポンプＣ２に接続されている。また成膜室Ａの別のポートにはリークバルブＢ３が接続されている。
【０００４】
成膜室Ａ内には、基板ホルダーＤが配置され、この基板ホルダーＤ上には成膜すべき試料基板Ｅが装着されている。成膜室Ａはその前方にはターゲット取付け室Ｆが画定され、このターゲット取付け室Ｆ内には、ボロン製の円筒状ターゲットＧが成膜室Ａとは電気的に絶縁されて配置されている。ターゲットＧはターゲット用バイアス電源Ｈ（以下、単にバイアス電源と記載する）のマイナス端子に接続され、バイアス電源ＨＦのプラス端子は接地されている。
【０００５】
ターゲット取付け室Ｆの前方にはプラズマ発生室を形成する絶縁体製の放電管Ｉが設けられている。この絶縁体製の放電管Ｉの外側には、二つの環状の磁場発生用コイルＪが同軸上に設けられている。これらのコイルＪには同じ方向の電流を流してミラー磁場型の磁場を形成している。Ｋはヘリカルコイルであり、絶縁体製の放電管Ｉの外側に巻回（３ターン)されて取り付けられている。このヘリカルコイルＫはマッチングボックスＬを介してＲＦ発振器Ｍに接続されている
【０００６】
絶縁体製の放電管Ｉの先端にはガス導入系統が接続され、すなわち仕切バルブＮを介して放電ガス導入系と反応ガス導入系とが接続され、放電ガス導入系はマスフローコントローラＯ、仕切バルブＰ、圧力調整器Ｑ及びアルゴンガスボンベＲを備えている。一方、反応ガス導入系はマスフローコントローラＳ、仕切バルブＴ、圧力調整器Ｕ及び窒素ガスボンベＶを備えている。各ガス導入系はリークタイトな継ぎ手及びガス配管で接続されている。
【０００７】
このように構成した従来装置の動作において、仕切ハルブＢ１、Ｂ２を開状態にし、油回転ポンプＣ２を作動させて、成膜室Ａを０．１Torr程度に真空引きを行った後に、高真空ポンプＣ１により真空排気をさらに行い、１０−７Torr台まで圧力を減圧する。この状態で図示されていない電源よりコイルＪを励磁した状態において、放電ガス導入系仕切バルプＰを開放し、圧力調整器Ｑで圧力を１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラＯによりアルゴンガスを３〜４ｓｃｃｍ流す。この状態でＲＦ発振器ＭからＲＦ電力を供給し、さらにマノチングボックスＬで反射を低減させるように調整する。それにより、絶縁体製の放電管Ｉの内部でアルゴンのプラズマが発生する。発振器Ｍの出力を徐々に高くして約１ｋＷになったところで、バイアス電源Ｈから接地に対してマイナスの電圧を夕一ゲットＧに印加する。
【０００８】
次に、窒素ガス系統の仕切バルブＴを開放し、圧力調整器Ｕで圧力を１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラＳにより窒素ガスを１〜２ｓｃｃｍ流す。それにより、絶縁体製の放電管Ｉの内部に発生したブラズマ中のアルゴンイオンと窒素イオンは、マイナスの電圧の印加されているタ一ゲットＧに吸引されて衝突し、ターゲットＧの表面からボロンの原子が飛び出し、試料基板Ｅに付着する。また同時に、窒素イオンやＡｒイオンも試料基板Ｅ上に付着し試料基板Ｅ上でボロンと窒素が反応し、ボロンナイトライドが生成される。さらにアルゴンイオンもボロンナイトライド膜上に衝突し、運動エネルギーを膜に付与することで緻密なＢＮ膜が形成される。
こうして、ボロンナイトライド膜の形成された試料基板Ｅは、仕切りバルブＢ１を閉し、ＲＦ発振器Ｍの出力を停止させ、そしてリ一クバルブＢ３を開いて空気を導入し成膜室Ａを大気圧に戻すことにより成膜室Ａから取り出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のスパッタリング成膜方法では、ダイヤモンドの構造に近い膜つまりＳＰ３構造を多く含んだ膜ができない。すなわち、アシスト照射イオン  （Ａｒ、Ｎ）と共に、ターゲット材のイオン化あるいは原子状窒素及び窒素イオンの供給がないとｓｐ３構造を多くすることはできないことが実験的に立証されている。そのため、硬質な膜を得ることができないという問題があった。
また上述のように従来の装置においては、絶縁体製の放電管でチャンバーを画定すると共にその外側にヘリカルコイルを設けているため、石英管が大気圧に抗する強度を保つために石英管の冷却が不可欠であり、このために石英管の内面にターゲット材が付着しやすいという問題があった。このため、石英管の汚れにつれてＲＦ電力の吸収効率が悪くなるという問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明の主目的は、ＲＦ電力の吸収効率の低下を防止でき、ＳＰ３構造を多く含んだＢＮ膜のような緻密で硬質の膜を形成できる方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明による緻密な硬質薄膜の形成装置は、高真空状態にでき、内部に、緻密な硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室と、成膜室に隣接して設けられたプラズマ発生室を有し、プラズマ発生室には、高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナをプラズマ発生室である真空容器の内部に配置し、高周波アンテナの内側に絶縁体製の放電管を配置し、プラズマ発生室の内面と放電管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置及び緻密な硬質薄膜を構成する材料のターゲットを成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置し、プラズマ発生室の前記放電管よりターゲット側に放電ガスを導入し、高密度のプラズマを発生し、ターゲットからスパッタされたターゲット材の原子を励起及び電離した状態で基板へ導入するように構成したことを特徴としている。
【００１２】
プラズマ発生装置には、反応ガスを供給する反応ガス供給手段が設けられ得る。
【００１６】
本発明では、プラズマ発生用の高周波アンテナを真空中に設けたことにより、ＲＦ電力の吸収効率を上げることができる。また、プラズマ発生室の内部に配置されたプラズマ発生用の高周波アンテナの内側に放電管を配置することにより、放電管の強制冷却が不要となり、放電管を高温に保つことが可能となり、ターゲット材からスパッタされた粒子がプラズマ発生室の内部の放電管の内面に付着するのを低減できる。
【００１７】
本発明の第２の発明によれば、内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてボロン材を使用し、
プラズマ発生室に窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオンより成膜室内の基板表面上に硬質なｓｐ３構造の結合を多く含んだボロン・ナイトライド膜を形成すること
を特徴としている。
【００１８】
本発明の第３の発明によれば、内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてカーボン材を使用し、
ターゲット材から飛び出したカーボン原子を電離させて生成したカーボンイオンより成膜室内の基板表面上に緻密なダイヤモンド・ライク・カーボン膜を形成すること
を特徴としている。
【００１９】
本発明の第４の発明によれば、内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてカーボン材を使用し、
プラズマ発生室に窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオンより成膜室内の基板表面上に緻密なカーボン・ナイトライド膜を形成すること
を特徴としている。
【００２０】
本発明の第５の発明によれば、内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した成膜室を高真空状態にし、成膜室に隣接して設けたプラズマ発生室に高周波アンテナを配置し、該高周波アンテナに高周波電力を印加して誘導電界を発生させ、高周波アンテナの内側に配置した絶縁体製の放電管の外側とプラズマ発生室の内面とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、粉末状、棒状、管状或いは球状の誘電体物質を充填して隙間を生じさせたプラズマ発生装置を用いて緻密な硬質薄膜を形成する方法において、
成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置される緻密な硬質薄膜を構成するターゲット材としてボロンカーバイド材を使用し、
プラズマ発生室に窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオン及びターゲット材から飛び出したカーボン原子を電離させて生成したカーボンイオンより成膜室内の基板表面上に緻密なボロン・カーボン・ナイトライド膜を形成すること
を特徴としている。
【００２１】
本発明による方法においては、ヘリコン波を励起して生成したプラズマを閉じこめるための磁場を発生させる磁場発生コイルによりプラズマ発生室の軸線方向に磁力線を発生するようにされる。
【００２２】
本発明においては、ターゲット材をプラズマ発生室に設置することで、ターゲット材がスパッタされた後でもそのターゲット材自体をイオン化（電離）させた状態で基板上に付着させることができる。これにより、ダイヤモンドの構造に近い膜つまりｓｐ３構造を多く含んだ緻密な硬質膜を基板上に形成することができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図１には便宜上、本発明の１実施例装置の構成が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１には、本発明による高密度ヘリコンプラズマを用いたＢＮ薄膜形成装置の一つの実施の形態を示す。図１において、１は真空チャンバーであり、この真空チャンバー１は成膜室１ａと、中間室１ｂと、プラズマ発生室１ｃとから成っている。真空チャンバー１の成膜室１ａには、仕切りバルブ２と、高真空ポンプ（例えばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ）３と、仕切バルブ４と、油回転ポンプ５とを備えた真空排気系が接続され、真空チャンバー１内を所望の高真空にできるように構成されている。また成膜室１ａはリークバルブ６を介して大気に解放できるようにされている。
【００２４】
成膜室１ａ内には、基板ホルダー７が配置され、基板ホルダー７には試料基板８が装着されている。プラズマ発生室１ｃの端部には、成膜室１ａ内の試料基板８に対向して、ボロン製の円板状ターゲット９が配置され、この円板状ターゲット９は絶縁体１０によりプラズマ発生室１ｃとは電気的に絶縁されており、そしてターゲット用バイアス電源１１のマイナス端子に接続され、バイアス電源１１のプラス端子は接地されている。
【００２５】
中間室１ｂ及びプラズマ発生室１ｃの外側には二つの磁場発生用の環状コイル１２が配置され、これらのコイル１２は、軟磁性体で作られたヨーク１３の内側に同軸状に設けられ、そして同じ方向の電流を流すことによりミラー磁場型の磁場を発生する。
プラズマ発生室１ｃの内部には絶縁体製の放電管１４が同軸的に配置され、絶縁体製の放電管１４の外側には高周波アンテナとしてヘリカルコイル１５が巻回（３ターン）されて取り付けられている。放電管に用いる絶縁体の材質並びに厚さの選択にあたっては、プラズマシースの等価インピーダンスよりも十分（例えば一桁以上）大きいインピーダンスを有することと、プラズマに直接曝されて高温（例えば１０００℃）となる場合でも問題を生じない耐熱性、電気絶縁性、化学的安定性を有することを要件とする。このため、石英、高純度アルミナ、ボロンナイトライド等の高抵抗、高絶縁性及び耐熱性を満たすセラミックス誘電体群の材質で、厚みは２〜５mm程度であればよい。なお、本実施例では高純度アルミナ管を用いた。このヘリカルコイル１５はマッチングボックス１６を介してＲＦ発振器１７に接続されている。また、プラズマ発生室１ｃの内壁と絶縁体製の放電管１４との隙間には誘電体物質１８が充填されている。充填用の誘電体物質の材質ならびに形状の選択にあたっては、高周波アンテナに発生する高周波電圧により誘電体物質の充填領域での放電を抑止するための電気絶縁性を有することと、プラズマに直接曝されて高温（例えば１０００℃）となる放電管に接触した状態でも問題を生じない耐熱性及び化学的安定性を有することを要件とする。このため、石英、高純度アルミナ、ボロンナイトライド等の高絶縁性及び耐熱性を満たすセラミックス誘電体群の材質で、形状は粉末状、棒状、管状或いは球状のいずれでもよい。なお、本実施例では高純度アルミナを材質とする管状のセラミックパイプ及び球形状のセラミックビーズの両方を組み合わせて用いた。
【００２６】
中間室１ｂには、仕切りバルブ１９、マスフローコントローラ２０、仕切バルブ２１、圧力調整器２２及び窒素ガスボンベ２３を備えた反応ガス導入系が接続されている。また、プラズマ発生室１ｃには、仕切バルブ２４、マスフローコントローラ２５、仕切バルブ２６、圧力調整器２７及びアルゴンガスボンベ２８を備えた放電ガス導入系が接続されている。各ガス導入系はリークタイトな継ぎ手及びガス配管で接続されている。
【００２７】
このように構成した図示装置を用いてＢＮ薄膜を形成する実施例について以下説明する。
まず、排気系の仕切バルブ２、４を開状態にし、油回転ポンプ５を作動させて、真空チャンバー１を０．１Torr程度に真空引きを行った後に、高真空ポンプ３により真空排気をさらに行い、１０-7Torr台まで圧力を減圧する。次に図示していないコイル電源により磁場発生用コイル１２を励磁した状態において放電ガス導入系の仕切バルブ２４、２６を開放し、圧力調整器２７によって圧力を１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラ２５でアルゴンガスボンベ２８からのアルゴンガスの流量を３〜４ｓｃｃｍに制御してプラズマ発生室１ｃへ流す。
【００２８】
この状態において、ＲＦ発振器１７からＲＦ電力を発振させ、そしてマッチングボックス１６で反射を低減させるように調整して、ヘリカルコイル１５に供給される。これにより、プラズマ発生室１ｃの絶縁体製の放電管１４の内部でアルゴンのプラズマが発生される。バイアス発振器１７の出力を徐々に高くして約１ｋＷになったところで、バイアス電源１１から接地に対してマイナスの電圧を夕一ゲット９に印加する。
【００２９】
次に、窒素ガス導入系の仕切バルブ２１を開放し、圧力調整器２２により圧力を１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラ２０によって窒素ガスボンベ２３からの窒素ガスの流量を１〜２ｓｃｃｍに設定して中間室１ｂに流す。その結果、プラズマ発生室１ｃの絶縁体製の放電管１４の内部で発生されたプラズマ中のアルゴンイオンと窒素イオンは、ターゲット９にマイナスの電圧が印加されているためターゲット９に吸引されて衝突し、それにより、ターゲット９の表面からボロンの原子が飛び出し、プラズマ発生室１ｃの絶縁体製の放電管１４の内部でアルゴンイオンや電子と衝突し電離する。こうして電離したボロンはプラズマ流又はガス流により成膜室１ａ内の試料基板８上に付着する。これと同時に、中間室１ｂに導入された窒素もアルゴンプラズマにより電離され、窒素イオンも成膜室１ａ内の試料基板８上に付着し、そして試料基板８上でボロンと窒素が反応しボロンナイトライド膜が形成される。この場合、 アルゴンイオンも基板８上のボロンナイトライド膜上に衝突して、運動エネルギーを膜に付与することで緻密なＢＮ膜が形成される。
【００３０】
こうして緻密なＢＮ膜の形成された試料基板８は、排気系の仕切りバルブ２を閉にし、ＲＦ発振器１７の出力を停止させた後、リークバルブ６を開いて空気を導入し成膜室１ａを大気圧に戻すことにより成膜室１ａから取り出すことができる。
【００３１】
本発明の別の実施の形態として、ターゲット９としてグラファイト製のターゲットを使用し、中間室１ｂに窒素ガス導入系から窒素を導入せずに放電室すなわちプラズマ発生室１ｃにアルゴンガスだけを導入する。その場合には、試料基板８上には硬質で緻密なダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜を形成することができる。
【００３２】
本発明のさらに別の実施の形態として、ターゲット９としてグラファイト製のターゲットを使用し、中間室１ｂに窒素ガス導入系から窒素を導入し、そしてプラズマ発生室１ｃにアルゴンガスを導入する。この場合には、試料基板８上には硬質で緻密なカーボンナイトライド膜 (ＣＮ膜) を形成することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の装置によれば、高真空状態にでき、内部に基板を配置した成膜室に隣接してプラズマ発生室を設け、プラズマ発生室の内部にはプラズマ発生用の高周波アンテナ及び緻密な硬質薄膜を構成する材料のターゲットをそれぞれ配置し、高密度のプラズマを発生し、ターゲットからスパッタされたターゲット材の原子を電離した状態で基板へ導入するように構成し得るので、ｓｐ３構造を多く含んだ緻密で硬質の膜を形成することができ、その結果、工具、金型コーティング及び磁気ヘッドの保護膜、絶縁膜を必要とする部品に成膜するのに有利に使用できる。
【００３４】
また、プラズマ発生室の内部に配置されたプラズマ発生用の高周波アンテナの内側に放電管を配置することにより、放電管を高温に保っても問題を生じないため、ターゲット材からスパッタされた粒子がプラズマ発生室の内部の放電管の内面に付着するのが低減され、その結果、長期間に亘って安定した成膜動作が保証される。
【００３５】
本発明の方法によれば、ターゲット材を成膜室から離れた側のプラズマ発生室の端部に配置して設置しているので、ターゲット材がスパッタされた後でもそのターゲット材自体をイオン化させた状態で基板上に付着させることができ、ＳＰ３構造を多く含んだ緻密で硬質の膜を形成することができるようになる。そして使用するターゲット材及び反応ガスを選択することにより、硬質なＳＰ３構造の結合を多く含んだボロン・ナイトライド膜、緻密なダイヤモンド・ライク・カーボン膜或いは緻密なカーボン・ナイトライド膜ないしボロン・カーボン・ナイトライド膜のような緻密で硬質の薄膜を形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高密度ヘリコンプラズマ用いたＢＮ成膜装置の一実施の形態を示す概略線図。
【図２】スパッタリングによるＢＮ成膜装置の従来例を示す概略線図。
【符号の説明】
１：真空チャンバー
１ａ：成膜室
１ｂ：中間室
１ｃ：プラズマ発生室
２：仕切りバルブ
３：高真空ポンプ
４：仕切バルブ
５：油回転ポンプ
６：リークバルブ
７：基板ホルダー
８：試料基板
９：ターゲット
１０：絶縁体
１１：ターゲット用バイアス電源
１２：磁場発生用の環状コイル
１３：ヨーク
１４：放電管
１５：ヘリカルコイル
１６：マッチングボックス
１７：ＲＦ発振器
１８：誘電体物質
１９：仕切りバルブ
２０：マスフローコントローラ
２１：仕切バルブ
２２：圧力調整器
２３：窒素ガスボンベ
２４：仕切バルブ
２５：マスフローコントローラ
２６：仕切バルブ
２７：圧力調整器
２８：アルゴンガスボンベ
【図１】
0004871442.tif 000002
【図２】
0004871442.tif 000003