(57)【要約】薄膜形成用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形成用材料を生成するカソードと、前記微粒子状の薄膜形成用材料を堆積させる基板を支持する支持部材と、前記支持部材で支持した前記基板を加熱するヒーターと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（第２主面）が露出するように前記基板を支持し、前記ターゲットは、前記支持部材で支持された基板の主面の延長方向で前記微粒子状の薄膜形成用材料が生成される位置に配置され、前記ヒーターは、前記支持部材で支持された基板の第１主面および第２主面のそれぞれと向かい合うように配置されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子状の薄膜形成用材料を生成させ、前記微粒子状の薄膜形成用材料を、加熱した基板の主面上に導き、前記微粒子状の薄膜形成用材料を前記基板の主面上に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基板は、第１主面及びその裏面（以下、第２主面と称する）が露出するように支持し、前記基板の第１主面及び第２主面のそれぞれを加熱し、前記微粒子状の薄膜形成用材料を、前記基板の主面の延長方向で生成し、前記生成した微粒子状の薄膜形成用材料を、前記基板の第１主面上及び第２主面上に導くことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記基板は、前記主面の法線方向を回転軸として回転させながら加熱することを特徴とする請求の範囲第１項記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記微粒子状の薄膜形成用材料は、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の範囲第１項または第２項記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
薄膜形成用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形成用材料を生成するカソードと、前記微粒子状の薄膜形成用材料を堆積させる基板を支持する支持部材と、前記支持部材で支持した前記基板を加熱するヒーターと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主面及びその裏面（以下、第２主面と称する）が露出するように前記基板を支持し、前記ターゲットは、前記支持部材で支持された基板の主面の延長方向で前記微粒子状の薄膜形成用材料が生成される位置に配置され、前記ヒーターは、前記支持部材で支持された基板の第１主面及び第２主面のそれぞれと向かい合うよう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５】
前記ヒーターは、環状の第１ヒーターと前記第１ヒーターの環の内側に設けられた第２ヒーターからなり、前記第１ヒーターから前記基板までの距離が、前記第２ヒーターから前記基板までの距離よりも近いことを特徴とする請求の範囲第４項記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記支持部材は、前記基板の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の範囲第４項または第５項に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記支持部材は、複数枚の基板を一体的に支持する基板ホルダと、前記基板ホルダを支持するホルダ支持部材とを備えることを特徴とする請求の範囲第４項から第６項のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記ターゲットは、酸化物超伝導体の形成に用いる材料からなることを特徴とする請求の範囲第４項から第７項のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、薄膜形成方法および薄膜形成装置に関し、特に、酸化物超伝導薄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】  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、前記薄膜形成用の材料（以下、薄膜形成用材料と称する）を微粒子状にし、前記微粒子状の薄膜形成用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、前記薄膜形成用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。
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形成用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。
前記平行平板型の薄膜形成装置は、例えば、図１６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形成用材料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形成用材料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形成用材料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１６に示したように、ヒートステージ１２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。
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形成用材料２Ａが、前記基板１の薄膜形成面（第１主面１Ａ）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形成用材料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形成用材料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。
前記対向型の薄膜形成装置は、例えば、図１７に示すように、前記基板１の第１主面１Ａの延長方向に、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形成用材料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形成用材料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、例えば、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形成用材料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形成用材料２Ａが堆積し、前記薄膜２が形成される。
前記対向型の薄膜形成装置の場合、前記微粒子状の薄膜形成用材料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形成用材料２Ａが前記基板１の第１主面１Ａに衝突したときに、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形成用材料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。
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。
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１８および図１９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１９は図１８のＥ−Ｅ’線での断面図である。
前記マイクロ波デバイスは、例えば、図２０に示すように、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。）。
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）、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。
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２１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２を形成する。前記薄膜２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。
また、前記薄膜２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２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２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２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。
次に、図２２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２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１１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１１を形成した面の裏面、すなわち前記誘電体基板１の第２主面１Ｂの薄膜２上にも同様の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１１を形成した面の薄膜２をエッチングして不要な部分を除去し、図１８に示したような、前記回路パターン２Ｃを形成する。
しかしながら、前記従来の技術では、前記薄膜２を形成する基板１は、図２３に示すように、前記基板１を加熱するためのヒートステージ１２上に固定している。そのため、前記マイクロ波デバイスを製造するときのように、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に前記薄膜２を形成する場合は、片面ずつ前記薄膜２を形成しなければならないという問題があった。
このとき、例えば、前記基板１の第１主面１Ａに前記薄膜２を形成した後、前記基板１の第２主面１Ｂに前記薄膜２を形成すると、前記第１主面１Ａの薄膜２は、前記第２主面１Ｂの薄膜２を形成する際に、再度加熱される。そのため、前記第１主面１Ａの薄膜２の膜質が変化（劣化）することがある。特に、前記酸化物超伝導体の薄膜２を形成する場合、前記酸化物超伝導体の化学的安定性が乏しいので、１度目に形成した薄膜２の膜質が変化しやすい。前記酸化物超伝導体の薄膜２の膜質が変化すると、あらかじめ想定していた物性（特性）を得ることができず、前記デバイスの特性が悪くなるという問題があった。
また、従来の薄膜形成装置では、前記ヒートステージ１２の一端（ｘ＝Ｘ１）と前記基板１の任意の点ＸＡの相対的な位置関係が一定の状態で前記薄膜２を形成している。このとき、例えば、図２４に示すように、前記基板１の全体が均一に加熱されていれば、前記薄膜２の膜質や膜厚を均一にすることができるが、実際には、前記基板１の全体の温度が均一になるように加熱することが難しい。特に、近年、前記基板１の大型化が進んでおり、前記基板１の全体の温度を均一にすることが難しくなってきている。またこのとき、例えば、図２５に示すように、前記基板１の点ＸＡ付近の温度と、他の点ＸＢ付近の温度に差があると、前記点ＸＡ付近と点ＸＢ付近では、膜質や薄膜の成長速度に違いが生じる。そのため、形成した前記薄膜２の中で、部分的に、膜質や膜厚にばらつきが生じるという問題があった。
また、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に前記薄膜２を形成するときに、同じ薄膜形成装置、同じ設定条件であっても、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２と第２主面１Ｂの薄膜２の膜質を均一化することが難しいという問題があった。特に、前記酸化物超伝導体のように、複数種の原子からなり、かつ、各原子の組成比が物性に大きく影響する材料を用いて前記薄膜を形成する場合、片面ずつ形成すると、前記基板１の第１主面１Ａの薄膜２と第２主面１Ｂの薄膜２の膜質の違いが大きくなりやすい。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。
また、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２を形成するときに、片面ずつ形成すると、前記薄膜２の形成に要する時間およびエネルギー消費量が増加し、製造コストが上昇するという問題があった。
したがって、本発明は、基板の第１主面およびその裏面（第２主面）に薄膜を形成する際に、膜質の変化（劣化）を低減することを目的としている。
また、本発明は、基板の第１主面およびその裏面（第２主面）に薄膜を形成する際に、前記第１主面の薄膜内および第２主面の薄膜内での膜質のばらつきを低減することを目的としている。
また、本発明は、基板の第１主面およびその裏面（第２主面）に薄膜を形成する際に、前記第１主面の薄膜と前記第２主面の薄膜の膜質のばらつきを低減することを目的としている。
また、本発明は、基板の第１主面およびその裏面（第２主面）に薄膜を形成する際に、前記薄膜の膜質の変化（劣化）およびばらつきを低減するとともに、形成効率を向上させることを目的としている。
【発明の開示】
本発明は、微粒子状の薄膜形成用材料を生成させ、前記微粒子状の薄膜形成用材料を、加熱した基板の主面上に導き、前記微粒子状の薄膜形成材料を前記基板の主面上に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基板は、第１主面およびその裏面（以下、第２主面と称する）が露出するように支持し、前記基板の第１主面および第２主面のそれぞれを加熱し、前記微粒子状の薄膜形成用材料を、前記基板の主面の延長方向で生成し、前記生成した微粒子状の薄膜形成用材料を、前記基板の第１主面上および第２主面上に導く。このようにすることで、前記基板の両面を露出させた状態で加熱しながら、前記基板の第１主面上および第２主面上に前記微粒子状の薄膜形成用材料を導くことができる。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る。
また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、計時変化等による膜質の変化（劣化）を低減することができる。
また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、前記各主面に形成した薄膜内での膜質や膜厚のばらつきを低減することができる。
また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、前記第１主面に形成した薄膜と前記第２主面に形成した薄膜の膜質のばらつきを低減することができる。
また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、前記薄膜の形成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、生産効率を向上させるとともに、製造コストを低減することができる。
また、本発明の薄膜形成方法において、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加熱することにより、前記基板の各主面の温度分布の均一化が容易であり、各主面に形成した薄膜の膜質や膜厚の均一化が容易である。
また、本発明は、薄膜形成用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形成用材料を生成するカソードと、前記微粒子状の薄膜形成用材料を堆積させる基板を支持する支持部材と、前記支持部材で支持した前記基板を加熱するヒーターと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主面と称する）が露出するように前記基板を支持し、前記ターゲットは、前記支持部材で支持された基板の主面の延長方向で前記微粒子状の薄膜形成用材料が生成される位置に配置され、前記ヒーターは、前記支持部材で支持された基板の第１主面および第２主面のそれぞれと向かい合うように配置されている。このような薄膜形成装置を用いることで、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成できる。また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、計時変化等による膜質の変化（劣化）を低減することができる。また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、前記各主面に形成した薄膜内での膜質や膜厚のばらつきを低減することができる。また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、前記第１主面に形成した薄膜と前記第２主面に形成した薄膜の膜質のばらつきを低減することができる。また、前記基板の第１主面および第２主面の両面に、同時に薄膜を形成することができるので、前記薄膜の形成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、生産効率を向上させるとともに、製造コストを低減することができる。
また、前記薄膜形成装置において、前記ヒーターが、環状の第１ヒーターと前記第１ヒーターの環の内側に設けられた第２ヒーターからなり、前記第１ヒーターから前記基板までの距離が、前記第２ヒーターから前記基板までの距離よりも近いと、前記基板の外周部の温度と中央付近の温度を均一化しやすい。
また、前記薄膜形成装置において、前記支持部材は、前記基板の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が好ましい。前記基板を回転させることで、前記ヒーターの領域毎に出力のばらつきがある場合でも、前記基板全体の温度を均一化することが容易である。
また、前記支持部材は、例えば、複数枚の基板を一体的に支持する基板ホルダと、前記基板ホルダを支持するホルダ支持部材とを備えていてもよい。前記基板ホルダを用いることで、複数枚の基板に、一度に薄膜を形成することができるので、生産効率がさらに向上する。また、前記基板ホルダは、前記複数枚の基板を一体的に支持する代わりに、１枚の大きな基板を支持するホルダであってもよい。
また、本発明の薄膜形成方法および薄膜形成装置は、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、前記（１）の薄膜形成方法および前記（２）の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】  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、本実施の形態の薄膜形成方法の作用効果を説明する図である。
図３は、本実施の形態の薄膜形成方法の作用効果を説明する図である。
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、装置全体の正面図である。
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、図４のＡ−Ａ’線で見た左側面図である。
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、基板ホルダの構成を示す平面図である。
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、図６のＢ−Ｂ’線での断面図である。
図８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正面図である。
図９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８のＣ−Ｃ’線での断面図である。
図１０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、ヒーターの作用効果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構成の一例を示す平面図である。
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、図１１のＤ−Ｄ’線での断面図である。
図１３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１４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１５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１６は、従来の薄膜形成方法を説明するための模式図であり、平行平板型の薄膜形成装置を用いた形成方法を示す図である。
図１７は、従来の薄膜形成方法を説明するための模式図であり、対向型の薄膜形成装置を用いた形成方法を示す図である。
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構成の一例を示す平面図である。
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、図１８のＥ−Ｅ’線での断面図である。
図２０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２１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２２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２３は、従来の薄膜形成方法の課題を説明するための図である。
図２４は、従来の薄膜形成方法の課題を説明するための図である。
図２５は、従来の薄膜形成方法の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】  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。
本発明の薄膜形成方法では、基板の薄膜を形成する面、言い換えると第１主面及びその裏面が露出するように前記基板を支持し、加熱することで、前記基板の第１主面及び第２主面に同時に薄膜を形成する。
（実施の形態）
図１乃至図３は、本発明による一実施形態の薄膜形成方法を説明するための模式図であり、図１は原理を示す図、図２および図３は作用効果を説明する図である。
図１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はヒーターである。
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て形成する方法であり、図１に示すように、薄膜を形成する基板１の第１主面１Ａの延長方向で微粒子状の薄膜形成用材料２Ａを生成する。このとき、前記微粒子状の薄膜形成用材料２Ａは、カソード３に取り付けられたターゲット２Ｂから生成する。
また、前記基板１は、前記第１主面１Ａおよびその裏面（以下、第２主面と称する）１Ｂが露出するように支持しておく。またこのとき、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂのそれぞれと向かい合うようにヒーター４を配置しておき、前記基板１を加熱する。
このとき、前記ターゲット２Ｂから生成した前記微粒子状の薄膜形成材料２Ａを、前記基板１と前記各ヒーター４の間、すなわち、図１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上に導くと、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜を形成することができる。
また、前記ヒーター４で前記基板１を加熱するときには、例えば、前記ヒーター４の一端（ｘ＝Ｘ１）から他端（ｘ＝Ｘ２）の間の温度分布にばらつきがあり、図２に示すように、前記基板１の点ＸＡ付近の温度と点ＸＢ付近の温度に差が生じることがある。また、その他にも、例えば、前記微粒子状の薄膜形成用材料２Ａを前記基板１の第１主面１Ａ上および第２主面１Ｂ上に導いたときに、前記各主面１Ａ，１Ｂの、前記ターゲット２Ｂに近い領域上と遠い領域上で、前記微粒子状の薄膜形成用材料２Ａの密度が異なる場合が多い。このように、前記基板１上で、温度差や微粒子状の薄膜形成用材料２Ａの密度の差が生じると、形成された薄膜の膜質や膜厚にばらつきが生じる。そのため、前記薄膜を形成するときには、図１に示したように、前記基板１の第１主面１Ａの法線方向を回転軸として前記基板１を回転させながら形成することが好ましい。前記基板１を回転させることにより、ある時刻では、図２に示したように前記基板１の点ＸＡ付近の温度が低くても、一定の時刻が経過した後、図３に示すように、前記基板１の点ＸＡ付近の温度が高く、点ＸＢ付近の温度が低い状態になる。つまり、本実施の形態の薄膜形成方法において、前記基板１は、図２および図３に示したような状態を交互に連続的に繰り返すことになる。そのため、前記基板１の加熱ムラを低減することができ、前記基板１全体の温度を均一化することが容易である。また、前記基板１を回転させることにより、前記微粒子状の薄膜形成用材料２Ａの密度が不均一であっても、その影響を受けにくくすることができる。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、同時に薄膜を形成することができるだけでなく、形成した各薄膜の膜質の変化（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。
図４乃至図１０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４は装置全体の正面図、図５は図４のＡ−Ａ’線で見た左側面図、図６は基板ホルダの構成を示す平面図、図７は図６のＢ−Ｂ’線での断面図、図８はヒーターの構成を示す正面図、図９は図８のＣ−Ｃ’線での断面図、図１０はヒーターの作用効果を説明するための図である。なお、図９では、構成をわかりやすくするために、断面であることを示すハッチング（平行斜線）は省略している。
図４乃至図１０において、４Ａは第１ヒーター、４Ｂは第２ヒーター、４Ｃは電熱線、４Ｄは貫通穴、５Ａは基板ホルダ（支持部材）、５Ｂはホルダ支持部材（支持部材）、６はカソード取り付け部材、６Ａは角度調節部、７はチャンバ、７Ａは第１排気ポート、７Ｂは第２排気ポート、７Ｃはガス導入管、８はドライブシャフト、９は差動歯車、１０はモーターである。
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４および図５に示すように、薄膜形成用材料からなるターゲット２Ｂと、前記ターゲット２Ｂから微粒子状の薄膜形成用材料２Ａを生成するカソード３と、前記微粒子状の薄膜形成用材料２Ａを堆積させる基板１を支持する支持部材５Ａ，５Ｂと、前記支持部材５Ａ，５Ｂで支持された前記基板１を加熱するヒーター４とにより構成される。このとき、前記カソード３は、カソード取り付け部材６でチャンバ７に固定されている。またこのとき、前記カソード取り付け部材６には、例えば、角度調整部６Ａを設けておき、前記ターゲット２Ｂから飛び出した微粒子状の薄膜形成用材料２Ａの前記基板１への入射角を調節できるようにしておく。
また、前記支持部材５Ａ，５Ｂは、例えば、図４および図５、ならびに図６に示すように、３枚の基板１を一体的に支持する基板ホルダ５Ａと、前記基板ホルダ５Ａを支持するホルダ支持部材５Ｂからなる。このとき、前記基板ホルダ５Ａは、例えば、図７に示すように、第１ホルダ５０１Ａと第２ホルダ５０２Ａで前記基板１をはさみ、ビス５０３Ａで締結固定している。またこのとき、前記基板ホルダ５Ａは、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基板１を支持している。
また、前記ホルダ支持部材５Ｂは、図４に示したように、ドライブシャフト８および差動歯車９により、モーター１０と連結しており、前記基板ホルダ５Ａを、前記基板１の第１主面１Ａの法線方向を回転軸として回転させることができるようになっている。
また、前記ヒーター４は、図４に示したように、前記基板ホルダ５Ａを挟むように配置されており、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂのそれぞれと向かい合わせになっている。このとき、前記各ヒーター４は、例えば、前記基板ホルダ５Ａの外周部を加熱する環状の第１ヒーター４Ａと、前記第１ヒーター４Ａの環の内側にあり、前記基板ホルダ５Ａの中央付近を加熱する第２ヒーター４Ｂにより構成する。またこのとき、前記第１ヒーター４Ａおよび前記第２ヒーター４Ｂにはそれぞれ、例えば、図８および図９に示すように、電熱線４Ｃを張り巡らせておく。また、前記ヒーター４は、図９に示したように、前記第１ヒーター４Ａから前記基板１までの距離Ｌ１が、前記第２ヒーター４Ｂから前記基板１までの距離Ｌ２よりも近くなるようにしておく。このように、前記電熱線４Ｃのパターンや、前記第１ヒーター４Ａおよび前記第２ヒーター４Ｂの距離を調節することで、図１０に示すように、前記基板１（基板ホルダ５Ａ）の各主面上の温度を均一にすることができる。
また、前記ヒーター４には、図８に示したように、前記ドライブシャフト８を通す貫通穴４Ｄを設けておく。また、図示は省略するが、前記ヒーター４は、前記ドライブシャフト８に沿って前記基板ホルダ５Ａがらの距離を調節できるようになっているものとする。
前記薄膜形成装置を用いて薄膜を形成するときには、まず、前記基板１を取り付けた基板ホルダ５Ａを前記ホルダ支持部材５Ｂで支持し、前記基板ホルダ５Ａと前記ヒーター４の距離を調節するとともに、前記ターゲット２Ｂをカソード３に取り付けて、前記カソード取り付け部材６の角度調節部６Ａで、前記ターゲット２Ｂの角度を調節する。
次に、前記チャンバ７の真空排気ポート７Ａ，７Ｂから前記チャンバ内の空気を吸い出すとともに、前記ガス導入管７Ｃからアルゴンガスや酸素ガスを導入しながら真空状態にする。
次に、前記基板ホルダ５Ａを回転させながら、前記ヒーター４で、前記基板ホルダ５Ａに取り付けた基板１を加熱する。前記基板１が、あらかじめ定められた温度に達したら、前記ターゲット２Ｂから前記微粒子状の薄膜形成用材料２Ａを生成し、前記基板ホルダ５Ａと前記ヒーター４の間に導き、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂに堆積させる。
図１１乃至図１５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１１はマイクロ波デバイスの構成の一例を示す平面図、図１２は図１１のＤ−Ｄ’での断面図、図１３はマイクロ波デバイスの動作を説明するための図、図１４および図１５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。
本実施の形態の薄膜形成装置は、例えば、図１１および図１２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にグランドプレーン（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅ）２Ｄが設けられたデバイスを製造するときに用いられる。前記デバイスには、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。
前記デバイスは、例えば、図１３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デバイスが注目されている。
前記酸化物超伝導体を用いたデバイスでは、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。
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１４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２を形成する。前記薄膜２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。
次に、一方の薄膜、例えば、図１５に示すように、前記基板１の第１主面１Ａに形成した薄膜２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１１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１１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２上にも同様の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１１を形成した面の薄膜２をエッチングして不要な部分を除去し、図１１に示したような、前記回路パターン２Ｃを形成する。
このとき、従来の薄膜形成装置では、片面ずつ前記薄膜２を形成したいたので、例えば、１回目に形成した薄膜２と、２回目に形成した薄膜２の計時変化の度合いが異なり、両薄膜２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２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ていた。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２を形成することができ、各主面の薄膜２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、製造した前記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。
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、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２を形成することができる。そのため、計時変化の度合いの違いによる膜質の劣化やばらつきを低減することができる。
また、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２を形成することができるので、第１主面１Ａ上の薄膜２および第２主面１Ｂ上の薄膜２の膜質のばらつきを低減することができる。
また、前記基板１（基板ホルダ５Ａ）を回転させながら加熱するので、前記基板１の全体の温度の均一化が容易である。また、前記基板１（基板ホルダ５Ａ）を回転させながら前記微粒子状の薄膜材料２Ａを堆積させるので、前記微粒子状の薄膜材料２Ａの密度のばらつきの影響を受けにくい。そのため、前記基板１の第１主面１Ａ上の薄膜２および第２主面１Ｂ上の薄膜２のそれぞれの、膜質や膜厚のばらつきを低減することができる。
また、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２を形成することができるので、前記薄膜２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でき、デバイスの製造コストも低減することができる。
また、前記基板１の第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂの両面に、同時に薄膜２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２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。
また、本実施の形態では、図６および図７に示したように、３枚の基板１を前記基板ホルダ５Ａに取り付ける例を挙げて説明したが、これに限らず、前記基板ホルダ５Ａに取り付ける基板１の数は何枚でもよいことはいうまでもない。このとき、前記基板ホルダ５Ａの構成を変えれば、一枚の大型の基板１に薄膜２を形成することもできる。そのため、大型の基板１においても、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。
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。
例えば、前記実施の形態では、スパッタリングを行う装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、同様の原理を用いるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、レーザーアブレーション法、蒸着法や、その他の薄膜形成方法に適用することもできる。
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。
また、前記実施の形態では、前記第１ヒーター４Ａから前記基板ホルダ５Ｂまでの距離Ｌ１を、前記第２ヒーター４Ｂから前記基板ホルダ５Ａまでの距離Ｌ２よりも近くして前記基板１上の温度分布を均一化しているが、これに限らず、例えば、電熱線４Ｃの密度や出力を変えて温度分布を均一化してもよい。
【産業上の利用可能性】  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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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