JP2503591Y2 - 薄膜生成装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、基板上に薄膜を生成する薄膜生成装置に係
り、特に、プラズマCVDを用いた薄膜生成装置に関す
る。

［従来の技術］ 基板上に薄膜を生成する薄膜生成技術として、スパッ
タリング法やイオンプレーティング法が知られている。
しかしながら、上記スパッタリング法にあっては膜強度
が弱く、一方イオンプレーティング法にあっては膜生成
速度が遅いなどの欠点を有しているため、本出願人は先
にプラズマCVDを利用した薄膜生成装置を開発した。

この装置は、陰極−陽極間に一定の直流電圧を印加し
て陰極−陽極間に供給されたガス状の薄膜生成材料（金
属のハロゲン化合物など）をプラズマ状態にし、これを
ジェットとして基板上に吹き付けて基板上に堆積させる
ものである。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら上記薄膜生成装置は、陰極−陽極間に一
定の直流電圧を印加するためプラズマ密度を高めるには
限度があり、基板上に生成される薄膜の生成速度が制限
されていた。

また、上記薄膜生成装置は、ガス状の薄膜生成材料を
プラズマ状態にしてそれを基板上に堆積させるものなの
で、生成される薄膜の種類は、ガス化できる金属あるい
はその金属のハロゲン化合物などに限定されていた。

以上の事情を考慮して創案された本考案の目的は、膜
生成速度を高めることができると共に、様々な種類の膜
を生成できる薄膜生成装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本考案は、陰極−陽極間のア
ーク中にガス状の薄膜生成材料を供給してプラズマ状態
にし、これを基板上に吹き付けて薄膜として堆積させる
薄膜生成装置において、筒体状の陽極と、その中心部に
配置された陰極と、該陰極と上記陽極との間にパルス状
の高電圧を印加し、これら電極を溶融・気化させつつ電
極間にアークを発生させる大電力パルス放電手段と、夫
々異なったガス状薄膜生成材料を上記アーク中に供給す
るガス供給手段とを備えたことから構成されている。

［作用］ 大電力パルス放電手段が電源電力を一時的に貯えそれ
を一気に放電することにより、陰極−陽極間にパルス状
の強いアークが点弧される。よって、アーク中に供給さ
れるガス状薄膜生成材料のプラズマ密度が高まり、基板
上に生成される薄膜の生成速度が速まる。

また、大電力パルス放電手段の大電力放電によって電
極の一部が溶融・気化し、気化した電極材質がガス状薄
膜生成材料と反応し、この反応物が基板上に薄膜として
堆積する。よって、電極の材質とガス状薄膜生成材料と
を適宜選択すれば、様々な種類の薄膜を生成できる。

さらに、ガス供給手段が、アークのパルス毎に異種の
ガス状薄膜生成材料をアーク中に供給すれば、基板上に
異種膜を積層することも可能である。

［実施例］ 以下に本考案の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図に示すように、筒体状に形成された陽極１の中
心部に針状の陰極２が配置されている。これら陽極１と
陰極２との間には絶縁材３が介設されている。この絶縁
材３は筒体状の陽極１の内部に図中左側に偏って設けら
れており、陽極１の右側部が薄膜４を生成させる基板５
側に開放されている。また、上記陰極２および陽極１に
は、これら電極1,2間にパルス状の電圧を印加して、電
極1,2を溶融・気化させつつ電極1,2間にアーク６を発生
させる大電力パルス放電手段７が接続されている。

この大電力パルス放電手段７は、第１図に示すよう
に、直列に配置されたコイル８と、並列に配置されたコ
ンデンサ９とからなっており、サイリスタ10をOFF状態
にして電源11の電力をコンデンサ９に一時的に貯え、サ
イリスタ10をON状態にして貯えた電力を一気にパルス状
に電極1,2間に供給するようになっている。

また、筒体状に形成された陽極１の外周部には、上記
電極1,2間に発生したアーク６中にガス状の薄膜生成材
料12を供給するガス供給手段13が設けられている。この
ガス供給手段13は、陽極１の外周部にその周方向に所定
間隔を隔てて複数設けられた電磁弁14と、これら電磁弁
14にそれぞれ異なった種類のガス状薄膜生成材料12を圧
送するガス供給源（図示せず）とからなっている。そし
て、このガス供給手段13から陽極１−陰極２間に所定圧
力で供給されたガス状薄膜生成材料12が、電極1,2の軸
方向に沿って流れて陽極１の右端部から基板５へ向けて
ジェットとして噴出するようになっている。

以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。

基板５上に薄膜４を生成するに際して、先ず、大電力
パルス放電手段７のサイリスタ10をOFF状態にして電源1
1の電力をコンデンサ９に一時的に貯える。コンデンサ
９の充電が完了したらサイリスタ10をON状態にして貯え
た電力（100V,10KA）を一気にパルス状に電極1,2間に供
給する。この大電力パルス放電により、陰極２−陽極１
間には、これら電極1,2が溶融・気化しつつ瞬間的に
（数ms）パルス状の強いアーク６が点弧される。図中15
は溶融・気化した電極材質である。

このアーク６点弧の直前にガス供給手段13の任意の電
磁弁14を開き、ガス供給源から陰極２−陽極１間にガス
状薄膜生成材料12を供給しておく。すると、アーク６中
に供給されたガス状薄膜生成材料12がプラズマ状態とな
って、プラズマジェットとして基板５上に吹き付けられ
る。

この結果、プラズマ状態のガス状薄膜生成材料12と溶
融・気化した電極材質15とが反応して、この反応物が基
板５上に薄膜４として堆積する。よって、電極1,2の材
質とガス状薄膜生成材料12とを適宜選択すれば、様々な
種類の薄膜４を生成できる。

たとえば、電極1,2をTiで製造し、ガス状薄膜生成材
料12をN₂ガスとすると、基板５上に生成される薄膜４は
TiとN₂とが反応してTiNとなる。このTiNは、膜強度が強
く、また外観が金メッキと似ているため工業製品の外観
装飾としても利用できる。このTiNの製造コストは金メ
ッキよりはるかに安くなることはいうまでもない。

このように大電力パルス放電手段７が電源11の電力を
一時的に貯えそれを一気に放電することにより、陰極２
−陽極１間に点弧されるアーク６が高エネルギー（〜10
eV）となり、このアーク６中に供給されるガス状薄膜生
成材料12のプラズマ密度高まる（〜10^-14／cm³）ことに
なる。よって、基板５上に生成される薄膜４の生成速度
が速まる。

また、基板５上に堆積される薄膜４は、電極1,2間に
パルス状に点弧されるアーク６のパルス毎に生成される
ため、その放電パルス数を制御することにより、薄膜４
の膜厚のデジタル制御が可能となる。

さらに、アーク６のパルス毎にガス供給手段13の異な
った電磁弁14を開閉すれば、アーク６のパルス毎に夫々
の電磁弁14から異種のガス状薄膜生成材料12がアーク６
中に供給され、基板５上に異種膜を積層生成することが
できる。

なお、アーク６のパルス時に、複数の電磁弁14を同時
に開くことにより、複数種類のガス状薄膜生成材料12と
気化した電極材質15とを化合させ、これを薄膜４として
基板５上に生成することもできる。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案の薄膜生成装置によれば、
膜生成速度を高め、且つ様々な種類の膜を生成できると
いう優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を表す薄膜生成装置の側断面
図である。 図中、１は陽極、２は陰極、４は薄膜、５は基板、６は
アーク、７は大電力パルス放電手段、12はガス状の薄膜
生成材料、13はガス供給手段である。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】陰極−陽極間のアーク中にガス状の薄膜生
   成材料を供給してプラズマ状態にし、これを基板上に吹
   き付けて薄膜として堆積させる薄膜生成装置において、
   筒体状の陽極と、その中心部に配置された陰極と、該陰
   極と上記陽極との間にパルス状の高電圧を印加し、これ
   ら電極を溶融・気化させつつ電極間にアークを発生させ
   る大電力パルス放電手段と、夫々異なったガス状薄膜生
   成材料を上記アーク中に供給するガス供給手段とを備え
   たことを特徴とする薄膜生成装置。