JP2843125B2 - Thin film forming equipment - Google Patents
Thin film forming equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、CVD法（化学的蒸着法）の長所である強い
反応性と、PVD法（物理的蒸着法）の長所である高真空
中での成膜とを同時に実現し得る新規な構成の薄膜形成
装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to strong reactivity which is an advantage of CVD (chemical vapor deposition), and high vacuum which is an advantage of PVD (physical vapor deposition). The present invention relates to a thin film forming apparatus having a novel configuration capable of realizing film formation at the same time.
従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する薄膜形成装
置としては、CVD法やPVD法などを利用したものが良く知
られており、CVD法による装置は反応性が強く、PVD法に
よる装置は高真空中において緻密な強い薄膜を形成でき
るなどの長所を有している。Conventionally, as a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate on which a thin film is to be formed, a method using a CVD method or a PVD method is well known, and an apparatus using the CVD method has a high reactivity. It has the advantage that a dense and strong thin film can be formed in a high vacuum.
これら、CVD法やPVD法などを利用した薄膜形成装置と
しては、従来より種々のものが提案され、その方法も極
めて多岐にわたっているが、何れも形成された薄膜と被
薄膜形成基板（以下、基板と称す）との密着性が弱かっ
たり、あるいは、耐熱性の無いプラスチックフィルム等
の基板への薄膜形成が困難であったり、あるいは形成さ
れた薄膜の特性が不均一であるなどの問題があった。Various types of thin film forming apparatuses using the CVD method and the PVD method have been proposed in the past, and the methods are extremely diverse, but all of the methods include a formed thin film and a thin film forming substrate (hereinafter, referred to as a substrate). ), Or it is difficult to form a thin film on a substrate such as a plastic film having no heat resistance, or the characteristics of the formed thin film are not uniform. .
そこで、これらの問題を解決するため、上記方法を発
展させた薄膜形成装置として、蒸発源と被蒸着物との間
に高周波電磁界を発生させて活性あるいは不活性ガス中
で蒸発した物質をイオン化して真空蒸着を行なう被蒸着
物に蒸発物質を堆積させて薄膜を形成する、所謂イオン
プレーティング法を利用した薄膜形成装置や、また、蒸
発源と被蒸着物との間にさらに直流電圧を印加するDCイ
オンプレーティング法を利用した薄膜形成装置等が提案
されている（例えば、特公昭52−29971号公報、特公昭5
2−29091号公報）。In order to solve these problems, a thin-film forming device developed from the above method is to generate a high-frequency electromagnetic field between the evaporation source and the material to be deposited to ionize the substance evaporated in the active or inert gas. A thin film forming apparatus that uses a so-called ion plating method that deposits an evaporating substance on an object to be vacuum-deposited to form a thin film, or further applies a DC voltage between the evaporation source and the object to be evaporated. A thin film forming apparatus using a DC ion plating method to be applied has been proposed (for example, Japanese Patent Publication No. 52-29971, Japanese Patent Publication No.
2-29091).
また、さらに発展された薄膜形成装置としては、被薄
膜形成基板を蒸発源に対向させて対向電極に保持し、こ
の対向電極と蒸発源との間にグリッドを配置すると共
に、このグリッドと蒸発源との間に熱電子発生用のフィ
ラメントを配し、上記グリッドをフィラメントに対して
正電位にして薄膜形成を行なう装置が提案されている
（特開昭59−89763号公報）。Further, as a further developed thin film forming apparatus, a thin film forming substrate is opposed to an evaporation source, held on a counter electrode, and a grid is arranged between the counter electrode and the evaporation source. An apparatus has been proposed in which a filament for generating thermoelectrons is disposed between the filaments and the grid is made to have a positive potential with respect to the filament to form a thin film (JP-A-59-89763).
この薄膜形成装置では、蒸発源から蒸発した蒸発物質
は、先ずフィラメントからの熱電子によりイオン化さ
れ、このイオン化された蒸発物質は、グリッドを通過す
ることにより、グリッドから対向電極に向かう電界の作
用により加速されて被薄膜形成基板に衝突し、密着性の
良い薄膜が形成されるという特徴を有している。In this thin film forming apparatus, the evaporating substance evaporated from the evaporation source is first ionized by thermionic electrons from the filament, and the ionized evaporating substance passes through the grid and is acted upon by the action of an electric field from the grid to the counter electrode. It is characterized in that it is accelerated and collides with a thin film formation substrate, and a thin film having good adhesion is formed.
しかしながら、前述した従来の薄膜形成装置では、ガ
スの導入が、装置の外壁の一端から行われており、かか
る手段を用いた場合、導入されたガスの分布及び装置内
の放電が装置内の幾何学的形状に左右され、均一となり
がたいため、得られる薄膜の特性が不均一なものが得ら
れやすく、また、装置内の幾何学的形状が変化した場
合、薄膜の特性の再現性が不十分となる等、理想となる
薄膜形成を十分成し得ないという欠点があった。However, in the above-described conventional thin film forming apparatus, the gas is introduced from one end of the outer wall of the apparatus, and when such a means is used, the distribution of the introduced gas and the discharge in the apparatus are caused by geometrical changes in the apparatus. The characteristics of the resulting thin film are likely to be non-uniform because it is affected by the geometrical shape and is unlikely to be uniform. There was a drawback that an ideal thin film could not be formed sufficiently, for example, when it became sufficient.
また、従来装置では、活性ガスを導入した場合、蒸発
物質やターゲット表面が変質し、成膜が不安定になると
いう欠点があった。Further, in the conventional apparatus, when an active gas is introduced, there is a disadvantage that the evaporating substance and the surface of the target are deteriorated, and the film formation becomes unstable.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、基
板に対して極めて強い密着性をもった薄膜を形成でき、
耐熱性の無いプラスチックフィルム等も基板として用い
ることができ、且つ、均一な特性を持った薄膜が安定し
て得られ、薄膜の特性の再現性も向上させることができ
る、新規な構成の薄膜形成装置を提供することを目的と
する。The present invention has been made in view of the above circumstances, can form a thin film having extremely strong adhesion to the substrate,
Plastic film with no heat resistance can be used as a substrate, and a thin film with a new structure can be obtained stably and uniform characteristics can be obtained, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved. It is intended to provide a device.
上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の薄膜
形成装置では、真空槽と、この真空槽内において蒸発物
質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に配置さ
れ基板を上記蒸発源に対向するように保持する対電極
と、上記蒸発源と上記対電極との間に配備され蒸発物質
を通過させうるグリッドと、このグリッドと上記蒸発源
との間に配置された熱電子発生用のフィラメントと、こ
のフィラメント及び上記蒸発源を取り囲む中空の壁を有
する円筒形シールドと、上記シールド壁内部に活性ガス
若しくは不活性ガス、あるいはこれら両者の混合ガスを
導入する手段とを備え、上記シールドの蒸発源側の壁面
には導入されたガスを放出するための複数個の細孔が均
一に設けられ、且つ、上記グリッドの電位が、上記対電
極の電位と上記フィラメントの電位に対し正電位となる
よう所定の電位関係とさせる電源手段を備えたことを特
徴とする。In order to achieve the above object, in the thin film forming apparatus according to claim 1 of the present application, a vacuum chamber, an evaporation source for evaporating an evaporating substance in the vacuum chamber, and a substrate disposed in the vacuum chamber for evaporating the substrate. A counter electrode that is held to face the source, a grid that is provided between the evaporation source and the counter electrode, and that allows evaporant to pass therethrough, and a thermionic generator disposed between the grid and the evaporation source. A filament, a cylindrical shield having a hollow wall surrounding the filament and the evaporation source, and a means for introducing an active gas or an inert gas, or a mixed gas of both, into the inside of the shield wall. A plurality of pores for discharging the introduced gas are uniformly provided on the wall of the shield on the evaporation source side, and the potential of the grid is equal to the potential of the counter electrode and the filler. Characterized by comprising a power supply means for a predetermined potential relationship to relative cement potential becomes a positive potential.
また、請求項２記載の薄膜形成装置では、請求項１記
載の薄膜形成装置において、中空円筒形シールド内部に
複数個の円筒形メッシュを設置したことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided the thin film forming apparatus according to the first aspect, wherein a plurality of cylindrical meshes are provided inside the hollow cylindrical shield.
また、本願の請求項３記載の薄膜形成装置では、真空
槽と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発させるため
の蒸発源と、上記真空槽内に配置され基板を上記蒸発源
に対向するように保持する対電極と、上記蒸発源と上記
対電極との間に配置され蒸発物質を通過させうるグリッ
ドと、このグリッドと上記蒸発源との間に配置された熱
電子発生用のフィラメントと、このフィラメント及び上
記蒸発源を取り囲み且つ基板側とフィラメント及び蒸発
源側の２つの部分に分割された中空の壁を有する円筒形
シールドと、上記シールドの外部に配備された排気口
と、上記シールドの壁の基板側の中空部に活性ガス、フ
ィラメント及び蒸発源側の中空部に不活性ガスを不活性
ガスの導入量が活性ガスの導入量よりも高くなるように
導入する手段とを備え、上記シールドの内側の壁面には
導入されたガスを放出するための複数個の細孔が均一に
設けられ、且つ上記グリッドの電位が、上記対電極の電
位と上記フィラメントの電位に対し正電位となるよう所
定の電位関係とさせる電源手段を備えたことを特徴とす
る。Further, in the thin film forming apparatus according to claim 3 of the present application, a vacuum chamber, an evaporation source for evaporating an evaporating substance in the vacuum chamber, and a substrate disposed in the vacuum chamber so as to face the evaporation source. A counter electrode to be held, a grid that is disposed between the evaporation source and the counter electrode, and through which an evaporating substance can pass, and a filament for generating thermoelectrons that is disposed between the grid and the evaporation source. A cylindrical shield surrounding the filament and the evaporation source and having a hollow wall divided into two parts, the substrate side and the filament and the evaporation source side; an exhaust port provided outside the shield; Means for introducing an active gas into the hollow portion on the substrate side of the wall and an inert gas into the hollow portion on the evaporation source side so that the amount of the inert gas introduced is higher than the amount of the active gas introduced. A plurality of pores for discharging the introduced gas are uniformly provided on the inner wall surface of the shield, and the potential of the grid is a positive potential with respect to the potential of the counter electrode and the potential of the filament. A power supply means for establishing a predetermined potential relationship is provided.
また、請求項４記載の薄膜形成装置では、請求項３記
載の薄膜形成装置において、蒸発源に替えてターゲット
を配備し、上記ターゲットの電位をグリッド、対電極及
びフィラメントに対して負電位とする手段を有すること
を特徴とする。In the thin film forming apparatus according to a fourth aspect, in the thin film forming apparatus according to the third aspect, a target is provided in place of the evaporation source, and the potential of the target is set to a negative potential with respect to the grid, the counter electrode, and the filament. It is characterized by having means.
以下、本発明による薄膜形成装置の構成及び作用につ
いて、より詳細に説明する。Hereinafter, the configuration and operation of the thin film forming apparatus according to the present invention will be described in more detail.
請求項１記載の薄膜形成装置は、前述したように、真
空槽と、対電極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラ
メントと、蒸発源（単数又は複数）と、上記フィラメン
ト及び上記蒸発源を取り囲む中空の壁を有する円筒形シ
ールドと、上記シールド壁内部にガスを導入する手段と
を備え、このシールドの蒸発源側の壁面には導入された
ガスを放出するための複数個の細孔が均一に設けられて
おり、且つ、グリッド及び対電極、フィラメントの間を
所定の電位関係とする電源手段を備えた構成となってい
る。As described above, the thin film forming apparatus according to claim 1 includes a vacuum chamber, a counter electrode, a grid, a filament for generating thermoelectrons, an evaporation source (single or plural), the filament and the evaporation source. A cylindrical shield having a surrounding hollow wall, and means for introducing a gas into the inside of the shield wall are provided, and a plurality of pores for discharging the introduced gas are provided on a wall on the evaporation source side of the shield. The power supply means is provided uniformly and has a predetermined potential relationship between the grid, the counter electrode, and the filament.
そして、上記シールド壁内部には、活性ガス若しくは
不活性ガス、あるいはこれら両者の混合ガスが導入さ
れ、蒸発源側の壁面に設けられた細孔から真空槽内に均
一に上記ガスが導入される。Then, an active gas or an inert gas, or a mixed gas thereof is introduced into the inside of the shield wall, and the gas is uniformly introduced into the vacuum chamber from a fine hole provided on the wall on the evaporation source side. .
上記対電極は真空槽内に配備され、被蒸着基板を蒸発
源と対向させた状態で保持している。The counter electrode is provided in a vacuum chamber, and holds the substrate to be vapor-deposited so as to face the evaporation source.
上記グリッドは、蒸発物質を通過させうるものであっ
て、蒸発源と対電極の間に配備され、電源手段により対
電極及びフィラメントの電位に対して正電位にされる。The grid is capable of passing an evaporating substance, is disposed between the evaporation source and the counter electrode, and is made to have a positive potential with respect to the potential of the counter electrode and the filament by a power supply means.
熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内の、上記グ
リッドと蒸発源の間に配備され、このフィラメントによ
り発生する熱電子は、蒸発源からの蒸発物質の一部をイ
オン化するのに供される。A filament for generating thermoelectrons is provided in the vacuum chamber between the grid and the evaporation source, and the thermoelectrons generated by the filament are used to ionize a part of the evaporation material from the evaporation source. .
蒸発源からの蒸発物質は、その一部がフィラメントか
らの電子により正イオンにイオン化される。このように
一部イオン化された蒸発物質は、グリッドを通過し、更
にイオン化されたガスにより正イオン化を促進され、グ
リッド−基板間の電界の作用により基板の方へと加速さ
れる。A part of the evaporation material from the evaporation source is ionized into positive ions by electrons from the filament. The partially ionized evaporant passes through the grid, is further positively ionized by the ionized gas, and is accelerated toward the substrate by the action of the grid-substrate electric field.
尚、フィラメントからの電子は、フィラメント温度に
対応する運動エネルギーを持ってフィラメントから放射
されるので、正電位のグリッドに直ちに吸引されずにこ
れを通過し、グリッドによるクーロン力により引き戻さ
れ、更にグリッドを通過し、と言うように、グリッドを
中心として振動運動を繰り返し、遂にはグリッドに吸収
される。したがって、フィラメントからの電子は基板へ
は達せず、基板は熱電子による電子衝撃を受けないの
で、其れによる加熱がなく、基板の温度上昇が防止で
き、プラスチックのような耐熱性のない材質のものでも
基板として用いることができる。Since electrons from the filament are radiated from the filament with kinetic energy corresponding to the filament temperature, they pass through the positive potential grid without being immediately attracted, are pulled back by the Coulomb force by the grid, and are further drawn by the grid. , And so on, repeating the oscillating motion about the grid, and finally being absorbed by the grid. Therefore, electrons from the filament do not reach the substrate, and the substrate is not subjected to electron impact due to thermionic electrons.Therefore, there is no heating, the temperature rise of the substrate can be prevented, and the material without heat resistance such as plastic is used. Any of them can be used as a substrate.
さらに、この薄膜形成装置では、フィラメント及び蒸
発源がシールドに取り囲まれており、且つ均一なガス導
入を行うことが可能なため、上記イオン化が装置の幾何
学的な因子によって受ける影響を小さくすることが可能
となり、均一な特性を持った薄膜が安定して得られ、且
つ薄膜の特性の再現性も向上させることができる。Furthermore, in this thin film forming apparatus, since the filament and the evaporation source are surrounded by the shield and uniform gas introduction can be performed, the influence of the above-mentioned ionization due to the geometrical factors of the apparatus can be reduced. Thus, a thin film having uniform characteristics can be stably obtained, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved.
次に、請求項２記載の薄膜形成装置によれば、上記請
求項１記載の薄膜形成装置の構成に加えて、シールド壁
内部に複数個のメッシュが設置されているため、導入さ
れたガスが上記メッシュに衝突して拡散が促進され、多
種類のガスの混合を効率良く行うことが可能であり、し
たがって、薄膜の特性の均一性をさらに向上させること
が可能である。Next, according to the thin film forming apparatus of the second aspect, in addition to the configuration of the thin film forming apparatus of the first aspect, since a plurality of meshes are installed inside the shield wall, the introduced gas is reduced. Diffusion is promoted by colliding with the mesh, and it is possible to efficiently mix various kinds of gases, and thus it is possible to further improve the uniformity of the characteristics of the thin film.
次に、請求項３記載の薄膜形成装置は、真空槽と、対
電極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラメントと、
蒸発源（単数又は複数）と、上記フィラメント及び上記
蒸発源を取り囲む、基板側とフィラメント及び蒸発源側
の２つの部分に分割された中空の壁を有する円筒形シー
ルドと、上記シールドの壁の基板側の中空部に活性ガ
ス、フィラメント及び蒸発源側の中空部に不活性ガスを
導入する手段を備え、このシールドの内側の壁面に、導
入されたガスを放出するための複数個の細孔が均一に設
けられており、且つ、グリッド及び対電極、フィラメン
トの間を所定の電位関係とする電源手段を備えた構成と
なっている。Next, the thin film forming apparatus according to claim 3 includes a vacuum chamber, a counter electrode, a grid, a filament for generating thermoelectrons,
An evaporation source (s), a cylindrical shield surrounding the filament and the evaporation source and having a hollow wall divided into two parts, a substrate side and a filament and an evaporation source side, and a substrate of the shield wall In the hollow part on the side, means for introducing an active gas, a filament and an inert gas in the hollow part on the side of the evaporation source are provided, and a plurality of pores for releasing the introduced gas are formed on the inner wall surface of the shield. The power supply means is provided uniformly and has a predetermined potential relationship between the grid, the counter electrode, and the filament.
上記シールドの壁の基板側の中空部には活性ガスが導
入され、フィラメント及び蒸発源側の中空部には不活性
ガスが導入され、内側の壁面に設けられた細孔から真空
槽内に夫々のガスが均一に導入される。この際、排気口
がシールドの外側にあるため、シールド内のガスはシー
ルド上部の開口部から排出されることとなり、不活性ガ
スの導入量を活性ガスの導入量より大きくすれば上記フ
ィラメント及び上記蒸発源の近傍においては不活性ガス
の濃度を活性ガスの濃度よりも高くすることが可能であ
る。An active gas is introduced into the hollow part on the substrate side of the shield wall, an inert gas is introduced into the hollow part on the filament and the evaporation source side, and each of them is introduced into the vacuum chamber through a pore provided on the inner wall surface. Is uniformly introduced. At this time, since the exhaust port is outside the shield, the gas in the shield will be exhausted from the opening in the upper part of the shield. In the vicinity of the evaporation source, the concentration of the inert gas can be higher than the concentration of the active gas.
上記対電極は真空槽内に配備され、被蒸着基板を蒸発
源と対向させた状態で保持している。The counter electrode is provided in a vacuum chamber, and holds the substrate to be vapor-deposited so as to face the evaporation source.
上記グリッドは、蒸発物質を通過させうるものであっ
て、蒸発源と対電極の間に配備され、電源手段により対
電極及びフィラメントの電位に対して正電位にされる。The grid is capable of passing an evaporating substance, is disposed between the evaporation source and the counter electrode, and is made to have a positive potential with respect to the potential of the counter electrode and the filament by a power supply means.
熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内の、上記グ
リッドと蒸発源の間に配備され、このフィラメントによ
り発生する熱電子は、蒸発源からの蒸発物質の一部をイ
オン化するのに供される。A filament for generating thermoelectrons is provided in the vacuum chamber between the grid and the evaporation source, and the thermoelectrons generated by the filament are used to ionize a part of the evaporation material from the evaporation source. .
蒸発源からの蒸発物質は、その一部がフィラメントか
らの電子により正イオンにイオン化される。このように
一部イオン化された蒸発物質は、グリッドを通過し、更
にイオン化されたガスにより正イオン化を促進され、グ
リッド−基板間の電界の作用により基板の方へと加速さ
れる。A part of the evaporation material from the evaporation source is ionized into positive ions by electrons from the filament. The partially ionized evaporant passes through the grid, is further positively ionized by the ionized gas, and is accelerated toward the substrate by the action of the grid-substrate electric field.
尚、フィラメントからの電子は、フィラメント温度に
対応する運動エネルギーを持ってフィラメントから放射
されるので、正電位のグリッドに直ちに吸引されずにこ
れを通過し、グリッドによるクーロン力により引き戻さ
れ、更にグリッドを通過し、と言うように、グリッドを
中心として振動運動を繰り返し、遂にはグリッドに吸収
される。したがって、フィラメントからの電子は基板へ
は達せず、基板は熱電子による電子衝撃を受けないの
で、其れによる加熱がなく、基板の温度上昇が防止で
き、プラスチックのような耐熱性のない材質のものでも
基板として用いることができる。Since electrons from the filament are radiated from the filament with kinetic energy corresponding to the filament temperature, they pass through the positive potential grid without being immediately attracted, are pulled back by the Coulomb force by the grid, and are further drawn by the grid. , And so on, repeating the oscillating motion about the grid, and finally being absorbed by the grid. Therefore, electrons from the filament do not reach the substrate, and the substrate is not subjected to electron impact due to thermionic electrons.Therefore, there is no heating, the temperature rise of the substrate can be prevented, and the material without heat resistance such as plastic is used. Any of them can be used as a substrate.
さらに、この薄膜形成装置では、フィラメント及び蒸
発源がシールドに取り囲まれており、且つ均一なガス導
入を行うことが可能なため、上記イオン化が装置の幾何
学的な因子によって受ける影響を小さくすることが可能
となり、均一な特性を持った薄膜が安定して得られ、且
つ薄膜の特性の再現性も向上させることができる。Furthermore, in this thin film forming apparatus, since the filament and the evaporation source are surrounded by the shield and uniform gas introduction can be performed, the influence of the above-mentioned ionization due to the geometrical factors of the apparatus can be reduced. Thus, a thin film having uniform characteristics can be stably obtained, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved.
また、フィラメント及び蒸発源の近傍では不活性ガス
の濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、活性ガスによ
るフィラメントの消耗及び蒸発物質の変質が抑制され、
安定した成膜を行うことが可能となる。In addition, since the concentration of the inert gas is higher than the concentration of the active gas in the vicinity of the filament and the evaporation source, consumption of the filament by the active gas and deterioration of the evaporated substance are suppressed,
It is possible to perform stable film formation.
次に、請求項４記載の薄膜形成装置は、上述の請求項
３記載の薄膜形成装置の蒸発源に替えてターゲットを配
備し、上記ターゲットの電位をグリッド、対電極及びフ
ィラメントに対して負電位とする手段を有することを特
徴とするものであり、その他の構成については同様のも
のである。Next, in the thin film forming apparatus according to a fourth aspect, a target is provided in place of the evaporation source of the thin film forming apparatus according to the third aspect, and the potential of the target is set to a negative potential with respect to the grid, the counter electrode, and the filament. And the other configuration is the same.
この装置においては、ターゲットは導電性を有する母
材（単体または化合物）で構成され、その電位はグリッ
ド、対電極及びフィラメントに対して負電位であり、フ
ィラメント−グリッド間を飛行する熱電子により（正）
イオン化されたイオンの一部はターゲット表面へと拡散
し、高速でターゲット表面をスパッタする。In this device, the target is composed of a conductive base material (simple or compound), the potential of which is negative with respect to the grid, the counter electrode and the filament, and is generated by thermions flying between the filament and the grid ( Correct)
Some of the ionized ions diffuse to the target surface and sputter the target surface at high speed.
このイオンによるスパッタされたターゲットを構成す
る粒子は、その一部が、フィラメントからの電子により
正イオンにイオン化される。そして、このように一部イ
オン化されたターゲットからの粒子は、グリッドを通過
し、更にイオン化されたガスにより正イオン化を促進さ
れ、グリッド−基板間の電界の作用により基板の方へと
加速される。Part of the particles constituting the target sputtered by the ions are ionized into positive ions by electrons from the filament. The particles from the target partially ionized in this way pass through the grid, are further positively ionized by the ionized gas, and are accelerated toward the substrate by the action of the grid-substrate electric field. .
尚、この薄膜形成装置においても、フィラメント及び
ターゲットがシールドに取り囲まれており、かつ均一な
ガス導入を行うことが可能なため、上記イオン化が装置
の幾何学的因子によって受ける影響を小さくすることが
可能となり、均一な特性を持った薄膜が安定して得ら
れ、且つ薄膜の特性の再現性も向上させることができ
る。In this thin film forming apparatus, since the filament and the target are surrounded by the shield and the gas can be introduced uniformly, it is possible to reduce the influence of the ionization by the geometrical factors of the apparatus. As a result, a thin film having uniform characteristics can be stably obtained, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved.
また、フィラメント及びターゲットの近傍では不活性
ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、活性ガス
によるフィラメントの消耗及び蒸発物質の変質が抑制さ
れ、安定した成膜を行うことが可能となる。In addition, since the concentration of the inert gas is higher than the concentration of the active gas in the vicinity of the filament and the target, the consumption of the filament by the active gas and the deterioration of the evaporated substance are suppressed, and a stable film formation can be performed.
以下、図示の各実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, the illustrated embodiments will be described in detail.
第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示す薄膜形
成装置の概略的構成図である。FIG. 1 is a schematic structural view of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
第１図において、ベースプレート２とベルジャー３と
はパッキング４を介して一体化され真空槽１を形成して
いる。ここで、ベースプレート２の中央部には孔2aが形
成されて、図示しない真空排気系に連結され、真空槽１
内の気密性を維持している。そして、このような真空槽
１内には上方から下方に向けて順に対電極10と、グリッ
ド11と、フィラメント12と、蒸発源13が適宜間隔をあけ
て設けられており、これらの部材は各々支持体を兼用す
る電極14,15,16,17により水平状態に保持されている。
これらの電極14,15,16,17は何れもベースプレート２と
の電気的な絶縁性を保つ状態でベースプレート２を貫通
して真空槽１の外部に引き出されている。即ち、これら
の電極14,15,16,17は真空槽１の内外の電気的な接続・
給電を行うもので、その他の配線具と共に導電手段とな
りうるものであり、ベースプレート２の貫通部において
は気密性が確保されている。In FIG. 1, a base plate 2 and a bell jar 3 are integrated via a packing 4 to form a vacuum chamber 1. Here, a hole 2a is formed in the center of the base plate 2 and connected to a vacuum evacuation system (not shown).
The airtightness inside is maintained. In the vacuum chamber 1, a counter electrode 10, a grid 11, a filament 12, and an evaporation source 13 are provided at appropriate intervals in this order from top to bottom. The electrodes 14, 15, 16, and 17 also serve as supports and are held in a horizontal state.
These electrodes 14, 15, 16, and 17 are all drawn through the base plate 2 to the outside of the vacuum chamber 1 while maintaining electrical insulation with the base plate 2. That is, these electrodes 14, 15, 16, 17 are electrically connected to the inside and outside of the vacuum chamber 1.
It supplies power and can serve as a conductive means together with other wiring tools. Airtightness is ensured in the penetrating portion of the base plate 2.
ここで、前記電極の内、一対の電極17により支持され
た蒸発源13は蒸発物質を蒸発させるためのものであり、
例えばタングステン、モリブデンなどの金属をコイル状
に形成してなる抵抗加熱式として構成されている。もっ
ともコイル状にかえて、ボート状に形成したものでもよ
い。また、このような蒸発源に替えて電子ビーム蒸発源
など、従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発源を適
宜使用することができる。Here, among the electrodes, the evaporation source 13 supported by the pair of electrodes 17 is for evaporating the evaporation substance,
For example, the resistance heating type is formed by forming a metal such as tungsten or molybdenum in a coil shape. However, it may be formed in a boat shape instead of the coil shape. Further, instead of such an evaporation source, an evaporation source such as an electron beam evaporation source used in a conventional vacuum evaporation method can be appropriately used.
一方、一対の電極16の間には、タングステンなどによ
る熱電子発生用のフィラメント12が支持されている。こ
のフィラメント12の形状は、複数本の線状のフィラメン
トを平行に配列したり、あるいは網目状にしたりするな
どして、蒸発源から蒸発した蒸発物質の粒子の広がりを
カバーするように定められている。On the other hand, between the pair of electrodes 16, a filament 12 for generating thermoelectrons made of tungsten or the like is supported. The shape of the filament 12 is determined such that a plurality of linear filaments are arranged in parallel or formed in a mesh to cover the spread of particles of the evaporated substance evaporated from the evaporation source. I have.
また、支持体兼用電極15には、グリッド11が支持され
ており、このグリッド11は、蒸発物質を通過させうる形
状にその形状が定められているが、この例では網目状で
ある。The support / electrode 15 supports the grid 11, and the grid 11 is defined in a shape that allows the evaporating substance to pass therethrough. In this example, the grid 11 has a mesh shape.
また、電極14には対電極10が支持されており、この対
電極10には、上記蒸発源13に対向する面側（図では下面
側）に位置させて、薄膜を形成すべき基板18が適宜の方
法により保持されている。この状態を蒸発源13の側から
見れば、基板18の背後に対電極10が配備されることにな
る。A counter electrode 10 is supported on the electrode 14. The counter electrode 10 has a substrate 18 on which a thin film is to be formed, which is located on the surface side (the lower surface side in the figure) facing the evaporation source 13. It is held by an appropriate method. When this state is viewed from the side of the evaporation source 13, the counter electrode 10 is provided behind the substrate 18.
さて、上述の各支持体兼用の電極14,15,16,17は導電
体であって電極としての役割を兼ねており、それらの真
空槽外へ突出した端部間は図示のように種々の電源に接
続されている。Now, each of the above-mentioned electrodes 14, 15, 16, and 17 also serving as a support is a conductor and also serves as an electrode, and various portions between the ends protruding outside the vacuum chamber as shown in the drawing. Connected to power.
先ず、蒸発源13は一対の電極17を介して蒸発用電源20
に接続されている。次に、直流電源21が設けられてお
り、この直流電源21の正極側は電極15を介してグリッド
11に、直流電源23の負極側は電極14を介して対電極10に
接続されている。First, the evaporation source 13 is connected to the evaporation power source 20 via the pair of electrodes 17.
It is connected to the. Next, a DC power supply 21 is provided, and the positive electrode side of the DC power supply 21 is
In addition, the negative side of the DC power supply 23 is connected to the counter electrode 10 via the electrode 14.
即ち、グリッド11の電位は対電極10の電位に対して正
電位となるように設定されている。これにより、グリッ
ド11と対電極10間の電界はグリッド11側から対電極10側
へと向かうものとなる。That is, the potential of the grid 11 is set to be a positive potential with respect to the potential of the counter electrode 10. As a result, the electric field between the grid 11 and the counter electrode 10 goes from the grid 11 side to the counter electrode 10 side.
そして、電極15により支持されたグリッド11は蒸発物
質を通過させうる形状、例えば網目状に形成されてい
る。The grid 11 supported by the electrodes 15 is formed in a shape that allows the evaporant to pass through, for example, a mesh.
また、フィラメント12は一対の電極16を介して直流電
源22の両端に接続されている。尚、図中の接地は必ずし
も必要ではない。The filament 12 is connected to both ends of a DC power supply 22 via a pair of electrodes 16. Note that grounding in the figure is not always necessary.
尚、実際には、これらの電気的接続には種々のスイッ
チ類を含み、これらの操作により、成膜プロセスを実現
するのであるが、これらスイッチ類は図中に示されてい
ない。Actually, these electrical connections include various switches, and the film formation process is realized by these operations, but these switches are not shown in the drawing.
真空槽１内には、上記フィラメント12及び上記蒸発源
13を取り囲む中空の壁を有する円筒形のシールド30が設
置されている。また、周知の方法により、シールド30の
壁内部に活性ガスまたは不活性ガス、あるいは活性ガス
と不活性ガスとの混合ガスを導入しうるように構成され
ている。In the vacuum chamber 1, the filament 12 and the evaporation source
A cylindrical shield 30 having a hollow wall surrounding 13 is installed. Further, it is configured such that an active gas or an inert gas, or a mixed gas of an active gas and an inert gas can be introduced into the inside of the wall of the shield 30 by a known method.
例えば、シールド30に対しては、O2等の活性ガスを収
納したボンベ６がバルブ７を介して連結されると共にAr
等の不活性ガスを収納したボンベ８がバルブ９を介して
連結されている。このシールド30の蒸発源側の壁面に
は、上記導入されたガスを放出するための複数個の細孔
が均一に設けられている。For example, a cylinder 6 containing an active gas such as O 2 is connected via a valve 7 to the shield
A cylinder 8 containing an inert gas such as the above is connected via a valve 9. A plurality of pores for discharging the introduced gas are uniformly provided on a wall surface of the shield 30 on the evaporation source side.
尚、第２図は請求項２記載の発明に対する実施例であ
りシールド部分の拡大図を示しており、第２図の構成に
おいては、シールド30のガスが導入される壁の内部に複
数個の円筒形メッシュ33が設置されている。FIG. 2 is an embodiment of the invention according to claim 2 and shows an enlarged view of a shield portion. In the configuration of FIG. 2, a plurality of shields 30 are provided inside a wall into which gas is introduced. A cylindrical mesh 33 is provided.
以下、第１図に示す構成の装置例による薄膜形成につ
いて説明する。Hereinafter, formation of a thin film by the example of the apparatus having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
先ず、ベルジャー３を開き、第１図のごとく、薄膜を
形成すべき基板18を対電極10に保持させると共に蒸発源
13に蒸発物質を取り付ける。この蒸発物質を構成する母
材と、導入ガス種の組合せは勿論どのような薄膜を形成
するかに応じて定められる。例えば、Al2O3薄膜を形成
する場合には、蒸発物質としてアルミニウム（Al）を、
不活性ガスとしてアルゴン（Ar）を、活性ガスとして酸
素（O2）を選択できる。また、In2O3薄膜を形成する場
合には、蒸発物質としてインジウム（In）、導入ガスと
して酸素を選択することができる。First, the bell jar 3 is opened, and as shown in FIG.
Attach the evaporant to 13. The combination of the base material and the type of the introduced gas, which constitutes the evaporating substance, is determined depending on what kind of thin film is to be formed. For example, when forming an Al 2 O 3 thin film, aluminum (Al) is used as an evaporating substance,
Argon (Ar) can be selected as the inert gas, and oxygen (O 2 ) can be selected as the active gas. When an In 2 O 3 thin film is formed, indium (In) can be selected as the evaporating substance and oxygen can be selected as the introduced gas.
さて、基板及び蒸発物質を取り付けた後、ベルジャー
３が閉じられ、真空槽１内は予め10-5〜10-6Torrの圧力
にされ、これに必要に応じて、活性ガス、若しくは不活
性ガス、あるいはこれらの混合ガスがシールド30の壁面
の細孔から10-2〜10-4Torrの圧力で導入される。ここで
は、説明の具体性のため、導入ガスは、例えばアルゴン
などの不活性ガスであるとする。Now, after attaching the substrate and the evaporating substance, the bell jar 3 is closed, and the pressure in the vacuum chamber 1 is previously set to a pressure of 10 -5 to 10 -6 Torr, and if necessary, an active gas or an inert gas is used. Alternatively, a mixed gas thereof is introduced at a pressure of 10.sup.- 2 to 10.sup.- 4 Torr from pores on the wall surface of the shield 30. FIG. Here, for the sake of specificity of explanation, the introduced gas is assumed to be an inert gas such as argon.
この雰囲気状態において、電源を作動させると、グリ
ッド11には直流電源21によって正の電位が印加され、フ
ィラメント12には電源22により電流が流される。そし
て、フィラメント12は抵抗加熱によって加熱され、熱電
子を放射する。また、蒸発源13も電源20からの電流によ
って加熱され、蒸発物質が蒸発される。When the power supply is operated in this atmosphere state, a positive potential is applied to the grid 11 by the DC power supply 21, and a current is supplied to the filament 12 by the power supply 22. Then, the filament 12 is heated by resistance heating and emits thermoelectrons. Further, the evaporation source 13 is also heated by the electric current from the power supply 20, and the evaporation material is evaporated.
蒸発源13から蒸発した蒸発物質は広がりをもって基板
18の側へ向かって飛行するが、その一部、及び前記導入
ガスはフィラメント12より放出された熱電子との衝突に
よって外殻電子がはじき出され正イオンにイオン化され
る。The evaporating substance evaporated from the evaporation source 13 spreads on the substrate
While flying toward the side 18, a part of the gas and the introduced gas are repelled by outer electrons by collision with thermionic electrons emitted from the filament 12, and ionized into positive ions.
このように、一部イオン化された蒸発物質はグリッド
11を通過するが、その際、前述のようにグリッド11の近
傍において上下に振動運動する熱電子、及び前記イオン
化された導入ガスの衝突により、さらにイオン化率が高
められる。In this way, the partially ionized evaporant is
At this time, the ionization rate is further increased by the collision of the thermoelectrons vibrating up and down in the vicinity of the grid 11 and the ionized introduced gas as described above.
このようにして、正イオンにイオン化された蒸発物質
は、グリッド11から対電極10に向かう電界の作用により
基板18に向かって加速され、基板に高エネルギーを持っ
て衝突付着する。これによって、非常に密着性のよい薄
膜が形成される。In this way, the evaporated substance ionized into positive ions is accelerated toward the substrate 18 by the action of the electric field from the grid 11 to the counter electrode 10, and collides with the substrate with high energy. Thereby, a thin film having very good adhesion is formed.
フィラメント12から放出された熱電子は、最終的に
は、その大部分がグリッド11に吸収され、一部の熱電子
はグリッド11を通過するが、グリッド11と基板18との間
で、前記電界の作用によって減速されるので、仮に基板
18に到達しても、基板18を加熱するには到らない。Most of the thermoelectrons emitted from the filament 12 are ultimately absorbed by the grid 11 and some thermoelectrons pass through the grid 11, but the electric field between the grid 11 and the substrate 18 Is decelerated by the action of
Even if it reaches 18, it does not reach to heat the substrate 18.
以上のように、第１図に示す構成の薄膜形成装置にお
いては、蒸発物質のイオン化率が極めて高いため、真空
槽内に活性ガスを単独で、あるいは不活性ガスと共に導
入して成膜を行うことにより、蒸発物質と活性ガスを化
合させ、この化合により化合物薄膜を形成する場合に
も、所望の物性を有する薄膜を容易に得ることができ
る。As described above, in the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 1, since the ionization rate of the evaporating substance is extremely high, film formation is performed by introducing an active gas alone or together with an inert gas into a vacuum chamber. This makes it possible to easily obtain a thin film having desired physical properties even when the vaporized substance and the active gas are combined and a compound thin film is formed by the combination.
尚、真空槽内のガスのイオン化には、フィラメントに
よる熱電子が有効に寄与するので、10-4Torr以下の圧力
の高真空下においても蒸発物質のイオン化が可能であ
り、このため、薄膜の構造も極めて緻密なものとするこ
とが可能であり、通常、薄膜の密度はバルクのそれより
小さいとされているが、本発明の薄膜形成装置によれ
ば、バルクの密度に極めて近い密度が得られることも大
きな特徴の一つである。さらに、このような高真空下で
成膜を行えることにより、薄膜中へのガス分子の取り込
みを極めて少なくすることができ、高純度の薄膜を得る
ことができる。In addition, since thermions due to the filaments effectively contribute to the ionization of the gas in the vacuum chamber, it is possible to ionize the evaporated substance even under a high vacuum at a pressure of 10 -4 Torr or less. The structure can be extremely dense, and the density of the thin film is usually smaller than that of the bulk. However, according to the thin film forming apparatus of the present invention, a density very close to the bulk density can be obtained. Is one of the major features. Furthermore, by performing film formation under such a high vacuum, the incorporation of gas molecules into the thin film can be extremely reduced, and a high-purity thin film can be obtained.
また、フィラメント及び蒸発源がシールドに取り囲ま
れており、且つ均一なガス導入を行うことが可能なた
め、前記イオン化が装置の幾何学的な因子によって受け
る影響を小さくすることが可能となり、均一な特性を持
った薄膜が安定して得られ、且つ薄膜の特性の再現性も
向上させることができる。Further, since the filament and the evaporation source are surrounded by the shield and uniform gas introduction can be performed, the influence of the ionization on the geometrical factors of the apparatus can be reduced, and the uniformity of the ionization can be reduced. A thin film having characteristics can be obtained stably, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved.
また、第２図に示すシールド構造の装置では、多種類
のガスを導入する場合、極めて効率良くガスの混合を行
うことが可能であり、従って、反応性成膜を行う場合の
薄膜の特性を極めて均一にすることができる。Further, in the apparatus having the shield structure shown in FIG. 2, when introducing various kinds of gases, it is possible to mix the gases very efficiently, and therefore, the characteristics of the thin film when performing the reactive film formation are improved. It can be very uniform.
以上のように、第１図、第２図に示した本発明の薄膜
形成装置は、IC、LSIなどを構成する半導体薄膜や、そ
の電極としての高純度な金属薄膜の形成、さらには光学
薄膜の形成に極めて適している。As described above, the thin film forming apparatus of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is used to form a semiconductor thin film constituting an IC, an LSI, etc., a high-purity metal thin film as an electrode thereof, and an optical thin film. Very suitable for the formation of
次に、第３図は請求項３記載の発明の一実施例を示す
薄膜形成装置の概略的構成図である。Next, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the third aspect of the present invention.
この第３図に示す構成の薄膜形成装置と先の第１図に
示した構成の薄膜形成装置との違いは、シールド部の構
造と活性ガス、不活性ガスの導入方法が異なるだけであ
り、その他の、ベースプレート２、ベルジャー３、パッ
キング４、対電極10、グリッド11、フィラメント12、蒸
発源13、支持体兼用電極14,15,16,17、各種の電源20,2
1,22等の同符号を付した構成要素に関しては同一である
ので説明を省略する。The only difference between the thin film forming apparatus having the structure shown in FIG. 3 and the thin film forming apparatus having the structure shown in FIG. 1 is that the structure of the shield portion and the method of introducing the active gas and the inert gas are different. In addition, base plate 2, bell jar 3, packing 4, counter electrode 10, grid 11, filament 12, evaporation source 13, support / electrode 14, 15, 16, 17, and various power supplies 20, 2.
Components having the same reference numerals, such as 1,22, are the same and will not be described.
第３図に示す構成の薄膜形成装置おいて、真空槽１内
には、フィラメント12及び蒸発源13を取り囲む、基板18
側と、フィラメント12及び蒸発源13側の２つの部分に分
割された中空の壁を有する円筒形シールド35が設置され
ている。この場合、排気用の孔2aは上記シールド35の外
部にある。また、周知の方法により、上記シールド35の
壁の基板側の中空部35aに活性ガス、フィラメント及び
蒸発源側の中空部35bに不活性ガスを不活性ガスの導入
量が活性ガスの導入量より高くなるように導入する。こ
の際、上記フィラメント12及び上記蒸発源13の近傍にお
いては不活性ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも高くな
る。In the thin film forming apparatus having the structure shown in FIG. 3, a substrate 18 surrounding the filament 12 and the evaporation source 13 is provided in the vacuum chamber 1.
A cylindrical shield 35 having a hollow wall divided into two parts on the side of the filament 12 and the evaporation source 13 is provided. In this case, the exhaust hole 2a is outside the shield 35. Further, according to a known method, the amount of the inert gas introduced into the hollow portion 35a on the substrate side of the wall of the shield 35 and the amount of the inert gas introduced into the hollow portion 35b on the evaporation source side are smaller than the amount of the active gas introduced. Introduce to be higher. At this time, in the vicinity of the filament 12 and the evaporation source 13, the concentration of the inert gas becomes higher than the concentration of the active gas.
尚、第３図の例では、シールド35の壁の基板側の中空
部35aに対しては、O2等の活性ガスを収納したボンベ６
がバルブ７を介して連結され、フィラメント及び蒸発源
側の中空部35bに対してはAr等の不活性ガスを収納した
ボンベ８がバルブ９を介して連結されている。また、こ
のシールド35の内側の壁面には上記導入されたガスを放
出するための複数個の細孔が均一に設けられている。In the example shown in FIG. 3, a cylinder 6 containing an active gas such as O 2 is placed in a hollow portion 35 a on the substrate side of the wall of the shield 35.
Are connected via a valve 7, and a cylinder 8 containing an inert gas such as Ar is connected via a valve 9 to the filament and the hollow portion 35 b on the evaporation source side. Further, a plurality of fine holes for discharging the introduced gas are uniformly provided on the inner wall surface of the shield 35.
次に、第４図は請求項４記載の発明の一実施例を示す
薄膜形成装置の概略的構成図であるが、この薄膜形成装
置は、第３図に示した薄膜形成装置の蒸発源13に替えて
ターゲット40を設置したものであり、このターゲット40
は支持体兼用電極41により支持され、支持体兼用電極41
は直流電源23の負極側に接続され、直流電源23の正極側
は、支持体兼用電極14に接続されている。尚、その他の
同符号を付した構成要素に関しては第３図に示した装置
と同じであるから説明を省略する。Next, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, which is an evaporation source 13 of the thin film forming apparatus shown in FIG. The target 40 is installed in place of
Are supported by the support / electrode 41, and the support / electrode 41
Is connected to the negative electrode side of the DC power supply 23, and the positive electrode side of the DC power supply 23 is connected to the support / electrode 14. The other components having the same reference numerals are the same as those in the apparatus shown in FIG.
以下、第３図、第４図に示した構成の薄膜形成装置に
よる薄膜形成について説明する。Hereinafter, the formation of a thin film by the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIGS. 3 and 4 will be described.
先ず、第３図の構成の薄膜形成装置において、ベルジ
ャー３を開き、図示のごとく、薄膜を形成すべき基板18
を対電極10に保持させると共に蒸発源13に蒸発物質を取
り付ける。この蒸発物質を構成する母材と、導入ガス種
の組合せは勿論どのような薄膜を形成するかに応じて定
められる。例えば、Al2O3薄膜を形成する場合には、蒸
発物質としてAlを、不活性ガスとしてArを、活性ガスと
してO2を選択できる。また、In2O3薄膜を形成する場合
には、蒸発物質としてIn、導入ガスとしてO2を選択する
ことができる。First, in the thin film forming apparatus having the structure shown in FIG. 3, the bell jar 3 is opened, and as shown in FIG.
Is held by the counter electrode 10 and an evaporation substance is attached to the evaporation source 13. The combination of the base material and the type of the introduced gas, which constitutes the evaporating substance, is determined depending on what kind of thin film is to be formed. For example, when forming an Al 2 O 3 thin film, Al can be selected as an evaporating substance, Ar as an inert gas, and O 2 as an active gas. When an In 2 O 3 thin film is formed, In can be selected as the evaporating substance and O 2 can be selected as the introduced gas.
さて、基板及び蒸発物質を取り付けた後、ベルジャー
３が閉じられ、真空槽１内は予め10-5〜10-6Torrの圧力
にされ、これに必要に応じて、活性ガス、不活性ガスが
シールド35の壁面の細孔から10-2〜10-4Torrの圧力で導
入される。ここでは、説明の具体性のため、導入ガス
は、例えば活性ガスとして酸素、不活性ガスとしてArと
する。Now, after attaching the substrate and the evaporating substance, the bell jar 3 is closed, and the pressure in the vacuum chamber 1 is previously set to a pressure of 10 -5 to 10 -6 Torr, and if necessary, an active gas and an inert gas are supplied thereto. It is introduced at a pressure of 10 -2 to 10 -4 Torr from the pores on the wall surface of the shield 35. Here, for the sake of specificity, the introduced gas is, for example, oxygen as an active gas and Ar as an inert gas.
この雰囲気状態において、電源を作動させると、グリ
ッド11には直流電源21によって正の電位が印加され、フ
ィラメント12には電源22により電流が流される。そし
て、フィラメント12は抵抗加熱によって加熱され、熱電
子を放射する。また、蒸発源13も電源20からの電流によ
って加熱され、蒸発物質が蒸発される。When the power supply is operated in this atmosphere state, a positive potential is applied to the grid 11 by the DC power supply 21, and a current is supplied to the filament 12 by the power supply 22. Then, the filament 12 is heated by resistance heating and emits thermoelectrons. Further, the evaporation source 13 is also heated by the electric current from the power supply 20, and the evaporation material is evaporated.
蒸発源13から蒸発した蒸発物質は広がりをもって基板
18の側へ向かって飛行するが、その一部、及び前記導入
ガスはフィラメント12より放出された熱電子との衝突に
よって外殻電子がはじきだされ、正イオンにイオン化さ
れる。The evaporating substance evaporated from the evaporation source 13 spreads on the substrate
While flying toward 18, a part of the gas and the introduced gas are repelled by outer shell electrons by collision with thermionic electrons emitted from the filament 12, and are ionized into positive ions.
このように、一部イオン化された蒸発物質はグリッド
11を通過するが、その際、前述のように、グリッド11の
近傍において上下に振動運動する熱電子、及び前記イオ
ン化された導入ガスの衝突により、さらにイオン化率が
高められる。In this way, the partially ionized evaporant is
At this time, as described above, the ionization rate is further increased by the collision of the thermoelectrons vibrating up and down in the vicinity of the grid 11 and the ionized introduced gas, as described above.
このようにして、正イオンにイオン化された蒸発物質
は、グリッド11から対電極10に向かう電界の作用により
基板18に向かって加速され、基板に高エネルギーを持っ
て衝突付着する。これによって、非常に密着性のよい薄
膜が形成される。In this way, the evaporated substance ionized into positive ions is accelerated toward the substrate 18 by the action of the electric field from the grid 11 to the counter electrode 10, and collides with the substrate with high energy. Thereby, a thin film having very good adhesion is formed.
フィラメント12から放出された熱電子は、最終的に
は、その大部分がグリッド11に吸収され、一部の熱電子
はグリッド11を通過するが、グリッド11と基板18との間
で、前記電界の作用によって減速されるので、仮に基板
18に到達しても、基板18を加熱するには到らない。Most of the thermoelectrons emitted from the filament 12 are ultimately absorbed by the grid 11 and some thermoelectrons pass through the grid 11, but the electric field between the grid 11 and the substrate 18 Is decelerated by the action of
Even if it reaches 18, it does not reach to heat the substrate 18.
以上のように、第３図に示す構成の薄膜形成装置にお
いては、蒸発物質のイオン化率が極めて高いため、真空
槽内に活性ガスを不活性ガスと共に導入して成膜を行う
ことにより、蒸発物質と活性ガスを化合させ、この化合
により化合物薄膜を形成する場合にも、所望の物性を有
する薄膜を容易に得ることができる。As described above, in the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 3, since the ionization rate of the evaporating substance is extremely high, the evaporation is performed by introducing an active gas together with an inert gas into the vacuum chamber to form a film. Even when a substance and an active gas are combined and a compound thin film is formed by this combination, a thin film having desired physical properties can be easily obtained.
尚、真空槽内のガスのイオン化には、フィラメントに
よる熱電子が有効に寄与するので、10-4Torr以下の圧力
の高真空下においても蒸発物質のイオン化が可能であ
り、このため、薄膜の構造も極めて緻密なものとするこ
とが可能であり、通常、薄膜の密度はバルクのそれより
小さいとされているが、本発明の薄膜形成装置によれ
ば、バルクの密度に極めて近い密度が得られることも大
きな特徴の一つである。さらに、このような高真空下で
成膜を行えることにより、薄膜中へのガス分子の取り込
みを極めて少なくすることができ、高純度の薄膜を得る
ことができる。In addition, since thermions due to the filaments effectively contribute to the ionization of the gas in the vacuum chamber, it is possible to ionize the evaporated substance even under a high vacuum at a pressure of 10 -4 Torr or less. The structure can be extremely dense, and the density of the thin film is usually smaller than that of the bulk. However, according to the thin film forming apparatus of the present invention, a density very close to the bulk density can be obtained. Is one of the major features. Furthermore, by performing film formation under such a high vacuum, the incorporation of gas molecules into the thin film can be extremely reduced, and a high-purity thin film can be obtained.
また、フィラメント及び蒸発源がシールドに取り囲ま
れており、且つ均一なガス導入を行うことが可能なた
め、前記イオン化が装置の幾何学的な因子によって受け
る影響を小さくすることが可能となり、均一な特性を持
った薄膜が安定して得られ、且つ薄膜の特性の再現性も
向上させることができる。また、第３図に示すシールド
構造の薄膜形成装置では、フィラメント及び蒸発源の近
傍では不活性ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも高いた
め、活性ガスによるフィラメントの消耗及び蒸発物質の
変質が抑制され、安定した成膜を行うことが可能とな
る。Further, since the filament and the evaporation source are surrounded by the shield and uniform gas introduction can be performed, the influence of the ionization on the geometrical factors of the apparatus can be reduced, and the uniformity of the ionization can be reduced. A thin film having characteristics can be obtained stably, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved. Further, in the thin film forming apparatus having the shield structure shown in FIG. 3, since the concentration of the inert gas is higher than the concentration of the active gas in the vicinity of the filament and the evaporation source, the consumption of the filament by the active gas and the deterioration of the evaporated substance are suppressed. Thus, stable film formation can be performed.
次に、第４図に示す構成の薄膜形成装置においては、
前述したように、第３図の装置の蒸発源13に替えてター
ゲット40が設置されている。このターゲット40を構成す
る母材と導入ガス種の組合せは勿論どのような薄膜を形
成するかに応じて定められる。例えば、Al2O3薄膜を形
成する場合には、ターゲット40としてAlを、不活性ガス
としてArを、活性ガスとしてO2を選択できる。また、Zn
O薄膜を形成する場合には、ターゲットとしてZn、不活
性ガスとしてArを、活性ガスとしてO2を選択することが
できる。Next, in the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIG.
As described above, the target 40 is provided in place of the evaporation source 13 of the apparatus shown in FIG. The combination of the base material constituting the target 40 and the type of the introduced gas is, of course, determined according to what kind of thin film is to be formed. For example, when forming an Al 2 O 3 thin film, Al can be selected as the target 40, Ar as the inert gas, and O 2 as the active gas. Also, Zn
When forming an O thin film, Zn can be selected as a target, Ar as an inert gas, and O 2 as an active gas.
さて、基板及びターゲットを取り付けた後、ベルジャ
ー３が閉じられ、真空槽１内は予め10-5〜10-6Torrの圧
力にされ、これに必要に応じて活性ガス、不活性ガスが
シールド35の壁面の細孔から10-2〜10-4Torrの圧力で導
入される。ここでは、説明の具体性のため、導入ガス
は、例えば活性ガスとして酸素、不活性ガスとしてArと
する。Now, after attaching the substrate and the target, the bell jar 3 is closed, and the pressure in the vacuum chamber 1 is previously set to 10 -5 to 10 -6 Torr, and if necessary, an active gas and an inert gas are shielded. It is introduced at a pressure of 10 -2 to 10 -4 Torr from the pores on the wall of. Here, for the sake of specificity, the introduced gas is, for example, oxygen as an active gas and Ar as an inert gas.
この雰囲気状態において、電源を作動させると、グリ
ッド11には直流電源21によって正の電位が印加され、フ
ィラメント12には電源22により電流が流される。そし
て、フィラメント12は抵抗加熱によって加熱され、熱電
子を放射する。真空槽内のAr分子は、フィラメント12よ
り放出された熱電子との衝突によって、その外殻電子が
はじき出され、正イオンにイオン化される。このイオン
はフィラメント−ターゲット間の電界によりターゲット
40の表面に到達する。一方ターゲット40には負電位が印
加されているので、ターゲット40の表面には高速のイオ
ンが衝突し、ターゲット40の母材をスパッタする。When the power supply is operated in this atmosphere state, a positive potential is applied to the grid 11 by the DC power supply 21, and a current is supplied to the filament 12 by the power supply 22. Then, the filament 12 is heated by resistance heating and emits thermoelectrons. Ar molecules in the vacuum chamber collide with thermionic electrons emitted from the filament 12, whereby outer shell electrons are repelled and ionized into positive ions. These ions are generated by the electric field between the filament and the target.
Reach 40 surfaces. On the other hand, since a negative potential is applied to the target 40, high-speed ions collide with the surface of the target 40 and sputter the base material of the target 40.
こうしてスパッタされターゲット40から飛散した粒子
は広がりをもって基板18の側へ向かって飛行するが、そ
の一部、及び前記導入ガスはフィラメント12より放出さ
れた熱電子との衝突によって外殻電子がはじきだされ、
正イオンにイオン化される。The particles sputtered and scattered from the target 40 fly toward the substrate 18 with a spread, but a part of the particles and the introduced gas are repelled by outer shell electrons due to collision with thermions emitted from the filament 12. And
It is ionized into positive ions.
このように、一部イオン化されたターゲットからの粒
子はグリッド11を通過するが、その際、前述のように、
グリッド11の近傍において上下に振動運動する熱電子、
及び前記イオン化された導入ガスとの衝突により、さら
にイオン化率が高められる。Thus, the particles from the partially ionized target pass through the grid 11, at which time, as described above,
Thermoelectrons oscillating up and down near the grid 11,
The collision with the ionized introduced gas further increases the ionization rate.
このようにして、正イオンにイオン化されたターゲッ
トからの粒子は、グリッド11から対電極10に向かう電界
の作用により基板18に向かって加速され、基板に高エネ
ルギーを持って衝突付着する。これによって、非常に密
着性のよい薄膜が形成される。In this way, particles from the target ionized into positive ions are accelerated toward the substrate 18 by the action of the electric field from the grid 11 to the counter electrode 10, and collide with the substrate with high energy. Thereby, a thin film having very good adhesion is formed.
フィラメント12から放出された熱電子は、最終的に
は、その大部分がグリッド11に吸収され、一部の熱電子
はグリッド11を通過するが、グリッド11と基板18との間
で、前記電界の作用によって減速されるので、仮に基板
18に到達しても、基板18を加熱するには到らない。Most of the thermoelectrons emitted from the filament 12 are ultimately absorbed by the grid 11 and some thermoelectrons pass through the grid 11, but the electric field between the grid 11 and the substrate 18 Is decelerated by the action of
Even if it reaches 18, it does not reach to heat the substrate 18.
以上のように、第４図に示す構成の薄膜形成装置にお
いては、ターゲットからの粒子のイオン化率が極めて高
いため、真空槽内に活性ガスを不活性ガスと共に導入し
て成膜を行うことにより、ターゲットからの粒子と活性
ガスを化合させ、この化合により化合物薄膜を形成する
場合にも、所望の物性を有する薄膜を容易に得ることが
できる。As described above, in the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 4, since the ionization rate of the particles from the target is extremely high, the film is formed by introducing the active gas into the vacuum chamber together with the inert gas. In the case where particles from the target are combined with an active gas and a compound thin film is formed by the combination, a thin film having desired physical properties can be easily obtained.
尚、真空槽内のガスのイオン化には、フィラメントに
よる熱電子が有効に寄与するので、10-4Torr以下の圧力
の高真空下においてもターゲットからの粒子のイオン化
が可能であり、このため、薄膜の構造も極めて緻密なも
のとすることが可能であり、通常、薄膜の密度はバルク
のそれより小さいとされているが、本発明の薄膜形成装
置によれば、バルクの密度に極めて近い密度が得られる
ことも大きな特徴の一つである。さらに、このような高
真空下で成膜を行えることにより、薄膜中へのガス分子
の取り込みを極めて少なくすることができ、高純度の薄
膜を得ることができる。In addition, since the thermoelectrons by the filament effectively contribute to the ionization of the gas in the vacuum chamber, the particles can be ionized from the target even under a high vacuum at a pressure of 10 -4 Torr or less. Although the structure of the thin film can be extremely dense, it is generally said that the density of the thin film is smaller than that of the bulk. However, according to the thin film forming apparatus of the present invention, the density is very close to the bulk density. Is also one of the major features. Furthermore, by performing film formation under such a high vacuum, the incorporation of gas molecules into the thin film can be extremely reduced, and a high-purity thin film can be obtained.
また、フィラメント及びターゲットがシールドに取り
囲まれており、且つ均一なガス導入を行うことが可能な
ため、前記イオン化が装置の幾何学的な因子によって受
ける影響を小さくすることが可能となり、均一な特性を
持った薄膜が安定して得られ、且つ薄膜の特性の再現性
も向上させることができる。また、第４図に示す薄膜形
成装置では、フィラメント及びターゲットの近傍では不
活性ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、活性
ガスによるフィラメントの消耗及びターゲット表面の変
質が抑制され、安定した成膜を行うことが可能となる。Further, since the filament and the target are surrounded by the shield and uniform gas can be introduced, the influence of the ionization on the geometrical factors of the apparatus can be reduced, and uniform characteristics can be obtained. Can be stably obtained, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved. Further, in the thin film forming apparatus shown in FIG. 4, the concentration of the inert gas is higher than the concentration of the active gas in the vicinity of the filament and the target. A film can be formed.
以上のように、第３図、第４図に示す構成の薄膜形成
装置は、IC、LSIなどを構成する半導体薄膜や、その電
極としての高純度な金属薄膜の形成、さらには光学薄膜
の形成に極めて適している。As described above, the thin film forming apparatus having the structure shown in FIGS. 3 and 4 forms a semiconductor thin film constituting an IC or an LSI, a high-purity metal thin film as an electrode thereof, and further forms an optical thin film. Extremely suitable for
以上説明したように、請求項1,2,3,4記載の本発明の
薄膜形成装置によれば、蒸発物質やターゲットからの粒
子がイオン化し、高いエネルギーを電気的に有する（電
子・イオン温度等）ので、反応性を必要とする成膜、結
晶化を必要とする成膜を温度（反応温度、結晶化温度）
という熱エネルギーを与えずに実現できるので低温成膜
が可能となる。従って、耐熱性のないプラスチックフィ
ルムなどをも基板として使用することができる。As described above, according to the thin film forming apparatus of the present invention, the vaporized substance and the particles from the target are ionized and have high energy electrically (electron / ion temperature). Etc.), so that a film that requires reactivity and a film that requires crystallization are subjected to temperature (reaction temperature, crystallization temperature).
Therefore, it is possible to form a film at a low temperature. Therefore, a plastic film or the like having no heat resistance can be used as the substrate.
また、本発明の薄膜形成装置では、導入されたガスが
均一に放出されるので、均一な特性を持った薄膜が安定
して得られ、また、反応及びイオンの生成が装置の幾何
学的な因子によって受ける影響を小さくすることが可能
となり、均一な特性を持った薄膜が安定して得られ、且
つ薄膜の特性の再現性も向上させることができる。Further, in the thin film forming apparatus of the present invention, the introduced gas is uniformly discharged, so that a thin film having uniform characteristics can be stably obtained, and the reaction and the generation of ions can be performed in a geometrical manner of the apparatus. The influence of factors can be reduced, a thin film having uniform characteristics can be stably obtained, and the reproducibility of the characteristics of the thin film can be improved.
また、請求項3,4記載の薄膜形成装置によれば、蒸発
源やターゲットの近傍では不活性ガスの濃度が高いた
め、活性ガスによる蒸発物質、ターゲット表面の変質を
抑制することができる。Further, according to the thin film forming apparatus according to claims 3 and 4, since the concentration of the inert gas is high in the vicinity of the evaporation source and the target, it is possible to suppress evaporation of the active substance and deterioration of the surface of the target.
第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示す薄膜形成
装置の概略的構成図、第２図は請求項２記載の発明に対
する実施例を示すシールド部分の拡大図、第３図は請求
項３記載の発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構成図、第４図は請求項４記載の発明の一実施例を示す
薄膜形成装置の概略的構成図である。 １……真空槽、２……ベースプレート、2a……排気口、
３……ベルジャー、４……パッキング、６……活性ガス
用ボンベ、7,9……バルブ、８……不活性ガス用ボン
ベ、10……対電極、11……グリッド、12……フィラメン
ト、13……蒸発源、14,15,16,17,41……支持体兼用電
極、18……基板、20……交流電源、21,22,23……直流電
源、30,35……円筒形シールド、33……円筒形メッシ
ュ、35a,35b……中空部、40……ターゲット。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the invention described in claim 1, FIG. 2 is an enlarged view of a shield portion according to an embodiment of the invention described in claim 2, and FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the invention according to claim 3, and FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the invention according to claim 4. 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Base plate, 2a ... Exhaust port,
3 ... bell jar, 4 ... packing, 6 ... cylinder for active gas, 7, 9 ... valve, 8 ... cylinder for inert gas, 10 ... counter electrode, 11 ... grid, 12 ... filament 13 ... Evaporation source, 14,15,16,17,41 ... Supporting electrode, 18 ... Substrate, 20 ... AC power supply, 21,22,23 ... DC power supply, 30,35 ... Cylindrical Shield, 33 ... cylindrical mesh, 35a, 35b ... hollow part, 40 ... target.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−72061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−89763（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−27623（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−22832（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-72061 (JP, A) JP-A-59-98763 (JP, A) JP-B-55-27623 (JP, B2) JP-B-52 22832 (JP, B2) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58
Claims (4)
を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に配置され
基板を上記蒸発源に対向するように保持する対電極と、
上記蒸発源と上記対電極との間に配置され蒸発物質を通
過させうるグリッドと、このグリッドと上記蒸発源との
間に配置された熱電子発生用のフィラメントと、このフ
ィラメント及び上記蒸発源を取り囲む中空の壁を有する
円筒形シールドと、上記シールド壁内部に活性ガス若し
くは不活性ガス、あるいはこれら両者の混合ガスを導入
する手段とを備え、上記シールドの蒸発源側の壁面には
導入されたガスを放出するための複数個の細孔が均一に
設けられ、且つ、上記グリッドの電位が、上記対電極の
電位と上記フィラメントの電位に対し正電位となるよう
所定の電位関係とさせる電源手段を備えたことを特徴と
する薄膜形成装置。1. A vacuum chamber, an evaporation source for evaporating an evaporating substance in the vacuum chamber, a counter electrode disposed in the vacuum chamber for holding a substrate facing the evaporation source,
A grid arranged between the evaporation source and the counter electrode, through which evaporating substances can pass; a filament for generating thermoelectrons arranged between the grid and the evaporation source; and a filament and the evaporation source. A cylindrical shield having a hollow wall surrounding it; and a means for introducing an active gas or an inert gas, or a mixed gas of both, into the inside of the shield wall. A power supply means for uniformly providing a plurality of pores for releasing gas and having a predetermined potential relationship such that the potential of the grid is positive with respect to the potential of the counter electrode and the potential of the filament. A thin film forming apparatus comprising:
空円筒形シールド内部に複数個の円筒形メッシュを設置
したことを特徴とする薄膜形成装置。2. A thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a plurality of cylindrical meshes are provided inside the hollow cylindrical shield.
を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に配置され
基板を上記蒸発源に対向するように保持する対電極と、
上記蒸発源と上記対電極との間に配備され蒸発物質を通
過させうるグリッドと、このグリッドと上記蒸発源との
間に配置された熱電子発生用のフィラメントと、このフ
ィラメント及び上記蒸発源を取り囲み且つ基板側とフィ
ラメント及び蒸発源側の２つの部分に分割された中空の
壁を有する円筒形シールドと、上記シールドの外部に配
備された排気口と、上記シールドの壁の基板側の中空部
に活性ガス、フィラメント及び蒸発源側の中空部に不活
性ガスを不活性ガスの導入量が活性ガスの導入量よりも
高くなるように導入する手段とを備え、上記シールドの
内側の壁面には導入されたガスを放出するための複数個
の細孔が均一に設けられ、且つ上記グリッドの電位が、
上記対電極の電位と上記フィラメントの電位に対し正電
位となるよう所定の電位関係とさせる電源手段を備えた
ことを特徴とする薄膜形成装置。3. A vacuum chamber, an evaporation source for evaporating an evaporating substance in the vacuum chamber, and a counter electrode disposed in the vacuum chamber for holding a substrate facing the evaporation source.
A grid provided between the evaporation source and the counter electrode and capable of passing an evaporant, a filament for generating thermoelectrons disposed between the grid and the evaporation source, and the filament and the evaporation source. A cylindrical shield having a hollow wall surrounding and divided into two parts, a substrate side and a filament and an evaporation source side; an exhaust port provided outside the shield; and a hollow part of the shield wall on the substrate side Means for introducing an inert gas into the hollow portion on the side of the active gas, the filament and the evaporation source such that the amount of the inert gas introduced is higher than the amount of the active gas introduced. A plurality of pores for releasing the introduced gas are provided uniformly, and the potential of the grid is
A thin-film forming apparatus comprising: a power supply unit for setting a predetermined potential relationship to a positive potential with respect to the potential of the counter electrode and the potential of the filament.
発源に替えてターゲットを配備し、上記ターゲットの電
位をグリッド、対電極及びフィラメントに対して負電位
とする手段を有することを特徴とする薄膜形成装置。4. The thin film forming apparatus according to claim 3, further comprising means for disposing a target in place of the evaporation source, and for setting the potential of the target to a negative potential with respect to the grid, the counter electrode and the filament. Thin film forming equipment.
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