JPH01198468A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、金属薄膜或いはＩＣ，ＬＳＩなどを構成する
半導体薄膜などの形成に適した薄膜形成装置に関する。

従来技術 従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する手段としては
、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。主なものとしても、例えばイオンブレーティ
ング法やＣＶＤ法やＰＶＤ法などがある。

例えば、蒸発源と被蒸着物の間に高周波電磁界を発生さ
せて、活性ガス又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イオンブレーティング法があ
る。また、蒸発源と被蒸着物との間に直流電圧を印加す
るＤＣイオンブレーティング法もある。これらのイオン
ブレーティング法は、例えば特公昭５２−２９９７１号
公報や特公昭５２−２９０９１号公報等により知られて
いる。

この他、各種の薄膜形成方法・装置がある。

しかし、従来の薄膜形成方式による場合には、形成され
た薄膜の基板に対する密着性が弱かったり、耐熱性のな
い基板への膜形成が困難という欠点を有している。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、基板上
に極めて強い密着性を持つ緻密な薄膜を形成することが
でき、この際、基板として耐熱性のない例えばプラスチ
ックス板などをも用いることができる薄膜形成装置を得
ることを目的とする。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、活性ガス又は不活
性ガス或いは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスが導入
される真空槽と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発
させる蒸発源と、前記真空槽内に配設されて前記蒸発源
に対向する状態で薄膜形成用の基板を保持する対向電極
と、前記蒸発源と対向電極との間に配置されて前記蒸発
物質が通過する隙間を有するグリッドと、このグリッド
と前記蒸発源との間に配置させた熱電子発生用のフィラ
メントと、前記対向電極の電位を前記蒸発源の電位に対
し同電位又は負電位とし前記グリッドの電位を交流電位
とする電源手段とからなることを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。ま
ず、真空槽１が設けられている。この真空槽ｌはベース
プレート２上にベルジャ３をバッキング４を介して一体
化することにより構成されている。ここに、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ｌ内の気密性を維持しつつ、
周知の方法により真空槽１内に活性ガス又は不活性ガス
或いは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入し得る
ように構成されている。例えば、真空槽１に対してはＯ
８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、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。

そして、このような真空槽１内には上方から下方に向け
て順に対向電極１０とグリッド１１とフィラメント１２
と蒸発源１３とが適宜間隔をあけて設けられている。こ
れらの部材は、各々支持体を兼用する電極１４，１５，
１６．１７により水平状態に支持されている。これらの
電極１４〜１７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
ｌ外部に引出されている。即ち、これらの電極１４〜１
７は真空槽１の内外の電気的な接続・給電を行なうため
のもので、その他の配線具とともに導電手段となり得る
ものであり、ベースプレート２の貫通部等においては気
密性が確保されている。

ここで、一対の前記電極１７により支持された蒸発源１
３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。もつとも、コ
イル状に代えて、リボン状に形成したものでもよい。更
には、このような蒸発源に代えて、電子ビーム蒸発源な
どのように従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発源
であってもよい。

また、電極１４に支持された対向電極１０には、前記蒸
発源１３に対向する面（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
。

さらに、一対の電極１６により支持されたフィラメント
１２は熱電子発生用のものであり、タングステンなどに
より形成されている。このフィラメント１２の形状とし
ては、例えば複数本のフィラメントを平行に配列させた
り、網目状に配列させてなり、前記蒸発源１３から蒸発
した蒸発物質の粒子の広がりをカバーし得るように設定
されている。

そして、電極１５により支持されたグリッド１１は、蒸
発物質が通過する隙間を有する形状、例えば網目状に形
成されている。

また、このように真空槽１内に設けた対向電極１０、グ
リッド１１、フィラメント１２、蒸発源１３等の部材を
電位的に所定の電気的な関係とする電源が真空槽１外に
設けられ、前記各電極１４〜１７を利用してこれらの各
部材に接続されている。

まず、蒸発源１３は電極１７を介して電源手段の一つと
なる加熱用の交流電源１９の両端に接続されている。次
に、フィラメント１２は電極１６を介して交流電源２０
の両端に接続されている。

さらに、グリッド１１は電極１５を介して電源手段の一
つとしての交流電源２１の一端に接続されている。これ
により、グリッド１１は交流電位におかれる。即ち、グ
リッド１１の電位は交流電源２１の周波数に従い時間的
に変化するものとなる。

また、対向電極ｌＯ用の電極１４は電源手段の一つとし
ての直流電源２２の負側に接続されている。

もつとも、この直流電源２２は必ずしもなくてもよい。

何れにしても、対向電極１０の電位は蒸発源１３の電位
に対し同電位又は負電位となるように設定される。

なお、図中に示す接地は必ずしも必要ではない。

また、実際的なこれらの電気的な接続には、種々のスイ
ッチ類を含み、これらの操作により、基板１８上への成
膜プロセスを実施するわけであるが、これらのスイッチ
類については省略する。

このような薄膜形成装置の構成による薄膜形成動作につ
いて説明する。まず、図示の如く、薄膜を形成すべき基
板１８を対向電極１０に保持セットさせる一方、蒸発源
１３には蒸発物質を保持させる。用いる蒸発物質はどの
ような薄膜を形成するかに応じて定められるものである
が、例えば、アルミニウムや金などの金属、或いは金属
の酸化物、弗化物、硫化物、或いは合金等が用いられる
。

また、真空槽１内は予め１０−’　〜１　’Ｏ−’Ｔｏ
ｒｒの圧力とされ、これに必要に応じて、活性ガス又は
不活性ガス或いはこれらの混合ガスが１０−’〜ｌＯ″
”Ｔｏｒｒの圧力で導入され′る。ここでは、説明の具
体性のため、例えばアルゴンＡｒなどの不活性ガスが導
入されているものとする。

このような状態で、本装置の電源を作動させ、グリッド
１１に交流電位、対向電極１０に負の電位を印加させ、
フィラメント１２に電流を流す。

フィラメント１２は抵抗加熱により加熱され、熱電子を
放射する。ここに、真空槽１内のアルゴン分子はこのフ
ィラメント１２から放出された熱電子との衝突によりそ
の外殻電子が゛はじき出され、正イオンにイオン化され
る。一方、蒸発源１３に保持された蒸発物質は加熱によ
り蒸発する。蒸発源１３から蒸発した物質、即ち蒸発物
質の粒子は上方の基板１８に向かって広がりつつ飛行す
る。

この際、その一部及び前述した導入ガスもフィラメント
１２からの熱電子との衝突により外殻電子がはじき出さ
れ、やは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１１
に到達する。この際、グリッド１１と基板１８との間の
電界と、グリッド１１と蒸発源１３との間の電界が逆向
きに形成され、゛それが、グリッド１１には交流電源２
１により交流が印加されていることによりグリッド電位
の周波数に従い時間的に変化するものとなっている。よ
って、このような蒸発物質はグリッド１１とフィラメン
ト１２との間においてグリッド１１に印加された交流電
圧により振動運動する。これにより、熱電子及び前述の
如くイオン化された導入ガスの衝突により、さらにイオ
ン化が促進される。

グリッド１１を通過した蒸発物質中、いまだイオン化さ
れていない部分は、さらにグリッド１１と基板１８との
間において、前述の如くイオン化された導入ガスとの衝
突により、正イオンにイオン化され、イオン化率が高め
られる。

このようにして正イオンにイオン化された蒸発物質は基
板１８に向かって飛翔するが、その質量が電子のそれよ
り著しく大きいため（最も質量の軽い水素イオンでも電
子の約１８００倍）、グリッド１１と基板１８との間の
電位の変化には急速には応答することなく、遂には高い
エネルギーを持って基板１８に衝突付着する。これによ
り、非常に密着性のよい薄膜が基板１８上に形成される
。

熱電子は最終的には、その大部分がグリッド１１に吸収
される。即ち、フィラメント１２からの熱電子はフィラ
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、グリッド電位が正の場合には
グリッド１１に吸引され、負の場合にはグリッド１１に
反発され、フィラメント１２とグリッド１１との間で往
復運動を行なう。この間において、蒸発物質や導入ガス
をイオン化し、グリッドｌトフィラメント１２間で振動
運動を繰返し、遂にはグリッドｊｌに吸収されるので、
基板１８へは達しない。よって、基板１８は熱電子によ
る衝撃を受けず、熱電子の入射による加熱もなく、基板
１８の温度上昇も防止できる。従って、プラスチックス
等の耐熱性のない材質のものでも基板１８として用い得
る。

このように、本実施例によれば、蒸発物質のイオン化が
極めて高いので、真空槽１内に活性ガスを単独で、或い
は不活性ガスとともに導入して成膜を行なうことにより
、蒸発物質と活性ガスとを化合させ、この化合による化
合物薄膜を形成する場合であっても、所望の物性を有す
る薄膜を容易に得ることができる。

例えば、不活性ガスとしてアルゴンＡｒ、活性ガスとし
て機素０２を導入し、真空槽１内の圧力を１０””Ｔｏ
ｒｒに調整し、蒸発物質としてアルミニウムＡＱを選択
すれば、基板１８上にＡＱｓＯ。

の薄膜を形成することができる６また、蒸発物質として
Ｓｉ又はＳｉＯを用いれば３ｉ０．の薄膜を得ることが
できる。蒸発物質としてＩｎやＺｎを選択すれば、各々
Ｉｎ、Ｏ，、Ｚ　ｎ　Ｏの薄膜を得ることができる。一
方、ガスとしてＨ，Ｓ、蒸発物質としてＣ、ｄを選択す
ればＣｄＳの薄膜を得ることができる。さらに、活性ガ
スとしてアンモニアをアルゴンとともに用い、かつ、蒸
発物質としてＴｉ又はＴａを用いれば、各々ＴｉＮ又は
ＴａＮなどの簿膜を得ることも可能である。

ところで、本実施例においては、真空槽１内のガスのイ
オン化には、フィラメント１２による熱電子が有効に寄
与するので、１０−’Ｔｏｒｒ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る。二のため、
薄膜中へのガス分子の取込みを極めて少なくすることが
できるため、高純度かつ緻密な薄膜を得ることができる
。即ち１通常は薄膜の密度はバルクのそれより小さいと
されているが、本実施例によれば、バルクの密度に極め
て近似した密度が得られるという特徴を持つ。

この結果、本実施例方式の薄膜形成装置によれば、＊膜
の膜厚、抵抗値等が均一となるので、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
めて適したものとなる。

結局１本発明は、強い反応性を持たせる二とができると
いうＣＶＤ法の長所と、緻密な強い膜形成を可能とする
高真空中で成膜するというＰＶＤ法の長所とを同時に実
現する、従来に無い画期的な薄膜形成装置といえる。そ
して、蒸発物質がイオン化し、高いエネルギーを電気的
に有する（電子・イオン温度）ので、反応性を特徴とす
る特許や結晶化を必要とする成膜を、温度（反応温度や
結晶化温度）という熱エネルギーを与えることなく実現
でき、低温成膜が可能となる。従って、基板１８として
は耐熱性の弱いプラスチックス板などであってもよいも
のとなる。よって、ＩＣ，ＬＳＩ等の生産性の向上、光
学薄膜などの品質の向上等を達成することができ、半導
体分野や光学分野に応用し得るものとなる。

なお、グリッド１１に印加する交流電位を高周波交流電
位とさせる高周波電源を交流電源として用いれば、前述
したイオン化はこの高周波電位により、さらに促進され
、前述し、た種々の効果は増大され、−層効果的なもの
となる。

効果 本発明は、上述したように、グリッドには交流電圧を印
加し、逆向きに設定されたグリッド・基板間の電界及び
グリッド・蒸発源間の電界がグリッド電位の周波数に従
い時間的に変化させるようにしたので、蒸発源からの蒸
発物質のイオン化をフィラメントからの熱電子によって
極めて高い状態で行なわせることができ、基板上に付着
力、膜表面の平滑性或いは結晶性に優れた薄膜を成膜す
ることができ、この際、高イオン化により高いエネルギ
ーを有するので、熱エネルギーを付与しない低温成膜も
可能となり、基板としては耐熱性の劣るプラスチックス
板等をも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す概略正面図である。 １・・・真空槽、１０・・・対向電極、１１・・・グリ
ッド、１２・・・フィラメント、１３・・・蒸発源、１
８・・・基板、１９．２１．２２・・・電源手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性ガス又は不活性ガス或いは活性ガスと不活性ガスと
   の混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内におい
   て蒸発物質を蒸発させる蒸発源と、前記真空槽内に配設
   されて前記蒸発源に対向する状態で薄膜形成用の基板を
   保持する対向電極と、前記蒸発源と対向電極との間に配
   置されて前記蒸発物質が通過する隙間を有するグリッド
   と、このグリッドと前記蒸発源との間に配置させた熱電
   子発生用のフィラメントと、前記対向電極の電位を前記
   蒸発源の電位に対し同電位又は負電位とし前記グリッド
   の電位を交流電位とする電源手段とからなることを特徴
   とする薄膜形成装置。