JPH02115359A - 化合物薄膜作成方法および装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化合物薄膜作成方法および装置に関し、特に真
空下で化合物薄膜を成膜する化合物薄膜作成方法および
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、化合物薄膜を作成する方法としては、成膜源から
粒子がはじき出された後、その粒子が基鈑に到達するま
でに１反応性ガスを吹き出して両者間に化合物化反応を
起こさせ、基板上に化合物を堆積させることにより、薄
膜を作成する方法が知られている。

この方法として、・例えばＤＣスパッタリング法あるい
はＲＦスパッタリング法等を用いた反応性スパッタリン
グ法が知られているが、この方法においては１０−”Ｔ
ｏｒｒ程度のＡｒガス中でグロー放電等によってスパッ
タリング現象を起こさせて成膜源から粒子をはじき出し
、この粒子が基板に向かって飛来する途中に、例えば０
２ガス、Ｎ２ガス、メタンガス、アセチレンガス、Ｈ２
ガス、Ｈ２Ｓガスなどの反応性ガスを吹出して、飛来す
る粒子をこの反応ガスと反応させることによって基板上
に酸化薄膜、窒化薄膜、炭化薄膜、水素化薄膜、硫化薄
膜などの化合物薄膜を基板上に作成するようになってい
る。

また、薄膜を作成する他の方法として、抵抗加熱等によ
って成膜源を溶融蒸発させて基板に膜を堆積させる反応
性蒸着法も知られており、この方法においては１０−”
〜１０−’Ｔｏｒｒ程度の圧力中で蒸着中に反応性ガス
を吹き入れることによって化合物薄膜を形成するように
なっている。

更に、成膜源より飛来する原子をイオン化あるいは励起
させて吹き入れた反応性ガスとの間に反応をおこさせる
ことにより化合物薄膜を得る反応性イオンブレーティン
グなども知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらの従来の方法では、いずれも成膜
源から飛来する粒子と反応させるために真空槽中に導入
された反応性ガスが１粒子の飛来する空間はもちろん成
膜源が配設されている場所にも侵入してしまう、このた
め、成膜源自体が反応性ガスに曝されることになるので
、成膜源はどうしてもこの反応性ガスの影響を受けてし
まう。

すなわち、反応性ガスと成膜源との間で反応が起こるの
で、成膜源は化学的に変化してしまう。

例えば反応性ガスとして酸素ガスを用いた場合、成膜源
の表面に酸化膜が形成してしまうので、この酸化膜によ
り成膜源の成膜レートが左右される。このため、膜厚お
よび反応の程度を制御することが難しくなり、薄膜作成
における再現性あるいは安定性がともに悪くなってしま
う。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、成膜源が反応ガスによって影響される
ことがないようにして、膜厚を容易に制御することがで
きる化合物薄膜作成方法および装置を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために、請求項１の発明は、
基板上に所定膜厚の薄膜を成膜した後、この薄膜と反応
性ガスとによる化合物化反応を行うことにより、化合物
薄膜を作成することを特徴としている。

また、請求項２の発明は、基板上に所定膜厚以下の薄膜
を成膜した後、この薄膜と反応性ガスとによる化合物化
反応を行い、次いで、更にこの薄膜上に薄膜を成膜した
後、再び薄膜と反応ガスとを反応させるようにして、成
膜と化合物反応とを交互行うことにより、所定膜厚の薄
膜を作成することを特徴としている。

更に、請求項３の発明は、真空槽内を仕切壁によって成
膜室と反応室とに区画し、成膜室には成膜源を配設する
とともに１反応室には反応性ガス導入口を備えたプラズ
マ放電機構を配設することを特徴としている。

［作用］ このように構成された請求項１および請求項２のそれぞ
れの発明によれば、いずれも薄膜の作成とその薄膜の反
応性ガスによる反応とが別の工程で行われるようになる
。したがって、薄膜作成時に反応性ガスが成膜源に影響
を及ぼすようなことがほとんどない。

また、請求項３の発明の薄膜作成装置によれば、成膜室
内に基板を設置することにより、この成膜室内において
成膜源からの粒子によって薄膜が基板上に作成されるよ
うになる。一方、基板上に薄膜が作成されると、この基
板を反応室の方へ移動して、この反応室においてプラズ
マ放電中にて薄膜と反応性ガスとが反応するようになる
。したがって、薄膜作成時に反応性ガスが成膜室内に侵
入して成膜源に影響を及ぼすようなことはほとんどなく
なる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明をバッチ式真空装置による化合物薄膜作
成装置に適用した一実施例の概略断面図である。

第１図に示されているように、バッチ式真空装置１の真
空槽２内には、その上部に基板回転機構３が配設されて
いる。この基板回転機構３には、２枚の基板４．５がそ
れぞれ固定されている。

基板回転機構３の下方において、真空槽２内は仕切壁６
によって成膜室７と反応室８とに仕切られている。成膜
室７内には、その底部に薄膜成膜源９が配設されている
とともに、基板４と成膜源９との間にシャッタＩＯが配
設されている。また、真空槽２には、Ａｒガスなどの不
活性ガスを成膜室７に導入するための不活性ガス導入口
】ｌおよび成膜室７内に連通した排気口１２が設けられ
ている。

一方、反応室８内の底部には、カソード１３が配設され
ている。また、真空槽２には１反応ガスを反応室８に導
入するための反応性ガス導入口１４ｉ５よび反応室８内
に連通した排気口１５が設けられている。

そして、基板回転機構３はカソード１３と協働して放電
を行うアノードとして機能するようになっており、この
基板回転機構３．カソード１３および反応性ガス導入口
１４によって１本発明のプラズマ放電機構が構成されて
いる。

また、成膜源９としては、例えばＡ１．Ｆｅ、Ｉｎ、Ｓ
ｎ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｚｎなどの他、希土類元
素及びこれらの合金が用いられる。一方、不活性ガスと
しては、Ａｒ、１］ｅ。

Ｎｅ、Ｘｅなどが用いられ、更に、反応性ガスとしては
、ＣＦ、、ＣＨ，、Ｃ２Ｈ□、　Ｃｌ　２、Ｈ，Ｓ、Ｈ
２、Ｎ２、Ｎ８３．０２などが用いられる。

このように構成されたバッチ式真空装置１を用いて、例
えばスパッタリング法により薄膜を作成する場合には、
まず真空槽２内を大気圧以下の圧力に保持する。次に、
化合物薄膜を成膜するために、　　Ｉ　０−３Ｔｏｒｒ
程度にの圧力に調整されたＡｒガスを不活性ガス導入口
１１から成膜室７内に導入する。次いで、この不活性ガ
スの雰囲気内でスパッタリングにより成膜源９から粒子
をはじき出させ、この粒子を基板４上に完全に所定の膜
厚となるまで堆積させることにより薄膜を形成する。

次に、基板回転機構３により、基板４を回転移動して反
応室８内に移動させる。その場合、基板回転機構３によ
って、基板４は速やかに移動するようになる。

そして、反応性ガス導入口１４から反応室８内に反応性
ガスを導入するとともに、アノードとして機能する基板
回転機構３とカソード１３との間に電圧をかけてプラズ
マ放電を発生させる。これにより、プラズマ放電中にお
いて基板４上の薄膜が反応性ガスに曝されてこの反応性
ガスと反応することにより、基板４上に化合物薄膜が形
成される。

一方、基板４が反応室８内に移動したときには、もう一
つの基板５が成膜室７内に位置するようになる。そして
同様にして、この基板５上にスパックリング法により薄
膜が作成される。更に、基板回転機構３を回転させて基
板５を反応室８内に移動させる。この反応室８内で基板
５上の薄膜と反応性ガスとをプラズマ放電中にて反応さ
せることにより、化合物薄膜が同様に作成されるように
なる。

反応性ガスが反応室８内に導入されるときには、仕切壁
６によって、反応性ガスが成膜室７側へ直接流入するこ
とが阻止される。したがって、反応性ガスによって成膜
源９が影響を受けて化学変化を起こすようなことは少な
い。

化合物薄膜が形成された後、反応室８内から反応性ガス
は排気口１５から排出される。このとき、排気口１５が
成膜源９のある成膜室７の排気口１２とは別個に設けら
れているので、これによっても反応性ガスが成膜源９に
及ぼす影響はほとんどない。

また、化合物薄膜を作成する他の方法としては、成膜室
７内で基板回転機構３の基板４上に薄膜を所定膜厚以下
に堆積した後、基板回転機構３を回転させて基板４を反
応室８内に移動させ、プラズマ放電中にて基板４上の薄
膜と反応ガスとを化合物化反応させる。その後、基板回
転機構３を回転させて基板４を成膜室７内に移動して化
合物化反応した薄膜上に更に薄膜を堆積させる。そして
、再び基板回転機構３を回転させて基板４を反応室８内
に移動させてこの薄膜と反応ガスとを化合物化反応させ
る。このようにして、基板回転機構３を回転させながら
、成膜と化合物化反応とを交互に行って薄膜が所定の膜
厚となるまでこの操作を繰り返すことにより、基板４−
ヒには、所定膜厚の化合物薄膜が形成されるようになる
。

一方、基ｌ１ｉｉ５は基板４が位置する室７．８とは逆
の室８．７に位置するようになるので、基板４に対する
工程と異なる他の工程がこの基板５に対して行われるよ
うになる。そして同様に、基板５上にも化合物薄膜が作
成される。

この場合にも、仕切壁６によって、反応室８に導入され
る反応性ガスが成膜室７の方へ流入することが阻止され
るので、成膜源９は反応性ガスによって影響を受けるこ
とが少ない。

第２図は本発明による他の薄膜作成装置を示す第１図と
同様の概略断面図である。

第２図に示されているように、この薄膜作成装置１ａに
おいては、前述の装置ｌにおける二つの排気口１２．１
５の代わりに、仕切壁６の下方に成膜室７と反応室８と
に連通した一つの共通の排気口１６が設けられている。

この装置１ａを用いて薄膜を作成する方法としては前述
の実施例と同様であるのでその説明は省略する。

この場合には、排気口１６が成膜室７と反応室８とに兼
用されているので、反応性ガスが成膜源９の方に侵入す
るおそれがあるが、その量が少ないので成膜源９が影響
されることはほとんどない。

なお、前述のいずれの実施例においても、基板回転機構
３により基板４を回転させるようにしているが、本発明
は必ずしもこれに限定されるものではなく、薄膜成膜源
９．不活性ガス導入口１１．反応性ガス導入口１４ある
いは排気口１２．１５．１６等の下部機構を回転させる
ようにすることも可能である。

また、前述のいずれの実施例とも、基板回転機構３が放
電のためのアノードとして機能するものとしているが、
このアノードは基板回転機構３とは別個に設けるように
することもできる。

更に、基板回転機構３に２枚の基板４，５を固定するも
のとしているが、これらの基板は単に１枚だけ固定する
こともできるし、また３枚以上の適宜の枚数を固定する
こともできる。

第３図は、本発明を、前述のバッチ式真空装置の代わり
にインライン型真空装置式の薄膜作成装置に適用した実
施例を示す、なお、前述の実施例の構成要素と同じ構成
要素には同一の符号を付すことにより、その詳細な説明
は省略する。

第３図に示されているように、薄膜作成装置ｌｂの真空
槽２内は、仕切壁６によって二つの密閉状の成膜室７と
反応室８とに区画されている。

成膜室７の上部には薄膜成膜源であるターゲット９が配
設されている。また、成膜室７の底部には基板４が配設
されている。更に真空槽２には、この成膜室７に不活性
ガスを導入するための不活性ガス導入口１１が設けられ
ているとともに、排気口１２が設けられている。

一方、反応室８内の上部にはカソード１３が配設されて
いるとともに、底部にアノード１７が９設されている。

また同様に真空槽２には、反応性ガスを反応室８に導入
するための反応性ガス導入口１４が設けられているとと
もに、排気口１５が設けられている。

基板４上に薄膜を形成するにあたって、この基板４を成
膜室７内に設置する１次に、成膜室７内に、導入口１１
を通して不活性ガスを導入する。

そして、スパッタリングによりターゲット９からの粒子
を基板４上に所定の膜厚となるまで堆積させて薄膜を形
成する０次いで、このような基板４を反応性ガスが導入
されている反応室８内に移動させてプラズマ放電中にお
いて反応性ガスに曝すことにより、基板４上には所定膜
厚の化合物薄膜が形成される。基板４を成膜室７から反
応室８へ移動するための手段は図示されていないが、例
えばベルトコンベア等の適宜の搬送手段を用いることが
できる。

また、化合物薄膜を形成する他の方法としては、成膜室
７内で基板４上に所定膜厚以下の薄膜を堆積した後、こ
の基板４を反応室８内に移動させて基板４上の薄膜と反
応性ガスとを化合物化反応させる。その後３基板４を元
の成膜室７内に移動して化合物化反応した薄膜上に更に
薄膜を堆積させる。その後、再び基板４を反応室８内に
移動させてこの薄膜と反応性ガスとを化合物化反応させ
る。このようにして、基板４を成膜室７と反応室８との
間で往復移動させなから成膜と化合物化反応とを交互に
行う、そして、薄膜が所望の膜厚となるまでこの操作を
繰り返すことにより、基板４上には所定膜厚の化合物薄
膜が形成されるようになる。

この場合にも、仕切壁６によって、反応室８に導入され
る反応性ガスガが成膜室７の方へ流入することが阻止さ
れるので、成膜源９は反応性ガスによって影響を受ける
ようなことはほとんどない。

なお、前述の実施例においては、いずれもスパッタリン
グによる薄膜作成について説明しているが１本発明はこ
れに限定されるものではなく、真空蒸着等の他の薄膜作
成方法を用いることもできる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明による化合物薄
膜作成方法および装置によれば、成膜源が反応性ガスの
影響を受けることが阻止されるので、成膜源が化学的変
化を起こすようなことがほとんどない。したが・）Ｃ１
成膜源の成膜レートが変化することはな（、膜厚および
反応の程度の制御を簡単に行うことができるようになる
。これにより、薄膜作成における再現性および安定性が
大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をバッチ型真空装置による薄膜作成装置
に通用した一実施例の概略断面図、第２図は他の薄膜作
成装置の概略断面図、第３図は更に他のインライン型（
ロードロック型）真空装置による薄膜作成装置の概略断
面図である。 第１図 １．１ａ・・・バッチ型真空装置（薄膜作成装置）ｌｂ
・・・インライン型真空装置（薄膜作成装置）。 ２・・−真空槽、３・・・基板回転機構（プラズマ放電
機構１．４．５・・・基板、６・・・仕切壁、７−・・
成膜室、８・・・反応室、９・・・成膜源、１２・・・
成膜室における排気０．１３・・・カソード（プラズマ
放電機構）、１４・・・反応性ガス導入口（プラズマ放
電機構）。 １５・・・反応室における排気口、１６・・・成膜室お
よび反応室における排気口 第２図 特許出願人　　　　　　大日本印刷株式会社代理人弁理
士　　　　　青　木　　健　二（外５名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空槽内において、基板上に所定膜厚の薄膜を成
   膜した後、反応性ガスからなるプラズマ放電中にてこの
   薄膜と反応性ガスとを化合物化反応させることにより、
   基板上に化合物薄膜を作成することを特徴とする化合物
   薄膜作成方法。
2. （２）真空槽内において、基板上に所定膜厚以下の薄膜
   を成膜した後、反応性ガスからなるプラズマ放電中にて
   この薄膜と反応性ガスとを化合物化反応させ、次いで前
   記基板上の薄膜の上に更に薄膜を成膜し、その後再び前
   記プラズマ放電の中にてこの薄膜と反応性ガスとを化合
   物化反応させるようにして、成膜と化合物化反応とを交
   互に繰り返し行うことにより、基板上に所定膜厚の化合
   物薄膜を作成することを特徴とする化合物薄膜作成方法
   。
3. （３）真空槽と、この真空槽内を成膜室および反応室に
   区画する仕切壁と、前記成膜室に配設された成膜源と、
   前記反応室に設けられ、この反応室に反応性ガスを導入
   する反応性ガス導入口を備えたプラズマ放電機構と、前
   記真空槽に設けられ、前記成膜室に連通した排気口と、
   前記真空槽に設けられ、前記反応室に連通した排気口と
   を備えていることを特徴とする化合物薄膜作成装置。