JPH02258973A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩなどなどを構成する半導体薄膜
やセンサーおよびレンズ等のコーティング薄膜を形成す
る７４膜形成装置に関する。

（従来の技術） 被薄膜形成基板上に薄膜を形成する手段は従来。

種々のものが提案され、ＣＶＤ法（化学的蒸着法）やＰ
ＶＤ法（物理的蒸着法）など、その方法も極めて多岐に
わたっている。

しかし、従来の″ａ膜成膜装置にあっては、形成された
膜の、被薄膜形成基板との密着性が弱かったり、あるい
は、耐熱性の無い基板上への薄膜形成が困難であったり
、また、大面積基板上に一様に薄膜を形成する場合に、
均一な薄膜形成が困難であったりする等の問題があった
。

そこで、本出願人は先に、′ｇ膜形成装置として、被薄
膜形成基板を蒸発源に対向させて保持する対向電極と、
蒸発源に対向させて保持する対向電極と蒸発源との間に
グリッドを配し、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。

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を提案した（特開昭５９−８９７
６３号公報）。

この装置では、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、イオン化される。この
ようにイオン化された蒸発物質がグリッドを通過すると
、グリッドから対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、密着性の良い膜が形成さ
れる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記従来の薄膜形成装置では、フィラメント
からの電子により蒸発物質のイオン化を促進しており、
この熱電子、およびイオン化により発生した二次電子は
最終的にはそのほとんどがグリッドに吸収される。この
ように、蒸発物質のイオン化に大きな影響を与える電子
密度は、グリッド形状が均一な場合には均一になりやす
いが、その為に、蒸発源と薄膜形成基板との離間距離等
の影響による膜厚分布の特性がそのまま出てしまい易い
といった問題があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上述の課題を解決するために、活性ガスもし
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
せるため、の蒸発源と、上記真空槽内において上記蒸発
源に対向するように配置された被薄膜形成基板を保持す
る対電極と、上記蒸発源と対電極との間に配置された熱
電子発生用のフィラメントと、このフィラメントと対電
極との間に配置された蒸発物質を通過させつるグリッド
と、上記真空槽内に所定の電気的状態を実現するための
電源手段と、この真空槽と上記電源手段とを電気的に連
結する導電手段とを設けるとともに、上記フィラメント
に対して上記グリッドが正電位となるようにし、かつ、
上記グリッド面内のメツシュ形状および開口面積を不均
一に形成した構成とする。

（作　用） 本発明によれば、ＣＶＤ法の長所である強い反応性と、
ＰＶＤ法の長所である高真空中での成膜（これは緻密な
強い膜が形成できる）とが同時に実現され、かつ、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（
１￥を子・イオン温度）ので、反応性を必要とする成膜
、結晶化を必要とする成膜が温度（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出来るので低
温成膜が可能となる。

したがって、本発明によれば、基板に対して、極めて強
い密着性をもった薄膜が形成され、耐熱性の低いプラス
ティック等も基板として用いうることが可能で、なおか
つ、大面積基板上への均一な薄膜形成が可能となる。従
来に無い画期的な薄膜形成装置が提供される。

（実　施　例） 本発明の薄膜形成装置は、真空槽と、蒸発物質を蒸発さ
せうる蒸発源と、対電極と、フィラメントと、グリッド
と、電源手段と、導電手段とを有する。

真空槽は、その内部空間に活性ガス、あるいは不活性ガ
ス、もしくは活性ガスと不活性ガスの混合ガスを導入し
うるようになっており、蒸発源。

対電極、フィラメント、グリッドは真空槽内に配備され
る。

対電極、蒸発源は、互いに対向するように配備される。

対電極は、蒸発源と対向する側に、被薄膜形成基板を保
持するようになっている。

グリッドは蒸発物質を通過させうるちのであって、蒸発
源と対電極の間に介設され、電源手段により、フィラメ
ントに対し正電位にされる。したがって、薄膜形成時に
は、発生する電界はグリッドからフィラメントに向かう
、また、グリッドの形状、及び開口面積は、メツシュの
組合せ等によりグリッド面内において不均一となってい
る。

フィラメントは熱電子発生用であって、蒸発源とグリッ
ドの間に配備される。電源手段は、真空槽内に所定の電
気的状態を実現するための手段であり、この電源手段と
真空槽内部が、導電手段により電気的に連結される。

以下、第１図を参照しながら本発明の一実施例を詳細に
説明する。

第１図において、符号１はペルジャー、符号２はベース
プレート、符号３はバッキングをそれぞれ示す、ペルジ
ャー１とベースプレート２は、バッキング３により一本
化されて真空槽を構成し、内部空間には、符号４で示す
ような公知の適宜の方法により、活性ガス、および／ま
たは不活性ガスを導入できるようになっている。ベース
プレート２の中央部に穿設された孔２Ａは、図示されな
い真空系に連結されている。

ベースプレート２には、真空槽内部の機密性を保チ、か
つ、ベースプレート２との電気的絶縁性を保ちつつ、支
持体をかねた電極９．１０．１１．１２が配設されてい
る。これら電極９．１０．１１．１２は。

真空槽内部と外側とを電気的に連結するものであって、
他の配線具と共に、導電手段を構成する。

一対の電極１１の間には、その間にタングステン。

モリブデン、タンタル等の金属をコイル状に形成した。

抵抗加熱式の蒸発源８が支持されている。

蒸発源８の形状は、コイル状に代えてボート状、または
ルツボ状としてもよい、なお、このような蒸発源８に代
えて電子ビーム蒸発源等、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出来る。

一対の電極１０の間には、タングステン等による熱電子
発生用のフィラメント７が支持されている。

このフィラメント７の形状は、複数本のフィラメントを
平行に配列したり、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拡がりをカバーするよ
うに定められている。

電極１２には、グリッド６が支持されている。このグリ
ッド６は、蒸発した蒸発物質を対ｆｉ１極５側へ通過さ
せうる様に形状を定めるのであるが、この例においては
網目状である。また、その網目形状はグリッド面内にお
いて異なっている。

電極９の先端部には、対電極５が支持され、この対電極
５の蒸発ＷＸ８に対向する側の面に、被薄膜形成基板１
００（以下基板という）が適宜の方法で保持される。電
極９は、第１図においてはそのまま接地されているが、
この間には直流電源をいれて、対電極５にバイアスをか
けてもよい。

蒸発ｇ８を支持する電極１１は、加熱用の交流電源２０
に接続されている。電源は交流電源に代えて直流１を源
にしても良く、直流電源の場合には、正負の向きはどち
らでもよい。

フィラメント７を支持する電極１０は電源２２に接続さ
れているが、電源２２は、上記電源２０と同様に。

交流、直流のどちらを用いてもよい。

電源１２は、直流電圧電源２１の正極側に接続され。

同電源の負側は、第１図の例では電極１０の片側に接続
される。したがって、グリッド６はフィラメント７に対
して正電位となり、グリッド６とフィラメント７の間で
は、電界はグリッド６からフィラメント７へ向かう、ま
た、グリッド６は第１図においては、同一平面上にてそ
の形状が異なるように作られているが、第２図に示すよ
うな二段形状、またはそれ以上の多段、あるいは第３図
に示すような段構造になっていてもよく、第２図および
第３図に示した例でも第１図に示した例と同様に網目形
状が異なっていてもよい、ここで、第１図における電源
２１の片側は、そのまま接地されているが、この間に、
直流電源をいれて蒸発源８、および（または）フィラメ
ント７にバイアスをかけてもよい、なお１図中における
接地は、必ずしも必要ではない。

この薄膜形成装置では、フィラメント加熱用電源２２と
グリッド川原流電ｇ２１の調節により安定なプラズマ状
態を作ることができる。また、グリッド形状を不均一に
することにより、グリッド６による蒸発物質のトラップ
が無視できる場合、すなわち、グリッド包囲面積がグリ
ッド包囲面積中の開口部分の面積の総和に略等しい場合
には、イオン化に寄与する電子の密度に分布を与え、イ
オン密度を変化させ、その密度分布を制御することによ
り、大面積基板上に均一な薄膜を安定に供給することが
できる。

また、グリッドによる蒸発物質のトラップが無視できな
い場合、すなわちグリッド包囲面積がグリッド包囲面積
中の開口部分の面積の総和よりも大きな場合には、蒸発
物質がグリッドを通過する割合をグリッドの開口面積に
より制御して、膜厚分布を制御することができる。

なお、上記電気的接続は、実際には導電手段の一部を構
成するスイッチを含み、これらのスイッチ操作により蒸
着プロセスを実行す４のであるが、これらのスイッチ類
は１図を簡略にするため省略されている。

以下、」二記実施例による薄膜形成につき説明する。

基板１００を蒸発ｇ８に対向するように対電極５に保持
させて、蒸発物質を蒸発源８に保持させる。

蒸発物質はもちろん、どのような薄膜を形成するかに応
じて定まる。

また、真空槽内には予め活性ガス、もしくは不活性ガス
、あるいはこれらの混合ガスが１０〜ｌ０−３Ｐａの圧
力で導入される。差当っての説明では。

この導入ガスを、例えば、アルゴン等の不活性ガスであ
るとする。

この状態において装置を作動させ、蒸発源８を加熱する
と蒸着物質が蒸発する。この蒸発物質、すなわち、蒸発
物質の粒子は、被薄膜形成基板１００に向かって拡がり
つつ飛行するが、その一部。

および、前記導入ガスがフィラメント７より放出された
熱電子との衝突によって、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６
を通過するが、その際グリッド６の近傍において上下に
振動運動する熱電子、および前記イオン化された導入ガ
スとの衝突により、さらにイオン化される。このとき、
フィラメント７とグリッド６との間、およびその近傍で
は熱電子密度が違うため、イオン密度にも分布が現われ
る。

グリッド６を通過した蒸発物質中、まだイオン化されて
いない部分は、さらに上記イオン化された導入ガスとの
衝突により、正イオン化にイオン化され、イオン化率が
高められる。

こうして、正イオンにイオン化された蒸発物質は、グリ
ッド６から対電極５へ向かう電界の作用により、基板１
００に向かって加速され、基板１００に高速で衝突付着
する。この時、蒸発源から飛び出したのちにイオン化し
た蒸発粒子には、グリッド６から対電極５へ向かう電界
の作用により、その電界方向に飛行方向を向かせる力が
働き、これにより、膜厚分布は均一になろうとするが、
さらにグリッド面内の形状を変化させることにより、電
界を変化させ、イオン化した蒸発粒子の方向を制御する
。

これにより、グリッド６による蒸発物質のトラップが無
視できる場合において、第１図に示すように対電極５が
平板で、蒸発源８がその中心下部位置する場合には、基
板１００の中央部（蒸発源８に一番近い）よりも１周辺
部（蒸発源８に一番遠い）のイオン比率高めることによ
り、本来膜厚の薄くなりがちな周辺部においても、膜厚
の低下が起こらないようすることが可能となる。また、
対電極５がドーム状となっているような場合には、蒸発
源８と基板１００との位置を考慮しながらグリッド６の
形状を決定する。たとえば、蒸発源８がドーム中心下部
に位置する場合には、基板１００の中心。

および周辺と蒸発源８との距離を考慮し、グリッド６の
中心から周辺にかけて等方的に形状を変化させるが、蒸
発ｇ８がドーム中心下部から周囲に向けて偏った位置に
ある場合には、グリッド６の中心から見てドーム中心方
向と周辺方向では、その形状を異なるように設置し、膜
厚分布を制御する。

これに対し、グリッド６による蒸発物質のトラップが無
視できない場合においては、第１図の例では、グリッド
６の中心部分の開口面積を外側周辺のそれと比べて小さ
くしておくことにより、膜厚分布を制御する。

こうして、大面積基板上に均一な薄膜形成が行なわれる
。

この様にして形成された薄膜は基板１００へのイオン粒
子の衝突により形成されるので、基板１００への密着性
に優れ、結晶性および結晶配向性が良好である。

また、導入ガスとして、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なうと、゛蒸発物質を
活性ガスと化合させ、この化合により化合物１膜を形成
することができる。また本発明の装置では、蒸発物質の
イオン化率が極めて高く、かつ安定しているので、化合
物薄膜も所望の物性を持つものを、容易かつ確実に得る
ことができる。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入して、圧力を１０〜１０−”Ｐａに調整し、蒸
発物質としてアルミニウムを選択すれば、基板１００上
には酸化アルミニウム絶縁性薄膜を形成することができ
る。

この場合、蒸発物質として珪素、−酸化珪素を選べは、
−酸化珪素絶縁性薄膜を得ることが出来る。蒸発物質と
してインジウム、スズを選べば。

酸化インジウム、酸化スズのような導電性の薄膜も得ら
れる。また、活性ガスとして窒素、またはアンモニアを
アルゴンと共に用い蒸発物質としてチタン、タンタルを
選べば、窒化チタン、窒化タンタルの薄膜を得ることも
可能である。

蒸発物質および導入ガスのイオン化には、フィラメント
７による熱電子が有効に寄与するので、１０”−”　Ｐ
　ａ以下の圧力の高度の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、薄膜中へのガス分子の
取り込みを極めて少なくすることが出来るため、高純度
の薄膜を得ることが出来。

また、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も小さい
とされているが１本発明によれば、バルクの密度に極め
近似した密度が得られることも、大きな特徴との一つで
ある。したがって、本発明の薄膜形成装置は、ＩＣ１Ｌ
ＳＩなどを構成する半導体薄膜等の形成に極めて適して
いる。

（発明の効果） 本発明によりば、大面積基板上に金属薄膜等のような単
一元素にて構成される簿膜ばかりでなく。

化合物薄膜なども密着性良く、化学量論薄膜により近い
状態でかつ、均一な膜厚を有するように作製することが
でき、大量生産にも十分に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略構
成図、第２図は本発明の他の実施例の概略構成図、第３
図は本発明のさらに他の実施例の概略構成図である。 １・・・ペルジャー　２・・・ベースプレート、３・・
・バッキング、５・・・対電極、６・・・グリッド、７
・・・フィラメント、８・・・蒸発源、　９．１０．１
１．１２・・・電極、　２０・・・交流電源、２１．２
２・・・直流ｆｆｉ源、　１００・・・被薄膜形成基板
。 ′ｙＩｆ：）ｌＩ　　図 鬼 図 方３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　活性ガスももしくは不活性ガス、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ための蒸発源と、 上記真空槽内において、上記蒸発源と対向するように配
   置され、被薄膜形成基板を保持する対電極と、 上記蒸発源と対電極との間に配置された熱電子発生用の
   フィラメントと、 このフィラメントと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、 真空槽内に所定の電気的状態を実現するための電源手段
   と、 真空槽内と上記電源手段とを電気的に連結する導電手段
   とを、有し、 上記フィラメントに対し、上記グリッドが正電位となる
   ようにし、かつ、グリッド面内のメッシュ形状、及び開
   口面積を不均一としたことを特徴とする薄膜形成装置。