JPH02285070A - Forming device for thin film - Google Patents
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Abstract
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することができ、且つ薄膜
特性の均一性に優れる薄膜を形成でき、磁性体合金薄膜
、酸化物超伝導体薄膜、半導体薄膜等の多元系薄膜の極
めて均一な形成を有効に行ない得る薄膜形成装置に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is characterized by strong reactivity, which is an advantage of the CVD method (chemical vapor deposition method), and high vacuum deposition, which is an advantage of the PVD method (physical vapor deposition method). At the same time, it is possible to form thin films with excellent uniformity of thin film properties, and it is possible to form extremely uniform multicomponent thin films such as magnetic alloy thin films, oxide superconductor thin films, and semiconductor thin films. The present invention relates to a thin film forming apparatus that can effectively perform the following steps.
従来、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, thin film forming equipment that uses CVD or PVD methods is well known. CVD equipment is highly reactive, while PVD equipment can form dense and strong thin films in high vacuum. It has the advantage of being able to
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ているが、
何れも形成された薄膜と基板との密着性が悪いという問
題がある。Various types of thin film forming apparatuses using CVD, PVD, etc. have been proposed in the past.
In either case, there is a problem in that the adhesion between the formed thin film and the substrate is poor.
そこで、こ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い被蒸着物に蒸
発物質を堆積させて薄膜を形成する、所謂イオンブレー
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
ブレーティング法を利用した薄膜形成装置等が知られて
いる(例えば、特公昭52−29971号公報、特公昭
52−29091号公報)。Therefore, in order to solve this problem, a thin film forming apparatus developed from the above method generates a high-frequency electromagnetic field between the evaporation source and the object to be evaporated to ionize the material evaporated in active or inert gas. There are thin film forming apparatuses that use the so-called ion blating method, which performs vacuum evaporation and deposits evaporated substances on the object to form a thin film, and also applies a DC voltage between the evaporation source and the object to be evaporated. Thin film forming apparatuses using the DC ion blating method are known (for example, Japanese Patent Publications No. 52-29971 and Japanese Patent Publication No. 52-29091).
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)。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。Further, as a further developed thin film forming apparatus, the thin film forming substrate is held on a counter electrode facing the evaporation source, and a grid is arranged between the counter electrode and the evaporation source.
An apparatus has been proposed in which a filament for generating thermionic electrons is disposed between the grid and the evaporation source, and the grid is set at a positive potential with respect to the filament to form a thin film (Japanese Patent Application Laid-open No. 89763/1983). . In this thin film forming device,
The evaporated substance evaporated from the evaporation source is first ionized by thermionic electrons from the filament, and as it passes through the grid, the ionized evaporated substance is accelerated by the action of the electric field from the grid toward the counter electrode and forms a thin film. It has the characteristic that it collides with the formation substrate and forms a thin film with good adhesion.
ところで、上記従来の薄膜形成装置にあっては。 By the way, in the above-mentioned conventional thin film forming apparatus.
形成された膜の、被薄膜形成基板との密着性が改善され
比較的強くはなっているが、まだ不十分であり、また、
プラスチック等の耐熱性の低い基板への膜形成が困難で
あるなどの問題があった。Although the adhesion of the formed film to the substrate on which the thin film is formed has been improved and is relatively strong, it is still insufficient, and
There were problems such as difficulty in forming a film on a substrate with low heat resistance such as plastic.
また、従来の薄膜形成装置においては、磁性体合金薄膜
や酸化物超低4体薄膜、半導体薄膜等の種々の多元系薄
膜の形成、特にITO膜等、その特性が微量元素のドー
ピングにより大きく変化する性質の薄膜を形成する場合
、この微量元素の膜中への取り込みを効果的に行なう事
が困難であり、所望の組成比の薄膜を得にくいという開
運があった。In addition, conventional thin film forming equipment is capable of forming various multi-component thin films such as magnetic alloy thin films, ultra-low 4-body oxide thin films, semiconductor thin films, etc., especially ITO films, whose properties change significantly due to doping with trace elements. Unfortunately, when forming a thin film with such properties, it is difficult to effectively incorporate these trace elements into the film, and it is difficult to obtain a thin film with a desired composition ratio.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、被薄
膜形成基板に対して極めて強い密着性を持つと共に特性
の均一な薄膜を形成でき、且つ。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of forming a thin film having extremely strong adhesion to a substrate on which a thin film is formed and having uniform characteristics.
耐熱性の低い樹脂性基板等をも被薄膜形成基板として用
いることができ、さらには、磁性体合金薄膜や酸化物超
伝導体薄膜、半導体薄膜等の種々の多元系薄膜の極めて
均一な形成をも有効に行なうことができる、新規な薄膜
形成装置を提供することを目的とする。Even resin substrates with low heat resistance can be used as thin film formation substrates, and it is also possible to form extremely uniform multi-component thin films such as magnetic alloy thin films, oxide superconductor thin films, and semiconductor thin films. It is an object of the present invention to provide a novel thin film forming apparatus that can effectively perform the following steps.
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するため、本発明による薄膜形成装置は
、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、上記真空槽内に配
置され上記蒸発物質が蒸着される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(至)され上記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
上記蒸発物質の一部をイオン化するためのフィラメント
と、このフィラメントと上記蒸発源との間に配置された
ターゲットと、上記グリッドの電位を上記フィラメント
の電位に対して正電位とし且つ上記ターゲットの電位を
上記フィラメントの電位に対して負電位とする手段とを
有し、上記蒸発源は基板配置面に対して点状蒸発源ある
いは微小平面状蒸発源とみなせるものとし、且つ対電極
。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a thin film forming apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber into which an active gas, an inert gas, or a mixture of these gases is introduced, and evaporation in this vacuum chamber. an evaporation source for evaporating a substance; a counter electrode arranged in the vacuum chamber and holding a substrate on which the evaporation substance is deposited so as to face the evaporation source; and between the evaporation source and the counter electrode. a filament arranged between the grid and the evaporation source for ionizing a part of the evaporation substance; the evaporation source has a target disposed therebetween, and means for making the potential of the grid positive with respect to the potential of the filament and the potential of the target negative with respect to the potential of the filament; It can be regarded as a point evaporation source or a micro-planar evaporation source with respect to the substrate placement surface, and a counter electrode.
グリッド、ターゲットは同心球面状に形成され。The grid and target are formed into concentric spherical shapes.
且つ基板配置面が上記点状蒸発源あるいは微小平面状蒸
発源の球面状等膜厚面上にあることを特徴とする。In addition, the substrate arrangement surface is located on the spherical equithickness surface of the point evaporation source or the minute planar evaporation source.
本発明によるa′膜形成装置において、前記グリッドは
、蒸発物質を通過させうるちのであって、蒸発源と対電
極間に配備され、対電極及びフィラメントの電位に対し
て正電位におかれるため、真空槽内には、グリッドから
基板に向かう電界と、グリッドから蒸発源に向かう電界
とが逆向きに形成される。In the a′ film forming apparatus according to the present invention, the grid allows the evaporated substance to pass through, is arranged between the evaporation source and the counter electrode, and is placed at a positive potential with respect to the potential of the counter electrode and the filament. In the vacuum chamber, an electric field from the grid toward the substrate and an electric field from the grid toward the evaporation source are formed in opposite directions.
また、熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内の上記
グリッドと蒸発源との間に配備され、このフィラメント
により発生する熱電子は、蒸発物質の一部をイオン化す
るのに供される。Further, a filament for generating thermionic electrons is arranged between the grid and the evaporation source in the vacuum chamber, and the thermionic electrons generated by the filament are used to ionize a part of the evaporated substance.
また、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、このよう
に一部イオン化された蒸発物質は。Also, part of the evaporated material from the evaporation source is ionized into positive ions by electrons from the filament, and the evaporated material partially ionized in this way.
グリッドを通過し、さらに、イオン化されたガスにより
正イオンにイオン化を促進され、上記電界の作用により
基板の方へと加速される。After passing through the grid, the ionized gas promotes ionization into positive ions, which are accelerated toward the substrate by the action of the electric field.
ここで、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、上記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、というように、
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。このため、フィラメントからの電子
は基板へは達せず、基板は電子衝撃を受けないため、そ
れにより基板が加熱されることがなく、基板の温度上昇
が防止される。したがって、基板材料として樹脂等の耐
熱性の低い材質のものをも使用することができる。Here, the electrons from the filament are emitted from the filament with kinetic energy corresponding to the filament temperature, so they are not immediately attracted to the positive potential grid, but pass through it and are pulled back by the Coulomb force caused by the grid. , further passes through the grid, and so on.
It repeats vibrational motion around the grid, and is finally absorbed by the grid. Therefore, the electrons from the filament do not reach the substrate, and the substrate is not subjected to electron bombardment, so that the substrate is not heated and the temperature of the substrate is prevented from rising. Therefore, materials with low heat resistance such as resin can also be used as the substrate material.
ターゲットは導電性を有する母材(薄膜を構成する単数
または複数の単体あるいは化合物元素の一部)で構成さ
れ、このターゲットはフィラメントより蒸発源側に配置
され、その電位はフィラメント電位及びグリッド電位よ
り低電位にある。従って、ターゲットの電位はグリッド
とフィラメント間の電位より低電位に有る。したがって
、フィラメントと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は上記グリッドとフィラメント間
の電界によりターゲットの表面へと拡散し、高速でター
ゲットの表面に衝突し、ターゲットの表面をスパッタす
る。このイオンによりスパッタされたターゲットを構成
する粒子は基板へと拡散し、形成する薄膜へ到達し、薄
膜構成材料の一部となる。The target is composed of a conductive base material (a part of one or more elements or compound elements that make up the thin film), and this target is placed closer to the evaporation source than the filament, and its potential is lower than the filament potential and grid potential. Located at low potential. Therefore, the target potential is at a lower potential than the potential between the grid and the filament. Therefore, ions positively ionized by hot electrons flying between the filament and the grid are diffused to the surface of the target by the electric field between the grid and the filament, collide with the surface of the target at high speed, and sputter the surface of the target. The particles constituting the target sputtered by these ions diffuse into the substrate, reach the thin film to be formed, and become part of the material forming the thin film.
(実 施 例)
以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the illustrated example.
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
成図を示しており、第1図において、ベースプレート1
とペルジャー2とは、バッキング18を介して一体化さ
れ真空槽を形成しており、この真空槽内には、活性若し
くは不活性ガス、あるいは、これら両者の混合ガスが導
入される。FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a base plate 1
and the Pelger 2 are integrated via a backing 18 to form a vacuum chamber, into which active or inert gas, or a mixture of both gases is introduced.
上記ベースプレート1は、支持体兼用の電極3゜5.7
,9.11により貫通されているが、これら支持体兼用
電極3,5,7,9.11の貫通部は当然ながら気密状
態であり、さらにこれら支持体兼用電極3,5,7,9
,11とベースプレート1とは電気的に絶縁されている
。また、ベースプレート1の中央部に穿設された孔IA
は図示されていない真空排気系へ連結されている。The base plate 1 has an electrode 3°5.7 which also serves as a support.
, 9.11, but the penetration parts of these support electrodes 3, 5, 7, 9.11 are naturally airtight, and furthermore, these support electrodes 3, 5, 7, 9
, 11 and the base plate 1 are electrically insulated. In addition, a hole IA drilled in the center of the base plate 1
is connected to a vacuum exhaust system (not shown).
ベースプレート1の中央側に位置する一対の支持体兼用
電極3は、その電極間にタングステンやモリブデンなど
の金属で形成した抵抗加熱式の蒸発源4を支持している
。尚、基板面に対して点状あるいは微小平面状蒸発源と
みなせるものであれば、このような抵抗加熱式の蒸発源
に替えて、ビーム式蒸発源など、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。A pair of support electrodes 3 located at the center of the base plate 1 support a resistance heating type evaporation source 4 made of metal such as tungsten or molybdenum between the electrodes. In addition, if it can be considered as a point-like or minute planar evaporation source with respect to the substrate surface, a beam-type evaporation source can be used instead of such a resistance heating type evaporation source, which is used in the conventional vacuum evaporation method. Any evaporation source can be used as appropriate.
さて、支持体兼用電極5にはターゲット6が支持されて
いる。このターゲット6は蒸発源4からの蒸発粒子がそ
の分布を保って基板へと到達できるように開口部を備え
ているが、この例では網目状である。また、これ以外に
、第2図(a)、(b)に示すような開口部を持ったタ
ーゲットを用い、ターゲットあるいは基板を回転させて
も良い。Now, a target 6 is supported on the support electrode 5. This target 6 is provided with an opening so that the evaporated particles from the evaporation source 4 can reach the substrate while maintaining its distribution, and in this example, it has a mesh shape. In addition to this, a target having an opening as shown in FIGS. 2(a) and 2(b) may be used and the target or substrate may be rotated.
一対の支持体兼用電極7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8が支持されており
、このフィラメント8の形状は、複数本のフィラメント
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4から蒸発した物質の拡がりをカバーする
ように定められている。尚、上記ターゲット6は上記蒸
発源4とフィラメント8との間に位置するように配設さ
れている。A filament 8 made of tungsten or the like for generating thermionic electrons is supported between the pair of electrodes 7 that also serve as supports. It is determined to cover the spread of the substance evaporated from the evaporation source 4 by, for example, Note that the target 6 is disposed between the evaporation source 4 and the filament 8.
支持体兼用電極9には、グリッド10が支持されており
、このグリッド10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。A grid 10 is supported on the support electrode 9, and the grid 10 has a shape that allows the evaporated substance to pass through, and in this example, it has a mesh shape.
支持体兼用電極11には対電極12が支持されており、
その下位、すなわち蒸発源4との対向面側には蒸発源4
によって蒸発された蒸発物質が蒸着される基板13が適
宜の方法で保持されている。尚、この状態を蒸発源4の
側から見れば、基板13の背後に対電極12が配備され
ている事となる。A counter electrode 12 is supported on the support electrode 11,
Below that, that is, on the side facing the evaporation source 4, there is an evaporation source 4.
A substrate 13 on which the evaporated material is deposited is held in an appropriate manner. Note that when this state is viewed from the side of the evaporation source 4, the counter electrode 12 is placed behind the substrate 13.
尚、上記ターゲット6、グリッド10.対電極12は同
心球面状に形成されており、対電極12は基板面が蒸発
g4からの等膜厚面上に位置するように配置されている
。Note that the target 6, grid 10. The counter electrode 12 is formed into a concentric spherical shape, and the counter electrode 12 is arranged so that the substrate surface is located on the equal thickness plane from the evaporation g4.
さて、上記各支持体兼用電極3,5,7,9゜11は導
電体によって形成され、電極としての役割を兼ねており
、これら支持体兼用電極3,5,7゜9.11の真空槽
外へ突出した端部間には図示のように種々の電源14.
15.16.17が接続されている。Now, each of the support electrodes 3, 5, 7, 9゜11 is formed of a conductor and also serves as an electrode, and the vacuum chamber of these support electrodes 3, 5, 7゜9.11 Between the outwardly projecting ends are various power supplies 14. as shown.
15.16.17 are connected.
先ず、蒸発源4用の一対の支持体兼用電極3は蒸発用電
源14に接続されており、さらに、図示の例の場合には
、グリッド10を支持する支持体兼用電極9が直流電圧
電源15の正端子に、対電極12及び基板13を支持す
る支持体兼用電極11が直流電圧電源15の負端子に夫
々接続されている。また、フィラメント8を支持する一
対の支持体兼用電極7の南端には直流電源16が接続さ
れている。尚、図示の例の場合は直流電源16の正極を
接地しているが、直流電源16の負極を接地しても良く
、また、直流電源16の替わりに交流電源を使用しても
良い。グリッド状のターゲット6を支持する支持体兼用
電極5には、直流電源17の負極が接続されており、こ
の直流電源17の正極はフィラメント用の直流電源16
の一端に接続されている。First, a pair of support electrodes 3 for the evaporation source 4 are connected to an evaporation power source 14, and furthermore, in the illustrated example, a support electrode 9 that supports the grid 10 is connected to a DC voltage power source 15. A counter electrode 12 and a support electrode 11 that supports the substrate 13 are connected to the negative terminal of a DC voltage power source 15, respectively. Further, a DC power source 16 is connected to the south end of the pair of support electrodes 7 that support the filament 8 . In the illustrated example, the positive pole of the DC power supply 16 is grounded, but the negative pole of the DC power supply 16 may be grounded, or an AC power supply may be used instead of the DC power supply 16. The negative electrode of a DC power source 17 is connected to the support electrode 5 that supports the grid-shaped target 6, and the positive electrode of this DC power source 17 is connected to the filament DC power source 16.
connected to one end of the
尚、図中の接地は必ずしも必要としない。また。Note that the grounding shown in the figure is not necessarily required. Also.
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、これらスイッチ類の操作により、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は示
されておらず、省略されている。In reality, these electrical connections include various switches, and the film forming process is realized by operating these switches, but these switches are not shown in the figure. Omitted.
以上、本発明による薄膜形成装置の一構成を第1図に基
づいて説明したが、第1図の構成に替えて薄膜形成装置
を第3図に示す実施例の如く構成することもできる。One configuration of the thin film forming apparatus according to the present invention has been described above based on FIG. 1, but instead of the configuration shown in FIG. 1, the thin film forming apparatus may be configured as in the embodiment shown in FIG. 3.
ここで、第3図に示す構成では、第1図に示した薄膜形
成装置の点状蒸発源に替えて微小平面状蒸発源を用いた
実施例であり、その他の構成は第1図に示した装置と全
く同様である。Here, the configuration shown in FIG. 3 is an example in which a minute planar evaporation source is used instead of the point evaporation source of the thin film forming apparatus shown in FIG. 1, and the other configurations are shown in FIG. It is exactly the same as the device.
さて、以上第1図、第3図により、本発明による薄膜形
成装置の概略構成例を示したが、以下。Now, an example of the schematic configuration of the thin film forming apparatus according to the present invention has been shown above with reference to FIGS. 1 and 3, and the following details.
これら・の装置を用いての薄膜形成について説明する。Thin film formation using these devices will be explained.
尚、第1図に示す装置と第3図に示す装置とでは、蒸発
源の形状が相違するだけであるため、ここでは、第1図
に示す点状蒸発源を用いた装置を例として説明する。Note that the only difference between the device shown in FIG. 1 and the device shown in FIG. 3 is the shape of the evaporation source, so here we will explain the device using the point evaporation source shown in FIG. 1 as an example. do.
第1図において、基板13を対電極12に図示のように
セットした後、蒸発物質を蒸発@4に保持させる。In FIG. 1, after the substrate 13 is set on the counter electrode 12 as shown, the evaporated substance is held at evaporation@4.
ここで、蒸発物質と、ターゲット6を構成する母材、及
び真空槽内に導入されるガス種の組合せは、どのような
薄膜を形成するかに応じて定められる0例えば、Fe−
Ni合金磁性体を形成する場合には、蒸発物質としてF
eを、ターゲット6の母材としてNiを、導入ガスとし
てArを選択することができる。もちろん、ターゲット
6の母材としてFeを、蒸発物質としてNiを選択して
も良い。Here, the combination of the evaporated substance, the base material constituting the target 6, and the gas species introduced into the vacuum chamber is determined depending on what kind of thin film is to be formed.
When forming a Ni alloy magnetic material, F is used as an evaporated substance.
e, Ni can be selected as the base material of the target 6, and Ar can be selected as the introduced gas. Of course, Fe may be selected as the base material of the target 6 and Ni may be selected as the evaporation substance.
また、Y−Ba−Cu−○酸化物超伝導薄膜を形成する
場合には、蒸発物質としてBa、ターゲット6の母材と
してY、Cuを、導入ガスとして酸素あるいは酸素と不
活性ガスとの混合ガスを選択できる。In addition, when forming a Y-Ba-Cu-○ oxide superconducting thin film, Ba is used as the evaporator, Y and Cu are used as the base material of the target 6, and oxygen or a mixture of oxygen and an inert gas is used as the introduced gas. Gas can be selected.
また、酸化インジウム系のITO薄膜を形成する場合に
は、蒸発物質としてIn、ターゲット6の母材としてS
n、導入ガスとして酸素を選択することが出来る。In addition, when forming an indium oxide-based ITO thin film, In is used as the evaporator, and S is used as the base material of the target 6.
n. Oxygen can be selected as the introduced gas.
さて、真空槽内は予め101〜10′″’ torr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10−2〜1
0−’torr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(Ar)な
どの不活性ガスであるとする。Now, the inside of the vacuum chamber is set to a pressure of 101 to 10'' torr in advance, and if necessary, an active gas, an inert gas, or a mixed gas thereof is added to a pressure of 10 to 1 torr.
It is introduced at a pressure of 0-'torr. Here, for the sake of concreteness of explanation, it is assumed that the introduced gas is an inert gas such as argon (Ar).
この状態において、電源を作動させると、蒸発源4が交
流電流により加熱され、また、グリッド10に正の電位
が印加され、フィラメント8には電流が流される。そし
て、フィラメント8は抵抗加熱により加熱され、熱電子
を放出する。In this state, when the power source is activated, the evaporation source 4 is heated by the alternating current, a positive potential is applied to the grid 10, and a current is passed through the filament 8. The filament 8 is then heated by resistance heating and emits thermoelectrons.
真空槽内のアルゴン分子は、フィラメント8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。Argon molecules in the vacuum chamber collide with thermionic electrons emitted from the filament 8, and their outer shell electrons are ejected and ionized into positive ions.
このイオンは上記グリッド10−フィラメント8間の電
界により、ターゲット6の表面へ到達する。These ions reach the surface of the target 6 due to the electric field between the grid 10 and the filament 8.
一方、ターゲット6には負電位が印加されているので、
ターゲット6の表面には高速のイオンが衝突し、ターゲ
ット6の母材をスパッタする。そして、このようにして
スパッタされ放出された粒子は、蒸発源4の抵抗加熱に
より蒸発された蒸発物質と同様に基板13へと向かって
飛行する。On the other hand, since a negative potential is applied to the target 6,
High-speed ions collide with the surface of the target 6, sputtering the base material of the target 6. The particles thus sputtered and emitted fly toward the substrate 13 in the same way as the evaporation material evaporated by the resistance heating of the evaporation source 4.
蒸発物質とスパッタ粒子、すなわち、蒸発源4の抵抗加
熱により蒸発物質から蒸発した粒子及びスパッタにより
ターゲット6から放出された粒子は拡がりをもって基板
13の側へと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8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 evaporated material and sputtered particles, that is, the particles evaporated from the evaporated material by resistance heating of the evaporation source 4 and the particles emitted from the target 6 by sputtering, spread and fly toward the substrate 13, but some of them, The outer shell electrons of the introduced gas are ejected by collision with thermionic electrons emitted from the filament 8, and the introduced gas is ionized into positive ions.
このように、一部イオン化された蒸発物質及びスパッタ
粒子はグリッド10を通過するが、その際、グリッド1
0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
化が促進される。そして、グリッド10を通過した蒸発
物質及びスパッタ粒子中、いまだイオン化されていない
部分は、更に、グリッドIOと基板13との間において
、前記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。In this way, the partially ionized evaporated material and sputtered particles pass through the grid 10;
Ionization is further promoted by the collision of the thermionic electrons vibrating up and down in the vicinity of 0 and the ionized introduced gas. The unionized portions of the evaporated substances and sputtered particles that have passed through the grid 10 are further ionized into positive ions by collision with the ionized introduced gas between the grid IO and the substrate 13. Ionization rate is increased.
このようにして、正イオンにイオン化された蒸発物質及
びスパッタ粒子は、グリッド10から対電極12に向う
電界の作用により基板13に向かって加速され、基板1
3に高エネルギーを持って衝突し付着する。これによっ
て、非常に密着性の良い緻密な薄膜が基板13上に形成
される。In this way, the evaporated substance and sputtered particles ionized into positive ions are accelerated toward the substrate 13 by the action of the electric field from the grid 10 toward the counter electrode 12, and
It collides with 3 with high energy and sticks to it. As a result, a dense thin film with very good adhesion is formed on the substrate 13.
また、蒸発粒子とスパッタされた粒子のどちらの膜厚面
も、蒸発源4を中心とする球面上にあり。Further, the film thickness planes of both the evaporated particles and the sputtered particles are on a spherical surface centered on the evaporation source 4.
基板配置面もまたその球面上にあるので、形成された薄
膜の膜厚、組成が均一にでき、極めて特性の均一な薄膜
を作成することができる。また、蒸発源4が、第3図に
示すように微小平面状蒸発源である場合も、蒸発源を含
む球面上に等膜厚面があり、その球面上に基板13を配
置すれば、同様に極めて特性の均一な薄膜を作成するこ
とができる。Since the substrate placement surface is also on the spherical surface, the thickness and composition of the formed thin film can be made uniform, making it possible to create a thin film with extremely uniform properties. Furthermore, even if the evaporation source 4 is a micro-planar evaporation source as shown in FIG. It is possible to create thin films with extremely uniform properties.
尚、フィラメント8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lOに吸収され、一部の熱電子
はグリッド10を通過するが、グリッド10と基板13
との間には直流電源15による電界が作用しているため
、グリッド10を通過した熱電子はグリッド10と基板
13との間で上記電界の作用によって減速され、グリッ
ド10側に引き戻される。Incidentally, the majority of the thermoelectrons emitted from the filament 8 are eventually absorbed by the grid 10, and some of the thermoelectrons pass through the grid 10, but the grid 10 and the substrate 13
Since an electric field from the DC power source 15 acts between the grid 10 and the substrate 13, the thermoelectrons passing through the grid 10 are decelerated by the electric field between the grid 10 and the substrate 13, and are pulled back toward the grid 10.
したがって、仮りに、熱電子の一部が基板13に到達し
ても、熱電子は上記電界の作用によって減速されている
ため、基板13を加熱するには到らない。Therefore, even if some of the thermoelectrons reach the substrate 13, the thermoelectrons will not heat the substrate 13 because they are decelerated by the action of the electric field.
このため、本発明による薄膜形成装置においては。Therefore, in the thin film forming apparatus according to the present invention.
基板13として耐熱性の弱い基板をも使用することがで
きる。A substrate with weak heat resistance can also be used as the substrate 13.
また、本発明による薄膜形成装置においては。Moreover, in the thin film forming apparatus according to the present invention.
蒸発物質のイオン化が極めて高いため、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。Since the ionization of the evaporated substance is extremely high, by introducing an active gas alone or together with an inert gas into the vacuum chamber to form a film, the evaporated substance and the active gas are combined, and this combination forms a compound thin film. Even when forming a thin film having desired physical properties, it is possible to easily obtain a thin film having desired physical properties.
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’″’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其れ
より小さいとされているが1本発明の装置によれば、バ
ルクの密度に極めて近似した密度が得られることも、大
きな特徴の一つである。Furthermore, since thermionic electrons generated by the filament effectively contribute to the ionization of gas in the vacuum chamber, it is possible to ionize the evaporated substance even under high vacuum with a pressure of 10''' Torr or less. The structure can also be made extremely dense, and although the density of a thin film is usually considered to be smaller than that of a bulk, the device of the present invention can achieve a density that is extremely close to that of the bulk. One of its major characteristics is that it can be used.
さらにまた、このような高度の真空下で成膜を行なうこ
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可能とな
る。したがって本発明による薄膜形成装置は、磁性体合
金薄膜や、多元化合物薄膜の形成に適しており、なかで
も、微量元素の存在により特性が変化するITO等の半
導体薄膜の形成に適している。Furthermore, by forming the film under such a high degree of vacuum, the incorporation of gas molecules into the thin film can be extremely reduced, making it possible to obtain a highly pure thin film. Therefore, the thin film forming apparatus according to the present invention is suitable for forming magnetic alloy thin films and multi-component thin films, and is particularly suitable for forming semiconductor thin films such as ITO whose characteristics change depending on the presence of trace elements.
尚、第1図、第3図に示した本発明の薄膜形成装置にお
いて1例えば、グリッド10と対電極12との間に高周
波電磁界を発生させうる高周波電極を設置すれば、前記
イオン化はこの高周波電磁界によフてさらに促進され、
前記種々の効果が増大され、より効果的である。In the thin film forming apparatus of the present invention shown in FIGS. 1 and 3, for example, if a high-frequency electrode capable of generating a high-frequency electromagnetic field is installed between the grid 10 and the counter electrode 12, the ionization can be effected in this way. Further promoted by high frequency electromagnetic field,
The various effects mentioned above are increased and are more effective.
以上、図示の実施例に基づいて説明したように。 As described above based on the illustrated embodiment.
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(緻密な強い薄
膜の形成)とを同時に実現し得る薄膜形成装置を提供す
ることができる。According to the present invention, strong reactivity, which is an advantage of the CVD method,
It is possible to provide a thin film forming apparatus that can simultaneously realize film formation in a high vacuum (formation of a dense and strong thin film), which is an advantage of the PVD method.
また、本発明による薄膜形成装置においては、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、低温での成
膜が可能となり、したがって、耐熱性の弱いプラスチッ
ク等なども基板材料として使用することができる。In addition, in the thin film forming apparatus according to the present invention, since the evaporated substance is ionized and has high electrical energy (electron/ion temperature), film formation that requires reactivity or crystallization is not possible. Since this can be achieved without applying thermal energy such as temperature (reaction temperature, crystallization temperature), it is possible to form a film at low temperatures, and therefore plastics and the like with low heat resistance can be used as substrate materials.
また、本発明による薄膜形成装置においては、蒸発源と
フィラメントとの間に、薄膜構成元素の一部を母材とし
たターゲットが配設されているため、Fe−Ni系磁性
体合金膜、Y−Ba−Cu−0系酸化物超伝導薄膜等の
多元系薄膜形成を有効に行なうことができる。特に、酸
化インジウム系半導体膜(ITO)中への錫のドーピン
グや、酸化亜鉛膜中へのアルミニュウムのドーピング等
、薄膜の特性に大きく影響する微量元素の薄膜中へのド
ーピングを効果的に行なうことができる。In addition, in the thin film forming apparatus according to the present invention, a target whose base material is a part of the thin film constituent elements is disposed between the evaporation source and the filament. Multi-component thin films such as -Ba-Cu-0 based oxide superconducting thin films can be effectively formed. In particular, it is necessary to effectively dope trace elements into thin films, such as tin doping into indium oxide semiconductor films (ITO) and aluminum doping into zinc oxide films, which greatly affect the properties of thin films. I can do it.
また、本発明による薄膜形成装置では、蒸発粒子とスパ
ッタされた粒子のどちらの膜厚面も、蒸発源を中心とす
る球面上にあり、基板配置面もまたその球面上にあるた
め、形成された薄膜の膜厚、組成が均一にでき、極めて
特性の均一な薄膜を作成することができる。In addition, in the thin film forming apparatus according to the present invention, the film thickness planes of both the evaporated particles and the sputtered particles are on a spherical surface centered on the evaporation source, and the substrate placement surface is also on the spherical surface, so that the film thickness of the evaporated particles and the sputtered particles is The thickness and composition of the thin film can be made uniform, and a thin film with extremely uniform properties can be created.
第1@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図はターゲット形状の一例を示す回であって
、同図(a)はターゲットの平面図、同図(b)はター
ゲットの側面図である。第3図は本発明の別の実施例を
示す薄膜形成装置の概略構成図である。
1・・・・ベースプレー1−12・・・・ペルジャー、
3゜5.7,9,11・・・・支持体兼用電極、4・・
・・蒸発源、e−−−−ターゲット、8・・・・フィラ
メント、10・・・・グリッド、12・・・・対電極、
13・・・・基板、14・・・・交流電源、15.16
.17・・・・・直流電源、18・・・・バッキング。
処
?
図
(a)
(b)Part 1 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a part showing an example of a target shape. ) is a side view of the target. FIG. 3 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus showing another embodiment of the present invention. 1...Base play 1-12...Pelger,
3゜5.7,9,11... Electrode that also serves as support, 4...
... Evaporation source, e----target, 8... Filament, 10... Grid, 12... Counter electrode,
13... Board, 14... AC power supply, 15.16
.. 17...DC power supply, 18...Backing. place? Figures (a) (b)
Claims (1)
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、上記真空槽内に配
置され上記蒸発物質が蒸着される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上記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上記
蒸発物質の一部をイオン化するためのフィラメントと、
このフィラメントと上記蒸発源との間に配置されたター
ゲットと、上記グリッドの電位を上記フィラメントの電
位に対して正電位とし且つ上記ターゲットの電位を上記
フィラメントの電位に対して負電位とする手段とを有し
、上記蒸発源は基板配置面に対して点状蒸発源あるいは
微小平面状蒸発源とみなせるものとし、且つ対電極、グ
リッド、ターゲットは同心球面状に形成され、且つ基板
配置面が上記点状蒸発源あるいは微小平面状蒸発源の球
面状等膜厚面上にあることを特徴とする薄膜形成装置。a vacuum chamber into which an active gas or an inert gas or a mixture of the two is introduced; an evaporation source for evaporating the evaporation substance within the vacuum chamber; and an evaporation source disposed within the vacuum chamber to deposit the evaporation substance. a counter electrode that holds the substrate facing the evaporation source; a grid that is disposed between the evaporation source and the counter electrode and allows the evaporation substance to pass through; and a grid that is disposed between the grid and the evaporation source. a filament for ionizing a portion of the evaporated substance;
a target disposed between the filament and the evaporation source; and means for making the potential of the grid positive with respect to the potential of the filament and the potential of the target negative with respect to the potential of the filament. The evaporation source can be regarded as a point evaporation source or a minute planar evaporation source with respect to the substrate placement surface, and the counter electrode, grid, and target are formed in concentric spherical shapes, and the substrate placement surface is A thin film forming apparatus characterized in that the evaporation source is a point evaporation source or a micro-planar evaporation source on a spherical equi-thickness surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10700089A JPH02285070A (en) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Forming device for thin film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10700089A JPH02285070A (en) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Forming device for thin film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02285070A true JPH02285070A (en) | 1990-11-22 |
Family
ID=14447942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10700089A Pending JPH02285070A (en) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Forming device for thin film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02285070A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH073453A (en) * | 1992-12-23 | 1995-01-06 | Hughes Aircraft Co | Plasma treatment of article |
-
1989
- 1989-04-26 JP JP10700089A patent/JPH02285070A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH073453A (en) * | 1992-12-23 | 1995-01-06 | Hughes Aircraft Co | Plasma treatment of article |
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