JPH03166364A

JPH03166364A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH03166364A
Application number: JP30604689A
Authority: JP
Inventors: Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Masashi Nakazawa; 中沢　政志
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1991-07-18

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、薄膜形成装置に関し、特に．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戊膜とを同時に実
現することができ、且つ、多層膜及び混合膜の形成をも
容易に行ない得る薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、被薄膜形威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。

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おり、そ
の方法も極めて多岐にわたっている。

しかし，従来の薄膜形成装置にあっては、形威された薄
膜と被薄膜形成基板（以下、基板と称する）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、良好な多層膜及び混合膜
を得ることが困難であるといった問題があった。

そこで、これらの問題を解決するため、本出願人は先に
、薄膜形成装置として、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戒を行なう装置を提
案した（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
薄膜が形威されるという特徴を有している。

〔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、蒸発した蒸発
物質と、導入したガスとの化合物薄膜を形成することも
可能であるが、単一真空槽内において多層膜等を形成す
る場合に薄膜中に不純物が混入してしまったり、汚染の
影響により戊膜条件の安定性が損なわれたり、複数の蒸
発源を用いた場合の膜厚分布等に問題があった．また、混合膜形威時には、通常、混合物質を蒸発物質と
して用いて蒸発を行うか、蒸発源を複数設けて同時蒸着
を行うなどの方法が用いられているが、混合物質の蒸気
圧の差や、成膜速度制御の不安定性、化合物を蒸発源と
して用いた場合の組成ずれ等の影響から、良質な薄膜を
得ることが難しかった。

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等をも基板として用いることが
可能で、尚且つ、良好な多層膜及び混合膜の形成も容易
となる、新規な薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。

〔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、この真空槽内を多糟に分
割する手段と、上記真空槽内の分割槽の一槽以上に構或
される装置であって、上記真空槽内の各々の分割槽に設
置され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、上記各分割槽の蒸発源に対向するように
配置され被薄膜形戊基板を保持し且つ基板位置を移動可
能な対電極と、上記各分割槽の蒸発源と上記対電横との
間に夫々配備された熱電子発生用のフィラメントと、こ
のフィラメントと上記対＠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、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た成
膜装置とを備え、上記成膜装置により夫々の分割槽内での独立の成膜操作
を可能とすると共に、夫々別々に若しくは同時に成膜操
作を行うことにより，多層膜及び混合膜の成膜を可能と
したことを特徴とする。

また、上記薄膜形成装置において、対電極に基板保持部
が傾斜したドーム状基板ホルダーを用いた場合には、こ
の基板ホルダーの傾斜に合わせてグリッド、フィラメン
ト、蒸発源を傾けて配置したことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による薄膜形成装置においては、真空槽は、その
内部空間に活性ガス、あるいは不活性ガス、若しくは活
性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入しうるようにな
っており、多槽分割手段，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。また、真空槽は
分割手段により対電極側が開放された二つ以上の空間に
分割される。

蒸発源は、多櫂に分割された槽空間の一つに対して一つ
以上設置され、対電極側に蒸発物質を蒸発できる構造に
なっている。

上記対電極は、各分割槽の蒸発源に対向するように配備
されており、対電極は、蒸発源と対向する側に被薄膜形
戒基板を保持するようになっており、これらの基板を各
分割槽空間各々に移動できる構造になっている．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．従って、薄膜形戒時に
は、発生する電界はグリッドからフィラメントに向かう
。

上記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。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第ｌ図は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構或図である。

第ｌ図において、符号２はベースプレート，符号３はパ
ッキング、符号１はベルジャーを夫々示し、ベルジャー
１とベースプレート２はパッキング３により一体化され
て真空槽を構或しており、この真空槽の内部空間には、
符号４で示す導入パイプやバルブ等を用いた公知の適宜
の方法により、活性ガス、及び／又は不活性ガスを導入
できるようになっている。また，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。

上記真空槽は、分割手段５により例えば成膜空間Ａ，Ｈ
に分割される。尚、図示の例では真空槽内を二つの成膜
空間に分割しているが、これは、作製する薄膜により幾
つかに分割される。

上記ベースプレート２には真空槽内部の気密性を保ち、
且つ、ベースプレート２との電気的絶縁性を保ちつつ、
支持体を兼ねた電極１２，　２２，　３２，１３，　２
３．　３３が配設されており、これら支持体兼用の電極
１２，　２２，　３２，　１３，　２３．　３３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威している。

上記電極１２，　２２，　３２，　１３，　２３，　３
３の内、一対の電極１２．　１３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ボート状
に形成した、抵抗加熱式の蒸発１１０．　１１が支持さ
れているが、この蒸発源１０．　１１の形状はボート状
に代えてコイル状、またはルツボ状としてもよい。尚、
このような蒸発源に代えて、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
ことができる．一対の電極２２．　２３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２０．　２１が支持され
ており、このフィラメント２０．　２１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１０．　１１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３２．　３３にはグリッド３０．　３１が夫々支持
されており、このグリッド３０．　３１は、蒸発した蒸
発物質を対電極４０側へ通過させうるように形状を定め
るのであるが、この例においては網目状になっている。

電極４２は対電極４０に接続され、この対電極４０の蒸
発源１０．　１１に対向する側の面に、被薄膜形成基板
１００が適宜の方法で保持される。対電極４０は支持体
を兼ねた回転軸４１等により自転運動等を行い、基板位
置を夫々の成膜空間中に移動できるようになっている。

また、電極４２は図示の例ではそのまま接地されでいる
が、この間に直流電源をいれて対電極４０にバイアスを
かけてもよい。

蒸発源１０．　１１を支持する電極１２，　１３は、加
熱用の交流電源ｓｏ，　ｓｔに接続されているが、この
電源は交流電源に代えて直流電源にしてもよく、直流電
源の場合には、正負の向きはどちらの場合でもよい。ま
た、電源５０．　５１は一台で兼用し、場合によりスイ
ッチ等によって切り換えて使用するようにしてもよい。

フィラメント２０．　２１を支持する電極２２．　２３
は電源６０．　６１に接続されているが、電源６０．　
６１は、上記電源５０．　５１と同様に、交流、直流、
及び場合により切り換え式のどれを用いてもよい。

電極３２．　３３は、直流電圧電源７０．　７１の正極
側に接続され、同電源の負側は、図示の例では電極２２
，２３夫々の片側に接続される。従って、グリッド３０
，３１はフィラメント２０．　２１に対して正電位とな
り、グリッド３０，　３１とフィラメント２０，　２１
の間では、電界はグリッド３０．　３１からフィラメン
ト２０．　２１へ向かう。ここで、第１図における電源
７０．　７１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１０，　１１，及び／又
はフィラメント２０．　２１にバイアスをかけてもよい
。また、電源７０．　７１は、上述の他の電源と同様に
切り換え式であってもよい。尚、図中における接地は、
必ずしも必要ではない。

さて、第１図に示すｉ或の薄膜形成装置においては、フ
ィラメント加熱用電源６０．　６１とグリッド用直流電
源７０．　７１の調節により、夫々の成膜空間に夫々安
定なプラズマ状態を作ることができ、これらのプラズマ
状態は、蒸発物質等により夫々独自の状態にすることが
できる。

フィラメント２０．　２１により発生する熱電子は、導
入ガスや蒸発物質の一部をイオン化するのに供されるが
、グリッド３０．　３１からの電界により引き寄せられ
、最終的にはグリッド３０．　３１に吸収されるため、
基板１００へは達せず、基板１００に対する電子衝撃に
よる加熱がなく、基板温度の上昇が防止される。

尚、実際には、上記電気的接続は、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るのであるが、これらのスイッチ類
は、図示を省略されている。

以下、第１図に示す構戊の薄膜形成装置による薄膜形成
について説明する。

第工図において，先ずベルジャーｌを開き、被薄膜形成
基板１００を図示の如く対電極４０に保持させて、蒸発
物質を蒸発源１０．　１１に保持させる。この蒸発物質
は、勿論どのような薄膜を形威するかに応じて定められ
る。

次に真空槽のベルジャー１を閉じ、真空槽内を高真空状
態に排気した後、真空槽内に、予め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を１０〜１０−３
のＰａの圧力で導入する。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１０，ｌ１を
加熱すると蒸発物質が蒸発する。この蒸発物質、すなわ
ち、蒸発物質の粒子は、被薄膜形戊基板１００に向かっ
て拡がりつつ飛行するが、その一部、及び前記導入ガス
がフィラメント２０，　２１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
３０．　３１を通過するが、その際グリッド近傍におい
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、さらにイオン化される。この
とき，威膜空間Ａ，Ｂで夫々異なったプラズマ状態を保
ち、異なった物質を蒸発させることにより、異なった薄
膜を形戊することができる。

グリッド３０．　３１を通過した蒸発物質中、未だイオ
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３０．　３１から対電極４０へ向かう電界の作用に
より、被蒸着基板１００に向かって加速され、被蒸着基
板１００に高速で衝突付着する。

このようにして形威された薄膜は、基板へのイオン粒子
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うと、蒸発物質を活性
ガスと化合させ、化合物薄膜を形成することができる。

尚、本発明の薄膜形成装置では、蒸発物質のイオン化率
が極めて高く，且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，容易且つ確実に得ることができ
る。

ここで、多層膜を形成する場合について述べる．先ず，
得ようとする薄膜によって蒸発物質を選択し、夫々反応
空間中の蒸発源に蒸発物質を載せる。そして、第一層目
を前述した方法によって成膜する。このとき，基板１０
０を回転（移動）させ、膜厚むらのないようにする。次
に、第二層目以降は、上記第一層目と同様に基板回転を
行い、第一層目に重ねて成膜し、多層膜を形成する．以
上のように，本発明の薄膜形成装置では、作製する薄膜
により威膜空間を変えられるため、非常に不純物の混入
の少ない薄膜が形成できる。また、絶縁体膜、導電体膜
等の組合せの多層膜においてもその威膜空間を違えるこ
とにより、安定した成膜条件で膜形威を行える。また、
成膜中の基板面と蒸発源との距離差が、基板回転等によ
っても少ないため、反応性成膜を行う場合においてもそ
の反応性を一定に保て、良好な化合物薄膜を得ることが
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ｌＯ〜１０−”Ｐａに調整し，蒸
発物質として成膜空間Ａではインジウム，スズ等を選択
し、威膜空間ＢにはＳｉ　．ＳｉＯ等を用いれば、Ｓｉ
○ｚ　／　Ｉ　ｎ，　０　３　／　Ｓ　ｘ　Ｏの三層反
射帯電防止膜等を形成することができる。

また、混合膜形成の場合には、複数の層で同時に蒸着し
、基板を回転させることにより基板上で混合し、成膜を
行う。水成膜装置では、別々の空間で、別々の蒸着源を
用いて成膜しているため、夫々の成膜条件、成膜速度、
成膜空間の広さ（割合）、基板回転（移動）速度等を変
化させることによって、混合比のよい、再現性のある混
合膜を得ることができる．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′″２Ｐａに調整し、
蒸発物質として成膜空間ＡではＣｅ，威膜空間ＢではＳ
ｉＯを用いれば、Ｃｅ２０３（屈折率ｎ＝１．９５）と
ＳｉＯ，（ｎ　＝１．７４）の混合膜、Ｔｉ，　Ｚｒを
用いれば、Ｔｉｅ，（ｎ＝２．４）　、ＺｒＯａ（ｎ＝
２．１）の混合膜ができ、その混合比を変化させること
により屈折率を変化させることができる。

次に、第２図は本発明の別の実施例を示す薄膜形成装置
の概略的構成図あって、第１図に示す装置との違いは、
基板ｌ００を保持する対電極４０に、基板保持部が傾斜
した形状の回転式のドーム状基板ホルダーを用いた点に
あり、その他の、第１図と同符号を付した構或部材は同
様のものである。

第２図に示すように、このドーム状基板ホルダー４０を
用いた場合には、基板ホルダー４０と同様な傾きにグリ
ッド３０，　３１，フィラメント２０，　２１．蒸発源
１０．　１１を設置することにより、より膜厚分布の均
一な薄膜を得ることができる．これは、基板ホルダーを
回転させない場合においても、傾斜基板に対しては平行
な位置関係を採るほうがよいからである。

尚、上記薄膜形成装置において、ある威膜空間を通常の
真空蒸着を行う空間にしてもよい。

また、蒸発物質及び導入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、１０−２Ｐａ
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でき、高純度の薄膜を得
ることができる。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、加えて、低い基板温度で密着
性の良い薄膜を形成することができるため、ガラスのみ
ならず、プラスチック上への光学薄膜の形成等に非常に
適した方法である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の薄膜形成装置によれば、
低いガス圧力でもイオン化が高められる方法を用いて成
膜を行うため、化合物薄膜等の多層膜でも密着性良く、
緻密に形成できる。

また、蒸発物質がイオン化し、高いエネルギー（電子・
イオン温度）を電気的に有するので、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，光学薄膜等に多く用いられる多層膜、混合膜の低温
成膜が可能となる。

従って，本発明によれば、基板上に多Ｎ膜、混合膜等が
精度良く、低温にて作製できるため、プラスチック製光
学部品等の応用範囲も広げることに発展する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す薄膜形戊装置の概略的構
或図、第２図は本発明の別の実施例を示す薄膜形威装置
の概略的構或図である。ｌ・・・・ベルジャー、２・・・・ベースプレート、３
・・・・・パッキング、４・・・・ガス導入パイプ及び
バルブ、５・・・・分割手段、１０．　１１・・・・蒸
発源、１２，　１３，２２，　２３，　３２，　３３・
・・・支持体兼用の電極、・・フィラメント，　３０．
　３１・・・・グリッド、電極、４１・・・・回転軸，
４２・・・・電極、５０．６１・・・・交流電源、７０
．　７１・・・・直流電源、被薄膜形威基板、Ａ，Ｂ・
・・・成膜空間。２０，　　２１・・・４０・・・・対５１，　６０，１００・・・・駕４図駕２図

Claims

【特許請求の範囲】

１．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、この真空槽内を多槽に分割する手段と、上記真空槽内の分割槽の一槽以上に構成される装置であ
って、上記真空槽内の各々の分割槽に設置され蒸発物質
を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内において、
上記各分割槽の蒸発源に対向するように配置され被薄膜
形成基板を保持し且つ基板位置を移動可能な対電極と、
上記各分割槽の蒸発源と上記対電極との間に夫々配備さ
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、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た成膜装置とを備え
、上記成膜装置により夫々の分割槽内での独立の成膜操作
を可能とすると共に、夫々別々に若しくは同時に成膜操
作を行うことにより、多層膜及び混合膜の成膜を可能と
したことを特徴とする薄膜形成装置。
２．請求項１記載の薄膜形成装置において、対電極に基
板保持部が傾斜したドーム状基板ホルダーを用いた場合
には、この基板ホルダーの傾斜に合わせてグリッド、フ
ィラメント、蒸発源を傾けて配置したことを特徴とする
薄膜形成装置。