JPH03191057A

JPH03191057A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH03191057A
Application number: JP33009389A
Authority: JP
Inventors: Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Mikio Kinoshita; 幹夫木下; Tatsuya Sato; 達哉佐藤; Masashi Nakazawa; 中沢　政志
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-08-21

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、薄膜形成装置に関する。

（従来の技術）被薄膜形成基板上に、金属薄膜や酸化物薄膜を形成する
手段は、従来から種々提案され、その方法も、ＣＶＤ法
やＰＶＤ法など、極めて多岐にわたっている。

例えば、従来の薄膜形成装置（方法）としては、蒸発源
と被蒸着物（被薄膜形成基板）との間に高周波電磁界を
発生させて、活性ガス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う、いわゆる、イオ
ンブレーティング法や、上記の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な
どが知られている（特公昭５２−２９９７１号広報、及
び、特公昭５２−２９０９１号広報参照）。

ここで、上記ＣＶＤ法では、周知のように、強い反応性
を得ることができ、また、上記ＰＶＤ法では、微密な強
い薄膜を形成することができる、高真空中での成膜が可
能となる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、前記従来の薄膜形成装置（方法）では、その
成膜時に、過渡的なアーク放電が発生して、その放電条
件が不安定になるため、被薄膜形成基板（以下、単に基
板という）と、この基板に形成された薄膜との密着性が
弱かったり、あるいは、強い反応性を必要とする成膜や
、高い結晶化を必要とする成膜時に、反応温度や結晶化
温度といった、熱エネルギーを必要とするため、例えば
、熱可塑性のプラスチックスなどのような耐熱性の低い
基板への薄膜形成が困難になるなどの不具合があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、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とを同時に実現させて
、基板に対して、極めて強い密着性を有する薄膜の形成
、及び、耐熱性の無い基板への薄膜の形成を可能とする
新規な薄膜形成装置を提供することにある。

（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、これら両者の一混合ガスが
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
、薄膜が形成される基板を上記蒸発源に対向させて保持
し、上記蒸発源と同電位、あるいは負電位におかれる対
電極と、上記蒸発源と対電極との間に配置され、上記蒸
発物質の通過を許容するグリッドと、このグリッドと上
記蒸発源との間に配置された熱電子発生用のフィラメン
トと、上記対電極と上記グリッドとの間に電界を印加す
るための漏洩変圧器とを有し、上記グリッドの電位に対
して、上記フィラメントの電位を負電位とした構成とす
る。

（作　用）本発明によれば、成膜時に、蒸発物質がイオン化されて
、高い電気的なエネルギー（電子・イオン温度）を有す
るので、熱エネルギーを必要としない低温成膜が実現さ
れる。

また、本発明によれば、上記グリッドと対電極との間に
電圧を印加する電源として、漏洩変圧器が使用されるの
で、成膜時における過渡的なアーク放電の発生が抑制さ
れる。

（実　施　例）以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

但し、本明細書の記述から明らかに想起し得る範囲の構
成・作用、及び本発明の前記並びにその他の目的と新規
な特徴については、説明の煩雑化を避ける上から、その
図示並びに開示を省略、もしくは簡略化する。

本発明による薄膜形成装置は、第１図に示すように、ベ
ースプレート１．ペルジャー２．対電極５、グリッド６
、フィラメント８．蒸発源９．対電極用電極１０．グリ
ッド用電極１１．フィラメント用電極１２．蒸発源用電
極１３．蒸発源用電源１７．漏洩変圧器１８．フィラメ
ント用電源１９、及び、直流電源２０などで構成される
。

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２１を介して一体化されることにより、真
空槽３を形成している。

ここで、ベースプレート１は、支持体兼用の各電極１０
，１１，１２，１３により、貫通されているが、これら
の電極１０，１１，１２，１３の各貫通部は、それぞれ
機密状態を保つように構成されている。

また、このベースプレート１と、支持体兼用の各電極１
０，１１，１２，１３とは、それぞれ電気的に絶縁され
ている。

さらに、ベースプレート１の中央部に穿設された孔１ａ
は、図示しない真空排気系へ連結されている。

このように構成された真空槽３の内部には、対電極５．
グリッド６、フィラメント８．及び、蒸発源９などが、
上述の支持体兼用の各電極１０゜１１．１２，１３によ
り、それぞれ支持される。

すなわち、対電極５は、対電極用電極１０に支持される
。

この対電極５は、その下位、すなわち、蒸発源９に対向
する部位に、適宜な方法により基板１５を保持し得るよ
うに構成されている。

また、グリッド６は、グリッド用電極１１に支持される
。

このグリッド６は、蒸発源９から蒸発した蒸発物質を通
過させうるような形状に形成されており、本実施例では
網目状に形成されている。

さらに、熱電子発生用のフィラメント８は、対のフィラ
メント用電極１２の間に支持される。

また、蒸発源９は、一対の蒸発源用電極１３の間に支持
される。

この蒸発源９としては、例えば、タングステンもしくは
モリブデンなどの金属を、コイル状あるいはボート状に
形成した抵抗加熱式の蒸発源で構成される。

なお、この蒸発源９としては、上述のような、抵抗加熱
式の蒸発源に替えて１例えば、従来の真空蒸着方式で用
いられているビーム蒸発源などを適宜使用することがで
きる。

ここで、上述の各電極１０，１１，１２．１３は、導電
体で形成されており、これにより、それらの真空槽内へ
の突出部が、上述のように、対電極５．グリッド６、フ
ィラメント８．及び、蒸発源９などの支持体として機能
するとともに、それらの真空槽外への突出部が、図示の
ように、蒸発源用電源１７．漏洩変圧器１８．フィラメ
ント用電源１９．及び、直流電源２０などを電気的に接
続するための電極として機能するように構成される。

すなわち、蒸発用電源１７は、一対の蒸発源用電極１３
の間に接続される。

また、本実施例では、漏洩変圧器１８の二次側が、対電
極用電極１０と、グリッド用電極１１との間に接続され
る。

さらに、フィラメント用電源１９は、一対のフィラメン
ト用電極１２の間に接続される。

また、直流電源２０は、その負極側が一対のフィラメン
ト用電極１２の一方に接続され、その正極側がグリッド
用電極１１に接続される。

すなわち、フィラメント８の電位は、グリッド６の電位
に対して、負電位にある。

ここで、図中に示した接地は、必ずしも必要としない。

また、上述のような、蒸発源用電源１７．漏洩変圧器１
８．フィラメント用電源１９．及び、直流電源２０など
の電気的な接続、並びに、後述する成膜プロセスは、実
際には、種々のスイッチ類を介して実現されるが、説明
を判り易いものとする上から、これらスイッチ類の図示
、及び、具体的構成は示されていない。

以下、本実施例における成膜プロセスについて説明する
。

第１図において、先ず、基板１５が対電極５の下位にセ
ットされるとともに、蒸発源９に蒸発物質が保持される
。

ここで、蒸発物質は、基板１５に形成しようとする薄膜
の種類に応じて、予め選定される。

この蒸発物質としては、例えば、アルミニウムや金のよ
うな金属、もしくは、金属の酸化物、ふっ化物、硫化物
、あるいは合金等が使用される。

次いで、真空槽３内が、１０−’　〜１０−６Ｔｏｒｒ
の圧力に減圧され、この真空槽３内に、必要に応じて、
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°〜１０−’　Ｔ　ｏｒｒの圧力で導入され
る。

本実施例では、その成膜プロセスを具体的なものとする
ため、導入ガスとして１例えば、アルゴンなどの不活性
ガスが、真空槽３内に所定の圧力で導入されているもの
とする。

この状態において、図示しない電源を作動させると、対
電極５とグリッド６との間に、極性が交互に変化する電
圧が印加され、対電極５とグリッド６とで挾まれた空間
において、蒸発物質の蒸発粒子、あるいは導入ガスが、
その電子親和力に応じて、正イオン及び負イオンにイオ
ン化される。

この正負面イオンは、対電極５とグリッド６との間に印
加される電界の向きに応じ、交互に加速されて基板１５
へ向かう。

このようにして、イオン化された蒸発物質は、グリッド
６から対電極５に向かう電界の作用に。

す、基板１５に向かって加速され、基板１５に１いエネ
ルギーを持って衝突付着する。

すなわち、この薄膜形成装置では、第１図にテすように
、対電極５が、真空槽３内に配置され、かつ、基板１５
を蒸発源９に対向させて保持し１いる。

また、蒸発＠９と対電極５とは、同電位かも［〈は、対
電極５が負の電位におかれ、フィラメント８の電位は、
グリッド６の電位に対して、負η位にある。

さらに、グリッド６は、蒸発物質を通過させｔｊるよう
に構成され、かつ、対電極５と蒸発ｇ９きの間に配置さ
れている。

また、対電極５と、グリッド６との間には、６洩変圧器
１８の二次側が、電気的に接続されてしる。

従って、この真空槽３内には、漏洩変圧器１８の位相に
応じて、グリッド６に印加する電圧が■であるときには
、このグリッド６から対電極５に向かう電界と、グリッ
ド６から蒸発源９に向かう電界とが逆向きに形成され、
グリッド６に印加する電圧が負であるときには、対電極
５からグリッド６に向かう電界と、蒸発源９からグリッ
ド６に向かう電界とが逆向きに形成される。

一方、蒸発源９からの蒸発物質は、その一部が、蒸発粒
子の電気陰性度に従い、熱電子発生用のフィラメント８
からの電子により、正イオンイオン化、あるいは負イオ
ンにイオン化される。

このように、一部がイオン化された蒸発物質は、グリッ
ド６を通過する際に、上述したように、電界がグリッド
６から対電極５に向かう場合、その正イオンが電界の作
用により基板１５の方へと加速され、電界が対電極５か
らグリッド６に向かう場合、負イオンが基板１５の方へ
加速される。

このとき、グリッド６と対電極５との間には、漏洩変圧
器１８によって電圧が印加されるので、従来の成膜時に
おいて発生していた過渡的なアーク放電は起きず、真空
槽３内が安定した放電状態となる。

この放電において発生するイオンとしては、正イオンと
負イオンとがあるが、これらのイオンは上述の電界によ
り、グリッド６を交互に通過し、基板１５に到達する。

本実施例における漏洩変圧器１８の動作周波数は、商用
周波数のような低周波であり、この電界によりイオンは
充分に加速される。

このように、本発明によれば、成膜時に、蒸発物質がイ
オン化されて、高い電気的なエネルギー（＠子・イオン
温度）を有するので、熱エネルギーを必要としない低温
成膜が実現される。

従って、この薄膜形成装置では、強い反応性を必要とす
る成膜や、高い結晶化を必要とする成膜を、反応温度や
結晶化温度といった、熱エネルギーを与えずに実現でき
るので、例えば、熱可塑性のプラスチックスなどのよう
な耐熱性の低い基板への薄膜形成が可能となる。

また、本発明によれば、グリッド６と対電極５との間に
電圧を印加する電源として、漏洩変圧器１８が使用され
るので、従来のような成膜時における過渡的なアーク放
電の発生による薄膜へのダメージを抑制することができ
、安定した放電条件で下生産性よく成膜を行なうことが
できる。

従って、この薄膜形成装置では、基板１５に対して、非
常に密着性のよい薄膜が形成される。

ところで、この薄膜形成装置においては、上述のように
、蒸発物質のイオン化が極めて高いので、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、真空槽３内に、活性ガスを単独、もしく
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
、所望の物性を有する薄膜を容易に得ることができる６例えば、真空槽３に、不活性ガスとしてアルゴンを、活
性ガスとして酸素をそれぞれ導入して、この真空槽３内
の圧力を、１０−’　Ｔ　ｏｒｒ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１５上に、ＡＱ
、Ｏ，の薄膜を形成することができる。

ここで、蒸発物質として、ＳｉまたはＳｉＯを選べば、
５ｉｎ３の薄膜を得ることができる。

また、蒸発物質として、ＩｎもしくはＺｎを選べば、Ｉ
　ｎ２０．あるいはＺｎ○の薄膜が得られる。

さらに、導入ガスとして、Ｈ２Ｓ、蒸発物質として、Ｃ
ｄを選択すれば、ＣｄＳの薄膜が得られる。

また、活性ガスとして、アンモニアをアルゴンとともに
導入し、蒸発物質として、Ｔ１もしくはＴａを選べば、
ＴｉＮあるいはＴａＮなどの薄膜を得ることも可能であ
る。

このように、この薄膜形成装置では、放電により生成さ
れる正負面イオンが、共に基板１５へ到達するので、上
述のような、化合物薄膜の形成に適している。

なお、薄膜の密度は、通常、バルクの密度よりも小さい
とされているが、本発明によれば、薄膜の構造を極めて
微密なものとすることができるので、バルクの密度に極
めて近似した密度の薄膜を得ることが可能となる。

さらに、この装置では、高度の真空下で成膜を行なえる
ので、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、高純度の薄膜を形成することが可能となる
。

ところで、上述のような成膜プロセスにおいて、真空槽
３内で発生するイオンが、正イオンのみの場合において
は、第２図に示す、本発明の第２の実施例の薄膜形成装
置が用いられる。

この薄膜形成装置は、前述した第１の実施例における漏
洩変圧器１８の二次側の出力を、整流手段３０により整
流することを特徴としている。

すなわち、第２図に示すように、この第２の実施例にお
ける漏洩変圧器１８の二次側には、ダイオードのブリッ
ジ回路からなる整流手段３０が接続されている。

この整流手段３０は、その正極がグリッド用電極１１に
接続され、その負極が対電極用電極１゜に接続される。

これにより、この装置の真空槽３内には、グリッド６か
ら対電極５へ向かう電界が形成される。

従って、この真空槽３内で発生した正イオンは、このグ
リッド６から対電極５へ向かう電界により加速され、基
板１５に対して高速で衝突し、この基板１５上に、非常
に密着性のよい薄膜が形成される。

この装置においても、前記第１の実施例の場合と同様に
、過渡的なアーク放電が抑制されるので、安定した放電
条件下で成膜を行なうことができる。

ここで、整流手段３０の出力は、半波整流もしくは全波
整流のどちらでもよく、さらに、この整流手段３０にコ
ンデンサを付加して、平滑化してもよい。

この場合も、過渡的なアーク放電は起きず、安定した放
電条件下で成膜を行なうことができる。

（発明の効果）本発明によれば５例えば、熱可塑性のプラスチックスな
どのような耐熱性の低い基板への薄膜形成が可能となる
とともに、基板に対して、非常に密着性のよい薄膜を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略断面図、第２図は本発明
の他の実施例の概略断面図である。１・・・ベースプレート、２・・・ペルジャー３・・・
真空槽、５・・・対電極、６・・・グリッド、８・・・
フィラメント、９・・・蒸発源、１０・・・対電極用電
極、１１・・・グリッド用電極、１２・・・フィラメン
ト用電極、１３・・・蒸発源用電極、１５・・・基板、
１７・・・蒸発源用電源、１８・・・漏洩変圧器、１９
・・・フィラメント用電源、２０・・・直流電源、３０
・・・整流手段。兜イ図ワ冗図

Claims

【特許請求の範囲】

１．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、上記真空槽内に配置され、薄膜が形成される基板を上記
蒸発源に対向させて保持し、上記蒸発源と同電位、ある
いは負電位におかれる対電極と、上記蒸発源と対電極と
の間に配置され、上記蒸発物質の通過を許容するグリッ
ドと、このグリッドと上記蒸発源との間に配置された熱電子発
生用のフィラメントと、上記対電極と上記グリッドとの間に電界を印加するため
の漏洩変圧器とを有し、上記グリッドの電位に対して、
上記フィラメントの電位を負電位としたことを特徴とす
る薄膜形成装置。
２．上記漏洩変圧器の出力を整流したことを特徴とする
請求項１記載の薄膜形成装置。