JPH03219077A - 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〕 本発明は薄膜形成装置に関し、特に、大面積の基板に対
しても極めて均一に薄膜を形成でき、且つ、基板に入射
するイオンのエネルギーや反応性をスパッタ速度に対し
て独立に制御しうる薄膜形成装置、及び、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し得る薄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としては、周知
のＣＶＤ法やＰＶＤ法等を応用した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。

例えば、不活性ガス等の雰囲気中で、陰極側のターゲッ
トと陽極側の基板ホルダーとの間に低圧気体放電（グロ
ー放電）を起してイオンを陰極側のターゲットに衝突さ
せ、このイオンのスパッタにより飛散したターゲット物
質を基板の表面に蒸着させて成膜する、所謂、二極スパ
ッタ法による薄膜形成装置が知られている。

また、蒸発源と被蒸着物との間に高周波電界を発生させ
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う、所謂、イオンブレーティング法
による薄膜形成装置が知られている。また、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
ィング法による薄膜形成装置も知られている（特公昭５
２−２９９７１号、特公昭５２−２９０９１号公報等参
照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述の二極スパッタ法による薄膜形成装置に
おいては、絶縁性の大面積基板を使用した場合、あるい
は導電性の基板においても絶縁性の薄膜を形成する場合
には、基板ホルダー表面と基板表面とでその電気的性質
が異なるため、放電が不均質かつ不安定となり、安定し
た放電を持続させることが困難である。このため、基板
上に形成された薄膜の膜厚や膜質が基板中心部と周辺部
とで大きく異なる等の問題が生じる。

そこで、放電の安定化と、均一な薄膜形成とを行うため
、ターゲットと基板ホルダーとの間に一枚のメツシュ状
電極を配備した構成の薄膜形成装置（例えば、特公昭５
７−５２９５５号公報、特公昭６３−４３４６７号公報
参照）が提案されているが、このような構成の薄膜形成
装置においても、基板に入射するエネルギーや、反応成
膜を行う場合の反応をスパッタ速度に対して独立に制御
することは困難であった。

また、前述のイオンブレーティング法やＤＣイオンブレ
ーティング法による薄膜膜形成装置では、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うことは困難であ
った。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、大面
積の基板に対しても極めて均一に薄膜を形成でき、尚且
つ、基板に入射するイオンのエネルギーや反応性をスパ
ッタ速度に対して独立に制御しうる新規な構成の薄膜形
成装置を提供することを目的とする。

また、基板に対して極めて強い密着性を持った７亨膜を
形成でき、且つ、耐熱性の低いプラスチックスなどをも
基板として用いうろことができ、さらに、多元系１形成
をも有効に行うことができる、新規な構成の薄膜形成装
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１本願請求項１記載の薄膜形成
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、スパッタ用の
ターゲットと、このターゲットを保持するターゲット電
極と、上記真空槽内において基板を上記ターゲットに対
向するように保持する対電極と、上記ターゲットと対電
極との間に配備され蒸発物質を通過させうる第１グリッ
ドと、この第１グリッドとターゲットとの間に配置され
た第２グリッドと、上記第１グリッドの電位を上記対電
極に対し正電位とし、且つ上記第２グリッドの電位を正
又は負若しくは零電位とし、且つ上記ターゲットの電位
を上記対電極及び第１グリッド、第２グリッドの電位に
対し負電位とする手段とを有することを特徴とする。

また、本願請求項２記載の薄膜形成装置は、上記請求項
１記載の薄膜形成装置において、ターゲットの電位を対
電極及び第１グリッド、第２グリッドの電位に対し負電
位とする手段に替えて、ターゲット電極に高周波電圧を
印加する手段を設けたことを特徴とする。

また、本願請求項３記載の薄膜形成装置は、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基板を保持
する対電極と、上記真空槽内に配置されターゲットを上
記基板に対向するように保持するターゲット電極と、こ
のターゲット、１に保持されたターゲットと、上記ター
ゲットと対電極との間に配備され、ターゲットからの粒
子を通過させうる第１グリッドと、この第１グリッドと
ターゲットとの間に配置されターゲットからの粒子の一
部をイオン化するためのフィラメン１〜と、上記ターゲ
ットよりフィラメント側に配置されターゲットからの粒
子を通過させうる第２グリッドと、上記第１グリッドの
電位を上記対電極及びフィラメントの電位に対し正電位
とし、且つ上記第２グリッドの電位を正又は負若しくは
零電位とし、且つ上記ターゲットの電位を上記フィラメ
ント及び第１グリッド、第２グリッドの電位に対し負電
位とする手段とを有することを特徴とする。

また、本願請求項４記載の薄膜形成装置は、上記請求項
３記載の薄膜形成装置において、ターゲットと第２グリ
ッドの間に高周波電圧を印加することを特徴とする。

〔作　　　用〕

以下、本発明の構成及び作用について詳細に説明する。

本願請求項２記載の薄膜形成装置は、上述のように、真
空槽と、対電極と、第１グリッドと、第２グリッドと、
スパッタ用のターゲットと、第１グリッド、第２グリッ
ド及びターゲットと対電極間の電位を所定の電位関係と
するための電源手段とを有し、上記真空槽内には、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。

ここで、上記対電極は真空槽内に配置され、上記基板を
ターゲットに対向するように保持している。

上記第１グリッドは、ターゲットからの粒子を通過させ
うるちのであって、ターゲットと対電極との間に配備さ
れ、対電極の電位に対して正電位に置かれる。

このため、ターゲットからの粒子は、その一部が、第１
グリッド−第２グリッド間の放電及び第２グリッド−タ
ーゲット間の放電により正イオンにイオン化さ九る。そ
して、一部イオン化されたターゲノ１〜からの粒子は、
第１グリッドを通過し、更に、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、第１グリッド−基板
間の電界の作用により基板の方へと加速される。

尚、放電によって発生した電子は、正電位の第１グリッ
ドに吸引されるので、ル板へは到達せず、基板は電子衝
撃を受けないので、其れによる加熱が無く、基板の温度
上昇が防止できる。したがって、プラスチックのような
耐熱性の弱い材質のものでも基板とすることができる。

また、上記第２グリッドも第１グリッドと同様にターゲ
ットからの粒子を通過させうるちのであって、第１グリ
ッドとターゲットとの間に配備され、対電極の電位に対
して正又は負若しくは零電位におかれる。

ターゲットが導電性を有する母材（元素単体、合金又は
化合物、あるいはそれらの組合せ）で構成される場合に
は、その電位は対電極、第１グリッド、第２グリッドよ
り負電位におかれ、第２グリッド−ターゲット間の直流
放電によりターゲット表面がスパッタされる。

また、請求項２記載の装置のように、ターゲットの電位
を対電極及び第１グリッド、第２グリッドの電位に対し
負電位とする替わりに、ターゲット電極にコンデンサを
介して高周波電圧を印加しても、高周波放電によりター
ゲット表面はスパッタされる。尚、上記高周波放電によ
るスパッタの場合には、ターゲットが絶縁性の母材（元
素単体、合金又は化合物、あるいはそれらの組合せ）の
場合や、ターゲット表面に絶縁性の皮膜が存在する場合
にもスパッタが可能である。

さて、以上のようにして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、基板表面に到達して基
板上に薄膜を形成する。

次に、本願請求項３記載の薄膜形成装置は、真空槽と、
対電極と、第１グリッドと、第２グリッドと、熱電子発
生用のフィラメントと、ターゲットを保持するターゲッ
ト電極と、ターゲット（単数又は複数）、及び、第１グ
リッド、第２プリント及びターゲットとフィラメント間
の電位を所定の電位関係とするための電源手段を有して
おり、上記真空槽内には、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。

ここで、上記対電極は真空槽内に配置され、上記基板を
ターゲットに対向するように保持している。

上記第１グリッドは、ターゲットからの粒子を通過させ
うるものであって、ターゲットと対電極との間に配備さ
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。

熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内の、上記第１
グリッドと第２グリッドとの間に配備され、このフィラ
メントにより発生する熱電子は、ターゲットからの粒子
の一部をイオン化するのに供される。

ターゲットからの粒子は、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
部イオン化されたターゲットからの粒子は、第１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、第１グリッド−基板間の電界
の作用により基板の方へと加速される。

尚、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もってフィラメントから放射さ
れるので、正電位の第１グリッドに直ちに吸引されずに
これを通過し、第１グリッドによるクーロン力により引
き戻され、更に、第１グリッドを通過し、というように
、第１グリッドを中心として振動運動を繰返し、遂には
第１グリッドに吸引されるので、基板へは達せず、基板
は電子！撃を受けないので、其れによる加熱がなく基板
の温度上昇が防止できる。従って、プラスチックの様な
耐熱性の低い材質のものでも、基板とすることができる
。

第２グリッドは、上記第１グリッドと同様にターゲット
からの粒子を通過させるものであって、フィラメントと
ターゲットとの間に配備され、対電極及びフィラメント
の電位に対して正又は負若しくは零電位におかれる。

また、ターゲットは導電性を有する母材（元素単体、合
金又は化合物、あるいはそれらの組合せ）で構成され、
その電位はフィラメント及び第１グリッド、第２グリッ
ドより負電位にある。

従って、フィラメント−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の一部は上記第２グリ
ッドを通過し、第２グリッド−ターゲット間の電界によ
りターゲット表面へと拡散し、高速でターゲット表面に
衝突し、ターゲット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、基板表面へ到達して基板上に薄
膜を形成する。

また、請求項４記載の薄膜形成装置においては、ターゲ
ットには導電性を有する母材あるいは絶縁性の母材（元
素単体、合金または化合物あるいはそれらの組合せ）の
何れを用いても良く、ターゲット電極にはコンデンサー
を介して高周波電圧が印加される。電子はイオンに対し
て移動度が大きいため、絶縁状態のターゲット表面は負
に帯電し、フィラメントに対し、ターゲット表面には負
のバイアスがかかることとなり、フィラメント−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
ンはターゲット表面へと拡散し、高速でターゲット表面
をスパッタする。そして、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、基板
表面へ到達して基板上に薄膜を形成する。

〔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１図は本願請求項１記載の薄膜形成装置の一実施例を
示す概略的構成図である。

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真空槽を形成してい
る。ベースプレート１は支持体兼用の電極５．９．１１
．１４により貫通されているが、これら支持体兼用電極
５．９．１１．１４の貫通部はもちろん気密状態であり
、さらに、これら支持体兼用電極５．９．１１．１４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ＬＡは、図示
されていない真空排気系へ連結されている。

図中符号５で示す支持体兼用電極にはターゲット電極６
が支持されており、このターゲット電極６にはターゲッ
ト１６が保持されている。

また、図中符号９で示す支持体兼用電極には第１グリッ
ド１０が支持されており、この第１グリッド１０はター
ゲット１６からの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１図示の例では網目状である。ま
た、図中符号１４で示す支持体兼用電極１４には第２グ
リッド１５が支持されており、この第２グリッド１５の
形状もまた。ターゲット１６からの蒸発物質を通過させ
うる形状にその形状が定められており、図示の例では網
目状である。

図中符号１１で示す支持体兼用電極には対電極１２が支
持されており、この対１ｉ極１２の下位には、基板１３
が適宜の方法で保持されている。この状態をターゲット
１６の側から見れば、基板１３の背後に対電極１２が配
備される事となる。

さて、上述の各支持体兼用電極５．９．１１．１４は導
電体であって電極としての役割を兼ねており、それらの
真空槽外へ突出した端部間は、図示のように種々の電源
に接続されている。

先ず、第１図に示す例の場合には、支持体兼用電極９が
直流電圧電源１８の正端子に、支持体兼用電極１１が直
流電圧電源１８の負端子に夫々接続されている。また、
支持体兼用電極５には直流電源２０の負極が接続されて
おり、この直流電源２０の正極は直流電圧電源１８の負
端子に接続されている。さらに、第２グリッド１５は支
持体兼用電極１４を介して直流電源２２の正極側に接続
されている。また。

直流電源２２の負極側は支持体兼用電極５に接続されて
いる。この際、ターゲット１６の電位は対電極１２及び
第１グリッド１０、第２グリッド１５の電位よりも負電
位の状態にある。また、第２グリッド１５の電位は、直
流電源２０と直流電源２２の組合せにより、対電極１２
に対して正電位、負電位、零電位の何れの状態も取りう
る。すなわち、任意のプラズマ状態を設定できる。

尚、請求項２記載の装置の実施例として、ターゲット１
６の電位を対電極１２及び第１グリッドＩＯ１第２グリ
ッド１５の電位に対し負電位とする替わりに、ターゲッ
ト電極６に高周波電圧を印加してもよい。

第２図はこの場合の実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構成図であって、ターゲット電極に高周波電圧を印加す
る場合には、第２図に示すように。

電極５と電極１４の間にコンデンサ２４を介して高周波
電源２３を接続する。また、電極１４はスイッチの切り
替えにより直流電源２０の正端子または負端子に接続さ
れ、直流電源２０の他方の端子は直流電圧電源１８の負
端子に接続されるが、電極１４は直流電圧電源１８の負
端子に直接接続してもよい。さて、この第２図に示す構
成の場合においても第２グリッド１５の電位は、対電極
１２に対して正電位、負電位、零電位の何れの状態も取
りうる。すなわち。

任意のプラズマ状態を設定できる。

尚、第１図、第２図において１図中の接地は必ずしも必
要ではない。また、上述の電気的接続は、実際には、種
々のスイッチ類を含み、これらの操作により、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
示されていない。

以下、上述の薄膜形成装置による薄膜形成について説明
するが、第２グリッド−ターゲット間の放電部分以外の
構成は、第１図についても第２図についても同様である
から、ここでは第１図の例についてのみ説明する。

第１図において、先ずペルジャー２を開き、基板Ｉ３を
対電極Ｉ２に、ターゲットＩ６をターゲット電極６に夫
々保持させた後、ペルジャー２を閉じ、真空槽内を図示
されない真空排気系によって真空状態に排気する。

尚、ターゲット１６を構成する母材、４人ガス種の組合
せは、どのような薄膜を形成するかに応じて選定される
。例えば、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金磁性体を形
成する場合には、ターゲット１Ｇの母材としてＦｅ−Ｎ
ｉ合金を、導入ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を選択でき
る。また、ターゲット１６としてチタン（Ｔｉ’）、導
入ガスとして窒素（Ｎ２）を選べばＴ　ｉ　Ｎ膜が得ら
れる。

真空槽内は、真空排気系によって、あらかじめ１０−ｓ
〜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°〜１０−’　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
。

さて、この雰囲気状態において、電源を作動させると、
ターゲット１６に負の電位が印加され、これにより第２
グリッド１５−ターゲット１６間に放電が起りプラズマ
状態が実現する。尚、この放電には基板は関与してない
ので、基板の影響を受けず、安定した放電を持続させる
ことができる。

第２グリッド１５−ターゲット１６間の電界によりター
ゲラ１へ１６の表面には高速でイオンが衝突し、ターゲ
ットＩ６の母材をスパッタする。こうしてスパッタされ
ターゲット１６から飛散した粒子は、基板１３へ向い、
飛行する。

尚、第１グリッド１０、第２グリッド１５の電位の設定
により、第１グリッド−第２グリッド間では放電を起す
ことも、起さないことも可能である。

さて、スパッタされターゲット１６から飛散した粒子は
拡がりをもって基板１３の側へ向かって飛行するが、そ
の一部、及び、前記導入ガスは第２グリッド１５−ター
ゲット１６間、あるいは第１グリッド１０−第２グリッ
ド１５間の放電によって、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導入ガス及びスパッタ
粒子は第１グリッド１０を通過する。この際、第１グリ
ッド１０の電位を調整することにより、基板１３に入射
するイオンのエネルギーを制御することができる。

このようにして、正イオンにイオン化されたスパッタ粒
子は、第１グリッド１０から対電極１２に向かう電界の
作用により基板１３に向かって加速され、基板１３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薄膜が形成される。

また、イオンのエネルギーを適正な値に制御できるため
、イオン衝撃による薄膜の損傷を抑えることができる。

尚、第１図、第２図に示す構成の薄膜形成装置において
は、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うことにより５スパッタ粒子と
活性ガスとを化合させ、この化合により化合物薄膜を形
成することも可能である。この際、第１グリッド１０、
第２グリッド１５の電位の調整により、第１グリッド−
第２グリッド間に発生するプラズマの状態を制御するこ
とにより、ターゲットのスパッタ速度に対して独立に反
応を制御することができる。

すなわち、第１図、第２図に示す構成の薄膜形成装置は
、大面積の基板への成膜や反応性成膜に適している。

次に、第３図は本願請求項３記載の薄膜形成装置の一実
施例を示す概略的構成図である。

尚、第３図に示す構成の薄膜形成装置は、第１図に示し
た薄膜形成装置の第１グリッド１０と第２グリッド１５
との間に、熱電子発生用のフィラメント８を新たに設け
たものである。

第３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真空槽を形成してい
る。ベースプレート１は支持体兼用の電極５，７，９，
１１．１４により貫通されているが、これら支持体並用
電極５，７，９，１１．１４の貫通部はもちろん気密状
態であり、さらに、これら支持体兼用電極５，７，９，
１１．１４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
。

図中符号５で示す支持体兼用電極にはターゲット電極６
が支持されており、このターゲット電極６にはターゲッ
ト１６が保持されている。

また、符号７で示す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が支持されている。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、ターゲットから発生した粒子
の拡がりをカバーするように定められている。

また、図中符号９で示す支持体兼用電極には第１グリッ
ド１０が支持されており、この第１グリッド１０はター
ゲット１６からの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、図示の例では網目状である。ま
た１図中符号１４で示す支持体兼用電極１４には第２グ
リッド１５が支持されており、この第２グリッド１５の
形状もまた、ターゲット１６からの蒸発物質を通過させ
うる形状にその形状が定められており、図示の例では網
目状である。

図中符号１１で示す支持体兼用電極には対電極１２が支
持されており、この対電極１２の下位には、基板１３が
適宜の方法で保持されている。この状態をターゲット１
６の側から見れば、基板１３の背後に対電極１２が配備
される事となる。

さて、上述の各支持体兼用電極５，７，９，１１゜１４
は導電体であって電極としての役割を兼ねており、それ
らの真空槽外へ突出した端部間は、図示のように種々の
電源に接続されている。

先ず、第３図に示す例の場合には、支持体兼用電極９が
直流電圧電源１８の正端子に、支持体兼用電極１１が直
流電圧電源１８の負端子に夫々接続されている。

また一対の支持体兼用電極７の両端には直流電源１９が
接続されている。尚、図示例の場合は直流電源１９の正
極側を接地しているが、直流電源１９の負極側を接地し
てもよく、また直流電源１９の替わりに交流電源を使用
してもよい。

また、支持体兼用電極５には直流電源２０の負極が接続
されており、この直流電源２０の正極はフィラメント用
の直流電源１９の一端に接続されている。

さらに、第２グリッド１５は支持体兼用電極１４を介し
て直流電源２２の正極側に接続されている。また、直流
電源２２の負極側は支持体兼用電極５に接続されている
。この際、ターゲット１６の電位はフィラメント８及び
第１グリッド１０、第２グリッド１５の電位よりも負電
位の状態にある。また、第２グリッド１５の電位は、直
流電源２０と直流電源２２の電圧の組合せにより、対電
極１２に対して正電位、負電位、零電位の何れの状態も
取りうる。すなわち、任意のプラズマ状態を設定できる
。

尚、図中の接地は必ずしも必要ではない。また、実際に
は、これら電気的接続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示されていない。

次に、第４図は請求項４記載の薄膜形成装置の実施例を
示す概略的構成図であって、この装置においては、支持
体兼用電極５を直流電源２２の負極側に接続する替わり
に、支持体兼用電極５と１４の間にコンデンサー２５を
介して高周波電源２６が接続される。

以下、第３図、第４図に示す装置例による薄膜形成につ
いて説明するが、ターゲット１６と第２グリッド１５の
間に高周波電圧を印加するか否か以外の構成は、第３図
についても第４図についても同様であるから、ここでは
第３図の例について説明する。

第３図において、先ずペルジャー２を開き、基板１３を
対電極１２に、ターゲット１６をターゲット電極６に夫
々保持させた後、ペルジャー２を閉じ、真空槽内を図示
されない真空排気系によって真空状態に排気する。

尚、ターゲット１６を構成する母材、導入ガス種の組合
せは、どのような薄膜を形成するかに応じて選定される
。

例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金薄膜を形成する場合には、ター
ゲラ１−１６の母材としてＦｅ−Ｎｉ合金を、導入ガス
としてアルゴンを選択できる。また、ＴｉＮ薄膜を形成
する場合には、ターゲット１６の母材としてＴｉを、導
入ガスとしてＮ２を選択できる。

また、ＩＴ○薄膜を形成する場合には、ターゲット母材
としてＩｎ及びＳｎ、導入ガスとして酸素を選択するこ
とができる。また、Ａｌ２Ｏ３：ａ膜を形成する場合に
はターゲット１６の母材としてＡ１、導入ガスとして酸
素を選択できる。

さて、基板及びターゲットをセットした後、真空槽内は
、真空排気系によって予め、１０−〜１Ｏ−６Ｔｏｒｒ
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
〜１０−’　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
ルゴンなどの不活性ガスであるとする。

この雰囲気状態において、電源を作動させると、第１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。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。フィラメント８から発生した
熱電子は、第１グリッド１０とフィラメント８との間の
電界によって加速されつつ第１グリッド１０へ向かって
飛行する。これにより、熱電子は第１グリッド１０の近
傍の空間に存在する前述の導入ガスの粒子と衝突し、こ
の粒子をイオン化する。このようにして、第１グリッド
ｌＯの近傍の空間にプラズマ状態が実現する。

第３図に示す装置の場合には、上記イオンの一部は上記
第２グリッド１５を通過し、第２グリッド−ターゲット
間の電界によりターゲット１６の表面には高速のイオン
が衝突しターゲット１６の母材をスパッタする。

また、第４図に示す装置の場合には、上記イオンの一部
は上記第２グリッド１５を通過し、第２グリッド−ター
ゲット間に印加された高周波電界により、絶縁状態のタ
ーゲット表面は負に帯電し、イオンはターゲット表面へ
と拡散し、高速でターゲット１６の母材をスパッタする
。

こうしてスパッタされターゲットから飛散した粒子は、
蒸発粒子同様に基板１３へ向い飛行する。

この際、第２グリッド１５の存在により、第２グリッド
１５より基板１３側に発生するプラズマに対する、ター
ゲット１６の形状、位置及び電位の影響が極めて小さく
なり、ターゲットからの粒子のイオン化に与える影響が
極めて小さい状態でスパッタ速度及びターゲット１６の
形状、位置の設定を行うことができる。

さて、スパッタされターゲット１６から飛散した粒子は
拡がりをもって基板１３の側へ向かって飛行するが、そ
の一部、及び前記導入ガスはフイラメン１−８より放出
された熱電子との衝突によって外殻電子が弾きだされ、
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導入ガス、及びスパッ
タ粒子は第１グリッド１０を通過するが、その際、前述
したように、第１グリッド１０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。

また、第１グ刃ツ１−１０を通過したスパッタ粒子中、
いまだイオン化されていない部分は、更に、第１グリッ
ド１０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。

このようにして、正イオンにイオン化されたスパッタ粒
子は、第１グリッド１０から対電極１２に向かう電界の
作用により基板１３に向かって加速され、基板に高エネ
ルギーを持って衝突付着する。これによって、非常に密
着性の良い薄膜が形成される。

尚、フィラメント８からの熱電子は、最終的にはその大
部分が第１グリッド１０に吸収され、一部の熱電子は第
１グリッド１０を通過するが、第１グリッド１０と基板
１３との間で、前記電界の作用によって減速されるので
、仮に基板１３に到達しても、同基板１３を加熱するに
は到らない。

さて、第３図、第４図に示す構成の薄膜形成装置におい
ては、ターゲットからの粒子のイオン化率が極めて高い
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うことにより、ターゲットか
らの粒子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。

また、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、１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以
下の圧力の高真空下においてもスパッタ粒子のイオン化
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
の其れよりも小さいとされているが、本装置によれば、
バルクの密度に極めて近い密度の薄膜が得られることも
大きな特徴の一つである。さらに、このような高度の真
空下で成膜を行えることにより、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。すなわち、第３図、第４図に
示す構成の薄膜形成装置は、磁性合金薄膜や、多元化合
物薄膜の形成に適している。なかでも微量元素の存在に
より特性が変化するＩＴＯなとの半導体薄膜の形成に適
している。

〔発明の効果〕

以上１図示の実施例に基づいて説明したように、本願請
求項１，２記載の薄膜形成装置は、大面積の基板に対し
て、極めて均一に薄膜を形成でき、尚且つ、基板に入射
するイオンのエネルギーや反応性をスパッタ速度に対し
て独立に制御しうる、従来に無い画期的な薄膜形成装置
である。

また、この薄膜形成装置によれば、ターゲットからの粒
子がイオン化し、電気的に高いエネルギー（電子・イオ
ン温度）を有するので、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、低温成膜
が可能となり、従って耐熱性の弱いプラスチックなどを
基板に使用することができる。また、大面積基板を使用
した場合でも、安定した放電によってターゲットのスパ
ッタを行うことができ、均一な薄膜を形成することがで
きる。

さらにまた、この薄膜形成装置によれば、基板に入射す
るイオンのエネルギーや、反応性成膜を行う場合の反応
を、ターゲットのスパッタ速度に対して独立に制御する
ことができる。

次に、本願請求項３，４記載の薄膜形成装置によれば、
ターゲットからの粒子がイオン化し、電気的に高いエネ
ルギー（電子・イオン温度）を有するので、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、低温成膜が可能となり、従って耐熱性の弱い
プラスチックなどを基板に使用することができる。

また、この薄膜形成装置によれば、ターゲットからの粒
子のイオン化率が極めて高いため、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
うことにより、ターゲットからの粒子と活性ガスとを化
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。

また、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、１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以
下の圧力の高真空下においてもスパッタ粒子のイオン化
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
の其れよりも小さいとされているが、本装置によれば、
バルクの密度に極めて近い密度の薄膜が得られることも
大きな特徴の一つである。さらに、このような高度の真
空下で成膜を行えることにより、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。

従って、本装置によれば、Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ磁性体合金
薄膜等の多元系薄膜の形成を有効に行うことができ、特
に、酸化インジウム膜中への錫（ＩＴＯ膜）、酸化亜鉛
膜中へのアルミニウムなど、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うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願請求項１記載の薄膜形成装置の実施例を示
す概略的構成図、第２図は本願請求項２記載の薄膜形成
装置の実施例を示す概略的構成図、第３図は本願請求項
３記載の薄膜形成装置の実施例を示す概略的構成図、第
４図は本願請求項４記載の薄膜形成装置の実施例を示す
概略的構成図である。 １・・・・ベースプレート、２・・・・ペルジャー、５
゜７、９．１１．１４・・・・支持体兼用７ｉ！瓶、６
・・・・ターゲット電極、８・・・・フィラメント、１
０・・・・第１グリッド、１２・・・・対電極、１３・
・・・基板、１５・・・・第２グリッド、１６・・・・
ターゲット、１８・・・・直流電圧電源、１９．２０．
２２・・・・直流電源、２１・・・・バッキング、２３
、２６・・・・高周波電源、２４．２５・・・・コンデ
ンサ。 汽

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 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、スパッタ用のター
   ゲットと、このターゲットを保持するターゲット電極と
   、上記真空槽内において基板を上記ターゲットに対向す
   るように保持する対電極と、上記ターゲットと対電極と
   の間に配備され蒸発物質を通過させうる第１グリッドと
   、この第１グリッドとターゲットとの間に配置された第
   ２グリッドと、上記第１グリッドの電位を上記対電極に
   対し正電位とし、且つ上記第２グリッドの電位を正又は
   負若しくは零電位とし、且つ上記ターゲットの電位を上
   記対電極及び第１グリッド、第２グリッドの電位に対し
   負電位とする手段とを有することを特徴とする薄膜形成
   装置。
2. ２．請求項１記載の薄膜形成装置において、ターゲット
   の電位を対電極及び第１グリッド、第２グリッドの電位
   に対し負電位とする手段に替えて、ターゲット電極に高
   周波電圧を印加する手段を有することを特徴とする薄膜
   形成装置。
3. ３．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
   いて基板を保持する対電極と、上記真空槽内に配置され
   ターゲットを上記基板に対向するように保持するターゲ
   ット電極と、このターゲット電極に保持されたターゲッ
   トと、上記ターゲットと対電極との間に配備され、ター
   ゲットからの粒子を通過させうる第１グリッドと、この
   第１グリッドとターゲットとの間に配置されターゲット
   からの粒子の一部をイオン化するためのフィラメントと
   、上記ターゲットよりフィラメント側に配置されターゲ
   ットからの粒子を通過させうる第２グリッドと、上記第
   １グリッドの電位を上記対電極及びフィラメントの電位
   に対し正電位とし、且つ上記第２グリッドの電位を正又
   は負若しくは零電位とし、且つ上記ターゲットの電位を
   上記フィラメント及び第１グリッド、第２グリッドの電
   位に対し負電位とする手段とを有することを特徴とする
   薄膜形成装置。
4. ４．請求項３記載の薄膜形成装置において、ターゲット
   と第２グリッドの間に高周波電圧を印加することを特徴
   とする薄膜形成装置。