JPH03271368A - 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、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でき、大面積の基板に対しても極め
て均一に薄膜を形成できる新規な構成の薄膜形成装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来の薄膜形成装置としては、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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来の二極スパッタ法による薄膜形
成装置においては、膜中へのガスの混入を防ぐために高
真空中でスパッタを行おうとする場合、イオン電流が極
めて小さい、あるいは放電が起こらない等の問題があり
、スパッタを行うことは困難であった。また、被薄膜形
成基板として大面積基板を使用した場合、基板−ターゲ
ット間の電界が、使用するターゲットの大きさや形状に
影響され、基板−ターゲット間の電界を均一にすること
は困難であった。このため、形成された薄膜の膜厚や膜
質を均一にすることが難しいという問題があった。

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が提案されている（
例えば、特公昭５７−５２９５５号公報、特公昭６３−
４３４６７号公報）。

しかしながら、このような構成の薄膜形成装置において
は、高真空中でのスパッタリングを行うことは困難で、
スパッタ速度が低いという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、高真
空中でスパッタリングを行うことができ、尚且つ大面積
の基板に対しても極めて均一に薄膜を形成できる新規な
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、本発明による第１の構成の薄
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
と対電極との間の対電極に平行な平面上に設置され対電
極の面積をカバーするように且つ均一に配列され蒸発物
質を通過させうるフィラメントと、上記フィラメントの
電位を対電極の電位に対し負とし上記ターゲットの電位
を上記対電極およびフィラメント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、第２の構成として、上記薄膜形成装置において、
ターゲットの電位を対電極及びフィラメントの電位に対
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構成としてもよい。

また、第３の構成として、上記第１、第２の構成の薄膜
形成装置において、フィラメントに張力を与え、フィラ
メントの配列された面の平面性を維持する手段を設ける
。

〔作　　　用〕

本発明による薄膜形成装置は、上述のように、真空槽と
、対電極と、フィラメントと、スパッタ用の゛ターゲッ
ト（単数または複数）と、フィラメント及びターゲット
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。

こ九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、被薄膜形成
用基板をターゲットに対向するように保持している。

フィラメントは、ターゲットと対電極との間の対電極に
平行な平面上に、対電極の面積をカバーするように、且
つ均一に配列され、ターゲットからの蒸発物質を通過さ
せうるものであって、対電極の電位に対して負電位にお
かれる。

このフィラメントにより発生する熱電子は、ターゲット
からの粒子の一部及び導入されたガスをイオン化するの
に供される。

ターゲットが導電性を有する母材（元素単体、又は化合
物）で構成される場合には、その電位は対電極、フィラ
メントより負電位におかれ、フィラメント一対電極間を
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
ッタするにのスパッタによりターゲットから飛散した粒
子は、フィラメントを通過し、基板へと拡散し、基板表
面に到達して薄膜を形成する。

ターゲットが絶縁性の母材（元素単体又は化合物）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
は、前述の第２の構成を用い、ターゲットの電位を対電
極、フィラメントよりも負電位とする替わりにターゲッ
ト電極に高周波電圧を印加すれば、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−対電極
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、前述したように、スパッタによりターゲットか
ら飛散した粒子は、フィラメントを通過し、基板へと拡
散し、基板表面に到達して薄膜を形成する。

また、本発明の第３の構成の薄膜形成装置によれば、通
電加熱によるフィラメントの熱膨張が大きい場合にもフ
ィラメントの配列された面の平面性を保つことができ、
均一な電界を維持することが可能となる。

〔実　施　例〕

以下１本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略的
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５，７．１１
により貫通されているが、これら支持体兼用電極５，７
．１１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゜７．１１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。

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７で示す一対の支持体兼用電極の間には
、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は、ターゲッ
ト１６と対電極１２との間の対電極１２に平行な平面上
に、対電極の面積をカバーするように、且つ均一に配列
されており、その形状は、ターゲット１６からの蒸発物
質を通過させうるちのであって１例えば、第２図に示す
ごとく、複数本の線状のフィラメントを格子状に平行に
配列した形などがある。

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５，７．１１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１１
が直流電圧電源１８の正端子に接続されている。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、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。この際、
ターゲット１６の電位は対電極１２及びフィラメントの
電位よりも負電位の状態にある。

ここで、本発明の第２の構成のように、ターゲット電極
６に高周波電圧を印加する場合には、第３図に示すよう
に、電極５と電極７の間にコンデンサ２４を介して高周
波電源２３を接続する。

尚、第１図及び第３図において、図中の接地は必ずしも
必要ない。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、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。

次に、本発明の第３の構成においては、第４図あるいは
第５図に示すごとく、ばね２７を用いてフィラメント８
に張力を与えることにより、通電加熱によるフィラメン
ト８の熱膨張が大きい場合にもフィラメントの配列され
た面の平面性を保つことができ、均一な電界を維持する
ことが可能となる。

尚、第４図及び第５図の例では、ばね２７が加熱されて
弾性を失うことがないように、ばね２７とフィラメント
部とはセラミックスなどの絶縁体２８を介して接続され
ている。したがってフィラメント８への電流はリード部
２５を通して流れ、ばね２７には通電しないので、ばね
２７は加熱されない。

また、ばね２７の他の一端は支持体２６に接続されてい
るが、必要に応じて支持体２６に冷却設備を設け、ばね
２７の加熱を抑えることも可能である。

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、フィラメント−ターゲット間の電源部分以外の
構成は、第１図についても第３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、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１６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ＴｉＮ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１Ｏ−５
〜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″２〜１０−’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、これによりフィ
ラメント８−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。

フィラメント８−ターゲット１６間の電界によりターゲ
ット１６の表面には高速でイオンが衝突し、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１６から飛散した粒子は、基板１３へ向い飛行す
る。

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、前記導入ガスはフィラメント８−ターゲット１
６間の放電によって、正イオンにイオン化される。

このようにして、正イオンにイオン化されたスパッタ粒
子は、フィラメント８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。

尚、本発明においては、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、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。また、基
板面上の電界が均一であるからターゲットからの粒子と
活性ガスの化合が基板面上で均一に起こり、したがって
、均一な薄膜を作製することができる。

また、ターゲットが絶縁性の場合は、前述したように、
第３図に示す第２の構成の薄膜形成装置を用いることに
よりスパッタを行うことが可能となる。

さて、以上のように、本発明による薄膜形成装置は、大
面積の基板への均一な成膜や、反応性成膜に適しており
、また、絶縁物のスパッタリングも可能である。

〔発明の効果〕

以上、図示の実施例に基づいて説明したように、本発明
の薄膜形成装置によれば、フィラメントの通電加熱によ
り熱電子を発生させ、放電空間内の電子密度を増大させ
ることにより、成膜速度の増大及び反応性成膜を高真空
中で実現できるので、ガス混入の少ない緻密な良質の膜
を得ることができる。

また、大面積基板を使用した場合でも、基板上の電界及
び熱電子の分布をターゲットの影響を受けずに均一にで
きるので、均一な薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構成図、第２図はフィラメント形状の一例を示す概略的
要部斜視図、第３図は本発明の別の実施例を示す薄膜形
成装置の概略的構成図、第４図及び第５図は夫々フィラ
メントの支持構造の一例を示す概略的要部斜視図である
。 １・・・・ベースプレート、２・・・・ペルジャー、５
゜７．１１・・・・支持体兼用電極、６・・・・ターゲ
ット電極、８・・・・フィラメント、１２・・・・対電
極、１３・・・・基板、１６・・・・ターゲット、１８
．１９．２０・・・・直流電源、２３・・・・高周波電
源、２４・・・・コンデンサ、２５・・・リード部、２
６・・・・支持体、２７・・・・ばね、２８・・・・絶
縁体。 ｖ）２口 形４幻 Ｚ５ 毒り 久

Claims (3)

【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
   の間の対電極に平行な平面上に設置され対電極の面積を
   カバーするように且つ均一に配列され蒸発物質を通過さ
   せうるフィラメントと、上記フィラメントの電位を対電
   極の電位に対し負とし上記ターゲットの電位を上記対電
   極およびフィラメント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フィラメント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．請求項１及び請求項２記載の薄膜形成装置において
   、フィラメントに張力を与え、フィラメントの配列され
   た面の平面性を維持する手段を有することを特徴とする
   薄膜形成装置。