JPH03291372A

JPH03291372A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH03291372A
Application number: JP9139590A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sato; 達哉佐藤; Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Mikio Kinoshita; 幹夫木下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-12-20

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、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
することができ、化合物薄膜等の形成や、耐熱性のない
基板等への薄膜形成をも容易に行ない得る新規な構成の
薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置
としては、ＣＶＤ法（化学的蒸着法）やＰＶＤ法（物理
的蒸着法）などを利用したものが良く知られており、Ｃ
ＶＤ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、その方法
も極めて多岐にわたっているが、何れも形成された薄膜
と被薄膜形成基板（以下。

基板と称す）との密着性が弱かったり、あるいは、耐熱
性の無いプラスチックフィルム等の基板への薄膜形成が
困難であったり、あるいは形成された薄膜のフィラメン
ト材質による汚染などの問題があった。

そこで、これら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提
案されている（例えば、特公昭５２−２９９７１号公報
、特公昭５２−２９０９１号公報）。

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、上記グリッドを対電極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。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来の薄膜形成装置では、形成
する薄膜がフィラメントを構成する物質によって汚染さ
れる問題や、あるいはフィラメントからの放射により基
板の温度が上昇し、このため著しく耐熱性に劣るプラス
チックフィルムなどへの成膜が困難であるといった問題
がある。また、グリッド電圧が高い場合には、高エネル
ギーイオンにより形成する薄膜が損傷を受けるという問
題や、グリッド電流が低い場合にはイオン化に適したエ
ネルギーを持つ電子の密度が低くなり、蒸発物質のイオ
ン化が不十分となることにより形成する薄膜の密着性、
あるいは結晶性が損なわれるなどの問題があった。

また、これらによるものは、多元系薄膜の形成、例えば
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ような場合に、この微量元
素の膜中への取り込みを効果的に行うことが困難である
という問題もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、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も基板として用いることが可
能で、且つ、化合物薄膜や多元系薄膜の形成も容易に行
いうる。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の第１の構成として、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
の真空槽内に配置されるターゲットと、このターゲット
を保持するターゲット電極と、上記真空槽内に配置され
た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、上記ターゲットと上記対電極との間に配備され上
記ターゲットからの粒子を通過させうるグリッドと、上
記真空槽内に配備された熱電子発生用の陰極（フィラメ
ント）を有する電子銃と、上記グリッドと対電極とを所
定の電位関係に保持する手段と、上記電子銃からの電子
の軌道を電気的若しくは磁気的あるいは電気的磁気的に
偏向させグリッド近傍の空間へ到達せしめる手段と、上
記電子銃のフィラメントからの放射が直接基板へ到達す
ることを妨げる構造を有するスリットとを備え、上記対
電極に対し上記グリッドの電位が正電位となるようにす
ると共に、上記ターゲットの電位を上記グリッド及び対
電極の電位に対して負電位とする手段を有することを特
徴とする。

また、上記第１の構成の薄膜形成装置において。

ターゲットの電位をグリッド及び対電極の電位に対して
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ても良い。

また、前記目的を達成するための第２の構成として、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、上記蒸発源と対電極
との間に配備された蒸発物質を通過させうるグリッドと
、上記グリッドより蒸発源側に配置されたターゲットと
５上記ターゲツトを保持するターゲット電極と、上記真
空槽内に配備された熱電子発生用の陰極（フィラメント
）を有する電子銃と、上記グリッドと対電極とを所定の
電位関係に保持する手段と、上記電子銃からの電子の軌
道を電気的若しくは磁気的あるいは電気的磁気的に偏向
させグリッド近傍の空間へ到達せしめる手段と、上記フ
ィラメントからの放射が直接基板へ到達することを妨げ
る構造を有するスリットとを備え、上記対電極の電位に
対し上記グリッドの電位が正電位となるようにすると共
に、上記ターゲットの電位を上記グリッド及び対電極の
電位に対して負電位とする手段を有することを特徴とす
る。

また上記第２の構成の薄膜形成装置において。

〔作　　　用〕

上記第１の構成による薄膜形成装置は、前述したように
、真空槽と、対電極と、グリッドと、熱電子発生用の陰
極（フィラメント）を有する電子銃と、この電子銃から
発生する電子の軌道を偏向させ、グリッド近傍の空間へ
到達させるための電気的若しくは磁気的あるいは電気的
磁気的手段と。

電子銃のフィラメントからの放射が直接基板に到達する
ことを妨げる構造を有するスリットと、ターゲット（単
数又は複数）と、このターゲットを保持するターゲット
電極と、対電極とグリッドとターゲットを所定の電位関
係とする電源手段とを備え、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。

上記ターゲット、対電極、電子銃、グリッドは真空槽内
に配備され、対電極は被薄膜形成基板を上記ターゲット
に対向させた状態で保持している。

上記グリッドはターゲットと対電極の間に介設され、電
源手段により対電極に対して正電位にされる。従って、
スパッタ時には、発生する電界はグリッドから対電極へ
と向かう、尚、当然ながら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電気的に
連結されている。

ターゲットからの粒子は、その一部が電子銃からの電子
により正イオンにイオン化される。この様に一部イオン
化されたターゲットからの粒子は、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化を促進され
、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、電子銃からの電子は、所定のエネルギーを持って放
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、グリッドによるり一ロンカにより引き戻
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返し、遂にはグリッドに吸収
されるので。

基板へは達せず、基板は電子衝撃を受けない、また、電
子銃のフィラメントからの熱放射も基板には達しない、
従って、それらによる加熱がなく基板の温度上昇が防止
できる。

ここで、上記ターゲットが導電性を有する母材（単体又
は化合物）で構成される場合は、そのターゲットの電位
はグリッド及び対電極の電位より低電位にある。従って
、電子銃からの電子により（正）イオン化されたイオン
は上記グリッド−ターゲット間の電界によりターゲット
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、基板面に
到達して薄膜を形成する。

また、第１の構成の薄膜形成装置において、ターゲット
の電位をグリッド及び対電極の電位に対して負電位とす
る手段に替えて、ターゲット電極に高周波電圧を印加す
る手段を設けた場合には。

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（単体１合金または化合物あるいはそれらの組合せ）
の何れを用いてもよく、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。この場合、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、電子銃からの電子によりイオン
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。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、
基板面へ到達して薄膜を形成する。

尚、本発明の第１の構成による薄膜形成装置では、スリ
ットの存在によりフィラメントから発生する中性粒子、
イオン等が基板へ到達する可能性が著しく減少する。ま
た、電子銃からの電子はグリッド電圧が低い場合におい
てもターゲットからの粒子をイオン化することが可能と
なり、不純物による汚染の少ない、且つ、結晶性あるい
は配向性に優れる薄膜を形成することができる。

次に、本発明の第２の構成による薄膜形成装置は、前述
したように、真空槽と、対電極と、グリッドと、熱電子
発生用の陰極（フィラメント）を有する電子銃と、この
電子銃から発生する電子の軌道を偏向させ、グリッド近
傍の空間へ到達させるための電気的または磁気的あるい
は電気的磁気的手段と、フィラメントからの放射が直接
基板に到達することを妨げる構造を有するスリットと、
蒸発源（単数又は複数）と、ターゲット（単数又は複数
）と、このターゲットを保持するターゲット電極と、対
電極とグリッドとターゲットを所定の電位関係とする電
源手段とを備え、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。

上記蒸発源、ターゲット、対電極、電子銃、グリッドは
真空槽内に配備され、対電極は被蒸着基板を蒸発源と対
向するように保持している。

グリッドは蒸発源と対電極の間に介設され、電源手段に
より対電極に対して正電位にされる。従って、成膜時に
は、発生する電界はグリッドから対電極へと向かう、尚
、当然ながら、グリッドは蒸発物質及びターゲットから
の粒子を通過させうるちのである。

上記蒸発源からの蒸発物質及びターゲットからの粒子は
、その一部が電子銃からの電子により正イオンにイオン
化される。この様に一部イオン化された蒸発源及びター
ゲットからの粒子は、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化を促進され、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、電子銃からの電子は、所定のエネルギーを持って放
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、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返し、遂にはグリッドに
吸収されるので、基板へは達せず、基板は電子衝撃を受
けない。

また、フィラメントからの熱放射も基板には達しない。

従って、それらによる加熱がなく基板の温度上昇が防止
でき、プラスチックの様な耐熱性のない材質のものでも
基板とすることができる。

ターゲットが導電性を有する母材（単体又は化合物）で
構成される場合は、その電位はグリッド及び対電極の電
位より低電位にある。従って、電子銃からの電子により
（正）イオン化されたイオンは上記グリッド−ターゲッ
ト間の電界により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、基板面に到達して薄膜を形成する。

また、上記第２の構成の薄膜形成装置において、ターゲ
ットの電位をグリッド及び対電極の電位に対して負電位
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場合には、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（単体、合金または化
合物あるいはそれらの組合せ）の何れを用いてもよく、
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。この場合、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、
電子銃からの電子により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。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、基板面へ到達して薄膜を
形成する。

尚、本発明の第２の構成による薄膜形成装置では、スリ
ットの存在によりフィラメントから発生する中性粒子、
イオン等が基板へ到達する可能性が著しく減少する。ま
た、電子銃からの電子はグリッド電圧が低い場合におい
ても蒸発源及びターゲットからの粒子をイオン化するこ
とが可能となり、不純物による汚染の少ない、且つ、結
晶性あるいは配向性に優れる薄膜を形成することができ
る。

ところで、本発明の第１の構成よりなる薄膜形成装置と
、第２の構成よりなる薄膜形成装置の違いは、第１の構
成の薄膜形成装置が、薄膜形成材料の供給源としてスパ
ッタ用のターゲットを用いたのに対し、第２の構成の薄
膜形成装置では、薄膜形成材料の供給源としてスパッタ
用のターゲットと蒸着用の蒸発源とを併用したことにあ
り、その他の構成、作用に関しては同様のものである２
〔実　施　例〕以下、図示の実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の構成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２とペルジャー３とは
パツキン４を介して一体化され真空槽１を形成している
。ここで、ベースプレート２の中央部には孔２ａが形成
されて１図示されない真空排気系に連結され、真空槽１
内の機密性を維持しつつ、周知の方法により真空槽１内
に活性ガスまたは不活性ガス、あるいは活性ガスと不活
性ガスとの混合ガスを導入しうるように構成されている
。

そして、このような構成の真空槽１内には、上方から下
方に向けて順に対電極５と、グリッドＧと。

電子銃３０を構成するフィラメント７と補助グリッド８
及びアノード９と、一対の偏向コイル１゜と、ターゲッ
ト電極１１及びターゲット２１が適宜間隔をあけて設け
られている。そして、これらの部材は各々支持体を兼用
する電極１３，１４゜１５．１６，１７，１８，１９に
より支持され、対電極５．グリッド６、ターゲット電極
１１及びターゲット２１が水平状態に保持されている。

尚、これらの電極ｉ３，１４，１５，１６，１７．１８
，１９は何れもベースプレート２との電気的な絶縁性を
保つ状態でベースプレート２を貫通して真空槽１外部に
引き出されている。即ち、これらの電極１３〜１９は真
空槽１の内外の電気的な接続・給電を行うもので、その
他の配線具と共に導電手段となりうるものであり、ベー
スプレート２の貫通部においては気密性が確保されてい
る。

また、電極１３に支持された対電極５には、前記ターゲ
ット２１に対向する面側（図では下面側）に位置させて
、薄膜を形成すべき基板１００が適宜の方法により保持
されている。一方、電極１９゜１８．１７に夫々支持さ
れたフィラメント７、補助グリッド８、アノード９は電
子銃３０を構成している。また、電極１６には一対の偏
向コイル１０が接続されており、この一対の偏向コイル
１０は、一対の偏向コイル１０で挾まれた空間へ上記電
子銃３ｏからの熱電子が入射するように配置されている
。ここで、所定の状態で本装置を作動させた場合、この
空間の磁界は図中において紙面の裏側から表側へと向か
っている。

尚、上記一対の偏向コイル１０は電子銃からの電子を偏
向させるためのもので、コイル以外に直流電圧を印加し
た平行電極等を組合せて泪いても良い。

ところで、本装置では、スリット１２が電子銃３０、一
対の偏向コイル１０をカバーしており、フィラメント７
からの放射や中性包子が、直接基板１００へと通過する
のを妨げる４造になっている。また、このスリット１２
には開口１２ａが穿孔されており、偏向コイル１０によ
り偏向された電子がグリッド６へと通過しろる構造とな
っている。

さて、このように真空槽ｌ内に設けた対電極５、グリッ
ド６、補助グリッド８．フィラメント７、アノード９．
一対の偏向コイル１０、ターゲット電極１１等の各部材
を電位的に所定の電気的な関係とする電源手段４０が真
空槽１外に設けられ、前記各電極１３〜１９を利用して
電源手段４０と上記各部材とが接続されている。

先ず、ターゲット電極１１は電極１５を介して直流電源
２２の負極側に接続されている。この直流電源２２の正
極側には電極１３が接続されている０次に、直流電源２
３が設けられ、この直流電源２３の正極側は電極１４を
介してグリッド６に、また、直流電源２３の負極側は電
極１３を介して対電極５に接続されている。

従って、グリッド６の電位は対電極５の電位に対して正
電位となるように設定されている。これにより、グリッ
ド６と対を極５間の電界はグリッド６側から対電極５側
へと向かうものと成る。そして、電極１４により支持さ
れたグリッド６はターゲット２１からの粒子を通過させ
うる形状１例えば網目状に形成されている。

また、電子銃３０のフィラメント７は電極１９を介して
直流電源２４の両端に接続されている。

また、直流電源２８が設けられ、この直流電源２８の正
極は接地され、負極側は上記直流電源２４の負極側に接
続されている。また、直流電源２５が設けられており、
この直流電源２５の正極側は直流電源２８の負極側に接
続され、直流電源２５の負極側は電極１８を介して補助
グリッド８に接続されている。また、直流電源２６が設
けられ、この直流電源２６の正極側は電極１７を介して
アノード９に接続され、その負極側は接地されている。

また、直流電源２７が設けられ、その両端は電極１６を
介して一対の偏向コイル１０に接続されている。

さて、これら電源２２〜２８により電源手段が構成され
るものであるが、図中に示す接地は必ずしも必要ではな
い、また、スリット１２にバイアス電圧を印加する電源
手段等を付加しても良い。

尚、各電源の接続には種々のスイッチ類を含み、二九ら
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。

また、本装置に、付加的なスリットや公知の電子レンズ
類を使用することもできる。

また、電子銃３０．偏向コイル１０、スリット１２の空
間的配置を、本実施例の位置に対してグリッド６を通り
、水平な平面に対して対称の位置としてもよい。

更に、基板１００．電子銃３０などを冷却するために、
冷却水などを導入するパイプ等を真空槽１内に設置して
もよい。

次に、第２図は第１の構成の薄膜形成装置の第２の実施
例を示し、第２ｍに示す実施例においては、直流電源２
２の替わりに高周波電源２２′を設けた例であり、その
高周波電源２２′の一方側の端子がコンデンサ３２を介
して電極１５に接続される。また、高周波電源２２′の
他方側の端子は、電極１３を介して対電極５に接続され
る。尚、その他の部分の構成は第１図の実施例と同じで
ある。

以下、第１図及び第２図に示す薄膜形成装置による薄膜
形成について説明する。

先ず、真空槽ｌのペルジャー３を開き、図示の如く、薄
膜を形成すべき基板１００を対電極５に保持させセット
する。一方、ターゲット電極１１にはターゲット２１を
保持させる。このターゲット２１を構成する母材、導入
ガス種の組合せは、どの様な薄膜を形成するかに応じて
選定される。

例えば、ターゲット２１としてＡＩ、導入ガスとして０
□を選べばＡ１□０．膜が、ターゲットとしてＴｉ導入
ガスとしてＮ２　を選べばＴｉＮ膜が、ターゲットとし
てＦｅ＝Ｎｉ合金磁性体、導入ガスとしてＡｒを選べば
Ｆｅ−Ｎｉ合金磁性体膜が得られる。また、ターゲット
としてＩｎ及びＳｎ、導入ガスとして０２を選べばＩＴ
Ｏ膜が得られる。

さて、基板１００及びターゲット２１をセットした後ペ
ルジャー３が閉じられ、真空槽１内は図示されない真空
排気系により予め１ｏ−１〜１０１Ｔｏｒｒ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。

この状態において装置を作動させると、電子銃３０から
放出された電子が、一対の偏向コイル１０に挾まれた空
間に入射する。この空間の磁場は図において紙面の裏側
から表側へと向かっているため、電子は図において反時
計周りの軌道を描き。

スリット１２を通過した後、グリッド６へと向かう。こ
れにより、真空槽内のＡｒ分子は、電子銃より放出され
た電子との衝突によって、その外殻電子がはじきだされ
、正イオンにイオン化される。

ここで、第１図に示した構成の装置では、上記イオンは
グリッド−ターゲット間の電界によりターゲット２１表
面へと拡散し、高速でターゲット表面をスパッタする。

また、第２図に示す構成の装置では、ターゲット電極１
１に印加された高周波電圧により、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、高速でターゲット表面をスパッタする。

このスパッタによりターゲット２１から飛散した粒子は
、拡がりを持って基板１００の側へ飛行するが、その一
部及び前記導入ガスは、電子銃３０より放出された電子
との衝突によって外殻電子がはじきだされる。

そして、このようにして一部イオン化されたターゲット
２１からの粒子はグリッド６を通過するが、その際、前
述のようにグリッド６の近傍において上下に振動する電
子、及び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、グリッド６から対電極５に向かう電界の作用によ
り基板１００に向かって加速され、基板１００に高エネ
ルギーを持って衝突し付着する。これによって、基板上
に非常に密着性の良い薄膜が形成される。

尚、電子銃３ｏから放出された電子は、最終的にはその
大部分がグリッド６に吸収され、一部の電子はグリッド
６を通過するが、グリッド６と基板１００の間で、前記
電界の作用によって減速されるので、かりに基板１００
に到達しても該基板１００を加熱するには到らない。

また、その際、電子銃３ｏのフィラメント７からの放射
はスリット１２により遮断され、直接基板へと届くこと
もない、従って、フィラメントからの放射による基板温
度の上昇も著しく減少する。

また、フィラメント７から発生する粒子は、スリット１
２に妨げられるため、金属イオン等による汚染の極めて
少ない良好な薄膜が形成できる。

さらに１本装置によれば、電源手段４０を操作すること
により、電子銃３０から放射さ九る電子の密度、エネル
ギー、空間的分布等を制御することもできる。また、グ
リッド電圧が低い場合においても、電子銃３ｏからの電
子はイオン化に有効に寄与する。従って、密着性、結晶
性、配向性に優れ、しかもイオン衝撃等による劣化の少
ない薄膜を、耐熱性に劣るプラスチック基板上にも形成
することができる。

また、第１図、第２図に示す構成の薄膜形成装置によれ
ば、ターゲット２１からの粒子及び導入ガスのイオン化
には、電子銃３０からの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ター
ゲット２１がらの粒子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
ことができるため、高純度の薄膜を得ることができ、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、通常、薄膜の密度はバルクのそれより小さいとさ
れているが、本発明によれば、バルクの密度に極めて近
似した密度の薄膜が得られることも大きな特徴の一つで
ある。

すなわち１本発明の第１の構成の薄膜形成装置は、ＩＣ
，ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜や。

その電極としての高純度の金属薄膜、あるいは、磁性体
合金薄膜や、多元化合物薄膜の形成に適しているもので
あり、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。

次に、第３図は本発明の第２の構成の薄膜形成装置の一
実施例を示す概略的構成図である。

ここで、第３図に示す構成の薄膜形成装置と、先の第１
図に示す構成の薄膜形成装置との違いは、第１図に示す
構成の薄膜形成装置が、薄膜形成材料の供給源としてス
パッタ用のターゲット２１を用いたのに対し、第３図に
示す構成の薄膜形成装置では、薄膜形成材料の供給源と
してスパッタ用のターゲット２１と蒸着用の蒸発源３１
とを併設したことにあり、蒸発源３１及びその電源部以
外の第１図と同符号を付したその他の構成部材は。

同様の構成、機能を有するものであるから説明を省略す
る。

第３図において、この薄膜形成装置では蒸発源３１とタ
ーゲット２１とが併設されており、一対の支持体兼用の
電極３５に支持された蒸発源３１は蒸発物質を蒸発させ
るためのものであり１例えば、タングステン、モリブデ
ンなどの金属をコイル状に形成してなる抵抗加熱式とし
て構成されている。もっともコイル状に替えてボート状
に形成したものでもよい、また、このような蒸発源に替
えて電子ビーム蒸発源など、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もできる。

また、支持体兼用の電極１５には第１図の装置と同様に
ターゲット電極１１が支持されており、このターゲット
電極１１にはターゲット２１が保持されているが、当然
ながら、ターゲット２１は蒸発源３１からの蒸発物質が
基板１００へと到達するのを妨げない位置に設置される
。

尚、第５図は蒸発源３１とターゲット２１を基板１００
の側から見たときの配置状態の一例を示している。

さて、第３図において、上記蒸発源３１は一対の支持体
兼用の電極３５を介して交流電源（直流電源でもよい）
３３に接続されており、また、ターゲット電極１１は電
極１５を介して直流電源２２の負極側に接続されている
。この直流電源２２の正極側は電極１３を介して対電極
５に接続されている。また、直流電源２３の正極側は電
極１４を介してグリッド６に、直流電源２３の負極側は
電［！１３を介して対電極５に接続されている。従って
、グリッド６の電位は対電極５の電位に対して正電位と
成るように設定されている。これによりグリッド６と対
電極５間の電界はグリッド６側から対電極５側へと向か
うものとなる。尚、電極１４により支持されたグリッド
６は蒸発源３１やターゲット２１からの物質を通過させ
うる形状、例えば網目状に形成されている。

尚、前述したように、第３図において蒸発源３１とその
電源３３以外の部分、すなわち、真空槽１や、対電極５
、グリッド６、電子銃３０等の構成や、それらの電源手
段の接続関係等は第１図に示した装置と同様である。

次に第４図は第２の構成の薄膜形成装置の第２の実施例
を示し、この例においては、ターゲット電極１１の電源
として直流電源２２の替わりに高周波電源２２′を設け
た例であり、この高周波電源の一端側はコンデンサー３
２を介して電極１５に接続されている。また、他の一端
側は電極１３を介して対電極５に接続されている。尚、
第４図において、その他の第３＠と同符号の構成部材は
同一のものであるから説明を省略する。

以下、第３図、第４図に示す第２の構成の薄膜形成装置
による薄膜形成について説明する。

先ず、真空槽１のペルジャー３を開き１図示の如く、薄
膜を形成すべき基板１００を対電極５に保持させセット
する。一方、蒸発１１Ｊ［３１に蒸発物質を、ターゲッ
ト電極１１にはターゲット２１を保持させる。この蒸発
物質とターゲット２１を構成する母材、導入ガス種の組
合せは、どの様な薄膜を形成するかに応じて選定される
。

例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金磁性体を形成する場合には、蒸
発物質としてＦｅを、ターゲット２１の母材としてＮｉ
を、導入ガスとしてＡｒを選択すればＦｅ−Ｎｉ合金磁
性体膜が得られる。もちろん、ターゲット２１の母材と
してＦｅを、蒸発物質としてＮｉを選択してもよい、ま
た、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−〇酸化物超伝導体をを形成する場
合には、蒸発物質として、Ｙ２Ｏ１、Ｂａ、ターゲット
２１の母材として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６ざらに
ＩＴＯ膜を形成する場合には、蒸発物質としてＩｎ、タ
ーゲット２１の母材としてＳｎ、導入ガスとして酸素を
選択することができる。

さて、基板１００、ターゲット２１、及び蒸発物質をセ
ットした後、ペルジャー３が閉じられ。

真空槽１内は図示されない真空排気系により予め１０−
’〜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。

この状態において装置を作動させると、電子銃３０から
放出された電子が、一対の偏向コイル１０に挾まれた空
間に入射する。この空間の磁場は図において紙面の裏側
から表側へと向かっているため、電子は図において反時
計周りの軌道を描き、スリット１２を通過した後、グリ
ッド６へと向かう、これにより、真空槽内のＡｒ分子は
、電子銃より放出された電子との衝突によって、その外
殻電子がはじきだされ、正イオンにイオン化される。

ここで、第３図に示した構成の装置では、上記イオンは
グリッド−ターゲット間の電界によりターゲット２１表
面へと拡散し、高速でターゲット表面をスパッタする。

また、第４図に示す構成の装置では、ターゲット電極１
１に印加さ九た高周波電圧により、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、高速でターゲット表面をスパッタする。

このスパッタによりターゲット２１から飛散した粒子、
及び蒸発源３１から蒸発した蒸発物質は、拡がりを持っ
て基板１００の側へ飛行するが、その一部及び前記導入
ガスは、電子銃３ｏより放出された電子との衝突によっ
て外殻電子がはじきだされる。

すなわち、蒸発源３１から蒸発した蒸発物質の粒子及び
スパッタされてターゲットから飛散した粒子は拡がりを
持って基板１００の側へ向かって飛行するが、その一部
、及び、前記導入ガスは電子銃３ｏのフィラメント７よ
り放出された熱電子との衝突によって上述したように外
殻電子がはじきだされ、正イオンにイオン化される・こ
のようにして一部イオン化された蒸発源３１及びターゲ
ット２１からの粒子はグリッド６を通過するが、その際
、前述のようにグリッド６の近傍において上下に振動す
る電子、及び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より高められ
る。

そして、このようにして、正イオンにイオン化された蒸
発物質の粒子及びスパッタ粒子は、グリッド６から対電
極５に向かう電界の作用により基板１００に向かって加
速され、基板１００に高エネルギーを持って衝突し付着
する。これによって、基板上に非常に密着性の良い薄膜
が形成される。

尚、電子銃３０から放出された電子は、最終的にはその
大部分がグリッド６に吸収され、一部の電子はグリッド
６を通過するが、グリッド６と基板１００の間で、前記
電界の作用によって減速されるので、かりに基板１００
に到達しても該基板１００を加熱するには到らない。

また、その際、電子銃３０のフィラメント７からの放射
はスリット１２により遮断され、直接基板へと届くこと
もない、従って、フィラメントからの放射による基板温
度の上昇も著しく減少する。

さらに１本装置によれば、電源手段４０を操作すること
により、電子銃３ｏから放射される電子の密度、エネル
ギー、空間的分布等を制御することもできる。また、グ
リッド電圧が低い場合においても、電子銃３０からの電
子はイオン化に有効に寄与する。従って、密着性、結晶
性、配向性に優れ、しかもイオン衝撃等による劣化の少
ない薄膜を、耐熱性に劣るプラスチック基板上にも形成
できる。

また、第３図、第４図に示す構成の薄膜形成装置によれ
ば、蒸発源３１やターゲット２１からの粒子及び導入ガ
スのイオン化には、電子銃３０からの熱電子が有効に寄
与するので、１０−’ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空下に
おいてもターゲット２１からの粒子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るため、高純度の薄膜を得るこ
とができ、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、通常、薄膜の密度はバルクのそれよ
り小さいとされているが、本発明によれば、バルクの密
度に極めて近似した密度の薄膜が得られることも大きな
特徴の一つである。

すなわち、本発明の第２の構成の薄膜形成装置は、ＩＣ
，ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜や、その電極として
の高純度の金属薄膜、あるいは。

磁性体合金薄膜や、多元化合物薄膜の形成に適している
ものであり、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。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の第１、第２の構成の薄膜
形成装置によれば、蒸発物質がイオン化し、高いエネル
ギーを電気的（電子・イオン温度）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、低温成膜が可能となる。また、電子銃
のフィラメントからの放射による基板の温度上昇も著し
く減少することができるため、耐熱性のないプラスチッ
クフィルムなどをも基板に使用することができる。

さらに１本発明の薄膜形成装置では、Ｆｅ−Ｎｉ系磁性
体合金膜、Ｙ　−Ｂ　ａ　−Ｃｕ　−０＠化物超伝導薄
膜等の多元系薄膜形成を有効に行うことができる。特に
、本発明によれば、フィラメント材質による薄膜及びタ
ーゲットの汚染が著しく減少するので、ＩＴ○膜形成時
の酸化インジウム膜中への錫のドーピングや、酸化亜鉛
膜中へのアルミニウムのドーピングなど、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も効
果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の構成の薄膜形成装置の一実施例
を示す概略的構成図、第２＠は本発明の第１の構成の薄
膜形成装置の第２の実施例を示す概略的構成図、第３図
は本発明の第２の構成の薄膜形成装置の一実施例を示す
概略的構成図、第４図は本発明の第２の構・成の薄膜形
成装置の第２の実施例を示す概略的構成図、第５＠は第
３図及び第４図に示す構成の薄膜形成装置の蒸発源とタ
ーゲットを基板の側から見たときの配置状態を示す図で
ある。ｌ・・・・真空槽、２・・・・ベースプレート、２ａ・
・・排気孔、３・・・・ペルジャー、４・・・・バッキ
ング、５・・・・対電極、６・・・・グリッド、７・・
・・フィラメント８−−−−補助グリッド、９・・・・
アノード、１０・・・・偏向コイル、１１・・・・ター
ゲット電極、１２・・・・スリット、１３，１４，１５
，１６，１７．１８，１９，３５・・・・支持体兼用の
電極、２１・・・・ターゲット、２２，２３，２４，２
５゜２６．２７，２８・・・・直流電源、２２′・・・
・高周波電源、３ｏ・・・・電子銃、３１・・・・蒸発
源１．３２・・・コンデンサ、３３・・・・交流電源、
４ｏ・・・・電源手段、Ｚｏｏ・・・・基板。一ゝ゛、２ぜン゛−７ ■

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、この真空槽内に配置
されるターゲットと、このターゲットを保持するターゲ
ット電極と、上記真空槽内に配置された基板を上記ター
ゲットに対向するように保持する対電極と、上記ターゲ
ットと上記対電極との間に配備され上記ターゲットから
の粒子を通過させうるグリッドと、上記真空槽内に配備
された熱電子発生用の陰極（フィラメント）を有する電
子銃と、上記グリッドと対電極とを所定の電位関係に保
持する手段と、上記電子銃からの電子の軌道を電気的若
しくは磁気的あるいは電気的磁気的に偏向させグリッド
近傍の空間へ到達せしめる手段と、上記電子銃のフィラ
メントからの放射が直接基板へ到達することを妨げる構
造を有するスリットとを備え、上記対電極に対し上記グ
リッドの電位が正電位となるようにすると共に、上記タ
ーゲットの電位を上記グリッド及び対電極の電位に対し
て負電位とする手段を有する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、ターゲット
の電位をグリッド及び対電極の電位に対して負電位とす
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．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、上記蒸発源と対電極との間に配備された蒸発
物質を通過させうるグリッドと、上記グリッドより蒸発
源側に配置されたターゲットと、上記ターゲットを保持
するターゲット電極と、上記真空槽内に配備された熱電
子発生用の陰極（フィラメント）を有する電子銃と、上
記グリッドと対電極とを所定の電位関係に保持する手段
と、上記電子銃からの電子の軌道を電気的若しくは磁気
的あるいは電気的磁気的に偏向させグリッド近傍の空間
へ到達せしめる手段と、上記フィラメントからの放射が
直接基板へ到達することを妨げる構造を有するスリット
とを備え、上記対電極の電位に対し上記グリッドの電位
が正電位となるようにすると共に、上記ターゲットの電
位を上記グリッド及び対電極の電位に対して負電位とす
る手段を有することを特徴とする薄膜形成装置。
４．請求項３記載の薄膜形成装置において、ターゲット
の電位をグリッド及び対電極の電位に対して負電位とす
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。