JPH0382757A

JPH0382757A - 薄膜作製装置

Info

Publication number: JPH0382757A
Application number: JP1219040A
Authority: JP
Inventors: Hideichiro Yamaguchi; 秀一郎山口; Teruaki Katsube; 勝部　昭明
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1991-04-08

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］本発明は機能性膜等の薄膜を作製するため薄膜作製装置
に関し、特に有機物質の薄膜の積層体や多層体、さらに
混合膜の作製に好適な薄膜作製装置に関する。

［従来の技術］近年、電子デバイスの高機能化のために有機薄膜を活用
しようとする研究が盛んになってきている。有機薄膜は
加工性に富み化学的にも安定な膜が得られることから、
パシベーション膜やシール材などに幅広い用途が考えら
れる。

従来、薄膜を作製する装置としては、半導体製造分野で
は各種ＣＶＤ　（化学的気相成長）装置（熱ＣＶＤ、減
圧ＣＶＤ、光ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ）、スパッタリン
グ装置、イオンクラスタービーム（ＩＣＢ）装置などが
知られている。

これらの装置は、真空下において、やや高温状態で成膜
するものが多い。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このような従来のドライの薄膜作製装置
では、高温で成膜する必要があるため、無機物質の製膜
は可能であるが、分解しやすい有機物質、特にポリマー
等の薄膜を形成することは極めて困難であるという問題
があった。また、薄膜の多層体、積層体あるいは混合体
を形成することも困難であった。

なお、ＲＦスパッタ法やイオンビーム法を用いると薄膜
の多層体、混合体等を形成することは可能であるがこれ
らの方法では、イオン衝撃のために、有機物質では損傷
が大きく、分子の切断（フラグメンテーション）の確率
が高い。しかもイオン性の官能基が導入され易く、また
絶縁性膜を形成することができないという問題があった
。

また、ウェット状態で薄膜を形成する方法として、ＬＢ
　（Ｌａｎｇｍｕｉｒ　Ｂｌａｄｇｅｔｔ　、ラングミ
ュア・プロジェット）法や電解法などがあるが、これら
の方法は室温で薄膜を形成できるものの、成膜できる物
質が限定され、完全な絶縁膜が得にくいという問題があ
った。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
無機物質の薄膜のみならず、有機物質の薄膜の多層体、
積層体および混合体を容易に形成できるとともに完全な
絶縁性膜も形成することが可能な薄膜作製装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決するために本発明による薄膜作製装置に
おいては、所定の基体の表面にスパッタ粒子を堆積させ
て薄膜を作製する薄膜作製装置であって、真空室と、該
真空室内に設けられたターゲット保持用のターゲット台
と、該ターゲット台に保持されたターゲットに中性ビー
ムを照射する中性ビーム発生手段と、前記基体を保持す
るための基体保持台と、該基体保持台と前記ターゲット
台との間に配設され、前記スパッタ粒子の通過および遮
断を制御するシャッタ手段とを備えたことを特徴とする
ものである。

また本発明による薄膜作製装置においては、前記中性ビ
ーム発生手段とターゲット台とシャッタ手段とからなる
スパッタリング手段を複数組有し、各スパッタリング手
段により生じたスパッタ粒子が前記基体保持台に集まる
よう構成し、または前記中性ビーム発生手段を複数個有
し、当該中性ビーム発生手段の各々から構成される装置
ビームをそれぞれ前記ターゲットに照射し、膜厚分布の
均一性が向上するよう構成することが好ましい。さらに
本発明による薄膜作製装置においては、前記基体保持台
を回転、直線移動、円弧移動および／または走査しうる
基体保持台駆動機構を設け、前記基体の所定の面内で膜
厚が均一になるよう構成するとともに、前記基体保持台
に基体温度制御手段を設けることが好ましい。

さらに本発明による薄膜作製装置においては、前記ター
ゲット台を回転、直線移動、円弧移動および／または走
査しうるターゲット台駆動機構を設け、前記基体の所定
の面内で膜厚が均一になるよう構成することが好ましい
。

さらに本発明による薄膜作製装置においては、前記真空
室にさらに第１の前室を設けるとともに当該前室と真空
室との間を開放または遮断させる開閉手段を設け、かつ
前記ターゲット台を真空室内と第１の前室との間で移動
させる移動機構を設け、また前記真空室にさらに第２の
前室を設けるとともに当該前室と真空室との間を開放ま
たは遮断させる開閉手段を設け、かつ前記基板保持台を
真空室内と第２の前室との間で移動させる移動機構を設
け、さらに前記中性ビーム発生手段と真空室との間を開
放または遮断させる開閉手段を設けることが好ましい。

［作　用］上記のように構成された薄膜作製装置においては、中性
ビーム発生手段のビーム照射位置の調整を行った後、中
性ビームを発生すると、当該中性ビームはターゲットに
照射され、このためターゲット台料が叩き出され、その
スパッタ粒子が基体保持台に保持された基体上に堆積さ
れ薄膜が形成される。

ここで、スパッリングの当初においては、叩き出された
スパッタ粒子には不純物が含まれている場合があるので
、シャッタ手段によりスパッタ粒子の通過を遮断するこ
とにより、不純物を含む薄膜の形成を防止することがで
きる。

また中性ビーム発生手段とターゲット台とシャッタ手段
からなるスパッタリング手段を複数組設けた場合には、
全てのターゲットを異なる材質とし、シャッタ手段の開
閉を順番に行うことにより、積層体または多層体の薄膜
を容易に形成することができる。さらにシャッタ手段全
部を一度に開放すれば、混合膜を形成することができる
。

また全てのターゲットを同じ材質とし、同時にスパッタ
すれば、膜厚の分布特性の良い薄膜を形成することがで
きる。

さらに中性ビーム発生手段を複数個設けることにより、
膜厚分布の均一性が向上することとなる。

また、基体保持台またはターゲット台を回転、直線移動
等に駆動させると、所定の面内で膜厚が均一になり、特
に段差を有する基体に薄膜を形成する場合にステップカ
バーレージが良くなり、さらに基体保持台に加熱手段を
設けるようにすれば、膜の被着性が向上する。

また、真空室に第１の前室または第２の前室を設け、基
体保持台またはターゲット台の移動機構を設けるように
すれば、基体またはタープ・ントの交換を短時間に行う
ことができるとともに、中性ビーム発生手段と真空室と
の間に開閉手段を設けるようにすれば、真空室内の真空
状態を保持したまま中性ビーム発生手段の保守点検を容
易に行うことができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。

（実施例１）第１図は本発明の実施例１による中性ビームとしてたと
えば中性原子ビームを用いる薄膜作成装置１の構成を示
す概略図である。図中、１０は真空室であり、この真空
室１０内には、中性原子ビームを発生する原子ビームガ
ン（イオン・チック社製、ＦＡＢＩ　ＩＮＷ）１１、タ
ーゲット１２ａを保持するためのターゲット台１２、薄
膜形成用の基体たとえばサファイア基板のような基板１
３ａを保持するための基体保持台１３およびシャッタ１
４がそれぞれ配設されている。

真空室ｌＯの外部には、不活性ガスたとえばアルゴン（
Ａｒ）ガスが封入されたガスボンベ１５およびガス流量
制御装置１６が配設されており、所定の流量のアルゴン
ガスがガス導入配管路１７を介して原子ビームガン１１
に供給されるようになっている。さらに真空室ｉｏの外
部には、ビーム発生のための高圧電源１８が配設されて
おり、この電源１８の正端子１８ａが真空室１０の側壁
に設けられた導入端子１９を介して原子ビームガン１１
に接続されている。なお、高圧電源１８のＧＮＤ端子１
８ｂは真空室１０の側壁に接続され接地されている。こ
の高圧電源１８としてはたとえば電圧０〜ｌ０ＫＶ、最
大電流１０ｍＡの可変高圧電源が用いられる。

上記原子ビームガン１１は、高さ調整機構２０を介して
支柱２１の上端部に支持されており、この支柱２１の下
端部は真空室ｌＯの底部に固定されている。高さ調！！
２０にはっまみ２２が設けられており、原子ビームガン
１１の設定角度を調整し、原子ビームの照射角度を調整
できるようになっている。なお原子ビームガン１１の外
側は水冷バイブ２３により冷却されている。

また上記ターゲット台１２および基体保持台■３は上下
に対向配置されるとともに、それぞれ回転テーブルで構
成され、それぞれモータ２４゜２５により回転駆動され
るようになっている。

上記モータ２５は円弧移動機構２６により円弧状に往復
移動可能となっている。この円弧移動機構２６は円弧状
のレール２６ａとこのレール２６ａに沿って移動可能な
モータ２６ｂにより構成され、モータ２６ｂに上記基体
保持台１３を回転させるためのモータ２５が取り付けら
れている。すなわち、モータ２６ｂがレール２６ａに沿
って円弧状に移動するに伴い、基体保持台１３に保持さ
れた基板１３ａが揺動してスパッタ粒子の飛来方向に対
する角度が変化しうるようになっている。上記レール２
６ａは鉛直に支持された支柱２７の上端に取り付けられ
たアーム２７ａに支持されている。また、支柱２７はモ
ータ２８により回転可能となっており、このモータ２８
の回転に伴い基体保持台１３に保持された基板１３ａが
支柱２７を中心にして円弧状に往復移動可能となってい
る６なお上記モータ２４゜２５．２６ｂ、２８はそれぞ
れモータ回転制御装置２９により回転の制御がなされる
ようになっている。

シャツ１４はターゲット台１２と基体保持台１３との間
に介在するように配設されており、回転棒３０を介して
外部ハンドル３１により開閉可能で、スパッタ粒子の通
過および遮断を制御するようになっている。

また、真空室１０内はロータリポンプ３２および拡散ポ
ンプ３３により排気されるようになっている。

上記のように構成された薄膜装置においては、ロータリ
ポンプ３２および拡散ポンプ３３により真空室ＩＯを高
真空（１０−’　Ｔｏｒｒ以下）とし、高圧電源１８に
より原子ビームガン１１に高電圧を印加するとともに、
ガスボンベ１５およびガス流量制御装置１６を介してア
ルゴンガスを流通させると、高電圧によりガス原子はイ
オン化され、そのイオンは電界中で加速される。そして
原子ビームガン１１の出口付近でイオン電荷が中和され
るため高速の中性原子ビームが発生する。

この中性原子ビームがターゲット保持台１２上のターゲ
ット１２ａに照射され、このためターゲット材料が叩き
出されて、そのスパッタ粒子が対向する基板１３ａの表
面に被着する。

このときターゲット１２ａを複数の素材で分割しておき
、ターゲット台Ｉ２を一定の速さで回転させると多層体
の薄膜を得ることができる。なおスパッタリングの最初
にはスパッタ粒子に不純物が含まれているので、シャッ
タ１４をターゲット１２ａと基板１３ａとの間に介在さ
せておき、スパッタ粒子の通過を遮断することが好まし
い。

これにより不純物を含む薄膜の被着が防止される。

スパッタされた粒子はコサイン分布をもって飛び出すた
め大きな膜厚分布をもつ。この膜厚分布を小さくするた
めには、基体保時台１３を回転させたり、モータ２６ｂ
、２８により掃引させたりすればよい。

なお、原子ビームガン１１は冷陰極等のイオン化室とイ
オン加速室とイオンを中性化するための機構を有するも
のであるため、この原子ビームガン１１が射出するビー
ムは、完全に中性化されていることが望ましいが数％（
５％以下）の未中性化粒子が残存してもかまわない。

叉荻盟ユターゲット台１２にターゲット材料としてテフロン（登
録商標）のシートを設置するとともに、基体保持台１３
にサファイヤ基板（２０ｍｍＸ２０ｍｍＸ０．５ｍｍ）
を装着し、原子ビームとターゲットの水平面となす角度
を３０〜４５度になるよう調整した。またスパッタ粒子
がサファイヤ基板の表面に堆積するように基体保持台１
３の位置を調整した。次に真空室１０内をロータリポン
プ３２および拡散ポンプ３３で２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ以下まで減圧させた後、ガス流量を０．５ｓｅｃｍ／
ｍｉｎに設定して、アルゴンガスを原子ビームガン１１
に供給し、高電圧が８ＫＶになるまでゆっくり電圧を上
昇させて中性原子ビームを発生させた。ターゲット台１
２は３０分間に１回転するようにしてターゲットの熱分
解を防止した。基体保持台１３は、中性原子ビームがタ
ーゲット１２ａに照射されている点の真上より４〜８ｍ
ｍだけ中心をずらした位置で回転させた。そして１時間
スパッタリングして膜厚２００〜５００Ａの薄膜を得た
。

この薄膜をＥＳＣＡ　（Ｘ線光電子分光法）により分析
した結果、Ｆ＋ｓとＣ，、（Ｃ−Ｆ結合エネルギ）に相
当するピークが得られ、テフロンと同一組成であること
がわかった。また、このテフロン薄膜の絶縁耐圧と抵抗
を測定した結果、耐圧が１８ＫＶ／ｍｍ以上、抵抗（体
積抵抗値）が１０″Ω・ｃｍ以上と高絶縁特性を示し、
また、その誘電率は２．１とテフロンの性質に近い値を
示した。

次に膜厚分布の改善方法とステップカバレージの改善方
法について説明する。

比較実験として基体保持台１３の回転を止めて８　Ｋ　
Ｖ　／　ｍ　Ａの条件で４時間にわたりテフロンをスパ
ッタリングしたときの膜厚分布を第２図に示した。この
データを分析してみた結果、ビームが照射され粒子が飛
び出すときは、ＣＯＳθ（θは法線となす角度）に近い
分布をとっていることが分かった。なお、破線はＣＯＳ
則を仮定したときの理論値の膜厚分布を示す。

実施例１の装置において、基体保持台１３とターゲット
の距１１１ｔＤを１０．２０ｍｍとして基体保持台１３
をｌｏｏｏｒｐｍで回転させ４時間スパッタリングした
ときの１時間当たりに直した膜厚分布を第３図に示した
。ここで、同図においてａはＤがｌＯａｍ、ｂはＤが２
０開の場合をそれぞれ示し、ともに原子ビームガン１１
の電圧条件は７ＫＶ／ｍＡとした。

この結果かられかるように、直径２０ｏＩＩＩＩＩＩ内
では均一な膜厚となっている。そしてそのスパッタリン
グ速度は５６０　Ａ　／　ｈ　ｒと十分に速い速度であ
った。

次に基板Ｌ３ａの中央部（第１図の２点）を中心にモー
タ２６ｂを駆動させて円弧状に動かすことにより基板１
３ａを±４５度の範囲に角度を設定した。これにより段
差のある基板のステップ部への膜被着が可能となり、ス
テップカバレージが著しく向上した。

ターゲット台１２および基体保持台１３はともに実施例
１に示したものに限らず、第６図ないし第９図に示すよ
うな構成にしてもよい。すなわち帯状のターゲット１２
ａ等をローラ４０により巻き取る構成（第６図）　棒状
のターゲット１２ａ等をローラ４１により直線移動させ
る構成（第７図）、さらにはＸ−Ｙステージ、好ましく
はＸＹＺθステージ４２（第８図）やＸＹステージ４３
ａと回転テーブル４３ｂとの組合せ（第９図）など走査
できるものであればいずれも使用可能である。

また膜を形成すべき基板１３ａが多数の場合では、プラ
ネタリ−ドーム型回転台を用いることが好ましい。

また、基体保持台１３に温度制御機構を取り付けて加温
することによって膜の被着性を改善するようにしてもよ
い。温度制御機構としては、具体的には当該基体保持台
１３を直接に板ヒータ等で加熱してもよいし、赤外線ラ
ンプを用いて放射熱線で加温してもよい。

さらに原子ビームガンでは、シングルビーム型の他に一
次元アレー型、２次元アレー型にビームを取り出せるガ
ンを用いることによって、より広範囲で均一膜厚の薄膜
を形成できる。

（実施例２）第４図は本発明の実施例２による薄膜作製装置２の構成
を示す概略図である。本実施例においては、同一の真空
室１０内に原子ビームガン１１とターゲット台１２およ
びシャッタ１４からなるスパッタリング手段を複数組た
とえば２組設けたものであり、実施例１と同一構成部分
は同一符合を付してその説明を省略する。

本実施例の薄膜作製装置によれば、すべてのターゲット
１２ａを異なる材質とし、順番にシャッタ１４を開閉す
れば積層体の薄膜を作製することができる。またシャッ
タ１４の全部を一度に開ければ、混合膜を作製すること
ができる。さらに全てのターゲット１２ａを同じ材質と
して同時にスパッタリングすれば、膜厚の分布特性の良
い膜形成が可能である。

丈狡透２実施例２の装置においてターゲット１２ａにテフロン板
と塩化銀（ＡｇＣ１）とを用いて、サファイヤ基板上に
設けた銀（Ａｇ）薄層上に、塩化銀層とテフロン層とを
交互に積層して膜厚４００人の積層体膜を被着形成する
ことにより基準電極を作製した。

（実施例３）第５図は本発明の実施例３による薄膜作製装置の構成を
示すものである。本実施例においては、真空室１０の左
右（または上下）に前室３３゜３４を設けるとともに、
これら前室３３．３４それぞれと真空室１０との間に開
閉手段としてのバブルシャッタ３５．３６を設け、かつ
ターゲット台１２および基体保持台１３を上下に移動可
能な移動機構（図示せず）を設けることにより、ターゲ
ット１２ａおよび基板Ｌ３ａの交換を短時間にできるよ
うにしたものである。

すなわち、ターゲット１２ａおよび基板１３ａを交換す
る際には、ターゲット１２ａおよび基板１３ａをそれぞ
れ前室３３．３４内に移動させた後にバブルシャッタ３
５．３６を閉じ、その後窓３７を開けてターゲット１２
ａおよび基板１３ａの交換行う。交換した後は窓３７を
閉めた後にバブルシャッタ３５．３６を開け、ターゲッ
ト１２ａ、基板１３ａを元の位置に戻す。

このような方法により真空室１０内を殆ど真空に保持し
たままターゲット１２ａおよび基板１３ａの交換を短時
間に行うことができる。

また、原子ビームガン１１は真空室ｌＯの両側壁にそれ
ぞれ取り付けられるとともに、これら原子ビームガン１
１それぞれと真空室ｌＯとの間にはそれぞれバブルシャ
ッタ３８が設けられ、真空室１０の真空状態を保持した
まま原子ビームガン１１を取り外せるようになっている
。

本実施例の装置を用いるとターゲット１２ａを短時間で
交換でき、かつマルチガン方式であるため膜厚の均一性
が向上する。

さらに多層膜または積層膜形成の途中にリソグラフィー
や評価プロセスが存在する工程であっても、基板１３ａ
の交換が容易であるため、これらの工程が容易となる。

また真空室ｌＯの真空状態を保持したまま原子ビームガ
ンｌｌを取り外せるので、原子ビームガン１１の保守が
容易となる。

そして真空室１０内の清浄度を保つことができるので、
純度の高い薄膜を作製することができる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明に係る薄膜作製装置は、中
性ビームを用いてスパッタリングを行い、そのスパッタ
粒子により薄膜を作製するようにしたので、１０００Å
以下でピンホールの無い薄膜を容易に作製できるうえに
、有機、無機など化学組成による制限がなく、したがっ
て超薄膜の絶縁性膜、人工格子（超格子）など光デバイ
スや光化学デバイスに特に有効な特殊機能性膜を作製す
ることが可能となる。またターゲットのチャージアップ
による組成変化が無く、再現性が著しく向上する。

さらにターゲットや基体を走査あるいは回転等させる構
成とすることにより、温度上昇による組成変化を防止で
きるとともに膜厚分布の均一性が向上する。またターゲ
ットを複数設ける構成とし、時分割でビームを照射する
ことにより、容易に多層膜および積層膜を形成でき、さ
らに同時にビームを照射するようにすれば、容易に混合
膜を形成できる。

また、真空室に第１の前室および第２の前室を設け、か
つ基体保持台およびターゲット台の移動機構を設けるよ
うにすれば、基体またはターゲットの交換を短時間に行
うことができ、さらに中性ビーム発生手段と真空室との
間に開閉手段を設けるようにすれば、真空室内の真空状
態を保持したまま中性ビーム発生手段の保守点検を容易
に行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は実施例１
に係る薄膜作製装置の構成を示す断面図、第２図は原子
ビームガンのもつ膜厚分布を示す図、第３図は実施例１
の装置により得られた薄膜の膜厚分布を示す図、第４図
は実施例２に係る薄膜作製装置の構成を示す断面図、第
５図は実施例３に係る薄膜作製装置の構成を示す断面図
、第６図ないし第９図はそれぞれターゲット台および基
体保持台の他の実施例を示す斜視図である。１０・・・真空室、１１・・・原子ビームガン１２・・
・ターゲット台、１２ａ・＝ターゲット１３・−・基体
保持台、１３ａ＝・基板１４・・・シャッタ、１８・・
・高圧電源２４．２５，２６ｂ、２８−・・モータ３２
・・・ロータリポンプ、３３・・・拡散ポンプ３３．３
４・・・前室３５．３６．３８−−・バブルシャッタ３７・・・窓

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の基体の表面にスパッタ粒子を堆積させて薄
膜を作製する薄膜作製装置であって、真空室と、該真空
室内に設けられたターゲット保持用のターゲット台と、
該ターゲット台に保持されたターゲットに中性ビームを
照射する中性ビーム発生手段と、前記基体を保持するた
めの基体保持台と、該基体保持台と前記ターゲット台と
の間に配設され、前記スパッタ粒子の通過および遮断を
制御するシャッタ手段とを備えたことを特徴とする薄膜
作製装置。
（２）前記中性ビーム発生手段とターゲット台とシャッ
タ手段とからなるスパッタリング手段を複数組有し、各
スパッタリング手段により生じたスパッタ粒子が前記基
体保持台に集まるよう構成してなる請求項１記載の薄膜
作製装置。
（３）前記中性ビーム発生手段を複数個有し、当該中性
ビーム発生手段の各々から照射される中性ビームをそれ
ぞれ前記ターゲットに照射し、膜厚分布の均一性が向上
するよう構成してなる請求項１記載に薄膜作製装置。
（４）前記基体保持台を回転、直線移動、円弧移動およ
び／または走査しうる基体保持台駆動機構を設け、前記
基体の所定の面内で膜厚が均一になるよう構成してなる
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の薄膜作製装置
。
（５）前記基体保持台に基体温度制御手段を設けてなる
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の薄膜作製装置
。
（６）前記ターゲット台を回転、直線移動、円弧移動お
よび／または走査しうるターゲット台駆動機構を設け、
前記基体の所定の面内で膜厚が均一になるよう構成して
なる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の薄膜作製
装置。
（７）前記真空室にさらに第１の前室を設けるとともに
当該前室と真空室との間を開放または遮断させる開閉手
段を設け、かつ前記ターゲット台を真空室内と第１の前
室との間で移動させる移動機構を設けてなる請求項１な
いし６のいずれか１つに記載の薄膜作製装置。
（８）前記真空室にさらに第２の前室を設けるとともに
当該前室と真空室との間を開放または遮断させる開閉手
段を設け、かつ前記基板保持台を真空室内と第２の前室
との間で移動させる移動機構を設けてなる請求項１ない
し７のいずれか１つに記載の薄膜作製装置。
（９）前記中性ビーム発生手段と真空室との間を開放ま
たは遮断させる開閉手段を設けてなる請求項１ないし８
のいずれか１つに記載の薄膜作製装置。