JPH04103762A - Thin film forming device - Google Patents

Thin film forming device

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JPH04103762A
JPH04103762A JP22214790A JP22214790A JPH04103762A JP H04103762 A JPH04103762 A JP H04103762A JP 22214790 A JP22214790 A JP 22214790A JP 22214790 A JP22214790 A JP 22214790A JP H04103762 A JPH04103762 A JP H04103762A
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grid
counter electrode
substrate
thin film
filament
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Makoto Tanaka
誠 田中
Wasaburo Ota
太田 和三郎
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Ricoh Co Ltd
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a uniform thin film high in adhesion on a large-area substrate by controlling the amt. and energy of an ion to be injected into the substrate through a grid provided between a thermoelectron emitting filament and a counter electrode. CONSTITUTION:An active gas or an inert gas is introduced into a bell jar 1. A vaporization source 10 is then energized and heated to vaporize a vaporization material. The particles of the vaporized material expand and fly toward a substrate 100 on a counter electrode 14, and a part of the particles are positively ionized by the thermoelectron emitted from a filament 11. The vaporized material is passed through a first grid 12 and highly ionized. The ionized particles are passed through a second grid 13, accelerated, then decelerated by the electric field extending from the counter electrode 14 to the second grid 13, allowed to collide with the substrate 100 and deposited. Accordingly, the amt. and energy of the ion to be injected into the substrate 100 are controlled by adjusting the potential between the counter electrode 14 and the second grid 13.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、CVD法(化学的蒸着法)の長所である強い
反応性と、PVD法(物理的蒸着法)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、且つ、大
面積基板上への均一な薄膜形成をも可能とする薄膜形成
装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is characterized by strong reactivity, which is an advantage of the CVD method (chemical vapor deposition method), and high vacuum deposition, which is an advantage of the PVD method (physical vapor deposition method). The present invention relates to a thin film forming apparatus that can simultaneously realize film formation and uniform thin film formation on a large-area substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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法やPVD法などを利用したものが良
く知られており、CVD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。
Conventionally, thin film forming apparatuses that use CVD or PVD methods are well known for forming thin films on substrates on which thin films are to be formed.
A device using the PVD method has the advantage of being able to form a dense and strong thin film in a high vacuum.

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ており、その
方法も極めて多岐にわたっている。
Various types of thin film forming apparatuses using CVD methods, PVD methods, etc. have been proposed in the past, and the methods thereof are extremely diverse.

しかし、従来の薄膜形成装置にあっては、形成された膜
の、被薄膜形成基板(以下、基板と称する)との密着性
が弱かったり、あるいは、耐熱性の無い基板上への薄膜
形成が困難であったり、また、大面積基板上に一様に薄
膜を形成する場合に、均一な薄膜形成が困難であったり
する等の問題があった。
However, with conventional thin film forming apparatuses, the adhesion of the formed film to the substrate on which the thin film is formed (hereinafter referred to as the substrate) is weak, or the thin film cannot be formed on a substrate that does not have heat resistance. There have been problems such as difficulty in forming a uniform thin film on a large-area substrate.

そこで、これらの問題を解決するため、本出願人は先に
、薄膜形成装置として、蒸発源と蒸発源に対向させて基
板を保持させる対電極との間にグリッドを配し、蒸発源
とグリッドとの間に熱電子発生用のフィラメントを配し
、上記グリッドをフィラメントに対して正電位にして薄
膜形成を行なう装置を提案した(特公平1−53351
号公報)。
Therefore, in order to solve these problems, the applicant first installed a grid between the evaporation source and a counter electrode that holds the substrate facing the evaporation source as a thin film forming apparatus, and proposed a device in which a filament for generating thermionic electrons is disposed between the grid and a thin film is formed by setting the grid at a positive potential with respect to the filament (Japanese Patent Publication No. 1-53351).
Publication No.).

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、
このようにイオン化された蒸発物質がグリッドを通過す
ると、グリッドから対電極に向かう電界の作用により加
速されて基板に衝突し、基板上に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。
In this thin film forming apparatus, the evaporated substance evaporated from the evaporation source is first ionized by thermionic electrons from the filament.
When the ionized evaporated substance passes through the grid, it is accelerated by the action of the electric field from the grid toward the counter electrode and collides with the substrate, forming a thin film with good adhesion on the substrate. There is.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、薄膜形成において、有効なイオンの入射エネ
ルギーは数eV〜数十eVと考えられている。これは、
■基板表面に物理的に付着した不純物(H2Cなど)の
除去、■成膜中における基板上での被蒸着物質の表面拡
散の促進、■・基板あるいは成膜中の膜表面に大きなダ
メージを与えないこと、及び被蒸着物質が大きな自己ス
パッタリングを持たないこと、といった点から見積もら
れた値である。
By the way, in forming a thin film, the effective incident energy of ions is considered to be several eV to several tens of eV. this is,
■Removal of impurities (such as H2C) physically attached to the substrate surface, ■Promotion of surface diffusion of the substance to be deposited on the substrate during film formation, and ■-Does not cause significant damage to the substrate or the surface of the film being formed. This value is estimated from the viewpoints that there is no significant self-sputtering and that the material to be deposited does not have significant self-sputtering.

しかしながら、前述の薄膜形成装置では、イオンの入射
エネルギー及び入射量を自由に調節することが必ずしも
容易ではなかった。特に、イオンをこの様な低いエネル
ギー(数eV〜数十eV)で十分に入射させることは困
難であり、高いエネルギーのガスイオン等の入射を嫌う
薄膜形成には十分な対応ができなかった。
However, in the thin film forming apparatus described above, it is not always easy to freely adjust the incident energy and amount of ions. In particular, it is difficult to sufficiently inject ions with such low energy (several eV to several tens of eV), and it has not been possible to adequately cope with the formation of thin films that do not like the incidence of high-energy gas ions.

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うろことが
可能で、尚且つ、大面積基板上に均一な薄膜形成が可能
となる、新規な薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to form a thin film with extremely strong adhesion to a substrate, and it is also possible to use non-heat resistant plastic or the like as a substrate. It is an object of the present invention to provide a novel thin film forming apparatus that can form a uniform thin film on a large area substrate.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するため、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、この蒸発源と対向
するように配置され基板を保持する対電極と、上記蒸発
源と上記対電極との間に配備された熱電子発生用のフィ
ラメントと、このフィラメントと上記対電極との間に配
備され蒸発物質を通過させうる第一グリッドと、この第
一グリッドと上記対電極との間に配備され蒸発物質を通
過させうる第二グリッドと、真空槽内に所定の電気的状
態を実現するための電源手段と、この電源手段と真空槽
内とを電気的に連結する導電手段とを有し、上記第一グ
リッドをフィラメントに対し正電位に、第二グリッドを
第一グリッドに対し負電位にし、対電極を第一グリッド
に対し負電位に且つ第二グリッドに対し正電位にするこ
とによって、基板に入射するイオンの入射量及び入射エ
ネルギーの制御を可能としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the thin film forming apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber into which an active gas, an inert gas, or a mixture of these gases is introduced, and an evaporation source for evaporating an evaporable substance in the vacuum chamber. , a counter electrode arranged to face the evaporation source and holding the substrate, a filament for generating thermionic electrons arranged between the evaporation source and the counter electrode, and between this filament and the counter electrode. A first grid is arranged between the first grid and the counter electrode, and the second grid is arranged between the first grid and the counter electrode, and the second grid is arranged between the first grid and the counter electrode. and conductive means for electrically connecting the power source means and the inside of the vacuum chamber, the first grid being at a positive potential with respect to the filament, and the second grid being at a negative potential with respect to the first grid. By setting the counter electrode to a negative potential with respect to the first grid and a positive potential with respect to the second grid, it is possible to control the amount and energy of ions incident on the substrate.

〔作   用〕[For production]

本発明の薄膜形成装置は、上述したように、真空槽と、
蒸発源と、対電極と、フィラメントと、第一グリッド及
び第二グリッドと、電源手段と、導電手段とを有する。
As described above, the thin film forming apparatus of the present invention includes a vacuum chamber,
It has an evaporation source, a counter electrode, a filament, first and second grids, power supply means, and conductive means.

真空槽は、その内部空間に活性ガス、あるいは不活性ガ
ス、若しくは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入
しうるようになっており、蒸発源、対電極、フィラメン
ト、第一グリッド及び第二グリッドは、この真空槽内に
配備される。
The vacuum chamber is capable of introducing an active gas, an inert gas, or a mixed gas of an active gas and an inert gas into its internal space, and includes an evaporation source, a counter electrode, a filament, a first grid, and a first grid. Two grids are placed within this vacuum chamber.

蒸発物質を蒸発させる蒸発源と、基板保持兼用の対電極
は、互いに対向するように配備さ九る。
An evaporation source that evaporates the evaporation substance and a counter electrode that also serves as a substrate support are arranged to face each other.

熱電子発生用のフィラメントは、蒸発源と対電極の間に
配備される。
A filament for thermionic generation is placed between the evaporation source and the counter electrode.

第一グリッドは、蒸発物質を通過させうるちのであって
、フィラメントと対電極の間に介設され、電源手段によ
り、フィラメントに対し正電位にされる。
The first grid, through which the vaporized substance passes, is interposed between the filament and the counter electrode, and is brought to a positive potential with respect to the filament by the power supply means.

第二グリッドは、蒸発物質を通過させうるものであって
、第一グリッドと対電極の間に介設され、電源手段によ
り、第一グリッドに対し負電位にされる。
The second grid allows the vaporized substance to pass therethrough, is interposed between the first grid and the counter electrode, and is brought to a negative potential with respect to the first grid by the power supply means.

また、対電極は、第一グリッドに対し負電位に、且つ第
二グリッドに対し正電位にされる。
The counter electrode is also placed at a negative potential with respect to the first grid and at a positive potential with respect to the second grid.

従って、本発明の薄膜形成装置では、第一グリッドから
フィラメント及び第二グリッドに向がって電界が発生し
、主にこの空間に安定なプラズマが発生する。また、対
電極及び第二グリッドの電位を適当に選ぶことによって
、基板に入射するイオンの入射エネルギー及び入射量の
制御が可能となる。
Therefore, in the thin film forming apparatus of the present invention, an electric field is generated from the first grid toward the filament and the second grid, and stable plasma is generated mainly in this space. Furthermore, by appropriately selecting the potentials of the counter electrode and the second grid, it is possible to control the incident energy and amount of ions incident on the substrate.

尚、これらの電源手段は、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
が、導電手段により電気的に連結される。
Note that these power supply means are means for realizing a predetermined electrical state within the vacuum chamber, and the power supply means and the inside of the vacuum chamber are electrically connected by conductive means.

〔実 施 例〕〔Example〕

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

添付の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。
The attached figure is a schematic diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the present invention.

図において、符号1はペルジャー、符号2はベースプレ
ート、符号3はバッキングを夫々示し、ペルジャー1と
ベースプレート2を、バッキング3により一体化して真
空槽を構成し、この真空槽の内部空間に、符号4で示す
ような公知の適宜の方法により、活性ガス、及び/又は
不活性ガスが導入できるようになっている。また、ベー
スプレート2の中央部に穿設された孔2Aは、図示され
ない真空系に連結されている。
In the figure, the reference numeral 1 indicates a Pelger, the reference numeral 2 indicates a base plate, and the reference numeral 3 indicates a backing. The Pelger 1 and the base plate 2 are integrated by a backing 3 to form a vacuum chamber. An active gas and/or an inert gas can be introduced by a known appropriate method as shown in FIG. Further, a hole 2A formed in the center of the base plate 2 is connected to a vacuum system (not shown).

上記ベースプレート2には、真空槽内部の機密性を保ち
、且つ、ベースプレート2との電気的絶縁性を保ちつつ
、支持体を兼ねた電極20.21.22゜23、24が
配設されており、これら電極20.21.22゜23、
24は、真空槽内部と外鍔とを電気的に連結するもので
あって、他の配線具と共に導電手段を構成している。
The base plate 2 is provided with electrodes 20, 21, 22, 23 and 24 which also serve as supports while maintaining airtightness inside the vacuum chamber and electrical insulation from the base plate 2. , these electrodes 20.21.22°23,
Reference numeral 24 electrically connects the inside of the vacuum chamber and the outer flange, and constitutes conductive means together with other wiring fittings.

上記電極20.21.22.23.24の内、符号20
で示す一対の電極の間には、タングステン、モリブデン
、タンタル等の金属をボート状に形成した抵抗加熱式の
蒸発源10が支持されている。この蒸発源10の形状は
、ボート状に代えてコイル状、またはルツボ状としても
よい。尚、このような蒸発源10に代えて電子ビーム蒸
発源等、従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発源を
適宜使用することができる。
Among the above electrodes 20.21.22.23.24, code 20
A resistance heating type evaporation source 10 made of metal such as tungsten, molybdenum, tantalum, etc. and formed into a boat shape is supported between a pair of electrodes shown by . The shape of the evaporation source 10 may be a coil shape or a crucible shape instead of a boat shape. Note that instead of such evaporation source 10, an evaporation source used in a conventional vacuum evaporation method, such as an electron beam evaporation source, can be used as appropriate.

符号21で示す一対の電極の間には、タングステン等に
よる熱電子発生用のフィラメント11が支持されており
、このフィラメント11の形状は、複数本のフィラメン
トを平行に配列したり、網目状にしたりするなどして、
蒸発源10から蒸発した蒸発物質の粒子の拡がりをカバ
ーするように定められている。
A filament 11 made of tungsten or the like for generating thermionic electrons is supported between a pair of electrodes 21, and the shape of the filament 11 may be a plurality of filaments arranged in parallel or a mesh shape. For example,
It is determined to cover the spread of particles of evaporation material evaporated from the evaporation source 10.

また、電極22.23には、夫々第一グリッド12、第
二グリッド13が支持されており、これらのグリッドは
、蒸発源10から蒸発した蒸発物質を対電極14側へ通
過させうる様に形状を定めるのであるが、この例におい
ては網目状である。
Further, a first grid 12 and a second grid 13 are supported on the electrodes 22 and 23, respectively, and these grids are shaped so that the evaporated substance evaporated from the evaporation source 10 can pass through to the counter electrode 14 side. In this example, it is mesh-like.

また、電極24の先端部には、上記対電極14が支持さ
れ、この対電極14の蒸発源10に対向する側の面に、
基板100が適宜の支持方法で保持される。
Further, the counter electrode 14 is supported at the tip of the electrode 24, and on the surface of the counter electrode 14 facing the evaporation source 10,
The substrate 100 is held using an appropriate support method.

蒸発源10を支持する一対の電極20は、加熱用の交流
電源30に接続され、その片側の電極(以下、共通電極
という)は、図示の例では接地されている。尚、この電
源30は交流電源に代えて直流電源にしても良く、直流
電源の場合には、正負の向きはどちらでも良い。また、
図中の接地は必ずしも必要ではない。
A pair of electrodes 20 supporting the evaporation source 10 are connected to a heating AC power source 30, and one electrode (hereinafter referred to as a common electrode) is grounded in the illustrated example. Note that this power source 30 may be a DC power source instead of an AC power source, and in the case of a DC power source, the positive and negative directions may be either. Also,
The grounding shown in the figure is not necessarily required.

フィラメント11を支持する一対の電極21は交流電源
31に接続され、その片側の電極は上記共通電極に接続
される。この電源31は上記電源30と同様に、交流、
直流のどちらを用いても良い。
A pair of electrodes 21 supporting the filament 11 are connected to an AC power source 31, and one electrode of the pair is connected to the common electrode. This power source 31, like the power source 30 described above, is an AC,
Either direct current or direct current may be used.

第一グリッド12を支持する電極22は、直流電圧電源
32の正極側に接続され、同電源の負極側は共通電極に
接続される。
The electrode 22 supporting the first grid 12 is connected to the positive side of a DC voltage power source 32, and the negative side of the power source is connected to a common electrode.

第二グリッド13を支持する電極23は、図示の例では
直流電圧電源33の負極側に接続され、同電源の正極側
は共通電極に接続されている。尚、電源33は、その極
性を逆にして用いる場合もある。
In the illustrated example, the electrode 23 supporting the second grid 13 is connected to the negative electrode side of a DC voltage power source 33, and the positive electrode side of the power source is connected to a common electrode. Note that the power source 33 may be used with its polarity reversed.

従って、第一グリッド12は、フィラメント11及び第
二グリッド13に対して正電位となり、電界は第一グリ
ッド12から、フィラメント11及び第二グリッド13
に向かう。
Therefore, the first grid 12 has a positive potential with respect to the filament 11 and the second grid 13, and the electric field is applied from the first grid 12 to the filament 11 and the second grid 13.
Head to.

対電極14を支持する電極24は、直流電圧電源34の
正極側に接続され、同電源の負極側は共通電極に接続さ
れる。
The electrode 24 supporting the counter electrode 14 is connected to the positive side of a DC voltage power source 34, and the negative side of the power source is connected to a common electrode.

尚、実際には、上述の電気的接続は導電手段の一部を構
成するスイッチ類を含み、これらのスイッチ操作により
蒸着プロセスを実行するのであるが、これらのスイッチ
類は図示を省略されている。
Note that, in reality, the above-mentioned electrical connections include switches that constitute part of the conductive means, and the vapor deposition process is executed by operating these switches, but these switches are not shown in the figure. .

さて、以上の構成からなる薄膜形成装置では、フィラメ
ント加熱用電源31、第一グリッド用電源32、第二グ
リッド用電源33の調節により安定なプラズマ状態を作
ることができる。また、対電極用電源34及び第二グリ
ッド13@33により、基板100に入射するイオンの
入射エネルギー及び入射量の調節が可能であり、所望の
薄膜の作製に適した成膜条件を、自由に設定することが
できる。
Now, in the thin film forming apparatus having the above configuration, a stable plasma state can be created by adjusting the filament heating power source 31, the first grid power source 32, and the second grid power source 33. In addition, the counter electrode power supply 34 and the second grid 13 @ 33 make it possible to adjust the incident energy and amount of ions incident on the substrate 100, making it possible to freely set the film forming conditions suitable for producing a desired thin film. Can be set.

以下、上記構成の薄膜形成装置による薄膜形成について
説明する。
Thin film formation by the thin film forming apparatus having the above configuration will be described below.

先ず、ペルジャー1を開いて、薄膜形成用の基板100
を図示の如く対電極14に保持させると共に、蒸発物質
を蒸発源10に保持させる。尚、蒸発物質は、どのよう
な薄膜を形成するかに応じて選定される。
First, open the Pelger 1 and insert the substrate 100 for thin film formation.
is held at the counter electrode 14 as shown in the figure, and the evaporated substance is held at the evaporation source 10. Note that the evaporative substance is selected depending on what kind of thin film is to be formed.

次に、ペルジャー1を閉じて真空槽を密閉し、真空排気
系(図示せず)によって真空槽内を真空状態に排気した
後、真空槽内には、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〜”Paの圧力で
導入されるが、例えば、導入ガスはアルゴン(Ar)の
ような不活性ガスであるとする。
Next, the Pel Jar 1 is closed to seal the vacuum chamber, and the inside of the vacuum chamber is evacuated to a vacuum state using a vacuum exhaust system (not shown). A mixed gas of 10 to 10" Pa is introduced at a pressure of 10 to 10" Pa. For example, assume that the introduced gas is an inert gas such as argon (Ar).

さて、この雰囲気状態において装置を作動させ、蒸発源
10を加熱し、蒸発物質を蒸発させる。この蒸発物質の
粒子は、基板100に向かって拡がりつつ飛行するが、
その一部及び前記導入ガスがフィラメント11より放出
された熱電子との衝突によって、正イオンにイオン化さ
れる。
Now, the apparatus is operated in this atmospheric state, the evaporation source 10 is heated, and the evaporation substance is evaporated. The particles of the evaporated substance fly while spreading toward the substrate 100,
A part of it and the introduced gas are ionized into positive ions by collision with thermionic electrons emitted from the filament 11.

このように、一部イオン化された蒸発物質は、第一グリ
ッド12を通過するが、その際、第一グリッド12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、さらにイオン化される
In this way, the partially ionized vaporized substance passes through the first grid 12, but at this time, it collides with the thermoelectrons vibrating up and down in the vicinity of the first grid 12 and with the ionized introduced gas. , further ionized.

第一グリッド12を通過した蒸発物質中、未だイオン化
されていない部分は、さらに上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。
The portion of the evaporated material that has passed through the first grid 12 that has not yet been ionized is further ionized into positive ions by collision with the ionized introduced gas, thereby increasing the ionization rate.

こうして、正イオンにイオン化された蒸発粒子は、第一
グリッド12から第二グリッド13へ向かう電界の作用
により加速され、第二グリッド13を通過する。即ち、
第二グリッド13はイオンの引出電極として作用する。
In this way, the evaporated particles ionized into positive ions are accelerated by the action of the electric field from the first grid 12 toward the second grid 13, and pass through the second grid 13. That is,
The second grid 13 acts as an ion extraction electrode.

第二グリッド13を通過したイオンは、対電極14から
第二グリッド13に向かう電界の作用により減速されて
基板100に衝突する。即ち、対電極14は基板100
に衝突するイオンの入射エネルギー調節用電極として作
用する。
The ions that have passed through the second grid 13 are decelerated by the action of the electric field from the counter electrode 14 toward the second grid 13 and collide with the substrate 100 . That is, the counter electrode 14 is connected to the substrate 100
It acts as an electrode for adjusting the incident energy of ions colliding with the ions.

従って、本発明の薄膜形成装置では、対電極14と第二
グリッド13の電位の調節により、基板100に入射す
るイオンの入射量及び入射エネルギーを制御することが
でき、所望の薄膜に適した成膜条件を自由に設定できる
。また、従来困難とされていた低エネルギーイオンを用
いた成膜も可能である。
Therefore, in the thin film forming apparatus of the present invention, the amount and energy of ions incident on the substrate 100 can be controlled by adjusting the potentials of the counter electrode 14 and the second grid 13, thereby achieving a formation suitable for a desired thin film. Membrane conditions can be set freely. Furthermore, it is also possible to form a film using low-energy ions, which has been considered difficult in the past.

以上のように、本発明の薄膜形成装置では、イオンに電
界方向の力が作用するので、薄膜の膜厚分布の均−化及
び物性の均一化が図られ、大面積基板上に均一な薄膜形
成を行なうことができる。
As described above, in the thin film forming apparatus of the present invention, a force in the direction of the electric field acts on the ions, so that the film thickness distribution and physical properties of the thin film are made uniform, and a uniform thin film can be formed on a large-area substrate. Formation can be carried out.

また、入射イオンの入射エネルギー及び入射量の調節が
可能であり、低エネルギーイオンを用いた成膜が行なえ
るため、基板等にダメージを与えることなく、電荷の存
在が及ぼす効果及び運動エネルギーの効果を有効に利用
して、基板との密着性や結晶性に優れた薄膜を得ること
ができる。
In addition, the incident energy and amount of incident ions can be adjusted, and film formation can be performed using low-energy ions, so the effect of the presence of charge and the effect of kinetic energy can be performed without damaging the substrate. By effectively utilizing this, it is possible to obtain a thin film with excellent adhesion to the substrate and crystallinity.

また、成膜中の蒸発物質のイオン化率が極めて高く、且
つ安定しているため、導入ガスとして活性ガスを単独で
、あるいは不活性ガスと共に導入して成膜を行なうと、
蒸発物質を活性ガスと反応性良く化合させ、所望の物性
を持つ化合物薄膜を、容易且つ確実に得ることができる
In addition, the ionization rate of the evaporated substances during film formation is extremely high and stable, so when forming a film by introducing an active gas alone or together with an inert gas,
By combining the evaporated substance with an active gas with good reactivity, a compound thin film having desired physical properties can be easily and reliably obtained.

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入して、圧力を10〜10” P aに調整し、
蒸発物質としてアルミニウムを選択すれば、基板上に酸
化アルミニウム絶縁性薄膜を形成することができ、蒸発
物質としてインジウム、スズを選択すれば、夫々、酸化
インジウム、酸化スズのような導電性の薄膜を得ること
ができ、また、蒸発物質としてイツトリウム及びバリウ
ム及び銅を選択すれば、超伝導薄膜を得ることができる
For example, argon is introduced as an inert gas and oxygen is introduced as an active gas, and the pressure is adjusted to 10 to 10" Pa,
If aluminum is selected as the evaporator, an insulating thin film of aluminum oxide can be formed on the substrate, and if indium or tin is selected as the evaporator, conductive thin films such as indium oxide or tin oxide can be formed, respectively. Moreover, if yttrium, barium, and copper are selected as evaporation substances, a superconducting thin film can be obtained.

さて、本発明の薄膜形成装置では、蒸発物質及び導入ガ
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、1F2Pa以下の圧力の高度の真空下に
おいても蒸発物質のイオン化が可能であり、このため、
薄膜中への余分な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る
。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
て近似した密度が得られることも大きな特徴の一つであ
る。即ち、本発明の薄膜形成装置は、IC,LSIなど
を構成する半導体薄膜等の形成にも極めて適しているも
のである。
Now, in the thin film forming apparatus of the present invention, the thermoelectrons generated by the filament effectively contribute to the ionization of the evaporated substance and the introduced gas, so it is possible to ionize the evaporated substance even under a high vacuum with a pressure of 1F2Pa or less. ,For this reason,
Since the incorporation of excess gas molecules into the thin film can be extremely reduced, a highly pure thin film can be obtained. Furthermore, the structure of the thin film can be made extremely dense, and although the density of a thin film is normally considered to be smaller than that of the bulk, the present invention allows the density of the thin film to be extremely close to that of the bulk. One of the major features is that it can be obtained. That is, the thin film forming apparatus of the present invention is extremely suitable for forming semiconductor thin films that constitute ICs, LSIs, and the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の薄膜形成装置によれば、
大面積基板上に金属薄膜等のような単一元素にて構成さ
れる薄膜ばかりでなく、化合物薄膜なども密着性良く、
化学量論的薄膜により近い状態で、且つ均一な膜厚及び
均一な物性を有するように作製することができるため、
大量生産などにも十分対応することができる。
As explained above, according to the thin film forming apparatus of the present invention,
Not only thin films made of a single element such as metal thin films on large-area substrates, but also compound thin films have good adhesion.
Because it can be produced in a state closer to stoichiometric thin film and with uniform film thickness and uniform physical properties,
It can also be used for mass production.

また、本発明の薄膜形成装置によれば、蒸発物質及び導
入ガスが活性化されるので、反応性を必要とする成膜、
結晶化を必要とする成膜において、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、薄膜の低温成長が可能となる。
Further, according to the thin film forming apparatus of the present invention, since the evaporated substance and the introduced gas are activated, film formation that requires reactivity,
Film formation that requires crystallization can be achieved without applying thermal energy such as temperature (reaction temperature, crystallization temperature), making it possible to grow thin films at low temperatures.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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。 1・・・・ペルジャー、2・・・・ベースプレート、3
・・・・・バッキング、4・・・・ガス導入手段、1o
・・・・蒸発源、11・・・・フィラメント、12・・
・・第一グリッド、13・・・・第二グリッド、14・
・・・対電極、20.21.22゜23、24・・・・
支持体兼用の電極、30.31・・・・交流電源、32
.33.34・・・・直流電圧電源、100・・・・基
板。
The figure is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the present invention. 1...Pelger, 2...Base plate, 3
...Backing, 4...Gas introduction means, 1o
...Evaporation source, 11...Filament, 12...
...First grid, 13...Second grid, 14.
...Counter electrode, 20.21.22゜23, 24...
Electrode that also serves as support, 30.31...AC power supply, 32
.. 33.34...DC voltage power supply, 100... Board.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  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、この蒸発源と対向
するように配置され基板を保持する対電極と、上記蒸発
源と上記対電極との間に配備された熱電子発生用のフィ
ラメントと、このフィラメントと上記対電極との間に配
備され蒸発物質を通過させうる第一グリッドと、この第
一グリッドと上記対電極との間に配備され蒸発物質を通
過させうる第二グリッドと、真空槽内に所定の電気的状
態を実現するための電源手段と、この電源手段と真空槽
内とを電気的に連結する導電手段とを有し、上記第一グ
リッドをフィラメントに対し正電位に、第二グリッドを
第一グリッドに対し負電位にし、対電極を第一グリッド
に対し負電位に且つ第二グリッドに対し正電位にするこ
とによって、基板に入射するイオンの入射量及び入射エ
ネルギーの制御を可能としたことを特徴とする薄膜形成
装置。
A vacuum chamber into which an active gas, an inert gas, or a mixture of these gases is introduced, an evaporation source for evaporating an evaporation substance within the vacuum chamber, and a substrate disposed opposite to the evaporation source to hold the substrate. a counter electrode, a filament for thermionic generation disposed between the evaporation source and the counter electrode, a first grid disposed between the filament and the counter electrode and capable of passing the evaporated substance; a second grid disposed between the first grid and the counter electrode and capable of passing the evaporated substance; a power source means for achieving a predetermined electrical state in the vacuum chamber; conductive means for electrically connecting the first grid to the filament, the first grid to a positive potential with respect to the filament, the second grid to a negative potential with respect to the first grid, the counter electrode to a negative potential with respect to the first grid, and A thin film forming apparatus characterized in that the amount and energy of ions incident on the substrate can be controlled by setting the potential to be positive with respect to the second grid.
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