JPH0421772A - 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、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。

〔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。

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。

しかし、従来の薄膜形成装置にあっては、形成された薄
膜と被薄膜形成基板（以下、基板と称する）どの密着性
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。

そこで、これらの問題を解決するため１本出願人は先に
、薄膜形成装置として、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（特開昭５９−８９７［５３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がグリッドを通過すると、
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、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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の薄膜形成装置では、大面積基板上
に薄膜形成する場合、グリッドからの電界の作用により
、一般の真空蒸着と比較すると基板面内の膜厚分布は均
一になろうとするが、蒸発源と対向！極の位置関係によ
る膜厚分布への影響が大きく、必ずしも均一な膜厚にな
らないといった問題があった。また、薄膜の物性の面に
おいても必ずしも均一ではなかった。

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をも基板として用いることが
可能で、尚且つ、大面積基板上への均一な薄膜形成をも
可能とする、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１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、上記真空槽内にお
いて上記蒸発源と対向するように配置され被薄膜形成基
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
させうるグリッドと、上記対電極とグリッドとの間に配
備された電界分布調節用の補助電極と、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、真空槽内と
上記電源手段とを電気的に連結する導電手段とを有し、
上記フィラメントに対し上記グリッドが正電位となるよ
うにし、且つ、上記対電極への電界分布を調節可能とし
たことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による薄膜形成装置においては、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、補助電極、フィラメント、
グリッドは真空槽内に配備される。

上記対電極、蒸発源は、互いに対向するように配備され
ており、対電極は、蒸発源と対向する側に被薄膜形成基
板を保持するように成っている。

上記グリッドは蒸発物質を通過させうるちのであって、
蒸発源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。従って、薄膜形成時には
、発生する電界はグリッドからフィラメントに向かう。

上記補助電極は対電極とグリッドの間に配備され、対電
極への電界分布を調節できるようになっている。

上記フィラメントは熱電子発生用であって、蒸発源とグ
リッドの間に配備される。

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導電手段
により電気的に連結される。

〔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回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、符号２はベースプレート、符号３はバ
ッキング、符号１はペルジャーを夫々示し、ペルジャー
１とベースプレート２はバッキング３により一体化され
て真空槽を構成しており、この真空槽の内部空間には、
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／又は不活性ガスを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。

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１０．１１．１２゜１３、１４が
配設されており、これら電極１０．１１．１２゜１３、
１４は、真空槽内部と外側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。

上記電極１０．１１．１２．１３．１４の内、符号１２
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９が支持されている。この蒸発源９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９に代えて電子ビーム蒸発源
等、従来の真空蒸発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。

符号１１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８が支持されており、
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、網目状にしたりするなどして、蒸発
源９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。

また、電極１３には、グリッド７が支持されており、こ
のグリッド７は、蒸発した蒸発物質を対電極５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。

また、電極１０の先端部には、上記対電極５が支持され
、この対電極５の蒸発源９に対向する側の面に、被薄膜
形成基板１００が適宜の支持方法で保持される。また、
電極１０は、図においてはそのまま接地されているが、
この間に直流電源をいれて対電極５にバイアスをかけて
も良い。

補助電極６を支持する電極１４は、直流電圧電源２３の
正極側に接続され、直流電圧電源２３の負極側は、を源
２１の負極側に接続される。また、場合によって、電極
１４は直流電圧電源２３の負極側に接続され、直流電圧
電源２３の正極側を電源２１の正極側に接続しても良い
。

蒸発源９を支持する電極１２は、加熱用の交流電源２０
に接続されているが、この電源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
どちらの場合でも良い。

フィラメント８を支持する電極１１は電源２２に接続さ
れているが、電源２２は上記電源２０と同様に、交流、
直流のどちらを用いても良い。

電極１３は、直流電圧電源２１の正極側に接続され、同
電源の負側は、図示の例では電極１１の片側に接続され
る。従って、グリッド７はフィラメント８に対して正電
位となり、グリッド７とフィラメント８の間では、電界
はグリッド７からフィラメント８へと向かう。

ここで、図示の例における電源２１，２２．２３の片側
はそのまま接地されているが、この間に直流電源を入れ
て蒸発源９、及び／又はフィラメント８にバイアスをか
けても良い。尚、各電極の電位配分においては、減衰器
等を用いて直流電源の数を減らしても良く、また図中に
おける接地も必ずしも必要ではない。

さて１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２２とグリッド用直流電源２１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、補
助電極用電源２３を用い、補助電極６に電位を与えて対
電極５に向かう電界分布を変化させることにより、イオ
ンの飛行方向、及びイオン電流密度を制御することがで
き、大面積基板上に均一な薄膜を安定に供給することが
できる。

尚、補助電極６の形状は、成膜に使用する基板の形状等
により定められる。ここで、第２図（ａ）〜（ｈ）に補
助電極６の形状例を示すが、第２図（ｇ）、（ｈ）に示
すような電極形状の場合は、ａ、ｂの電極に夫々別の電
位を与えても良い。

尚、第１図に示す構成の薄膜形成装置において、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。

以下、上記構成からなる薄膜形成装置による薄膜形成に
ついて説明する。

先ず、ペルジャー１を開いて、被薄膜形成基板１００を
図示の如く対電極５に保持させると共に、蒸発物質を蒸
発源９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。

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、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を１０〜１Ｏ−３Ｐ　ａの圧力で
導入する。尚、差当っての説明では、この導入ガスを１
例えば、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスであるとする
。

さて、以上の雰囲気状態において装置を作動させ、蒸発
源９を加熱すると、蒸発物質が蒸発する。

この蒸発物質、すなわち、蒸発物質の粒子は、被薄膜形
成基板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８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。

このように、一部イオン化された蒸発物質は、グリッド
７を通過するが、その際、グリッド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。

グリッド７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。

こうして、正イオンにイオン化された蒸発粒子は、グリ
ッド７から対電極５へ向かう電界の作用により、被薄膜
形成基板１００に向かって加速され、被薄膜形成基板１
００に高速で衝突付着する。このとき、イオンには電界
方向への力が作用するので、膜厚分布は均一になろうと
するが、さらに、補助電極６に適当な電位を与えて対電
極５への電界分布を変化させ、イオン化した蒸発粒子の
飛行方向の制御、及びイオン電流密度の制御を行うこと
により、膜厚分布の均一化、及び薄膜の物性の均一化が
より一層可能となる。こうして、大面積基板上へも均一
な薄膜形成が行われる。

この様にして形成された薄膜は、基板へのイオン粒子の
衝突により形成されるので、被薄膜形成基板１００への
密着性に優れ、結晶性や結晶配向性が良好である。

また、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うと。

蒸発物質を活性ガスと化合させ、反応性良く、且つ均一
組成の化合物薄膜を形成することができる。

また、本発明の装置では、蒸発物質のイオン化率が極め
て高く、且つ安定しているので、化合物薄膜も所望の物
性を持つものを、容易且つ確実に得ることができる。

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
は酸化アルミニウム絶縁性薄膜を形成することができる
。

尚、この場合に、蒸発物質として硅素、−酸化硅素を選
べば、二酸化硅素絶縁性薄膜を得ることができる。また
、蒸発物質としてインジウム、スズを選べば、酸化イン
ジウム、酸化スズのような導電性の薄膜も得られる。ま
た、活性ガスとして窒素、またはアンモニアをアルゴン
と共に用い、蒸発物質としてチタン、タンタルを選べば
、窒化チタン、窒化タンタルの薄膜を得ることも可能で
ある。

ところで、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、１０−”Ｐａ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ｍ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。すなわち、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。

〔発明の効果〕

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、
大量生産にも十分対応することができる。

また、本発明の薄膜形成装置によれば、蒸発物質がイオ
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（ａ）〜（ｈ）は夫々補助電極の形状例
を示す斜視図である。 １・・・・ペルジャー、２・・・・ベースプレート、３
・・・・・バッキング、４・・・・ガス導入パイプ、５
・・・・対電極、６・・・・補助電極、７・・・・グリ
ッド、８・・・フィラメント、９・・・・蒸発源、１０
．１１．１２．１３゜１４・・・・支持体兼用の電極、
２０・・・・交流電源、２１゜２２、２３・・・・直流
電圧電源、１００・・・・被薄膜形成基板。 弗４ 史 （八） （ｙン ｒｐ＞ （〕ｔ５ン

Claims (1)

【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、上記真空槽内にお
   いて上記蒸発源と対向するように配置され被薄膜形成基
   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
   させうるグリッドと、上記対電極とグリッドとの間に配
   備された電界分布調節用の補助電極と、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、真空槽内と
   上記電源手段とを電気的に連結する導電手段とを有し、
   上記フィラメントに対し上記グリッドが正電位となるよ
   うにし、且つ、上記対電極への電界分布を調節可能とし
   たことを特徴とする薄膜形成装置。