JPH0459962A - 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、不純物の
混入の少ない良好な化合物薄膜の形成が容易となる新規
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）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、良好な化合物薄膜を生産
性良く得ることが困難であるといった問題があった。

そこで、これらの問題を解決するため、水高原人は先に
、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５９−８９７６３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及び導入ガスイオン、
あるいは導入ガスからの二次電子との衝突によりイオン
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おり
、さらに、この時、蒸発した蒸発物質と、導入した活性
ガス分子との反応により化合物薄膜を形成することも可
能であるという特徴も有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この薄膜形成装置では、熱電子発生用フ
ィラメントとして、容易に用いることのできるタングス
テン等を用い、真空槽内に酸素等の活性ガスを導入した
場合には、膜中ヘタングステン酸化物が混入してしまっ
たり、またフィラメントが酸化反応によりやせ細ってし
まい、成膜中に成膜条件が変化してしまうといった問題
があった。

また、量産用の装置等、大型の蒸着装置を用いて蒸発源
一基板間距離を広げた場合（膜厚分布は均一になり易い
）には、蒸発物質が導入ガス分子との衝突により散乱さ
れ、基板上への到達確率が小さくなり、蒸発源材料の増
加、あるいは成膜時間の延長等、コスト、生産性等の問
題が生じた。

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、良好な化合物薄膜の形成も容易となる
。新規な薄膜形成装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による薄膜形成装置は
、活性ガス及び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、この真空槽内に設置された蒸
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、上記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、上記フィラメント近傍に主として不活性ガスを導
入し、基板近傍に主として活性ガスを導入することを特
徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による薄膜形成装置は、前述したように。

真空槽と、蒸発物質を蒸発させうる蒸発源と、対電極と
、フィラメントと、グリッドと、ガス導入手段と、電源
手段と、導電手段とを有する。

真空槽は、その内部空間に活性ガス及び不活性ガス、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、グ
リッドは真空槽内に配備される。

上記蒸発源は、真空槽内に設置され、対電極側に蒸発物
質を蒸発できる構造になっている。

上記対電極は、蒸発源に対向するように配備され、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
ており、場合により基板の回転等により基板の位置の移
動が可能となっている。

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。

尚、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。

ガス導入手段は２つ以上の系統からなっており。

基板近傍には主として活性ガスを導入し、フィラメント
近傍には主として不活性ガスを導入するようになってい
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、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４ａ、　４ｂで示すような導入パイプやバルブを用
いたガス導入口等の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、ペルジャー１の側方部に穿設された孔ＩＡは１
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９　、１０．１１゜１２が配設さ
れており、これら電極９　、１０．１１．１２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９　、１０．１１．１２の内、符号１１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８が支持されている。この蒸発源８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８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１０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７が支持されており、
このフィラメント７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８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１２には、グリッド６が支持されており、こ
のグリッド６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９は、上記対電極５に接続され、この対電極
５の蒸発源８に対向する側の面に、被薄膜形成基板１０
０が適宜の支持方法で保持されている。

尚、対電極５は、回転機構やプラネタリ等により、保持
する基板位置を変化させる場合もある。

また、電極９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。

蒸発源８を支持する電極１１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７を支持する電極１０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１２は、直流電圧電源２１の正極側に接続され、同
電源の負側は、第１図の例では一対の電極１０夫々に接
続される。従って、グリッド６はフィラメント７に対し
て正電位となり、グリッド６とフィラメント７の間では
、電界はグリッド６からフィラメント７へと向かう。

ここで、図示の例における電源２１．２２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８、及び／又はフィラメント７にバイアスをかけても
良い。尚１図中における接地は必ずしも必要ではない。

ガス導入口４ａは、その吹き出し口を基板１００近傍に
位置しており、主として活性ガスが導入される。

また、ガス導入口４ｂは、その吹き出し口をフィラメン
ト７及び蒸発源８近傍に位置しており、主として不活性
ガスが導入される。

さて、以上の構成からなる薄膜形成装置では、フィラメ
ント加熱用型＠２２とグリッド用直流電源２】、及び導
入ガス種、及びその流量（真空槽内圧力）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、フィラメント７により発生する熱電子は、導入ガ
スや蒸発物質の一部をイオン化するのに供されるが、グ
リッド６からの電界により引き寄せられ、最終的にはグ
リッド６に吸収されるため、基板１００へは達せず、基
板１００に対する電子衝撃による加熱が無く、基板温度
の上昇は防止できる。

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８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、真空槽内には、予め導入口４ａから主として活性ガ
スが、導入口４ｂからは主として不活性ガスが、１０〜
１Ｏ−３Ｐａの圧力で導入される。

この状態においてフィラメント７を通電加熱し。

グリッド６に正電位を印加すると、フィラメント７から
の熱電子により、前記導入ガスがイオン化する。この時
、゛フィラメント７からグリッド６にかけては不活性ガ
スイオンが多く、グリッド６から対電極にかけては活性
ガスイオンが多くなっている。

この状態において装置を作動させ蒸発源８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、その一部がフィラメント７より放出され
た熱電子、あるいは。

前記導入ガスのうち、特に導入口４ｂより導入した不活
性ガスイオン、及び二次電子との衝突によって、正イオ
ンにイオン化される。

また、フィラメント７からの熱電子及び二次電子は、グ
リッド６からのクーロン力によって引き寄せられ、グリ
ッド近傍において上下に振動し、不活性ガス、及び活性
ガスのイオン化を促進する。

一部イオン化された蒸発物質は、グリッド６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６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６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に高速で衝突付着し、密着性のよい緻密な薄膜を形
成する。このとき、基板近傍においては、活性ガスが多
く存在するため、蒸発物質と導入ガスとの化合物薄膜を
形成することが容易に可能となる。

また、導入口４ｂからの不活性ガスのうち、イオン化し
グリッド６を通過したものは、基板１００への加速途中
、活性ガスとの衝突により活性ガスのイオン化を促進し
、反応性を高める効果がある。

本発明の装置では、フィラメント近傍においては不活性
ガスが多くを取り巻いているため、活性ガスとフィラメ
ント材料の化合によるフィラメントのやせ細り、更には
切断等に起因するプラズマ状態変化が小さくなると共に
、フィラメント材料の膜中への混入もほとんど無くなり
、また、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、均−且つ高純度で所望の物性を持つ化合
物薄膜を容易に且つ確実に得ることができる。

尚、この装置は、第２図に示す例のように、蒸発源８と
フィラメント７の回りをカバー１３で囲むことによって
ガスの拡がりを狭めたり、さらには図中符号２Ｂで示す
ような差動排気口を設けてイオン化に寄与する不活性ガ
スを有効にすることもできる。

次に１本発明の薄膜形成装置による実際の成膜について
、第１図を参照して述べる。

先ず成膜する目的薄膜によって蒸発物質を選択し、蒸発
源８に蒸発物質を載せる。そして、蒸発源８を加熱し、
前述した方法によって被薄膜形成基板１００上に成膜す
る。

ここで、例えば、不活性ガスとして導入口４ｂからアル
ゴン、活性ガスとして導入口４ａから酸素を導入して、
圧力を１０〜１０−”　Ｐ　ａに調整し、蒸発源８に載
せる蒸発物質としてインジウム、スズ等を選択し、上記
方法により基板上に酸化インジウム薄膜、酸化スズ薄膜
を夫々成膜することができる。

また、蒸発物質としてアルミニウムや一酸化珪素などを
用いれば、酸化アルミニウムや二酸化珪素薄膜を得るこ
とができる。また、蒸発物質としてチタンやタンタル等
を用い、導入活性ガスとして窒素を用いれば、窒化チタ
ン、窒化タンタル等の窒化物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７による熱電子が
有効に寄与するので、ｌＦ２Ｐａ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、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、加えて、低い基板温度で密着性のよい薄膜を形成す
ることができるため、ガラスのみならず、プラスチック
上への光学薄膜の形成や、あるいはＩＣ１ＬＳＩなどの
エレクトロニクス分野で多く利用される半導体薄膜等の
形成にも非常に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、
高真空下における薄膜形成時にも高い反応性を持ってい
るため、大型装置を用いて蒸発源一基板間距離が長くな
った場合にも、導入ガス分子による蒸発物質の散乱が小
さくなるため、コスト、量産性の両面で有利となる。

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、化合物薄膜等の
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。 １・・・・ペルジャー、ＩＡ・・・・排気口、２・・・
・ベースプレート、２Ｂ・・・・差動排気口、３・・・
・バッキング、４ａ、　４ｂ・・・・ガス導入口、５・
・・・対電極、６・・・・グリッド、７・・・・フィラ
メント、８・・・・蒸発源、９　、１０．１１．１２・
・・・支持体兼用電極、１３・・・・カバ、２０・・・
・交流電源、２１．２２・・・・直流電圧電源、１００
・・・・被薄膜形成基板。 る７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性ガス及び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、この真空槽内に設置された蒸発
   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、上記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、上記フィラメント近傍に主として不活性ガスを導入
   し、基板近傍に主として活性ガスを導入することを特徴
   とする薄膜形成装置。