JPH05106033A - Thin film forming apparatus - Google Patents

Thin film forming apparatus

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JPH05106033A
JPH05106033A JP26790391A JP26790391A JPH05106033A JP H05106033 A JPH05106033 A JP H05106033A JP 26790391 A JP26790391 A JP 26790391A JP 26790391 A JP26790391 A JP 26790391A JP H05106033 A JPH05106033 A JP H05106033A
Authority
JP
Japan
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thin film
film forming
substrate
hydrogen
forming apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP26790391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Tanaka
田中  誠
Makoto Tanabe
誠 田辺
Wasaburo Ota
和三郎 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Publication of JPH05106033A publication Critical patent/JPH05106033A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a thin film forming apparatus capable of forming a thin carbon film and a thin silicon film having superior film structure with excellent adhesive strength even on a substrate having low heat resistance. CONSTITUTION:This apparatus has a vacuum tank 1 for film formation, where thin film forming materials and hydrogen gas are introduced, a substrate holder 13 disposed in the vacuum tank and used for holding a substrate 100, a means 13' of heating the substrate holder 13, means 10, 20 of supplying the thin film forming materials into the vacuum tank, and means 5, 14, 17 of supplying hydrogen atoms to the vicinity of the substrate. Further, the apparatus is constituted and the means are taken so that film formation can be done while supplying the hydrogen atoms in high concentration to the vicinity of the substrate. By supplying the hydrogen atoms in high concentration to the vicinity of the surface of the substrate, the decomposition reaction of the materials can be accelerated at the surface of the substrate and, as a result, the formation at low temp., of the thin carbon film and the thin silicon film having superior film structure can be facilitated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はカーボン薄膜あるいはシ
リコン薄膜を低温で良質に形成することのできる薄膜形
成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus capable of forming a carbon thin film or a silicon thin film with good quality at low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】本出願人は先に、被薄膜形成基板上に種
々の薄膜を形成する薄膜形成装置として、基板を蒸発源
に対向させて保持する対向電極と蒸発源との間にグリッ
ドを配し、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、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号公報参照)。この装置では、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、イオン化される。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、
密着性の良い膜が形成される。また、この他、被薄膜形
成基板上にカーボン薄膜あるいはシリコン薄膜を形成す
る手段としては、従来よりCVD法やPVD法をはじめ
種々のものが提案されており、その方法も極めて多岐に
渡っている。
2. Description of the Related Art The applicant of the present invention has previously proposed, as a thin film forming apparatus for forming various thin films on a thin film forming substrate, a grid between an opposing electrode for holding the substrate facing the evaporation source and the evaporation source. A device for arranging a filament for generating thermoelectrons between the grid and the evaporation source and making the grid a positive potential with respect to the filament to form a thin film has been proposed (see Japanese Patent Publication No. 1-53351). .. In this device, the evaporation material evaporated from the evaporation source is first ionized by thermoelectrons from the filament. When the ionized vaporized substance passes through the grid in this way, it is accelerated by the action of the electric field from the grid toward the counter electrode and collides with the substrate,
A film with good adhesion is formed. In addition to this, various means such as a CVD method and a PVD method have been conventionally proposed as a means for forming a carbon thin film or a silicon thin film on a thin film forming substrate, and the methods are extremely diverse. ..

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の薄膜形
成装置においては、形成される膜の基板への密着性が弱
かったり、また、良質な膜構造(結晶性、電気的特性、
硬度等)を有するカーボン薄膜やシリコン薄膜を形成す
るには、薄膜形成温度(基板温度)を高くする必要があ
り、耐熱性の低い基板への成膜が困難であったりする等
の問題があった。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
のであって、従来装置に比べて反応性が高く、比較的低
い温度での成膜が可能で、良好な膜構造を有するカーボ
ン薄膜やシリコン薄膜を、耐熱性の低い基板に対しても
密着性良く形成できる新規な薄膜形成装置を提供するこ
とを目的とする。
However, in the conventional thin film forming apparatus, the adhesion of the formed film to the substrate is weak, and the film structure of good quality (crystallinity, electrical characteristics,
In order to form a carbon thin film or a silicon thin film having hardness, etc., it is necessary to raise the thin film forming temperature (substrate temperature), and there are problems such as difficulty in forming a film on a substrate having low heat resistance. It was The present invention has been made in view of the above circumstances, the reactivity is higher than that of a conventional apparatus, film formation is possible at a relatively low temperature, a carbon thin film or a silicon thin film having a good film structure, An object of the present invention is to provide a novel thin film forming apparatus capable of forming a film with good adhesion even on a substrate having low heat resistance.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の薄膜形成装置は、カーボン薄膜もしくは
シリコン薄膜形成用の薄膜形成装置であって、薄膜形成
材料及び水素ガスが導入される成膜用真空槽と、上記真
空槽内に配備され被薄膜形成基板を保持する基板ホルダ
ーと、被薄膜形成基板を加熱する手段と、上記真空槽内
に薄膜形成材料を供給する手段とを有し、被薄膜形成基
板近傍において、水素原子を高濃度に供給しながら成膜
が行なえるような装置構成及び手段がとられたことを特
徴とする。請求項2の薄膜形成装置では、上記薄膜形成
装置において、被薄膜形成基板近傍に水素原子を高濃度
に供給する方法として、被薄膜形成基板近傍に水素ガス
を供給する手段を有し、レーザ照射、あるいは水銀ラン
プ照射等により水素解離させ、被薄膜形成基板近傍の水
素原子濃度を高めるようにしたことを特徴とする。請求
項3の薄膜形成装置では、請求項2記載の薄膜形成装置
において、レーザ照射による水素解離を効率良く行なう
ため、全反射ミラーを被薄膜形成基板表面近傍に設置し
て照射効率の向上をはかったことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the thin film forming apparatus according to claim 1 is a thin film forming apparatus for forming a carbon thin film or a silicon thin film, and a thin film forming material and hydrogen gas are introduced. It has a film forming vacuum tank, a substrate holder arranged in the vacuum tank for holding a thin film forming substrate, means for heating the thin film forming substrate, and means for supplying a thin film forming material into the vacuum tank. In the vicinity of the thin film formation substrate, however, an apparatus configuration and means are provided so that film formation can be performed while supplying hydrogen atoms at a high concentration. The thin film forming apparatus according to claim 2, wherein the thin film forming apparatus has a means for supplying hydrogen gas in the vicinity of the thin film forming substrate as a method for supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the thin film forming substrate, and laser irradiation is performed. Alternatively, the hydrogen atom is dissociated by irradiation with a mercury lamp or the like to increase the concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the thin film formation substrate. In the thin film forming apparatus of claim 3, in the thin film forming apparatus of claim 2, in order to efficiently perform hydrogen dissociation by laser irradiation, a total reflection mirror is installed near the surface of the thin film forming substrate to improve irradiation efficiency. It is characterized by

【0005】請求項4の薄膜形成装置では、請求項1記
載の薄膜形成装置において、被薄膜形成基板近傍に水素
原子を高濃度に供給する方法として、被薄膜形成基板表
面の前方あるいは側面に、水素原子供給部を設置したこ
とを特徴とする。請求項5の薄膜形成装置では、請求項
4記載の薄膜形成装置において、水素原子供給部内に水
素解離用の熱フィラメントを設置し、成膜用真空槽に対
して高い圧力となるように水素ガスを水素原子供給部内
に導入し、水素原子供給部の噴射孔をノズル形状にし
て、水素原子を被薄膜形成基板表面に効率良く噴射させ
るようにしたことを特徴とする。請求項6の薄膜形成装
置では、請求項5記載の薄膜形成装置において、水素原
子供給部内の熱フィラメントを水素原子供給部本体内壁
に対し負電位にして、水素解離を促進させたことを特徴
とする。請求項7の薄膜形成装置では、請求項5あるい
は請求項6記載の薄膜形成装置において、水素原子供給
部内の熱フィラメント近傍部分にレーザ光を照射して、
水素解離を促進させたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the thin film forming apparatus of the first aspect, as a method for supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the thin film forming substrate, a thin film forming apparatus may be provided in front of or on the side surface of the thin film forming substrate. The feature is that a hydrogen atom supply unit is installed. The thin film forming apparatus according to claim 5 is the thin film forming apparatus according to claim 4, in which a hydrogen filament for dissociating hydrogen is installed in the hydrogen atom supply unit so that a high pressure is applied to the film forming vacuum tank. Is introduced into the hydrogen atom supply unit, and the injection hole of the hydrogen atom supply unit is formed into a nozzle shape so that hydrogen atoms are efficiently injected onto the surface of the thin film formation substrate. The thin film forming apparatus according to claim 6 is characterized in that, in the thin film forming apparatus according to claim 5, the hot filament in the hydrogen atom supply part is set to a negative potential with respect to the inner wall of the hydrogen atom supply part main body to promote hydrogen dissociation. To do. In the thin film forming apparatus according to claim 7, in the thin film forming apparatus according to claim 5 or 6, laser light is radiated to a portion in the hydrogen atom supply portion near the hot filament,
It is characterized by promoting hydrogen dissociation.

【0006】請求項8の薄膜形成装置は、活性ガスもし
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
れる成膜用真空槽と、上記真空槽内に配備され材料供給
路より真空外から蒸気又は霧状とした薄膜形成材料を方
向性良く且つ均一に基板に向けて噴射することができる
材料供給部と、上記真空槽内において上記材料供給部と
対向するように配備され被薄膜形成基板を保持する対電
極と、上記真空槽内において上記材料供給部と上記対電
極の間に配備され薄膜形成材料を通過させ得るグリッド
と、上記真空槽内において上記グリッドと上記材料供給
部の間に配備される熱電子発生用のフィラメントと、被
薄膜形成基板を加熱する手段と、上記フィラメントに対
し上記グリッドを正電位にする電位手段と、上記真空槽
内に所定の電位配分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、被薄膜形成基板表面近傍において、水素原子
を高濃度に供給しながら成膜が行なえるような装置構成
及び手段がとられたことを特徴とする。
In the thin film forming apparatus of the eighth aspect, a film forming vacuum tank into which an active gas or an inert gas or a mixed gas of both of them is introduced, and a vapor supplied from outside the vacuum through a material supply passage provided in the vacuum tank. Alternatively, a material supply unit capable of spraying a mist-like thin film forming material to the substrate with good directionality and uniformity, and a thin film formation substrate provided so as to face the material supply unit in the vacuum chamber. A holding counter electrode, a grid that is provided between the material supply unit and the counter electrode in the vacuum tank and allows a thin film forming material to pass therethrough, and is provided between the grid and the material supply unit in the vacuum tank. To generate a thermoelectron, a means for heating the thin film forming substrate, a potential means for making the grid a positive potential with respect to the filament, and a predetermined potential distribution in the vacuum chamber. And a conductive means for electrically connecting the inside of the vacuum chamber and the power supply means to each other, and forming a film while supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the surface of the thin film formation substrate. It is characterized in that a device configuration and means for performing the above are adopted.

【0007】[0007]

【作用】本発明の薄膜形成装置においては、被薄膜形成
基板表面近傍に水素原子を高濃度に供給しながら成膜が
行なえるような装置構成及び手段がとられたことによ
り、基板表面近傍の水素原子アシストにより材料物質の
分解反応を促進することができ、従来難しいとされてい
た結晶性や電気的特性に優れたカーボン薄膜、シリコン
薄膜の低温形成が可能となる。
In the thin film forming apparatus of the present invention, since the apparatus structure and means are adopted so that film formation can be performed while supplying high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the surface of the thin film forming substrate, The hydrogen atom assist can accelerate the decomposition reaction of the material, and enables the low-temperature formation of carbon thin films and silicon thin films having excellent crystallinity and electrical properties, which have been considered difficult in the past.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の薄膜形成装置の構成及び作用
についてより具体的に説明する。請求項1のカーボン薄
膜、シリコン薄膜形成装置は、成膜用真空槽と、基板ホ
ルダーと、基板加熱手段と、材料供給手段と、水素原子
供給手段とを有する。成膜用真空槽には、材料物質であ
る反応性ガス、及び反応促進のための水素ガスが導入さ
れるようになっている。基板ホルダーは、被薄膜形成基
板(以下、基板という)を保持するようになっており、
上記成膜用真空槽内に配備される。基板加熱手段は、基
板を通電加熱あるいは間接加熱する手段であり、成膜状
況に応じて適宜使用される。材料供給手段は、成膜用真
空槽内に材料物質である反応性ガスを定量且つ安定に供
給する手段であり、シャワー放出、ノズル噴射など成膜
状況に応じて種々の方法が用いられる。水素原子供給手
段は、基板近傍に水素原子を高濃度に供給する手段であ
り、水素原子は材料物質の分解反応に有効に寄与する。
従って、この薄膜形成装置で蒸着プロセスを実行する
と、基板表面近傍の水素原子アシストにより材料物質の
分解反応が促進されるため、結晶性や電気的特性に優れ
たカーボン、シリコン薄膜の低温形成が、より一層容易
となる。
EXAMPLES The structure and operation of the thin film forming apparatus of the present invention will be described more specifically below. An apparatus for forming a carbon thin film and a silicon thin film according to a first aspect includes a film forming vacuum tank, a substrate holder, a substrate heating unit, a material supply unit, and a hydrogen atom supply unit. A reactive gas, which is a material, and a hydrogen gas for accelerating the reaction are introduced into the film forming vacuum chamber. The substrate holder is adapted to hold a thin film formation substrate (hereinafter referred to as a substrate),
It is arranged in the film forming vacuum tank. The substrate heating means is a means for electrically heating or indirectly heating the substrate, and is appropriately used depending on the film formation situation. The material supplying means is a means for quantitatively and stably supplying the reactive gas as a material substance into the film forming vacuum tank, and various methods such as shower discharge and nozzle injection are used according to the film forming situation. The hydrogen atom supply means is a means for supplying high concentration of hydrogen atoms near the substrate, and the hydrogen atoms effectively contribute to the decomposition reaction of the material.
Therefore, when the vapor deposition process is performed in this thin film forming apparatus, the decomposition reaction of the material is promoted by the hydrogen atom assist in the vicinity of the substrate surface, so that the low temperature formation of carbon and silicon thin films having excellent crystallinity and electrical characteristics is possible. It will be even easier.

【0009】また、請求項2の薄膜形成装置は、上記薄
膜形成装置において、基板表面近傍に水素原子を高濃度
に供給する方法として、水素ガスを基板表面に噴射し、
レーザ照射、あるいは水銀ランプ照射等により水素解離
させて、基板近傍の水素原子濃度を高めたものであり、
これにより、基板表面近傍の水素原子アシストによる材
料物質の分解反応がより促進されるため、結晶性や電気
的特性に優れたカーボン、シリコン薄膜の低温形成が、
より一層容易となる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus in which the hydrogen gas is injected onto the surface of the substrate as a method for supplying a high concentration of hydrogen atoms near the surface of the substrate.
By dissociating hydrogen by laser irradiation, mercury lamp irradiation, etc., the concentration of hydrogen atoms near the substrate is increased.
As a result, the decomposition reaction of the material by hydrogen atom assist in the vicinity of the substrate surface is further promoted, so that low-temperature formation of carbon and silicon thin films having excellent crystallinity and electrical characteristics can be achieved.
It will be even easier.

【0010】次に上記請求項1,2の薄膜形成装置の実
施例として図1を挙げ、構成及び作用を説明する。図1
おいて、符号1は成膜用真空槽を示している。図1では
図示を省略されているが、真空槽1の側面にはパッキン
グを介して、真空槽内部の作業を行なうためのドア型の
蓋が一体化されている。また、真空槽1に設けられた孔
1Aは図示されない排気系に連結されている。材料供給
部10は材料供給路20によって支持され、真空槽外よ
り材料物質を供給できるようになっている。この材料供
給部10は複数個の小孔ノズル10a及びヒーター10
bを有し、材料物質を所望の運動エネルギーで方向性良
く且つ均一に基板に向けて放出できるようになってい
る。尚、図1の例ではノズル噴射となっているが、公知
のガス導入の方法を利用しても良く、この限りではな
い。
Next, referring to FIG. 1 as an embodiment of the thin film forming apparatus according to claims 1 and 2, the structure and operation will be described. Figure 1
Reference numeral 1 indicates a film forming vacuum chamber. Although not shown in FIG. 1, a door-type lid for performing work inside the vacuum chamber is integrated with a side surface of the vacuum chamber 1 through packing. The hole 1A provided in the vacuum chamber 1 is connected to an exhaust system (not shown). The material supply unit 10 is supported by the material supply passage 20 and can supply the material substance from the outside of the vacuum chamber. The material supply unit 10 includes a plurality of small hole nozzles 10a and a heater 10.
b, the material can be emitted toward the substrate with desired kinetic energy in a well-oriented and uniform manner. Although nozzle injection is used in the example of FIG. 1, a known gas introduction method may be used and the present invention is not limited to this.

【0011】基板ホルダー13には、材料供給部10と
対向する側の面に基板100が適宜の方法で保持され
る。基板ヒータ13’は基板加熱に用いられるものであ
り、真空槽外から電力を供給するのであるが、簡単のた
め、図1では図示を省略している。水素ガス供給部14
は、符号5で示すような公知の適宜の方法により、真空
槽外より基板表面に水素ガスを供給する手段であり、図
1の例ではシャワー状となっている。真空槽1の側面に
設けられた窓16には石英ガラスが取り付けられてお
り、この窓16から基板あるいは基板表面近傍に向け
て、数eVのレーザ光、あるいは水銀ランプ等を照射で
きるようになっている。尚、レーザ光源17からのレー
ザ光は基板の面積をカバーできるように周期的に走査す
るなどの配慮がなされている。
The substrate 100 is held on the substrate holder 13 by a suitable method on the surface facing the material supply unit 10. The substrate heater 13 'is used for heating the substrate and supplies electric power from outside the vacuum chamber, but is omitted in FIG. 1 for simplicity. Hydrogen gas supply unit 14
Is a means for supplying hydrogen gas from the outside of the vacuum chamber to the surface of the substrate by a known appropriate method as indicated by reference numeral 5, and in the example of FIG. Quartz glass is attached to a window 16 provided on the side surface of the vacuum chamber 1, and a laser beam of several eV or a mercury lamp or the like can be irradiated from the window 16 toward the substrate or the substrate surface. ing. Note that the laser light from the laser light source 17 is periodically scanned so as to cover the area of the substrate.

【0012】上記水素ガス供給部14、石英窓16、レ
ーザ光源17は、基板表面近傍の水素を解離させて水素
原子濃度をたかめるための手段(水素原子供給手段)で
あり、水素原子は材料物質の分解反応を促進させる。従
って、この薄膜形成装置で蒸着プロセスを実行すると、
基板表面近傍の水素原子アシストにより材料物質の分解
反応が促進されるため、結晶性や電気的特性に優れたカ
ーボン薄膜、シリコン薄膜の低温形成が、より一層容易
となった。例えば、材料物質としてC22あるいはCH
4 を用いれば、比較的低温の基板上においても、良質な
カーボン薄膜またはダイヤモンド薄膜を、SiH4 を用
いれば、良質なシリコン薄膜を形成することができる。
The hydrogen gas supply unit 14, the quartz window 16, and the laser light source 17 are means (hydrogen atom supply means) for dissociating hydrogen in the vicinity of the substrate surface to increase the hydrogen atom concentration, and the hydrogen atoms are material substances. Accelerate the decomposition reaction of. Therefore, when performing the vapor deposition process with this thin film forming apparatus,
Since the decomposition reaction of the material is promoted by the assistance of hydrogen atoms near the surface of the substrate, the low temperature formation of the carbon thin film and the silicon thin film, which are excellent in crystallinity and electrical characteristics, becomes easier. For example, as a material substance, C 2 H 2 or CH
If 4 is used, a good carbon thin film or diamond thin film can be formed even on a substrate at a relatively low temperature, and if SiH 4 is used, a good silicon thin film can be formed.

【0013】次に、請求項3の薄膜形成装置は、請求項
2の薄膜形成装置において、レーザ照射による水素解離
を効率良く行なうため、反射ミラーを基板表面の前方あ
るいは側面に設置してレーザの照射効率の向上をはかっ
たものである。尚、この装置では、レーザ照射及び全反
射ミラーの部分を除いて、構成・作用は請求項2と同様
なので、基板近傍部分のみを図2(a)に示す。図2(a)
においては、円筒状の全反射ミラー18を基板表面近傍
に配置した例であり、全反射ミラー18は基板100の
表面近傍でレーザ光を閉じ込めて、レーザ光のパワーを
有効に利用するものであり、その様子を図2(b)に示
す。この装置では、レーザ光のパワーをミラー18によ
り有効に利用するばかりでなく、レーザ光の走査を必要
としない点でも請求項2の装置より有利である。尚、こ
のミラー18の形状は、図2の例では円筒状であるが、
多角形の筒状等にしてもよく、基板の形状や設置状況に
応じて適宜定められる。
Next, in the thin film forming apparatus of the third aspect, in the thin film forming apparatus of the second aspect, in order to efficiently perform hydrogen dissociation by laser irradiation, a reflection mirror is installed in front of or on the side surface of the substrate. This is intended to improve the irradiation efficiency. In this apparatus, except for the laser irradiation and the total reflection mirror portion, the structure and operation are the same as those in claim 2, so only the portion near the substrate is shown in FIG. Figure 2 (a)
1 is an example in which a cylindrical total reflection mirror 18 is arranged near the surface of the substrate, and the total reflection mirror 18 confines the laser light near the surface of the substrate 100 and effectively uses the power of the laser light. The situation is shown in FIG. This device is more advantageous than the device of claim 2 in that not only the power of the laser light is effectively used by the mirror 18, but also the scanning of the laser light is not required. The mirror 18 has a cylindrical shape in the example of FIG.
The shape may be a polygonal tubular shape or the like, and is appropriately determined according to the shape of the substrate and the installation condition.

【0014】次に、請求項4の薄膜形成装置は、請求項
1の薄膜形成装置において、基板表面近傍に水素原子を
高濃度に供給する方法として、基板表面の前方あるいは
側面に水素原子供給部を設置したものである。以下、上
記装置の実施例として図3を挙げ、構成及び作用を説明
する。図3において、符号1は成膜用真空槽を示してい
る。図3では図示を省略されているが、真空槽1の側面
にはパッキングを介して、真空槽内部の作業を行なうた
めのドア型の蓋が一体化されている。また、真空槽1に
設けられた孔1Aは図示されない排気系に連結されてい
る。材料供給部10は材料供給路20によって支持さ
れ、真空槽外より材料物質を供給できるようになってい
る。この材料供給部10は複数個の小孔ノズル10a及
びヒーター10bを有し、材料物質を所望の運動エネル
ギーで方向性良く且つ均一に基板に向けて放出できるよ
うになっている。尚、図3の例ではノズル噴射となって
いるが、公知のガス導入の方法を利用しても良く、この
限りではない。
Next, a thin film forming apparatus according to a fourth aspect is the thin film forming apparatus according to the first aspect, wherein as a method for supplying a high concentration of hydrogen atoms near the substrate surface, a hydrogen atom supply unit is provided in front of or on the side surface of the substrate surface. Is installed. Hereinafter, the configuration and operation will be described with reference to FIG. 3 as an example of the above apparatus. In FIG. 3, reference numeral 1 indicates a film forming vacuum chamber. Although not shown in FIG. 3, a door-type lid for performing work inside the vacuum chamber is integrated with the side surface of the vacuum chamber 1 through packing. The hole 1A provided in the vacuum chamber 1 is connected to an exhaust system (not shown). The material supply unit 10 is supported by the material supply passage 20 and can supply the material substance from the outside of the vacuum chamber. The material supply unit 10 has a plurality of small hole nozzles 10a and a heater 10b, and can discharge the material substance with desired kinetic energy to the substrate uniformly and with good directionality. Although nozzle injection is used in the example of FIG. 3, a known gas introduction method may be used and the present invention is not limited to this.

【0015】基板ホルダー13には、材料供給部10と
対向する側の面に基板100が適宜の方法で保持され
る。基板ヒータ13’は基板加熱に用いられるものであ
り、真空槽外から電力を供給するのであるが、簡単のた
め、図3では図示を省略している。水素原子供給部15
には、符号5で示すような公知の適宜の方法により、真
空槽外より水素ガスが供給され、放出口から基板表面近
傍に向けて水素原子が放出されるようになっており、こ
の水素原子は材料物質の分解反応を促進させる。従っ
て、この薄膜形成装置で蒸着プロセスを実行すると、基
板表面近傍の水素原子アシストにより材料物質の分解反
応が促進されるため、結晶性や電気的特性に優れたカー
ボン薄膜、シリコン薄膜の低温形成が、より一層容易と
なった。例えば、材料物質としてC22あるいはCH4
を用いれば、比較的低温の基板上においても、良質なカ
ーボン薄膜またはダイヤモンド薄膜を、SiH4 を用い
れば、良質なシリコン薄膜を形成することができる。
The substrate 100 is held by the substrate holder 13 on the surface facing the material supply unit 10 by an appropriate method. The substrate heater 13 'is used for heating the substrate and supplies electric power from outside the vacuum chamber, but is omitted in FIG. 3 for simplicity. Hydrogen atom supply unit 15
Is supplied with hydrogen gas from the outside of the vacuum chamber by a known appropriate method as indicated by reference numeral 5, and hydrogen atoms are discharged from the discharge port toward the vicinity of the substrate surface. Accelerates the decomposition reaction of the material. Therefore, when the vapor deposition process is performed by this thin film forming apparatus, the decomposition reaction of the material is promoted by the hydrogen atom assist in the vicinity of the substrate surface. , Became even easier. For example, as the material substance, C 2 H 2 or CH 4
Can be used to form a good quality carbon thin film or diamond thin film even on a substrate at a relatively low temperature, and SiH 4 can be used to form a good quality silicon thin film.

【0016】次に、請求項5の薄膜形成装置は、請求項
4の薄膜形成装置において、水素原子供給部内に水素解
離用の熱フィラメントを設置し、成膜用真空槽に対して
高い圧力となるように水素ガスを水素原子供給部内に導
入し、水素原子供給部の噴射孔をノズル形状にして、水
素原子を基板表面に効率良く噴射させるようにしたもの
である。この装置は、水素原子供給部を除いて、構成・
作用は請求項4と同様なので、水素原子供給部のみを図
4に示す。図4において、水素原子供給部15内の熱フ
ィラメント15aは、水素の熱解離用であり、噴射孔1
5bの近傍に設置される。また、水素原子供給部15の
噴射孔15bは、水素原子を基板表面に効率良く噴射で
きるように、ノズル状になっている。このような構成の
水素原子供給部内に導入された水素ガスは、熱フィラメ
ント15aを通過する際にその一部が解離し、水素原子
となって噴射孔15bより基板に向けて効率良く放出さ
れる。
Next, a thin film forming apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the thin film forming apparatus according to the fourth aspect, in which a hydrogen filament for dissociating hydrogen is installed in the hydrogen atom supply unit and a high pressure is applied to the film forming vacuum chamber. As described above, hydrogen gas is introduced into the hydrogen atom supply part, and the injection hole of the hydrogen atom supply part is formed into a nozzle shape so that hydrogen atoms are efficiently injected onto the substrate surface. This device has the same structure except the hydrogen atom supply unit.
Since the action is the same as that of claim 4, only the hydrogen atom supply part is shown in FIG. In FIG. 4, the hot filament 15a in the hydrogen atom supply unit 15 is for thermal dissociation of hydrogen, and
It is installed near 5b. Further, the injection hole 15b of the hydrogen atom supply unit 15 has a nozzle shape so that hydrogen atoms can be efficiently injected onto the substrate surface. A part of the hydrogen gas introduced into the hydrogen atom supply unit having such a configuration is dissociated when passing through the hot filament 15a and becomes hydrogen atoms, which are efficiently released from the injection holes 15b toward the substrate. ..

【0017】次に、請求項6の薄膜形成装置は、請求項
5の薄膜形成装置において、水素原子供給部内の熱フィ
ラメントを水素原子供給部本体内壁に対し負電位にし、
電子照射により水素解離を促進させたものである。この
装置は、水素原子供給部を除いて、構成・作用は請求項
4,5と同様なので、水素原子供給部のみを図5に示
す。図5において、水素原子供給部15内の熱フィラメ
ント15aは、水素の熱解離用であり、噴射孔15bの
近傍に設置される。本装置の場合、熱フィラメント15
aと水素原子供給部15の本体内壁との間に直流電源1
5cを接続して、熱フィラメント15aの電位を水素原
子供給部の本体内壁に対し負電位にし、熱フィラメント
15aからの熱電子を本体内壁に向かって加速させるこ
とにより、水素解離をさらに促進させるようになってい
る。また、水素原子供給部15の噴射孔15bは、水素
原子を基板表面に効率良く噴射できるようにノズル状に
なっている。このような構成の水素原子供給部内に導入
された水素ガスは、熱フィラメント15aを通過する際
にその一部が解離し、水素原子となって噴射孔15bよ
り基板に向けて効率良く放出される。
Next, the thin film forming apparatus of claim 6 is the thin film forming apparatus of claim 5, wherein the hot filament in the hydrogen atom supply part is set to a negative potential with respect to the inner wall of the hydrogen atom supply part main body,
This is one in which hydrogen dissociation is promoted by electron irradiation. This device has the same structure and operation as those of claims 4 and 5 except for the hydrogen atom supply unit, so only the hydrogen atom supply unit is shown in FIG. In FIG. 5, the hot filament 15a in the hydrogen atom supply unit 15 is for thermal dissociation of hydrogen and is installed near the injection hole 15b. In the case of this device, the hot filament 15
DC power supply 1 between a and the inner wall of the main body of the hydrogen atom supply unit 15
5c is connected so that the potential of the hot filament 15a is set to a negative potential with respect to the inner wall of the main body of the hydrogen atom supply unit, and thermoelectrons from the hot filament 15a are accelerated toward the inner wall of the main body to further promote hydrogen dissociation. It has become. Further, the injection hole 15b of the hydrogen atom supply unit 15 has a nozzle shape so that hydrogen atoms can be efficiently injected onto the substrate surface. A part of the hydrogen gas introduced into the hydrogen atom supply unit having such a configuration is dissociated when passing through the hot filament 15a and becomes hydrogen atoms, which are efficiently released from the injection holes 15b toward the substrate. ..

【0018】次に、請求項7の薄膜形成装置は、請求項
5、あるいは請求項6の薄膜形成装置において、水素原
子供給部内の熱フィラメント近傍部分にレーザを照射
し、水素解離を促進させたものである。この装置は、水
素原子供給部を除いて、構成・作用は請求項4,5,6
と同様なので、水素原子供給部のみを図6に示す。図6
において、水素原子供給部15内の熱フィラメント15
aは、水素の熱解離用であり、噴射孔15bの近傍に設
置される。レーザ17光源からのレーザ光は、真空槽外
より石英窓16及び水素原子供給部15の石英ガラス部
15dを通じて熱フィラメント15aの付近に照射さ
れ、水素解離の促進に用いられる。本装置の場合、水素
原子供給部の内壁を反射ミラーにすることによって、レ
ーザ光を内部に閉じ込め、効率良く利用できるようにな
っている。また、水素原子供給部15の噴射孔15b
は、水素原子を基板表面に効率良く噴射できるようにノ
ズル状になっている。このような構成の水素原子供給部
内に導入された水素ガスは、水素原子供給部内で、熱フ
ィラメント15aの熱輻射及びレーザ光源17からのレ
ーザ照射によりその一部が解離し、水素原子となって噴
射孔15bより基板に向けて効率良く放出される。
Next, in the thin film forming apparatus of claim 7, in the thin film forming apparatus of claim 5 or 6, laser irradiation is applied to a portion in the vicinity of the hot filament in the hydrogen atom supply part to accelerate hydrogen dissociation. It is a thing. This apparatus is constructed and operated except for the hydrogen atom supply section.
Therefore, only the hydrogen atom supply unit is shown in FIG. Figure 6
In the hydrogen atom supply unit 15, the hot filament 15
a is for thermal dissociation of hydrogen and is installed in the vicinity of the injection hole 15b. The laser light from the laser 17 light source is irradiated from the outside of the vacuum chamber through the quartz window 16 and the quartz glass portion 15d of the hydrogen atom supply unit 15 to the vicinity of the hot filament 15a, and is used for promoting hydrogen dissociation. In the case of this device, the inner wall of the hydrogen atom supply part is made into a reflection mirror so that the laser light can be confined inside and used efficiently. Further, the injection hole 15b of the hydrogen atom supply unit 15
Has a nozzle shape so that hydrogen atoms can be efficiently injected onto the substrate surface. The hydrogen gas introduced into the hydrogen atom supply unit having such a configuration is partially dissociated into hydrogen atoms in the hydrogen atom supply unit by thermal radiation of the hot filament 15a and laser irradiation from the laser light source 17. It is efficiently discharged from the injection hole 15b toward the substrate.

【0019】次に、請求項8の薄膜形成装置は、成膜用
真空槽と、材料供給部と、対電極と、グリッドと、フィ
ラメントと、水素原子供給手段と、電源手段と、導電手
段とを有する。上記成膜用真空槽には、活性ガスもしく
は不活性ガス、あるいはこれら両者の混合ガスが導入さ
れるようになっており、材料供給部、対電極、グリッ
ド、フィラメント、水素原子供給手段としての水素原子
供給部等はこの真空槽内に配備される。対電極、材料供
給部は互いに対向するように配備され、対電極は基板ホ
ルダーを兼ねて材料供給部と対向する側に基板を保持す
るようになっている。材料供給部には、対電極と対向す
る面に材料物質の吐出孔として小口径のノズルが複数個
設けられ、また材料物質加熱用のヒーターが取り付けら
れており、材料供給部内外の圧力差を調整可能にし、材
料物質を適当な運動エネルギーを持たせて方向性良く且
つ均一に基板に向けて噴射できるようになっている。
Next, the thin film forming apparatus according to the present invention comprises a film forming vacuum chamber, a material supplying section, a counter electrode, a grid, a filament, a hydrogen atom supplying means, a power supply means, and a conducting means. Have. An active gas, an inert gas, or a mixed gas of both of them is introduced into the film forming vacuum chamber, and a material supply unit, a counter electrode, a grid, a filament, and hydrogen as a hydrogen atom supply means are used. The atom supply unit and the like are arranged in this vacuum chamber. The counter electrode and the material supply unit are arranged so as to face each other, and the counter electrode also serves as a substrate holder and holds the substrate on the side facing the material supply unit. The material supply unit is provided with a plurality of small-diameter nozzles as material substance discharge holes on the surface facing the counter electrode, and a heater for heating the material substance is attached, so that the pressure difference between the inside and outside of the material supply unit is It is adjustable so that the material substance can be jetted to the substrate in a well-directed and uniform manner with appropriate kinetic energy.

【0020】グリッドは材料物質を通過させうるもので
あって、材料供給部と対電極の間に配備され、フィラメ
ントに対し正電位にされる。従って、発生する電界はグ
リッドからフィラメントに向かう。フィラメントは熱電
子を供給するものであり、材料供給部とグリッドの間に
配備される。水素原子供給手段は、基板近傍に水素原子
を高濃度に供給する手段であり、水素原子供給部は基板
表面の前方あるいは側面に設置されるもので水素原子供
給手段の一手法である。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
と真空槽内部が導電手段により電気的に連結される。
The grid is a material which allows the material to pass therethrough, and is arranged between the material supply section and the counter electrode, and has a positive potential with respect to the filament. Therefore, the electric field generated is directed from the grid to the filament. The filament supplies thermoelectrons and is arranged between the material supply section and the grid. The hydrogen atom supply means is a means for supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the substrate, and the hydrogen atom supply part is installed in front of or on the side surface of the substrate and is one method of the hydrogen atom supply means. The power supply means is a means for realizing a predetermined electrical state in the vacuum chamber, and the power supply means and the interior of the vacuum chamber are electrically connected by a conductive means.

【0021】以下、請求項8の薄膜形成装置の実施例と
して図7を挙げ、その構成及び作用を説明する。図7に
おいて、符号1は成膜用真空槽を示しており、図7では
図示を省略されているが、真空槽1の側面には、パッキ
ングを介して、真空槽内部の作業を行なうためのドア型
の蓋が一体化されている。また、真空槽1に設けられた
孔1Aは図示されない排気系に連結されている。成膜用
真空槽1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/または不活性ガスが導
入できるようになっている。成膜用真空槽1には、内部
の気密性を保ち、且つ電気的絶縁性を保ちつつ、支持体
を兼ねた電極21a,21b,22,23と、材料供給
路20、及び水素ガス供給路24が配設されており、こ
れら電極21a,21b,22,23と、材料供給路2
0、及び水素ガス供給路24は、真空槽内部と外部とを
電気的に連結するものであって、他の配線具と共に、導
電手段を構成する。
The structure and operation of the thin film forming apparatus according to the eighth aspect of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a film forming vacuum tank, and although not shown in FIG. 7, a side surface of the vacuum tank 1 is used for performing work inside the vacuum tank through packing. Door type lid is integrated. The hole 1A provided in the vacuum chamber 1 is connected to an exhaust system (not shown). An active gas and / or an inert gas can be introduced into the internal space of the film forming vacuum chamber 1 by a known appropriate method as indicated by reference numeral 4. In the film forming vacuum tank 1, the electrodes 21a, 21b, 22 and 23 also serving as a support, the material supply passage 20, and the hydrogen gas supply passage are provided while maintaining the internal airtightness and the electrical insulation. 24 are provided, and these electrodes 21a, 21b, 22, 23 and the material supply path 2 are provided.
The 0 and the hydrogen gas supply path 24 electrically connect the inside and the outside of the vacuum chamber, and constitute a conductive means together with other wiring tools.

【0022】材料供給部10は、上記材料供給路20に
よって支持され、真空槽外より材料物質を供給できるよ
うになっている。また、この材料供給部10は複数個の
小孔ノズル10a及びヒーター10bを有し、材料物質
を所望の運動エネルギーで方向性良く且つ均一に基板1
00に向けて放出できるようになっている。フィラメン
ト11は熱電子発生用であり蒸発物質の拡がりをカバー
できるようになっている。このフィラメント11を支持
する一対の電極21a,21bには交流電源31が接続
されているが、この交流電源31の代わりに直流電源を
用いてもよく、その場合には正負の向きはどちらでもよ
い。グリッド12を支持する電極22は直流電圧電源3
2の正極側に接続され、直流電圧電源32の負極側は電
極21aに接続される。このグリッド12は蒸発物質を
対電極13側へ通過させうるよう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。
The material supply unit 10 is supported by the material supply passage 20 and can supply the material substance from the outside of the vacuum chamber. In addition, the material supply unit 10 has a plurality of small hole nozzles 10a and a heater 10b, and the material is uniformly directed with desired kinetic energy in the substrate 1
It can be released toward 00. The filament 11 is for generating thermoelectrons, and can cover the spread of the vaporized substance. An AC power supply 31 is connected to the pair of electrodes 21a and 21b supporting the filament 11, but a DC power supply may be used instead of the AC power supply 31, and in that case, the positive and negative directions may be either direction. .. The electrode 22 supporting the grid 12 is a DC voltage power source 3
2 is connected to the positive electrode side, and the negative electrode side of the DC voltage power supply 32 is connected to the electrode 21a. The grid 12 is shaped so as to allow the vaporized substance to pass to the counter electrode 13 side, but in this example, it has a mesh shape.

【0023】対電極13を支持する電極23は、図7の
例ではそのまま電極21aに接続されているが、この間
に直流電源をいれて対電極13にバイアスをかけてもよ
い。この対電極13は基板ホルダーを兼ねており、材料
供給部10と対向する側の面には基板100が適宜の方
法で保持される。対電極13に設置された基板ヒーター
13’は、基板100の加熱に用いられるものであり、
真空槽外から電力を供給するのであるが、簡単のため図
7では図示を省略している。水素原子供給部15は、水
素原子を基板表面近傍に供給する手段であり、水素ガス
供給路24によって支持され、真空槽外部から供給され
た水素ガスを解離させて基板近傍に放出するようになっ
ている。この水素原子供給手段は、装置形状、成膜条件
等に応じて請求項1〜7の水素原子供給手段を適宜使用
することができる。尚、図7の例では、材料供給路20
は電気的に電極21aに接続されているが、これは必ず
しも必要ではない。また、図中の接地も必ずしも必要で
はない。
The electrode 23 supporting the counter electrode 13 is directly connected to the electrode 21a in the example of FIG. 7, but a DC power supply may be put in the meantime to bias the counter electrode 13. The counter electrode 13 also serves as a substrate holder, and the substrate 100 is held on the surface facing the material supply unit 10 by an appropriate method. The substrate heater 13 ′ installed on the counter electrode 13 is used for heating the substrate 100,
Electric power is supplied from outside the vacuum chamber, but illustration is omitted in FIG. 7 for simplicity. The hydrogen atom supply unit 15 is a means for supplying hydrogen atoms to the vicinity of the substrate surface, is supported by the hydrogen gas supply passage 24, and dissociates the hydrogen gas supplied from the outside of the vacuum chamber to release it to the vicinity of the substrate. ing. As the hydrogen atom supply means, the hydrogen atom supply means according to any one of claims 1 to 7 can be appropriately used depending on the apparatus shape, film forming conditions and the like. In the example of FIG. 7, the material supply passage 20
Are electrically connected to the electrodes 21a, but this is not necessary. Further, the grounding in the figure is not always necessary.

【0024】さて、上記の電源手段により、グリッド1
2はフィラメント11に対して正電位となり、電界はグ
リッド12からフィラメント11へ向かう。また、図7
の例のように、対電極13をグリッド12に対して負電
位にした場合には、グリッド12から対電極13へも電
界が発生する。従って、この薄膜形成装置では、フィラ
メント加熱用電源31とグリッド用直流電圧電源32の
調節により、グリッド−フィラメント間、グリッド−対
電極間に安定なプラズマ状態を作ることができる。尚、
実際には、上記電気的接続は導電手段の一部を構成する
スイッチを含み、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。
Now, by the above power supply means, the grid 1
2 has a positive potential with respect to the filament 11, and the electric field goes from the grid 12 to the filament 11. In addition, FIG.
When the counter electrode 13 is set to have a negative potential with respect to the grid 12 as in the above example, an electric field is also generated from the grid 12 to the counter electrode 13. Therefore, in this thin film forming apparatus, a stable plasma state can be created between the grid and the filament and between the grid and the counter electrode by adjusting the filament heating power supply 31 and the grid DC voltage power supply 32. still,
Actually, the electrical connection includes switches forming a part of the conductive means, and the vapor deposition process is executed by operating these switches, but these switches are not shown.

【0025】さて、以上のように構成された薄膜形成装
置で蒸着プロセスを実行すると、材料供給部10から放
出された材料物質はプラズマ中でイオン化され、電界に
より基板100に向かって加速される。そして、このイ
オン粒子の運動エネルギーの効果と、水素原子供給部1
5から供給された基板表面近傍の水素原子のアシストに
よる材料物質の分解反応の促進の効果により、基板10
0への密着性に優れ、結晶性も良好なカーボン薄膜、シ
リコン薄膜を、より低温で得ることができる。例えば、
導入ガスとしてAr等を選択し、水素原子供給部15に
より基板近傍に水素原子を供給し、真空槽1内の圧力を
10〜1/102 Paに調整する。そして、材料物質と
してC22、CH4 を用いれば、比較的低温の基板上に
おいても、良質なカーボン薄膜またはダイヤモンド薄膜
を形成でき、また、材料物質としてSiH4 を用いれ
ば、良質なシリコン薄膜を形成することができる。同様
に、導入ガスとしてN2 及び/またはArを選択し、基
板近傍に水素原子を供給し、材料物質としてSiH4
NH3を用いれば、SiNX 薄膜のような良質な化合物
薄膜の形成も可能である。
Now, when the vapor deposition process is executed in the thin film forming apparatus configured as described above, the material substance released from the material supply unit 10 is ionized in the plasma and accelerated toward the substrate 100 by the electric field. The effect of the kinetic energy of the ion particles and the hydrogen atom supply unit 1
The effect of accelerating the decomposition reaction of the material substance by the assist of hydrogen atoms near the substrate surface supplied from
It is possible to obtain a carbon thin film and a silicon thin film having excellent adhesion to 0 and good crystallinity at a lower temperature. For example,
Ar or the like is selected as the introduction gas, hydrogen atoms are supplied to the vicinity of the substrate by the hydrogen atom supply unit 15, and the pressure in the vacuum chamber 1 is adjusted to 10 to 1/10 2 Pa. If C 2 H 2 or CH 4 is used as the material, a good quality carbon thin film or diamond thin film can be formed even on a substrate at a relatively low temperature, and if SiH 4 is used as the material, good quality silicon can be obtained. A thin film can be formed. Similarly, N 2 and / or Ar is selected as the introduced gas, hydrogen atoms are supplied near the substrate, and SiH 4 + is used as the material.
If NH 3 is used, it is possible to form a high quality compound thin film such as a SiN x thin film.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜形成
装置においては、基板表面近傍に水素原子を高濃度に供
給しながら成膜プロセスを実行できるため、基板表面近
傍の水素原子アシストにより材料物質の分解反応を促進
することができ、従来難しいとされていた、結晶性や電
気的特性に優れたカーボン薄膜、シリコン薄膜の形成
が、高い成膜温度(結晶化温度、反応温度)を与えずに
実現でき、より一層容易となる。従って、本発明の薄膜
形成装置によれば、結晶性や電気的特性に優れた良好な
膜構造を有するカーボン薄膜、シリコン薄膜を、耐熱性
の低い基板等に対しても密着性良く容易に形成すること
ができる。
As described above, in the thin film forming apparatus of the present invention, the film forming process can be performed while supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the substrate surface. The formation of carbon thin film and silicon thin film, which can accelerate the decomposition reaction of substances and which has been considered difficult in the past, with excellent crystallinity and electrical characteristics, gives high film formation temperature (crystallization temperature, reaction temperature). It can be realized without any further and becomes even easier. Therefore, according to the thin film forming apparatus of the present invention, a carbon thin film or a silicon thin film having a good film structure excellent in crystallinity and electrical characteristics can be easily formed with good adhesion even to a substrate having low heat resistance. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】請求項1,2の一実施例を示す薄膜形成装置の
概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing one embodiment of claims 1 and 2.

【図2】請求項3の一実施例を示す図であって、(a)
は薄膜形成装置の基板近傍部分のみを示す側断面図、
(b)は基板近傍部分の平面図である。
FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of claim 3, (a)
Is a side sectional view showing only a portion near the substrate of the thin film forming apparatus,
(B) is a plan view of a portion near the substrate.

【図3】請求項4の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of claim 4.

【図4】請求項5の一実施例を示す図であって、薄膜形
成装置の水素原子供給部の概略構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of claim 5 and is a diagram showing a schematic configuration of a hydrogen atom supply unit of the thin film forming apparatus.

【図5】請求項6の一実施例を示す図であって、薄膜形
成装置の水素原子供給部の概略構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of claim 6 and is a diagram showing a schematic configuration of a hydrogen atom supply unit of the thin film forming apparatus.

【図6】請求項7の一実施例を示す図であって、薄膜形
成装置の水素原子供給部の概略構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of claim 7 and is a diagram showing a schematic configuration of a hydrogen atom supply unit of the thin film forming apparatus.

【図7】請求項8の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of claim 8.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・成膜用真空槽 5・・・水素ガス導入手段 10・・・材料供給部 11・・・フィラメント 12・・・グリッド 13・・・基板ホルダー(対電極) 13’・・・基板加熱手段 14・・・水素ガス供給部 15・・・水素原子供給部 16・・・窓 17・・・レーザ光源 18・・・全反射ミラー 20・・・材料供給路 21a,21b,22,23・・・支持体兼用電極 31・・・フィラメント加熱用電源 32・・・直流電圧電源 100・・・被薄膜形成基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber for film formation 5 ... Hydrogen gas introduction means 10 ... Material supply part 11 ... Filament 12 ... Grid 13 ... Substrate holder (counter electrode) 13 '... Substrate Heating unit 14 ... Hydrogen gas supply unit 15 ... Hydrogen atom supply unit 16 ... Window 17 ... Laser light source 18 ... Total reflection mirror 20 ... Material supply path 21a, 21b, 22, 23・ ・ ・ Support / electrode 31 ・ ・ ・ Filament heating power supply 32 ・ ・ ・ DC voltage power supply 100 ・ ・ ・ Thin film forming substrate

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】カーボン薄膜もしくはシリコン薄膜形成用
の薄膜形成装置であって、薄膜形成材料及び水素ガスが
導入される成膜用真空槽と、上記真空槽内に配備され被
薄膜形成基板を保持する基板ホルダーと、被薄膜形成基
板を加熱する手段と、上記真空槽内に薄膜形成材料を供
給する手段とを有し、被薄膜形成基板近傍において、水
素原子を高濃度に供給しながら成膜が行なえるような装
置構成及び手段がとられたことを特徴とする薄膜形成装
置。
1. A thin film forming apparatus for forming a carbon thin film or a silicon thin film, comprising: a film forming vacuum tank into which a thin film forming material and hydrogen gas are introduced; and a thin film forming substrate held in the vacuum tank to hold a thin film forming substrate. And a means for heating the substrate on which the thin film is to be formed and a means for supplying a thin film forming material into the vacuum chamber, and forming a film while supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the substrate on which the thin film is formed. An apparatus for forming a thin film, characterized in that an apparatus configuration and means for achieving the above are adopted.
【請求項2】請求項1記載の薄膜形成装置において、被
薄膜形成基板近傍に水素原子を高濃度に供給する方法と
して、被薄膜形成基板近傍に水素ガスを供給する手段を
有し、レーザ照射、あるいは水銀ランプ照射等により水
素解離させ、被薄膜形成基板近傍の水素原子濃度を高め
るようにしたことを特徴とする薄膜形成装置。
2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein as a method for supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the thin film forming substrate, means for supplying hydrogen gas in the vicinity of the thin film forming substrate is provided, and laser irradiation is performed. Alternatively, the thin film forming apparatus is characterized in that hydrogen is dissociated by irradiation with a mercury lamp or the like to increase the concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the thin film forming substrate.
【請求項3】請求項2記載の薄膜形成装置において、レ
ーザ照射による水素解離を効率良く行なうため、全反射
ミラーを被薄膜形成基板表面近傍に設置して照射効率の
向上をはかったことを特徴とする薄膜形成装置。
3. The thin film forming apparatus according to claim 2, wherein in order to efficiently dissociate hydrogen by laser irradiation, a total reflection mirror is installed near the surface of the thin film forming substrate to improve irradiation efficiency. Thin film forming apparatus.
【請求項4】請求項1記載の薄膜形成装置において、被
薄膜形成基板近傍に水素原子を高濃度に供給する方法と
して、被薄膜形成基板表面の前方あるいは側面に、水素
原子供給部を設置したことを特徴とする薄膜形成装置。
4. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a method for supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the thin film forming substrate is to install a hydrogen atom supply unit in front of or on the side surface of the thin film forming substrate. A thin film forming apparatus characterized by the above.
【請求項5】請求項4記載の薄膜形成装置において、水
素原子供給部内に水素解離用の熱フィラメントを設置
し、成膜用真空槽に対して高い圧力となるように水素ガ
スを水素原子供給部内に導入し、水素原子供給部の噴射
孔をノズル形状にして、水素原子を被薄膜形成基板表面
に効率良く噴射させるようにしたことを特徴とする薄膜
形成装置。
5. The thin film forming apparatus according to claim 4, wherein a hydrogen filament for hydrogen dissociation is installed in the hydrogen atom supply unit, and hydrogen gas is supplied to the film formation vacuum tank so that the hydrogen gas has a high pressure. The thin film forming apparatus is characterized in that it is introduced into the inside of the chamber, and the injection hole of the hydrogen atom supply unit is formed into a nozzle shape so that hydrogen atoms are efficiently injected onto the surface of the thin film forming substrate.
【請求項6】請求項5記載の薄膜形成装置において、水
素原子供給部内の熱フィラメントを水素原子供給部本体
内壁に対し負電位にして、水素解離を促進させたことを
特徴とする薄膜形成装置。
6. The thin film forming apparatus according to claim 5, wherein the hot filament in the hydrogen atom supplying unit is set to a negative potential with respect to the inner wall of the main body of the hydrogen atom supplying unit to promote hydrogen dissociation. ..
【請求項7】請求項5あるいは請求項6記載の薄膜形成
装置において、水素原子供給部内の熱フィラメント近傍
部分にレーザ光を照射して、水素解離を促進させたこと
を特徴とする薄膜形成装置。
7. The thin film forming apparatus according to claim 5 or 6, wherein a portion of the hydrogen atom supplying portion near the hot filament is irradiated with laser light to promote hydrogen dissociation. ..
【請求項8】活性ガスも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成膜用真空槽と、上記真
空槽内に配備され材料供給路より真空外から蒸気又は霧
状とした薄膜形成材料を方向性良く且つ均一に基板に向
けて噴射することができる材料供給部と、上記真空槽内
において上記材料供給部と対向するように配備され被薄
膜形成基板を保持する対電極と、上記真空槽内において
上記材料供給部と上記対電極の間に配備され薄膜形成材
料を通過させ得るグリッドと、上記真空槽内において上
記グリッドと上記材料供給部の間に配備される熱電子発
生用のフィラメントと、被薄膜形成基板を加熱する手段
と、上記フィラメントに対し上記グリッドを正電位にす
る電位手段と、上記真空槽内に所定の電位配分を実現す
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、被薄膜形成基板表
面近傍において、水素原子を高濃度に供給しながら成膜
が行なえるような装置構成及び手段がとられたことを特
徴とする薄膜形成装置。
8. A vacuum tank for film formation into which an active gas or an inert gas or a mixed gas of both of them is introduced, and a thin film formed in the vacuum tank from outside the vacuum to vapor or mist from a material supply passage. A material supply unit capable of spraying a material onto the substrate with good directionality and uniformity; a counter electrode arranged to face the material supply unit in the vacuum chamber and holding a thin film forming substrate; A grid that is provided between the material supply unit and the counter electrode in the vacuum chamber and allows the thin film forming material to pass therethrough; and for thermionic generation that is provided between the grid and the material supply unit in the vacuum chamber. A filament, a means for heating the thin film formation substrate, a potential means for making the grid a positive potential with respect to the filament, and a power supply means for realizing a predetermined potential distribution in the vacuum chamber. An apparatus configuration having conductive means for electrically connecting the inside of the vacuum chamber and the power source means, and capable of performing film formation while supplying a high concentration of hydrogen atoms in the vicinity of the surface of the thin film formation substrate, and A thin film forming apparatus characterized in that a means is taken.
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