JPH06207266A

JPH06207266A - 薄膜形成物の製造方法および装置

Info

Publication number: JPH06207266A
Application number: JP275893A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shibata; 尚柴田; Hiroyuki Tokushige; 裕之徳重
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1994-07-26

Abstract

(57)【要約】【目的】基体表面に、低温かつ高速で薄膜を形成す
る。【構成】真空チャンバ２内において基体１６を水平軸
線のまわりに回動させ、その基体１６の下方から蒸着
法，反応性蒸着法，イオンプレーティング法または反応
性イオンプレーティング法により基体１６の表面に薄膜
を連続的に形成する。同時に、上方からスパッタリング
法または反応性スパッタリング法により基体１６の表面
に薄膜を連続的に形成する。【効果】低温で且つ高速，高品質に薄膜を形成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜形成物の製造方
法および装置に関し、さらに詳しくは、立体物である基
体の表面に金属，合金，化合物の単層あるいは多層の薄
膜を連続的に形成する薄膜形成物の製造方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば円筒形のような立体物の基
体の表面に薄膜を形成する場合、熱ＣＶＤ法が採用され
ている。この熱ＣＶＤ法では、気体状態の原料を用いる
ので、その気体状態の原料を供給するノズルの形状，配
置を適切にすることで、立体物の基体の全表面に同時に
薄膜を形成できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱ＣＶＤ法は、薄膜の
形成速度が速い長所がある。

【０００４】しかし、熱ＣＶＤ法は、一般に１０００゜
Ｃ以上の高温下で行われるため、熱的損傷が生じやすい
材料や熱的寸法変化が生じやすい材料の基体に対しては
適用できない問題点がある。

【０００５】一方、低温下で行われる薄膜形成方法とし
ては、蒸着法やスパッタリング法などのＰＶＤ法が知ら
れている。真空蒸着法も、薄膜の形成速度が速いという
長所を持っている。しかし、真空蒸着法は、固体状態の
原料を用いるので、その固体状態の原料を供給する固体
原料供給源を基体の下部にしか設置できず、基体の下面
でのみ薄膜形成が行われ、基体の上面では薄膜形成が行
われない。このため、基体を回転すれば立体物の基体の
全表面に薄膜を形成することが可能になるものの、薄膜
の形成速度が遅くなってしまうという問題点がある。ま
た、スパッタリング法では、基体の周囲に複数個のター
ゲットを配置すれば立体物の基体の全表面に同時に薄膜
を形成できるが、スパッタリング法は本質的に薄膜の形
成速度が遅い問題点がある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、低温下で行う
ことが出来ると共に，薄膜の形成速度が速い薄膜形成物
の製造方法および装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、この発
明は、真空チャンバ内に保持した基体を水平軸線のまわ
りに回転させながら、その基体の下方から蒸着法，反応
性蒸着法，イオンプレーティング法または反応性イオン
プレーティング法（以下、下側薄膜形成法という）によ
り基体の表面に薄膜を形成し、それと同時に、その基体
の上方からスパッタリング法または反応性スパッタリン
グ法（以下、上側薄膜形成法という）により基体の表面
に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成物の製造方
法を提供する。

【０００８】第２の観点では、この発明は、上記薄膜形
成物の製造方法において、前記下側薄膜形成法として複
数の蒸発源を用いるか又は前記上側薄膜形成法として複
数のターゲットを用いるかの少なくとも一方により、前
記基体の表面に異種の薄膜を積層形成することを特徴と
する薄膜形成物の製造方法を提供する。

【０００９】第３の観点では、この発明は、上記薄膜形
成物の製造方法において、前記真空チャンバ内を、前記
基体より上側の室と下側の室とに仕切ると共に、それら
各室を異なる圧力とすることを特徴とする薄膜形成物の
製造方法を提供する。

【００１０】第４の観点では、この発明は、真空排気手
段によって減圧される真空チャンバと、基体を真空チャ
ンバ内部で水平軸線のまわりに回転可能に支持する基体
ホルダと、蒸着法，反応性蒸着法，イオンプレーティン
グ法または反応性イオンプレーティング法により前記基
体の下方から基体の表面に薄膜を形成するべく前記真空
チャンバの下側に設けられた下側薄膜形成手段と、スパ
ッタリング法または反応性スパッタリング法により前記
基体の下方から基体の表面に薄膜を形成するべく前記真
空チャンバの上側に設けられた上側薄膜形成手段とを具
備してなることを特徴とする薄膜の製造装置を提供す
る。

【００１１】第５の観点では、この発明は、上記薄膜の
製造装置において、前記基体ホルダの側方に、前記真空
チャンバ内を上側の室と下側の室とに仕切る仕切部材を
具備すると共に、前記真空排気手段が、前記上側の室と
下側の室の圧力を個別に制御する圧力制御手段を含むこ
とを特徴とする薄膜の製造装置を提供する。

【００１２】

【作用】この発明の薄膜形成物の製造方法および装置で
は、基体を真空チャンバ内において水平軸線のまわりに
回転させ，その基体の下方から蒸着法，反応性蒸着法，
イオンプレーティング法または反応性イオンプレーティ
ング法（以下、下側薄膜形成法という）により、また、
上方からスパッタリング法または反応性スパッタリング
法（以下、上側薄膜形成法という）により、前記基体の
表面に薄膜を連続的に製造する。すなわち、基体の下方
では、高速で薄膜の形成が可能である前記下側薄膜形成
法により薄膜形成する。同時に、前記下側薄膜形成法に
よる薄膜形成が不可能な基体の上方では、前記上側薄膜
形成法により薄膜形成を行う。これより、薄膜の形成は
真空チャンバの下部と上部とで同時に行われる。従っ
て、円筒形のような立体物の基体に、低温でかつ高速に
薄膜形成を行うことが出来る。

【００１３】

【実施例】以下、図に示す実施例によりこの発明をさら
に説明する。なお、これによりこの発明が限定されるも
のではない。

【００１４】−第１実施例− 図１は、この発明の薄膜形成物の製造装置の第１実施例
を示す概略構成図である。この薄膜形成物の製造装置１
００において、真空チャンバ２の底部には、電子ビーム
加熱によって固体原料６を蒸発させる電子ビーム蒸発源
７が設けられている。その電子ビーム蒸発源７は、真空
チャンバ２外に設置されている電子ビーム蒸発源駆動用
電源８に接続されている。

【００１５】真空チャンバ２の頂部には、固体原料ター
ゲット９を備えたマグネトロン型のスパッタリング機構
１０が設けられている。そのスパッタリング機構１０
は、真空チャンバ２外に設置されているスパッタリング
機構駆動用電源１１に接続されている。真空チャンバ２
の壁面は、金属などの導電性材料製であり、アース電位
に保持されている。

【００１６】真空チャンバ２の側壁の上部と下部には、
それぞれ真空排気口３，３が設けられている。それら真
空排気口３，３は、可変バルブ４，４を介して、真空ポ
ンプ５に連結されている。真空チャンバ２の側壁の上部
には、スパッタリング用ガス導入管１２ｓが設置されて
いる。そのスパッタリング用ガス導入管１２ｓは、バル
ブ１３ｓおよびマスフローコントローラ１４ｓを介し
て、スパッタリング用ガスボンベ１５ｓに連結されてい
る。そのスパッタリング用ガスボンベ１５ｓには、スパ
ッタリング用ガス（例えば、アルゴン）が充填されてい
る。

【００１７】真空チャンバ２の側壁の上部および下部に
は、反応性ガス導入管１２ｒ，１２ｒが設置されてい
る。その反応性ガス導入管１２ｒは、バルブ１３ｒおよ
びマスフローコントローラ１４ｒを介して、反応性ガス
ボンベ１５ｒに連結されている。その反応性ガスボンベ
１５ｒには、反応性ガス（例えば、窒素や水素）が充填
されている。

【００１８】真空チャンバ２の中央部には、円筒状の基
体１６が着脱可能にホルダ１８によって支持されてい
る。基体１６は、真空チャンバ２の外部に設けられた回
転駆動装置（図示せず）によって、水平軸線のまわりに
回転される。また、基体１６の外周面に対向して、複数
のヒータ１７が設けられている。

【００１９】次に、動作を説明する。まず、薄膜を形成
したい基体１６を、ホルダ１８により、真空チャンバ２
の中央に支持する。そして、真空ポンプ５を作動させて
真空チャンバ２内を真空排気する。また、ヒータ１７を
作動させて基体１６を所定の温度に加熱する（但し、熱
ＣＶＤ法のような高温ではない）。さらに、その基体１
６を回転駆動装置によって回転させる。そして、スパッ
タリング用ガス導入管１２ｓより、スパッタリング用ガ
スを真空チャンバ２に導入する。この状態で、電子ビー
ム蒸発源７を作動させて固体原料６を蒸発させると、蒸
発粒子６ａは上方に向けて移動し、基体１６の下側にな
っている表面に付着堆積する。なお、基体１６は回転し
ているから、基体１６の全表面に固体原料６の薄膜が形
成される。また、スパッタリング機構１０を作動させて
固体原料ターゲット９を粒子９ａとして下方の基体１６
に向けて照射すると、粒子９ａは基体１６の上側になっ
ている表面に付着堆積する。前記同様に、基体１６は回
転しているから、基体１６の全表面に固体原料ターゲッ
ト９の薄膜が形成される。

【００２０】結局のところ、ＰＶＤ法を用いるから低温
下で薄膜を形成できると共に、基体１６の上側と下側で
同時に薄膜の形成を行うから薄膜の形成速度を速くでき
るようになる。

【００２１】なお、化合物の薄膜を製造する場合には、
反応性ガス導入管１２ｒより反応性ガスを導入して反応
性蒸着法および反応性スパッタリング法とする。また、
固体原料６と固体原料ターゲット９を異なる原料とし、
異種の積層薄膜を形成してもよい。

【００２２】製造例１の１上記薄膜形成物製造装置１００に、外径５０ｍｍのアル
ミニウム製の円筒状基体１６を入れ、真空チャンバ２内
を１×１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧し、基体１６の温度を２
００゜Ｃとし、基体１６を１０ｒｐｍで回転させた。固
体原料６としてシリコンを用い、電子ビーム蒸発源６を
作動させて基体１６上にシリコンの蒸着を行った。同時
に、ガス導入管１２からスパッタリング用ガスとしてア
ルゴンを導入し、固体原料ターゲット９としてシリコン
を用いてスパッタリング機構１０を作動させ、基体１６
にシリコンの薄膜を形成した。所定時間後、基体１６を
取り出し、薄膜を評価した。薄膜は、ＥＰＭＡ(Ｅlectr
on Ｐrobe Ｍicro Ａnalysis）により、Ｓｉであると同
定された。また、ＸＲＤ(ＸＲay Ｄiffracation)によ
り、非晶質であることが判った。そして、膜厚測定の結
果から、薄膜の形成速度は、約３０μｍ／ｈと算出され
た。

【００２３】比較例１の１スパッタリング機構１０を作動させない以外は上記製造
例１の１と同一条件で薄膜を形成した（つまり、蒸着の
みにより薄膜を形成した）。この場合、薄膜の形成速度
は、約２０μｍ／ｈと算出された。また、電子ビーム蒸
発源６を作動させない以外は上記製造例１の１と同一条
件で薄膜を形成した（つまり、スパッタリングのみによ
り薄膜を形成した）。この場合、薄膜の形成速度は、約
１０μｍ／ｈと算出された。

【００２４】製造例１の２上記薄膜形成物製造装置１００に、外径５０ｍｍのアル
ミニウム製の円筒状基体１６を入れ、真空チャンバ２内
を１×１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧し、基体１６の温度を２
００゜Ｃとし、基体１６を１０ｒｐｍで回転させた。固
体原料６としてチタンを用い、反応性ガス導入管１２
ｒ，１２ｒから窒素を導入し、電子ビーム蒸発源６を作
動させて基体１６上に窒化チタンの蒸着を行った。同時
に、固体原料ターゲット９としてチタンを用いてスパッ
タリング機構１０を作動させ、基体１６に窒化チタンの
薄膜を形成した。所定時間後、基体１６を取り出し、薄
膜を評価した。薄膜は、ＸＲＤにより、ＴｉＮであると
同定された。また、ＥＰＭＡにより、ＴｉとＮの比は約
１であることが判った。そして、膜厚測定の結果から、
薄膜の成形速度は、約８μｍ／ｈと算出された。

【００２５】比較例１の２スパッタリング機構１０を作動させない以外は上記製造
例１の２と同一条件で薄膜を形成した（つまり、反応性
蒸着のみにより薄膜を形成した）。この場合、薄膜の形
成速度は、約５μｍ／ｈと算出された。また、電子ビー
ム蒸発源６を作動させない以外は上記製造例１の２と同
一条件で薄膜を形成した（つまり、反応性スパッタリン
グのみにより薄膜を形成した）。この場合、薄膜の形成
速度は、約３μｍ／ｈと算出された。

【００２６】製造例１の３上記薄膜形成物製造装置１００に、外径５０ｍｍのアル
ミニウム製の円筒状基体１６を入れ、真空チャンバ２内
を１×１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧し、基体１６の温度を２
００゜Ｃとし、基体１６を１０ｒｐｍで回転させた。固
体原料６としてシリコンを用い、電子ビーム蒸発源６を
作動させて基体１６上にシリコンの蒸着を行った。同時
に、スパッタリング用ガス導入管１２ｓからスパッタリ
ング用ガスとしてアルゴンを導入し、固体原料ターゲッ
ト９としてチタンを用いてスパッタリング機構１０を作
動させ、基体１６にチタンの薄膜を形成した。所定時間
後、基体１６を取り出し、薄膜を評価した。薄膜は、Ａ
ＥＳ(Ａuger Ｅlectron Ｓpectroscopy)により、Ｓｉ，
Ｔｉの積層膜であると同定された。

【００２７】−第２実施例− 図２は、この発明の薄膜形成物の製造装置の第２実施例
を示す概略構成図である。この薄膜形成物の製造装置２
００において、真空チャンバ２の底部には、電子ビーム
加熱によって固体原料３１，３２を蒸発させる電子ビー
ム蒸発源３３，３４が設けられている。その電子ビーム
蒸発源３３，３４は、真空チャンバ２外に設置されてい
る電子ビーム蒸発源駆動用電源３５，３６に接続されて
いる。

【００２８】真空チャンバ２の頂部には、固体原料ター
ゲット３７，３８を備えたマグネトロン型のスパッタリ
ング機構４０，４１が設けられている。そのスパッタリ
ング機構４０，４１は、真空チャンバ２外に設置されて
いるスパッタリング機構駆動用電源４２，４３に接続さ
れている。真空チャンバ２の壁面は、金属などの導電性
材料製であり、アース電位に保持されている。真空チャ
ンバ２の側壁の上部と下部には、それぞれ真空排気口
３，３が設けられている。それら真空排気口３，３は、
可変バルブ４，４を介して、真空ポンプ５に連結されて
いる。真空チャンバ２の側壁の上部には、スパッタリン
グ用ガス導入管１２ｓが設置されている。そのスパッタ
リング用ガス導入管１２ｓは、バルブ１３ｓおよびマス
フローコントローラ１４ｓを介して、スパッタリング用
ガスボンベ１５ｓに連結されている。そのスパッタリン
グ用ガスボンベ１５ｓには、スパッタリング用ガスが充
填されている。

【００２９】真空チャンバ２の側壁の上部および下部に
は、反応性ガス導入管１２ｒ，１２ｒが設置されてい
る。その反応性ガス導入管１２ｒは、バルブ１３ｒおよ
びマスフローコントローラ１４ｒを介して、反応性ガス
ボンベ１５ｒに連結されている。その反応性ガスボンベ
１５ｒには、反応性ガスが充填されている。

【００３０】真空チャンバ２の中央部には、円筒状の基
体１６が着脱可能にホルダ１８によって支持されてい
る。基体１６は、真空チャンバ２の外部に設けられた回
転駆動装置（図示せず）によって、水平軸線のまわりに
回転される。また、基体１６の外周面に対向して、複数
のヒータ１７が設けられている。

【００３１】次に、動作を説明する。まず、薄膜を形成
したい基体１６を、ホルダ１８により、真空チャンバ２
の中央に支持する。そして、真空ポンプ５を作動させて
真空チャンバ２内を真空排気する。また、ヒータ１７を
作動させて基体１６を所定の温度に加熱する（但し、熱
ＣＶＤ法のような高温ではない）。さらに、その基体１
６を回転駆動装置によって回転させる。そして、スパッ
タリング用ガス導入管１２ｓより、スパッタリング用ガ
スを真空チャンバ２に導入する。この状態で、電子ビー
ム蒸発源３３，３４を作動させて固体原料３１，３２を
蒸発させると、蒸発粒子３１ａ，３２ａは上方に向けて
移動し、基体１６の下側になっている表面に付着堆積す
る。なお、基体１６は回転しているから、基体１６の全
表面に固体原料３１，３２の薄膜が形成される。また、
スパッタリング機構３７，３８を作動させて固体原料タ
ーゲット３９，４０を粒子３７ａ，３８ａとして下方の
基体１６に向けて照射すると、粒子３７ａ，３８ａは基
体１６の上側になっている表面に付着堆積する。前記同
様に、基体１６は回転しているから、基体１６の全表面
に固体原料ターゲット３７，３８の薄膜が形成される。

【００３２】固体原料３１，３２または固体原料ターゲ
ット３７，３８を異なる原料とすれば、異種の薄膜を形
成することが出来る。この場合、電子ビーム蒸発源３
３，３４を作動させて固体原料３１，３２を蒸発させる
と、蒸発粒子３１ａ，３２ａは上方に向けて移動し、基
体１６の下側になっている表面の電子ビーム蒸発源３３
側には、蒸発粒子３１ａが付着堆積し，電子ビーム蒸発
源３４側には、蒸発粒子３２ａが付着堆積する。なお、
基体１６は回転しているから、基体１６の全表面に固体
原料３１，３２の薄膜が順に形成される。また、スパッ
タリング機構３９，４０を作動させて固体原料ターゲッ
ト３７，３８を粒子３７ａ，３８ａとして下方の基体１
６に向けて照射すると、粒子３７ａ，３８ａは基体１６
の上側になっている表面のスパッタリング機構３９側に
は粒子３７ａが付着堆積し，スパッタリング機構４０側
には粒子３８ａが付着堆積する。前記同様に、基体１６
は回転しているから、基体１６の全表面に固体原料ター
ゲット３７，３８の薄膜が順に形成される。

【００３３】結局のところ、ＰＶＤ法を用いるから低温
下で薄膜を形成できると共に、基体１６の上側と下側で
同時に且つ複数個の電子ビーム蒸発源およびスパッタリ
ング機構で薄膜の形成を行うから薄膜の形成速度を速く
できるようになる。

【００３４】化合物の薄膜を製造する場合には、反応性
ガス導入管１２ｒ，１２ｒより反応性ガスを導入して反
応性蒸着法および反応性スパッタリング法とすればよ
い。

【００３５】製造例２の１上記薄膜形成物製造装置２００に、外径５０ｍｍのアル
ミニウム製の円筒状基体１６を入れ、真空チャンバ２内
を１×１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧し、基体１６の温度を２
００゜Ｃとし、基体１６を１０ｒｐｍで回転させた。固
体原料３１，３２としてチタン，クロムを用い、電子ビ
ーム蒸発源３３，３４を作動させて基体１６上にチタ
ン，クロムの蒸着を行った。同時に、スパッタリング用
ガス導入管１２ｓからスパッタリング用ガスとしてアル
ゴンを導入し、固体原料ターゲット３７，３８としてク
ロム，チタンを用いてスパッタリング機構３９，４０を
作動させ、基体１６にクロム，チタンの薄膜を形成し
た。所定時間後、基体１６を取り出し、薄膜を評価し
た。薄膜は、ＡＥＳ，ＸＲＤにより、Ｔｉ，Ｃｒの積層
膜であると同定された。

【００３６】製造例２の２上記薄膜形成物製造装置２００に、外径５０ｍｍのアル
ミニウム製の円筒状基体１６を入れ、真空チャンバ２内
を１×１０^-7Ｔｏｒｒまで減圧し、基体１６の温度を２
００゜Ｃとし、基体１６を１０ｒｐｍで回転させた。反
応性ガス導入管１２ｒ，１２ｒから窒素を導入し、固体
原料３１，３２としてチタン，クロムを用い、電子ビー
ム蒸発源３３，３４を作動させて基体１６上に窒化チタ
ン，窒化クロムの蒸着を行った。同時に、固体原料ター
ゲット３７，３８としてチタン，クロムを用いてスパッ
タリング機構３９，４０を作動させ、基体１６に窒化チ
タン，窒化クロムの薄膜を形成した。所定時間後、基体
１６を取り出し、薄膜を評価した。薄膜は、ＡＥＳ，Ｘ
ＲＤにより、ＴｉＮ，ＣｒＮの積層膜であると同定され
た。

【００３７】−第３実施例− 図３は、この発明の第３実施例の薄膜製造装置を示す概
略構成図である。なお、この実施例において、図１の実
施例と対応する部分には同一の符号を付し，重複する説
明は省略する。この薄膜製造装置３００において、固体
原料６を励起する固体原料励起手段として、アーク放電
型のイオン化機構２２が設けられる。このイオン化機構
２２は、イオン化電極２３と熱電子放射フィラメント２
４とからなり，励起用電源２５，２６から印加される電
圧の大きさにより蒸発粒子６ａの励起状態を制御する。

【００３８】また、基体１６の側方に真空チャンバ２の
側壁内面から基体１６の外周面近傍にまで伸びる仕切部
材２７が設けられる。この仕切部材２７は、真空チャン
バ２の外部に設けられた駆動機構２８により基体１６に
対して進退移動可能である。

【００３９】さらに、スパッタリング用ガス導入管１２
ｓが真空チャンバ２の上側の室に設けられており、真空
チャンバ２の上側の室に独立な条件でガスを導入するこ
とができる。スパッタリング用ガスボンベ１５ｓには、
スパッタリング用ガスが入っており，これらは、マスフ
ローコントローラー１４ｓ，バルブ１３ｓを介して、真
空チャンバ２内に供給される。

【００４０】さらに、反応性ガス導入管１２ｒ，１２’
が真空チャンバ２の上側の室と下側の室とに設けられて
おり、真空チャンバ２の上側の室と下側の室とに独立な
条件でガスを導入することができる。反応性ガスボンベ
１５ｒ，１５’には、反応性ガスが入っており，これら
は、マスフローコントローラー１４ｒ，１４’，バルブ
１３ｒ，１３’を介して、真空チャンバ２内に供給され
る。

【００４１】真空チャンバ２の側壁の上部と下部には、
それぞれ真空排気口３，３が設けられている。それら真
空排気口３，３は、可変バルブ４，４を介して、真空ポ
ンプ５に連結されている。真空チャンバ２の中央部に
は、円筒状の基体１６が着脱可能にホルダ１８によって
支持されている。基体１６は、真空チャンバ２の外部に
設けられた回転駆動装置（図示せず）によって、水平軸
線のまわりに回転される。また、基体１６の外周面に対
向して、複数のヒータ１７が設けられている。

【００４２】この薄膜製造装置３００において、基体１
６の表面に薄膜を形成しようとする場合、まず、仕切部
材２７を後退させた状態で、基体１６を取り付ける。次
に、駆動機構２８により仕切部材２７を内方に移動さ
せ，基体１６の回転の支障とならない程度にまでその外
周面に近付ける。それによって、基体１６と仕切部材２
７との隙間は極めて小さくなり、真空チャンバ２の上側
の室と下側の室は実質的に独立したものとなる。そし
て、真空ポンプ５を作動させて、真空チャンバ２内を真
空排気する。

【００４３】次に、反応性ガス導入管１２’より、真空
チャンバ２の下側の室に反応性ガスを導入する。この状
態で電子ビーム蒸発源７，イオン化機構２２を作動させ
て固体原料６を蒸発させると共に、その一部を励起す
る。すると、蒸発粒子および励起された粒子６ａは、前
記反応性ガスと反応し，基体１６の下面に化合物薄膜を
形成する。さらに、スパッタリング機構１０を作動させ
る。また、反応性ガス導入管１２ｒよりチャンバ上側の
室に反応性ガスを導入する。これにより、固体原料ター
ゲット９からの粒子９ａと反応性ガスが反応し，基体１
６の上面に化合物薄膜が形成される。

【００４４】この薄膜製造装置３００は、以上の様な構
成の為、基体１６の上方，下方において薄膜の形成が可
能であり，基体１６のような円筒状の場合でも、高速で
薄膜の形成が可能である。また、仕切部材２７によりチ
ャンバ２の上側の室と下側の室とは実質的に独立したも
のとなるために、各々最適な条件で化合物薄膜を形成す
ることが出来る。

【００４５】なお、真空チャンバ２の上側の室と下側の
室とを仕切る場合、真空チャンバ２の外部に設けた電源
（図示せず）により仕切部材２７に電圧を印加して、電
気的に遮蔽してもよい。この場合、仕切部材２７を電気
的な遮蔽のみに用いる場合には、それをメッシュ状のも
のとしてもよい。

【００４６】また、上記実施例においては、固体原料６
のイオン化手段１０としてアーク放電型のイオン化機構
２２の場合について説明したが，これに限定されず、グ
ロー放電型，熱電子放射型等によるイオン化手段を用い
ても同様の効果を奏する。

【００４７】さらに、反応性ガス導入管１２ｒ，１２’
より反応性ガスを導入せず、単なるイオンプレーティン
グ法と，スパッタリング法としてもよい。

【００４８】製造例３の１真空チャンバ２内に、外径１００ｍｍのステンレス鋼製
の円筒状基体１６を取り付けた。そして、真空ポンプ５
により、真空チャンバ２内を１×１０^-7Ｔｏｒｒにまで
減圧した。さらに、仕切部材２７，可変バルブ４を調整
して、チャンバ２の下部を５×１０^-4Ｔｏｒｒ、チャン
バ２の上部を５×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力とした。また、
ヒータ１７により基体１６の温度を１００℃とし，基体
１６を１０ｒｐｍで回転させた。固体原料６としてチタ
ンを用い，チャンバ２の下部に反応性ガス導入管１２’
より窒素を供給し，電子ビーム蒸発源６，イオン化機構
２２を作動させて、基体１６上に窒化チタンの反応性イ
オンプレーティングを行った。同時に、固体原料ターゲ
ット９としてチタンを用い，真空チャンバ２の上側の室
にスパッタリング用ガス導入管１２ｓよりアルゴンを供
給し，反応性ガス導入菅１２ｒより窒素を導入すると共
に、スパッタリング機構１０を作動させて、基体１６上
に窒化チタンの反応性スパッタリングを行った。その結
果、基体１６の表面上に薄膜が形成された。

【００４９】次いで、このようにして表面に薄膜が製造
された基体１６をチャンバ２内から取り出し、その薄膜
の評価実験を行った。製造された薄膜は、ＸＲＤにより
ＴｉＮと同定された。また、そのＴｉとＮとの比は、Ｅ
ＰＭＡによりほぼ１であることが確認された。そして、
膜厚測定の結果から、薄膜の形成速度は約８μｍ／ｈと
算出された。

【００５０】比較例３の１上記の実施例３の１と同一条件で、スパッタリング機構
１０を作動させなかった場合には、薄膜の形成速度は約
５μｍ／ｈと算出された。また、上記の実施例３の１と
同一条件で、電子ビーム蒸発源６を作動させなかった場
合には、薄膜の形成速度は約３μｍ／ｈと算出された。

【００５１】−第４実施例− 図４は、この発明の第４実施例の薄膜製造装置を示す概
略構成図である。この薄膜形成物の製造装置４００にお
いて、真空チャンバ２の底部には、電子ビーム加熱によ
って固体原料３１，３２を蒸発させる電子ビーム蒸発源
３３，３４が設けられている。その電子ビーム蒸発源３
３，３４は、真空チャンバ２外に設置されている電子ビ
ーム蒸発源駆動用電源３５，３６に接続されている。ま
た、固体原料３１，３２を励起する固体原料励起手段と
して、アーク放電型のイオン化機構２２が設けられる。
このイオン化機構２２は、イオン化電極２３と熱電子放
射フィラメント２４とからなり，励起用電源２５，２６
から印加される電圧の大きさにより蒸発粒子６ａの励起
状態を制御する。

【００５２】真空チャンバ２の頂部には、固体原料ター
ゲット３７，３８を備えたマグネトロン型のスパッタリ
ング機構４０，４１が設けられている。そのスパッタリ
ング機構４０，４１は、真空チャンバ２外に設置されて
いるスパッタリング機構駆動用電源４２，４３に接続さ
れている。真空チャンバ２の壁面は、金属などの導電性
材料製であり、アース電位に保持されている。

【００５３】また、基体１６の側方に真空チャンバ２の
側壁内面から基体１６の外周面近傍にまで伸びる仕切部
材２７が設けられる。この仕切部材は、真空チャンバ２
の外部に設けられた駆動機構２８により基体１６に対し
て進退移動可能である。

【００５４】さらに、スパッタリング用ガス導入管１２
ｓが真空チャンバ２の上側の室に設けられており、真空
チャンバ２の上側の室に独立な条件でガスを導入するこ
とができる。スパッタリング用ガスボンベ１５ｓには、
スパッタリング用ガスが入っており，これらは、マスフ
ローコントローラー１４ｓ，バルブ１３ｓを介して、真
空チャンバ２内に供給される。

【００５５】真空チャンバ２の側壁の上部と下部には、
それぞれ真空排気口３，３が設けられている。それら真
空排気口３，３は、可変バルブ４，４を介して、真空ポ
ンプ５に連結されている。さらに、反応性ガス導入管１
２ｒ，１２’が真空チャンバ２の上側の室と下側の室と
に設けられており、真空チャンバ２の上側の室と下側の
室とに独立な条件でガスを導入することができる。反応
性ガスボンベ１５ｒ，１５’には、反応性ガスが入って
おり，これらは、マスフローコントローラー１４ｒ，１
４’，バルブ１３ｒ，１３’を介して、真空チャンバ２
内に供給される。

【００５６】真空チャンバ２の中央部には、円筒状の基
体１６が着脱可能にホルダ１８によって支持されてい
る。基体１６は、真空チャンバ２の外部に設けられた回
転駆動装置（図示せず）によって、水平軸線のまわりに
回転される。また、基体１６の外周面に対向して、複数
のヒータ１７が設けられている。

【００５７】この薄膜製造装置４００において、基体１
６の表面に薄膜を形成しようとする場合、まず、仕切部
材２７を後退させた状態で、基体１６を取り付ける。次
に、駆動機構２８により仕切部材２７を内方に移動さ
せ，基体１６の回転の支障とならない程度にまでその外
周面に近付ける。それによって、基体１６と仕切部材２
７との隙間は極めて小さくなり、真空チャンバ２の上側
の室と下側の室は実質的に独立したものとなる。そし
て、真空ポンプ５を作動させて、真空チャンバ２内を真
空排気する。次に、反応性ガス導入管１２’より、真空
チャンバ２の下側の室に反応性ガスを導入する。この状
態で、電子ビーム蒸発源３３，３４を作動させて固体原
料３１，３２を蒸発させると共に、その一部を励起す
る。すると、蒸発粒子および励起された粒子３１ａ，３
２ａは、前記反応性ガスと反応し，基体１６の下面に化
合物薄膜を形成する。さらに、電子ビーム蒸発源７およ
びイオン化機構２２と同時に、スパッタリング機構３
７，３８を作動させる。さらに、反応性ガス導入管１２
ｒよりチャンバ上側の室に反応性ガスを導入し，固体原
料ターゲット３９，４０からの粒子３７ａ，３８ａと反
応性ガスが反応して、基体１６の上面に化合物薄膜が形
成される。固体原料３１，３２または固体原料ターゲッ
ト３７，３８を異なる原料とすれば、異種の薄膜を形成
することが出来る。この場合、電子ビーム蒸発源３３，
３４を作動させて固体原料３１，３２を蒸発させると、
蒸発粒子３１ａ，３２ａは上方に向けて移動し、基体１
６の下側になっている表面の電子ビーム蒸発源３３側に
は、蒸発粒子３１ａが付着堆積し，電子ビーム蒸発源３
４側には、蒸発粒子３２ａが付着堆積する。なお、基体
１６は回転しているから、基体１６の全表面に固体原料
３１，３２の薄膜が順に形成される。また、スパッタリ
ング機構３９，４０を作動させて固体原料ターゲット３
７，３８を粒子３７ａ，３８ａとして下方の基体１６に
向けて照射すると、粒子３７ａ，３８ａは基体１６の上
側になっている表面のスパッタリング機構３９側には粒
子３７ａが付着堆積し，スパッタリング機構４０側には
粒子３８ａが付着堆積する。前記同様に、基体１６は回
転しているから、基体１６の全表面に固体原料ターゲッ
ト３７，３８の薄膜が順に形成される。

【００５８】結局のところ、ＰＶＤ法を用いるから低温
下で薄膜を形成できると共に、基体１６の上側と下側で
同時に且つ複数個の電子ビーム蒸発源およびスパッタリ
ング機構で薄膜の形成を行うから薄膜の形成速度を速く
できるようになる。

【００５９】製造例４の１真空チャンバ２内に、外径１００ｍｍのステンレス鋼製
の円筒状基体１６を取り付けた。そして真空ポンプ５に
より、真空チャンバ２内を１×１０^-7Ｔｏｒｒにまで減
圧した。さらに、仕切部材２７、可変バルブ４を調整し
て、チャンバ２の下部を５×１０^-4Ｔｏｒｒ、チャンバ
２の上部を５×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力とした。また、ヒ
ータ１７により基体１６の温度を１００℃とし，基体１
６を１０ｒｐｍで回転させた。

【００６０】固体原料３１，３２としてシリコン，チタ
ン，クロムを用い，チャンバ２の下部に反応性ガス導入
管１２’より窒素を供給し，電子ビーム蒸発源３３，３
４，イオン化機構２２を作動させて、基体１６上に窒化
チタン，窒化クロムの反応性イオンプレーティングを行
った。同時に、固体原料ターゲット３７，３８としてチ
タン，クロムを用い，真空チャンバ２の上側の室にスパ
ッタリング用ガス導入管１２ｓよりアルゴンを導入し，
反応性ガス導入菅１２ｒより窒素を導入すると共に、ス
パッタリング機構３９，４０を作動させて基体１６上に
窒化チタン，窒化クロムの反応性スパッタリングを行っ
た。その結果、基体１６の表面上に薄膜が形成された。
次いで、このようにして表面に薄膜が製造された基体１
６をチャンバ２内から取り出し、その薄膜の評価実験を
行った。製造された薄膜は、ＡＥＳ，ＸＲＤによりＴｉ
Ｎ，ＣｒＮの積層膜と同定された。

【００６１】

【発明の効果】この発明の薄膜形成物の製造方法および
装置によれば、低温でかつ高速に薄膜を形成できる。さ
らに、各薄膜の形成において、各々最適な条件で薄膜を
製造することが出来るために、高品質な薄膜の形成を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の薄膜製造装置を示す概
略構成図である。

【図２】この発明の第２実施例の薄膜製造装置を示す概
略構成図である。

【図３】この発明の第３実施例の薄膜製造装置を示す概
略構成図である。

【図４】この発明の第４実施例の薄膜製造装置を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１００薄膜製造装置２真空チャンバ３真空排気口４可変バルブ５真空ポンプ６固体原料７電子ビーム蒸発源７ａ蒸発粒子８駆動用電源９固体原料ターゲット９ａ粒子１０スパッタリング機構１０１１駆動用電源１１１２ガス導入管１３バルブ１４マスフローコントローラー１４１５気体原料ボンベ１５１６基体１７ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバ内に保持した基体を水平軸
線のまわりに回転させながら、その基体の下方から蒸着
法，反応性蒸着法，イオンプレーティング法または反応
性イオンプレーティング法（以下、下側薄膜形成法とい
う）により基体の表面に薄膜を形成し、それと同時に、
その基体の上方からスパッタリング法または反応性スパ
ッタリング法（以下、上側薄膜形成法という）により基
体の表面に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成物
の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の薄膜形成物の製造方法
において、前記下側薄膜形成法として複数の蒸発源を用
いるか又は前記上側薄膜形成法として複数のターゲット
を用いるかの少なくとも一方により、前記基体の表面に
異種の薄膜を積層形成することを特徴とする薄膜形成物
の製造方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の薄膜形
成物の製造方法において、前記真空チャンバ内を、前記
基体より上側の室と下側の室とに仕切ると共に、それら
各室を異なる圧力とすることを特徴とする薄膜形成物の
製造方法。
【請求項４】真空排気手段によって減圧される真空チ
ャンバと、基体を真空チャンバ内部で水平軸線のまわり
に回転可能に支持する基体ホルダと、蒸着法，反応性蒸
着法，イオンプレーティング法または反応性イオンプレ
ーティング法により前記基体の下方から基体の表面に薄
膜を形成するべく前記真空チャンバの下側に設けられた
下側薄膜形成手段と、スパッタリング法または反応性ス
パッタリング法により前記基体の下方から基体の表面に
薄膜を形成するべく前記真空チャンバの上側に設けられ
た上側薄膜形成手段とを具備してなることを特徴とする
薄膜の製造装置。
【請求項５】請求項４に記載の薄膜の製造装置におい
て、前記基体ホルダの側方に、前記真空チャンバ内を上
側の室と下側の室とに仕切る仕切部材を具備すると共
に、前記真空排気手段が、前記上側の室と下側の室の圧
力を個別に制御する圧力制御手段を含むことを特徴とす
る薄膜の製造装置。