JPH06322526A - 膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 真空容器内に蒸発源とイオン源とを備えた膜
形成装置であって、さらに、あらかじめ設定された成膜
中の真空容器内の真空度になる様にイオン源にイオン種
となるガスを導入するとともに、設定された真空度にな
った時のガス流量を記憶し、成膜工程中、前記ガス流量
を維持するコントローラーを備えている膜形成装置。 【効果】 成膜中の、イオン源の運転状況の変化及びそ
れに起因する蒸発物質が反応するガス量の変化を一定の
状態に維持することができ、一定の特性を有する膜を得
ることができる。従って、膜の特性を厳密に制御するこ
とを可能にするとともに、当装置で製造される工業製品
の品質を保証し、当製品の応用の拡大を図ることを可能
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膜形成装置に関し、よ
り詳細には、基体上に真空蒸着とイオン照射とを併用す
ることによって、種々の機能を有する膜を形成するため
の膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、基体上に種種の機能を有する膜を
形成して、各種工業に応用しようとする試みが盛んであ
り、特に真空蒸着とイオン照射とを併用して膜を形成す
る手法いわゆるイオン蒸着薄膜形成法は、以下の利点を
有しているため、注目されるとともに、工業的に広範囲
な応用が期待されている。

【０００３】１．イオン照射によるイオン及び蒸発物質
の基体への押し込みにより、基体と形成される膜との界
面に両者の構成原子より成る混合層が形成され、その結
果、膜の基体に対する密着性が向上する。 ２．照射するイオン種と、蒸発する物質種とが任意に選
択でき、新材料の開発が容易である。 ３．上記プロセスが低温下で行え、基体種が限定されな
い。 そして、上記のようなイオン蒸着薄膜形成法を実現する
ために、図３に示したような膜形成装置が提案されてい
る。

【０００４】膜形成装置は、主として真空容器９内に配
設された蒸発源７とイオン源８及び真空排気装置１２よ
りなる。

【０００５】真空容器９内には、基体ホルダ６が配置さ
れており、基体ホルダ６と対向する方向に蒸発源７及び
イオン源８が配設されている。そして、基体ホルダ６と
蒸発源７との間であって、基体ホルダ６の近傍には膜厚
モニタ１０が、基体ホルダ６とイオン源８との間であっ
て、基体ホルダ６の近傍にはイオン電流モニタ１１が、
それぞれ配設されている。また、イオン源８にはガス導
入管１３が接続されており、このガス導入管１３からイ
オン化するガスを導入する。

【０００６】次に、この膜形成装置を用いて薄膜を形成
する方法について説明する。まず、基体１を基体ホルダ
６に保持し、真空容器９内に収納する。そして、真空容
器９内を真空排気装置１２を用いて所定の真空度に保持
する。その後、蒸発源７として納められた蒸発物質を加
熱して基体１上に蒸発物質よりなる膜を形成すると同時
に、イオン源８に導入されたガスをイオン化し、そのイ
オンを所定の加速エネルギーで引き出し、基体１に照射
して、所望の膜を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来から、上
記のような膜形成装置がいくつも提案されているが、い
ずれもマニュアル操作にて成膜に関するパラメーターが
制御されてきたため、装置運転における煩雑さが伴う、
あるいは装置運転中に、そのパラメーターを監視する必
要がある等、無人運転化が困難で、生産効率の悪いもの
であった。

【０００８】また、成膜のパラメーターとして幾つも考
えられる組合せの中から最適なものを抽出させる必要性
があることより、コントローラーを備えて自動運転化さ
せることが可能である。しかし、数ある成膜条件の中か
ら最適なものを選ぶ工程が決定されない、あるいは、前
記最適な成膜条件を決定する成膜パラメーターをモニタ
ーする手段が決定されないという理由から、理想的な自
動運転を実現する装置が得られていないのが現状であ
る。

【０００９】特に、成膜中の真空度は膜質を決定するた
めの重要な要因の一つである。例えば、チタン（Ｔｉ）
やクロム（Ｃｒ）等の活性度の高い物質の蒸着と、窒素
イオンの照射とを併用して基体上に窒化チタンや窒化ク
ロム膜を形成する場合、成膜中の真空度によって形成さ
れる膜の結晶構造や組成比が大きく異なることから、成
膜中の真空度を厳密に制御する必要があることが知られ
ている。そこで、従来は、成膜中の真空計の示す値の変
化に応じてガス流量を変化させて、一定の真空度を示す
ように、真空度の制御を行っていた。つまり、一般に蒸
着を行うと、蒸着物質が真空容器内の中性ガスと反応し
たり、成膜作業を行うことによって、真空容器内の壁か
らのガスの放出が抑制されたり、あるいは真空容器のい
わゆるベーキング作用等によって、真空計の示す値が変
化するので、この値が設定値どうりになるように、ガス
流量を変化させて真空計の示す値が一定の値を示すよう
に制御していた。

【００１０】しかし、実際には、蒸着を行っている際に
真空計が示す値は、上記のとおり、蒸着物質と真空容器
内の中性ガスとの反応等によって、真空容器内に導入さ
れるガスの量を正確にモニターしておらず、イオン源に
導入されるガスの流量を変化させると、成膜中の真空容
器内の中性ガスの量が一定に維持されていないこととな
り、成膜中の膜質が保証されないこととなるという課題
があった。

【００１１】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、成膜装置に成膜条件の設定を自動的に行なうコント
ローラーを備えることによって、成膜中の真空度の制御
を厳密に行うことができる膜形成装置を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の膜形成装置によ
れば、真空容器内に蒸発源とイオン源とを備えた膜形成
装置であって、さらに、あらかじめ設定された成膜中の
真空容器内の真空度になる様にイオン源にイオン種とな
るガスを導入するとともに、設定された真空度になった
時のガス流量を記憶し、成膜工程中、前記ガス流量を維
持するコントローラーを備えている膜形成装置が提供さ
れる。

【００１３】本発明において用いられる膜形成装置は、
特に限定されるものではなく、主として真空容器内に蒸
発源とイオン源及び真空排気装置が配設されたものを用
いることが好ましい。蒸発源としては、電子ビーム、抵
抗や高周波によって、膜を形成する材料となる物質を加
熱して蒸気化させるもので、他にスパッタリング等、任
意の手法を用いることができる。また、イオン源の方式
も特に限定されず、カウフマン型やバケット型等を適宜
用いることができるが、成膜装置を工業的に有用な装置
として利用するため、広い面積にわたって均一なイオン
が照射できる、プラズマの閉じこめにカプス磁場を用い
るバケット型イオン源を用いることが好ましい。

【００１４】また、本発明の膜形成装置には、さらに、
最適な成膜条件の設定を自動的に行なうコントローラを
備えている。具体的には、 １）成膜パラメーターとして、真空容器内の真空度を設
定し、 ２）１）にて設定された真空度になるように、イオン源
内にイオン種となるガスを導入し、 ３）１）の設定値になるときのガスの流量を記憶し、成
膜工程中は、前記ガス流量が一定になるように制御を行
うことを可能にするものである。コントローラとして
は、例えば、コンピュータ、シーケンスコントロール等
の制御機能を有するものであればよく、各制御対象とな
るものとのインターフェースの方法は特に限定されるも
のではない。さらに、ガス流量の制御は、ガス流量の制
御機能が備えられているマスフローコントローラーを用
いたり、コントローラー（例えば、シーケンサやパソコ
ン）を用いてガスラインの弁の開閉を行うことによって
実施することができ、ガス流量の制御方式も、ＰＩＧ制
御等、任意のものを用いることができる。

【００１５】なお、あらかじめ真空容器内の真空度と、
イオン源に導入するガス流量の関係を求め、その値よ
り、所望する真空度になる様に所定の流量でガスを導入
し、成膜中、一定のガス流量になる様に制御を行うこと
も考えられるが、ガスを導入する前の真空容器内の真空
度によって、ガス流量とガスを導入した際の真空容器内
の真空度の関係は変化するため、当手法では所望の真空
度下で成膜が行われる保証ができない。よって、本発明
の様に、成膜中の真空度を設定し、設定後は、その真空
度になったガス流量が一定になる様な制御を行うことが
必要である。

【００１６】

【作用】本発明によれば、真空容器内に蒸発源とイオン
源とを備えた膜形成装置であって、さらに、あらかじめ
設定された成膜中の真空容器内の真空度になる様にイオ
ン源にイオン種となるガスを導入するとともに、設定さ
れた真空度になった時のガス流量を記憶し、成膜工程
中、前記ガス流量を維持するコントローラーを備えてい
るので、成膜中の、イオン源の運転状況の変化及び蒸発
物質と真空容器内に導入されるガスとの反応が常に一定
に保たれることとなり、一定の特性、例えば、膜の組成
や結晶構造等を有する膜が得られることとなる。

【００１７】

【実施例】本発明の膜形成装置の一例として、例えば、
図１のような装置を用いる。この膜形成装置は、主とし
て真空容器９内に配設された蒸発源７とバケット型イオ
ン源８及び真空排気装置１２よりなる。真空容器９内に
は、真空度センサー２、基体ホルダ６、蒸発源７及びイ
オン源８が配設されている。そして、基体ホルダ６の近
傍には膜厚モニタ１６が配設されており、基体ホルダ６
とイオン源８との間であって、基体ホルダ６の近傍には
イオン電流モニタ１１が配設されている。また、イオン
源８には、マスフローコントローラ１４が配設されたガ
ス導入管１３を介してガスボンベ５が接続されている。
さらに、真空度センサー２は真空計３を介してコントロ
ーラ４に接続されており、このコントローラ４はマスフ
ローコントローラ１４に接続されている。

【００１８】以下に上記膜形成装置を用い、例えば、照
射イオンとして窒素イオン、金属原子としてホウ素原子
により、窒化ホウ素（ＢＮ）膜を成膜する場合につい
て、図２に基づいて説明する。

【００１９】まず、ステップ１において、コントローラ
４に予め、成膜中の所望の真空度、例えば、約５×１０
^-5Ｔｏｒｒを入力し、記憶させる。ただし、ここでいう
真空度とはイオン源に導入されるガスが、真空容器内に
流れ込むことによってもたらされる真空度のことをい
う。

【００２０】次いで、ステップ２において、基体１を基
体ホルダ６に保持し、真空容器９内に収納する。そし
て、入力された真空度に従って、イオン源８内にイオン
化させる窒素ガスを導入する。この際、コントローラ４
によって、所定の真空度の値になるようにガスの流量を
調整する。

【００２１】次いで、ステップ３において、真空容器９
内が予め入力された所望の真空度の値になっていること
を確認する。所定の真空度の値になっていなければ、ス
テップ２に戻ってガスの流量を調整する。

【００２２】所望の真空度の値になった場合には、ステ
ップ４において、その際のガス流量をコントローラ４が
記憶する。ステップ５において、イオン源８及び蒸発源
７の運転を開始して成膜工程に移行する。そして、ステ
ップ６において、成膜工程中、所望の真空度の値になっ
た場合に記憶したガス流量を保持するようにガス流量を
制御する。

【００２３】このように、成膜中は、ガス流量が一定の
量になるように維持する。つまり、成膜中、真空容器内
の真空度が一定になるようには制御を行わない。これ
は、蒸着やイオン照射を行うと、蒸着物質が真空容器内
の中性ガスと反応したり、成膜作業を行うことによっ
て、真空容器内の壁からのガスの放出が抑制されたり、
また、真空容器のいわゆるベーキング作用によって真空
容器内の真空度が変化するために、真空容器内の真空度
を一定に維持しようとすると、ガス流量を変化させなけ
ればならない。ガス流量を変化させると、イオン源の運
転状況が変化したり、これにより成膜中に蒸発物質が反
応するガス量が変化して、一定の条件下で成膜が行われ
なくなるからである。

【００２４】

【発明の効果】本発明の膜形成装置によれば、真空容器
内に蒸発源とイオン源とを備えた膜形成装置であって、
さらに、あらかじめ設定された成膜中の真空容器内の真
空度になる様にイオン源にイオン種となるガスを導入す
るとともに、設定された真空度になった時のガス流量を
記憶し、成膜工程中、前記ガス流量を維持するコントロ
ーラーを備えているので、成膜中の、イオン源の運転状
況の変化及びそれに起因する蒸発物質が反応するガス量
を一定の状態に維持することができ、一定の特性を有す
る膜を得ることができる。従って、膜の特性を厳密に制
御することを可能にするとともに、当装置で製造される
工業製品の品質を保証し、当製品の応用の拡大を図るこ
とを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る膜形成装置の要部の概略断面図で
ある。

【図２】膜形成装置による成膜制御の過程を示すフロー
チャート図である。

【図３】従来の膜形成装置の要部の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 真空度センサ ３ 真空計 ４ コントローラ ５ ボンベ ６ 基板ホルダ ７ 蒸発源 ８ イオン源 ９ 真空容器 １０ 膜厚モニタ １１ イオン電流モニタ １２ 真空排気装置 １３ ガス導入管 １４ マスフローコントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に蒸発源とイオン源とを備え
   た膜形成装置であって、さらに、あらかじめ設定された
   成膜中の真空容器内の真空度になる様にイオン源にイオ
   ン種となるガスを導入するとともに、設定された真空度
   になった時のガス流量を記憶し、成膜工程中、前記ガス
   流量を維持するコントローラーを備えていることを特徴
   とする膜形成装置。