JPH10158814A

JPH10158814A - 真空成膜装置およびその使用方法

Info

Publication number: JPH10158814A
Application number: JP32404396A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Takeshita; 幸俊竹下; Shiro Nishi; 史郎西; Shigekuni Sasaki; 重邦佐々木; Shigeyuki Tsurumi; 重行鶴見; Mikio Takeshima; 幹夫竹島; Shinji Tsuru; 信二津留; Fumio Yamamoto; 二三男山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】装置内壁に付着した有機系の汚れの除去を短
時間にかつ簡単に行えるとともに、充分な高真空状態が
保たれる。【解決手段】真空成膜装置１は、真空チャンバ２を備
えており、この真空チャンバ２の両側部には、ガス導入
系３とガス排気系４とが設けられている。スパッタ蒸着
源５の上方には、円形状の基板ホルダ８が回転自在に設
けられており、この基板ホルダ８には、薄膜が形成され
る基板が取付けられる。そして、真空チャンバ２の内壁
の全面には、光触媒作用を有する金属酸化物の薄膜１０
が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路等の基板
上に薄膜を形成する真空成膜装置およびその使用方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】真空下で基板上に薄膜を形成する方法と
しては、蒸着法、スパッタ法等各種成膜法が従来から広
く知られている。図８はスパッタ法による従来の真空成
膜装置の概略構成を示した図である。同図に基づいてこ
れを説明すると、全体を符号３０で示す真空成膜装置
は、真空チャンバ２を備えており、この真空チャンバ２
の両側部には、ガス導入系３とガス排気系４とが設けら
れている。

【０００３】５はスパッタ蒸着源、６はスパッタ蒸着源
５の上方を開閉するシャッタであって、駆動源であるモ
ータ７の駆動軸７ａに軸着され、駆動軸７ａを回動中心
として回動するように構成されている。８は円形状の基
板ホルダであって、駆動源であるモータ９の駆動軸９ａ
に軸着され、駆動軸９ａを回転中心として回転するよう
に構成されており、前記スパッタ蒸着源５に対応するよ
うに基板１２が取付けられている。このような構成にお
いて、真空チャンバ２内を２×１０^-7Ｔｏｒｒといった
高真空状態とし、基板ホルダ８に取付られた基板１２を
モータ７の回転に伴って駆動軸９ａを回転中心として一
定の速度で回転させると、スパッタ蒸着源５上を通過す
る際にその表面上に薄膜が積層形成される。

【０００４】この薄膜形成にあたっては、真空チャンバ
２内を２×１０^-7Ｔｏｒｒといった高真空状態に維持す
ることがきわめて重要な課題となっている。しかしなが
ら、基板１２やスパッタ蒸着源５の取付け等で真空チャ
ンバ２内の真空状態を解除した際に、大気中に浮遊する
微粒子状の有機物が真空チャンバ２の内壁面に汚れとし
て付着する。この汚れの付着により密閉性が悪くなる。
このため、使用時において高真空状態を維持できなかっ
たり、高真空状態を形成するまで多くの時間を要すると
いった問題があった。また、汚れが顕著の場合には、高
性能のターボポンプやロータリポンプを用いて長時間真
空引きを行ったとしても８×１０^-7Ｔｏｒｒ程度しか上
がらず、良好なスパッタを形成することができない。し
たがって、このような高真空化を妨げる有機系の汚れを
除去するために、定期的に装置本体を１５０〜２００℃
に昇温させ、有機系の汚れを焼却・分解するベーキング
処理を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベーキ
ング処理は頻繁に行う必要があり煩雑であるとともに、
処理時間も長時間を要するため効率が悪いといった問題
があった。また、高温状態にすることができない装置で
は充分なベーキング処理ができないといった問題もあっ
た。

【０００６】したがって、本発明は上記した従来の問題
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、装置内壁に付着した有機系の汚れの除去を短時間に
かつ簡単に行えるとともに、充分な高真空状態を保つこ
とができる真空成膜装置およびその使用方法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る真空成膜装置は、ガス導入系とガス排
出系とを備えた真空チャンバ内でスパッタ蒸着源により
基板に薄膜を形成する真空成膜装置において、前記真空
チャンバの内壁の全面に光触媒作用を有する金属酸化物
の層を形成したものである。したがって、基板に薄膜を
形成する前に、金属酸化物の層に高エネルギー線を照射
することにより、金属酸化物が活性化し有機物の汚れを
酸化分解して除去する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明に係る真空成膜装置の
概略図、図２は薄膜を形成している状態を示す概略図で
ある。これらの図において、上述した図８において説明
した構成と同一または同等の部材は同一の符号を付しそ
の詳細な説明は省略する。本発明の特徴とするところ
は、真空チャンバ２の内壁面に、光触媒作用を有する金
属酸化物である酸化チタン（ＴｉＯ₂）の層１０を厚さ
１００ｎｍ形成した点にある。この酸化チタンは結晶形
態によってルチル型とアナターゼ型とに分けられるが、
光触媒作用の大きいアナターゼ型を選択した。

【０００９】真空チャンバ２の内壁への層１０の形成方
法としては、ゾルゲル法、スパッタ法、スプレー法を適
用することができる。すなわち、ゾルゲル法を適用する
場合には、金属酸化物とアルコールとの化合物であるア
ルコキシドから作られたゾル状物質を真空チャンバ２の
内壁の表面に一様に塗装した後、乾燥・焼き付けを行う
ことにより金属酸化物の層１０を形成する。スパッタ法
を適用する場合には、蒸着源物質として金属酸化物を蒸
着源物質としたスパッタを行うことにより、真空チャン
バ２の内壁の表面に金属酸化物の層１０が形成される。
スプレー法を適用する場合には、金属酸化物を含有する
液状スプレー剤を真空チャンバ２の表面に一様に塗装し
た後、乾燥・焼き付けを行うことにより金属酸化物の層
１０が形成される。

【００１０】このような構成において、スパッタを開始
する前に真空チャンバ２の内壁の表面の金属酸化物に高
エネルギー線を照射すると、その光触媒作用により活性
化し真空チャンバ２の内壁の表面に付着した有機系の汚
れが酸化分解し除去される。すなわち、金属酸化物の光
触媒反応について説明すると、紫外線の照射によりＴｉ
Ｏ₂ 結晶の表面で光量子の吸収が行われ、１個のＯ^2-イ
オンから２個の電子が飛び出し、２個の電子が飛び出た
Ｏ^2-イオンはＯ原子となる。（式１）この飛び出した電子は格子の中を自由に運動し、Ｔｉ⁴⁺
イオンをＴｉ³⁺イオンに還元する。（式２）４Ｏ^2-＋ｈν→３Ｏ^2-＋Ｏ＋２（ｅ）^- ……（式１）２Ｔｉ⁴⁺＋２（ｅ）^-→２Ｔｉ³⁺ ……（式２）式（１）および式（２）の右辺どうしと左辺どうしを加
えると、２ＴｉＯ₂＋ｈν→Ｔｉ₂Ｏ₃＋Ｏ ……（式３）となり、この原子状の酸素Ｏが酸化作用をなすのであ
る。

【００１１】このように光励起されたＴｉＯ₂ の表面
は、＋３．０Ｖという電位差を有するきわめて強力な酸
化力を有し、有機系の汚れを分解することができ、この
ため高真空化を妨げることはない。このような金属酸化
物の光触媒作用は、金属酸化物への微量のＦｅ，Ｎｂ，
Ｔｌ，Ｗの添加により促進される。しかも酸化チタンを
中心とした金属酸化物の光触媒機能は数十時間程度の持
続性があるため、１度高エネルギー線により処理すれ
ば、長い時間真空チャンバ２の内壁の表面に汚れが付着
することがない。

【００１２】高エネルギー線としては紫外線が好適であ
り、この場合、紫外線ランプでも、超高圧水銀灯でも、
ブラックライトでもよく、波長が３５００Å以下の紫外
線を発光するものであれば特に限定されない。また、高
エネルギー線の照射方法としては、装置内に設置された
光源から照射してもよいし、装置に設けたガラス窓を通
して装置外に設けた光源から装置内に照射してもよい。
また、高エネルギー源としてアルゴン等のプラズマを利
用すれば、特別に光源を装置内に設置することなしに、
金属酸化物層を照射処理することができる。

【００１３】このようにして真空チャンバ２の内壁の表
面に光触媒作用を有する金属酸化物の層１０を形成し、
高エネルギー線による活性化処理を行った後、図２に示
すように、基板ホルダ８に基板１１を搭載する。真空チ
ャンバ２内を２×１０^-7Ｔｏｒｒ程度の高真空にした
後、スパッタ蒸着源５によるスパッタを行い、蒸着源物
質からなる薄膜を基板１１上に形成する。この場合、ス
パッタリングにより蒸着源物質が真空チャンバ２の内壁
に形成された金属酸化物の層１０の表面を覆い、その光
触媒作用を損なうおそれがある。しかしながら、スパッ
タリングは方向性があるため、真空チャンバ２に付着す
る蒸着源物質はごく限られた一部を覆うにとどまり、真
空チャンバ２の内壁の表面の大部分は金属酸化物の層１
０が形成されたままを保つので、金属酸化物による汚れ
の除去に影響を及ぼさない。

【００１４】図３ないし図７は本発明の第２の実施の形
態を示すもので、図３は概略の構成図、図４は基板とシ
ャッタを取り外した状態を示す図、図５は金属酸化物の
層を形成する動作を説明する図、図６は金属酸化物の層
が形成された状態を示す図、図７はスパッタリングの動
作を説明する図である。この第２の実施の形態の真空成
膜装置２０では、真空チャンバ２自体に金属酸化物の層
を形成するための８個の金属酸化物蒸着源２１ａ〜２１
ｈが備えられている点に特徴を有する。

【００１５】これら８個の金属酸化物蒸着源２１ａ〜２
１ｈは矩形状に形成された真空チャンバ２の４個の内
壁、すなわち上下の内壁２ａ，２ｂおよび左右の内壁２
ｃ，２ｄに各２個づつ設けられている。これら各内壁に
設けられた金属酸化物蒸着源は、左右の中心線ｌ−ｌ、
上下の中心線Ｌ−Ｌで分割された領域の略中央に位置付
けられている。すなわち、下方の内壁２ｂの一方に設け
られた金属酸化物蒸着源２１ｄは、中心線ｌ間での距離
Ａと内壁２ｄまでの距離Ｂとが略同じとなるように位置
付けられている。また、左方の内壁２ｄの一方に設けら
れた金属酸化物蒸着源２１ｈは、中心線Ｌ間での距離Ｃ
と内壁２ｂまでの距離Ｄとが略同じとなるように位置付
けられている。

【００１６】次に、このような構成の真空成膜装置にお
ける基板に薄膜の形成方法を説明する。まず、基板に薄
膜を形成する前に、真空チャンバ２の内壁に金属酸化物
の層を形成する。すなわち、図４に示すように、駆動軸
７ａおよび駆動軸９ａからシャッタ６と基板ホルダ８を
取り外す。この状態として真空チャンバ２内を２×１０
^-7Ｔｏｒｒの高真空とし、金属酸化物蒸着源２１ａ〜２
１ｈを用いてスパッタを行う。このとき、各内壁に設け
られた金属酸化物蒸着源２１ａ〜２１ｈは、左右の中心
線ｌ−ｌ、上下の中心線Ｌ−Ｌで分割された領域の略中
央に位置付けられているので、図５に示すように、金属
酸化物蒸着源２１ａ〜２１ｈから放出されるスパッタの
微粒子が真空チャンバ２の各内壁面２ａ〜２ｄに均一に
付着する。

【００１７】このようにして、真空チャンバ２の内壁面
２ａ〜２ｄ全体に、図６に示すように金属酸化物の層１
０が形成される。ここで、この金属酸化物の層１０を形
成している間に、取り外しておいた基板ホルダ８とシャ
ッタ６とのベーキング処理を行っておくと、後述する真
空チャンバ２内の高真空化に達するまでの時間短縮によ
り効果がある。しかる後、スパッタ蒸着源５によるスパ
ッタを開始する前に、金属酸化物の層１０に高エネルギ
ー線を照射することにより活性化させ、その光触媒作用
により真空チャンバ２の内壁に付着した有機系の汚れを
分解除去する。そして、図７に示すように、基板ホルダ
８に基板１２を取付け、駆動軸７ａにシャッタ６を取付
け、真空チャンバ２内を２×１０^-7Ｔｏｒｒの高真空と
し、スパッタ蒸着源５によるスパッタを行い、スパッタ
蒸着源５の物質からなる薄膜を基板１２上に形成する。

【００１８】

【実施例１】図１および図７に示す第１および第２の実
施の形態において、真空チャンバ２の内壁の表面に酸化
チタンの層をゾルゲル法により形成し、真空チャンバ２
の内部を１週間大気中にさらした。その後、光源強度５
００Ｗの超高圧水銀灯（紫外線強度２０ｍＷ／ｃｍ²）
により５時間の間真空チャンバ２の内壁の表面を照射す
ることにより酸化チタンの層を活性化させ、真空引きを
行い２×１０^-7Ｔｏｒｒの高真空に達するまでの時間を
測定した。比較例１として、図８において上述した従来
の真空チャンバ２の内部を１週間大気中にさらした。そ
の後、１５０℃で１時間ベーキングした後、真空引きを
行い２×１０^-7Ｔｏｒｒの高真空に達するまでの時間を
測定した。両者の時間の比較は、第１の実施の形態の方
が、比較例よりも５０％短縮された。

【００１９】

【実施例２】上述した実施例１において紫外線照射した
後、直ちに１５０℃で１時間のベーキングを行い、真空
引きを行い２×１０^-7Ｔｏｒｒの高真空に達するまでの
時間を測定した。この第２の実施例と上述した実施例１
における比較例１とで、２×１０^-7Ｔｏｒｒの高真空に
達するまでの時間を比較すると、第２の実施例では７０
％短縮された。

【００２０】

【実施例３】上述した実施例２においてベーキングし、
真空引きを行った後、実際に基板１１上にスパッタによ
り薄膜を形成したときの真空チャンバ２内の真空度の低
下を比較した。比較例２として、図８に示す従来の真空
成膜装置により、１５０℃で１時間ベーキングした後、
有機物を蒸着源物質とするターゲットを用い、基板１１
上に有機薄膜を形成した。通常、有機薄膜を形成する
と、真空度が低下するが、この比較例２では、スパッタ
の開始とともに真空度が約３０％低下した。これに対し
て、上述した実施例２における金属酸化物の層に対する
紫外線照射とベーキング処理を行った後、スパッタによ
り基板１１上に有機薄膜を形成した実施例３では、上述
した比較例２と比べ、真空度の低下は約１０％にとどま
った。

【００２１】なお、本実施例では、金属酸化物の層１０
として酸化チタンを形成したが、これに限定されず、
Ｖ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｍｏ，Ｍ
ｎ，Ｗ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，
Ｉｒ，Ｐｔ等の金属酸化物および金属酸化物の複合酸化
物であるＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ、Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｕ，Ａｃ，Ｔｈ，Ｐａ，Ｕ等の希土類元素の酸化
物を用いることができ、要は光触媒作用を有するもので
あればよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
触媒作用を有する金属酸化物の層を真空チャンバの内壁
の全面に形成することにより、高温でのベーキング処理
を行うことなく、真空チャンバの内壁に付着した有機系
の汚れを除去でき、このため高真空化が短時間のうちに
達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空成膜装置の概略の構成図で
ある。

【図２】本発明に係る真空成膜装置における薄膜の形
成動作を説明する概略の構成図である。

【図３】本発明に係る真空成膜装置の第２の実施の形
態の概略の構成図である。

【図４】本発明に係る真空成膜装置の第２の実施の形
態において、金属酸化物の層を形成する前の準備状態を
示す概略の構成図である。

【図５】本発明に係る真空成膜装置の第２の実施の形
態において、金属酸化物の層を形成する状態を示す概略
の構成図である。

【図６】本発明に係る真空成膜装置の第２の実施の形
態において、金属酸化物の層が形成された状態を示す概
略の構成図である。

【図７】本発明に係る真空成膜装置の第２の実施形態
における薄膜の形成動作を説明する概略の構成図であ
る。

【図８】従来の真空成膜装置における薄膜の形成動作
を説明する概略の構成図である。

【符号の説明】

１…真空成膜装置、２…真空チャンバ、５…スパッタ蒸
着源、８…基板ホルダ、１０…金属酸化物の層、１１…
基板、２１ａ〜２１ｈ…金属酸化物蒸着源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鶴見重行東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者竹島幹夫東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号エヌ・ティ・ティ・アト゛ハ゛ンステクノロシ゛株式会社内 (72)発明者津留信二東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号エヌ・ティ・ティ・アト゛ハ゛ンステクノロシ゛株式会社内 (72)発明者山本二三男東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号エヌ・ティ・ティ・アト゛ハ゛ンステクノロシ゛株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス導入系とガス排出系とを備えた真空
チャンバ内でスパッタ蒸着源により基板に薄膜を形成す
る真空成膜装置において、前記真空チャンバの内壁の全
面に光触媒作用を有する金属酸化物の層を形成したこと
を特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】請求項１記載の真空成膜装置において、
光触媒作用を有する金属酸化物蒸着源を真空チャンバの
内壁に設けたことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の真空成膜
装置において、金属酸化物が酸化チタンであることを特
徴とする真空成膜装置。
【請求項４】請求項２記載の真空成膜装置の使用方法
であって、金属酸化物蒸着源による真空チャンバの内壁
全面に金属酸化物の層を形成する工程と、この金属酸化
物の層に高エネルギー線を照射して活性化させる工程を
含むことを特徴とする真空成膜装置の使用方法。