JPS62107059A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - 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 この発明は薄膜を形成する方法及び装置に関するもので
ある。

従来の技術 減圧雰囲気中で成膜材料にエネルギを与えてその材料か
ら原子あるいは分子の蒸発あるいは放出を行なわしめ、
その原子あるいは分子を基板表面に堆積して基板に薄膜
の形成を行なう方法には真空蒸着やスパッタリングがあ
げられる。

真空蒸着は、高真空中で成膜材料にヒータ加熱。

誘導加熱、電子ビーム加熱、レーザ加熱等によって熱エ
ネルギを与えて成膜材料を蒸発せしめて成膜を行なうも
のである。

スパッタリングは低真空中で成膜材料（この場合通常タ
ーゲットと称される）を陰極として放電させることによ
ってターゲット近傍にプラズマ状態を発生せしめ、その
プラズマ中に生成される高エネルギイオンがターゲット
と衝突することによって、ターゲットの構成原子あるい
は分子がはじき出されることを利用して、はじき出され
た原子あるいは分子を基板に堆積して成膜を行なうもの
である（例えば日本学術振興会「薄膜）・ンドプツク」
昭和５８．１２．１０．オーム社）。

発明が解決しようとする問題点 ところが真空蒸着においては、成膜能率を上る、すなわ
ち蒸発速度を上るために成膜材料を強く加熱すると成膜
材料の表面からだけではなく内部から蒸発が始まる。内
部で発生した蒸気は溶融した材料を押しのけて表面に噴
出する。このとき押しのけられた材料の一部は、小さな
ものでは０．１〜１μｍ程度のものから大きなものでは
５０〜２００μｍ程度の粒子となって前記噴出する蒸気
に運ばれて飛散する。この現象は一般に突沸と称されて
いる。飛散する粒子のサイズが大きいほど成膜材料から
飛散するときの初速度が小さいので粒子が基板に達する
前に重力に引かれて落下する。

まだ基板と成膜材料間の距離が長いほど粒子は付着しに
くくなるが、実用的には３〜５μｍ以下の粒子の基板へ
の付着を安定して防止することは困難であった。

一方スバッタにおいては、正常な放電によってプラズマ
が生成されている間はイオン衝突によってのみ原子や分
子がはじき出されるが、ターゲット表面の凹凸状の荒れ
や、陰極を構成するターゲットと陽極間に膜が付着する
ことによる絶縁低下等によって、それらの部分に放電が
集中（一般に異状放電と称されている）し、その部分が
異状な高温に加熱されて局部的な前記蒸着において述べ
たよりな突沸が発生する。それにより蒸着の場合と同様
に粒子が飛散して基板に付着するという不都合が生じて
いた。

特に近年大容量メモリとして注目されている光ディスク
の情報媒体層は蒸着やスパッタによる薄膜で構成されて
いる。

その薄膜を形成する時、前記粒子から成る異物が付着す
ると信号のドロップアウトが発生し、付着の程度によっ
ては正しい情報の再生、あるいは配分再生が不可能とな
るという重大な問題が生じていた。

そこで、本発明は真空蒸着において突沸が発生、あるい
はスパッタにおいて異状放電が発生して前記粒子が飛散
しても基板に付着して欠陥が生じることを防止するもの
である。

問題点を解決するだめの手段 そして上記問題点を解決する本発明の技術的な手段は、
減圧雰囲気中で回転中心から半径ｒ１の位置にエネルギ
を受けて原子あるいは分子の蒸発あるいは放出が行なわ
れる成膜材料を支持し、前記回転中心から半径ｒ　２　
（但しｒｌ〉ｒ２）の位置に前記成膜材料より発生する
原子あるいは分子が堆積して膜が形成される基板を設け
、少なくとも前記成膜材料を回転させつつ前記基板に膜
を形成するものである。

作　　用 この技術的手段だよる作用は次のようになる。

すなわち、前に、も述べたように成膜材料から飛散する
粒子のサイズが大きいほど初速度は小さい。

したがって成膜材料が回転することによって生じる遠心
力が基板上に向って飛翔する粒子を制動して飛翔距離を
短かくするように作用するので初速度の小さい粒子のみ
を選択的に基板に到達できないようにすることができる
。

その結果、粒子付着による欠陥の無い高品質の成膜が可
能となる。

実施例 以下、本発明を真空蒸着に適用した一実施例を添付図面
にもとづいて説明する。

第２図において１は回転軸で、床面２に固定された軸受
ハウジング３に軸受４を介して回転自在に支持されてい
る。

５は前記軸１の上部に構成されたブームで、その先端部
の支軸６にて真空容器７をそのアーム８部で回動自在に
吊り下げ支持する。

９は公知の電子ビームガン（以下ＥＢガンと略す）で、
１ｏはフィラメント、１１は成膜材料である。

１２は例えば光ディスクの基板で、シャフト１３の先端
部のクランプ部１４に固定されてモータ１５により、回
転導入器１６を介して回転駆動される。

１９は公知の膜厚均一化マスクで、前記基板１２に形成
される内・中・外周の膜厚を均一化するための穴２０が
第３図に示すように例えば略扇形に設けられている。

第２図において回転軸１を回転、駆動させるだめの例え
ばモータや動力伝達手段及び、ＥＢガン９やモータ１５
に電力を供給するだめの例えば回転軸１に設けられるべ
きスリップリング及び真空容る。

次に動作を説明する。

回転軸１を図示しない手段により角速度ωで回転させる
と、第１図に示すように真空容器７は遠心力により支軸
６を支点に真空容器の底７−１が外側へ振れた状態で回
転する。

この時真空容器７は第４図に示す角度ａまで振れるとし
て真空容器７の質量をＭ、重心の位置をＧとした時、Ｇ
に働く力は重力方向の力Ｍｑ（ｑは重力加速度）と遠心
力ＭＲω２（Ｒは回転軸１がら重心Ｇまでの距離）であ
り、その合カＭｍ〒弘７−の向きは力のつりあいより支
軸６と重心Ｇを通る線上だある。

したがってａ　＝　ｃｏｓ−１（Ｒω２／　１　）　　
トｆｘ　ル。

この状態でモータ１６によシ基板１２を回転させつつＥ
Ｂガン９を動作させ、フィラメント１０から発生する熱
電子を電子ビーム１７として集束して成膜材料１１に照
射し、加熱する。加熱された成膜材料１１から発生する
蒸気は前記穴１６を通過して基板１２に付着し膜が形成
される。

この時前記のような突沸が生じた時に発生する粒子の運
動を第１図及び第５図で説明する。

発生した粒子１８は、質量がｍで、噴出する蒸気にエネ
ルギを与えられて基板１２に向って初速ｖｏで飛び出す
ものとする。この時て粒子１８に働く力は重力方向の力
ｍｑと遠心力ｍｒω２（ｒは回転軸１から成膜材料１１
の表面までの距離）で、その合力はｍＷとなる。角度す
につ いてはｒ　４−　Ｒであるからｂ〜ａとなり、Ｖ　の方
向と前記合力ｍｈの方向は一直線と はならないが説明を簡単にするためにｒ＝Ｒとし、ｖｏ
　とｍ９ρ、；２，２．．２−の方向は一致するものと
する。

□□□□□□ るので基板１２に向って速度を徐々に減じながら距離ｈ
１で達し、その後再び蒸発材料１１に向うものとし、ｈ
（（Ｒである場合、粒子１８の運動エネルギは距離ｈｌ
ｃある時の位置エネルギに等しいからｍｈＷ＝ｍｖ０’
／２　となる。シタ力ってｈ＝＝ｖｏ”／２　　（ｉｕ
”）”＋ｇ’であるからｈ（Ｈとなるようにｒとωを決
定すれば粒子１８は基板１２に付着しないので欠陥の無
い膜の作成が可能となる。

またｖ。＝〔２ｈ（（ｒω２）２＋９２）３Ａ〕％　よ
り、ｈ　＝　５０ｃｍにおいて例えばｒ　＝　１８０　
ｃｍ　、　ω＝４ｒｒａｄ／ｓ（１２Ｏｒｐｍ）とした
時、ω＝０すなわち従来の場合と比較すると、前者すな
わち本発明によれば初速塵１６　、９ｍ／　ｓ以下の粒
子であれば基板への付着を防止できることて対し、従来
の構成であれば初速塵３，１７ｓ以下の粒子が付着しな
いだけであシ、実に５倍以上の付着防止効果を発揮する
。さらに回転数を上げればサブミクロンオーダの粒子ま
でほぼ完全に付着次に本発明の他の実施例について説明
する。

前記実施例において真空容器７を支軸６で吊シ下げた理
由は、回転軸１の停止時、回転時を問わず成膜材料１１
が重力あるいは重力と遠心力の合力によって常にＥＢＢ
２Ｏ２押しつけられるようにして蒸発材料１１がＥＢＢ
２Ｏ２ら脱落しないようにするためである。

それと同様な効果を得るための他の方法を、第６図にお
いて、前記実施例と同一構成要素は同一番号にて説明す
る。

真空容器７はプーム５に直接固定されており、ＥＢＢ２
Ｏ２回転軸１が停止している時は点線で示す状態にあり
、回転軸１の回転が上るにつれてＥＢＢ２Ｏ２矢印Ａで
示す方向に図示しない手段で回動せしめる構成である。

さらに他の方法を第７図において同様に説明する０ 第７図に示す構造物はすべて真空雰囲気中に構成されて
いる。２１は回転軸１に固定された支柱でモータ１５及
び膜厚均一化マスク１９を支持する。

２２は回転軸１の延長線上の３点全中心として回転軸１
を通って円弧全描くように形成されたガイドレールで、
ＥＢＢ２Ｏ２そのガイドレール２２上を車輪２３によシ
移動可能に載置されている。

したがもて回転軸１が停止している間は、ＥＢＢ２Ｏ２
点線で示す位置に下部ストッパ２２−１に規制されて保
持され、回転軸１０回転数が上るにつれて遠心力によｆ
ｉＥＢガン９は矢印Ｃの方向に移動し、同様に蒸発材料
１１は安定にＥＥガン９に保持される。２２−２は上部
ストッパである。

また前記第１図、第６図の構成において、回転軸１を含
めて構造物すべてを第７図と同様に真空雰囲気中に構成
してもよい。

さらに成膜材料１１を蒸発させる手段は、電子ビームに
限るものではなく、ヒータ加熱、誘導加熱、レーザ加熱
等、熱エネルギを与えるものであればよい。

また熱エネルギで蒸発させるものに限るものではなくス
パツタリングのように高エネルギの微粒子を衝突させて
そのエネルギで成膜材料から原子や分子をはじき出す方
法であってもよい。

発明の効果 本発明は、減圧雰囲気中で回転中心から半径ｒ。

の位置にエネルギを受けて原子あるいは分子の蒸発ある
いは放出が行なわれる成膜材料を支持し、前記回転中心
から半径ｒ　２　（但しｒ　１＞　ｒ　２　）の位置に
前記成膜材料より発生する原子あるいは分子が堆積して
膜が形成される基板を設け、少なくとも前記成膜材料を
回転させつつ前記基板に膜を形成するものである。

したがって成膜材料が回転することによって生じる遠心
力が、基板に向って飛翔する粒子を制動して飛翔距離を
短かくするように作用するので初速度の小さい粒子、す
なわち大きな粒子のみを選択的に基板に到達できないよ
うにすることができる。

その結果、粒子付着による欠陥の無い高品質の成膜が可
能となり、本発明を光ディスクの情報媒体層の成膜に適
用した場合、ドロ、プアウトのほとんど無いディスクを
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における薄膜形成装置を部分
断面にて概念的に示す正面図、第２図は第１図の初期状
態を示す図、第３図は第１図の要部斜視図、第４図、第
５図は同装置の力の作用状態の説明図、第６図、第７図
はその他の実施例を概念的に示す図である。 １・・・・・・回転軸、６・・・・・・支軸、７・・・
・・・真空容−器、９・・・・・・ＥＢガン、１１・・
・・・・成膜材料、１２・・・・・・基板、１８・・・
・・・粒子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 第２図 く 第３図 第４図 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）減圧雰囲気中で回転中心から半径ｒ＿１の位置に
   熱エネルギ、あるいは高エネルギ微粒子の運動エネルギ
   を受けて原子あるいは分子の蒸発あるいは放出が行なわ
   れる成膜材料を回転可能に支持し、前記回転中心から半
   径ｒ＿２（但しｒ＿１＞ｒ＿２）の位置に前記成膜材料
   より発生する原子あるいは分子が堆積して膜が形成され
   る基板を設け、少なくとも前記成膜材料を回転させつつ
   前記基板に膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法
   。
2. （２）減圧雰囲気中で回転中心から半径ｒ＿１の位置で
   成膜材料を支持して回転駆動する駆動手段と、前記成膜
   材料に熱エネルギあるいは高エネルギ微粒子を供給して
   その成膜材料から原子、あるいは分子の蒸発あるいは放
   出を行なわしめる手段と、前記回転中心から半径ｒ＿２
   （但しｒ＿１＞ｒ＿２）の位置で前記成膜材料より発生
   する原子あるいは分子が堆積して膜が形成される基板を
   支持する基板支持手段とから構成したことを特徴とする
   薄膜形成装置。
3. （３）基板支持手段を、基板が回転駆動される成膜材料
   と常時対向するように基板を支持する手段により構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜形
   成装置。
4. （４）駆動手段を、成膜材料を吊り下げ支持して回転駆
   動する手段により構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の薄膜形成装置。
5. （５）駆動手段を、回転軸の軸方向の１点を中心として
   回転軸を通る円弧を描くように回転軸に形成されたガイ
   ドレールと、そのガイドレール上を移動可能に成膜材料
   を支持する手段と、前記回転軸を回転駆動する手段とに
   より構成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の薄膜形成装置。