JPS62211368A

JPS62211368A - 化合物薄膜の製造装置

Info

Publication number: JPS62211368A
Application number: JP5153986A
Authority: JP
Inventors: Akira Tazaki; 田崎　明; Kazuo Umeda; 和夫梅田; Takeisa Saitou; 斉藤　建勇
Original assignee: NIPPON BIITEC KK; Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: NIPPON BIITEC KK; Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1987-09-17

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は化合物薄膜の製造装置、特に金属とガスの反応
により生成される化合物から成る薄膜製造装置に関する
。

（従来の技術）薄膜材料はエレクトロニクスの分野をはじめとして、光
学、精密機械、装飾等の分野で広く用いられている。そ
の具体的な用途は、電極膜、抵抗膜、誘電体膜、絶縁膜
、磁性膜、超電導膜、半導体膜、保護膜、紫外・可視・
赤外光に対する反射膜あるいは無灰ＤＡｐｌＡ、表面硬
化膜、耐蝕膜、耐熱膜、装飾膜等多岐にわたっており、
各用途によって薄膜の特性も異なる。これらの薄膜は、
単体元素から成る場合はごくまれで、通常は合金あるい
は化合物から成ることが多い。むしろ化合物薄膜でこそ
特殊な性質を実現できることが多い。

このような化合物薄膜を製造する代表的な装置はスパッ
タリング装置である。あらかじめ化合物材料のターゲッ
トを準備し、このターゲット材料をスパッタリングによ
り基材表面まで飛ばして薄膜を形成する。この装置を用
いれば、はとんどすべての種類の薄膜を製造することが
できる。また酸化物、窒化物等、ガスを含む化合物薄膜
の製造には反応性ガスを用いたスパッタリングが行われ
ている。例えば金属をターゲットとし゛（用い、酸素、
窒素等の反応性ガスを導入しスパッタリングを行えば、
これらのガスを含む化合物薄膜が得られる。

（発明が解決しようとする問題点）上述のようにスパッタリング装置は、はとんどすべての
薄膜製造に適用できるという利点を有するが、同時にい
くつかの問題点をかかえている。

１つの問題は、必ずターゲットとなる化合物材料を準備
しなくてはならないという点である。所定の組成をもっ
た化合物薄膜を得るためには、この所定の組成をもった
化合物材料のターゲットをあらかじめ製造しなくてはな
らないため、製造工程が複雑となるのである。また、ス
パッタリングによる膜形成は、成膜速度が遅いため、量
産を行なう場合に大きな問題となる。更に、ガスを含む
化合物薄膜を製造する場合、上述のように反応性ガスを
導入して反応性スパッタリングを行なうことになるが、
十分な化学反応を起こすためには、一般に基材を加熱す
る必要がある。従って熱に弱いプラスチックフィルム等
を基材とする成膜に１よ、このようなスパッタリング装
置を用いることができず、また、熱を嫌う半導体素子等
の上への成膜にも適用できないという問題がある。

そこで本発明は、基材を加熱することなく、比較的単純
な工程で、しかも速い成膜速度をもって化合物薄膜を製
造することができる化合物薄膜の製造装置を提供するこ
とを目的とする。〔発明の構成〕（問題点を解決するための手段）本発明は化合物薄膜の製造装置において、内部を真空状
態に保つチャンバと、このチャンバ内で基材を支持する
基材支持手段ど、このチャンバ内で第１の材料を蒸発さ
ける蒸発手段と、第２の材料から成る反応性ガスをイオ
ン化し、これを低加速エネルギで基材に供給するイオン
ガス供給手段と、を設け、基材上に第１の材料と第２の
材料との化合物から成る薄膜を形成させるようにし、上
記目的を達成したものである。

（作　用）本発明によれば、蒸発手段から発生した第１の材料から
成る蒸気と、イオンガス供給手段から供給された第２の
材料から成るイオンガスとが基材周辺で反応し、基材上
に両材料の化合物から成る薄膜が形成されることになる
。

（実施例）以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第１
図は本発明に係る化合物薄膜の製造装置の一実施例の全
体構成図である。本装置は、チャンバ１０、基材支持手
段２０、蒸発手段３０、およびイオンガス供給手段４０
から構成される。チャンバ１０には、油回転ポンプ１１
、油拡散ポンプ１２、排気管１３、および排気弁１４か
ら構成される一般的な真空排気系が取付けられており、
ベルジャ１内を真空に保つことができる。基材支持手段
２０はチャンバ１０内で基材２を支持する。

この基材２の下面に薄膜が形成されることになる。

蒸発手段３０は第１の材料３、例えば単体の金属を蒸発
さゼる機能を有する。この金属蒸気は、上方基材２の方
向へ蒸気流として流れてゆく。イオンガス供給手段４０
は、イオン銃４１、ガスボンベ４２、供給管４３、供給
弁４４、および流量訓４５を有する。ガスボンベ４２に
は第２の材料となる反応性ガス、例えば窒素ガスが充填
されており、この窒素ガスは供給弁４４および流量計４
５によって流量調節され、供給管４３を通じてイオン銃
４１に供給される。イオン銃４１はこのガスをイオン化
し、基材２にイオンガス４として供給する。このとき、
イオンガス４は蒸気流となった第１の材料３が基材２に
付着するのを妨げない程度、即ち基材２の表面でスパッ
タリング効果を誘発しない程度の低加速エネルギで供給
される。このようにして、基材２の近傍および表面で第
１の材料３と第２の材料から成るイオンガス４とが反応
し、両者の化合物薄膜が形成される。

第２図は第１図に示す装置のチャンバ１０内の詳ｉ構成
図である。ベルジャ１が支持台１５の上にゴムパツキン
１６を介し【載せられており、排気管１３からの排気に
よりチャンバ内は真空状態に保たれる。基材２はチャン
バ内で支持板２１によって支持されている。蒸発装置３
０としては、本装置では電子線加熱装置を用いている。

即ち、第１の材料３はるつぼ３１内に同かれ、フィラメ
ント３２から発生した熱電子の照射を受けて蒸発し、蒸
気流３′となって上方へと流れてゆく。この熱電子を図
の矢印で示すように第１の材料３まで導くために、偏向
磁石３３が設けられており、更にこの偏向度の微調整を
行うためにコイル３４が設けられている。一方、イオン
銃４１は図のように支持台４１′の上に回動自在に取付
けられており、イオンガス４の供給角度を調整すること
ができる。また、基材２の下方には支柱２２に回動自在
に取付けられたシャッタ２３が設けられており、蒸気流
３′およびイオンガス４を遮蔽することができる。

第３図は第２図に示すイオン銃４１の構成図である。こ
のイオン銃は熱電子衝撃型と呼ばれるイオン銃で、碍子
から成るイオン発生管４６内に供給管４３を通じて反応
性ガス、例えば窒素ガスが導入されイオン化される。フ
ィラメント４７にはフィラメント′Ｒ源■１から電力が
供給され、熱雷子ｅ−が放出される。イオン発生管４６
の内面にはプレート電極４８が設けられている。このプ
レート電極４８は、プレート電源■２により正電圧が印
加されるため、フィラメント４７から放出された熱雷子
ｅ−はプレート電極４８へと向かうことになる。この熱
雷子ｅ−と導入された窒素ガスとの衝突により、窒素ガ
スは正のイオンに電離し、イオン発生管４６内はプラズ
マ状態となる。このとき熱雷子ｅ−の飛行距離を伸ばし
窒素ガスとの衝突確率を高めるために、コイル用電源Ｖ
３で励磁される励磁コイル４つによってイオン発生管４
６の長手方向に磁場が発生される。これにより、熱雷子
ｅ−は図のように管内を螺旋運動しながらプレート電極
４８まで到達する。基材２とイオン銃４１との間には、
加速電源ｖ４によって電圧が印加される。更に引出電極
５０には、加速′電源Ｖ４とは逆極性の引出電源■５に
よって電圧が印加される。従ってイオン発生管４６内で
発生した正イオン窒素ガス４は、引出電極５０の方向に
誘引され、更に加速電圧■４のエネルギをもって基材２
の方向に向かうことになる。

本実施例に係る装置では、フィラメント電源Ｖ　　には
２０Ｖ、２ＯＡ、プレート′心源■２には１００Ｖ、５
Ａ、　コイ）’ｖ用電源Ｖ３にｔ、ｔ２０Ｖ。

１０Ａ１加速？１４１Ｖ４１．：Ｇ、ｔ２ＫＶ、５０Ｔ
ＬＡ、引出電源Ｖ５には５００Ｖ、５０ｍＡの容顔を有
する電源装置をそれぞれ用いた。ただ、加速電源■４の
加速電圧は、蒸気流となった第１の材料３′が基材２に
付着するのを妨げない程度の太きさとしなければならな
い。一般にイオン化したガスに対し１０００Ｖ以上の高
加速エネルギを与えた場合、基材２上に蒸着した材料層
をスパッタリングしてしまい膜形成を行なうことができ
なくなる。本装置は薄膜の形成が目的であり、十分な成
膜速度を１ｑるためには、加速電圧ｖ４を１０００Ｖ以
下にするのが好ましい。また、チ（？レバ１０内は、イ
オン銃４１の動作を安定化するため１×１０−３ｔｏｒ
ｒ以下の真空度に保つのが好ましく、基材２上における
イオンガス４による電流密度は０．１〜１０Ａ／ｍ２程
度に保つのが好ましい。

以上のようにして、基材２上に第１の材料３と第２の材
料４との化合物薄膜を形成することができる。なお第１
の材料としては、鉄、アルミニウム、銅等の金属だけに
限らず、３ｉ、Ｇｅをはじめとする半導体や、その他ガ
スと反応して化合物を形成しうる元素であればどのよう
な元素を用いてもよい。また、第１の材料３を２種以上
の元素で構成することもできる。この場合は２つ以上の
るつぼにそれぞれ単体の元素材料を入れ、別個に蒸発さ
せればよい。なお、本実施例ではこの第１の材料を蒸発
させる手段として電子線加熱装置を用いたが、この仙ど
のような手段を用いて蒸発を行なわせてもよい。ただ、
沸点の高い金属等を第１の材料として用いる場合は、電
子線加熱装置を利用するのが最も効果的である。更に、
イオンガス供給手段として本実施例では熱電子衝撃型イ
オン銃を用いたが、イオンガスを発生し、低エネルギで
これを供給できる装置であれば、他のどのような装置を
用いてもよい。また、イオンガスにＡｒ−，１−１ｅ等
の不活性ガスを混入して供給するようにしてもよい。ま
た、本実施例で基材支持台２１は支持台１５に固定され
ているが、可動部分を設は基材２を傾斜させて保持でき
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば化合物Ｒ［の製造装置にお
いて、真空状態のチャンバ内に基材を支持し、このチャ
ンバ内で第１の材料を蒸発させ、第２の材料から成る反
応性ガスをイオン化して低エネルギで基材に供給し、基
材上に両材料の化合物から成る１１１Ｍを形成するよう
にしたため、基材を加熱することなく、比較的単純な工
程で、しかも速い成膜速度を′もってガスを含む化合物
薄膜を製造することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る化合物薄膜の製造装置の一実施例
の全体構成図、第２図は第１図に示す装置のチャンバ内
詳細構成図、第３図は第２図に示すイオン銃の構成図で
ある。１・・・ベルジャ、２・・・基材、３・・・第１の材料
、３′・・・第１の材料から成る蒸気流、４・・・第２
の材料から成るイオンガス、１０・・・チャンバ、１１
・・・油回転ポンプ、１２・・・油拡散ポンプ、１３・
・・排気管、１４・・・排気弁、１５・・・支持台、１
６・・・ゴムパツキン、２０・・・基材支持手段、２１
・・・支持板、２２・・・支柱、２３・・・シ１７ツタ
、３０・・・蒸発手段、３１・・・るつぼ、３２・・・
フィラメント、３３・・・偏向磁石、３４・・・コイル
、４０・・・イオンガス供給手段、４１・・・イオン銃
、４１′・・・支持台、４２・・・ガスボンベ、４３・
・・供給管、４４・・・供給弁、４５・・・流暑計、４
６・・・イオン発生管、４７・・・フィラメント、４８
・・・プレート電極、４９・・・励磁コイル、５０・・
・引出電極、１・・・フィラメント電源、■２・・・プ
レート電源、■　・・・コイル用電源、ｖ４・・・加速
電源、■５・・・引出電源。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄も　１　囚馬　２　図

Claims

【特許請求の範囲】１、内部を真空状態にすることができるチャンバと、前
記チャンバ内で基材を支持する基材支持手段と、前記チ
ャンバ内で第１の材料を蒸発させる蒸発手段と、第２の
材料から成る反応性ガスをイオン化し、蒸発した前記第
１の材料が前記基材に付着するのを妨げない程度の低加
速エネルギで前記イオン化した反応性ガスを前記基材に
供給するイオンガス供給手段と、を備え、前記第１の材
料と前記第２の材料との化合物から成る薄膜を前記基材
上に形成させることを特徴とする化合物薄膜の製造装置
。２、蒸発手段が、電子線を照射することにより第１の材
料を蒸発させる電子線加熱装置から構成されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物薄膜の製造
装置。３、電子線加熱装置が、第１の材料を収容するるつぼと
、熱電子を発生させるフィラメントと、前記熱電子を前
記第１の材料まで導く磁場発生器と、を有することを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の化合物薄膜の製造
装置。４、第１の材料が複数の元素から成り、蒸発手段がこの
複数の元素を別々に蒸発させる装置を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
載の化合物薄膜の製造装置。５、イオンガス供給手段が、第２の材料から成る反応性
ガスを充填したガスボンベと、このガスボンベから供給
された反応性ガスをイオン化して放出するイオン銃と、
を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
４項のいずれかに記載の化合物薄膜の製造装置。６、イオン銃によるイオンガス加速電圧が１０００Ｖ以下であることを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の化合物薄膜の製造装置。