JPS62214169A - 成膜装置 - 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、基板の表面に薄膜を形成するための成膜装
置に関するものである。

「従来の技術」 周知のようにこの種の成膜装置としては、イオンプレー
ティング装置およびスパッタリング装置が従来より広く
用いられている。

イオンプレーティング装置は、第４図に示すように、真
空容器ａ内に配したルツボｂで蒸発材料Ｃを加熱蒸発さ
せ、その蒸気を高周波発信コイルｄによって正イオン化
し、その正イオンを、直流電源８によって負の電位が印
加された基板ｆに向けて加速して衝突させることにより
、基板ｆの表面に薄膜を形成するものである。

また、スパッタリング装置は、第５図に示すように、真
空容器ａ内にターゲット材ｇと基板ｆとを対向配置し、
ターゲット電極りによってターゲット材ｇに高周波を印
加することにより、ターゲット材ｇと基板ｆとの間でグ
ロー放電を発生させるようにしたものである。そして、
そのグロー放電によって、真空容器ａ内にガス導入口ｉ
から導入したアルゴンガス等の気体を正イオン化し、こ
の正イオンでターゲット材ｇを照射してその表面をスパ
ッタ蒸発させて、その蒸気を基板ｆの表面に蒸着させて
薄膜を形成するようにしたものである。

なお、第４図、第５図において符号ｊは高周波電源、ｋ
はマツチングボックス、ｌは基板ホルダー、ｍは排気口
、ｎは絶縁材である。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記のようなイオンプレーティング装置によ
って形成される薄膜は、正イオン化された蒸気が電界で
加速されて高速で基板ｆと衝突するために、薄膜と基板
ｆの付着強度は優れているものの、基板ｆが大きい場合
には膜厚が不均一になりやすいという欠点がある。一方
、スパッタリング装置によって形成される薄膜は、大き
な寸法の基板ｆに対しても均一な厚さの薄膜が形成でき
るという長所があるものの、蒸発物質がほとんどイオン
化されないために、イオンプレーティングに比して薄膜
と基板ｆとの付着強度が劣るという欠点がある。

したがって、従来においては、比較的大きな寸法の基板
ｆに対して付着強度に優れた均一な厚さの薄膜を形成し
ようとする場合には、両者を共に行うようにしている。

すなわち、まずイオンプレーティング装置によって基板
ｆの表面に付着強度の高い第１層を形成し、次いで、ス
パッタリング装置によってその第１層の表面上に均一な
厚さの第２層をさらに形成するようにしている。

ところが上記の場合には、第１層を形成した基板をイオ
ンプレーティング装置から取り出して、それをスパッタ
リング装置に移送しなければならないから、その際に基
板が大気にさらされてしまい、基板の第１層の表面が汚
染されることが避けられなかった。したがって、従来に
おいてはスパッタリングを行う前作業として逆スパツタ
を行って第１層の表面の洗浄を行わなければならなかっ
た。

また、上記の作業においては、イオンプレーティングに
先立って真空引きを行うとともに、基板をスパッタリン
グ装置に移送した後にそこでも真空引きを行わねばなら
ないから、排気に長時間を要し、生産能率が良くないも
のであった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、一つの
基板にイオンプレーティングおよびスパッタリングによ
る高品質の薄膜を、能率良く形成することのできる成膜
装置を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、真空容器と、その真空容器内に配設され、
材料をルツボによって加熱蒸発させるとともにその蒸気
を高周波発信コイル等のイオン化手段によって正イオン
化させることにより、そのイオン化させた蒸気を基板の
表面に電界により加速して衝突させて蒸着させるイオン
プレーティング手段と、前記真空容器内に配設され、タ
ーゲット材の表面をスパッタ蒸発させることにより、そ
の蒸気を前記基板の表面に蒸着させるスパッタリング手
段と、前記基板を前記ルツボおよび前記タ一ゲット材の
それぞれに対向する位置に移動させる基板の移動手段と
を備えてなることを特徴としている。

前記基板の移動手段は、その基板が取り付けられる基板
ホルダーを回転させるように構成することが望ましい。

「作用」 この発明の成膜装置では、基板の表面にまずイオンプレ
ーティング手段によって第１層の薄膜を形成し、ついで
、その基板を移動させることにより、スパッタリング手
段によってその第１層の上に第２層を形成する。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照
して説明する。

これらの図は、この実施例の成膜装置の概略構成を示す
図であって、図中符号ｌは真空容器である。この真空容
器１は、それぞれ円筒状とされている上部室２と下部室
３とが、連通口４により互いに連通している構成とされ
ている。

上部室２には開閉自在な上蓋５が設けられ、その上蓋５
の中心部を軸６が回転自在に挿通し、その軸６の先端（
下端）には円盤状の基板ホルダー７が取り付けられ、こ
の基板ホルダー７は図示しない駆動源によって、軸６を
中心として水平面内において回転できるようにされてい
る。また、この基板ホルダー７には、直流電源装置８か
ら切替スイッチ９、軸６を介して負の電位が印加される
ようになっている。

そして、この基板ホルダー７の下面には、被処理物であ
る基板ｌＯが取り付けられるようにされている。この基
板１０の取り付は位置は、基板ホルダー７が回転した時
に、後述するルツボ２４およびターゲット材１６のそれ
ぞれに対向し得る位置とされている。

上記の基板ホルダー７は、基板１０に直流電位を印加す
るものであり、かつ、軸６および図示しない駆動源とと
もに基板１０を移動させる移動手段１１を構成している
ものである。

また、上部室２の底面中心部を軸１２が回転自在に挿通
しており、この軸１２の先端（上端）には上記基板ホル
ダー７に対向する円盤状のシャッター板１３が取り付け
られており、このシャッター板Ｉ３は、図示しない駆動
源により軸１２を中心として水平面内において回転自在
とされている。

このシャッター板１３には、第３図に示すように、連通
口４の形状に対応する形状の切欠部１４が形成されてい
る。

また、上部室２の内部底面には、３つのターゲット電極
１５・・・が配置され、それらのターゲット電極１５・
・・の上部にはそれぞれ同一形状、同一寸法の、かつ種
類のそれぞれ異なるターゲット材１６・・・が取り付け
られている。それらのターゲット材１６・・・は、第２
図に示すように、平面視においてそれらの中心が軸１２
を中心とする同一の仮想円０上に位置するように配置さ
れている。また、上記のターゲット電極Ｉ５・・・のそ
れぞれには、高周波電源装置１７から切替スイッチ１８
、マツチングボックス１９を介して高周波（１３，５６
ＭＨｚ）が、図示しない切替スイッチによって選択的に
印−７＝ 加されるようにされている。上記のターゲット電極１５
・・・およびターゲット材１６・・・は、前記基板１０
にスパッタリングによる被膜を形成するスパッタリング
手段２０を構成するものである。

さらにこの上部室２には、第２図に示すように、真空容
器１内から図示しない真空排気装置によって空気を排出
するための排気口２１、真空容器１内にアルゴンガス等
の気体を導入するためのガス導入口２２が設けられてい
る。

一方、前記下部室３内には、イオンプレーティング手段
２３が配設されている。このイオンプレーティング手段
２３は、ルツボ２４と高周波発信コイル２５（イオン化
手段）とを備え、ルツボ２４には電子ビームＢを蒸発材
料２６に照射することによりその蒸発材料２６を加熱蒸
発させる電子銃２７が備えられており、また、高周波発
信コイル２５には、前記高周波電源装置１７から、前記
切替スイッチ１８、マツチングボックス２８を介して高
周波が印加されるようになっている。

これらのルツボ２４および高周波発信コイル２５の中心
軸線は、前記各ターゲット材１６・・・の中心が位置し
ている仮想円Ｏ上に位置するようにされ（第２図参照）
、そして、この仮想円０と、前記基板ホルダー７が回転
した時に基板ＩＯの中心が描く軌跡とは、平面視におい
て合致するようにされている。（したがって、基板ホル
ダー７を回転させることにより、基板ＩＯはルツボ２４
および各ターゲット材１６・・・に対向できることにな
る。）なお、図において符号２９は下部室３を開閉する
蓋、３０．３１はそれぞれ軸６、軸１２と真空容器１と
を電気的に絶縁するとともに気密を保つ絶縁シール材、
３２．３２は上蓋５、蓋２９を気密状態で閉塞するため
のシール用Ｏリングである。

以上の構成のもとに、この成膜装置は、基板ＩＯにイオ
ンプレーティングによる薄膜と、スパッタリングによる
薄膜をともに形成できるものであり、以下にこの成膜装
置の使用方法を説明する。

まず基板ホルダー７、およびシャッター板Ｉ３をそれぞ
れ回転させて、基板ＩＯおよびシャッター板１３の切欠
部１４を連通口４の上方すなわちルツボ２４の上方に位
置させる（第１図および第３図に示した状態）。

次ぎに、真空容器１内の排気を行って内部圧力を１０−
５Ｔｏｒｒ程度とした後、ガス導入口２２よリアルボン
ガスを導入してその圧力を１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度とする
。そして、切替スイッチ９を直流電源８側に投入して基
板ホルダー７に数百〜数千ボルトの負の電位を印加する
とともに、切替スイッチ１８を高周波発信コイル２５側
に投入してその高周波発信コイル２５に高周波を印加す
る。これにより、基板１０と高周波発信コイル２５との
間でグロー放電が生じ、電離された正のアルゴンイオン
が負の電位を印加されている基板ＩＯに引かれて高速で
衝突し、その表面を洗浄する。

続いて、真空容器ｌ内の圧力を１０−’Ｔｏｒｒ程度に
下げ、ルツボ２４によって材料２６を加熱蒸発させる。

すると、この蒸気は高周波発信コイル２５によって正イ
オン化されるとともに、電界により加速されて高速で基
板ｌＯに衝突し、その表面に蒸着されて薄膜を形成する
。すなわち、イオンプレーティングによる第１層が形成
される。

次に、ルツボ２４による加熱を停止し、基板ボルダ−７
を回転させて基板１ｏを所定のターゲット材１６に対向
する位置（第１図において二点鎖線で示す）に移動させ
るとともに、シャッター板１３を回転させてその切欠部
Ｉ４を、その基板ＩＯとターゲット材１６との間に位置
させる。そして、真空容器Ｉ内にアルゴンガスをさらに
導入してその圧力を１０−２〜１０−３Ｔｏｒｒ程度に
上昇させ、切替スイッチ９をアース側に、また切替スイ
ッチ１８をターゲット電極１５側に投入する。これによ
り、基板ＩＯとターゲット材１６との間でグロー放電が
生じ、電離された正のアルゴンイオンがターゲット材１
６の表面を照射してその表面をスパッタ蒸発させ、その
蒸気は基板１ｏの先に形成されている第１層の上に蒸着
されてさらに薄膜を形成する。すなわち、スパッタリン
グｊこよる第２層が形成される。

以上で説明したように、この成膜装置を用いることによ
り、イオンプレーティングによる付着強１１一 度？こ優れた薄膜と、スパッタリングによる均一な厚さ
の薄膜を連続的に形成することができる。そしてこの装
置によれば、別個の装置であるイオンプレーティング装
置とスパッタリング装置とを単独で用いる場合のように
、処理の途中で基板１０を真空容器内から取り出して移
動させる必要はなく、このため基板１０が大気と接触し
て汚染されることがなく、従来においてスパッタリング
処理に先立って行っていた基板ＩＯの洗浄工程が不要に
なる。また、真空容器ｌ内に基板１０を装入してその内
部を真空とした後は、処理が終了するまで大気に開放す
る必要がないから、従来のようにそれぞれの装置を個別
に排気する場合に比して、排気に要する時間を大幅に短
縮することができる。

また、この成膜装置では、イオンプレーティング用とス
パッタリング用の基板ボルダ−を共用しており、しかも
その基板ホルダーを回転させることによって基板を移動
させるようにしたので、機構が複雑になることなく、簡
便な構成で基板を容易にかつ正確な位置に移動させるこ
とができる。

−１２＝ また、従来のイオンプレーティング装置とスパッタリン
グ装置をそれぞれ単独で用いる場合に比較すると、真空
容器■、真空排気袋Ｒ（図示せず）、高周波電源装置１
７、基板ボルダ−７等を共用しているので、設備費を低
減させることができる。

さらに、この成膜装置では、種類の異なる３つのターゲ
ット材１６・・・を配置しているので、これらを選択使
用することにより形成する薄膜の材質を変更できるし、
あるいは、それらによって順次スパッタリングを行って
材質の異なる複数の薄膜（第２層）を積層させるように
もできる。

なお、上記実施例では、基板ホルダーをイオンプレーテ
ィング用およびスパッタリング用の双方に兼用させ、そ
れを直接回転させることにより基板を移動させるように
したが、ルツボに対向する位置およびターゲット材に対
向する位置にそれぞれ別個の基板ホルダーを固定的に備
えておき、基板のみを移動させるように構成しても良い
。

また、上記では、種類の異なる３つのターゲット材を配
置するようにしたが、必ずしもそうすることはなく、１
つのみでも、あるいはさらに多数のターゲット材を用い
ることでも良い。

さらに、上記ではイオンプレーティングの際の蒸気のイ
オン化手段として高周波発信コイルを使用したＲＦ（高
周波）励起形について説明したが、この発明はそれに限
定されるものではなく、高周波発信コイルの代わりにル
ツボの上部近傍にルツボに対して正の直流電位を印加し
たイオン化電極を設けたアーク放電形や、高周波発信コ
イルおよび電子銃を使用せずに、中空円筒陰極形のプラ
ズマビームガンのプラズマビームにより蒸発材料の蒸発
とイオン化を同時に行う中空陰極形を使用しても良い。

また、スパッタリングについても、上記では２極ＲＦ’
（高周波）グロー放電形について説明したが、２極ＤＣ
（直流）グロー放電形でも良い。

「発明の効果」 以上で詳細に説明したように、この発明の成膜装置によ
れば、真空容器内にイオンプレーティング手段と、スパ
ッタリング手段と、基板の移送手段とを備えた構成であ
るから、基板に対して付着リング装置の原理を説明する
ための図である。

強度に優れたイオンプレーティングによる薄膜と、膜厚
の均一なスパッタリングによる薄膜とを、連続的にかつ
効率良く形成することができるという効果を奏する。ま
た、この発明の成膜装置は、従来のイオンプレーティン
グ装置とスパッタリング装置とをそれぞれ単独で用いる
場合に比して、真空容器や真空排気装置等を共用できる
ので、設備費を低減できるという効果を有する。

また、基板ボルダ−を回転させることによって基板を移
動させるようにすれば、簡単な機構で容易にかつ正確な
位置に基板を移動させることができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の実施例の成膜装置の概
略構成を示す図であり、第１図は正断面図、第２図は第
１図■−■線視平断面図、第３図は真空容器」二部室の
内部構成を示す部分斜視図である。 第４図は従来のイオンプレーティング装置の原理を説明
するための図、第５図は従来のスパッタ１・・・・・真
空容器、７・・・・・・基板ホルダー、１０・・・・・
・基板、ＩＩ・・・・・移動手段、１６・・ターゲット
材、２０・・・・・・スパッタリング手段、２３・・・
・イオンプレーティング手段、２４・・・・・ルツボ、
２５・・・・・高周波発信コイル（イオン化手段）、２
６・・・・・・材料。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器と、その真空容器内に配設され、材料を
   ルツボによって加熱蒸発させるとともにその蒸気を高周
   波発信コイル等のイオン化手段によって正イオン化させ
   ることにより、そのイオン化させた蒸気を基板の表面に
   電界により加速して衝突させて蒸着させるイオンプレー
   ティング手段と、前記真空容器内に配設され、ターゲッ
   ト材の表面をスパッタ蒸発させることにより、その蒸気
   を前記基板の表面に蒸着させるスパッタリング手段と、
   前記基板を前記ルツボおよび前記ターゲット材のそれぞ
   れに対向する位置に移動させる基板の移動手段とを備え
   てなることを特徴とする成膜装置。
2. （２）前記基板の移動手段は、その基板が取り付けられ
   る基板ホルダーを回転させるように構成したものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成膜装置
   。