JPH0375360A - 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〕 本発明は、ＣＶＤ法（化学的蒸着法）の長所である強い
反応性と、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）の長所である高真
空中での成膜とを同時に実現することができ、且つ一軸
配向性を持った薄膜の形成をも容易に行ない得る薄膜形
成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜形成装置としては、ＣＶＤ法やｐｖＤ法など
を利用したものが良く知られており、ＣＶＤ法による装
置は反応性が強く、ＰＶＤ法による装置は高真空中にお
いて緻密な強い薄膜を形成できるなどの長所を有してい
る。

これら、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などを利用した薄膜形成装
置としては、従来より種々のものが提案されているが、
何れも形成された薄膜と基板との密着性が悪いという問
題がある。

そこで、この問題を解決するため、上記方法を発展させ
た薄膜形成装置として、蒸発源と被蒸着物との間に高周
波電磁界を発生させて活性あるいは不活性ガス中で蒸発
した物質をイオン化して真空蒸着を行ない被蒸着物に蒸
発物質を堆積させて薄膜を形成する、所謂イオンブレー
ティング法を利用した薄膜形成装置や、また、蒸発源と
被蒸着物との間にさらに直流電圧を印加するＤＣイオン
ブレーティング法を利用した薄膜形成装置等が知られて
いる（例えば、特公昭５２−２９９７１号公報、特公昭
５２−２９０９１号公報）。

また、さらに発展された薄膜形成装置としては、被薄膜
形成基板を蒸発源に対向させて対向電極に保持し、この
対向電極と蒸発源との間にグリッドを配置すると共に、
このグリッドと蒸発源との間に熱電子発生用のフィラメ
ントを配し、上記グリッドをフィラメントに対して正電
位にして薄膜形成を行なう装置が提案されている（特開
昭５９−８９７６３号公報）。この薄膜形成装置では、
蒸発源から蒸発した蒸発物質は、先ずフィラメントから
の熱電子によりイオン化され、このイオン化された蒸発
物質は、グリッドを通過することにより、グリッドから
対向電極に向かう電界の作用により加速されて被薄膜形
成基板に衝突し、密着性の良い薄膜が形成されるという
特徴を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の薄膜形成装置では、蒸発した蒸発
物質は、蒸発源から放射状に放射されるが、ガス分子や
イオンとの衝突により散乱される。

その中で、熱電子等との衝突によりイオン化された蒸発
物質においては、グリッドから基板への電界により基板
へ垂直に衝突しようとするが、イオン化されていないも
のについては斜め入射になるものが多く、基板への入射
方向、角度の違いから一軸配向性の薄膜が得やすいとは
言い難いといった問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、基板
に対して極めて強い密着性をもった薄膜を形成でき、耐
熱性の無いプラスチック等も基板として用いうろことが
可能で、尚且つ、−軸配向性を持つ薄膜形成が容易とな
る、新規な薄膜形成装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による薄膜形成装置に
おいては、活性ガス若しくは不活性ガスあるいはこれら
両者の混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内に
おいて蒸発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空
槽内において上記蒸発源と対向するように配置され被薄
膜形成基板を保持する対電極と、上記蒸発源と上記対電
極との間に配備された熱電子発生用のフィラメントと、
このフィラメントと上記対電極との間に配備され蒸発物
質を通過させうるグリッドと、真空槽内に所定の電気的
状態を実現するための電源手段と、真空槽内と上記電源
手段とを電気的に連結する導電手段とを有し、上記グリ
ッドの電位を上記フィラメントに対して正電位とし、且
つ、グリッド形状を筒型としたことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による薄膜形成装置においては、真空槽は、その
内部空間に活性ガス、あるいは不活性ガス、若しくは活
性ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入しつるようにな
っており、蒸発源、対電極、フィラメント、グリッドは
真空槽内に配備される。

上記対電極、蒸発源は、互いに対向するように配備され
ており、対電極は、蒸発源と対向する側に被薄膜形成基
板を保持するように成っている。

上記グリッドは蒸発物質を通過させうるものであって、
蒸発源と対電極の間に介設され、電源手段により、フィ
ラメントに対し正電位にされる。

従って、薄膜形成時には、発生する電界はグリッドから
フィラメントに向かう、また、グリッドの形状は筒型と
なっており、蒸発物質の通過方向は限定され、それ以外
は吸着するようになっているが、その開口面積、筒の形
状、長さ等はその時々により決定される。このとき、開
口形状、面積、長さ等はグリッド面内において異なって
いても良い。

上記フィラメントは熱電子発生用であって、蒸発源とグ
リッドの間に配備される。

電源手段は、真空槽内に所定の電気的状態を実現するた
めの手段であり、この電源手段と真空槽内部が導電手段
により電気的に連結される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。

添付図面は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。

図において、符号２はベースプレート、符号３はバッキ
ング、符号１はペルジャーを夫々示し、ペルジャー１と
ベースプレート２はバッキング３により一体化されて真
空槽を構成しており、この真空槽の内部空間には、公知
の適宜の方法により、活性ガス、及び／又は不活性ガス
を導入できるようになっている。また、ベースプレート
２の中央部に穿設された穴２Ａは１図示されない真空系
に連結されている。

上記ベースプレート２には、真空槽内部の機密性を保ち
、且つ、ベースプレート２との電気的絶縁性を保ちつつ
、支持体を兼ねた電極９．１０．１１゜１２が配設され
ており、これら電極９　、１０．１１．１２は、真空槽
内部と外側とを電気的に連結するものであって、他の配
線具と共に導電手段を構成している。

上記電極９　、１０．１１．１２の内、符号１１で示す
一対の電極の間には、タングステン、モリブデン、タン
タル等の金属をボート状、コイル状、あるいはルツボ状
等に形成した、抵抗加熱式の蒸発源８が支持されている
。尚、このような蒸発源８に代えて電子ビーム蒸発源等
、従来の真空蒸発方式で用いられている蒸発源を適宜使
用することができる。

符号１０で示す一対の電極の間には、タングステン等に
よる熱電子発生用のフィラメント７が支持されており、
このフィラメント７の形状は、複数本のフィラメントを
平行に配列したり、網目状にしたりするなどして、蒸発
源８から蒸発した蒸発物質の広がりをカバーするように
定められている。

電極１２には、グリッド６が支持されており、このグリ
ッド６は、蒸発した蒸発物質を対電極５側へ通過させう
る様に形状を定めるのであるが、この例においては角筒
状である。

電極９の先端部には、対電極５が支持され、この対電極
５の蒸発源８に対向する側の面に、被薄膜形成基板１０
０が適宜の支持方法で保持される。

また、電極９は、図においてはそのまま設置されている
が、この間に直流電源をいれて、対電極５にバイアスを
かけても良い。

蒸発ｇ８を支持する電極１１は、加熱用の交流電源２０
に接続されている。電源は交流電源に代えて直流電源に
しても良く、直流電源の場合には、正負の向きはどちら
の場合でも良い。

フィラメント７を支持する電極１０は電源２２に接続さ
れているが、電源２２は上記電源２０と同様に、交流、
直流のどちらを用いても良い。

電極１２は、直流電圧電源２１の正極側に接続され、同
＠源の負側は、図示の例では電極ＩＯの片側に接続され
る。従って、グリッド６はフィラメント７に対して正電
位となり、グリッド６とフィラメント７の間では、電界
はグリッド６からフィラメント７へ向かう、また、グリ
ッド６は、図示の例では、角筒を束ねた形状に作られて
いるが、ハニカム構造や円柱構造になっていてもよく、
後者二つの例でも前者と同様に開口形状、長さ等が異な
っていても良い、ここで、図示の例における電源２１の
片側は、そのまま接地されているが、この間に直流電源
を入れて蒸発源８、及び／又はフィラメント７にバイア
スをかけても良い、尚、図中に示した接地は必ずしも必
要ではない。

さて、以上の構成からなる薄膜形成装置では、フィラメ
ント７加熱用電源２２とグリッド用直流電：ｇ２１の調
節により安定なプラズマ状態を作ることができる。また
、グリッド形状を筒状とすることにより、グリッドを通
過する蒸発物質の飛行方向を制限し、イオンの飛行方向
を筒状グリッド６の開口方向に限定することにより、−
軸配向した薄膜を容易に得ることができる。尚、このと
き、グリッド６と基板１００とを並行に置くか、または
、斜めに置くかで、基板１００に対する配向方向を変化
させることができる。また、グリッド６の形状を変化さ
せることにより、基板面での堆積速度を変化させ、膜厚
分布を制御することもできる。

尚、実際には、上記電気的接続は、導電手段の一部を構
成するスイッチ類を含み、これらのスイッチ走査により
蒸着プロセスを実行するのであるが、これらのスイッチ
類は図示を省略されている。

以下、上記構成からなる薄膜形成装置による薄膜形成に
ついて説明する。

先ず、ベルジャーエを開いて、被薄膜形成基板１００を
図示の如く対電極５に保持させると共に、蒸発物質を蒸
発源８に保持させる。尚、蒸発物質は、どのような薄膜
を形成するかに応じて選定される。

次に、ペルジャー１を閉じて真空槽を密閉し、真空排気
系（図示せず）によって真空槽内を真空状態に排気した
後、真空槽内に、活性ガス、若しくは不活性ガス、ある
いはこれらの混合ガスを１０〜ＩＦ’　Ｐ　ａの圧力で
導入する。尚、差当っての説明では、この導入ガスを、
例えばアルゴン等の不活性ガスであるとする。

さて、以上の雰囲気状態において装置を作動させ、蒸発
源８を加熱すると、蒸発物質が蒸発する。

この蒸発物質、すなわち、蒸発物質の粒子は、被薄膜形
成基板１００に向かって拡がりつつ飛行するが、その一
部、及び前記導入ガスがフィラメント７より放出された
熱電子との衝突によって正イオンにイオン化される。

このように、一部イオン化された蒸発物質は筒状グリッ
ド６を通過するが、その際グリッド近傍において上下に
振動運動する熱電子及び前記イオン化された導入ガスと
の衝突により、さらにイオン化される。このとき、グリ
ッド６の開口方向と違った方向に飛行する粒子は、グリ
ッド面に吸着されてしまい、開口方向に通り抜けたもの
だけ基板に向かう。

この、グリッド６を通過した蒸発物質中、未だイオン化
されていない部分は、さらに上記イオン化された導入ガ
スとの衝突により正イオンにイオン化され、イオン化率
が高められる。

こうして、正イオンにイオン化された蒸発物質は、グリ
ッド６から対電極５へ向かう電界の作用により被蒸着基
板１００に向かって加速され、被蒸着基板１００に高速
で衝突し付着する。このとき、蒸発源８から飛びだした
後、イオン化した蒸発粒子には、グリッド６から対電極
５へ向かう電界の作用により、その電界方向に飛行方向
を向かせる力が働き、さらに飛行方向の均一性が図られ
る。

また、基板ホルダーがドーム状となっているような場合
には、蒸発源と基板との位置を考慮しながらグリッド形
状を決定する１例えば、蒸発源がドーム中心下部に位置
する場合には、中心、及び周辺と蒸発源との距離を考慮
し、グリッドの中心から周辺にかけて等方向に形状を変
化させるが、蒸発源がドーム中心下部から周囲に向けて
偏った位置にある場合には、グリッド中心から見てドー
ム中心方向と周辺方向では、その形状を異なるように接
地し、飛行方向、膜厚分布を制御する。そして、このよ
うにして、−軸配向した薄膜形成が行われる。

この様にして形成された薄膜は基板へのイオン粒子の衝
突により形成されるので、基板１００への密着性に優れ
、結晶性及び結晶配向性が良好である。

また、導入ガスとして、活性ガスを単独で、あるいは不
活性ガスと共に導入して成膜を行うと、蒸発物質を活性
ガスと化合させ、この化合により化合物薄膜を形成する
ことができる。尚、本発明の装置では、蒸発物質のイオ
ン化率が極めて高く、且つ安定しているので、化合物薄
膜も所望の物性を持つものを、容易且つ確実に得ること
ができる。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入して、圧力を１０〜１０′Ｐａに調整し、蒸発
物質として亜鉛を選択すれば、基板上にはＣ軸配向の酸
化亜鉛薄膜を形成することができる。

また、本発明の薄膜形成装置では、蒸発物質及び導入ガ
スのイオン化には、フィラメントによる熱電子が有効に
寄与するので、１０″″”Ｐａ以下の圧力の高度の真空
下においても蒸発物質のイオン化が可能であり、このた
め、薄膜中へのガス分子の取り込みを極めて少なくする
ことができるため、高純度の薄膜を得ることができ、ま
た、薄膜の構造も極めて緻密なものとすることが可能で
あり、通常、薄膜の密度はバルクのそれより小さいとさ
れているが、本発明によれば、バルクの密度に極めて近
似した密度が得られることも大きな特徴の一つである。

すなわち、本発明の薄膜形成装置は、ＩＣ，ＬＳＩなど
を構成する半導体薄膜の形成に極めて適しているもので
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、基板上に金属薄
膜等のような単一元素にて構成される薄膜ばかりでなく
、化合物薄膜なども密着性良く、化学量論薄膜により近
い状態で且つ結晶配向性の良い状態で作製することがで
きるため、垂直磁気記録等、結晶異方性を持った薄膜作
製に対応できる。

また、本発明によれば、蒸発物質がイオン化し、高いエ
ネルギーを電気的に有するので１反応性を必要とする成
膜、結晶化を必要とする成膜を温度（反応温度、結晶化
温度）という熱エネルギーを与えずに実現できるので低
温成膜が可能となる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略
的構成図である。 ｌ・・・・ペルジャー、２・・・・ベースプレート、３
・・・・・バッキング、５・・・・対電極、６・・・・
グリッド、７・・・・フィラメント、８・・・・蒸発源
、９．１０．　Ｉｆ。 １２・・・・電極、２０・・・・交流電源、２１．２２
・・・・直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　活性ガス若しくは不活性ガスあるいはこれら両者の混
   合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内において蒸
   発物質を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内にお
   いて上記蒸発源と対向するように配置され被薄膜形成基
   板を保持する対電極と、上記蒸発源と上記対電極との間
   に配備された熱電子発生用のフィラメントと、このフィ
   ラメントと上記対電極との間に配備され蒸発物質を通過
   させうるグリッドと、真空槽内に所定の電気的状態を実
   現するための電源手段と、真空槽内と上記電源手段とを
   電気的に連結する導電手段とを有し、上記グリッドの電
   位を上記フィラメントに対して正電位とし、且つ、グリ
   ッド形状を筒型としたことを特徴とする薄膜形成装置。