JPH04154962A - Thin film forming device - Google Patents
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Abstract
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、化
合物薄膜等の形成をも容易に行ない得る薄膜形成装置に
関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is characterized by strong reactivity, which is an advantage of the CVD method (chemical vapor deposition method), and high vacuum deposition, which is an advantage of the PVD method (physical vapor deposition method). The present invention relates to a thin film forming apparatus that can simultaneously realize film formation and also easily form compound thin films.
従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置
としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などを利用したものが良
く知ら九でおり、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。Conventionally, thin film forming apparatuses that form thin films on thin film forming substrates are well-known, using methods such as CVD and PVD.
A device using the PVD method has the advantage of being able to form a dense and strong thin film in a high vacuum.
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おり、そ
の方法も極めて多岐にわたっているが、何れも形成され
た薄膜と基板との密着性が弱かったり、あるいは、耐熱
性の無い基板上への薄膜形成が困難であったり、任意の
化合物薄膜が得にくい等の問題があった。A variety of thin film forming apparatuses have been proposed using CVD, PVD, etc., and the methods are extremely diverse. There have been problems such as being weak or difficult to form a thin film on a substrate with no heat resistance, or difficult to obtain a thin film of any compound.
そこで、これら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九でい
る（例えば、特公昭５２−２９９７１号公報、特公昭５
２−２９０９１号公報）。Therefore, in order to solve these problems, we developed a thin film forming apparatus that developed the above method by generating a high-frequency electromagnetic field between the evaporation source and the target material to ionize the material evaporated in active or inert gas. There are thin film forming apparatuses that use the so-called ion blating method, which performs vacuum evaporation and deposits evaporated substances on the target object to form a thin film, and also applies a DC voltage between the evaporation source and the target object. There are well-known thin film forming apparatuses using the DC ion blating method (for example, Japanese Patent Publication No. 52-29971, Japanese Patent Publication No. 52-29971,
2-29091).
また、さらに発展さ九た薄膜形成装置として、本出願人
は先に、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を提案し
た（特開昭５９−８９７６３号公報）。In addition, as a further developed thin film forming apparatus, the present applicant first holds a substrate on which a thin film is to be formed on a counter electrode facing an evaporation source, and arranges a grid between the counter electrode and the evaporation source. At the same time, they proposed an apparatus in which a filament for generating thermionic electrons is arranged between the grid and the evaporation source, and the grid is set at a positive potential with respect to the filament to form a thin film (Japanese Patent Application Laid-Open No. 89763/1983). .
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。In this thin film forming apparatus, the evaporated substance evaporated from the evaporation source is first ionized by thermionic electrons from the filament.
This ionized vaporized substance.
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＝３−
れるという特徴を有している。By passing through the grid, it is accelerated by the action of the electric field from the grid toward the counter electrode and collides with the substrate on which the thin film is to be formed, forming a thin film with good adhesion.
ところで、上記従来の薄膜形成装置では、蒸発した蒸発
物質と、真空槽内に導入したガスとの化合物薄膜を形成
することも可能だが、真空槽内に導入されたガス分子は
拡散し真空槽内全域に拡がるため、導入ガス分子が高い
確率で反応に有効に寄与しているとは言い難いという問
題があった。By the way, with the above-mentioned conventional thin film forming apparatus, it is possible to form a compound thin film of the evaporated substance and the gas introduced into the vacuum chamber, but the gas molecules introduced into the vacuum chamber diffuse and Since the reaction spreads over the entire area, there is a problem in that it is difficult to say that the introduced gas molecules contribute effectively to the reaction with a high probability.
また、上記従来の薄膜形成装置では、絶縁体薄膜を形成
する場合に、その絶縁体薄膜が対電極及び真空槽内部を
覆ってしまい、グリッドから対電極及び真空槽内部に向
かう電界によりアーク放電が発生し、プラズマが安定せ
ず、良好な薄膜が得られない場合があった。In addition, in the conventional thin film forming apparatus described above, when forming an insulating thin film, the insulating thin film covers the counter electrode and the inside of the vacuum chamber, causing arc discharge due to the electric field directed from the grid toward the counter electrode and the inside of the vacuum chamber. In some cases, the plasma was unstable and a good thin film could not be obtained.
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ることが可
能で、尚且つ、化合物薄膜形成も容易となる、新規な薄
膜形成装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to form a thin film with extremely strong adhesion to a substrate, it is possible to use non-heat resistant plastics, etc. as a substrate, and it is also possible to form a thin film with extremely strong adhesion to a substrate. It is an object of the present invention to provide a novel thin film forming apparatus that facilitates thin film formation.
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の薄膜
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
、上記フィラメントに対して上記グリッドの電位が正電
位となるようにし、且つ、グリッド内にガス導入可能と
したことを特徴とする。In order to achieve the above object, the thin film forming apparatus according to claim 1 of the present invention includes a vacuum chamber into which an active gas, an inert gas, or a mixture of these gases is introduced, and an evaporation substance is evaporated in the vacuum chamber. an evaporation source for evaporation, a counter electrode disposed to face the evaporation source in the vacuum chamber and holding the thin film forming substrate, and a thermoelectron generator disposed between the evaporation source and the counter electrode. a grid disposed between the filament and the counter electrode and capable of passing the evaporated substance; a power source means for achieving a predetermined electrical state in the vacuum chamber; The present invention is characterized in that it has a conductive means that electrically connects the filament with a conductive means, the electric potential of the grid is set to be a positive electric potential with respect to the filament, and gas can be introduced into the grid.
また、本発明の請求項２記載の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、上記真空槽及びグ
リッドに対し、上記フィラメントの電位が負電位となる
ようにし、且つ、グリッド内にガス導入可能としたこと
を特徴とする。The thin film forming apparatus according to claim 2 of the present invention further includes a vacuum chamber into which an active gas, an inert gas, or a mixture of these gases is introduced, and an evaporation source for evaporating an evaporation substance in the vacuum chamber. a counter electrode that is arranged to face the evaporation source in the vacuum chamber and holds the thin film forming substrate; a filament for generating thermionic electrons that is disposed between the evaporation source and the counter electrode; A grid disposed between the filament and the counter electrode and capable of passing the evaporated substance, a power supply means for realizing a predetermined electrical state in the vacuum chamber, and an electrical connection between the inside of the vacuum chamber and the power supply means. The filament has a conductive means connected to the vacuum chamber and the grid so that the electric potential of the filament is negative with respect to the vacuum chamber and the grid, and gas can be introduced into the grid.
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うるようにな
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。In the thin film forming apparatus according to the present invention, the vacuum chamber is configured such that an active gas, an inert gas, or a mixed gas of an active gas and an inert gas can be introduced into the internal space of the vacuum chamber, and an evaporation source and a Electrodes, filaments, and grids are placed in a vacuum chamber.
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。The counter electrode and the evaporation source are arranged to face each other, and the counter electrode is configured to hold the thin film forming substrate on the side facing the evaporation source.
上記グリッドは蒸発物質を通過させうるちのであって、
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。The grid allows the evaporated substances to pass through,
It is interposed between the evaporation source and the counter electrode, and is brought to a positive potential with respect to the filament by power supply means.
尚、グリッドと真空槽とを同電位にする場合は真空槽及
びグリッドに対しフィラメントの電位が負電位となる。In addition, when the grid and the vacuum chamber are made to have the same potential, the electric potential of the filament becomes a negative electric potential with respect to the vacuum chamber and the grid.
従って、薄膜形成時には１発生する電界はグリッド（及
び真空槽）からフィラメントに向かう。Therefore, when forming a thin film, the electric field generated is directed from the grid (and vacuum chamber) to the filament.
また、グリッド、またはグリッド近傍には導入ガス吹き
出し口があり、近傍のガス分子密度が高くなるようにな
っており、その形状はメツシュ等による多層構造等で、
その間にガスを効果的に導入しガス溜りを形成するよう
になっている。In addition, there is an inlet gas outlet on the grid or near the grid, which increases the density of gas molecules in the vicinity, and its shape is a multilayer structure such as a mesh, etc.
During this time, gas is effectively introduced to form a gas reservoir.
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。The filament is for thermionic generation and is placed between the evaporation source and the grid.
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。The power supply means is a means for realizing a predetermined electrical state within the vacuum chamber, and the power supply means and the inside of the vacuum chamber are electrically connected by a conductive means.
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は請求項１記載の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。FIG. 1 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the invention.
第１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１″を構成しており、この真空槽１′の内部空
間には、符号４で示すような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、図示されない真空系に連結されている。In FIG. 1, reference numeral 2 indicates a base plate, reference numeral 3 indicates a backing, and reference number 1 indicates a Pelger. Pelger 1 and base plate 2 are integrated by a backing 3 to constitute a vacuum chamber 1''. 'In the internal space of ', by a known appropriate method as shown by the symbol 4,
It is possible to introduce active gas and/or inert gas. Further, a hole 2A bored in the center of the base plate 2 is connected to a vacuum system (not shown).
上記ベースプレート２には、真空槽１′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１′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。The base plate 2 is provided with electrodes 9, 10° 11, 12 which also serve as supports while maintaining airtightness inside the vacuum chamber 1' and electrical insulation from the base plate 2. , these electrodes 9, 10, 11 and 12 electrically connect the inside and outside of the vacuum chamber 1', and together with other wiring fittings constitute a conductive means.
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に形成した、抵抗加熱式の蒸発源
８が支持されている。この蒸発源８の形状は、ボート状
に代えてコイル状、またはルツボ状としてもよい。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。Among the electrodes 9, 10, 11, 12, a resistance heating type evaporation source 8 made of metal such as tungsten, molybdenum, tantalum, etc. formed into a boat shape is supported between a pair of electrodes indicated by reference numeral 11. There is. The shape of the evaporation source 8 may be a coil shape or a crucible shape instead of a boat shape. still,
Instead of such evaporation source 8, an evaporation source used in a conventional vacuum evaporation method, such as an electron beam evaporation source, can be used as appropriate.
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。A filament 7 made of tungsten or the like for generating thermionic electrons is supported between a pair of electrodes denoted by 10.
The shape of the filament 7 is determined so as to cover the spread of the evaporated substance evaporated from the evaporation source 8 by arranging a plurality of filaments in parallel or forming a mesh shape.
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、この例においては二層
メツシュ構造になっており、その二層の間にガス導入パ
イプ４Ａ等が接続され、グリッド部へのガスの導入が可
能になっている。A grid 6 is supported on the electrode 12, and this grid 6 has a shape that allows the evaporated substance to pass through to the counter electrode 5, and in this example, it has a two-layer mesh structure. A gas introduction pipe 4A or the like is connected between the two layers, making it possible to introduce gas into the grid section.
尚、電極１２とパイプ４Ａとは、適宜の方法で電気的に
絶縁されている。Note that the electrode 12 and the pipe 4A are electrically insulated by an appropriate method.
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。A counter electrode 5 is supported at the tip of the electrode 9, and a thin film forming substrate 10 is supported on the surface of the counter electrode 5 facing the evaporation source 8.
0 is held by an appropriate support method.
また、電極９は、図においてはそのまま接地されている
が、この間に直流電源をいれて、対電極５にバイアスを
かけるようにしても良い。Further, although the electrode 9 is directly grounded in the figure, a DC power source may be applied during this period to apply a bias to the counter electrode 5.
蒸発源８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。The electrode 11 supporting the evaporation source 8 is connected to an AC power source 20 for heating.
It is connected to the. The power source may be a DC power source instead of an AC power source, and in the case of a DC power source, either positive or negative direction may be used.
フィラメント７を支持する電極ｌＯ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。The electrode lO supporting the filament 7 is connected to a power source 22, which, like the power source 20 described above, is powered by an alternating current,
Either direct current or direct current may be used.
電極１２は、直流型圧電＠２１の正極側に接続され、同
電源の負側は、図示の例では電極１０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１図示の例では、二層メツシュ構造になってい
るが、蒸発物質が通過でき、その間にガスの淀みや溜り
ができる構造であれば他の構造でもよい。The electrode 12 is connected to the positive side of the DC piezoelectric @21, and the negative side of the same power source is connected to one side of the electrode 10 in the illustrated example. Therefore, the grid 6 is at a positive potential with respect to the filament 7, and between the grid 6 and the filament 7, the electric field is directed from the grid 6 to the filament 7. Further, although the grid 6 has a two-layer mesh structure in the example shown in FIG. 1, it may have another structure as long as the evaporated substance can pass therethrough and gas can stagnate or collect therebetween.
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。Here, one side of the power supply 21 in the illustrated example is grounded as it is, but during this time, the DC power is turned on and the evaporation source 8
, and/or the filament 7 may be biased. Note that the grounding shown in the figure is not necessarily required.
さて、以上の構成からなる薄膜形成装置では、フィラメ
ント加熱用電源２２とグリッド用直流電源２１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、フ
ィラメントにより発生する熱電子は、導入ガスや蒸発物
質の一部をイオン化するのに供されるが、グリッドから
の電界により引き寄せられ、最終的にはグリッドに吸収
されるため、基板へは達せず、基板に対する電子衝撃に
よる加熱が無い。また、この時グリッド付近はガス分子
密度が高くなっているため、よりイオン化が促進され、
反応性成膜時には、反応しやすくなったり、不活性ガス
導入時には、ガス分子のイオン化が進み、その結果とし
て蒸発物質のイオン化も進みやすくなる。Now, in the thin film forming apparatus having the above configuration, a stable plasma state can be created by adjusting the filament heating power source 22 and the grid DC power source 21. In addition, the thermoelectrons generated by the filament are used to ionize some of the introduced gas and evaporated substances, but they are attracted by the electric field from the grid and are eventually absorbed by the grid, so they do not reach the substrate. There is no heating due to electron impact on the substrate. In addition, at this time, the density of gas molecules is high near the grid, so ionization is further promoted.
During reactive film formation, the reaction becomes easier, and when an inert gas is introduced, the ionization of gas molecules progresses, and as a result, the ionization of the evaporated substance also progresses.
次に、第２図は請求項２記載の発明の一実施例を示す薄
膜形成装置の概略構成図である。Next, FIG. 2 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the invention as claimed in claim 2.
この第２図に示す装置では、真空槽１′及びグリッド６
に対し、フィラメント７の電位が負電位となるようにし
たことを特徴とするが、その他の構成は第１図に示した
装置と全く同一のものである。The apparatus shown in FIG. 2 includes a vacuum chamber 1' and a grid 6.
In contrast, the device is characterized in that the potential of the filament 7 is set to a negative potential, but the other configuration is exactly the same as the device shown in FIG.
すなわち第２図に示す装置では、電極１０の片側は、直
流電圧電源２１の負極側に接続され、同電源の正極側は
、図示の例では電極１２、及び電極１３に接続される。That is, in the device shown in FIG. 2, one side of the electrode 10 is connected to the negative electrode side of a DC voltage power source 21, and the positive electrode side of the same power source is connected to the electrode 12 and the electrode 13 in the illustrated example.
従って、フィラメント７は、グリッド６及び真空槽１′
に対して負電位となり、グリッド６及び真空槽１″とフ
ィラメント７の間では、電界はグリッド６及び真空槽１
′からフィラメント７へ向かう。Therefore, the filament 7 is connected to the grid 6 and the vacuum chamber 1'
The electric field is negative between the grid 6 and the vacuum chamber 1'' and the filament 7.
' to filament 7.
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
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。Here, one side of the power supply 21 in the illustrated example is grounded as it is, but during this time, the DC power is turned on and the evaporation source 8
You can apply a bias to Note that the grounding shown in the figure is not necessarily required.
さて、第２図の構成からなる薄膜形成装置では、フィラ
メント加熱用電源２２とグリッド用直流電源２１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、
イオン化にはフィラメント７からの熱電子が寄与してい
るため、安定なプラズマ状態を維持、再現することがで
き、良質な薄膜を安定に供給することができる。Now, in the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 2, a stable plasma state can be created by adjusting the filament heating power source 22 and the grid DC power source 21. Also,
Since hot electrons from the filament 7 contribute to ionization, a stable plasma state can be maintained and reproduced, and a high-quality thin film can be stably supplied.
また、第２図に示す構成の場合、真空槽１′及びグリッ
ド６に対しフィラメント７の電位が負電位となるように
しているため、真空槽１′の内部壁等にイオンが衝突す
ることにより起こるスパッタ現象がほとんどなくなるた
め、より高純度の薄膜を得ることができ、特に、絶縁性
薄膜の大面積化、量産化等にも容易に対応することがで
きる。In addition, in the case of the configuration shown in FIG. 2, since the potential of the filament 7 is set to be negative with respect to the vacuum chamber 1' and the grid 6, ions may collide with the inner wall of the vacuum chamber 1', etc. Since the sputtering phenomenon that occurs is almost eliminated, a thin film of higher purity can be obtained, and in particular, it can be easily adapted to large-area and mass production of insulating thin films.
尚、第１図、第２回の装置において、実際には、前述の
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、これらのスイッチ操作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。In the apparatus shown in FIG. 1 and Part 2, the electrical connections mentioned above actually include switches that constitute a part of the conductive means, and the vapor deposition process is executed by operating these switches. , these switches are omitted from illustration.
次に、第１図に示す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。Next, thin film formation using the thin film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
第１図において、先ず、ペルジャー１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。In FIG. 1, first, the Pel jar 1 is opened, and the thin film forming substrate 100 is held on the counter electrode 5 as shown, and the evaporation substance is held on the evaporation source 8.
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。Note that the evaporative substance is selected depending on what kind of thin film is to be formed.
次に、ペルジャー１を閉じて真空槽１′を密閉し、真空
排気系（図示せず）によって真空槽１′内を真空状態に
排気した後、真空槽１″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１０〜１Ｏ−３Ｐ
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。Next, the Pel jar 1 is closed to seal the vacuum chamber 1', and after evacuating the inside of the vacuum chamber 1' to a vacuum state using a vacuum exhaust system (not shown), an active gas or an inert gas is added to the vacuum chamber 1''. Active gas or mixed gas of 10 to 1O-3P
Introduce at a pressure of a. In the present description, this introduced gas is assumed to be an inert gas such as argon.
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。Now, when the apparatus is operated in the above atmospheric condition and the evaporation source 8 is heated, the evaporation substance evaporates.
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。The evaporated material, that is, the particles of the evaporated material, spread and fly toward the thin film forming substrate 100, but some of them and the introduced gas are converted into positive ions by collision with thermionic electrons emitted from the filament 7. Ionized.
このように、一部イオン化された蒸発物質はグリッド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付近では、ガス分子密度が高まっているため、より一
層イオン化が進む。In this way, the partially ionized evaporated material is transferred to the grid 6.
At that time, the thermoelectrons vibrating up and down in the vicinity of the grid collide with the ionized introduced gas, and are further ionized. At this time, the gas molecule density is increasing near the grid 6, so ionization progresses further.
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。The portion of the evaporated material that has passed through the grid 6 that has not yet been ionized is further ionized into positive ions by collision with the ionized introduced gas, thereby increasing the ionization rate.
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
で衝突し付着し、基板上に所望の薄膜を形成する。In this way, the evaporated substance ionized into positive ions is accelerated toward the deposition substrate 100 by the action of the electric field from the grid 6 toward the counter electrode 5, collides with the deposition substrate 100 at high speed, and adheres to the substrate as desired. Forms a thin film.
次に、第２図に示す薄膜形成装置の場合についで説明す
る。Next, the case of the thin film forming apparatus shown in FIG. 2 will be explained.
第２図において、先ず、ペルジャー１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。In FIG. 2, first, the Pel jar 1 is opened, and the thin film forming substrate 100 is held on the counter electrode 5 as shown, and the evaporation substance is held on the evaporation source 8.
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。Note that the evaporative substance is selected depending on what kind of thin film is to be formed.
次に、ペルジャー１を閉じて真空槽１′を密閉し、真空
排気系（図示せず）によって真空槽１′内を真空状態に
排気した後、真空槽１′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１０〜１Ｏ−ｊＰ
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、例えば酸素等の活性ガスであるとする。Next, the Pelger 1 is closed to seal the vacuum chamber 1', and the vacuum chamber 1' is evacuated to a vacuum state using a vacuum exhaust system (not shown). Active gas or a mixture of these gases at 10 to 1 O-jP
Introduce at a pressure of a. In the present description, the introduced gas is assumed to be an active gas such as oxygen.
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。Now, when the apparatus is operated in the above atmospheric condition and the evaporation source 8 is heated, the evaporation substance evaporates.
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し、グリッド６
を通過するが、一部はそのまま、または化合物となって
グリッド６及び真空槽内部に付着する。The evaporated substance, that is, the particles of the evaporated substance fly while spreading toward the thin film forming substrate 100, and the grid 6
However, some of it remains as it is or becomes a compound and adheres to the grid 6 and the inside of the vacuum chamber.
一方、フィラメント７からは熱電子が放出されるが、放
出された熱電子はグリッド６及び真空槽１′の電界によ
り加速されつつ、グリッド６及び真空槽１′へ向かって
飛行し、導入ガス分子、及び上記蒸発粒子と衝突すると
、こ九らをイオン化する。On the other hand, thermionic electrons are emitted from the filament 7. The emitted thermionic electrons are accelerated by the electric field of the grid 6 and the vacuum chamber 1', and fly toward the grid 6 and the vacuum chamber 1', and the introduced gas molecules , and when collided with the evaporated particles, they are ionized.
そして、このようにしてフィラメント７の近傍の空間に
プラズマ状態が生じる。In this way, a plasma state is generated in the space near the filament 7.
蒸発粒子、及びイオン化された蒸発粒子は、蒸発時にエ
ネルギーを持って蒸発源８から飛び出すため、対電極５
の方向に向かって飛行し、被薄膜形成基板１００に衝突
し、被薄膜形成基板１００上に所望の薄膜を形成する。Evaporated particles and ionized evaporated particles fly out from the evaporation source 8 with energy during evaporation, so the counter electrode 5
It flies in the direction of , collides with the thin film forming substrate 100 , and forms a desired thin film on the thin film forming substrate 100 .
尚、このとき対電極５に負の電位が与えられた場合には
、グリッド等から対電極５に向かう電界が発生し、その
電界によってイオン化された蒸発粒子が加速され、被薄
膜形成基板１００上に加速状態で衝突し、より密着性の
よい薄膜が形成される。Note that if a negative potential is applied to the counter electrode 5 at this time, an electric field is generated from the grid or the like toward the counter electrode 5, and the ionized evaporated particles are accelerated by the electric field and are deposited on the thin film forming substrate 100. The particles collide with each other in an accelerated state, forming a thin film with better adhesion.
さて、以上のようにして、第１図、第２図に示す装置に
より形成された薄膜は、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
性が良好である。As described above, the thin film formed by the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is formed by the collision of ion particles with the substrate, so it has excellent adhesion to the substrate 100 and has good crystallinity. In good condition.
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。Further, when film formation is performed by introducing an active gas alone or together with an inert gas as the introduced gas, the evaporated substance is combined with the active gas, and a compound thin film can be formed by this combination. In addition, in the apparatus of the present invention, since the ionization rate of the evaporated substance is extremely high and stable, a compound thin film having desired physical properties can be easily and reliably obtained.
特に、第２図に示す装置では、絶縁性化合物薄膜をも、
安定且つ容易に確実に得ることができる。In particular, in the apparatus shown in Fig. 2, even thin films of insulating compounds can be coated.
It can be obtained stably, easily and reliably.
次に、本発明の薄膜形成装置による薄膜形成例を挙げる
と、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１０〜１Ｏ−２Ｐａに調整し
、蒸発物質としてインジウム、スズ、亜鉛等を選択すれ
ば、基板上には酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛等
の薄膜を形成することができ、蒸発物質としてアルミニ
ウムを選択すれば、基板上には酸化アルミニウム絶縁性
薄膜を形成することができる。また、蒸発物質として珪
素、−酸化珪素を選べば、二酸化珪素絶縁性薄膜を得る
ことができる。Next, to give an example of thin film formation using the thin film forming apparatus of the present invention, for example, argon is introduced as an inert gas, oxygen is introduced as an active gas, the pressure is adjusted to 10 to 1 O-2 Pa, indium is If tin, zinc, etc. are selected, a thin film of indium oxide, tin oxide, zinc oxide, etc. can be formed on the substrate, and if aluminum is selected as the evaporation material, an insulating thin film of aluminum oxide can be formed on the substrate. can be formed. Moreover, if silicon or -silicon oxide is selected as the evaporation substance, a silicon dioxide insulating thin film can be obtained.
また、活性ガスとして窒素、またはアンモニア等のガス
を導入し、チタン、タンタル、鉄等の金属を蒸発物質に
用いれば、窒化チタン、窒化タンタル、窒化鉄等の薄膜
を得ることができる。また、金、アルミ等をアルゴンガ
スと共に用いれば、金、アルミ等の緻密な薄膜を得るこ
ともできる。Further, by introducing a gas such as nitrogen or ammonia as an active gas and using a metal such as titanium, tantalum, or iron as an evaporator, a thin film of titanium nitride, tantalum nitride, iron nitride, or the like can be obtained. Moreover, if gold, aluminum, etc. are used together with argon gas, a dense thin film of gold, aluminum, etc. can also be obtained.
ところで、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、１Ｏ−３Ｐ ａ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１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一１！Ｊ−’
形成に極めて適しているものである。By the way, in the thin film forming apparatus of the present invention, thermionic electrons generated by the filament effectively contribute to the ionization of the evaporated substance and the introduced gas, so that the ionization of the evaporated substance can be achieved even under a high vacuum with a pressure of 1O-3Pa or less. As a result, the incorporation of gas molecules into the thin film can be extremely reduced, making it possible to obtain a thin film of high purity and making it possible to make the structure of the thin film extremely dense. Although it is generally said that the density of a thin film is smaller than that of a bulk film, one of the major features of the present invention is that a density very close to that of a bulk film can be obtained. That is, the thin film forming apparatus of the present invention can be applied to IC, LSI
Part 1 of the semiconductor thin film that constitutes etc.! It is extremely suitable for J-' formation.
以上説明したように、本発明の薄膜形成装置によれば、
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作製することができるため、広
く薄膜作製に対応できる。As explained above, according to the thin film forming apparatus of the present invention,
It is applicable to a wide range of thin film production, not only thin films composed of a single element such as metal thin films, but also compound thin films, which have good adhesion and can be produced in a state closer to stoichiometric thin films. can.
また、請求項２記載の薄膜形成装置のように、真空槽及
びグリッドに対しフィラメントの電位が負電位となるよ
うにした場合には、真空槽の内部壁等にイオンが衝突す
ることにより起こるスパッタ現象がほとんどなくなるた
め、より高純度の薄膜を得ることができ、また、絶縁性
薄膜の大面積化、量産化等にも容易に対応することがで
きる。In addition, when the filament is set to have a negative potential with respect to the vacuum chamber and the grid as in the thin film forming apparatus according to claim 2, spatter caused by ions colliding with the inner wall of the vacuum chamber, etc. Since this phenomenon is almost eliminated, it is possible to obtain a thin film with higher purity, and it is also possible to easily cope with increasing the area and mass production of insulating thin films.
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。Further, according to the present invention, since the evaporated substance is ionized and electrically has high energy, film formation that requires 1 reactivity and film formation that requires crystallization is performed at a temperature (reaction temperature, crystallization temperature). Since this can be achieved without applying thermal energy, low-temperature film formation becomes possible.
第１図は請求項１記載の発明の実施例を示す薄膜形成装
置の概略的構成図、第２同は′請求項２記載の発明の実
施例を示す薄膜形成装置の概略的構成図である。
１・・・・ペルジャー、１′・・・・真空槽、２・・・
・ペースプレート、３・・・バッキング、４，４Ａ・・
・・ガス導入パイプ、５・・・対電極、６・・・・グリ
ッド、７・・・・フィラメント８・・・・蒸発源、９．
１０．１１．１２・・・・電極、２０．２２・・・・交
流電源、２１・・・・直流電源、１００・・・・被薄膜
形成基板。1 is a schematic configuration diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the invention as claimed in claim 1, and FIG. 2 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus showing an embodiment of the invention as claimed in claim 2. . 1...Pelger, 1'...Vacuum chamber, 2...
・Pace plate, 3...Backing, 4,4A...
... Gas introduction pipe, 5... Counter electrode, 6... Grid, 7... Filament 8... Evaporation source, 9.
10.11.12... Electrode, 20.22... AC power supply, 21... DC power supply, 100... Thin film formation substrate.
Claims (2)
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、上記フィラメン
トに対して上記グリッドの電位が正電位となるようにし
、且つ、グリッド内にガス導入可能としたことを特徴と
する薄膜形成装置。1. a vacuum chamber into which an active gas or an inert gas or a mixture of these gases is introduced; an evaporation source for evaporating the evaporation substance within the vacuum chamber; and an evaporation source disposed in the vacuum chamber so as to face the evaporation source. a counter electrode that holds the substrate on which the thin film is to be formed; a filament for generating thermionic electrons disposed between the evaporation source and the counter electrode; and a filament disposed between the filament and the counter electrode that passes through the evaporated substance. a grid capable of causing the filament to have a grid, a power supply means for realizing a predetermined electrical state in the vacuum chamber, and a conductive means for electrically connecting the inside of the vacuum chamber and the power supply means; A thin film forming apparatus characterized in that the potential of the grid is set to be a positive potential and gas can be introduced into the grid.
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、上記真空槽及び
グリッドに対し、上記フィラメントの電位が負電位とな
るようにし、且つ、グリッド内にガス導入可能としたこ
とを特徴とする薄膜形成装置。2. a vacuum chamber into which an active gas or an inert gas or a mixture of these gases is introduced; an evaporation source for evaporating the evaporation substance within the vacuum chamber; and an evaporation source disposed in the vacuum chamber so as to face the evaporation source. a counter electrode that holds the substrate on which the thin film is to be formed; a filament for generating thermionic electrons disposed between the evaporation source and the counter electrode; and a filament disposed between the filament and the counter electrode that passes through the evaporated substance. a grid that can be connected to the vacuum chamber, power supply means for realizing a predetermined electrical state in the vacuum chamber, and conductive means for electrically connecting the inside of the vacuum chamber and the power supply means; On the other hand, a thin film forming apparatus characterized in that the electric potential of the filament is set to a negative electric potential and gas can be introduced into the grid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/587,998 US5114559A (en) | 1989-09-26 | 1990-09-25 | Thin film deposition system |
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Publications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04154962A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8199615B2 (en) | 2009-03-16 | 2012-06-12 | Sony Corporation | Recording/reproducing apparatus and adjustment method therefor |
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1990
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