JPH04221066A - 薄膜蒸着装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜蒸着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】被蒸着基板上に、金属薄膜や酸化物薄膜
を蒸着形成する手段は、従来から種々提案され、その方
法も、ＣＶＤ法やＰＶＤ法など、極めて多岐にわたって
いる。例えば、従来の薄膜蒸着装置（方法）としては、
蒸発源と被蒸着基板との間に高周波電磁界を発生させて
、活性ガス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う、いわゆる、イオンプレーテ
ィング法や、上記の蒸発源と被蒸着基板との間に、直流
電圧を印加するＤＣイオンプレーティング法などが、特
公昭５２−２９９７１号広報、及び、特公昭５２−２９
０９１号公報等により知られている。ここで、上記ＣＶ
Ｄ法では、周知のように、強い反応性を得ることができ
、また、上記ＰＶＤ法では、微密な強い薄膜を形成する
ことができる、高真空中での成膜が可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
薄膜蒸着装置（方法）では、その成膜時に、過渡的なア
ーク放電が発生して、その放電条件が不安定になるため
、被蒸着基板と、この被蒸着基板に形成された薄膜との
密着性が弱かったり、あるいは、強い反応性を必要とす
る成膜や、高い結晶化を必要とする成膜時に、反応温度
や結晶化温度といった、熱エネルギーを必要とするため
、例えば、熱可塑性のプラスチックスなどのような耐熱
性の低い被蒸着基板への蒸着が困難になるなどの不具合
があった。

【０００４】そこで、本件出願人は、特公平１−５３３
５１号公報に示されるように、被蒸着基板に対して極め
て強い密着力をもった薄膜を形成でき、且つ、耐熱性の
無いプラスチック等をも被蒸着基板として用いることの
できる薄膜蒸着装置を以前に提案した。

【０００５】しかしながら、この薄膜蒸着装置は、蒸着
時間の経過とともに、その網状電極グリッドが蒸発物質
で覆われるため、この蒸発物質、及び、その反応生成物
が絶縁体の場合には、上記グリッドが絶縁体で覆われて
しまい、安定したプラズマ放電が維持できなくなるとい
う問題があった。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、上記グリッドの上記蒸発物質が
付着する部分と上記蒸発物質が付着しない部分とを回転
等により入れ替えて上記蒸発物質の直上に常時きれいな
グリッドを対応させ、常時安定したプラズマ放電を維持
させることにより、耐熱性の無いプラスチック等の被蒸
着基板へも極めて強い密着力をもった導電性及び絶縁性
薄膜を形成することのできる薄膜蒸着装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、活性ガスもしくは不活性ガス、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
、上記真空槽内に配備され、薄膜が形成される被蒸着基
板を上記蒸発源に対向させて保持し、且つ上記蒸発源と
同電位におかれる対電極と設けた薄膜蒸着装置において
、上記蒸発源と対電極との間に、上記蒸発物質の一部を
イオン化するための熱電子発生用フィラメントと、この
フィラメントから発生される熱電子を吸収するための上
記蒸発源，対電極，及びフィラメントに対して正電位と
した網状電極グリッドとを有し、且つ、上記フィラメン
ト及びグリッドが、上記蒸発源の直上にあって上記蒸発
物質が付着する部分と、上記蒸発源の直上に無く上記蒸
発物質が付着しない部分からなるとともに、上記グリッ
ドの上記蒸発物質が付着する部分と上記蒸発物質が付着
しない部分とを回転等により入れ替えるためのグリッド
部位入れ替え機構を具備した構成とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、上記蒸発物質の一部をイオン
化するための熱電子発生用フィラメントと、このフィラ
メントから発生される熱電子を吸収するための上記蒸発
源，対電極，及びフィラメントに対して正電位とした網
状電極グリッドとが、上記蒸発源と対電極との間に配置
され、且つ、上記フィラメント及びグリッドが、上記蒸
発源の直上にあって上記蒸発物質が付着する部分と、上
記蒸発源の直上に無く上記蒸発物質が付着しない部分か
らなるとともに、上記グリッドの上記蒸発物質が付着す
る部分と上記蒸発物質が付着しない部分とが、グリッド
部位入れ替え機構による回転等により入れ替えられる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に
説明する。但し、本明細書の記述から明らかに想起し得
る範囲の構成・作用、及び本発明の前記並びにその他の
目的と新規な特徴については、説明の煩雑化を避ける上
から、その図示並びに開示を省略、もしくは簡略化する
。

【００１０】本発明による薄膜蒸着装置は、真空槽、対
電極、グリッド、及び、熱電子発生用のフィラメント等
を有している。真空槽内には、活性ガスもしくは不活性
ガス、あるいは、これら両者の混合ガスが導入される。 対電極は、真空槽内に配備され、被蒸着基板を保持し、
且つ、上記被蒸着基板を蒸発源と対向させる。ここで、
蒸発源と対電極とは、同電位におかれる。グリッドは、
蒸発物質を通過させ得るように網目状に形成されて蒸発
源と対電極との間に配備され、対電極の電位に対して正
電位におかれる。このように、対電極と蒸発源とが同電
位におかれることによって、真空槽内に、グリッドから
被蒸着基板に向かう電界と、グリッドから蒸発源に向か
う電界とが逆向きに形成される。熱電子発生用のフィラ
メントは、真空槽内の、上記グリッドに関し、蒸発源側
に配備される。このフィラメントにより発生する熱電子
は、蒸発物質をイオン化するのに供される。蒸発源から
の蒸発物質は、その一部が、フィラメントからの電子に
より正イオンにイオン化される。このようにして一部が
イオン化された蒸発物質は、グリッドを通過し、さらに
、イオン化されたガスにより正イオンにイオン化を促進
され、上記の電界の作用により被蒸着基板の方へ加速さ
れる。ここで、フィラメントからの電子は、グリッドに
吸収されるため、被蒸着基板には達せず、被蒸着基板に
対する電子衝撃による加熱が無い。従って、この薄膜蒸
着装置では、耐熱性の無いプラスチックのような素材を
も被蒸着基板の対象とすることができる。

【００１１】以下、図示の実施例に即してこの発明を説
明する。本発明による薄膜蒸着装置は、図１に示すよう
に、ベースプレート１，ベルジャー２，蒸発源３，蒸発
源用電極３Ａ，フィラメント４，フィラメント用電極４
Ａ，グリッド５，グリッド用電極５Ａ，対電極６，対電
極用電極６Ａ，蒸発源用電源８，フィラメント用電源９
，及び、直流電圧電源１０などで構成される。

【００１２】図１において、ベースプレート１とベルジ
ャー２とは、パッキング１１を介して一体化されること
により、真空槽３を形成している。ここで、ベースプレ
ート１は、支持体兼用の各電極６Ａ，５Ａ，４Ａ，３Ａ
により、貫通されているが、これらの電極６Ａ，５Ａ，
４Ａ，３Ａの各貫通部は、それぞれ機密状態を保つよう
に構成されている。また、このベースプレート１と、支
持体兼用の各電極６Ａ，５Ａ，４Ａ，３Ａとは、それぞ
れ電気的に絶縁されている。さらに、ベースプレート１
の中央部には、図示しない真空排気系へ連結された給気
口が穿設されている。この真空排気系の動作により、真
空槽内は、１／１０６Ｔｏｒｒ台の真空度となる。

【００１３】このように構成された真空槽の内部には、
蒸発源３，フィラメント４，グリッド５，及び、対電極
６などが、上述の支持体兼用の各電極、３Ａ，４Ａ，５
Ａ，６Ａにより、それぞれ支持される。すなわち、蒸発
源３は、一対の蒸発源用電極３Ａの間に支持される。こ
の蒸発源３としては、例えば、タングステンもしくはモ
リブデンなどの金属を、コイル状あるいはボート状に形
成した抵抗加熱式の蒸発源で構成される。なお、この蒸
発源３としては、上述のような、抵抗加熱式の蒸発源に
替えて、例えば、従来の真空蒸着方式で用いられている
ビーム蒸発源などを適宜使用することができる。

【００１４】熱電子発生用のフィラメント４は、一対の
フィラメント用電極４Ａの間に支持される。本実施例に
おけるフィラメント４は、タングステン等の複数本のワ
イヤからなり、且つ、グリッド５全体に均一にプラズマ
が形成されるように、複数のフィラメント４が、グリッ
ド５の面積と同程度の広がりをもつように配置されてい
る。また、図示のフィラメント４は、蒸発源３の上部に
位置する部分４ａと、蒸発源３から離れた部位に位置す
る部分４ｂとが、一本のワイヤで形成された例を示して
いるが、このフィラメント４の各部分４ａ，４ｂは、複
数に分割して形成してもよい。

【００１５】グリッド５は、グリッド用電極５Ａに支持
される。このグリッド５は、蒸発源３から蒸発した蒸発
物質を通過させうるような形状に形成されており、本実
施例では網目状に形成されている。

【００１６】対電極６は、対電極用電極６Ａに支持され
る。この対電極６は、その下位、すなわち、蒸発源３に
対向する部位に、適宜な方法により被蒸着基板７を保持
し得るように構成されている。

【００１７】ここで、上述の各電極３Ａ，４Ａ，５Ａ，
６Ａは、導電体で形成されており、これにより、それら
の真空槽内への突出部が、上述のように、蒸発源３，フ
ィラメント４，グリッド５，及び、対電極６などの支持
体として機能するとともに、それらの真空槽外への突出
部が、図示のように、蒸発源用電源８，フィラメント用
電源９，及び、直流電圧電源１０などを電気的に接続す
るための電極として機能するように構成される。すなわ
ち、蒸発用電源８は、一対の蒸発源用電極３Ａの間に接
続される。また、フィラメント用電源９は、一対のフィ
ラメント用電極４Ａの間に接続される。さらに、直流電
圧電源１０は、その負極側が一対のフィラメント用電極
４Ａの一方に接続され、その正極側がグリッド用電極５
Ａに接続される。すなわち、フィラメント４の電位は、
グリッド５の電位に対して、負電位にある。ここで、図
中に示した接地は、必ずしも必要としない。また、上述
のような、蒸発源用電源８，フィラメント用電源９，及
び、直流電源１０などの電気的な接続、並びに、後述す
る成膜プロセスは、実際には、種々のスイッチ類を介し
て実現されるが、説明を判り易いものとする上から、こ
れらスイッチ類の図示、及び、具体的構成は示されてい
ない。

【００１８】ところで、この実施例におけるグリッド５
は、図１に示すように、蒸発源３の上部に位置する部分
５ａと、蒸発源３から離れた部位に位置する部分５ｂと
で構成されている。さらに、このグリッド５の蒸発源３
から離れた部位に位置する部分５ｂは、ベースプレート
１に配設された防着板１２によって、蒸発源３から遮ら
れることにより、蒸発源３からの蒸発物質が付着しない
ように構成されている。また、このグリッド５は、その
蒸発物質が付着する部分５ａと、蒸発物質が付着しない
部分５ｂとを回転等により入れ替えるためのグリッド部
位入れ替え機構１３（例えば、ステッピングモータ等を
利用した回転機構）を具備しており、このグリッド部位
入れ替え機構１３の作動により、このグリッド５の蒸発
源３の上部に位置する部分５ａと、蒸発源３から離れた
部位に位置する部分５ｂとを入れ替えることができるよ
うに構成されている。これにより、図１において、真空
槽内に、活性ガス又は不活性ガス、あるいはこれら両者
の混合ガスを導入し、フィラメント４とグリッド５との
間に電圧を印加して、プラズマ放電を行いながら、絶縁
体を蒸着する場合、グリッド５の蒸発源３の上部に位置
する部分５ａでは、絶縁体がグリッド５に付着するが、
グリッド５の蒸発源３から離れた部位に位置する部分５
ｂでは、絶縁体の表面が熱電子によって負に帯電するた
め、プラズマ中の正イオンにより、この絶縁体がスパッ
タリングされる。従って、この薄膜蒸着装置では、その
グリッド部位入れ替え機構１３を適宜作動させて、この
グリッド５の蒸発源３の上部に位置する部分５ａと、蒸
発源３から離れた部位に位置する部分５ｂとを時間とと
もに入れ替えることにより、安定したプラズマ放電を維
持させることが可能となる。

【００１９】ここで、フィラメント４は、それが高温で
あり、また、プラズマ中の正イオンによりスパッタリン
グされるため、このフィラメント４への絶縁体の付着は
生じない。従って、このフィラメント４に関しては、そ
の蒸発源３の上部に位置する部分４ａと蒸発源３から離
れた部位に位置する部分４ｂとを入れ替える必要は無い
。

【００２０】以下、本実施例における成膜プロセスにつ
いて説明する。図１において、先ず、被蒸着基板７が対
電極６の下位にセットされるとともに、蒸発源３に蒸発
物質が保持される。ここで、蒸発物質は、被蒸着基板７
に形成しようとする薄膜の種類に応じて、予め選定され
る。この蒸発物質としては、例えば、アルミニウムや金
のような金属、もしくは、金属の酸化物，ふっ化物，硫
化物，あるいは合金等が使用される。本実施例では、こ
の蒸発物質として、酸化アルミニウム（ＡｌＯ３）を使
用するものとする。

【００２１】また、必要に応じて、所定の圧力に減圧さ
れた真空槽内に、活性ガスもしくは不活性ガス、あるい
はこれらの混合ガスが導入される。本実施例では、その
成膜プロセスを具体的なものとするため、導入ガスとし
て酸素（Ｏ２）を使用し、この活性ガスが、１／１０２
〜１／１０４Ｔｏｒｒの圧力で真空槽内に導入されてい
るものとする。

【００２２】次に、フィラメント４が加熱され、グリッ
ド５側を正として、グリッド５とフィラメント４との間
に数１０Ｖ程度の電圧が印加される。これにより、真空
槽内に酸素プラズマが発生する。この状態で、図示しな
い電源を作動させ、金属アルミニウムの蒸発源３を蒸発
させると、アルミニウムと酸素の反応により、蒸発物質
としての酸化アルミニウムが生成される。

【００２３】この蒸発源３からの蒸発物質（ＡｌＯ３）
は、前に述べたように、その一部がフィラメント４から
の電子により正イオンにイオン化される。そして、この
ようにして一部がイオン化された蒸発物質（ＡｌＯ３）
は、グリッド５を通過し、さらに、イオン化されたガス
（Ｏ２）により正イオンにイオン化を促進され、グリッ
ド５から被蒸着基板７に向かう電界と、グリッド５から
蒸発源３に向かう電界との作用により被蒸着基板７の方
へ加速される。

【００２４】ここで、酸化アルミニウム（ＡｌＯ３）の
組成は、導入ガス（Ｏ２）の流量と、アルミニウムの蒸
発速度との関係によって決定される。この実施例におけ
る実験では、導入ガス（Ｏ２）の圧力を、６／１０４Ｔ
ｏｒｒ、蒸発物質（ＡｌＯ３）の蒸着速度を、４Å／ｓ
ｅｃとした場合の条件下で、略、酸化アルミニウム（Ａ
ｌＯ３）の組成からなる薄膜を得ることができた。

【００２５】上述のように、前記従来の薄膜蒸着装置で
は、蒸着時間の経過とともに、その網状電極グリッドが
蒸発物質で覆われるため、この蒸発物質、及び、その反
応生成物が絶縁体の場合には、上記グリッドが絶縁体で
覆われてしまい、安定したプラズマ放電が維持できなく
なるという問題があったが、この発明による薄膜蒸着装
置では、そのグリッド部位入れ替え機構１３を適宜作動
させて、蒸発源３の上部に位置して絶縁膜が付着したグ
リッド５の部分５ａと、蒸発源３から離れた部位に位置
して付着した絶縁膜がスパッタリングにより除去された
部分５ｂとを時間とともに入れ替えることにより、常時
、絶縁膜の付着されていないきれいなグリッド５を用い
るので、安定したプラズマ放電を維持させることが可能
となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、フィラメント、及び、
グリッドが蒸発源の直上にある部分では、従来の薄膜蒸
着装置と同様に、耐熱性の無いプラスチック等の被蒸着
基板へも極めて強い密着力で薄膜を形成させることがで
きる。また、本発明によれば、蒸発物質、又は、導入ガ
スとの反応生成物が絶縁体の場合、グリッドに絶縁膜が
付着しても、このグリッドの蒸発物質の付着しない領域
で、プラズマ中の正イオンにより絶縁体がスパッタリン
されて金属表面が露出されるので、このグリッドの領域
を回転等により入れ替えることにより、蒸発源の直上に
、常にきれいなグリッドを供給することができ、安定し
たプラズマ放電を維持させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜蒸着装置の一例を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１　　　　　　ベースプレート ２　　　　　　ベルジャー ３　　　　　　蒸発源 ４　　　　　　フィラメント ５　　　　　　グリッド ６　　　　　　対電極 ７　　　　　　被蒸着基板 ８　　　　　　蒸発源用電源 ９　　　　　　フィラメント用電源 １０　　　　直流電源 １１　　　　パッキング １２　　　　防着板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性ガスもしくは不活性ガス、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
   記真空槽内に配備され、薄膜が形成される被蒸着基板を
   上記蒸発源に対向させて保持し、且つ上記蒸発源と同電
   位におかれる対電極と設けた薄膜蒸着装置において、上
   記蒸発源と対電極との間に、上記蒸発物質の一部をイオ
   ン化するための熱電子発生用フィラメントと、このフィ
   ラメントから発生される熱電子を吸収するための上記蒸
   発源，対電極，及びフィラメントに対して正電位とした
   網状電極グリッドとを有し、且つ、上記フィラメント及
   びグリッドが、上記蒸発源の直上にあって上記蒸発物質
   が付着する部分と、上記蒸発源の直上に無く上記蒸発物
   質が付着しない部分からなるとともに、上記グリッドの
   上記蒸発物質が付着する部分と上記蒸発物質が付着しな
   い部分とを回転等により入れ替えるためのグリッド部位
   入れ替え機構を具備することを特徴とする薄膜蒸着装置
   。