JPS6260876A - 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】 技術分野 本発明は、高真空中でのプラズマ流のエネルギーを利用
して薄膜を作成するための薄膜蒸着装置に関する。

従来技術 従来、プラズマを用いた薄膜蒸着技術としては、イオン
ブレーティング法が最も一般的である。ここに、プラズ
マを得ろ方法によって直流法、高周波法の区別があるが
、何れにしても薄膜を作るべく蒸発した蒸気がプラズマ
によって活性化（励起、一部イオン化）される。このた
め、スパッタリング法や蒸着法に比べて低い支持体（Ｊ
！板）温度にて成膜が可能なものである。

しかし、このときにイオン化１＄、は、１０％以下と言
われ、決して充分なものではない。又、プラズマを安定
に生成するためには１０−２〜１ｏ−４Ｔｏｒｒの高ガ
ス圧力が必要であり、不純物が薄膜中に混入しやすい。

このような２点につき、直流法と高周波法とでは高周波
法の方が改良されているものの、高周波法では高周波コ
イルを必要とする。この結果、この高周波コイルがプラ
ズマによってスパッタされ、そのコイル材料が薄膜中に
混入することが避けられず、純度の高い薄膜を作成でき
ない。又、上述したように、イオン化率が低いため、支
持体温度が特に低い場合には成膜しにくいものでもある
。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、導入ガ
スの活性化を著しく向上させて、低い支持体温度であっ
ても高品質の薄膜を作成することができる薄膜蒸着装置
を得ることを目的とする。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、マイクロ波電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを発生させるプラズマ生成室
をベルジャ内に臨ませて設け、前記マイクロ波電子サイ
クロトロン共鳴プラズマのベルジャ内での空間的形状を
プラズマ密度が向上するように制御する磁気手段を設け
、この高密度化されたプラズマ中を蒸発粒子が通るよう
に蒸発源を設置し、この蒸発粒子に基づき薄膜が形成さ
れる支持体に負電圧を印加する電圧印加手段を設けたこ
とを特徴とするものである。

以下１本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。ま
ず、反応性ガスが導入される導入口１が形成されるとと
もに、真空ポンプに接続される排気口２が形成されて高
真空とされるベルジャ３が設けられている。このベルジ
ャ３には開口部４が形成されてプラズマ発生部５が取付
けられている。

このプラズマ発生部５はマグネットコイル６により囲ま
れた部分により構成されており、その中には前記ベルジ
ャ３内にプラズマ窓７を介して連通ずるプラズマ生成室
８を有する。ここで、このプラズマ生成室８には矩形導
波管９及び石英ガラス板によるマイクロ波導入窓１ｏを
通して２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導入されろととも
に、ガス導入口１１から成膜に必要なガスが導入されて
プラズマが生成されるように構成されている。このよう
に生成されるプラズマはマイクロ波電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）プラズマと称されるものである。ここで
、ω：マイクロ波角周波数、ωＣ：電子サイクロトロン
角周波数、ｅ：電荷、Ｂ：磁束密度、ｍ：電子質量とし
たとき、ＥＣＲ条件がω＝ωＣ９ωｃ＝ｅＢ／ｍのとき
に最も効率よくプラズマが生成される。このようなプラ
ズマ生成室８及び前記マグネットコイル６は水導入口１
２から導入される冷却水により水冷される。

このようにプラズマ生成室８に生成されたプラズマはマ
グネットコイル６によって作られた磁界の勾配によりプ
ラズマ窓７を通してベルジャ３中に引出される。このよ
うに引出されたプラズマのベルジャ３内での空間的形状
を蒸発用の材料１３を入れたるつぼ１４の上を通りなが
らプラズマ密度が向上するように制御する磁石１５がベ
ルジャ３内に設けられている。即ち１点線で示す部分が
プラズマ１６であり、磁石１５により引き寄せる二とに
よりプラズマ１６の空間的形状を制御して高密度化させ
るものである。この時、ベルジャ３内のガス圧力が１０
−ｓ〜１０−’　Ｔｏｒｒで安定したプラズマ１Ｇを生
成できる。るつぼ１４内の蒸発材料１３は電子銃１７に
より溶解され蒸発する。

蒸発した蒸発材料１３は高密度のプラズマ１Ｇ中を通っ
て活性化（励起、イオン化）され、ベルジャ３内の上部
に設けられた支持体１８上に薄膜が形成される。この支
持体１８としては、シリコンウェハー、ガラス等のセラ
ミックスや金属、プラスチックス等が用いられている。

ここで、プラズマ生成室８内に導入するガスとして酸素
ガスのように反応性の高いものを用いれば、蒸発材料１
３との反応物の薄膜を形成することもできる。又、支持
体１８を高密度化されたプラズマ１Ｇ中に配置すれば、
プラズマ１６の低エネルギーのイオン衝撃によって支持
体１８表面での膜形成反応を促進させることができる。

そして、支持体１８は電圧印加手段としての直流電源１
９により負電圧が印加されており、イオン化された蒸発
粒子は加速されることになる。この加速方式は従来のも
のと同様であるが、イオン化している粒子の密度が高い
ため、従来よりも支持体１８の温度が低い状態でも成膜
できるものとなる。

このような装置によって支持体１８上に成膜できる材料
は特に限定されるものでなく、例えば金属、金属の酸化
物、弗化物、硫化物あるいは合金のいずれであっても可
能である。即ち、ベルジャ３内には反応性ガス用のガス
導入口１が設けられており、プラズマ生成に用いたガス
、例えば不活性ガスとは別種の反応性ガスをガス導入口
１からベルジャ３内に導入し、蒸発材料１３と反応させ
て成膜させることもできる。例えば、プラズマ生成用ガ
スとしてアルゴンガスを用い、ガス導入口１からは酸素
を導入し、ベルジャ３内の圧力を１０′″’〜１０−３
Ｔｏｒｒに調整し、蒸発材料１３としてアルミニウムを
選択すれば、支持体１８上にはＡＱ２０３の薄膜を形成
することができる。又、この際、蒸発材料１３としてア
ルミニウムに代えて、Ｓｉ又はＳｉＯを用いれば、Ｓｉ
Ｏ２の薄膜を形成できる。更に、ＩｎやＺｎを用いれば
、各々Ｉ　ｎ２０．やＺｎ○の薄膜を形成できる。また
、反応性導入ガスとしてＨ，Ｓ、蒸発材料１３としてＣ
ｄを選択すれば、ＣｄＳの薄膜を形成できろ。

更に、反応性導入ガスとしてアンモニア及びアルゴンを
用い、蒸発材料１３としてＴｉやＴａを選択すれば、各
々ＴｉＮやＴａＮの薄膜を形成できる。

このように、本実施例によれば、ＥＣＲプラズマを発生
させるプラズマ生成室８を備えているものであり、この
ようなＥＣＲプラズマは低ガス圧力で生成できてプラズ
マ中の電子が高エネルギーとなるため、従来のプラズマ
方式に比べて、導入ガスの活性化が著しく向上するもの
である。これにより、従来よりも低い温度の支持体１８
に対しても高品質の薄膜を形成できるものとなる。又、
プラズマ生成室８の出口のプラズマ窓７部分に設けたマ
グネットコイル６と磁石１５とによってプラズマ１６の
空間的形状を任意に変えてそのプラズマ密度を向上させ
ることができるので、蒸発粒子の活性化（イオン化）を
他の方式、例えば高周波イオンブレーティング法に比べ
て向上させることができる。この点でも、低い温度の支
持体１８上に高品質の薄膜を形成できる。この結果、例
えばプラスチックフィルムのように耐熱性のないものを
支持体１８として用いて成膜することもでき、長尺の連
続薄膜の作成も容易となる。

なお、上述した装置の特殊な使用形態としては、プラズ
マ１６を第１図に示した状態では磁石１５に集めず、る
つぼ１４中の蒸発材料１３部分に集まるように磁石１５
をるつぼ１４の下に配置させれば、電子銃１７を用いる
ことなく蒸発材料１３を蒸発させて成膜することができ
る。

第２図は変形例を示すもので、電子銃１７に代えて、抵
抗加熱式蒸発′ｇ２０を用いたものである。

この他、真空蒸着法において一般に用いられる蒸発源を
同様に用いることができる。

効果 本発明は、上述したようにマイクロ波電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマ方式を採用するとともに、これを高密度
化させるように構成したので、支持体の温度が低い場合
であっても高品質の薄膜を形成することができ、支持体
としも各種材質のものを選択使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第２図は
変形例を示す概略断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させ
   るプラズマ生成室をベルジヤ内に臨ませて設け、前記マ
   イクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマのベルジヤ内
   での空間的形状をプラズマ密度が向上するように制御す
   る磁気手段を設け、この高密度化されたプラズマ中を蒸
   発粒子が通るように蒸発源を設置し、この蒸発粒子に基
   づき薄膜が形成される支持体に負電圧を印加する電圧印
   加手段を設けたことを特徴とする薄膜蒸着装置。