JPH01123061A

JPH01123061A - 二酸化硅素薄膜の成膜方法

Info

Publication number: JPH01123061A
Application number: JP28034687A
Authority: JP
Inventors: Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Masashi Nakazawa; 中沢　政志; Yuji Onodera; 小野寺　祐二
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1989-05-16
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JP2549398B2

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、保護膜、誘電体膜、絶縁膜、反射防止膜等に
使用可能な二酸化硅素薄膜の成膜方法に関する。

従来技術一般に、二酸化硅素薄膜（Ｓ　ｉ　Ｏ２）は高透明性、
高硬度を有する薄膜として種々の技術分野における利用
価値が高いものである。

このような二酸化硅素薄膜の製法も種々提案されている
。例えば−、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法等の被着法と、熱酸化法等がある。一般には、ｒ
ＭＯｓデバイス」　（徳山嵐著、■工業調査会発行、第
１３０頁、第１４０頁等）に示される如きＣＶＤ法やス
パッタリング法が用いられることが多い。しかし、これ
らの方法は何れも基板に熱を加えることにより良好なる
薄膜を得る方法である。この結果、耐熱性のないプラス
チックス等の基板上に密着性のよい緻密な二酸化硅素薄
膜を均一に形成することは困難なものである。

目的本発明は、このような点に鑑みなされたもので、従来の
製法の欠点である耐熱性のないプラスチックス等の基板
上に二酸化硅素薄膜を形成できない等の点を、プラズマ
中において成膜することにより、基板温度が低温、例え
ば室温であってもその主要な膜特性である膜強度及び光
透過率を従来の基板加熱方式のものと同等乃至はそれ以
上の状態に向上させ得る新規な二酸化硅素薄膜の成膜方
法を提供す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、真空に減圧され酸
素ガス又は酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスが導入
される真空槽と、前記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、前記真空槽内に配置されて前記
蒸発源に対向するように基板を保持する対電極と、前記
蒸発源と対電極との間に配設されて前記蒸発物質の通過
する隙間のあるグリッドと、前記真空槽内において前記
グリッドより前記蒸発源側に配設させた熱電子発生用の
フィラメントと、前記グリッドを前記フィラメントの電
位に対し正電位とする電源手段とを備えた薄膜形成装置
を用いる二酸化硅素薄膜の成膜方法において、真空槽内
に導入する酸素ガス又は酸素ガスとアルゴンガスとの混
合ガスの圧力を２×１０１〜１０−２Ｐａ　の範囲とし
、蒸発物質を硅素Ｓｉ又はＳｉＯ，ＳｉＯ，等の硅素酸
化物とし、グリッド印加電圧を５０〜３００Ｖの範囲と
し、成膜速度を１〜５０Ａ／ｓｅｅとして成膜を行なう
ことを特徴とする。

即ち、本出願人により特開昭５９−８９７６３号として
既提案の薄膜形成装置を用い、そのプラズマを利用して
低温成膜を行うことにより反応性成膜を容易にし、化合
物薄膜を形成し、従来成膜が困難であったプラスチック
ス基板等の耐熱性のない基板上への二酸化硅素薄膜を容
易に成膜し得る蒸着方法を提供するものである。

ここに、本出願人既提案の薄膜形成装置の、構成及び原
理は、次の通りである。まず、真空槽と、対電極と、グ
リッドと、熱電子発生用のフィラメントと、蒸発源とを
有する。真空槽内には、活性ガス若しくは不活性ガス或
いはこれら両者の混合ガスが導入される。対電極は真空
槽内に配設されて基板を保持し、かつ、二の基板を蒸発
源と対向させる。又、蒸発源と対電極とは同電位若しく
は対電極が負の電位におかれる。グリッドは蒸発物質を
通過させ得るものであって、蒸発源と対電極間に配設さ
れ、フィラメントの電位に対して正電位におかれる。従
って、真空槽内には、グリッドからフィラメントに向か
う電界が形成される。

一方、熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内のグリ
ッドより蒸発源側に配設され、このフィラメントにより
発生する熱電子は蒸発物質の一部をイオン化するのに供
される。よって、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。このように一部イオン化された蒸発物質は、グリッ
ドを通過し、更に、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、上記電界の作用により基板の方
へと加速される。

なお、フィラメントからの電子は、フィラメント温度に
対応する運動エネルギーを持ってフィラメントから放射
されるので、正電位のグリッドに直ちに吸引されずに、
これを−旦通過し、グリッドによるクーロン力により引
き戻され、更に、グリッドを通過する、というように、
グリッドを中心として振動運動を繰返し、遂にはグリッ
ドに吸収されるので基板へは達しない。よって、基板は
電子衝撃を受けないので、これによる加熱がなく基板の
温度上昇が防止できる。従って、プラスチックスのよう
な耐熱性の無い材質のものでも、基板とすることができ
るというものである。

しかして、このような薄膜形成装置を用いる、本発明の
一実施例を図面に基づいて説明する。まず、ベースプレ
ートｌとペルジャー２とは、バッキング１５を介して一
体化され真空槽を形成している。ベースプレート１には
、支持体兼用電極３゜５．７．９が貫通しているが、こ
れら支持体兼用電極３などの貫通部はもちろん気密状態
であり、更にこれら支持体兼用電極３，５，７．９とペ
ーススプレート１とは電気的に絶縁されている。又、ベ
ースプレート１の中央部に穿設された孔ＩＡは真空排気
系（図示せず）に連結されている。

一対の支持体兼用電極３は、その間にタングステン、モ
リブデンなどの金属をボート状（コイル状等であっても
よい）に形成してなる抵抗加熱式の蒸発源４を支持して
いる。なお、このような蒸発源に代えてビーム蒸発源な
どのような、従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発
源を適宜使用してもよい。又、一対の支持体兼用電極５
の間には、タングステンなどによる熱電子発生用のフィ
ラメント６が支持されている。このフィラメント６の形
状は、複数本のフィラメントを平行に配列したり、ある
いは網目状にしたりするなどして、蒸発源から蒸発した
蒸発物質の粒子が拡がりをカバーするように定められて
いる。支持体兼用電極７にはグリッド８が支持されてい
る。このグリッド８は蒸発物質が通過する隙間を持つよ
うにその形状が定められている。例えば、本実施例では
綱目状とされている。又、支持体兼用電極９には対電極
１０が支持され、その下面には基板１１が適宜の方法で
保持されている。この状態を蒸発源４の側から見れば、
基板１１の背後に対電極１０が配設されていることにな
る。

ここに、これらの支持体兼用電極３，５，７゜９は、何
れも導電体であって電極としての役割を兼ねており、そ
れらの真空槽外へ突出した端部間は図示のように種々の
電源に接続されている。まず、一対の支持体兼用電極３
は蒸発用電源１２を介して接続されている。又、支持体
兼用電極５は電源１３に接続されている。更に、図示例
の場合は、支持体兼用電極７が直流電圧電源１４の正端
子に接続され、支持体兼用電極９が接地されている。こ
れにより、グリッド８はフィラメント６に対して正電位
とされている６実際には、これら電気的接続は種々のスイッチ類を含み
、これらの操作により成膜プロセスを実現するのである
が、これらスイッチ類は図中に示されていない。

このような薄膜形成装置を用いた二酸化硅素薄膜の形成
について説明する。

まず、基板１１を図の様にセットして、蒸発物質として
硅素ＳＬ又は硅素酸化物（ＳｉＯ，５ｉＯ１等）を蒸発
源４に保持させる。ここでは、例えば蒸発物質は一酸化
硅素ＳｉＯであり、蒸発源４はタングステンボートであ
るとする。

一方、真空槽内は予め１０−３〜１０”２Ｐａの圧力に
され、これに必要に応じて酸素ガスを単独で、又は酸素
ガスとアルゴンガスとの混合ガスとして、１０’〜１０
−２Ｐａ　の圧力で導入される。ここでは、例えば導入
ガスを酸素ガス単独とする４このような状態において、
電源装置を作動させグリッド８に正の電位を印加すると
、対電極１０は接地され、フィラメント６には電流が流
れる。

ここでは、例えばグリッド８が網目状であり１゜０■印
加されているとし、フィラメント６はタングステンワイ
ヤで４００Ｗの電力がかかつているとする。フィラメン
ト６は抵抗加熱により加熱されて熱電子を放射する。真
空槽内の酸素分子或いはアルゴン分子は、フィラメント
６より放出された熱電子との衝突によってイオン化され
る。蒸発した硅素の粒子や酸素、又はその化合物は拡が
りをもって、基板１１側へ向かって飛行するが、その一
部、及び、前記導入ガスはフィラメント６より放出され
た熱電子との衝突によってイオン化される。

このように、一部イオン化された硅素や酸素はグリッド
８を通過するが、その際、前述のように、グリッド８近
傍において上下に振動運動する熱電子及び前述の如くイ
オン化された導入ガスの衝突により、更にイオン化が促
進される。

一方、グリッド８を通過した蒸発物質中の、未だイオン
化されていない部分は、更に、グリッド８と基板１１の
間において、前述の如く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。

このようにして、正イオンにイオン化された硅素は、グ
リッド８から対電極１２に向かう電界の作用により基板
１１に向かって加速され、基板１１に高エネルギーを持
って向かう。更に、その途中及び基板１１表面において
、酸素と結合し、二酸化硅素薄膜が基板１１に形成され
る。

次いで、熱電子は最終的には、その大部分がグリッド８
に吸収され、一部の熱電子はグリッド８を通過するが、
グリッド８と基板１１との間で前述した電界の作用によ
って減速されるので、仮に基板１１に到達しても、同基
板１１を加熱するには到らない。

本実施例によれば、このようにして高い光透過率を持つ
二酸化硅素薄膜を形成することが可能である。

特に、本実施例によれば、前述のように基板温度の上昇
が少なく、基板１１と膜との密着性が強く得られる成膜
装置を用いているため、ガラス基板のみならず、プラス
チックスなどの耐熱性に欠ける基板上にも二酸化硅素薄
膜を形成できる。

この結果、ガラス基板やプラスチックス基板、又はアル
ミニウム表面上、或いは金属電極上に低い基板温度にお
いて二酸化硅素薄膜の成膜が可能であるため、あらゆる
光学素子、装置の保護膜、パッシベーション膜として、
又は高抵抗膜としてＭＩＭの絶縁膜、その他の絶縁膜に
も利用できるものである。

なお、成膜条件を一般的に考えた場合には、上述した一
例的な条件に限らず、酸素ガス等の導入ガスの圧力は２
×１０１〜１０−２Ｐａの範囲内、グリッド印加電圧は
５０〜３００Ｖの範囲内、成膜速度は１〜５０人／ｓｅ
ｅの範囲内であれば、良好なる結果が得られたものであ
る。

効果本発明は、上述したような成膜方法としたので、基板温
度の上昇が少なく、基板と膜との密着性が強く、かつ、
膜強度の優れた二酸化硅素薄膜が成膜可能な装置を用い
たことにより、ガラス基板のみならずプラスチックスな
どの耐熱性に欠ける基板上にも二酸化硅素薄膜を形成で
き、この際、導入酸素ガスの圧力、酸素とアルゴンとの
混合比、成膜速度等を適切に制御することにより、再現
性のよい良好な二酸化硅素薄膜を得ることができ、今後
盤々プラスチックス光学部品の利用が増大する光学技術
分野に大きく貢献する二とが期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の断面図で
ある。４・・・蒸発源、６・・・フィラメント、８・・・グリ
ッド、１０・・・対電極、１１・・・基板、１４・・・
直流電源（電源手段）

Claims

【特許請求の範囲】

真空に減圧され酸素ガス又は酸素ガスとアルゴンガスと
の混合ガスが導入される真空槽と、前記真空槽内におい
て蒸発物質を蒸発させるための蒸発源と、前記真空槽内
に配置されて前記蒸発源に対向するように基板を保持す
る対電極と、前記蒸発源と対電極との間に配設されて前
記蒸発物質の通過する隙間のあるグリッドと、前記真空
槽内において前記グリッドより前記蒸発源側に配設させ
た熱電子発生用のフィラメントと、前記グリッドを前記
フィラメントの電位に対し正電位とする電源手段とを備
えた薄膜形成装置を用いる二酸化硅素薄膜の成膜方法に
おいて、真空槽内に導入する酸素ガス又は酸素ガスとア
ルゴンガスとの混合ガスの圧力を２×１０＾１〜１０＾
−＾２Ｐａの範囲とし、蒸発物質を硅素Ｓｉ又はＳｉＯ
、ＳｉＯ＿２等の硅素酸化物とし、グリッド印加電圧を
５０〜３００Ｖの範囲とし、成膜速度を１〜５０Å／ｓ
ｅｃとして成膜を行なうことを特徴とする二酸化硅素薄
膜の成膜方法。