JPH01180973A - 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】 技術分野 本発明は、膜厚分布の一様性に優れ、光学薄膜や半導体
分野の薄膜などの形成に適した薄膜形成装置に関する。

従来技術 従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する手段としては
、種々のものが提案され、その方法も極めて多岐にわた
っている。

例えば、真空蒸着法により薄膜を形成する場合、蒸発源
から基板に飛来する粒子の密度が均一でないため、形成
される薄膜の面内分布は一般的に一様ではない。従って
、膜厚の均一性が要求される光学薄膜などの薄膜形成に
は不適である。

このような膜厚不均一性を改善するため、従来種々の方
法が提案されている。

例えば、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の一様性を
向上させるため、複数個の蒸発源を設けることにより、
個々の蒸発源を用いた場合の不均一性を平均化させる方
法がある。しかし、複数個の蒸発源を用いても膜厚分布
の不均一性を完全に解消し得るものではない。また、比
較的コスト高となり、特に蒸発源として電子ビーム蒸発
源ＥＢを用いた場合には装置コストがかなり高くなって
しまうものである。

また、複数枚の基板を形成される薄膜の膜厚が互いに等
しくなる曲面、即ち等膜厚面に配置させる方法がある。

このような等膜厚面は曲面であり、等膜厚面上に基板を
配置させる方法は蒸発源と基板との距離に対し基板サイ
ズが極めて小さく、等膜厚面が基板の大きさのオーダで
近似的に平面であるとみなせる場合に有効であり、基板
のサイズが大きくなり等膜厚面（曲面）から外れる場合
には有効ではなくなってしまう。

さらには、蒸発源に対向させた基板を真空槽内の１点を
公転運動の中心、他の１点を自転運動の中心として、自
公転運動させるプラネタリ治具を設置する方法もある。

しかし、真空槽内で自公転運動するためのスペースが必
要で、装置が大型化しやすい。特に、−船釣な曲面形状
を有する基板を用いた場合又は大面積平板状基板を使用
し真空槽内で十分な自公転運動ができない場合には均一
な膜厚の薄膜を作製するのが困難な状況にある。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、簡単な
構成の下に、大面積基板或いは一般的な曲面形状を有す
る基板に対し膜厚分布の−様な薄膜を形成することがで
きる薄膜形成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、活性ガス又は不活
性ガス或いは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスが導入
される真空槽と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発
させる蒸発源と、前記真空槽内に配設されて前記蒸発源
に対向する状態で薄膜形成用の基板を保持する基板ホル
ダと、前記蒸発源と基板ホルダとの間に配置されて前記
蒸発物質が通過する開口部を有し単位面積当たりのこの
開口部面積をグリッド面内で変化させた平面状又は曲面
状のグリッドとからなり、さらには、真空槽内において
グリッドと基板ホルダとを所定の軌道で相対的に移動さ
せる運動機構を備えたことを特徴とするものである。

以下、本発明の第一の実施例を第１図に基づいて説明す
る。まず、真空槽１が設けられている。

この真空槽１はベースプレート２上にベルジャ３をバッ
キング４を介して一体化することにより構成されている
。ここに、ベースプレート２の中央部には孔２ａが形成
されて図示しない真空排気系に連結され、真空槽１内の
気密性を維持しつつ、周知の方法により真空槽１内に活
性ガス又は不活性ガス或いは活性ガスと不活性ガスとの
混合ガスを導入し得るように構成されている。例えば、
−対のバルブ５を介して一対のガス発生源６が真空槽１
に接続されている。

このような真空槽１内には上方から下方に向けてｊ頃に
基板ホルダ７とグリッド８と蒸発源９とが適宜間隔をあ
けて設けられている。これらの部材は、各々支持体１０
，１１．１２により水平状態に支持されている。ここに
、支持体１２は電極を兼用するものであり、ベースプレ
ート２との電気的な絶縁性を保つ状態でベースプレート
２を貫通して真空槽１外部に引出されている。即ち、こ
の電極（支持体）１２は真空槽１の内外の電気的な接続
・給電を行なうためのもので、その他の配線具とともに
導電手段となり得るものであり、ベースプレート２の貫
通部等においては気密性が確保されている。

ここで、一対の支持体１２により支持された蒸発源９は
蒸発物質を蒸発させるためのものであり、例えばタング
ステン、モリブデンなどの金属をコイル状に形成してな
る抵抗加熱式として構成されている。もつとも、コイル
状に代えて、ボート状に形成したものでもよい。更には
、このような蒸発源に代えて、電子ビーム蒸発源などの
ように従来の真空蒸着方式で用いられている蒸発源であ
ってもよい。

また、支持体１０に支持された基板ホルダ７には、前記
蒸発源９に対向する面（下面）側に位置させて、薄膜を
形成すべき基板１３が適宜の方法により保持されている
。

そして、支持体１１により支持されたグリッド８は平面
状又は曲面状のもの（本実施例では、平面状のもの）で
あり、蒸発物質が通過する開口部８ａを有する形状、例
えば網目状に形成されている。ここに、特徴的な点は、
グリッド８における開口部面積の分布であり、グリッド
面内において単位面積当たりの開口部８ａの面積が変化
している。具体的には、グリッド８の中心部の開口部面
積が周辺部側の開口部面積に比して小さくなるように周
辺部では大きい網目状に形成されている（図面上は、こ
のような開口部面積の変化の様子を誇張して示すもので
ある）。

また、前記蒸発源９は電極（支持体）１２を介して加熱
用の交流電源１４に接続されている。

また、実際的なこれらの電気的な接続には、種々のスイ
ッチ類を含み、これらの操作により、基板１３上への成
膜プロセスを実施するわけであるが、これらのスイッチ
類については省略する。

このような薄膜形成装置の構成による薄膜形成動作につ
いて説明する。まず、図示の如く、薄膜を形成すべき基
板１３を基板ホルダ７に保持セットさせる一方、蒸発源
９には蒸発物質を保持させる。用いる蒸発物質はどのよ
うな薄膜を形成するかに応じて定められるものであるが
、例えば、アルミニウムや亜鉛や錫などの金属、或いは
金属の酸化物、弗化物、硫化物、或いは合金等が用いら
れる。また、真空槽１内は予め１０−４〜１０−７の圧
力とされ、さらには、必要に応じて活性ガス又は不活性
ガス或いはこれらの混合ガスが１０〜１０−７′Ｐａの
圧力で導入される。ここでは、説明の具体性のため、例
えばアンモニアなどの活性ガスが導入されているものと
する。

この状態において、反応の活性化のため、基板１３を加
熱するためのヒータ（図示せず）を付加的に設置し、薄
膜形成時の基板温度を６００℃に加熱するものとする。

また、蒸発源９、グリッド８、基板１３の中心は鉛直線
上にあるものとする。

そこで、蒸発源９に保持された蒸発物質、例えばＴ１が
加熱により蒸発する。蒸発源９から蒸発した物質、即ち
蒸発物質Ｔ１の粒子は上方の基板１３に向かって飛行し
、グリッド８を通過し、基板１３上にはＴｉＮの薄膜が
形成されることになる。この際、本実施例のグリッド８
は単位面積当Ｑ　　− たりの開口部面積が面内で変化しており、中心付近での
開口部面積が小さく、周辺付近での開口部面積が大きく
なっているいるので、グリッド８を通過し基板１３へと
向かう蒸発粒子の密度が調整されることになり、基板１
３上に形成される薄膜の膜厚分布の一様性に優れたもの
となる。

この点について、さらに詳細に説明する。いま、説明に
具体性を持たせるため、基板１３及びグリッド８は平面
円板状であり、蒸発源９は点状蒸発源であるとする。ま
た、グリッド８の単位面積当たりの開口部８ａの面積を
グリッド面内で一様にした場合に形成される薄膜の等膜
厚線は同心円状であるとする。即ち、膜厚をｔとし、そ
の分布を表わす関数は基板１３の中心からの距離ｒのみ
の関数であり、ｔ（ｒ）−ｆ（ｒ）で表わされるものと
する。このような分布関数は装置構成により固有な関数
である。そこで、グリッド８の単位面積当たりの開口部
８ａの面積をρ、グリッド８の中心からの距離をＲ，ａ
及びＣを装置構成に固有な定数としたとき、ｐ（Ｒ）−
ａ／ｆ（Ｒ／ｃ）を満足するように開口部面積に変化を
持たせれば膜厚ムラを大幅に低減させることができる。

そして、これでも微小なる膜厚ムラが存在し、それが問
題となる場合であれば、その膜厚ムラを与える膜厚分布
関数をｆ’　（ｒ）とし、グリッド８の単位面積当たり
の開口部面積をｐ′としたとき、ｐ’　（Ｒ）−ｐ（Ｒ
）（ａ／ｆ’　（Ｒ／ｃ））を満足するように開口１部
面積に変化を持たせれば膜厚ムラをさらに低減させるこ
とができる。

なお、本実施例では基板１３を平面円板状のものとして
説明したが、他の形状による平面板又は凹面状ないしは
凸面状なる曲面状のものであってもよく、さらには大面
積のものであってもよい。

また、反応を促進させるため、前述した如く基板加熱以
外に、蒸発粒子のイオン化のための付加的な電極などを
真空槽１内に設置するようにしてもよい。

このような蒸発粒子のイオン化による公知のイオンブレ
ーティング法を実施するための手段を具備した本実施例
装置によれば、例えば蒸発物質としてＭｇＦ２．導入ガ
スとしてアルｊ゛ンを用いれば、弗化マグネシウムの薄
膜を形成できる。また、蒸発物質としてＳｉ又はＳ１０
、導入ガスとして酸素及びアルゴンを用いれば５１０２
の薄膜を形成できる。

つづいて、本発明の第二の実施例を第２図により説明す
る。本実施例は、薄膜の膜厚分布の均一性をより向上さ
せるようにしたものである。即ち、前記実施例のように
グリッド８形状のみによる対策の場合、基板１３上に形
成される薄膜にグリッドの幾何学的模様に起因する膜厚
ムラを生ずる可能性がある。

しかして、本実施例では前記実施例と同様に開口部面積
を変化させてなるグリッド８を固定的に設けず、運動機
構１５に連結して所定の軌道で運動し得る状態で設けた
ものである。即ち、グリッド８を基板１３に対し相対的
に移動させるものである。この運動機構１５は公知の回
転導入機又は直線導入機或いはこれらの組合せにより、
グリッド８を真空槽１内における回転運動による軌道、
若しくは直線運動による軌道、或いはこれの組合せによ
る軌道で運動し得るものであればよい。本実施例では、
真空槽１外に設置したモータ１６による動力を回転導入
機１７、即ちベベルギヤ１８゜１９、ギヤ２０，２１、
ベアリング２２を介してグリッド８に伝達させ、所定の
軌道で回転させるように構成されている。即ち、グリッ
ド８は基板１３に対してベアリング２２を介して水平面
内で回転自在に支持されかつ、ギヤ２０に噛合するギヤ
２１を有する。

このような構成において、前記実施例で説明した如き薄
膜形成時に、グリッド８は運動機構１５により所定の軌
道で回転運動される。よって、基板１３上に形成される
薄膜にはグリッド８の幾何学的模様に起因する膜厚ムラ
を生ずることがなく、全面的に−様な膜厚の薄膜となる
。つまり、グリッド８が回転等の運動をすることにより
、基板１３に対するグリッド８の幾何学的模様に基づく
蒸発粒子の遮蔽効果が平均化されるからである。よって
、開口部面積の分布を変化させてなるグリッド８構造と
の相乗効果により、膜厚分布の均一性は更に向上するこ
とになる。

なお、本実施例ではグリッド８側を運動機構１５により
運動させることにより、基板１３　（＝基板ホルダ７）
に対してグリッド８が相対的に移動するようにしたが、
逆としてもよい。即ち、グリッド８を位置固定とし、基
板ホルダ７を可動的に設けて運動機構に連結し、グリッ
ド８に対して基板１３が相対的に移動するようにしても
よい。この場合、基板１３（基板ホルダ７）を移動させ
る軌道は複雑である必要はなく、グリッド８の影部分に
よる影響を平均化し得るもので十分である。

効果 本発明は、上述したように、蒸発源と薄膜形成用の基板
との間に介在され、単位面積当たりの開口部面積をグリ
ッド面内で変化させたグリッドの効果により、グリッド
を通過する蒸発粒子の密度を調整でき、基板上に形成さ
れる薄膜の膜厚分布を均一性に優れたものとすることが
でき、この際、基板として平面状、曲面状のもの、さら
には大面積のものであっても、大面積に渡り膜厚分布の
−様な薄膜を形成でき、光学薄膜等の形成に適したもの
となり、かつ、グリッド構造のみによるため、構造的に
も極めて簡単で安価なものとなり、さらには、運動機構
を用いてグリッドと基板ホルダとを相対的に移動させる
ことにより、グリッドの影による影響もない膜厚の均一
性に優れた成膜が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す概略正面図、第２
図は本発明の第二の実施例を示す概略正面図である。 １−真空槽、７　基板ホルダ、８　グリッド、８ａ　開
口部、９　蒸発源、１３　・基板、１５運動機構

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、活性ガス又は不活性ガス或いは活性ガスと不活性ガ
   スと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蒸発源と、前記真空槽内に
   配設されて前記蒸発源に対向する状態で薄膜形成用の基
   板を保持する基板ホルダと、前記蒸発源と基板ホルダと
   の間に配置されて前記蒸発物質が通過する開口部を有し
   単位面積当たりのこの開口部面積をグリッド面内で変化
   させた平面状又は曲面状のグリッドとからなることを特
   徴とする薄膜形成装置。 ２、真空槽内においてグリッドと基板ホルダとを所定の
   軌道で相対的に移動させる運動機構を備えたことを特徴
   とする請求項１記載の薄膜形成装置。