JPH03219073A - ガス流中の蒸発による薄膜形成方法及び装置 - 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】 ［産５！にの利用分野］ この発明は基材上に薄膜を形成させる方法及び装置に関
する。

［従来の技術］ ガス中で薄膜材料を蒸発させると、蒸発した薄膜材料の
蒸気は速やかに微粒子になる。その微粒子をガスの流れ
で基材に向けて運ぶ、基材の近くにおいて上記ガスをプ
ラズマ化させてそのプラズマにより上記微粒子を蒸発さ
せ、その蒸気を基材にｆ−を着させて基材上に薄膜を形
成する。このような薄膜形成方法がある。

［発明が解決しようとする課Ｈ］ この従来の薄膜形成方法では、薄膜材料から蒸発した蒸
気は薄膜材料のごく近傍で微粒子になってしまう。従っ
て、基材に薄膜材料の蒸気を付着させて薄膜を形成する
為には、上記の如くプラズマを形成してそのプラズマに
より上記微粒子を蒸発させて蒸気にするという煩わしい
操乍が必要であるという問題点があった。

本発明は上記従来技術の問題点（技術的課題）を解決す
る為になされたもので、蒸発した薄膜材ｆ１が蒸気のま
までｆ’ｌ達する区間を非常に長くすることができ、そ
の結果、多数の基材の全体に薄膜を形成したり、長尺物
に薄膜を形成したりすることができ、その上化合物の薄
膜の形成も可能にできるようにしたガス流中の蒸発によ
る薄膜形成方法及び装置を提供することを目的とするも
のである。

［課題を解決する１％の手段］ 上記［１的を達成する内に、本願発明は前記請求の範囲
記載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次
の通りである。

［作用］ 一方から他方に向けて流れるガス流が形成される。その
ガス流のうちの上流側のガス流中において薄膜材料が蒸
発される。蒸発した薄膜材料の蒸気は下流側に流れ、そ
こに置かれる基材の表面に付着し、そこに薄膜が形成さ
れる。

［実施例］ 以下本願の実施例を示す図面について説明する。薄膜形
成装置の全体の概要が示される第１図において、１は薄
膜形成筒で、内部においてガス流を形成する／）に用い
である。これは例えば石英管が用いられるが、薄膜材ｔ
１の蒸発や基材上への薄膜の形成に支障のないものであ
れば他の材料で形成したものでもよい。また後に述べる
ようにガスをプラズマ化する場合には、プラズマ化の為
のマイク１７波エネルギーや高周波エイ・ルギーの透過
が”ｒ　能な材Ｉ′Ｉのものを用いるとよい。２は薄膜
形成筒１の一端部に備えたガス送入口で、ガス送入手段
３が接続しである。ガス送入手段３は一例として、ガス
供給源４と管路５とで構成してあり、管路５にはガス流
量の調節機能を備えるガスフローメータ６と開閏弁７と
が介設しである。一方、薄膜形成筒ｌの他端は、開閑弁
８を介して真空排気用のポンプ９に接続しである。次に
１１は薄膜形成筒１の途中に介設した蒸発槽を示し、そ
の内部において薄膜材料の蒸発場所１２が定めである。

Ｉ３は薄膜材ト１を支える／）の材料支持具で、例えば
タングステンバスケットが用いである。該タングステン
バスケットは薄膜材料の加熱手段も兼ね、自体への通電
による発熱によって、支持された薄膜材料１４を加熱で
きるようになっている。１５は通電加熱用の電源である
。尚１６は蒸発槽１１に付された圧力計、１８は蒸発槽
１１に開閏弁１７を介して接続した真空ポンプ（例えば
拡散ポンプ）である。次に２０は薄膜形成筒１内におい
て上記蒸発場所１２よりも下流側となる場所に定めた成
膜場所で、後述の如く薄膜材料の蒸気領域が形成される
場所に定めである。２１は該成膜場所に位置させた基材
を示す。

次に上記装置による薄膜の形成について説明する。先ず
真空ポンプ９．１８による真空排気によって、薄膜形成
筒１内や蒸発槽１１内が浄化される。

次にガス送入手段３からガス送入口２にガスが送入され
、１膜形成筒Ｉ内にガス送入口２から開閏弁８に向かう
ガス流が形成される。この場合、当然のことながら開閏
弁１７は閏じられる。上記の状態において薄膜材料１４
を加熱して蒸発させる。その蒸発は上記ガス流中で行な
われる為、薄膜材料の蒸気はすぐさまそのガス流によっ
て下流側へと運ばれる。その結果、蒸発場所！２の下流
側の成膜場所２０は？ＡＥれてきた薄膜材料の蒸気が存
在する蒸気領域となる。その領域は、−上記のように薄
膜材１１の蒸気がガス流で運ばれている為非常に広い範
囲にわたる。上記のようにガス流によって薄膜材Ｈの蒸
気が成膜場所２０にｆす達すると、その蒸気は基材２１
に付着し基材２１の表面に薄膜が形成されるに記のよう
にして薄膜の形成が行なわれる場合、薄膜材Ｌ−１１４
から生じた蒸気はガス流によってすぐさま運ひ去られる
為、薄膜材料の蒸発速度が大きく（次々と蒸気が形成さ
れ）、その結果成膜場所２０においては基材２１の表面
への成膜速度が高くなる。

−に記のような薄膜の形成の場合における上記ガス流の
速度は、それが大きい程上記、蒸気領域が広く（長く）
なる。従って、必要充分な大きさの蒸気領域が形成され
るように定めるのがよい。一般にはｌｏｍ７／秒〜１０
０ｍ／秒（例えば４０ｍ／秒）程度である。

］−記薄膜の形成の場合における薄膜形成筒１内のガス
圧の範囲は次の通りである。その下限は上記のようなガ
ス流の形成が満足される大きさである。上限は必要充分
な大きさの蒸気領域の形成を可能にできる大きさである
。それは上記ガス流の流速の大きさとも関係し、流速が
大きければガス圧が比較的高くても充分な大きさの蒸気
領域が形成できる。上記範囲は一般にＩ　Ｘ　ＩＱ−’
Ｔｏｒｒ〜１×Ｉｎ２Ｔｏｒｒ程度が適当と思われる。

１−記ガスは蒸気のＣなるキャリアとして機能する。ｂ
′Ｃっでその種類は、薄膜を４科と反応を生ぜぬガスを
用いる。例えばヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン
、クリア１〜ン等の不活性ガスである上記薄膜材料１４
は金属あるいは化合物いずれも可能である。

上記基材２１は金属、ガラスあるいはセラミックなどい
ずれも可能である。

次に第２図は本願の異なる実施例を示すもので、化合物
の薄膜の形成が可能な例を示すものである。２３は薄膜
形成筒１に付設した空洞共振器で、マイク＋７波が与−
えられることにより薄膜形成筒１内にプラズマ化領域２
４を形成できるようにしである。プラズマ化領域２４は
前記成膜場所２０とその一部又は全部が重なるように定
められる。２５は化合物形成用ガスの供給手段で、前記
薄膜形成＠１内において上記プラズマ化領域２４の上流
側で、かつ前記蒸発場所よりも下流側の場所に化合物形
成用ガスを注入できるようにしである。

−１−記構成のものにおいて基板２１の表面上に化合物
の薄膜の形成を行なう場合、化合物形成用ガスを供給「
段２５によってガス流中に送り込む。するとプラズマ化
領域においてその化合物形成用ガスと薄膜材料との化合
物が形成され、基材２１の表面にはその化合物の薄膜が
形成される。

次に」−記のように化合物の薄膜を付着させる場合、薄
膜ｔイＵとしてはその化合物の種類に応じて次のような
物質が適宜用いられる。即ち、Ａ１、Ｔｉ、Ｚｌ−１１
１「、Ｖ　、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、１４ｏ、Ｗ　、Ｉｎ、
　Ｓｉ、Ｆｅなと。

また上記化合物形成用のガスとしては、形成すべき化合
物の種類に応じたものが用いられる。例えば、窒化物を
製造する場合には窒素、酸化物の場合には酸素、炭化物
の場合にはメタン（ＣＩ＋４＞、硫化物の場合には硫化
水素（１１□Ｓ）、ホウ化物の場合にはＢＣＩ、、８２
１１６などが用いられる。

上記のようにして形成される化合物の薄膜としては次の
ようなものがある。

（イ）窒化物：　ＡＩＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、旧Ｎ、ＶＮ
、ＮｂＮ、Ｔａ２ＮＣｒＮ、１４゜２Ｎ、Ｗ２Ｎ、Ｉｎ
Ｎ、５ｉｌＮ４．Ｆｅ２−３Ｎ、Ｆｅ４Ｎ（ロ）炭化’
Ｐｌｊ　：　ＴｉＣ，ＺｒＣ，１ｌｆｃ、ＶＣｌＮｂＣ
ｌＴａＣ，ＣｒｌＣ２ＭｏＣＷＣ５ｉＣ （ハ　）　酸　イヒ　＠　　：　　Ａ１２０１．ＴｉＯ
２，ＺｒＯ２，５ｉ０２（ニ）硫化物・Ｔｉ５２ （ホ）ホウ化物　ＴｉＢ２．ＺｒＪ 次に上記の如き化合物の薄膜の形成の場合、化合物形成
用のガスが、蒸発場所での薄膜材料の蒸発を阻害する等
の悪影響を与えぬガスの場合は、化合物形成用のガスを
薄膜材料の蒸発場所よりも前の場所例えば薄膜形成筒１
のガス送入口に、面記カスｒＡＥ形成用のガスと共にブ
スリ込んでもよい。

なお、第２図の例において機能上１ｉｉｆ図のものと同
又は均″１ｒ−構成と考えられる部分には、前回と同一
の符号を付して重複する説明を省略した。（また次回以
降のものにおいても同様の考えで同一の符号を付して重
複する説明を省略する。）次に第３図は成膜場所２０に
おける基材２１の配置状況の−７なる例を示すものであ
る。上記装置では非常に広い成膜場所２０を設定できる
為、そこに図示の如く多数の基材２１を配置してそれら
の全てに薄膜を形成することができる。このことは生産
性の向」ユに′、■与できる。

次に第４図は基材２１の形態の異なる例を示すもので、
筒状の基材２１の外周面及び内周面に薄膜を形成する状
況を示すものである。上記基材は上記のような筒体の他
、種々の複雑な形状をしたものであってよい。

［発明の効果］ 以」二のように本願発明にあっては、一方から他方に向
は移動するガス流中で薄膜材料１４を蒸発さぜるから、
そこよりも十−流側のガス流中に位置させた基材２１に
は上記薄膜材料の蒸気が付着して薄膜が形成される特長
がある。このようにガス流中で蒸発を行なわせガス流中
で蒸気を付着させるということは、次の数々の効果を生
む。

先ず第１に、ガス流の流速を速くすることによって蒸発
した薄膜材料が蒸気のままｆ’ｌ達する区間を非常に長
くすることができ、その区間に沿って置かれる長尺の基
材あるいは多数列設する基材の全体に薄膜を形成させら
れる効果かある。

第２に、基材が筒状の場合、その内面の全長にわたり薄
膜を形成させられる効果がある。

第３に、ガスとして化合物形成用のガスを用いれは、化
合物の薄膜の形成も行ない９％る効果がある膜の形成か
可能な装置の概要を示す部分図、第３［Ａは成膜場所に
おける基材の配置状況の胃なる例を示ず］７Ｉ、第４Ｕ
′Ａは基Ｈの形態の異なる例を示す＋Ｗ。

１　薄膜形成筒、１２・・蒸発場所、２０・・成膜場所
、２１・基材。

このように本願発明は数多くの課題解決の７％に利用で
きる有用性がある。

【図面の簡単な説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．一方から他方に向けて移動するガス流中においては
   、その上流側のガス流中で薄膜材料を蒸発させる一方、
   蒸発の場所よりも下流側のガス流中に基材を位置させて
   、その基材に薄膜材料の蒸気を付着させ該基材上に薄膜
   を形成させることを特徴とするガス流中の蒸発による薄
   膜形成方法。
2. ２．薄膜形成筒の一端部には、薄膜形成筒内にガス流を
   形成させる為のガス送入口を偏えさせ、上記薄膜形成筒
   の内部においては、その一部の位置に薄膜材料を蒸発さ
   せる為の蒸発場所を定める一方、上記蒸発場所よりもガ
   ス流の下流開となる位置に、上記薄膜材料から蒸発した
   薄膜材料の蒸気を基材に付着させてその基材上に薄膜を
   形成させる為の成膜場所を定めたことを特徴とする薄膜
   形成装置。