JPH03267367A - 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】 〔産業上の利用分汗〕 本発明は１膜形成装置に関し、特に、ＣＶＤ法（化学的
蒸着法）の長所である強い反応性と、ＰＶＤ法（物理的
蒸着法）の長所である高真空中での成膜とを同時に実現
することができ、且つ、多層膜及び混合膜の形成をも容
易に行うことのできる新規な薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、被薄膜形成基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置
としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などを利用したものが良
く知られており、ＣＶＤ法による装置は反応性が強＜、
ＰＶＤ法による装置は高真空中において緻密な強い薄膜
を形成できるなどの長所を有している。

これらＣＶＤ法やＰＶＤ法などを利用した薄膜形成装置
としては、従来より種々のものが提案されており、その
方法も極めて多岐にわたっている。

しかし、従来の３膜形成装置にあっては、形成された薄
膜と被薄膜形成基板（以下、基板と称する）との密着性
が弱かったり、あるいは耐熱性の無い基板上への薄膜形
成が困難であったり、また。

良好な多層膜及び混合膜を得ることが困難であるといっ
た問題があった。また、量産性に優れている方式のもの
も少ながった。

そこで、これらの問題を解決するため、本出頭人は先に
、薄膜形成装置として、基板を蒸発源に対向させて対向
電極に保持し、この対向電極と蒸発源との間にグリッド
を配置すると共に、このグリッドと蒸発源との間に熱電
子発生用のフィラメントを配し、上記グリッドをフィラ
メントに対して正電位にして薄膜形成を行う装置を提案
した（特開昭５９−８９７６３号公報）。

この薄膜形成装置では、蒸発源から蒸発した蒸発物質は
、先ずフィラメントからの熱電子によりイオン化され、
このイオン化された蒸発物質は。

グリッドを通過することにより、グリッドから対向電極
に向かう電界の作用により加速されて被薄膜形成基板に
衝突し、密着性の良い薄膜が形成されるという特徴を有
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の薄膜形成装置では、蒸発した蒸発
物質と、導入したガスとの化合物薄膜を形成することも
可能であるが、単一真空槽内において多層膜等を形成す
る場合には、蒸発物質により成膜条件が変化するため、
蒸発源、フィラメント、グリッド、対電極等の配置が同
一の装置を用いた場合の反応性、膜厚分布等に問題があ
った。

特に、量産時に多く用いられる蒸発源一基板間距離の長
い大型の真空槽を備えた装置においては。

ガス圧によっては蒸発物質の平均自由行程が短くなり、
ガスとの衝突による散乱が多くなるため、蒸発量に対し
て基板上への薄膜の堆積の割合が非常に少なくなってし
まい、蒸発物質が大量に必要になり、コスト高になって
しまうという問題があった・ また、従来、混合膜形成時には１通常、混合物質を蒸発
物質として用いて蒸着を行うか、蒸発源を複数設けて同
時蒸着を行うなどの方法が用いられているが、混合物質
の蒸気圧の差や、成膜速度制御の不安定性、化合物を蒸
発源として用いた場合の組成ずれ等のＸ響から、良質な
薄膜を得ることが難しかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、基板
に対して極めて強い密着性を持った薄膜を形成でき、耐
熱性の無いプラスティック等も基板として用いうろこと
が可能で、尚且つ、良好な多層膜及び混合膜形成も容品
で、量産にも対応しうる、新規な薄膜形成装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による薄膜形成装置は
、活性ガス若しくは不活性ガス、あるいは二九ら両者の
混合ガスが導入される真空槽と、この真空槽内において
複数個設置された蒸発物質を蒸発させるための蒸発源と
、上記真空槽内において上記蒸発源と対向するように配
置され被薄膜形成基板を保持する対電極と、上記複数の
蒸発源の一つ以上と上記対電極との間の夫々に配備され
た熱電子発生用のフィラメントと、このフィラメントと
上記対電極との間に配備されＷ見物′：ｔを通過させつ
るグリッドと、上記真空槽内に所定の電気的状態を実現
するための電源手段と、上記真空槽内と上記電源手段と
を電気的に連結するフ電手段とを備え。

上記フィラス〉トに対し、上記グリッドが正電位となる
ようにした治具構成を上記複数の蒸発源の内一つ以上構
成すると共に、各蒸発源と対電極との距離関係が夫々異
なるようにし、且つ、複数の蒸発源、グリッド、フィラ
メント等の操作を夫々独立に行うことを可能として、夫
々側々にまたは同時に成膜操作を行うことにより、多層
膜及び混合膜を成膜可能としたことを特徴とする。

また、上記薄膜形成装置において、一つあるいは複数個
の蒸発源、フィラメント、グリッドの周囲、あるいは一
部を防着板で被ったことを特徴とする。

〔作　　用〕

本発明の薄膜形成装置においては、真空槽は、その内部
空間に活性ガス若しくは不活性ガス、あるいは活性ガス
と不活性ガスの混合ガスを導入しうるようになっており
、蒸発源、対電極、フィラメント、グリッドは真空槽内
に２偏される。

上記蒸発源は、真空槽内に二つ以上設置され、対電極側
に蒸発物質を蒸発てきる構造になっており、対電極との
距な関係は夫々同じでも違った状態でも良い。

上記対電極は、蒸発源に対向するように配備されており
、この対電極は、蒸発源と対向する側に被薄膜形成基板
を保持するようになっており、場合により基板回転等に
より基板位置の移動が可能となっている。

上記グリッドは蒸発物質を通過させうるちのであって、
蒸発源と対電極の間に介設され、電源手段により、フィ
ラメントに対し正電位にされる。

従って、薄膜形成時には、発生する電界はグリッドから
フィラメントに向かう。

上記フィラメントは熱電子発生用であって、蒸発源とグ
リッドの間に配備される。

上記電源手段は、真空槽内に所定の電気的状態を実現す
るための手段であり、この電源手段と真空槽内部が導電
手段により電気的に連結される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構成図である。

第１図において、符号１はペルジャー、符号２はベース
プレート、符号３はバッキングを夫々示し、ペルジャー
１とベースプレート２はバッキング３により一体化され
て真空槽を構成しており、この真空槽の内部空間には、
符号４で示す導入パイプやバルブ等を用いた公知の適宜
の方法により、活性ガス、及び／または不活ｈガスを導
入できるようになっている。また、ベースプレート２の
中央部に穿設された孔２Ａは、図示されない真空系に連
結されている。

上記ベースプレート２には、真空槽内部の機密比を保ち
、且つ、ベースプレート２との電気的絶縁性を保ちつつ
、支持体を兼ねた電極１２．２２．３２゜１３、２３．
３４１１が配設さ九ている。こお、ら電極１２．２′２
゜３２、１３．２３．３３は、真空槽内部と外側とを電
気的に連結するものであって、他の配線具と共に導電手
段を構成している。

上記支持体兼用の電極１２１２２，３Ｌ　ＩＬ　２’ｌ
ｙ　：３の内、一対の電極１２及び１３の間には、その
間にタングステン、モリブデン、タンタル等の金属をボ
ート状に形成した、抵抗加熱式の蒸発ｇｌＯ，１１が支
持されている。

尚、蒸発源の形状は、ボート状に代えてコイル状、また
はルツボ状としても良い、また、このような蒸発源に代
えて電子ビーム蒸発源等、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することができる。また蒸発
源１０．１１と基板１００間の距離は蒸発物質の性質等
により夫々違っており、場合によっては第２図に示すよ
うに防着板５を設ける等により蒸発物質への不純物の混
入防止、回り込み防止、またはグリッド、フィラメント
等・＼の不純物の付着防止等の手段が取られる。

一対の電極２２及び２３の間には、夫々タングステン等
による熱電子発生用のフィラメント支持されている。こ
のフィラメント２０．２１の形状は、複数本のフィラメ
ン１−を平行に配列したり、網目状にしたりするなどし
て、蒸発源１０．１１から蒸発した蒸発物質の粒子の拡
がりをカバーするように定められている。

電極３２．３３には夫々グリッド３０．３１が支持され
ており、このグリッド３０．３１は、蒸発した蒸発物質
を対電極４０側へ通過させうる様に形状を定めるのであ
るが、この例においては網目状になってい電極４２は対
電極４０に接続されており、この対電極４０の蒸発源１
０．１１に対向する側の面に、被薄膜形成基板１００が
適宜の方法で保持されている。また、対電極４０は、支
持体を兼ねた回転軸４１等により自動運動等を行い、基
板位置を成膜空間中で移動できるようになっている。ま
た、電極４２は図においてはそのまま接地されているが
、この間に直流電源を入れて対電極４０にバイアスをか
けてもよい。

蒸発源１０．１１を支持する電極１２．１３は、加熱用
の交流電源Ｓｏ、　５１に接続されている。尚、この電
源は交流電源に代えて直流電源にしても良く、直流電源
の場合には、正負の向きはどちらの場合でも良い、また
、電１ｌｌ（５０，５１は一台で兼用し、場合によりス
イッチ等によって切り換えて使用するようにしても良い
。

フィラメント２０．２１を支持する電極２２．２３は電
源６０．６１に接続されているが、電源６０．６１は、
上記電源５０．５１と同様に、交流、直流、及び場合に
より切り換え式のどれを用いても良い。

電極３２．３３は、直流電圧電源７０．７１の正極側に
接続され、同電源の負側は、図示の例では電極２２゜２
３夫ヤの片側に接続される。従って、グ°ノッドコＧ。

３１はフィラメン１−２０．２１に対して正電位となり
、グリッド３０．３１とフィラメント２０．２１の間で
は、電界はグリッド３０．３１からフィラメント２０．
２１へ向かう。ここで、第１図における電源７０．７１
の片のは、そのまま接地されているが、この間に直流電
源をいれて１発２１０．″、１、及び／またはフィラメ
シｌ−２０，２１にバイアスをかけても良い。また、電
源７０．７１は、上述の池の電源と同様に切り換え式で
あってもよい。尚、図中における接地は、必ずしも必要
ではない。

さて、第１図に示す構成の薄膜形成装置においては、フ
ィラメント加熱用電源６０．６１とグリッド用直流電源
７０．７１の調節により、夫ぐの成膜空間に夫々安定な
プラズマ状態を作ることができ、これらのプラズマ状態
は、蒸発物質等により夫々独自の状態にすることができ
る。

フィラメント２０．２１により発生する熱電子は、導入
ガスや蒸発物質の一部をイオン化するのに供されるが、
グリッド３０．３１からの電界により引き寄せられ、最
終的にはグリッド３０．３１に吸収されるため、基板Ｘ
ｏＯへは達せず、基板１００に対する電子衝撃による加
熱がなく、基板温度の上昇が防止される。

尚、実際には、上記電気的接続は、導電手段の一部を構
成するスイッチを含み、これらのスイッチ操作により蒸
着プロセスを実行するのであるが、これらのスイッチ票
は、図示を省略されている。

以下、第１図に示す構成の薄膜形成装置による薄膜形成
について説明する。

第１図において、先ずペルジャー１を開き、被薄膜形成
基板１００を図示の如く対電極４０に保持させて、蒸発
物質を蒸発源１０．　Ｌｌに保持させる。この蒸発物質
は、勿論どのような薄膜を形成するかに応じて定められ
る。

次に真空槽のペルジャー１を閉じた後、真空槽内を高真
空状態に排気した後、真空槽内に、予め活性ガス若しく
は不活性ガス、あるいはこれらの混合ガスを１０〜１０
−’Ｐａの圧力で導入する。差当っての説明では、この
導入ガスを、例えばアルゴンＡｒ等の不活性ガスである
とする。

この状態において装置を作動させ、蒸発源１０゜１１を
加熱すると蒸発物質が蒸発する。この蒸発物質、すなわ
ち、蒸発物質の粒子は、被薄膜形成基板１００に向かっ
て拡がりつつ飛行するが、その−部、及び前記導入ガス
がフィラメント２０．２１より放出された熱電子との衝
突によって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３
０．３１を通過するが、その際グリッド近傍において上
下に振動運動する熱電子、及び前記イオン化された導入
ガスとの衝突により、さらにイオン化される。

グリッド３０．３１を通過した蒸発物質中、未だイオン
化されていない部分は、さらに上記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。このとき、真空蒸着や微量ガス導入真
空蒸着、微量ガス導入プラズマ蒸着の場合には、平均自
由行程が長く、ガス分子、イオン等との衝突による蒸発
物質の散乱が少ないため、蒸発源一基板間距離が長くて
も蒸発物質の基板到達確立は高い。しかし、ガス圧が高
い場合には、蒸発物質の基板上への到達確立が低くなり
、蒸発物質が多量に必要になるため、コストが高くなっ
てしまう。また、膜厚分布を考えるど、ガス圧が高い場
合には、蒸発源一基板間距離が短くても、ガス分子、イ
オン等による散乱昨月により蒸発物質の飛程が拡がるた
め、均一になり易いので長くする必要も無い。従って、
蒸発源４板間距はを目的に応じて変化させた方が良い。

さて、こうして正イオンにイオン化された蒸発物質は、
グリッド３０．３１から対電極４０へ向かう電界の作用
により、被蒸着基板１００に向かって加速され、被蒸着
基板１００に高速で衝突付着する。

このようにして形成された薄膜は、基板へのイオン粒子
の衝突により形成されるので、基板１００への密着性に
優れ、結晶性が良好である。

また、導入ガスとして、活性ガスを単独で、あるいは不
活性ガスと共に導入して成膜を行うと、蒸発物質を活性
ガスと化合させ、化合物薄膜を形成することができる。

尚、本発明の薄膜形成装置では、蒸発物質のイオン化率
が極めて高く、且つ安定しているので、化合物薄膜も所
望の物性を持つものを、容易且つ確実に得ることができ
る。

ここで、多Ｎ膜を形成する場合し二ついて述べる。

先ず、得ようとする薄膜によって蒸発物質を選択し、夫
々の蒸発源に蒸発物質を載せる。そして、第一層目を前
述した方法によって成膜する。このとき、基板１００を
回転（秒デ）させ、膜厚むらのないようにする。次に、
第二層目以降は、上記第一、ｇ目と同様に基板回転を行
い、第一層目に重ねて成膜し、多層膜を形成する。

以上のように、本発明の薄膜形成装置では、作製する薄
膜により蒸発源一基板間距離を変えて、作製する薄膜に
適した成膜条件で薄膜を形成できる。また、絶縁体膜、
導電体膜等の組合せの多層膜においても、グリッド、フ
ィラメント周辺を第２図に示すように防着板５等で被い
、直接これらに絶縁物等が付着するのを防止することに
よって、安定した成膜条件で膜形成を行える。また、通
常の真空蒸着と組合せて、蒸発源一基板間距離が良い方
を真空蒸着用の蒸発源とし、短い方をガス導入した上記
方法の蒸発源として、多層膜を形成することも可能であ
る。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして＝
素を導入して、圧力を１０〜１Ｏ−２Ｐａに調整し、蒸
発物質として上方側の蒸発源にはインジウムやスズ等を
選択し、下方側の蒸発源にはＳｉ、ＳｉＯ等を用いれば
、Ｓ　ｉＯｚ　／　Ｉ　ｎ　２０．／ＳＬＯの三層反射
帯電防止瞑等を形成することができる。

また、混自膜形成の場合には、複数の層で同時に蒸着し
、基板を回転させることにより基板上で混合し、成膜を
行う。水成膜装置では、別ｔの方法で、別々の蒸着源を
用いて成膜することも可能で、夫々の成膜条件、成膜速
度、成膜空間の広さ（割合）、基板回転（移動）速度等
を変化させることによって、混合比の良い、再現性のあ
る混合膜を得ることができる。

例えば、不活性ガスとしてアルゴン、活性ガスとして酸
素を導入して、圧力を１０〜１Ｏ−２Ｐａに調整し、蒸
発物質として成膜空間ＡではＣｅ、成膜空間ＢではＳｉ
Ｏを用い九ば、Ｃｅ２Ｏ，（屈折：＄Ｄ＝１．９５）と
８１０．（ｎ＝１．４７）の混合膜、Ｔｉ、　Ｚｒを用
いれば、Ｔｉ０２（ｎ＝２．４）、ＺｒＯ２（ｎ＝２．
１）の混合膜ができ、その混合比を変化させることによ
り屈折率を変化させることができる。

尚、上記薄膜形成装置において、蒸発源−つ以上に上記
成膜方性が用いられてい九ば、他の蒸発源は通常の真空
蒸着を行うようにしても良い。第３図はその場合のλ膜
形成装置の実施例を示し、第１図と同符号のものは同様
の作用効果を奏する構成部材である。また、第４図は第
３図に示す薄膜形成装置に防着板５を設置した例を示す
図である。

ところで、第１図乃至第４図に示す薄膜形成装置におい
ては、蒸発物質及び導入ガスのイオン化には、フィラメ
ントによる熱電子が有効に寄与するので、１０−”Ｐａ
以下の圧力の高度の真空下においても蒸発物質のイオン
化が可能であり、このため、薄膜中へのガス分子の取り
込みを極めて少なくすることができ、高純度の薄膜を得
ることができる。また、薄膜の構造も極めて緻密なもの
とすることが可能であり、加えて、低い基板温度で密信
性の良い３膜を形成することができるため、ガラスのみ
ならず、プラスティック上への光学薄膜の形成等に非常
に適した装置である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の薄膜形成装置によれば、
低いガス圧力でもイオンＣ上が高められる方法を用いて
成膜を行うため、化合物ａ膜等の多Ｎ膜でも密着性良く
、緻密に形成でき、対応可能なガス圧範囲も幅広いので
、量産時等にも均一な膜厚分布が得られやすい。

また、蒸発物質がイオン化し、高いエネルギー（電子・
イオン温度）を電気的に有するので、反応性を必要とす
る成膜、結晶化を必要とする成膜を温度（反応温度、結
晶化温度）という熱エネルギーを与えずに実現できるの
で、光学薄膜等に多く用いられる多層膜、混合膜の低温
成膜が可能となる。

従って、本発明によれば、基板上に多、７膜、混合膜等
が良質で精度良く、低温にて作製できるため、プラステ
ィック製光学部品等への応用範囲も広げることができる
。また、本発明による薄膜形成装置は非常に量産性に優
れており、実用的な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１国は本発明の実施例を示す薄膜形成装置の概略的構
成図、第２図は第１Ｚに示す薄膜形成装＝に防着板を設
置した場合の実施例を示す薄膜形成装置の概略的構成図
、第３図は本発明の別の実施例を示す薄膜形成装置の概
略的構成図、第４図は第３国に示す薄膜形成装置に防着
板を設置した場合の実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構成図、である。 １・・・・ペルジャー、２・・・・ベースプレート、３
・・・・・バッキング、４・・・・ガス導入パイプ及び
バルブ、５・・・・防着板、　１０．１１・・・・蒸発
源、２２、２３．３２．３３・・・・支持体兼用の電極
、・・フィラメント、３０．３１・・・・グリッド、電
極、４１・・・・回転布５４２・・・・電極、５０゜６
１・・・・２流電源、７０．７１・・・・直流電源、被
薄膜形成基板。 １２、　１３゜ ２０、　２１・・・ ４０・・・・対 Ｓｌ、６０゜ １００・・・・ η〒ト　　イ　　ジ］

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．活性ガス若しくは不活性ガス、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
   て複数個設置された蒸発物質を蒸発させるための蒸発源
   と、上記真空槽内において上記蒸発源と対向するように
   配置され被薄膜形成基板を保持する対電極と、上記複数
   の蒸発源の一つ以上と上記対電極との間の夫々に配備さ
   れた熱電子発生用のフィラメントと、このフィラメント
   と上記対電極との間に配備され蒸発物質を通過させうる
   グリッドと、上記真空槽内に所定の電気的状態を実現す
   るための電源手段と、上記真空槽内と上記電源手段とを
   電気的に連結する導電手段とを備え、 上記フィラメントに対し、上記グリッドが正電位となる
   ようにした治具構成を上記複数の蒸発源の内一つ以上構
   成すると共に、各蒸発源と対電極との距離関係が夫々異
   なるようにし、且つ、複数の蒸発源、グリッド、フィラ
   メント等の操作を夫々独立に行うことを可能として、夫
   々別々にまたは同時に成膜操作を行うことにより、多層
   膜及び混合膜を成膜可能としたことを特徴とする薄膜形
   成装置。
2. ２．請求項１記載の薄膜形成装置において、一つあるい
   は複数個の蒸発源、フィラメント、グリッドの周囲、あ
   るいは一部を防着板で被ったことを特徴とする薄膜形成
   装置。