JPH0368765A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、薄膜形成装置に関する。この発明はプラスチ
ックレンズやＬＳＩの製造に利用できる。

［従来の技術］ プラスチック基板のような耐熱性の低い基板にも緻密・
均質で密着性のよい薄膜を形成する薄膜形成装置が提案
されている（特開昭５９−８９７６３号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ 一方、形成される薄膜も用途に応じて多元系のものが多
く求められている。このような多元系の薄膜では材料の
組み合わせが重要であるが、上述の従来装置では材料の
組合せに限度があり、また組合せる材料の量的関係を調
整するのが困難であった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は、プラスチックのような耐熱性の低
い基板にも薄膜形成が可能で、なお且つ材料物質の組み
合わせや、材料相互の量的関係の調整の可能な、新規な
薄膜形成装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の薄膜形成装置は、真空槽と、蒸発源と、対電極
と、第１．第２グリッドと、フィラメントと、ターゲッ
トと、電気的手段とを有する。

「真空槽」は、薄膜形成を行うための空間を形成するが
、この真空槽には「必要に応じて」活性ガスおよび／ま
たは不活性ガスが導入ガスとして導入される。

「蒸発源」は、真空槽内に配備され、材料物質を蒸発さ
せる。蒸発源としては、後述の実施例に使用するような
抵抗加熱式のもののほかビーム蒸発源等、従来から真空
蒸着の蒸発源として知られた種々のものを利用すること
ができる。

「対電極」は、真空槽内に於いて、薄膜を形成されるべ
き基板を蒸発源と対向させて保持する。

「第１グリッド」は、物質粒子を通過させ得るように形
成され、蒸発源と対電極との間に配備される。

「フィラメント」は、熱電子放出用であって第１グリッ
ドと蒸発源との間に配備される。

「第２グリッド」は、物質粒子を通過させ得るように形
成され、蒸発源とフィラメントとの間に配備される。

「ターゲット」は、第２グリッドよりも蒸発源側に設け
られる。ターゲットの配備態様は、蒸発源から蒸発した
材料粒子の対電極へ向かう飛行がターゲットによって妨
げられることがないように定められる。ターゲットとし
ては、蒸発源に用いられる材料物質とともに薄膜の材料
となる物質（導電性を有する母材：単体または化合物）
が用いられ、１以上設けることができる。２以上のター
ゲットを設ける場合、母材物質は同種でも異種でも良い
。

「電気的手段Ｊは、対電極、第１．第２グリッド、フィ
ラメント、ターゲットを所望の電位関係とする手段であ
る。

即ち、第１グリッドは対電極およびフィラメントに対し
て正電位にされる。

また、ターゲットはフィラメントおよび第１゜第２グリ
ッドに対して負電位とされる。ターゲットの電位は薄膜
中に取り込むべき母材の量に応じて設定される。

第２グリッドの電位は、対電極に対して正電位とするこ
とも負電位とすることもＯ電位とすることも可能である
。従って第１グリッドと第２グリッドの間の領域のプラ
ズマ状態を任意に設定することが可能である。

なお「物質粒子」とは、真空槽内に存在する導入ガス、
材料物質、母材物質の原子・分子・イオンを総称する。

［作　　用］ 真空槽内に導入された活性ガスもしくは不活性カスある
いはこれらの混合ガスは、フィラメントからの熱電子に
よりイオン化される。蒸発源から放出される材料物質粒
子、ターゲットからの母材物質粒子もフィラメントから
の熱電子によりイオン化される。

第１グリッドは対電極およびフィラメントに対して正電
位となっているので、電界は第１グリッドから対電極お
よびフィラメントへ向かって互いに逆向きに形成される
。

第１グリッドからフィラメントへ向かう電界はフィラメ
ントに対して熱電子引き出し電界として作用し熱電子を
加速する。また第１グリッドから対電極へ向かう電界は
、イオン化された薄膜形成物質を基板に向かって加速す
る。

フィラメントから放出された熱電子は、第１グリッドに
引き付けられ、グリッドの周りの電界内で振動的に運動
しつつ材料物質等の物質粒子のイオン化をさらに促進し
つつ次第にエネルギーを減少させ、ついには第１グリッ
ドに吸収される。

ターゲットは、第１．第２グリッドおよびフィラメント
に対して負電位となっているので、真空槽内に発生する
正極性のイオンの一部を引き付ける。引き付けられたイ
オンはターゲットを衝撃し、母材の物質粒子がはじき出
される。この母材物質粒子のはじき出される量は、ター
ゲットに印加する電圧の大きさで調整できる。

ターゲットからはじき出された物質粒子も熱電子により
イオン化とれ、第１グリッドから対電極に向かう電界の
作用により基板に向かって加速される。そして加速され
る蒸発源からの材料物質粒子やターゲットからの母材物
質粒子は、基板に高速で衝突して密着性のよい緻密な膜
を形成する。

［実施例］ 以下、図面を参照しつつ具体的な実施例に即して説明す
る。

実施例を示す第１図に於いて、ペルジャー２はバッキン
グ２１を介してベースプレートｌと一体化され真空槽を
構成している。

ベースプレート１は、支持体を兼ねた電極３゜５．７，
９，１１．１４により貫通されているが、これら各電極
の貫通部は勿論気密状態であり、またこれら各電極とベ
ースプレート１との間は電気的に絶縁されている。ベー
スプレートｌの中央部に穿設された孔ＩＡは、図示され
ない真空排気系へ連結されている。

一対の電極３には、タングステンやモリブデン等の金属
をコイル状に形成した抵抗加熱式の蒸発源４が支持され
ている。

電極５には、ターゲット６が支持されている。

ターゲット６の支持は、蒸発源４からの蒸発により対電
極１２に向かって飛行する物質粒子の飛行を妨げないよ
うに行われる。第２図は、蒸発源４とターゲット６の位
置関係を対電極１２の側から見た状態を示している。な
おターゲット６を蒸発源４よりもさらにベースプレート
１側に配備することも可能である。

一対の電極７の間にはフィラメント８が支持されている
。フィラメント８は熱電子放出用であって、タングステ
ン等の線状のフィラメント材によるものである。電極７
の間には、フィラメント８を加熱するための電源１９が
接続されている。電源１９は実施例では直流電源である
が交流電源を用いても良い。また図のように直流電源１
９の正極を接地しても良いし負極を接地しても良い。フ
ィラメント８は、物質粒子を通過させ得るように複数本
のフィラメント材を網状に配列形成したものであり、上
記物質粒子の広がりをカバーできるように配備されてい
る。フィラメント８は他に、複数のフィラメント材を平
行に配列した形状とすることもできる。

電極９には第１グリッド１０が支持されている。

第１グリッド１０も物質粒子を通過させるように形成さ
れるが、この例では網目状である。

電極１１の先端部には対電極１２が支持されている。

薄膜を形成されるべき基板１３は、この対電極１２に適
宜の方法で図の如くに支持される。

また電極１４には第２グリッド１５が支持されている。

この第２グリッド１５も物質粒子を通過させるように形
成され、この例では網目状である。

蒸発源４は、加熱用電源１７に接続されている。

また直流電源１８の正端子に電極９が、負端子には電極
１１が接続されている。さらに電極５には直流電源２０
の負極が接続され、同電源２０の正極はフィラメント用
の電源１９の一端に接続されている。

直流電源２２の正極側は電極１４に接続され、負極側は
電極５に接続されている。ターゲット６の電位は、フィ
ラメント８、第１．第２グリッド１０．１５よりも負極
性の電位となっている。

第２グリッド１５の電位は、直流電源２０．２２の組み
合わせにより対電極１２に対し、正、負もしくはＯ電位
とすることができる。なお、第１図における接地は必ず
しも必要ではない。

実際には各電極間の接続は種々のスイッチを含み、これ
らスイッチの操作により薄膜形成のプロセスを実現する
が、これらスイッチは図示を省略されている。

以下、この実施例装置による薄膜形成を説明する。

基板１３を対電極１２に図の如く支持させたら、真空排
気系により真空槽内を１０−５〜１０−’Ｐａの圧力に
減圧する。続いて必要に応じて、アルゴン等の不活性ガ
ス、酸素・水素や窒素等の活性ガス、あるいはこれら活
性ガス・不活性カスの混合ガスを導入ガスとして１０−
２〜１０−’Ｐａの圧力に導入する。この導入ガスの導
入は図示されていない導入管により行われる。

蒸発源４には予め材料物質が、またターゲット６として
は導電性の母材が保持される。蒸発物質、母材、導入ガ
スは、形成するべき薄膜に応じて選択される０例えばＦ
ｅ−Ｎｉ合金磁性体の薄膜を形成する場合であれば、蒸
発物質としてＦｅもしくはＮｉ、母材としてＮｉもしく
はＦｅを選択し、導入ガスとしてＡｒを選択することが
できる。あるいはまた、■ＴＯ薄膜を形成する場合であ
れば、蒸発物質としてＩｎ、母材としてＳｎ、導入ガス
として０□を選択することができる。

この状態に於いて電気的手段を働かせ、真空槽内に前述
した所望の電気的状態を作り出す。

蒸発源４からは、保持された材料物質が蒸発して原子も
しくは分子状となって広がりつつ基板１２に向かって飛
行する。一方、フィラメント８からは熱電子が放出され
る。熱電子は、第１グリッド１０に吸引されつつ第１グ
リッド近傍に存在している物質粒子と衝突してこれら粒
子を正にイオン化する。かくして、第１グリッドｌＯの
近傍にプラズマ状態が実現される。

イオン化された物質粒子の一部は、ターゲット・の負極
性の電位に引かれてターゲット６に衝突し、母材を構成
する物質粒子をたたき出す。たたき出された粒子は熱電
子により、その一部が正にイオン化される。このとき第
２グリッド１５の存在により、第２グリッド１５よりも
基板１３側に発生するプラズマに対するターゲット６の
、形状、位置、電位の影響が極めて小さいものとなる。

従って、蒸発した材料物質のイオン化に対する影響を極
めて小さく維持しつつ、ターゲット６の位置、形状、タ
ーゲット６へのイオン衝撃程度を設定することができる
。

蒸発による材料物質の粒子、母材からの粒子は、熱電子
によりイオン化されつつ基板１２にむかって広がりつつ
飛行するが、その際、イオン化された導入ガスとの衝突
によってもイオン化を促進され、さらに第１グリッドｌ
Ｏを通過する際には、この第１グリッド１０の近傍で振
動運動している熱電子によりさらにイオン化を促進され
る。第１グリッド近傍で振動運動している熱電子は、物
質粒子をイオン化することによりエネルギーを次第に失
い、ついには第１グリッド１０に吸収される。

第１グリッド１０を通過した物質粒子のイオンに対して
は第１グリッド１０から対電極１２に向かう電界が加速
力を作用する。これによってイオンは基板１３に向かっ
て加速され、高速で基板１３に衝突して密着性に優れた
緻密・均質な薄膜を形成する。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な薄膜形成装置を提供できる
。この装置は上述の如く、熱電子がグリッドに吸収され
基板を衝撃加熱しないので、ガラス基板等の耐熱性ある
基板への薄膜形成は言うまでもなく、プラスチックのよ
うな耐熱性のない基板にも良好に薄膜を形成できる。ま
た薄膜を構成する材料はイオンとして基板に向かって加
速され、十分に高いエネルギーをもって基板に衝突する
ので薄膜の密着性、緻密性が高い。また材料物質のイオ
ン化率が極めて高いため活性ガスを単独もしくは不活性
ガスとともに導入して成膜を行うことにより材料物質と
活性ガスとを化合させて化合物薄膜を形成することが容
易に可能である。

またターゲットからの薄膜材料物質の取り込み量の制御
が容易であるので、ターゲットの母材としてドーピング
物質を用いると、例えばＩＴ○薄膜形成の際のＳｎのド
ープ量を容易に制御できるなど、多元系薄膜の形成を容
易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の１実施例を説明するため
の図である。 １０３．ベースプレート、２００．ペルジャー、４００
．蒸発源、６００．ターゲット、８０９．フィラメント
、１０．、。 第ニゲリッド、 １５．、、第２グリッド、 １２、、。 対電 ｖ）４ 日 ７ｙｆＤＺ園 「ｍ■Ｗ１１ ３　　　４　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空槽と、 この真空槽内に於いて材料物質を蒸発させる蒸発源と、 上記真空槽内に於いて、薄膜を形成されるべき基板を上
   記蒸発源と対向させて保持する対電極と、上記蒸発源と
   対電極との間に配備され、物質粒子を通過させ得る第１
   グリッドと、 この第１グリッドと上記蒸発源との間に配備される熱電
   子放出用のフィラメントと、 このフィラメントと上記蒸発源との間に配備され、物質
   粒子を通過させ得る第２グリッドと、この第２グリッド
   よりも上記蒸発源側に、蒸発源から蒸発した材料粒子の
   上記対電極へ向かう飛行を妨げないように配備される１
   以上のターゲットと、 上記対電極、第１および第２グリッド、フィラメント、
   ターゲットの電位関係を所望の関係に定める電気的手段
   とを有し、 上記第１グリッドを上記対電極およびフィラメントに対
   して正電位とし、上記ターゲットを上記フィラメントお
   よび第１、第２グリッドに対して負電位とし、且つ、上
   記ターゲットの電位をターゲットからの粒子の取り込み
   量に応じて設定可能としたことを特徴とする薄膜形成装
   置。