JPH04210472A - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］この発明は、薄膜を形成する装置
、特にプラズマを用いた物理的蒸着法（ＰＶＤ法）によ
り高品質の薄膜を蒸着形成する薄膜形成装置のイオン源
装置に関するものである。 ［０００２］ 【従来の技術】従来から半導体膜、光学薄膜、磁性膜、
絶縁膜などの高品質の薄膜がスパッタリング法もしくは
低エネルギーイオンビームアシスト蒸着法により形成さ
れている。図２は低エネルギー（２０ｅＶ〜５００ｅＶ
）のイオンを用いる後者の方法による従来の薄膜形成装
置を模式的に示す断面図であり、イオン源装置の部分の
みを示す。 図において、１は上方図示外の基板上に形成される薄膜
の材料である蒸着物質、２は蒸着物質１の蒸気を発生さ
せる蒸気発生源、３は蒸着物質１を収容する密閉形のる
つぼ、４はるつぼ３の上部に設けられたオリフィス、５
はるつぼ３を加熱するヒーターであり、るつぼ３、オリ
フィス４およびヒーター５で蒸気発生源２を構成してい
る。 ［０００３］６はるつぼ３の上方に設けられて、蒸着物
質１の蒸気をイオン化するイオン化装置、７は電子を放
出するカソード、８はカソード７から電子・を引き出す
アノードであり、カソード７とアノード８でイオン化装
置６を構成している。９はイオン化装置６の上方に設け
られて、装＠６によってイオン化された蒸着物質１を電
界で加速する加速装置、１０はアースに対して正の電位
が与えられた加速電極、１１はアース電位になったアー
ス電極であり、加速電極１０とアース電極１１とで加速
装置９を構成している。以上が基板とともに図示しない
真空槽内に収納されている。 ［０００４］次に動作について説明する。まず、真空槽
内を１０−　’　Ｔｏｒｒ程度以下の真空度になるまで
図示しない真空排気系により排気した後、ヒーター５で
るつぼ３を加熱すると、るつぼ３内の蒸着物質１が蒸発
し、オリフィス４を通ってイオン化装置６中へ噴出する
。そこで蒸着物質１の蒸気の一部が、カソード７から放
出された電子と衝突してイオン化される。イオン化され
た蒸着物質１の蒸気は、加速電極１０とアース電極１１
により形成される電界で加速され、イオン化されない蒸
気とともに基板に衝突してその表面に薄膜を形成する。 ［０００５］

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜形成装置は
以上のように構成されているので、シリコンやアルミニ
ウムなどのるつぼ材料との濡れ性のよい蒸着物質を使う
と、熔融した蒸着物質がオリフィスまで這い上がったり
、さらにるつぼ外壁面に沿ってしみ出したりする現象が
おこり、イオン源装置を安定的に稼動させることができ
ない。また一般的に熔融した蒸着物質はイオン源装置を
構成する材料と激しい反応性を示すため、蒸着物質に濡
れた部分が腐食されて寿命が極端に短かくなるという問
題点があった。さらに、蒸着物質のイオンを加速してそ
のエネルギーを制御することにより薄膜の性能が向上す
るが、上記のような低エネルギーのイオンを用いた蒸着
法では、生成されるイオンが蒸気中に占める割合（イオ
ン化効率）がせいぜい５％以下であり、利用できるイオ
ンの割合が小さいので、イオンのエネルギーによる薄膜
の性能向上に限界があった。 ［０００６］また、スパッタリングにより成膜する方法
があるが、この場合は蒸着物質の粒子に対して加速が行
なわれず、したがって蒸着物質のエネルギーによる薄膜
の性能向上ができないなどの問題点があった。この発明
は上記のような問題点を解消するためになされたもので
、濡れ性のよい蒸着物質を使用しても安定的に稼動でき
、蒸着物質による腐食を防止できるとともに、イオン化
効率の高い薄膜形成装置を得ることを目的とし、また、
一定量のイオンが基板へ照射するのを保持しながらその
加速の度合いを制御できる薄膜形成装置を得ることを目
的とする。 ［０００７］

【課題を解決するための手段】この発明に係る薄膜形成
装置は、蒸着物質から成るターゲットと透孔が形成され
たスパッタリング電極とを対向させるとともに、ターゲ
ットとは反対側でスパッタリング電極に対向して加速装
置を配置し、ターゲットとスパッタリング電極との間で
グロー放電を生じさせるようにしたものであり、さらに
、加速装置を互いに電位の異なる引出電極と加速制御電
極とで構成したものである。 ［０００８］

【作用】この発明における薄膜形成装置は、グロー放電
を生成してターゲットの蒸着物質をスパッタし、プラズ
マ中のイオンを加速して基板へ照射する。また、加速装
置の引出電極でイオンをイオン化装置から引き出して加
速した後、加速制御電極でイオンの加速制御を行なう。 ［０００９］

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を
模式的に示す断面図であり、図において、２１は上方図
示外の基板上に形成される薄膜の材料である蒸着物質を
イオン化するイオン化装置、２２は蒸着物質から成るタ
ーゲット、２３はターゲット２２に対向して配置された
スパッタリング電極、２４はスパッタリング電極２３に
多数形成された第１の透孔、２５はターゲット２２およ
びスパッタリング電極２３を収容する容器、２６はター
ゲット２２と容器２５との間を絶縁する第１の絶縁部で
あり、２２〜２６でイオン化装置２１を構成している。 ［００１０１２７は容器２５内へガスを導入するガス導
入装置、２８は容器２５の周囲に設けられた磁界発生装
置で、永久磁石または直流コイルによって構成され、容
器２５内に、図において上下方向に磁界を発生させるよ
うになっている。２９はターゲット２２の、図において
下方に設けられた磁石で、ターゲット２２の近傍でその
表面に沿った方向の成分の磁界を発生させるようになっ
ている。 ［００１１１３０はターゲット２２とは反対側でスパッ
タリング電極２３に対向して設けられた加速装置、３１
はスパッタリング電極２３に対向して配置された引出電
極、３２は引出電極３１に多数形成された第２の透孔、
３３は加速制御電極としてのアース電極で、接地されて
おり、図において下方からスパッタリング電極２３、引
出電極３１、アース電極３３の順に配置されている。３
４はアース電極３３に多数形成された第３の透孔であり
、３１〜３４で加速装置３０を構成している。３５はス
パッタリング電極２３、引出電極３１およびアース電極
３３を互いに絶縁する第２の絶縁部である。 ［００１，２１３６はターゲット２２とスパッタリング
電極２３の間に電圧を印加する電源装置で、高周波電圧
または直流電圧を発生する。３７．３８はスパッタリン
グ電極２３と加速装置３０の間に電位差を与える第１、
第２の直流電源で、第１の直流電源３７により引出電極
３１が、そして第２の直流電源３８によりアース電極３
３がスパッタリング電極２３に対してそれぞれ負の電位
が与えられ、引出電極３１とアース電極３３とは互いに
異なる電位になっている。この実施例では第２の直流電
源３８の電圧を第１の直流電源３７の電圧よりも低くし
ている。 ［００１３］次に動作について説明する。ガス導入装置
２７から容器２５内へガスを導入し、電源装置３６によ
りターゲット２２とスパッタリング電極２３との間に高
周波電圧もしくは直流電圧を印加する。ターゲット２２
とスパッタリング電極２３との間に図中３９で示すグロ
ー放電を発生させ、ターゲット２２の蒸着物質をスパッ
タすると、導入したガスのプラズマが発生するとともに
、スパッタされた蒸着物質もその中で一部イオン化され
る。 ［００１４］この実施例ではグロー放＠３９のプラズマ
密度を増加させる磁界発生装置２８を設けているので、
電子がらせん運動してガスおよび蒸着物質の原子の電離
が促進され、さらに効率よくイオン化を行なうことがで
きる。また、ターゲット２２の下方に磁石２９を設けて
いるので、ターゲット２２近傍で電子がらせん運動し、
プラズマが安定化して効率良く蒸着物質のスパッタリン
グができる効果がある。 ［００１５］このようにし７てイオン化装置２１内で生
成した蒸着物質およびガスのイオンは、スパッタリング
電極２３に形成された第１の透孔２４を通って、図にお
いて上方へ移動する。蒸着物質として多く用いられる金
属では正電荷を持つイオンとなっているので、スパッタ
リング電極２３に対して負電位の加速装＠３０により加
速され、第２、第３の透孔３２．３４を通って基板に達
しその表面に薄膜を形成する。 ［００１６］このとき、第１の直流電源３７でスパッタ
リング電極２３に対して負にバイアスされた引出電極３
１により引き出されたイオンはこの間で一旦加速される
。第１の直流電源３７の電圧は第２の直流電源の電圧よ
りも高いので、引出電極３１はアース電極３３よりも電
位が低くなっており、加速されて第２の透孔３２を通過
したイオンは、引出電極３１とアース電極３３の間で減
速される。結局、イオンはスパッタリング電極２３とア
ース電極３３の間の電位差（加速電圧）に応じた運動エ
ネルギーが与えられて、第３の透孔Ｍから基板へ入射す
ることになる。 ［００１７］スパツタリング電極２３と引出電極３１の
間の電圧をある一定値にすれば、加速電圧を変化させて
も、引き出されるイオンはあるレベル以−ヒの量が確保
できる。したがって、低エネルギーイオンの特性を生か
した薄膜を形成したいような場合、必要なイオン量を確
保しつつ、低い加速電圧で成膜を行なうことが可能であ
る。 また、この実施例では引出電極３１の電位が、接地され
ている基板に対して常に負にバイアスされているので、
グロー放電３９が生じている部分から飛び出してくる電
子が基板へ入射するのを抑制する効果がある。 ［００１８］なお、上記実施例では磁界発生装置２８、
磁石２９、引出電極３１を設けたが、これらが設けられ
ていないものにも適用でき、そのために生じる効率低下
は導入するガスの圧力を高めることで補うことができる
。また、正電荷を持つイオンに対応できるようにスパッ
タリング電極２３に対して加速装置３０の電位を負にし
たが、負電荷を持つイオンを扱うために上記電位を正に
してもよい。 ［００１９１ 【発明の効果］以上のように、この発明によればターゲ
ットとスパッタリング電極の間でグロー放電を生じさせ
、そこで生じたイオンを加速するよう構成し、また加速
装置を、互いに電位の異なる引出電極と加速制御電極と
で構成したので、るつぼで蒸着物質を熔融する必要がな
く、したがって濡れ性のよい蒸着物質を使用しても、熔
融蒸着物質のしみ出しなどなく安定的に稼動でき、また
グロー放電部のプラズマからイオンを引き出して利用で
き、したがって、イオン化効率を高くできる。さらに、
引出ａｌｌで引き出したイオンを加速制御電極で加速制
御することにより、一定量のイオンを保持しながらその
加速の度合いを制御できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による薄膜形成装置の断面
図である。

【図２】従来の薄膜形成装置の断面図である。

【符号の説明】

２２　　ターゲット ２：３　　スパッタリング電極 ２４　　第１の透孔 ２５　　容器 ２７　　ガス導入装置 ３０　　加速装置 ３１　　引出電極 ３２　　第２の透孔 ３３　　アース電極 ３４　　第３の透孔 ３６　　電源装置 ３７　　第１の直流電源 ３８　　第２の直流電源 ３９　　グロー放電

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸着物質から成るターゲット、透孔が形成
   され、上記ターゲットに対向して配置されたスパッタリ
   ング電極、上記ターゲットとスパッタリング電極とを収
   容する容器、この容器内へガスを導入するガス導入装置
   、上記ターゲットとスパッタリング電極との間に電圧を
   印加してその間でグロー放電を生じさせる電源装置、お
   よび、上記ターゲットとは反対側で上記スパッタリング
   電極に対向して配置され、上記スパッタリング電極に対
   して電位差を有する加速装置を備えた薄膜形成装置。
2. 【請求項２】加速電極を、それぞれ透孔が形成された引
   出電極と加速制御電極とで構成し、スパッタリング電極
   、上記引出電極、上記加速制御電極の順に配置するとと
   もに、上記引出電極と加速制御電極とに互いに異なる電
   位を与えるようにした請求項１記載の薄膜形成装置。