JPH04221065A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ蒸着による薄膜
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板等の表面に蒸着を施し薄膜を
形成する薄膜形成装置では、形成された薄膜の基板に対
する密着性が悪かったり、耐熱性のない基板に薄膜を形
成することが困難である問題点があった。そこで、特公
平１ー５３３５１号公報に示されている薄膜形成装置の
ように真空槽内に活性ガスまたは不活性ガスおよびこれ
らの混合ガスを導入し、さらに直流電源を用いてプラズ
マを発生させることによって薄膜の基板に対する密着性
を向上させている。またこの薄膜形成装置では、プラズ
マプロセスを低温下で行うことが可能であることから耐
熱性の低いプラスチックなどの基板にも薄膜の形成がで
きるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
１ー５３３５１号公報に示されている薄膜形成装置では
、真空槽内において、プラズマがプラズマ発生の必要で
ない空間にまで発生するため、蒸着物質が基板の裏面に
付着してしまういわゆる裏回りを生じることになる。さ
らに基板の蒸着層表面でスパッタ現象等が起こることに
なる。 また、蒸着物質が絶縁体あるいは半導体である場合には
、基板や基板を保持する対電極の表面に、蒸着物質が蒸
着されてしまうため、グリッド、基板および対電極間の
電位が変動し、プラズマが不安定となる。また、蒸発源
とグリッドおよび対電極とを結ぶ経路を遮るようにして
熱電子発生用のフィラメントが設置されているため、フ
ィラメントから発生するフィラメント構成物質が基板に
付着することになる。本発明は、上記従来の問題点に着
目してなされたものであり、蒸着物質が基板の裏面に付
着してしまういわゆる裏回り、さらに基板の蒸着層表面
でスパッタ現象等の発生を防止でき、また、蒸着物質が
絶縁体あるいは半導体である場合に、基板や基板を保持
する対電極の表面に、蒸着物質が蒸着することがなく、
グリッド、基板および対電極間の電位が変動し、プラズ
マが不安定となるのを防ぐことができるとともに、フィ
ラメントから発生するフィラメント構成物質が基板に付
着することがない薄膜形成装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、活性
ガスまたは不活性ガスあるいは活性ガスと不活性ガスと
の混合ガスを導入する真空槽と、前記真空槽内において
蒸着物質を蒸発させる蒸発源と、前記蒸発源を所定の電
位とする蒸発源用電源と、前記真空槽内に配置され蒸着
物質が蒸着される被蒸着材を前記蒸発源に対向する姿勢
に保持する対電極と、前記対電極を前記蒸発源と同電位
とする対電極用電源と、前記蒸発源と前記対電極との間
に配置され蒸発源によって蒸発させられた蒸着物質を通
過させ得るグリッドと、前記グリッドを前記対電極なら
びに前記蒸発源の電位に対し正電位とし、しかも前記グ
リッドから前記対電極に保持された被蒸着材に向かう電
界とを互いに逆向きに形成する電界制御手段と、前記真
空槽内に配置され前記蒸発源によって蒸発させられた蒸
着物質をイオン化する熱電子発生用のフィラメントとを
有する薄膜形成装置において、前記グリッドと前記対電
極との間の空間を囲む磁石を配置したことを特徴とする
薄膜形成装置である。

【０００５】請求項２の発明は、請求項１において、フ
ィラメントが、蒸発した蒸着物質の通過経路を遮らず、
且つ蒸発源とグリッドとの間の略中間で蒸発源によって
蒸発させられた蒸発物質とフィラメントから発生した熱
電子とが衝突するように配置されていることを特徴とす
る薄膜形成装置である。請求項３の発明は、請求項１に
おいて、熱電子発生用のフィラメントに対向する位置に
グリッドの電位より低く、フィラメントから発生した熱
電子の運動エネルギーよりも高い電位をもつ電子反射手
段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置である。

【０００６】

【作用】本発明では、真空槽に活性ガスまたは不活性ガ
スあるいは活性ガスと不活性ガスとの混合ガスが導入さ
れ、蒸発源用電源によって蒸発源が所定の電位とされ、
真空槽内において蒸発源によって蒸着物質が蒸発させら
れる。また被蒸着材を蒸発源に対向する姿勢に保持する
対電極が、対電極用電源によって蒸発源と同電位とされ
、電界制御手段によってグリッドが対電極ならびに蒸発
源の電位に対し正電位とされ、しかもグリッドから対電
極に保持された被蒸着材に向かう電界とが互いに逆向き
に形成される。またフィラメントから熱電子が発生し、
蒸発源によって蒸発させられた蒸着物質がイオン化され
、さらに蒸発源によって蒸発させられた蒸着物質がグリ
ッドを通過し加速される。磁石は、グリッドと対電極と
の間の空間に平行磁場を形成し、この平行磁場によって
弱い反磁性を示すプラズマは磁界方向に加速される。し
たがって蒸着物質が絶縁体もしくは半導体である場合に
対電極にこれらの蒸着物質が付着し、グリッドと対電極
の正電位が不安定となった場合でも、プラズマが被蒸着
材の方向へ移動することが可能となる。請求項３の発明
のように、熱電子反射手段を設ければ、フィラメントか
ら発生した熱電子は熱電子反射手段によって反射され、
この反射された電子とフィラメントから発生した熱電子
は正電位となっているグリッドにキャプチャーされず通
過し、グリッドによるクーロン力と、磁石の平行磁場に
より引き戻され、またグリッドを通過する。すなわち熱
電子は振動運動を繰り返す。そしてついには熱電子はグ
リッドに吸収されるため、被蒸着材には到達せず、被蒸
着材は電子衝撃を受けることはない。したがって被蒸着
材は加熱されることはない。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図において符号１はベースプレートを示し、こ
のベースプレート１上にはパッキン２１を介してベルジ
ャー２が取り付けられ、真空槽５１が形成されている。 ベースプレート１の中心には孔１Ａが形成されており、
この孔１Ａには図示しない真空排気装置が接続されてい
る。この真空排気装置によって真空槽５１内の空気が排
出され、真空槽５１内は減圧状態とされる。また真空槽
５１には図示しないガス供給装置が接続され、真空槽５
１内には活性ガスまたは不活性ガスおよびこれらの混合
ガスが導入できるようになっている。

【０００８】ベースプレート１には支持体を兼ねた一対
の電極３ａ、３ｂ、一対の電極５ａ、５ｂ、電極７、電
極１１、電極３０、電極３１が設けられている。電極３
ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ、７、１１、３０、３１はベース
プレート１に形成された貫通孔に貫入されて取り付けら
れている。

【０００９】電極３ａ、３ｂのには導電性の蒸発源支持
体４０、４２が取り付けられている。この蒸発源支持体
４０、４２には、タングステン、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が渡設されて
いる。蒸発源４の形状はコイル状の他ボート状としても
よく、また抵抗加熱式のものの他、電子ビーム蒸発源な
ど、従来の真空蒸着装置に用いられているものを使用し
てもよい。

【００１０】電極５ａ、５ｂには、導電性のフィラメン
ト支持体４３、４４が取り付けられている。このフィラ
メント６は対電極１２に対し直交するように配置されて
いる。フィラメント支持体４３、４４には、タングステ
ンなどによって構成された熱電子発生用のフィラメント
６が渡設されている。このフィラメント６は網状を有し
ている。フィラメント６はこの他、格子状としてもよい
。電極３０には、熱電子反射手段としての熱電子デフレ
クタ電極１７が取り付けられている。この熱電子デフレ
クタ電極１７はフィラメント６に対向して配置されてい
る。

【００１１】電極７には、グリッド支持体４７が取り付
けられており、このグリッド支持体４７には、グリッド
８が支持されている。グリッド８は網目状を有しており
、蒸発物質を通過させ得る形状となっている。電極１１
には先端部が直角に曲がった形状の対電極支持体６１が
取り付けられ、この対電極支持体６１の先端部には対電
極１２が支持されている。この対電極１２の下面には、
図示しない手段によって被蒸着材としての基板１３が保
持され、蒸着源４側からみた場合、基板１３の背後に対
電極１２が配置されることになる。電極３１には導電性
の支持体２０が取り付けられ、この支持体２０には磁石
１９が固定されている。磁石１９は円筒形で蒸発源４と
対電極１２を結ぶ空間を囲むようになっている。

【００１２】一対の電極３ａと３ｂは蒸発用電源１４を
介して接続されている。電極７は直流電圧電源１６の正
端子に、また電極１１は直流電圧電源１６の負端子にそ
れぞれ接続されている。電極５ａと５ｂは交流電圧電源
１５に接続されている。また電極３０は抵抗器１８を介
して交流電圧電源１５に接続されている。なお交流電圧
電源１５のかわりに直流電圧電源を用いることもできる
。電極３１は交流電圧電源２２に接続されている。なお
図中の接地は必ずしも行う必要はない。なお上記の電極
は成膜をプロセスを制御するための種々のスイッチを介
して電源と接続されているが、図では省略する。

【００１３】次に薄膜形成装置５０の動作について説明
する。基板１３を対電極１２の下面に保持させる。また
蒸着物質を蒸発源４に保持させる。蒸着物質は形成する
薄膜によって決定されるが、鉄、ニッケルなどの金属、
金属の酸化物、窒化物、弗化物、硫化物および合金等を
使用する。孔１ａに接続された真空排気装置によって真
空槽５１内は１０のマイナス３乗Ｐａから１０のマイナ
ス８乗Ｐａの圧力とされる。またガス供給装置によって
アルゴンなどの不活性ガスが１０Ｐａから１０のマイナ
ス３乗Ｐａの圧力で導入される。なお必要に応じて活性
ガスまたは不活性ガスあるいは活性ガスと不活性ガスと
の混合ガスを使用する。

【００１４】次いで電源１４、１５、１６、１８、２２
を作動させ、グリッド８を正の電位とし、対電極１２を
負の電位とする。さらにフィラメント６に電流が流され
、フィラメント６は抵抗加熱によって発熱し、熱電子を
放出する。真空槽５１内のアルゴン分子は、フィラメン
ト６から放出された熱電子と衝突する。このためアルゴ
ン分子の外殻電子がはじき出され、正イオンにイオン化
される。蒸発物質、すなわち蒸発した蒸発物質の粒子は
拡がりをもって基板１３の方向へ飛行する。そしてその
蒸発物質の一部とアルゴンガスはフィラメント６から放
出された熱電子および前述のイオン化されたアルゴンガ
スとの衝突によって、さらにイオン化が促進される。

【００１５】グリッド８を通過した蒸発物質中、いまだ
イオン化されていないものは、さらにグリッド８と基板
１３との間において、前述のイオン化されたアルゴンガ
スとの衝突により、正イオンにイオン化され、蒸発物質
全体のイオン化率が上昇する。　　このようにして正イ
オンにイオン化された蒸発物質は、グリッド８から対電
極１２に向かう電界の作用によって基板１３に向かって
加速され、基板１３に高エネルギーをもった状態で衝突
し、付着する。したがって基板１３に密着性が非常によ
い薄膜が形成される。

【００１６】一方、磁石１９には、交流電源２２から支
持体２０を介して電流が供給され、グリッド８と対電極
１２との間の空間に平行磁場を形成し、この平行磁場が
形成された空間内にプラズマを閉じ込める。そしてこの
平行磁場によって弱い反磁性を示すプラズマは磁界方向
（対電極１２の方向）に加速される。これにより従来の
プラズマ蒸着装置において空間的に比較的ランダムに発
生していたプラズマを、限定された空間内で磁場の強度
を変化させることにより、ある程度制御できることにな
る。さらに蒸着部卯室の基板１３に対する突入角度を垂
直に近い角度とすることができる。

【００１７】また蒸着物質が絶縁体もしくは半導体であ
る場合に対電極１２にこれらの蒸着物質が付着し、グリ
ッド８と対電極１２の正電位が不安定となった場合でも
、プラズマが基板１３の方向へ移動することが可能とな
る。よって電界が不安定な状態においても蒸着物質が基
板１３に到達する確立が向上することになる。さらにプ
ラズマは磁石１９によって囲まれた空間内に閉じ込めら
れるため、プラズマの空間的安定性が向上することにな
る。

【００１８】熱電子デフレクタ電極１７は、電子の熱運
動エネルギーよりも大きく、グリッド８の正電位の絶対
値よりも小さな負電位がかけられている。したがってフ
ィラメント６から発生した熱電子のうち蒸着物質のイオ
ン化に寄与しなかった熱電子や蒸着物質と熱電子との衝
突により発生した第２次電子を、再度、蒸着物質と衝突
させることができる。よって蒸着物質のイオン化効率を
高めることができる。なお、熱電子の一部は、グリッド
８の近傍での電子の運動にも寄与する。

【００１９】熱電子デフレクタ電極１７によって反射さ
れ、この反射された電子とフィラメント６から発生した
熱電子は正電位となっているので、グリッド８にキャプ
チャーされず通過し、グリッド８によるクーロン力と、
磁石１９の平行磁場により引き戻され、またグリッドを
通過する。すなわち熱電子はグリッド８を中心とする振
動運動を繰り返す。そしてついには熱電子はグリッド８
に吸収されるため、基板１３には到達せず、基板１３は
電子衝撃を受けることはない。したがって基板１３は加
熱されることはない。

【００２０】フィラメント６は上述のように配置されて
いるので、フィラメント６からの輻射熱が基板１３に到
達することはない。またフィラメント６の構成物質が基
板に蒸着されのも防止されることになる。さらにフィラ
メント６が蒸着物質の移動方向に直交するように配置さ
れているので、熱電子流と蒸着物質の流れが直交するこ
とになる。したがって熱電子と蒸着物質との衝突が高頻
度に行われることになる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、蒸着物質
が被蒸着材の裏面に付着してしまういわゆる裏回り、さ
らに被蒸着材の蒸着層表面でスパッタ現象等の発生を防
止できるようになる。また、蒸着物質が絶縁体あるいは
半導体である場合に、被蒸着材や被蒸着材を保持する対
電極の表面に、蒸着物質が蒸着することがなく、グリッ
ド、被蒸着材および対電極間の電位が変動し、プラズマ
が不安定となるのを防ぐことができるようになる。さら
にフィラメントから発生するフィラメント構成物質が被
蒸着材に付着することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる薄膜形成装置の構成を
示す図である。

【符号の説明】

６　　　　　　フィラメント ８　　　　　　グリッド １２　　　　対電極 １３　　　　基板 １９　　　　磁石 ５１　　　　真空槽

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性ガスまたは不活性ガスあるいは活性ガ
   スと不活性ガスとの混合ガスを導入する真空槽と、前記
   真空槽内において蒸着物質を蒸発させる蒸発源と、前記
   蒸発源を所定の電位とする蒸発源用電源と、前記真空槽
   内に配置され蒸着物質が蒸着される被蒸着材を前記蒸発
   源に対向する姿勢に保持する対電極と、前記対電極を前
   記蒸発源と同電位とする対電極用電源と、前記蒸発源と
   前記対電極との間に配置され蒸発源によって蒸発させら
   れた蒸着物質を通過させ得るグリッドと、前記グリッド
   を前記対電極ならびに前記蒸発源の電位に対し正電位と
   し、しかも前記グリッドから前記対電極に保持された被
   蒸着材に向かう電界とを互いに逆向きに形成する電界制
   御手段と、前記真空槽内に配置され前記蒸発源によって
   蒸発させられた蒸着物質をイオン化する熱電子発生用の
   フィラメントとを有する薄膜形成装置において、前記グ
   リッドと前記対電極との間の空間を囲む磁石を配置した
   ことを特徴とする薄膜形成装置。
2. 【請求項２】請求項１において、フィラメントが、蒸発
   した蒸着物質の通過経路を遮らず、且つ蒸発源とグリッ
   ドとの間の略中間で蒸発源によって蒸発させられた蒸発
   物質とフィラメントから発生した熱電子とが衝突するよ
   うに配置されていることを特徴とする薄膜形成装置。
3. 【請求項３】請求項１において、熱電子発生用のフィラ
   メントに対向する位置にグリッドの電位より低く、フィ
   ラメントから発生した熱電子の運動エネルギーよりも高
   い電位をもつ電子反射手段を設けたことを特徴とする薄
   膜形成装置。