JPH0472060A

JPH0472060A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH0472060A
Application number: JP18212790A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sato; 達哉佐藤; Wasaburo Ota; 太田　和三郎; Mikio Kinoshita; 幹夫木下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1992-03-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2843125B2

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、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し得る新規な構成の薄膜形
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く、
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、その方法
も極めて多岐にわたっているが、何れも形成された薄膜
と被薄膜形成基板（以下、基板と称す）との密着性が弱
かったり、あるいは。

耐熱性の無いプラスチックフィルム等の基板への薄膜形
成が困難であったり、あるいは形成された薄膜の特性が
不均一であるなどの問題があった。

そこで、これらの問題を解決するため、上記方法を発展
させた薄膜形成装置として、蒸発源と被蒸着物との間に
高周波電磁界を発生させて活性あるいは不活性ガス中で
蒸発した物質をイオン化して真空蒸着を行ない被蒸着物
に蒸発物質を堆積させて薄膜を形成する、所謂イオンブ
レーティング法を利用した薄膜形成装置や、また、蒸発
源と被蒸着物との間にさらに直流電圧を印加するＤＣイ
オンブレーティング法を利用した薄膜形成装置等が提案
されている（例えば、特公昭５２−２９９７１号公報、
特公昭５２−２９０９１号公報）。

また、さらに発展された薄膜形成装置としては、被薄膜
形成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なう装置が提案されている（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〕

しかしながら、前述した従来の薄膜形成装置では、ガス
の導入が、装置の外壁の一端から行われており、かかる
手段を用いた場合、導入されたガスの分布及び装置内の
放電が装置内の幾何学的形状に左右され、均一となりが
たいため、得られる薄膜の特性が不均一なものが得られ
やすく、また、装置内の幾何学的形状が変化した場合、
薄膜の特性の再現性が不十分となる等、理想とする薄膜
形成を十分成し得ないという欠点があった。

また、従来装置では、活性ガスを導入した場合、蒸発物
質やターゲット表面が変質し、成膜が不安定になるとい
う欠点があった。

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もった薄膜を形成でき、耐
熱性の無いプラスチックフィルム等も基板として用いる
ことができ、且つ、均一な特性を持った薄膜が安定して
得られ、薄膜の特性の再現性も向上させることができる
、新規な構成の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、本願の請求項１記載の薄膜形
成装置では、真空槽と、この真空槽内において蒸発物質
を蒸発させるための蒸発源と、上記真空槽内に配置され
基板を上記蒸発源に対向するように保持する対電極と、
上記蒸発源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、このグリッドと上記蒸発源との
間に配置された熱電子発生用のフィラメントと、このフ
ィラメント及び上記蒸発源を取り囲む中空の壁を有する
円筒形シールドと、上記シールド壁内部に活性ガス若し
くは不活性ガス、あるいはこれら両者の混合ガスを導入
する手段とを備え、上記シールドの蒸発源側の壁面には
導入されたガスを放出するための複数個の細孔が均一に
設けられ、且つ。

上記グリッドの電位が、上記対電極の電位と上記フィラ
メントの電位に対し正電位となるよう所定の電位関係と
させる電源手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の薄膜形成装置では、請求項１記載
の薄膜形成装置において、中空円筒形シールド内部に複
数個の円筒形メツシュを設置したことを特徴とする。

また、水頭の請求項３記載の薄膜形成装置では、真空槽
と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発させるための
蒸発源と、上記真空槽内に配置され基板を上記蒸発源に
対向するように保持する対電極と、上記蒸発源と上記対
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、このグリッドと上記蒸発源との間に配置された熱電
子発生用のフィラメントと、このフィラメント及び上記
蒸発源を取り囲み且つ基板側とフィラメント及び蒸発源
側の２つの部分に分割された中空の壁を有する円筒形シ
ールドと、上記シールドの外部に配備された排気口と、
上記シールドの壁の基板側の中空部に活性ガス、フィラ
メント及び蒸発源側の中空部に不活性ガスを不活性ガス
の導入量が活性ガスの導入量よりも高くなるように導入
する手段とを備え、上記シールドの内側の壁面には導入
されたガスを放出するための複数個の細孔が均一に設け
られ、且つ上記グリッドの電位が、上記対電極の電位と
上記フィラメントの電位に対し正電位となるよう所定の
電位関係とさせる電源手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項４記載の薄膜形成装置では、請求項３記載
の薄膜形成装置において、蒸発源に替えてターゲットを
配備し、上記ターゲットの電位をグリッド、対電極及び
フィラメントに対して負電位とする手段を有することを
特徴とする。

〔作　　　用〕

以下、本発明による薄膜形成装置の構成及び作用につい
て、より詳細に説明する。

請求項１記載の薄膜形成装置は、前述したように、真空
槽と、対電極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラメ
ントと、蒸発源（単数又は複数）と、上記フィラメント
及び上記蒸発源を取り囲む中空の壁を有する円筒形シー
ルドと、上記シールド壁内部にガスを導入する手段とを
備え、このシールドの蒸発源側の壁面には導入されたガ
スを放出するための複数個の細孔が均一に設けられてお
り、且つ、グリッド及び対電極、フィラメントの間を所
定の電位関係とする電源手段を備えた構成となっている
。

そして、上記シールド壁内部には、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、
蒸発源側の壁面に設けられた細孔から真空槽内に均一に
上記ガスが導入される。

上記対電極は真空槽内に配備され、被蒸着基板を蒸発源
と対向させた状態で保持している。

上記グリッドは、蒸発物質を通過させうるものであって
、蒸発源と対電極の間に配備され、電源手段により対電
極及びフィラメントの電位に対して正電位にされる。

熱電子発生用のフィラメントは、真空槽内の、上記グリ
ッドと蒸発源の間に配備され、このフィラメントにより
発生する熱電子は、蒸発源からの蒸発物質の一部をイオ
ン化するのに供される。

蒸発源からの蒸発物質は、その一部がフィラメントから
の電子により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、グリッドを
通過し、更にイオン化されたガスにより正イオン化を促
進され、グリッド−基板間の電界の作用により基板の方
へと加速される。

尚、フィラメントからの電子は、フィラメント温度に対
応する運動エネルギーを持ってフィラメントから放射さ
れるので、正電位のグリッドに直ちに吸引されずにこれ
を通過し、グリッドによるクーロン力により引き戻され
、更にグリッドを通過し、と言うように、グリッドを中
心として振動運動を繰り返し、遂にはグリッドに吸収さ
れる。

したがって、フィラメントからの電子は基板へは達せず
、基板は熱電子による電子衝撃を受けないので、其れに
よる加熱がなく、基板の温度上昇が防止でき、プラスチ
ックのような耐熱性のない材質のものでも基板として用
いることができる。

さらに、この薄膜形成装置では、フィラメント及び蒸発
源がシールドに取り囲まれており、且つ均一なガス導入
を行うことが可能なため、上記イオン化が装置の幾何学
的な因子によって受ける影響を小さくすることが可能と
なり、均一な特性を持った薄膜が安定して得られ、且つ
薄膜の特性の再現性も向上させることができる。

次に、請求項２記載の薄膜形成装置によれば、上記請求
項１記載の薄膜形成装置の構成に加えて、シールド壁内
部に複数個のメツシュが設置されているため、導入され
たガスが上記メツシュに衝突して拡散が促進され、多種
類のガスの混合を効率良く行うことが可能であり、した
がって、薄膜の特性の均一性をさらに向上させることが
可能である。

次に、請求項３記載の薄膜形成装置は、真空槽と、対電
極と、グリッドと、熱電子発生用のフィラメントと、蒸
発源（単数又は複数）と、上記フィラメント及び上記蒸
発源を取り囲む、基板側とフィラメント及び蒸発源側の
２つの部分に分割された中空の壁を有する円筒形シール
ドと、上記シールドの壁の基板側の中空部に活性ガス、
フィラメント及び蒸発源側の中空部に不活性ガスを導入
する手段を備え、このシールドの内側の壁面に、導入さ
れたガスを数比するための複数個の細孔が均一に設けら
れており、且つ、グリッド及び対電極、フィラメントの
間を所定の電位関係とする電源手段を備えた構成となっ
ている。

上記シールドの壁の基板側の中空部には活性ガスが導入
され、フィラメント及び蒸発源側の中空部には不活性ガ
スが導入され、内側の壁面に設けられた細孔から真空槽
内に夫々のガスが均一に導入される。この際、排気口が
シールドの外側にあるため、シールド内のガスはシール
ド上部の開口部から排出されることとなり、不活性ガス
の導入量を活性ガスの導入量より大きくすれば上記フィ
ラメント及び上記蒸発源の近傍においては不活性ガスの
濃度を活性ガスの濃度よりも高くすることが可能である
。

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配備され、電源手段により対電
極及びフィラメントの電位に対して正電位にされる。

尚、フィラメントからの電子は、フィラメント温度に対
応する運動エネルギーを持ってフィラメントから放射さ
れるので、正電位のグリッドに直ちに吸引されずにこれ
を通過し、グリッドによるクーロン力により引き戻され
、更にグリッドを通過し、と言うように、グリッドを中
心とし、て振動運動を繰り返し、遂にはグリッドに吸収
される。

また、フィラメント及び蒸発源の近傍では不活性ガスの
濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、活性ガスによる
フィラメントの消耗及び蒸発物質の変質が抑制され、安
定した成膜を行うことが可能となる。

次に、請求項４記載の薄膜形成装置は、上述の請求項３
記載の薄膜形成装置の蒸発源に替えてターゲットを配備
し、上記ターゲットの電位をグリッド、対電極及びフィ
ラメントに対して負電位とする手段を有することを特徴
とするものであり、その他の構成については同様のもの
である。

この装置においては、ターゲットは導電性を有する母材
（単体または化合物）で構成され、その電位はグリッド
、対電極及びフィラメントに対して負電位であり、フィ
ラメント−グリッド間を飛行する熱電子により（正）イ
オン化されたイオンの一部はターゲット表面へと拡散し
、高速でターゲット表面をスパッタする。

このイオンによりスパッタされたターゲットを構成する
粒子は、その一部が、フィラメントからの電子により正
イオンにイオン化される。そして、このように一部イオ
ン化されたターゲットからの粒子は、グリッドを通過し
、更にイオン化されたガスにより正イオン化を促進され
、グリッド−基板間の電界の作用により基板の方へと加
速される。

尚、この薄膜形成装置においても、フィラメント及びタ
ーゲットがシールドに取り囲まれており、かつ均一なガ
ス導入を行うことが可能なため、上記イオン化が装置の
幾何学的因子によって受ける影響を小さくすることが可
能となり、均一な特性を持った薄膜が安定して得られ、
且つ薄膜の特性の再現性も向上させることができる。

また、フィラメント及びターゲットの近傍では不活性ガ
スの濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、活性ガスに
よるフィラメントの消耗及び蒸発物質の変質が抑制され
、安定した成膜を行うことが可能となる。

〔実　施　例〕

以下、図示の各実施例について詳細に説明する。

第１図は請求項１記載の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、ベースプレート２とペルジャー３とは
バッキング４を介して一体化され真空槽１を形成してい
る。ここで、ベースプレート２の中央部には孔２ａが形
成されて、図示しない真空排気系に連結され、真空槽１
内の気密性を維持している。そして、このような真空槽
１内には上方から下方に向けて順に対電極１０と、グリ
ッド１１と、フィラメント１２と、蒸発源１３が適宜間
隔をあけて設けられており、これらの部材は各々支持体
を兼用する電極１４，１５，１６，１７により水平状態
に保持されている。これらの電極１４．１５，１６．１
７は何れもベースプレート２との電気的な絶縁性を保つ
状態でベースプレート２を貫通して真空槽ｌの外部に引
き出されている。

即ち、これらの電極１４，１５，１６．１７は真空槽１
の内外の電気的な接続・給電を行うもので、その他の配
線具と共に導電手段となりうるものであり、ベースプレ
ート２の貫通部においては気密性が確保されている。

ここで、前記電極の内、一対の電極１７により支持され
た蒸発源１３は蒸発物質を蒸発させるためのものであり
、例えばタングステン、モリブデンなどの金属をコイル
状に形成してなる抵抗加熱式として構成されている。も
っともコイル状にかえて、ボート状に形成したものでも
よい。また、このような蒸発源に替えて電子ビーム蒸発
源など、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。

一方、一対の電極１６の間には、タングステンなどによ
る熱電子発生用のフィラメント１２が支持されている。

このフィラメント１２の形状は、複数本の線状のフィラ
メントを平行に配列したり、あるいは網目状にしたりす
るなどして、蒸発源から蒸発した蒸発物質の粒子の広が
りをカバーするように定められている。

また、支持体兼用電極１５には、グリッド１１が支持さ
れており、このグリッド１１は、蒸発物質を通過させう
る形状にその形状が定められているが、この例では網目
状である。

また、電極１４には対電極１０が支持されており、この
対電極１０には、上記蒸発源１３に対向する面側（図で
は下面側）に位置させて、薄膜を形成すべき基板１８が
適宜の方法により保持されている。この状態を蒸発源１
３の側から見れば、基板１８の背後に対電極１０が配備
されることになる。

さて、上述の各支持体兼用の電極１４，１５゜１６．１
７は導電体であって電極としての役割を兼ねており、そ
れらの真空槽外へ突出した端部間は図示のように種々の
電源に接続されている。

先ず、蒸発源１３は一対の電極１７を介して蒸発用電源
２０に接続されている。次に、直流電源２１が設けられ
ており、この直流電源２１の正極側は電極１５を介して
グリッド１１に、直流電源２３の負極側は電極１４を介
して対電極１０に接続されている。

即ち、グリッド１１の電位は対電極１０の電位に対して
正電位となるように設定されている。これにより、グリ
ッド１１と対電極１０間の電界はグリッド１１側から対
電極１０側へと向かうものとなる。

そして、電極１５により支持されたグリッド１１は蒸発
物質を通過させうる形状、例えば網目状に形成されてい
る。

また、フィラメント１２は一対の電極１６を介して直流
電源２２０両端に接続されている。尚、図中の接地は必
ずしも必要ではない。

尚、実際には、これらの電気的接続には種々のスイッチ
類を含み、これらの操作により、成膜プロセスを実現す
るのであるが、これらスイッチ類は図中に示されていな
い。

真空槽１内には、上記フィラメント１２及び上記蒸発源
１３を取り囲む中空の壁を有する円筒形のシールド３ｏ
が設置されている。また、周知の方法により、シールド
３０の壁内部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を導入しうるように構
成されている。

例えば、シールド３０に対しては、０□等の活性ガスを
収納したボンベ６がバルブ７を介して連結されると共に
Ａｒ等の不活性ガスを収納したボンベ８がバルブ９を介
して連結されている。このシールド３ｏの蒸発源側の壁
面には、上記導入されたガスを放出するための複数個の
細孔が均一に設けられている。

尚、第２図は請求項２記載の発明に対する実施例であり
シールド部分の拡大図を示しており、第２図の構成にお
いては、シールド３０のガスが導入される壁の内部に複
数個の円筒形メツシュ３３が設置されている。

以下、第１図に示す構成の装置例による薄膜形成につい
て説明する。

先ず、ペルジャー３を開き、第１図のごとく、薄膜を形
成すべき基板１８を対電極１０に保持させると共に蒸発
源１３に蒸発物質を取り付ける。

この蒸発物質を構成する母材と、導入ガス種の組合せは
勿論どのような薄膜を形成するかに応じて定められる。

例えば、Ａ１□０．薄膜を形成する場合には、蒸発物質
としてアルミニウム（Ａ１）を、不活性ガスとしてアル
ゴン（Ａｒ）を、活性ガスとして酸素（０２）を選択で
きる。また、Ｉｎ２Ｏ。

薄膜を形成する場合には、蒸発物質としてインジウム（
Ｉｎ）、導入ガスとして酸素を選択することができる。

さて、基板及び蒸発物質を取り付けた後、ペルジャー３
が閉じられ、真空槽１内は予め１０４〜１０−’Ｔｏｒ
ｒの圧力にされ、これに必要−に応じて、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がシール
ド３ｏの壁面の細孔から１０−２〜１０−’Ｔｏｒｒの
圧力で導入される。ここでは、説明の具体性のため、導
入ガスは、例えばアルゴンなどの不活性ガスであるとす
る。

この雰囲気状態において、電源を作動させると、グリッ
ド１１には直流型［２１によって正の電位が印加され、
フィラメントエ２には電源２２により電流が流される。

そして、フィラメント１２は抵抗加熱によって加熱され
、熱電子を放射する。

また、蒸発源１３も電源２０からの電流によって加熱さ
れ、蒸発物質が蒸発される。

蒸発源１３から蒸発した蒸発物質は広がりをもって基板
１８の側へ向かって飛行するが、その−部、及び前記導
入ガスはフィラメント１２より放出された熱電子との衝
突によって外殻電子がはじき出され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１
１を通過するが、その際、前述のようにグリッド１１の
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の衝突により、さらにイオン化率が
高めらおる。

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１１から対電極１０に向かう電界の作用によ
り基板１８に向かって加速され、基板に高エネルギーを
持って衝突付着する。これによって、非常に密着性のよ
い薄膜が形成される。

フィラメント１２から放出された熱電子は、最終的には
、その大部分がグリッド１１に吸収され、一部の熱電子
はグリッド１１を通過するが、グリッド１１と基板１８
との間で、前記電界の作用によって減速されるので、仮
に基板１８に到達しても、基板１８を加熱するには到ら
ない。

以上のように、第１図に示す構成の薄膜形成装置におい
ては、蒸発物質のイオン化率が極めて高いため、真空槽
内に活性ガスを単独で、あるいは不活性ガスと共に導入
して成膜を行うことにより、蒸発物質と活性ガスを化合
させ、この化合により化合物薄膜を形成する場合にも、
所望の物性を有する薄膜を容易に得ることができる。

尚、真空槽内の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、１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以下
の圧力の高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、薄膜の構造も極めて緻密なものとす
ることが可能であり、通常、薄膜の密度はバルクのそれ
より小さいとされているが、本発明の薄膜形成装置によ
れば、バルクの密度に極めて近い密度が得られることも
大きな特徴の一つである。さらに、このような高真空下
で成膜を行えることにより、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、フィラメント及び蒸発源がシールドに取り囲まれ
ており、且つ均一なガス導入を行うことが可能なため、
前記イオン化が装置の幾何学的な因子によって受ける影
響を小さくすることが可能となり、均一な特性を持った
薄膜が安定して得られ、且つ薄膜の特性の再現性も向上
させることができる。

また、第２図に示すシールド構造の装置では、多種類の
ガスを導入する場合、極めて効率良くガスの混合を行う
ことが可能であり、従って、反応性成膜を行う場合の薄
膜の特性を極めて均一にすることができる。

以上のように、第１図、第２図に示した本発明の薄膜形
成装置は＋　　ＩＣ，ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜
や、その電極としての高純度な金属薄膜の形成、さらに
は光学薄膜の形成に極めて適している。

次に、第３図は請求項３記軟の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。

この第３図に示す構成の薄膜形成装置と先の第１図に示
した構成の薄膜形成装置との違いは、シールド部の構造
と活性ガス、不活性ガスの導入方法が異なるだけであり
、その他の、ベースプレート２．ペルジャー３、バッキ
ング４、対電極１０、グリッド１１、フィラメント１２
、蒸発源１３、支持体兼用電極１４，１５，１６，１７
、各種の電源２０，２１．２２等の同符号を付した構成
要素に関しては同一であるので説明を省略す、る。

第３図に示す構成の薄膜形成装置おいて、真空槽１内に
は、フィラメント１２及び蒸発源１３を取り囲む、基板
１８側と、フィラメント１２及び蒸発源１３側の２つの
部分に分割された中空の壁を有する円筒形シールド３５
が設置されている。

この場合、排気用の孔２ａは上記シールド３５の外部に
ある。また、周知の方法により、上記シ−ルド３５の壁
の基板側の中空部３５ａに活性ガス、フィラメント及び
蒸発源側の中空部３５ｂに不活性ガスを不活性ガスの導
入量が活性ガスの導入量より高くなるように導入する。

この際、上記フィラメント１２及び上記蒸発源１３の近
傍においては不活性ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも
高くなる。

尚、第３図の例では、シールド３５の壁の基板側の中空
部３５ａに対しては、０２等の活性ガスを収納したボン
ベ６がバルブ７を介して連結され、フィラメント及び蒸
発源側の中空部３５ｂに対してはＡｒ等の不活性ガスを
収納したボンベ８がバルブ９を介して連結されている。

また、このシールド３５の内側の壁面には上記導入され
たガスを放出するための複数個の細孔が均一に設けられ
ている。

次に、第４図は請求項４記載の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が、この薄膜形成装置
は、第３図に示した薄膜形成装置の蒸発源１３に替えて
ターゲット４ｏを設置したものであり、このターゲット
４０は支持体兼用電極４１により支持され、支持体兼用
電極４１は直流電源２３の負極側に接続され、直流電源
２３の正極側は、支持体兼用電極１４に接続されている
。

尚、その他の同符号を付した構成要素に関しては第３図
に示した装置と同じであるから説明を省略する。

以下、第３図、第４図に示した構成の薄膜形成装置によ
る薄膜形成について説明する。

先ず、第３図の構成の薄膜形成装置において、ペルジャ
ー３を開き、図示のごとく、薄膜を形成すべき基板１８
を対電極１０に保持させると共に蒸発源１３に蒸発物質
を取り付ける。この蒸発物質を構成する母材と、導入ガ
ス種の組合せ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。

例えば、Ａ１□０３薄膜を形成する場合には、蒸発物質
としてＡｌを、不活性ガスとしてＡｒを、活性ガスとし
て０２を選択できる。また、Ｉｎ２Ｏ。

薄膜を形成する場合には、蒸発物質としてＩｎ、導入ガ
スとして０２を選択することができる。

さて、基板及び蒸発物質を取り付けた後、ペルジャー３
が閉じられ、真空槽１内は予め１０−５〜１０−’Ｔｏ
ｒｒの圧力にされ、これに必要に応じて、活性ガス、不
活性ガスがシールド３５の壁面の細孔から１０−２〜１
０−’Ｔｏｒｒの圧力で導入される。ここでは、説明の
具体性のため、導入ガスは１例えば活性ガスとして酸素
、不活性ガスとしてＡｒとする。

この雰囲気状態において、電源を作動させると、グリッ
ド１１には直流電源２１によって正の電位が印加され、
フィラメント１２には電源２２により電流が流される。

蒸発源１３から蒸発した蒸発物質は広がりをもって基板
１８の側へ向かって飛行するが、その−部、及び前記導
入ガスはフィラメント１２より放出された熱電子との衝
突によって外殻電子がはじきだされ、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１
１を通過するが、その際、前述のように、グリッド１１
の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の衝突により、さらにイオン化率
が高めら九る。

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１１から対電極１ｏに向かう電界の作用によ
り基板１８に向かって加速され、基板に高エネルギーを
持って衝突付着する。これによって、非常に密着性のよ
い薄膜が形成される。

以上のように、第３図に示す構成の薄膜形成装置におい
ては、蒸発物質のイオン化率が極めて高いため、真空槽
内に活性ガスを不活性ガスと共に導入して成膜を行うこ
とにより、蒸発物質と活性ガスを化合させ、この化合に
より化合物薄膜を形成する場合にも、所望の物性を有す
る薄膜を容易に得ることができる。

また、フィラメント及び蒸発源がシールドに取り囲まれ
ており、且つ均一なガス導入を行うことが可能なため、
前記イオン化が装置の幾何学的な因子によって受ける影
響を小さくすることが可能となり、均一な特性を持った
薄膜が安定して得られ、且つ薄膜の特性の再現性も向上
させることができる。また、第３図に示すシールド構造
の薄膜形成装置では、フィラメント及び蒸発源の近傍で
は不活性ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、
活性ガスによるフィラメントの消耗及び蒸発物質の変質
が抑制され、安定した成膜を行うことが可能となる。

次に、第４図に示す構成の薄膜形成装置においては、前
述したように、第３図の装置の蒸発源１３に替えてター
ゲット４０が設置されている。このターゲット４０を構
成する母材と導入ガス種の組合せ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０例えば、Ａ１□○、
薄膜を形成する場合には、ターゲット４０としてＡｌを
、不活性ガスとしてＡｒを、活性ガスとして０２　を選
択できる。また、ＺｎＯ薄膜を形成する場合には、ター
ゲットとしてＺｎ、不活性ガスとしてＡｒを。

活性ガスとして０□を選択することができる。

さて、基板及びターゲットを取り付けた後、ペルジャー
３が閉じられ、真空槽１内は予め１０１〜１０−’Ｔｏ
ｒｒの圧力にされ、これに必要に応じて活性ガス、不活
性ガスがシールド３５の壁面の細孔から１０−２〜１０
−’Ｔｏｒｒの圧力で導入される。ここでは、説明の具
体性のため、導入ガスは、例えば活性ガスとして酸素、
不活性ガスとしてＡｒとする。

真空槽内のＡｒ分子は、フィラメント１２より放出され
た熱電子との衝突によって、その外殻電子がはじき出さ
れ、正イオンにイオン化される。このイオンはフィラメ
ント−ターゲット間の電界によりターゲット４０の表面
に到達する。一方ターゲット４０には負電位が印加され
ているので、ターゲット４０の表面には高速のイオンが
衝突し、ターゲット４０の母材をスパッタする。

こうしてスパッタされターゲット４０から飛散した粒子
は広がりをもって基板１８の側へ向かって飛行するが、
その一部、及び前記導入ガスはフィラメント１２より放
出された熱電子との衝突によって外殻電子がはじきださ
れ、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ターゲットからの粒子
はグリッド１１を通過するが、その際、前述のように、
グリッド１１の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
らにイオン化率が高められる。

このようにして、正イオンにイオン化されたターゲット
からの粒子は、グリッド１１から対電極１０に向かう電
界の作用により基板１８に向かって加速され、基板に高
エネルギーを持って衝突付着する。これによって、非常
に密着性のよい薄膜が形成される。

フィラメント１２から放出された熱電子は、最終的には
、その大部分がグリッド、１１に吸収され、一部の熱電
子はグリッド１１整通過するが、グリラド１１と基板１
８との間で、前記電界の作用によって減速されるので、
仮に基板１８に到達しても、基板１８を加熱するには到
らない。

以上のように、第４図に示す構成の薄膜形成装置におい
ては、ターゲットからの粒子のイオン化率が極めて高い
ため、真空槽内に活性ガスを不活性ガスと共に導入して
成膜を行うことにより、ターゲットからの粒子と活性ガ
スを化合させ、この化合により化合物薄膜を形成する場
合にも、所望の物性を有する薄膜を容易に得ることがで
きる。

尚、真空槽内の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、１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以下
の圧力の高真空下においてもターゲットからの粒子のイ
オン化が可能であり、このため、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、通常、薄膜の密度は
バルクのそれより小さいとされているが、本発明の薄膜
形成装置によれば、バルクの密度に極めて近い密度が得
られることも大きな特徴の一つである。さらに、このよ
うな高真空下で成膜を行えることにより、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、フィラメント及びターゲットがシールドに取り囲
まれており、且つ均一なガス導入を行うことが可能なた
め、前記イオン化が装置の幾何学的な因子によって受け
る影響を小さくすることが可能となり、均一な特性を持
った薄膜が安定して得られ、且つ薄膜の特性の再現性も
向上させることができる。また、第４図に示す薄膜形成
装置では、フィラメント及びターゲットの近傍では不活
性ガスの濃度が活性ガスの濃度よりも高いため、活性ガ
スによるフィラメントの消耗及びターゲット表面の変質
が抑制され、安定した成膜を行うことが可能となる。

以上のように、第３図、第４図に示す構成の薄膜形成装
置は、ＩＣ，ＬＳＩなどを構成する半導体薄膜や、その
電極としての高純度な金属薄膜の形成、さらには光学薄
膜の形成に極めて適している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項１，２，３．４記載の本発
明の薄膜形成装置によれば、蒸発物質やターゲットから
の粒子がイオン化し、高いエネルギーを電気的に有する
（電子・イオン温度等）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低温
成膜が可能となる。従って、耐熱性のないプラスチック
フィルムなどをも基板として使用することができる。

また、本発明の薄膜形成装置では、導入されたガスが均
一に放出されるので、均一な特性を持った薄膜が安定し
て得られ、また、反応及びイオンの生成が装置の幾何学
的な因子によって受ける影響を小さくすることが可能と
なり、均一な特性を持った薄膜が安定して得られ、且つ
薄膜の特性の再現性も向上させることができる。

また、請求項３，４記載の薄膜形成装置によれば、蒸発
源やターゲットの近傍では不活性ガスの濃度が高いため
、活性ガスによる蒸発物質、ターゲット表面の変質を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示す薄膜形成
装置の概略的構成図、第２図は請求項２記載の発明に対
する実施例を示すシールド部分の拡大図、第３図は請求
項３記載の発明の一実施例を示す薄膜形成装置の概略的
構成図、第４図は請求項４記載の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。１・・・・真空槽、２・・・・ベースプレート、２ａ・
・・排気口、３・・・・ペルジャー、４・・・・バッキ
ング。６・・・・活性ガス用ボンベ、７，９・・・・バルブ、
８・・・不活性ガス用ボンベ、１０・・・・対電極、−
１１・・・グリッド、１２・・・・フィラメント、１３
・・・・蒸発源、１４，１５，１６，１７．４１・・・
・支持体兼用電極、１８・・・・基板、２０・・・・交
流電源、２１゜２２．２３・・・・直流電源、３０．３
５・・・・円筒形シールド、３３・・・・円筒形メツシ
ュ、３５ａ、３５ｂ・・・・中空部、４０・・・・ター
ゲット。傑イ図男う図舛 “２図粥図

Claims

【特許請求の範囲】

１．真空槽と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発さ
せるための蒸発源と、上記真空槽内に配置され基板を上
記蒸発源に対向するように保持する対電極と、上記蒸発
源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、このグリッドと上記蒸発源との間に配置
された熱電子発生用のフィラメントと、このフィラメン
ト及び上記蒸発源を取り囲む中空の壁を有する円筒形シ
ールドと、上記シールド壁内部に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を導入する手段
とを備え、上記シールドの蒸発源側の壁面には導入され
たガスを放出するための複数個の細孔が均一に設けられ
。且つ、上記グリッドの電位が、上記対電極の電位と上記
フィラメントの電位に対し正電位となるよう所定の電位
関係とさせる電源手段を備えたことを特徴とする薄膜形
成装置。
２．請求項１記載の薄膜形成装置において、中空円筒形
シールド内部に複数個の円筒形メッシュを設置したこと
を特徴とする薄膜形成装置。
３．真空槽と、この真空槽内において蒸発物質を蒸発さ
せるための蒸発源と、上記真空槽内に配置され基板を上
記蒸発源に対向するように保持する対電極と、上記蒸発
源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、このグリッドと上記蒸発源との間に配置
された熱電子発生用のフィラメントと、このフィラメン
ト及び上記蒸発源を取り囲み且つ基板側とフィラメント
及び蒸発源側の２つの部分に分割された中空の壁を有す
る円筒形シールドと、上記シールドの外部に配備された
排気口と、上記シールドの壁の基板側の中空部に活性ガ
ス、フィラメント及び蒸発源側の中空部に不活性ガスを
不活性ガスの導入量が活性ガスの導入量よりも高くなる
ように導入する手段とを備え、上記シールドの内側の壁
面には導入されたガスを放出するための複数個の細孔が
均一に設けられ、且つ上記グリッドの電位が、上記対電
極の電位と上記フィラメントの電位に対し正電位となる
よう所定の電位関係とさせる電源手段を備えたことを特
徴とする薄膜形成装置。
４．請求項３記載の薄膜形成装置において、蒸発源に替
えてターゲットを配備し、上記ターゲットの電位をグリ
ッド、対電極及びフィラメントに対して負電位とする手
段を有することを特徴とする薄膜形成装置。