JPH05125520A

JPH05125520A - 多層膜の形成装置

Info

Publication number: JPH05125520A
Application number: JP28988191A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iijima; 正行飯島; Yoshikazu Takahashi; 善和高橋
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1993-05-21
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP3585504B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上に高分子膜材の原料モノマーから一工
程で高分子膜を形成出来て、金属膜との多層膜を容易に
能率よく形成させる形成装置。【構成】真空室内に高分子膜の原料モノマーの蒸発源
または外部蒸発源からの蒸発口と金属材の金属材蒸発源
を夫々独立状態に配置し、これら蒸発源と多層膜が形成
される基板とを対向状態に配置し、基板上に高分子膜を
形成させる際、基板に蒸着した高分子膜材の原料モノマ
ーを蒸着と同時に重合および高分子化させ得るように基
板および高分子膜材蒸発源または蒸発口を囲繞する周壁
にこれらを高分子化可能温度に加熱出来る加熱装置を備
えた多層膜の形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層膜の形成装置に関
し、更に詳しくはポリイミド等の高分子膜と、アルミニ
ウム、金等の金属膜とを交互に形成する多層膜の形成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板（例えばスライドガラス）上
に高分子膜（例えばポリイミド）を形成する方法として
は、真空室内に高分子膜の原料モノマーを蒸発させる蒸
発源と、該蒸発源からの原料モノマーの蒸着で高分子膜
が形成される基板とを互いに対向して配置した形成装置
を用い、真空中で蒸発源から原料モノマーを蒸発させ、
これを基板上に蒸着重合させて薄膜（例えばポリイミド
の場合はポリアミド酸膜或いは一部イミド化したポリア
ミド膜）を形成した後、該薄膜を加熱して高分子化（例
えばポリイミドの場合はイミド化）させて高分子膜を形
成することが知られている。そこで、図２に示すような
基板上に高分子膜と金属膜とを交互に積層して多層膜を
形成する場合は、先ず、基板を高分子膜の原料モノマー
を蒸着重合させ得る温度に維持しながら、該基板上に高
分子膜の原料モノマーを蒸着重合させて薄膜を形成した
後、該薄膜に高分子化させ得る温度（例えば基板を２０
０℃に加熱する）を施して高分子膜を形成した後、該高
分子膜上に金属材を蒸着させて金属膜を形成した後、基
板を再び原料モノマーを蒸着重合させ得る温度（例えば
基板を２５℃まで冷却する）に設定する。そして該基板
上への原料モノマーの蒸着重合による薄膜の形成と、薄
膜への加熱による高分子膜の形成と、金属膜の形成と、
基板の冷却の各操作を繰り返し行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記多
層膜の形成方法では、基板上への原料モノマーの蒸着重
合による薄膜の形成と、該薄膜への加熱による高分子化
された高分子膜の形成と、該高分子膜上への金属膜の形
成と、その後の基板の冷却の各操作を繰り返し行うた
め、それに用いる形成装置としては、基板に高分子膜の
原料モノマーを蒸着重合させた後、形成された高分子膜
材の蒸着重合膜を高分子化させて高分子膜とする加熱手
段および該高分子膜上に金属膜を形成した後、基板を再
び原料モノマーを蒸着重合させ得る温度に冷却する冷却
手段とが必要となり、そのために装置全体が複雑化する
ばかりではなく、原料モノマーから高分子膜を形成させ
るには、基板に原料モノマーを蒸着重合させるための低
温度設定操作（冷却による降温）と、高分子化させて高
分子膜を得るための高温度設定（加熱による昇温）操作
とを頻繁に繰り返し行わなければならないため、その温
度操作が煩雑であるという問題がある。本発明は、かか
る問題点を解消した多層膜の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】本発明の形成装置は、真
空室内に高分子膜の原料モノマーを蒸発させる高分子膜
材蒸発源または外部蒸発源からの蒸発口および金属材を
蒸発させる金属蒸発源と、高分子膜材蒸発源または蒸発
口からの原料モノマーと金属材蒸発源からの金属材の蒸
着で多層膜が形成される基板とを互いに対向して配置し
た多層膜の形成装置であって、真空室内に隔壁を配設し
て独立室を設け、夫々の独立室内に高分子膜材蒸発源ま
たは蒸発口、金属材蒸発源のいずれかを配置し、基板お
よび少なくとも高分子膜材蒸発源が配置された周壁に高
分子膜の原料モノマーを高分子化可能温度に加熱する加
熱装置を備えたことを特徴とする。また、隔壁で隔離さ
れた各独立室内に夫々真空排気系を接続してもよい。ま
た、基板を移動自在の基板保持装置に保持するようにし
てもよい。

【０００５】

【作用】真空中で高分子膜の原料モノマーまたは金属膜
の金属材が交互に蒸発する。蒸発した該原料モノマーの
蒸気は基板に到達して基板上または既に形成された金属
膜上に蒸着する。この際、基板が高分子化可能な温度に
設定されているので、蒸発源または蒸発口から蒸発した
原料モノマーは蒸着と同時に重合し、更に高分子化して
基板上または金属膜上で順次均一な組成の高分子膜が形
成される。また、蒸発した金属材の蒸気は基板上または
既に形成されている高分子膜上に蒸着して金属膜を形成
する。この高分子膜の形成と金属膜の形成とを基板上で
繰り返し行うことによって基板上に高分子膜と金属膜が
交互に積層した多層膜が得られる。また、高分子膜の原
料モノマーの蒸発中は高分子膜材蒸発源または蒸発口を
囲繞する周壁が原料モノマーの高分子化可能温度となっ
ているため、高分子膜材蒸発源または蒸発口から蒸発し
た原料モノマーは該蒸発源または蒸発口を囲繞する周壁
内の全空間に亘って均一に分散して周壁に付着しにくく
なって、基板に到達した原料モノマーが蒸着と同時に基
板上で重合し、更に高分子化される。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を添付図面に基づき説明す
る。図１は本発明多層膜の形成装置の１例を示すもの
で、図中、１は真空室を示し、該真空室１内を真空ポン
プ等の真空排気系２に接続管３を介して接続した。そし
て真空室１内の下方の左方部分および右方部分に夫々金
属膜の原料Ｘ（例えば金属膜がアルミニウムの場合はア
ルミニウム粉末）を加熱、蒸発させる金属材蒸発源４を
設けた。また、金属材蒸発源４の周囲にヒーター５を巻
回して原料Ｘを所定温度に加熱出来るようにした。ま
た、真空室１の外方にに高分子膜の原料モノマーＹ，Ｚ
（例えば高分子膜がポリイミド膜の場合はモノマーＹが
ピロメリット酸二無水物、モノマーＺが４，４′−ジア
ミノジフェニルエーテル）を加熱、蒸発させる高分子膜
材蒸発源６，７を設け、真空室１内と各蒸発源６，７を
夫々モノマー導入管８，９で接続し、真空室１内の下方
の中央部分にモノマー導入管８，９に連なる原料モノマ
ーの蒸発口１０，１１を設けた。また、前記高分子膜材
蒸発源６と７にはその周囲にヒーター１２，１３を巻回
して原料モノマーＹ，Ｚを所定温度に加熱出来るように
した。また、真空室１内の上方の中央部分に前記金属材
蒸発源４および蒸発口１０，１１に対向させて多層膜を
形成せしめるべき基板１４を基板保持装置１５によって
下向きに保持するようにした。

【０００７】そして真空室１内に隔壁１６を配設して３
個の独立室１７を設け、夫々の独立室１７内に金属材蒸
発源４或いは蒸発口１０，１１のいずれかを隔離状態に
配置した。また、真空室１の周壁、高分子膜材蒸発源
６，７に連なるモノマー導入管８，９並びに蒸発口１
０，１１、更に真空排気系２と真空室１内とを接続せる
接続管３の夫々に独立したヒーター等の加熱装置１８を
巻回し、該加熱装置１８により真空室１、接続管３、モ
ノマー導入管８，９、蒸発口１０，１１を所定温度に維
持出来るようにした。また、基板保持装置１５にヒータ
ー１９を配設して基板１４を高分子モノマーＹ，Ｚの高
分子化可能な温度に加熱維持出来るようにした。尚、図
中、２０は金属材蒸発源４の上方に設けたシャッター、
２１は蒸発口１０，１１の上方に設けたシャッター、２
２は基板１３の前面に配置した多層膜の形状に対応した
開口部２３を備えるマスク、２４は真空排気系２に連な
る接続管３に設けたコンダクタンスバルブ、２５はモノ
マー導入管８，９に設けたバルブを夫々示す。尚、高分
子膜の原料モノマーを蒸発させ、基板上に蒸着重合し、
高分子化させる際の真空度としては形成する高分子膜の
種類によって異なるが、一般には１×１０^- ⁴〜１×１
０^- ²Torr程度が好ましく、また、金属材を蒸発させ、
基板或いは高分子膜上に蒸着させる際の真空度としては
形成する金属材の種類によって異なるが、一般には１×
１０^- ⁷〜１×１０^- ⁵Torr程度とすればよい。また、高
分子膜と金属膜との積層数は多層膜の用途に応じて適宜
設定すればよい。

【０００８】次に、前記装置を用い、図２に示すような
基板１４上にアルミニウム製の金属膜２６と、ポリイミ
ド製の高分子膜２７と、アルミニウム製の金属膜２８と
から成る３層構造の多層膜Ｆの作成例を説明する。本実
施例では、基板１４は縦５０mm、横５０mm、厚さ１mmの
ガラスまたはアルミナ焼結基板を用いた。先ず、金属材
蒸発源４の夫々に金属膜（アルミニウム膜）の原料とし
てアルミニウム（以下原料Ｘという）を充填し、高分子
膜材蒸発源６に高分子膜（ポリイミド膜）の一方の原料
モノマーとしてピロメリット酸二無水物（以下原料Ｙと
いう）を、高分子膜材蒸発源７に高分子膜（ポリイミド
膜）の他方の原料モノマーとして４，４′ジアミノジフ
ェニルエーテル（以下原料Ｚという）を充填し、シャッ
ター２０およびシャッター２１を閉じた状態で真空室１
内の圧力を真空排気系２により１×１０^- ⁵Torrに設定
する。次に、真空室１内を加熱装置１８で、また基板１
４をヒーター１９で夫々２００℃に維持する。続いて金
属蒸発源４内の原料Ｘをヒーター５で６００℃付近に加
熱すると共に、高分子膜材蒸発源６内の原料Ｙをヒータ
ー１２で温度１８０±２℃に、また高分子膜材蒸発源７
内の原料Ｚをヒーター１３で温度１６０±２℃に夫々加
熱する。

【０００９】次いで、ヒーター５で一方（図示例では左
方である）の金属材蒸発源４内の原料Ｘを更に加熱し、
温度１０００℃以上に達した時点で該原料Ｘのシャッタ
ー２０のみを開き、真空室１内に基板保持装置１５に保
持された基板１４上に原料Ｘを１００Å／秒の速度で蒸
着させて厚さ１０００Åの金属膜２６を形成した後、シ
ャッター２０を閉じると共に、該原料Ｘを再び温度６０
０℃にした。続いて、シャッター２１のみを開き、基板
１４上に形成されたアルミニウム膜２６上に原料Ｙ，Ｚ
を１０Å／秒の析出速度で厚さ２０００Åに蒸着させた
後、シャッター２１を閉じて基板１４上で重合反応およ
び高分子化（ここではイミド化）を連続的に起こさせて
ポリイミド膜２７を形成させた。次いで、ヒーター５で
他方（図示例では右方である）の金属材蒸発源４内の原
料Ｘを更に加熱し、温度１０００℃に達した時点で該原
料Ｘのシャッター２０のみを開き、基板１４上のポリイ
ミド膜２７上に原料Ｘを１００Å／秒の速度で蒸着させ
て厚さ１０００Åの金属膜２８を形成した後、シャッタ
ー２０を閉じると共に、該原料Ｘを再び温度３００℃に
した。尚、原料Ｙ，Ｚは化学量論的にポリイミド膜が形
成されるように蒸発量の調整によって１：１のモル比で
蒸発するようにした。また、原料Ｙ，Ｚの蒸発時におけ
る真空室１内の圧力はコンダクタンスバルブ２４の調整
により１×１０^- ²Torrとした。また、マスク２２は中
央に基板１４側に向かって角度４５°の傾斜面を有する
大きさが２mm角の開口部２３を穿設した縦５０mm、横５
０mm、厚さ０．２mmのステンレス板を用いた。原料Ｘの
温度が常に少なくとも３００℃となるように金属材蒸発
源４で加熱状態とすれば、高分子膜の原料モノマー（原
料Ｙ，Ｚ）の蒸発時に該原料Ｙ，Ｚが原料Ｘおよび金属
材蒸発源に付着することがないので、金属膜中に原料モ
ノマーが不純物として混入されることを防止出来る。

【００１０】前記実施例操作に基づき、基板１４にアル
ミニウム膜２６の形成を３回、該アルミニウム膜２６上
へのポリイミド膜２７の形成を４回、該ポリイミド膜２
７上へのアルミニウム膜２８の形成を２回行えば図３に
示すような基板上に９層構造の多層膜を形成することが
出来る。また、前記実施例では多層膜の形成時にマスク
を用いたが、マスクを用いずに、高分子膜と金属膜とを
互いにずらすことなく側面を同一面状とした積層状の多
層膜の形成にも利用することが出来る。

【００１１】図４は本発明の形成装置の他の実施例であ
る。図４装置について前記図１に示す形成装置との相違
点について説明する。真空室１内に隔離状態に配置され
たより金属材蒸発源４、蒸発口１０，１１を囲繞せる独
立室１７の各隔壁１６を基板１４の前面近傍まで延設
し、隔壁１６の上縁側に膜形状に対応した開口部２３を
穿設せるマスク２２を設置し、該マスク２２の前面側に
シャッター２０および２１を設けた。また、各独立室１
７内を独立した真空ポンプ等の真空排気系２に夫々接続
管３を介して接続した。また、高分子膜材蒸発源６，７
に連なる蒸発口１０，１１を配置せる独立室１７の周壁
にのみヒーター等の加熱装置１８を巻回して、該独立室
１７を所定温度（ここでは高分子化可能な温度を示す）
に維持出来るようにすると共に、該独立室１７内に連な
るモノマー導入管８，９および蒸発口１０，１１と、真
空排気系２に連なる接続管３にも加熱装置１８を配設し
て、これらを所定温度（ここでは高分子化可能な温度を
示す）に維持出来るようにした。また、基板保持装置１
５を例えば２本のレール上に移動自在に懸架し、該基板
保持装置１５で基板１４を真空室１内の上方で移動自在
とした。また、金属膜の原料Ｘを蒸発させる金属材蒸発
源を電子銃２９により発生する電子ビームＥＢで原料Ｘ
を蒸発させる蒸発源３０とした。図４における他の符号
は図１に示す形成装置と同じであるので説明を省略す
る。また、作動も図１実施例と同じである。図４に示す
形成装置を用いると、原料Ｘと、原料Ｙ，Ｚの蒸発時に
おける真空室１内の圧力変更をその都度行わなくてもよ
いから、圧力調整操作が簡単となり、また、高分子膜材
蒸発源６，７に連なる蒸発口１０，１１を配置せる独立
室１７の周壁にのみ加熱装置１８を配設したから、該周
壁で囲繞される空間は真空室全体に比べて小さくなるた
め、該空間内の温度調整が容易となると共に、温度の均
一化が更に高められる。また、基板を移動自在の基板保
持装置に保持することが出来るから、高分子膜の形成と
金属膜の形成とを別個の基板で同時に行うことが出来
て、多層膜の形成を更に容易に能率よく行え得る。

【００１２】尚、前記図１および図４装置では、高分子
膜の原料モノマーの高分子膜材蒸発源６，７を真空室１
の外方に配置し、該蒸発源６，７で加熱蒸発した原料モ
ノマーの蒸気をモノマー導入管８，９および蒸発口１
０，１１を介して真空室１内に導入するようにしたが、
本発明装置ではこれに限定されるものではなく、真空室
１内に高分子膜の原料モノマーの高分子膜材蒸発源を直
接配置するようにしてもよい。また、前記実施例では基
板１４上に形成する多層膜の金属膜２６と２８をアルミ
ニウム膜とし、また高分子膜２７をポリイミド膜とし場
合について説明したが、本発明装置はこれに限定される
ものではなく、金属膜を金（Ａｕ）膜等、また高分子膜
をポリアミドイミド膜等とした多層膜の形成にも広く利
用出来る。また、例えばアルミナ焼結体製絶縁基板３１
上にアルミニウム製内部下電極層３２と、ポリイミド製
誘電体層３３と、アルミニウム製内部上電極層３４とか
ら成る多層膜を形成した後、該多層膜の上面に窒化ケイ
素製の保護層３５をプラズマＣＶＤ法により形成し、更
に多層膜の側面にニッケル−ボロン合金製の外部電極３
６を無電解メッキ法により形成して図５に示すような多
層膜コンデンサーを製造する際にも、基板上への多層膜
の形成に本発明形成装置を応用することが出来る。

【００１３】

【発明の効果】このように本発明によるときは、基板上
に高分子膜を形成する際、従来法のような高分子膜の原
料モノマーの蒸着重合と、その後に行う高分子化の２工
程ではなく、基板上に原料モノマーから高分子膜を１工
程で得ることが出来るから、高分子膜と金属膜から成る
積層構造の多層膜を極めて容易に、能率よく形成するこ
とが出来、また基板の加熱装置として高分子化専用の加
熱装置を別個に必要としないので装置全体が簡素化され
る等の効果がある。また、隔壁で隔離された各独立室内
を夫々真空排気系に接続させると、各独立室内の圧力を
所定圧とすることが出来るため、高分子膜または金属膜
の成膜時の真空室内の圧力の変更をその都度行わなくて
もよいから圧力調整が簡単でかつ適確に行える。また、
基板を移動自在の基板保持装置に保持させると、高分子
膜の形成または金属膜の形成を別個の基板上で同時に行
うことが出来るので、多層膜の形成を更に容易に能率よ
く行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明形成装置の１実施例の説明線図。

【図２】本発明形成装置で形成された多層膜の１例の
截断面図。

【図３】本発明形成装置で形成された多層膜の他の実
施例の截断面図。

【図４】本発明形成装置の他の実施例の説明線図。

【図５】本発明形成装置を用いて製造した多層膜コン
デンサーの截断面図。

【符号の説明】

１真空室、２真空排気系、４，
６，７蒸発源、１０，１１蒸発口、１４
基板、１５基板保持装置、１６隔
壁、１７独立室、１８，１９加熱
装置、Ｘ金属材、Ｙ，Ｚ原料モノマ
ー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室内に高分子膜の原料モノマーを蒸
発させる高分子膜材蒸発源または外部蒸発源からの蒸発
口および金属材を蒸発させる金属蒸発源と、高分子膜材
蒸発源または蒸発口からの原料モノマーと金属材蒸発源
からの金属材の蒸着で多層膜が形成される基板とを互い
に対向して配置した多層膜の形成装置であって、真空室
内に隔壁を配設して独立室を設け、夫々の独立室内に高
分子膜材蒸発源または蒸発口、金属材蒸発源のいずれか
を配置し、基板および少なくとも高分子膜材蒸発源が配
置された周壁に高分子膜の原料モノマーを高分子化可能
温度に加熱する加熱装置を備えたことを特徴とする多層
膜の形成装置。
【請求項２】隔壁で隔離された各独立室内は夫々真空
排気系に接続したことを特徴とする請求項第１項に記載
の多層膜の形成装置。
【請求項３】基板は移動自在の基板保持装置に保持さ
れることを特徴とする請求項第１項または第２項に記載
の多層膜の形成装置。