JPH0742580B2 - 膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン照射と真空蒸着との併用により基材
に膜を形成する膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来の膜形成装置の一例を示す概略図であ
る。この膜形成装置は、排気ポート３を介して排気系
（図示省略）によって排気される真空槽２内に、基材支
持台４に支持された基材６が設けられており、当該基材
６に対して、イオン源８からイオンビーム10を照射する
と共に蒸発源12から蒸発物質14を蒸着させることによっ
て、当該基材６の表面に膜を形成するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に膜形成装置においては、工業的な観点から、膜形
成速度が大きいことが望ましい。ところが上記のような
装置においては、膜形成速度を上げるために、イオンビ
ーム10として基材６に輸送する粒子密度を増加させる
と、基材６に投入されるエネルギーもまた当該粒子密度
に比例して増加するため、基材６の温度上昇が無視でき
なくなるという問題がある。

そこでこの発明は、基材の温度上昇を抑制しつつ膜形成
速度を大きくすることができる膜形成装置を提供するこ
とを主たる目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の膜形成装置は、イオンビームを発生させるイ
オン源と蒸発粒子を蒸発させる蒸発源とを有していて、
真空槽内に設けられた基材に対してイオンビームの照射
と蒸発物質の蒸発とを行うことにより基材に膜を形成す
る膜形成装置において、基材の近傍に設けられていて高
励起状態の粒子を発生させてそれを基材近傍に供給する
放電機構を備えており、かつこの放電機構が、内部にガ
スが供給される放電室であって基材の近傍に開口を有す
るものと、この放電室内に設けられた２枚の相対向する
放電電極と、この２枚の放電電極間に電場と直交する磁
場を印加する磁場印加手段とを備えることを特徴とす
る。

〔作用〕

放電機構によって高励起状態の粒子が発生され、これが
基材近傍に供給される。この粒子は、他の粒子と反応し
易い状態にあるため、蒸発源より飛来した蒸発物質と積
極的に反応して基材に膜を形成する。膜形成に更に必要
な量の粒子は、イオン源からイオンビームとして供給さ
れる。この場合、放電機構によって発生される粒子のエ
ネルギーは大きくないため、これによる基材の温度上昇
は無視することができる。しかもイオン源からのイオン
ビームのビーム量は多くを要しないので、基材の温度上
昇を抑制しつつ膜形成速度を大きくすることができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例に係る膜形成装置を示す概
略図であり、第２図は第１図の基材と放電室との関係を
示す平面図である。第４図と同等部分には同一符号を付
してその説明を省略する。

前述した高励起状態の粒子を発生させてそれを基材６の
近傍に供給する放電機構は、この実施例では、内部にガ
ス30が供給される放電室18であって基材６の近傍に開口
22を有するものと、この放電室18内に設けられた２枚の
相対向する放電電極20a,20bと、この２枚の放電電極20
a,20b間に電場と直交する磁場を印加する磁場印加手段
（図示省略）とを備えている。放電電極20a、20bは、例
えば、第１図に示すように基材６の面と平行になるよう
に配置されている。そして、当該放電室18内には、ガス
源28から流量調節器26を経由してガス30が供給され、ま
た放電電極20a、20b間には、電源24から例えば0.2〜1KV
程度の直流電圧、あるいは例えば13.56MHzの高周波電圧
が印加される。

放電室18の平面形状は、基材６の平面形状に応じて種々
のものが採り得る。例えば、第２図に示すように基材６
が円形の場合には、放電室18は基材６を取り囲むドーナ
ツ状のものとしても良く、あるいは第３図に示すように
基材６が矩形の場合には、放電室を２つの放電室18a、1
8bに分けて基材６を両側から挟むようなものとしても良
い。もちろんいずれの場合にも、放電室18、あるいは放
電室18a、18bには、基材６側に向けて開口22が設けられ
ている。

膜形成に当たっては、例えば、イオンビーム10として基
材６へ輸送する原子を含むガス30を、流動調節器26によ
ってその流量を適度に調節して放電室18へ導入する。放
電室18内の圧力は、開口22の開口率を小さくすること
で、真空槽２内を高真空状態（例えば10^-3〜10^-4Pa程
度）に維持しつつ、放電可能な圧力（例えば１〜0.1Pa
程度）にすることが可能である。そのようにすることに
よって、イオン源８の動作に支障を来すことなく、放電
室18内で放電状態を発生させることができる。参考まで
に、仮に従来のイオンプレーティングのように真空槽２
内のガス圧を１〜0.1Pa程度に上げ、真空槽２内に高周
波を導入して放電状態を発生させようとすると、イオン
源８内でプラズマがうまく発生しなかったり、イオン源
８の電極（図示省略）間で放電したりして、イオンビー
ム10の引き出しに支障を来す。

放電室18内を上記のようなガス圧に保った状態で、放電
電極20a、20b間に前述したような直流あるいは高周波を
印加すると、グロー放電が生じて、放電室18内にプラズ
マが発生する。尚、放電室18内には、図示しない磁場印
加手段によって、、例えば磁場34（あるいはその逆向き
の磁場）のような電場と直交する磁場を印加するように
しているのでマグネトロン放電により、放電室18内で生
成されるプラズマの密度を一層増大させることができ
る。

上記プラズマ中には、高励起状態の粒子（これはラジカ
ルと呼ばれる場合もある）やイオンが含まれており、こ
れらの粒子32の一部は開口22より流出して基材６の近傍
に供給される。そしてこれらの粒子32、特に高励起状態
の粒子は他の粒子と反応し易い状態にあるため、蒸発源
12より飛来した蒸発物質14と積極的に反応して基材６の
表面に膜を形成する。その際、放電質18からの粒子32の
量が反応に不足する場合は、それを捕うのに必要な量の
粒子をイオン源８からイオンビーム10として添加（補
足）する。しかもこのイオンビーム10は、イオン打込み
により、基材６に形成される膜の寸法強度を高める作用
もする。

上記イオンビーム10、蒸発物質14、ガス30の種類の例示
すれば、蒸発物質14は例えばチタン等の金属であり、ガ
ス30は例えば窒素等のガスであり、イオンビーム10はガ
ス30と同種の例えば窒素イオンである。この場合は、２
元素系化合物であるTiNの膜が基材６の表面に形成され
る。もっとも、イオンビーム10をガス30とは別種のもの
としても良く、その時は３元素系化合物が形成される。
また、基材６に形成される膜の付着強度を高めるだけな
ら、イオンビーム10を例えばアルゴン等の不活性ガスイ
オンとしても良い。

上記の場合、放電により発生した粒子32のエネルギーは
大きくないため、これによる基材６の温度上昇は無視す
ることができる。しかもイオン源８からのイオンビーム
10のビーム量は多くを要しないので、基材６の温度上昇
を抑制しつつ膜形成速度を大きくすることができる。し
かもこのことは、基材６の材質の選択の幅を大きく広げ
ることにつながる。即ち、基材６としては、半導体、金
属材料のみならず、熱に弱い有機材料等をも選択するこ
とができるようになる。

ところで、第４図に示したような従来の装置において
は、基材６の温度がイオンビーム10のビーム量に依存す
るため、基材６に形成される膜の膜質の制御性の点で劣
るという問題もあった。これは、膜質の制御には基材６
の温度制御が重要であるにも拘わらず、基材６の温度を
イオンビーム10のビーム量と別個独立に制御することが
できなかったからである。これに対してこの実施例の装
置においては、上記のように成膜時の基材６の温度はイ
オンビーム10に殆ど左右されないため、基材６の加熱手
段を別に設ければ、当該基材６の温度を独立に制御する
ことができるため、膜質の制御性も向上する。

そのため、この実施例においては、基材６の加熱手段と
して基材支持台４の後方（即ち基材６と反対側）にヒー
タ16を設けており、当該ヒータ16には電源17から電力が
供給される。もっとも、基材６の加熱手段はこれに限定
されるものではなく、例えばヒータ16の代わりに、基材
６をその前方から赤外線で加熱するような加熱手段を設
けても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、次のような効果を奏す
る。

基材に対して、蒸発源からの蒸発物質を蒸着させる
ことと、放電機構からの高励起状態の粒子を供給するこ
とと、イオン源からのイオンビームを照射することとを
併用して、基材の表面に膜を形成することができるが、
その場合、放電機構において電場と直交するように磁場
を印加するようにしていて、マグネトロン放電によっ
て、放電室内で生成されるプラズマの密度を一層増大さ
せることができるので、基材に多量の高励起状態の粒子
を供給することができ、従って膜形成速度を大きくする
ことができる。

放電機構において放電により発生した粒子のエネル
ギーは大きくないため、この粒子が入射することによる
基材の温度上昇は無視することができ、しかもイオン源
からのイオンビームは、放電機構からの粒子の量が反応
に不足する場合にそれを補う程度の量で良く、あるいは
イオンビームの持つ運動エネルギーで反応を促進させた
り混合層を形成したりする程度の量で良く、いずれにし
てもイオンビーム量は多くを要しないので、基材の温度
上昇を抑制しつつ膜形成速度を大きくすることができ
る。その結果、基材の材質の選択の幅を大きく広げるこ
とができる。

膜形成時に、イオンビーム照射を併用することによ
り、イオン打込み作用によって、基材とその表面に形成
される膜との界面付近に両者の構成物質から成る混合層
を形成することができ、これがあたかも楔のような作用
をするので、基材に形成される膜の付着強度を高めるこ
とができる。この場合も、イオンビームはそれを主体に
して膜を形成するのではなく多くを要しないので、基材
の温度上昇を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る膜形成装置を示す
概略図である。第２図は、第１図の基材と放電室との関
係を示す平面図である。第３図は、基材および放電室の
形状の他の例を示す平面図である。第４図は、従来の膜
形成装置の一例を示す概略図である。 ２……真空槽、６……基材、８……イオン源、10……イ
オンビーム、12……蒸発源、14……蒸発物質、16……ヒ
ータ、18……放電室、20a,20b……放電電極、22……開
口、30……ガス、32……粒子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを発生させるイオン源と蒸発
   粒子を蒸発させる蒸発源とを有していて、真空槽内に設
   けられた基材に対してイオンビームの照射と蒸発物質の
   蒸着とを行うことにより基材に膜を形成する膜形成装置
   において、基材の近傍に設けられていて高励起状態の粒
   子を発生させてそれを基材近傍に供給する放電機構を備
   えており、かつこの放電機構が、内部にガスが供給され
   る放電室であって基材の近傍に開口を有するものと、こ
   の放電室内に設けられた２枚の相対向する放電電極と、
   この２枚の放電電極間に電場と直交する磁場を印加する
   磁場印加手段とを備えることを特徴とする膜形成装置。