JPH0192362A - 分子流発生装置 - 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】 Ｃ産業上の利用分野〕 この発明は、固体の蒸発材料を用いて分子流を発生させ
るものであワて、例えばそれ単独で、あるいはイオン照
射との併用で薄膜作製等に用いられる分子流発生装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来の固体の蒸発材料を用いる分子流発生装置は、第７
図に示すような電子ビーム加熱によるものと、第８図に
示すようなイオンビームスパッタによるものとに大別で
きる。

第７図の装置は、電子ビーム蒸発源とも呼ばれるもので
あり、真空容器（図示省略。以下同じ）内において、水
冷式のるつぼ４内に収納した蒸発材料６に対してフィラ
メント８から引き出゛した電子ビーム１０を当てて加熱
し、それによって当該蒸発材料６の蒸気１２を発生させ
るようにしている。

第８図の装置は、真空容器内において、イオン源１８か
ら引き出した不活性ガスイオン等のイオンビーム２０を
蒸発材料としてのターゲット１６に当て、それによって
当該ターゲット１６からスパッタ粒子２２を発生させる
ようにしている。

前者の蒸気１２あるいは後者のスパッタ粒子２２はいず
れも分子流とも呼べるものであり、例えばこれらを真空
容器内で基板（図示省略。以下同Ｂ）に入射させること
によって、当該基板の表面に薄膜を作製することができ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、第７図の装置においては次のような問題があ
る。

■　フィラメント８から高電圧によって電子ビーム１０
を引き出し、かつそれを偏向装置によって蒸発材料６の
方へ偏向させる必要がある等の理由から、装置が複雑で
高価になる。

■　使用につれて蒸発材料６が減るとその温度がすぐに
変わると共に、これをフィードバック制御しているもの
の温度制御であるため応答性が良くない等の理由から、
蒸発速度の制御が容易でない。

■　蒸発材料６からの輻射熱によって成膜しようとする
基板の温度が上昇すると共に、真空容器の温度上昇によ
って脱ガスが起こるため、良質の膜が得られない場合が
ある。

■　フィラメント８から電子ビーム１０を引き出すため
に大電力（例えばＫＷオーダー）を必要とする。

一方、第８図のような装置においては次のような問題が
ある。

■　イオン源１８が複雑である等の理由から、装置が複
雑で高価になる。

■　スパッタ率の点でイオンビーム２０のターゲット１
６への入射角がほぼ決り、スパッタ粒子２２の利用率の
点でターゲット１６と基板との相対位置がほぼ決まるた
め、装置の構造や配置が大幅に制限される。

■　ターゲット１６から入射イオンの一部が散乱イオン
となって飛び出すため、これによって基板上の膜が損傷
を受ける。

■　イオン源１８を用いるため大電力（−船釣に電子ビ
ーム加熱よりも大電力）を必要とする。

そこでこの発明は、上記のような問題点を解決した分子
流発生装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の分子流発生装置は、筒状の容器であってその
一部に開口部を有するものと、前記容器内であって前記
開口部に対向する位置に設けられた蒸発材料と、前記容
器の一部に設けられた電極と、前記蒸発材料と電極間に
高周波電力を供給する手段と、前記容器内にガスを導入
する手段とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

前記容器内を真空排気すると共にそこにガスを導入して
所定範囲の真空度に維持しておき、蒸発材料と電極間に
高周波電力を供給すると、容器内に高周波放電によるプ
ラズマが発生する。そしてこのプラズマ中のイオンが蒸
発材料の表面をスパッタしてスパッタ粒子を発生させ、
このスパッタ粒子が分子流として容器の開口部から外部
へ放出される。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係る分子流発生装置を
示す縦断面図である。

この実施例においては、例えば石英ガラス、パイレック
スガラス、セラミックス等の耐熱性の絶縁物から成る円
筒状の容器２６の一端部に、開口部として１以上の小孔
２６ａを設けており、かつこの容器２６内であって小孔
２６ａに対向する位置に、固形のこの例では円柱状をし
た蒸発材料２８を設けている。

この蒸発材料２８は、真空シール部３０を通して容器２
６の他端部を内外に貫通しており、かつその後方部内の
空洞２８ａに冷却水Ｗを通して直接冷却できるようにし
ている。この蒸発材料２日としては、例えばＷ、Ｍｏ　
、ＡＱ、Ｆｅ等の金属、あるいは絶縁物等の所望のもの
が採り得る。

容器２６の外周部には、帯状の電極３２を配置している
。

そして、蒸発材料２８と電極３２間に高周波電力を供給
する手段として、両者間にこの例ではコンデンサ３８を
介して、かつ電極３２が大地側になるように高周波電源
４０を接続しており、これから例えばＩＭＨｚ以上の周
波数の高周波電力を供給するようにしている。

また、容器２６内に放電維持用のガスＧを導入する手段
として、容器２６の側壁部にガス導入管３４を接続し、
その途中にガス流量調節器３６を設けている。このガス
Ｇとしては、スパッタ用のＨｅ　、Ｎｅ　、Ａｒ　、Ｘ
ｓ等の不活性ガス、あるいは化合物を作るような場合は
必要に応じて、不活性ガスと酸素、窒素、水素化炭素等
のガスとの混合ガスが採り得る。

この装置を使用するに当たっては、容器２６の部分全体
を真空容器（第６図の真空容器５６参照）内に設置して
も良いし、あるいは第６図に示すように、０リング等か
ら成る真空シール部５８を用いて、容器２６の小孔２６
ａの部分のみを真空容器５６の内側（真空側）に入れる
ようにしても良い。

この装置の動作を説明すると、例えば真空容器を真空排
気することによって容器２６内を真空排気すると共に、
当該容器２６内に前述したようなガスＧを導入してそこ
を例えば１０−′〜１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度に維
持した状態で、高周波電源４０から蒸発材料２８と電極
３ｉとの間に高周波電力を供給すると、容゛器２６内に
高周波放電が発生し、それによってプラズマ４２が発生
する。

そしてこのプラズマ４２中のイオンが蒸発材料２８の表
面をスパッタしてスパッタ粒子を発生させ、このスパッ
タ粒子が分子流４４として容器２６の小孔２６ａから外
部に放出される。

従ってこの分子流４４を、例えば同じ真空容器内に設け
た基板にそれ単独で入射させたり、あるいはそれとイオ
ン照射とを併用したりすることにより、当該基板の表面
に薄膜を作製することができる。

その場合、コンデンサ３８を用いると共に電極３２を大
地電位にするのは、蒸発材料２８の表面をプラズマ４２
中の電子によって負電位に自己バイアスさせ、それによ
ってプラズマ４２中のイオンを加速して蒸発材料２日を
スパッタし易くする上で好ましいからであり、これは蒸
発材料２８が絶縁物の場合に特に有効である。

また、蒸発材料２８が導体の場合は、スパッタ粒子の容
器２６の内壁への付着によって放電が不安定になったり
、不要な個所で放電が発生したりするのを防止するため
に、蒸発材料２８と容器２６の内壁間の距離ｄは、例え
ば１ｍｍ〜ｌＱｍｍ程度の間に取るのが好ましい。

また容器２６の側壁は、必要に応じて冷却しても良い。

また、小孔２６ａの代わりに、例えば第２図に示すよう
に一つの開口部２６ｂを設けても良く、更に必要に応じ
てそこにノズル４６を取り付けても良い。

また、蒸発材料２８は、例えば第２図に示すように、容
器２６の他端部を貫通する水冷ホルダ４８の先端部に必
要な大きさだけ取り付けても良い。

また、真空容器内の真空度悪化を防止するために、例え
ば第２図に示すように、容器２６の開口部に近い所に真
空排気口４５を設けてそこから容器２６内を排気するよ
うにしても良い。

また、容器２６の外側からプラズマ４２の発生領域に、
例えば第４図に示すような円筒コイル５０によって容器
２６の軸方向に、あるいは第５図に示すような励磁コイ
ル５２と磁極５４の組合せによって容器２６を横切る方
向に、磁界を印加しても良（、そのようにすればプラズ
マ４２の密度が増大するため、分子流４４の発生効率が
向上する０両図中のφは磁束の例である。

また、前述したような電極３２を設ける代わりに、例え
ば第３図に示すように、容器２６を蒸発材料２８の回り
の絶縁物でできた部分２６１と残りの金属でできた部分
２６２とで構成し、この金属でできた部分２６２を電極
に兼用してそれと蒸発材料２８間に高周波電力を供給す
るように□しても良い。

上記のような装置の特徴を列挙すれば次の通りである。

■　第７図の装置におけるような電子ビーム１０の引出
しや偏向等に必要な複雑な構造、あるいは第８図の装置
におけるような構造の複雑なイオン源１８等を用いる必
要がないため、構造が簡単であり安価になる。

■　容器２６内のガス圧や高周波電力でプラズマ４２の
密度等を制御することによって、蒸発材料２８の蒸発速
度、即ち分子流４４の発生速度を容易に制御することが
できる。

■　高周波電源４０のパワーは例えば数百Ｗ程度、高々
ＩＫＷ程度で良く、また磁界発生用のコイル５０または
５４を用いる場合でもその電力は僅かで済むので、使用
電力を著しく小さくできる。

■　構造的に一つにまとまっているため、第８図の装置
と違って装置の構造や配置に対する制限が少ない。

■　プラズマ４２からの輻射熱が小さいため、基板や真
空容器の温度上昇が殆ど無く、そのため真空容器からの
脱ガスも少なくなる。従って良質の膜作製を行うことが
できる。

■　基板の表面がプラズマ４２にさらされることはなく
、しかも第８図の装置と違って散乱イオンが飛び出すこ
ともないので、基板上の膜に与える損傷を低減できる。

従ってこの点からも良質の膜作製を行うことができる。

■　分子流４４以外の余分なものが殆ど放出されないの
で、膜作製を行っている基板の回りの雰囲気を良質な状
態に保つことができ、この点からも良質の膜作製を行う
ことができる。

尚、容器２６、蒸発材料２８あるいは電極３２の形状等
は、前述したようなものに限定されるものではなく、必
要に応じて種々のものが採り得る。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明の分子流発生装置によれば、構造
が簡単で安価になると共に、蒸発速度の制御も容易にな
り、かつ使用電力も小さくなる。

また装置の構造や配置に対する制限も少ない。

しかも、基板や真空容器の温度上昇を生じさせることが
殆どなく、また不所望な粒子による基板上の膜への損傷
を低減でき、かつ膜作製中の基板の回りの雰囲気を良質
な状態に保つことができるので、良質の膜作製を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、それぞれ、実施例に係る分子流
発生装置を示す縦断面図である。第４図は、他の実施例
に係る分子流発生装置を部分的に示す縦断面図である。 第５図は、更に他の実施例に係る分子流発生装置を示す
ものであり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその縦断面
図である。第６図は、実施例に係る分子流発生装置の真
空容器への取付は方の例を示す縦断面図である。第７図
は、従来の電子ビーム加熱による分子流発生装置を示す
概略図である。第８図は、従来のイオンビームスパッタ
による分子流発生装置を示す概略図である。 ２６・・・容器、２６ａ・・・小孔、２６ｂ・−・開口
部、２８・・・蒸発材料、３２・・・電極、３４・・・
ガス導入管、４０・・・高周波電源、４２・・・プラズ
マ、４４・・・分子流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状の容器であってその一部に開口部を有するも
   のと、前記容器内であって前記開口部に対向する位置に
   設けられた蒸発材料と、前記容器の一部に設けられた電
   極と、前記蒸発材料と電極間に高周波電力を供給する手
   段と、前記容器内にガスを導入する手段とを備えること
   を特徴とする分子流発生装置。