JPH0192363A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、蒸発材料を用いて分子流を発生させるもの
であって、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〕

従来の分子流発生装置には、第５図に示すような電子ビ
ーム加熱によるものや第６図に示すようなイオンビーム
スパッタによるもの等がある。

第５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ｌＯ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６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、例えばこ耗らを真空
容器内で基板（図示省略。以下同じ）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５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。

■　蒸発材料６が絶縁物の場合、電子ビームｌＯの照射
に伴ってその表面が負に帯電し、それによって電子ビー
ム１０の軌道がずれる等するため、絶縁材料の蒸発が困
難である。

一方、第６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、有底筒状で少なくとも中
間部が二重構造をした容器であってその一端部に開口部
を有しその底部内に蒸発材料が収納されるものと、前記
容器の底部内に設けられた第１の電極と、前記容器の一
部に設けられた第２の電極と、前記第１および第２の電
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〕

前記容器の底部内に蒸発材料を収納し、そして当該容器
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、第１および第２の電極間に高
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。

二の実施例においては、容器２６は、外筒２６１の端部
内に有底の内筒２６２を挿入したような構造をしており
、それによってその中間部を二重構造にしている。この
容器２６は、この例では例えば石英ガラス、パイレック
スガラス、セラミツクス等の耐熱性の絶縁物から成る。

そして容器２６の（より正確にはその外筒２６１の）一
端部に開口部２６ａを設けており、かつその（より正確
にはその内筒２６２の）底部を内外貫通するように、こ
の例では先の尖った棒状の第１の電極３０を設けている
。この電極３０の貫通部分は、もちろん真空シールされ
ている。そしてこの容器２６の底部内に電極３０を覆う
ように、蒸発材料２８を収納している。

この蒸発材料２８の種類としては、例えばＷ、Ｍｏ　、
Ａ！、Ｆｅ等の金属、あるいは絶縁物等の所望のものが
採り得る。またその形状や形態も、容器２６内に入りさ
えすれば特定のものに限定されるものではなく、例えば
塊状、粒状、粉状等でも良い。

電極３０の形状も、上記以外のもの、例えば第２図に示
すような椀状、第３図に示すような平板状、第４図に示
すような傘状等でも良い。第２図〜第４図のような場合
、蒸発材料２８と接触する部分はメツシュにしても良く
、そのようにすれば接触面積をより大きく取ることがで
きる。またいずれの場合も、当該電極３０の材料として
は、例えばＡＱ　、　Ｍｏ　、ステンレス等を用いれば
良く、特に温度が上昇する場合は水冷にしても良い。

第１図に戻って、容器２６の外筒２６１の外周部には、
帯状の第２の電極３２を配置している。

そして、電極３０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、この例では二重構造になった部分にガス導入管
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　、Ｘｅ等の不活性ガスが、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
を真空容器内に設置しても良いし、あるいは２点鎖線で
示すように、容器２６の開口部２６ａの部分のみを真空
容器４６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１０−４〜１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度に維
持した状態で、高周波電源４０から電極３０と電極３２
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２日をス
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の開口部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、容器２６が仮に単なる（即ち一重の）筒状で
あれば、スパッタ粒子が容器２６の内壁全面に付着して
蒸発材料２８の辺りから電極３２の内側辺りまでを覆う
ため、蒸発材料２８が導体の場合は、それによって放電
が不安定になったり停止したりするが、この例では容器
２６の中間部を二重構造にしていて、二重になってプラ
ズマ４２から陰になる部分の壁面にはスパッタ粒子が付
着しないため、放電が不安定になったり停止したりする
ことはない。

また、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２８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。

尚、容器２６の側壁は、必要に応じて冷却しても良い。

また、開口部２６ａの部分には必要に応じてノズルを取
り付けても良く、あるいは開口部２６ａの代わりに、例
えば第２図に示すように１以上の小孔２６ｂを設けも良
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（小孔２６ｂ
）に近い所に真空排気口４８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２図に示すような一対の磁極５０によって容器
２６を横切る方向に、あるいは磁極５０の代わりに円筒
コイルを用いることによって容器２６の軸方向に、磁界
を印加しても良く、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。

第２図中のφは磁束の例である。

また、前述したような第２の電極３２を設ける代わりに
、例えば第３図に示すように、容器２６の外筒２６１を
金属でできた部分２６１ａと絶縁物でできた部分２６１
ｂとで構成し、この金属でできた部分２６１ａを第２の
電極に兼用してそれと第１の電極３０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５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６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？Ｊ■するこ
とができる。

■　高周波電源４０のパワーは通常は例えば数百Ｗ程度
、高々ＩＫＷ程度で良いので、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６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。

■　蒸発材料２８は容器２６の底部に入りさえすれば良
いので、その形状が特定のものに限定されない。従って
例えば、ホウ素のように固形材料が得られないものでも
利用可能である。

■　蒸発材料２８が絶縁物であっても、前述したように
その表面に自己バイアスがかかるため、絶縁材料の蒸発
が可能である。

■　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６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。

〔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が少なく、しかも蒸
発材料の形状が特定のものに限定されず、かつ絶縁材料
の蒸発も可能である。

また、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との膜への損傷を
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、第１の電極
の他の例を示す縦断面図である。 第５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６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・・・開口部、２６ｂ・・・小
孔、２８・・・蒸発材料、３０・・・第１の電極、３２
・・・第２の電極、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）有底筒状で少なくとも中間部が二重構造をした容
   器であってその一端部に開口部を有しその底部内に蒸発
   材料が収納されるものと、前記容器の底部内に設けられ
   た第１の電極と、前記容器の一部に設けられた第２の電
   極と、前記第１および第２の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。