JPH0364458A - 薄膜形成装置 - 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、薄膜形成用基板−ヒに均質の蒸着膜を形成
する薄膜形成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特公昭５４．−９５９２号公報に示され
た従来の薄膜形成装置を示す断面図、第４図はその主要
部を一部断面で示す斜視図であり、図において、１は所
定の真空度に保持された真空槽、２は真空槽１内の排気
を行うための排気通路で、これは図示しない真空排気装
置に接続されている。３は排気通路２を開閉する真空用
バルブである。４は直径１　ｎｕｎ〜２１ｍＩのノズル
２６が設けられた密閉型のるつぼで、これには蒸着原料
５、例えばアルミニウムＡ↓が収容される。６は上記る
つぼ４の加熱を行うための加熱用フィシメン１−１フは
加熱用フィラメント６からの輻射熱を遮断する熱シール
ド板であり、上記るつぼ４、加熱用フィラメント６およ
び熱シールド板７により、蒸着原料５を上記真空槽↓内
に噴出してクラスタを生成せしめる蒸発源８が構成され
ている。なお、工３ａは加熱用フィシメン１−６から放
出される熱電子、１９は熱シールド板７を支持する絶縁
支持部材、２０は上記るつぼ４を支持する支持台、２５
は」二記支持台２０を真空槽に固定する絶縁支持部材で
ある。また、９はイオン化用の熱電子１３ｂを放出する
イオン化フィラメン１−１１０はイオン化フィラメント
９から放出された熱電子１３ｂを加速する電子引き出し
電極、１１はイオン化フィラメント９からの輻射熱を遮
断する熱シール１へ板であり、上記イオン化フィラメン
ト９、電子引き出し電極１０および熱シールド板１１に
より上記蒸発源８からのクラスタをイオン化するための
イオン化手段１２が構成されている。なお、２３は熱シ
ールド板１１を支持する絶縁支持部材である。

１４は上記イオン化されたクラスタ・イオン上６を加速
して、これをイオン化されていない中性クラスタ上５と
ともに薄膜形成用基板１８に衝突させて薄膜を蒸着させ
る加速手段としての加速電極である。これは、電子引き
出し電極１０との間に電位を印加できる構造となってい
る。なお、２４は加速電極１４を支持する絶縁支持部材
、２２は基板上８を支持する基板ホルダ、２１は基板ホ
ルダ２２を支持する絶縁支持部材、エフはクラスタ・イ
オン１６と中性クラスタ１５とからなるクラスタ・ビー
ムである。

次に動作について説明する。

薄膜形成用基板１８にアルミニウム薄膜を蒸着形成する
場合について説明すると、まず、アルミニウムである蒸
着原料５をるつぼ４内に充填し、真空排気装置により真
空槽１内を１Ｏ−６Ｔｏｒｒ程度の真空度にする。次い
で、加熱用フィラメント６に通電して発熱せしめ、加熱
用フィラメント６からの輻射熱により、または加熱用フ
ィラメント６から放出される熱電子１３ａをるつぼ４に
衝突させ、すなわち電子衝撃によってるつぼ４内の蒸着
原料５を加熱し、蒸発させる。そしてアルミニウムの蒸
気圧がＯ０↓〜数１０ＴｏｒｒＦｉｔ度になる温度にる
つぼ４を昇温させると、ノズル２６からアルミニウム蒸
気が噴出する。このとき、るつぼ４内と真空槽上との圧
力差により、断熱膨張が発生し、クラスタと呼ばれる多
数の原子が緩く結合した、塊状原子集団からなるクラス
タ・ビ−ム１７が形成される。

このクラスタ・ビー１１１７は、イオン化フィラメント
９から電子引き出し電極１０によって引き出された熱電
子］−３ｂと衝突するため、その一部のクラスタはその
うちの１個の原子がイオン化されてクラスタ・イオン１
６となる。このクラスタ・イオン上６は加速電極１４と
電子引き出し電極１０との間に形成された電界により適
度に加速され、イオン化されていない中性クラスタ１５
がるつぼ４から噴射されるときの運動エネルギーでもっ
て、薄膜形成用基板１８に衝突し、これによりこのＭ膜
形成用基板１８上にアルミニラ１１薄膜が蒸着形成され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の薄膜形成装置は以上のように構成されているので
、るつぼ４を衝撃加熱する電子がるつぼ４のノズル２６
付近を照射するため、るつぼ４の直上でイオンが形成さ
れてしまい、これらのビームの中心軸付近で形成される
イオンがほとんど直進して薄膜形成用基板１８の中央に
集中して到達し、薄膜形成用基板１８における中央部の
イオン電流密度分布が極端に大きくなり、薄膜形成用基
板１８の全面に均質な薄膜が形成できないなどの課題が
あった。また、特に、バリウムＢａ等の仕事関数が小さ
い蒸発物質を用いる場合、電子衝撃加熱を行わず熱電子
が存在しない状態でも、高温に加熱されたるつぼ４の内
面、あるいはノズル２６の壁面に接触した蒸気が表面電
離現象によってイオンが形成されてしまい、これらのイ
オンが薄膜形成用基板１８中央に集中するなどの課題が
あった・ また、特開昭６０−１００４２１号公報には、第５図の
薄膜形成装置のように、加速電極上４と薄膜形成用基板
１８との間に偏向電極２７ａ、２７ｂを設けたものが提
案されているが、この構成においてビーム中心軸付近の
イオンを十分に偏向してイオン分布の均一化を図るため
には、大型の偏向電極２７ａ、２７ｂと、偏向電極２７
ａ、２７ｂに対してクラスタ・イオンの加速電荷と同程
度の高電圧を印加することが必要で、このため装置の寸
法が大きくなり、また、大掛かりて高価な偏向制御電源
を使用しなければならないなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、クラスタ・イオンビームのイオンが局所的に集
中するのを防止でき、均一なイオン電流密度分布にて均
質な勲膜を薄膜形成用基板」二に形成できる薄膜形成装
置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るクラスタ・イオンビーム法による薄膜形
成装置は、クラスタ・ビームを形成する蒸発源とクラス
タ・ビームのイオン化を行うイオン化手段との間に、偏
向電界を形成する偏向電極を設けたものである。

〔作用〕

この発明における偏向電極は、るつぼの直上て形成され
たイオンを偏向して、薄膜形成用基板の中央へのイオン
集中を防止する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において２７ａ、２７ｂは蒸発源８の直上で、ノズル
２６からのクラスタ・ビームを挾むようにして設けた偏
向電極である。蒸発源８におけるるつぼ加熱用の衝撃電
圧が１ｋＶである場合、偏向電極２７ａ、２７ｂには、
数百Ｖ以上の直流の偏向電圧を与える。この実施例にお
いては、偏向専用の電源を用いずに、一方を加熱用フィ
ラメント６の電位、他方をるつぼ４の電位として１ｋＶ
の偏向電圧をあたえている。これらの偏向電極２７ａ、
２７ｂは小型のもので十分であり、寸法としては対 向する電極間の距離を１０〜５０ｒＩｒＩｌとして、電
極の寸法を幅１０〜５０ｎｕｎ、高さ１〜３０ｎｍから
適当に選択する。

また、４１は加熱用フィラメント６をフィラメント取付
台３０　ａ　、　絶縁支持部材３１ａを介して取り付け
る取付版で、これには熱シールド板７が連設されている
。４２は偏向電極２７ａ、２７ｂを取り付けた電極取付
版、４３はシールド板、４４はイオン化フィラメント９
をフィシメン１〜取付台３０ｂ、絶縁支持部材３１ｂを
介して取り付ける取（ｊ板で、これらの各板体は絶縁部
材２３ｂ。

２３　ａ　、　２４　ｃ　、　２４　ｂ　、　２４　ａ
の各々の間に周辺部（端部）が順次介装され、これらを
貫通するポル１〜軸４５により、複数の支柱３２に取り
付けられている。また、これらの支柱３２は台板２８上
に、絶縁ボス２５ｂを介してポルＩ〜ねじ４６によりそ
れぞれ固定され、この台板２８に設置したるつは取付台
２９に、ポル１へねじ４７により絶縁ボス２５ａを介し
てるつぼ４の支持台２０を取り付けている。

次に動作について説明する。

るつぼ４の直上で形成されたイオンの初期エネルキーは
数十から数百Ｖ以下であるため、これらのイオンは偏向
電極２７ａ、２７ｂ間に形成された電侍差ＬｋＶの偏向
電界によって大きく銅山され、イオン化手段の通過を防
止される。したがって、モ：）つぼ４の直上で形成され
たイオンの薄膜形成相１．（板１８の中央への集中を防
止することがで一８＝ きる。第１図ではノズル２６の開口径の小さなイオン化
手段１２を用いた場合を示したが、開口径の大きなイオ
ン化手段１２を用いる場合は、偏向されたイオンがイオ
ン化手段工２を通過する可能性があるものの、イオンが
薄膜形成用基板１８の中央に集中することはない。具体
的には、例えば、偏向電極２７ａ、２７ｂの長さ］を１
０ｍｍ、電極間距離ｄを２５ｎＷＩ＋、イオンの初期エ
ネルギーＶを５００Ｖ、偏向電圧Ｖｄを１ｋＶとして、
偏向電極２７ａ、２７ｂ間にのみ均一な偏向電界が形成
されているものとすると、偏向角度Ｏは次式のように計
算される。

ｔａｎ＆＝Ｖｄ・１／　　２ｖ−ｄ＝０．４、°、　　
　θ＝２１．８　　（度） クラスタ・イオンビームの利用角度は１５度程度である
ので、偏向されたイオンは薄膜形成用基板１８に到達し
ないことになる。

第２図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置におい
て、偏向電極２７ａ、２７ｂの寸法を長さ１０ｍ、幅２
５＋ｎｍ、電極間距離を２５ｍｍとして、薄膜形成用基
板１８でのイオン電流密度分布を測定した結果を、従来
の薄膜形成装置によるイオン電流密度分布と比較して示
したものである。なお、第２図は偏向電極２７ａ、２７
ｂの効果のみを見極めるため、イオン化手段↓２を動作
させずに測定した結果である。これによれば、偏向電極
２７ａ、２７ｂを用いない従来の薄膜形成装置の場合は
、第２図の一点鎖線の分布で示したように、薄膜形成用
基板１８の中央にイオンが集中しており、その分布の半
値幅が５１′ｌＷｎであったが、偏向電極２７ａ、２７
ｂを用いることで、実線で示したように半値幅が３０＋
＋ｍ＋と、はぼ均一なイオン分イ［」にできた。

なお、上記実施例では、従来の電源を流用して偏向電極
２７ａ、２７ｂの一方を加熱用フィラメント電位、他方
をるつぼ電位とし、特に専用の電源を用いない場合を示
したが、偏向専用の直流電源を備えることで偏向電圧を
可変とし、より一層のイオン分布の均一化を図っても良
い。さらに、偏向電源として直流電源ではなく、低周波
あるいは高周波電源を用いてクラスタ・ビームが薄膜形
成用基板１８を走査するようにして、この薄膜形成用基
板上でのイオン電流密度分布の均一化と同時に、るつぼ
４の直上で形成されたイオンの有効利用を図ることも可
能である。このとき、２対以上の偏向電極を用いても同
等の効果を発揮する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればクラスタ・ビームを形
成する蒸発源と、クラスタ・イオンを形成するイオン化
手段との間に偏向電極を設け、るつぼの直上で形成され
たイオンを偏向して薄膜形成用基板の中央に集中しない
ように構成したので、上記薄膜形成用基板上でのイオン
電流密度分布を均一化でき、その薄膜形成用基板上に均
質な薄膜が形成できるものが得られる効果がある。また
、偏向電極用の電源としては、蒸発源の衝撃電源から給
電することが可能で従来の電源を流用することができ、
偏向専用の電源を用いる場合でも、偏向電位として高々
］、ｋＶで良いので、従来の偏向電極を備えた薄膜形成
装置よりも、電源のコメ１へ１ を抑えられるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を一部
破断して示す正面図、第２図はこの発明の一実施例によ
る薄膜形成装置と従来の薄膜形成装置における薄膜形成
用基板上でのイオン電流密度分布を示す特性図、第３図
は従来の薄膜形成装置を示す断面図、第４図は従来の薄
膜形成装置の主要部を一部破断して示す斜視図、第５図
は薄膜形成装置の他の従来例を示す断面図である。 ｌは真空槽、４はるつぼ、５は蒸着原料、８は蒸発源、
］−２はイオン化手段、１４は加速電極、土８は薄膜形
成用基板、２７ａ、２７ｂは偏向電極である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 ］２ 」 特開平３ ６４４５８　（６） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の真空度に保持された真空槽と、この真空槽内に設
   けられたるつぼ内から、薄膜形成用基板に蒸着すべき蒸
   着原料の蒸気を上記真空槽内に噴出して、蒸気中の多数
   の原子が緩く結合したクラスタを発生する蒸発源と、上
   記クラスタのイオン化を行うイオン化手段と、このイオ
   ン化手段によってイオン化されたクラスタ・イオンを加
   速し、イオン化されていない中性のクラスタとともに上
   記薄膜形成用基板に射突させて薄膜を蒸着させる加速電
   極とからなる薄膜形成装置において、上記蒸発源と上記
   イオン化手段との間に、上記るつぼの直上で形成された
   イオンを偏向する偏向電極を設けたことを特徴とする薄
   膜形成装置。