JPH0456761A - 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、薄膜形成装置に関し、特に、イオンビーム
および電子ビームを用いて薄膜を形成する物理的蒸着法
（ＰＶＤ法〉により薄膜を蒸着形成する薄膜形成装置に
関するものである。

［従来の技術］ 従来から、半導体、光学薄膜、磁性膜、絶縁膜などの高
品質な薄膜がスパッタリング法もしくは低エネルギーイ
オンビームアシスト蒸着法により形成されている。

第３図は、例えばジャーナル、バキューム、サイエンス
アンドテクノロジー（Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎ
。

１、）Ｂ２（３）、（１９８４年７月〜９月）に示され
た従来の薄膜形成装置を模式的に示したものであり、図
において、密閉形のルツボ（３）は、図示しない所定の
真空度に保持された真空槽内に置かれたイオン源装置の
蒸気発生源（７）の下方に設けられている。

このルツボ（３）の上部にはオリフィス（４）が形成さ
れており、ルツボ（３）内には蒸着物質（５）が収容さ
れている。ヒータ（６）はルツボ（３）を加熱する。こ
れらルツボ（３）、オリフィス（４）およびヒタ（６）
により蒸気発生源（７）が構成されている。

電子ビームを放出するカソード（フィラメント）（１０
）、このカソード（１０）から電子を引き出すアノード
（１１）によりイオン化手段（１２）が構成されている
。

加速電極（１６）およびアース電極（１７）は、イオン
化手段（１２）によってイオン化された蒸着物質を電界
で加速し、運動エネルギーを付与する加速手段（１９）
を構成している。

以上の構成により、真空槽を１０−　’Ｔｏｒｒ程度以
下の真空度になるまで真空排気系によって排気した後、
ヒータ（６）によってルツボ（３）を加熱すると、ルツ
ボ（３）内の蒸着物質（５）は蒸発し、オリフィス（４
）よりイオン化手段（１２）に輸送される。この蒸着物
質（５）の蒸気は、カソード（１０）がら放出される電
子ビームと衝突してイオン化される。このイオン化され
た蒸着物質（５）の蒸気は、加速手段（１９）の加速電
極（１６）およびアース電極（１７）で印加される電界
により加速され、基板表面に衝突して薄膜が形成される
。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来の薄膜形成装置では、シリコン（Ｓｉ
）もしくはアルミニウム（＾１）等のルツボ材料との濡
れ性のよい蒸着物質を使うと、熔融した蒸着物質がオリ
フィス側にはい上がったり、ルツボ側面に沿ってしみ出
したりする現象が起こり、イオン源を安定的に稼働でき
ないという問題点があった。またこれらの熔融金属は、
イオン源を構成する材料と激しい反応性を示すため、熔
融金属と濡れた部分が腐食され、寿命が極端に短くなる
という問題点があった。

また、従来の低エネルギー（２０ｅＶ〜５００ｅＶ）の
イオンを用いる蒸着法では、生成されるイオンビムの蒸
気中に占める割合（イオン化効率）がせいぜい５％以下
で、利用できるイオンの割合が小さく、基板上に成膜さ
れるデバイスの性能向上に限界があるという問題点があ
った。

さらに、加速電圧によって薄膜の性質をコントロールし
ようとしても、特に加速電圧を小さくすると基板に到達
するイオン量が非常に小さくなり、低エネルギーイオン
の特性を生がした高品質な薄膜が形成できないという問
題点があった。

また、加速電圧が０に近付くと、カソード（フィラメン
ト）より飛び出す電子が基板に入射するようになり、こ
れが基板に損傷を与えるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、濡れ性のよい蒸着物質を使用しても安定的に
稼働できるばかりでなく、イオン化効率７０％以上の高
いイオン生成を実現し、加速電圧を変えても一定のイオ
ンを基板に照射することを可能にし、低エネルギーイオ
ンがもつ特性を十分引き出せるようにしただけでなく、
フィラメントから飛び出す電子が基板に衝突して基板に
損傷を与えることがない高品質でしかも均質な薄膜を成
膜できる薄膜形成装置を得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る薄膜形成装置は、イオン化手段内部に蒸
気発生源を設け、カソードの下部にルツボが設けられて
いる。

［作　用］ この発明においては、カソードであるフィラメントの熱
によりルツボ上部が加熱されるようにしたので、濡れ性
のよい熔融金属のはい上がりが抑えられ、また、イオン
化部に設けた加熱されるルツボからの熱によりアノード
の温度が蒸着物質の融点より高く保たれるので、蒸着物
質がアノードに付着することがない。

また、カソードからの電子を直接ルツボから噴出する蒸
気に照射すると共に、イオン化手段にグロー放電のプラ
ズマ密度を増加させる磁界印加手段を設ければ、非常に
高効率でイオン化を行うことができる。

さらに、加速電極とアース電極間に負にバイアスされた
引出電極を設ければ、基板に損傷を与える熱電子の基板
への衝突を抑制すると共に、加速電圧を変化させても基
板に入射するイオンをある必要レベル以上に保つことが
できる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図について説明する１
図において、ルツボ（３）はイオン化手段（１２）内部
のスパイラル形状のカソード（１０）下部に設けられ、
ヒータ（６）が付設されている。蒸気発生源（７）はル
ツボ（３）とヒータ（６）およびカソード（１０）、円
筒状のアノード（１１）によって構成されるイオン化手
段（１２）の内部に設けられている。また、イオン化手
段（１２）の外部には磁界印加手段（１３）が設けられ
ている。加速電極（１６）と、これに対して負にバイア
スされた引出電極（１８）およびアース電極（１７）に
よって加速手段（１９）が構成されている。

次に作用について説明する。上述した従来装置と同様に
、加熱された蒸気発生源（７）のルツボ（３）内で蒸着
物質（５）の蒸気が形成される。このときカソード（１
０）であるフィラメントからの熱によりルツボ（３）上
部を加熱し、ルツボ（３）下部より高温に保たれるよう
にしたので、濡れ性のよい熔融金属のはい上がりが抑え
られ安定的にイオン源を稼働させることができる。また
、イオン化手段（１２）に設けた蒸気発生源（７）を構
成する加熱されたルツボ（３）からの熱により、アノー
ド（１１）の温度が蒸着物質（５）の融点より高く保た
れるので、蒸着物質（５）が凝縮してアノード（１１）
に付着することがなく、したがって蒸着物質（５）とイ
オン源材料の反応によって腐食され、寿命が短くなると
いう問題がない。さらに、カソード（１０）からの電子
を直接ルツボ（３）から噴出する蒸気に照射してイオン
化すると共に、イオン化手段（１２）にグロ放電のプラ
ズマ密度を増加させる磁界印加手段（１３）を設けて、
電子がアノード（１１）とカソード（１０）の間で回転
できるように数百ガウスの磁束密度を印加することによ
り、７０％以上の非常に高いイオン化効率を達成するこ
とができる。

このイオンは、加速手段（１９）によって加速され、基
板表面に蒸着されて薄膜が形成されるわけであるが、こ
の際引出電極（１８）は、加速電極（１６）に対して負
にバイアスされているので、引き出されたイオンはこの
間で加速された後、アース電極（１７）で減速される。

結局、イオンは、加速電極（１６）とアース電極（１７
）間の電位差（加速電圧）に等しい運動エネルギーで基
板に入射することになる。したがって加速電極（１６〉
と引出電極（１８）間の電圧を一定にすれば、加速電圧
を変化させても、引き出されるイオンの量はある必要レ
ベル以上が確保できるので、小さい加速電圧の場合でも
低エネルギイオンの特性を生かした薄膜の形成が可能と
なる。また、引出電極（１８）は、接地されている基板
に対して、常に負にバイアスされているので、カソード
（１０〉から飛び出る電子が基板に入射するのを抑制す
る効果もある。

なお、上記実施例ではヒータ（６）によってルツボ（３
）を加熱する場合を示したが、他の実施例として第２図
に示すように、ルツボ（３）の加熱はカソード（フィラ
メント）　（１０）から放出される電子ビームによって
蒸着物質（５）を熔融して蒸気化しても、同じような効
果が得られるばかりではなく装置も簡単になる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、イオン化手段の内部
に蒸気発生源を設け、カソードの下部にルツボを設けた
ので、濡れ性がよくまた腐食性の激しい蒸着物質を使用
しても高いイオン化効率で安定的に稼働できるばかりで
なく、小さい加速電圧でも、必要なレベルのイオンを照
射して薄膜を形成することができるので、現在電子デバ
イス開発で注目されているイオンの低エネルギー加速を
実現する加速電圧の小さいころでも高品質の薄膜が形成
できるばかりではなく、電子が基板に入射することが抑
制されるので基板に損傷を与えることもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の立断面図、第２図は他の
実施例の立断面図、第３図は従来の薄膜形成装置の立断
面図である。 （３）・・ルツボ、（））　・・イオン化手段（１２）
内部に設けられた蒸気発生源、（１０）・・カンード、
（１１）・・アノード、（１３）・・磁界印加手段、（
１９）・加速電極（１６）、アース電極（１７）および
引出電極（１８）で構成される加速手段。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の真空度に保持された真空槽と、この真空槽
   内に配置された基板と、この基板に対向して設けられ、
   この基板に向けて蒸着物質の金属イオンを照射しながら
   薄膜を形成する薄膜形成装置において、 前記金属イオンのイオン源は、中央部に配置したカソー
   ドであるフィラメントとこのフィラメントの外側に配置
   したアノードとからなるグロー放電により蒸着物質を電
   離してイオンを生成するイオン化手段と、このイオン化
   手段内部に設けられた蒸気発生源と、前記イオン化手段
   によってイオン化された前記蒸着物質を前記基板に向け
   て運動エネルギーを付与して衝突させるための加速手段
   とを備えてなることを特徴とする薄膜形成装置。
2. （２）イオン化手段に、グロー放電部のプラズマ密度を
   増加させる磁界印加手段が設けられている請求項（１）
   記載の薄膜形成装置。
3. （３）加速手段は、アノードと同電位である加速電極と
   、この加速電極に対して負にバイアスされた引出電極と
   、接地されたアース電極とからなる請求項（１）記載の
   薄膜形成装置。