JPH0535217B2 - - Google Patents

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JPH0535217B2
JPH0535217B2 JP3111886A JP3111886A JPH0535217B2 JP H0535217 B2 JPH0535217 B2 JP H0535217B2 JP 3111886 A JP3111886 A JP 3111886A JP 3111886 A JP3111886 A JP 3111886A JP H0535217 B2 JPH0535217 B2 JP H0535217B2
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JP
Japan
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reactive gas
vapor
deposition apparatus
substance
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JP3111886A
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Hiromoto Ito
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は真空槽内で物質の蒸気のクラスタと
反応性ガスの遊離基とを射突させ、上記の物質と
反応性ガスの化合物を被蒸着材の表面に蒸着する
蒸着装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第2図は、例えば特願昭59−116908号特許願に
示された従来の化合物薄膜の蒸着装置を模式的に
示す概念図である。図において、1は真空槽、2
はこの真空槽内に配置され、表面に化合物薄膜を
蒸着する被蒸着材、3は導電性材料からなり、ノ
ズルを有する密閉型の坩堝、4はこの坩堝に充填
され、上記化合物薄膜を組成する物質、5は上記
坩堝3を放射電子の衝撃により加熱する坩堝加熱
フイラメント、6は上記物質4の蒸気を上記坩堝
3のノズルから噴出させて形成したクラスタ(塊
状原子集団)、7はこのクラスタに放射電子を衝
突させ、その一部をイオン化するイオン化フイラ
メント、8はこのイオン化フイラメントから電子
を引き出し、加速する電子引き出し電極、9は上
記クラスタ6に上記イオン化フイラメント7から
放射した電子を衝突させ、その構成原子の1個だ
けをイオン化したクラスタ・イオン、10はこの
クラスタ・イオンを電界で加速し、運動エネルギ
を付与する加速電極、11は上記坩堝加熱フイラ
メント5で発生する熱を遮蔽する熱遮蔽板、12
は上記イオン化フイラメント7で発生する熱を遮
蔽する熱遮蔽板、15は上記真空槽1を排気する
真空排気装置、16は上記真空槽1を所定の真空
度に自動的に保持するためのゲート・バルブ、2
0は上記化合物薄膜を組成する分子状態の反応性
ガス、21はこの反応性ガスの分子をイオン化
し、ノズルからイオン・ビームとして噴出させる
イオン・ビーム発生器であつて、この従来装置で
は、高周波放電型のものを使用している。22は
上記イオン・ビーム発生器により、上記反応性ガ
ス20をイオン化したガス・イオン、23はこの
ガス・イオンを集束する静電レンズ系、24は上
記ガス・イオン22を偏向する偏向電極、25は
上記真空槽1の外に配置され、上記反応性ガス2
0を圧縮充填したガス・ボンベ、26はこのガ
ス・ボンベの圧縮ガスを減圧するリーク・バル
ブ、41は上記反応性ガス20を上記被蒸着材2
の表面に向けて噴出するノズルを有するガス噴出
器である。
従来の化合物薄膜の蒸着装置は上記のように構
成されており、まず、真空排気装置15により真
空槽1の真空度が10-6Torr程度になるまで排気
する。その後、イオン・ビーム発生器21を作動
させて、反応性ガス20が例えば、酸素の場合、
そのガス・イオン22、すなわちO2 +をガス噴出
器41のノズルから噴出させて、被蒸着材2の表
面に射突させる。一方、坩堝3内の物質4の蒸気
圧が数Torrになる温度、例えば、物質4がアル
ミニウムの場合、1600℃位まで、坩堝加熱フイラ
メント5からの放射電子の衝撃により坩堝3を加
熱し、物質4の蒸気を坩堝3のノズルから真空槽
1内に噴出させる。噴出された物質4の蒸気は坩
堝3のノズルの近傍において、断熱膨脹による過
冷却のため過飽和状態となつて凝縮し、クラスタ
6が形成される。次いで、このクラスタ6にイオ
ン化フイラメント7から放射され、電子引き出し
電極8で加速された電子を衝突させ、その一部を
イオン化して、クラスタ・イオン9を形成する。
このクラスタ・イオン9を加速電極10の電界で
加速して運動エネルギを付与し、イオン化しない
中性のクラスタ6と共に被蒸着材2の表面に射突
させる。被蒸着材2の表面では、物質4の蒸気の
クラスタ6及びクラスタ・イオン9と反応性ガス
20及びガス・イオン22との化学反応が進行
し、例えば、物質4がアルミニウムで、反応性ガ
ス20が酸素の場合、被蒸着材2の表面には化合
物である酸化アルミニウムAl2O3の薄膜が形成さ
れる。
なお、上記従来装置の説明ではガス噴出器41
のノズルから噴出するガス・イオン21は静電レ
ンズ系23と偏向電極24を用いて集束・偏向を
行なつていないが、これらを用いると、被蒸着材
2の表面におけるガス・イオン22のビームの射
突位置を制御することにより、局部的な膜の形成
や膜質を制御することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来の化合物薄膜の蒸着装置で
は、イオン・ビーム発生器21で反応性ガス20
をイオン化するが、ガス噴出器41内の反応性ガ
ス20の圧力が低いため、平均自由行程が大き
く、反応性ガス20の分子と電子との衝突確率が
低くてイオン化が困難である。従つて、真空槽1
内には反応性ガス20の大部分が分子の状態で噴
出して活性度が低く、被蒸着材2の表面に化合物
薄膜が蒸着しにくいという問題点があつた。
この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、被蒸着材の表面に能率よく、安定し
て質のよい化合物薄膜を蒸着することができる蒸
着装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る蒸着装置は真空槽内において、
被蒸着材の表面に射突する物質蒸気のクラスタを
発生する蒸気発生器と、上記被蒸着材の表面に向
けて反応性ガスを噴出するガス噴出器とこの噴出
した反応性ガスの遊離基を発生する遊離基発生手
段とを設け上記被蒸着材の表面に上記の物質と反
応性ガスとの化合物を蒸着するようにしたもので
ある。
〔作用〕
この発明においては、被蒸着材の表面に蒸着す
べき化合物を組成する物質蒸気のクラスタと上記
化合物を組成する反応性ガスの分子を解離した極
めて活性度の高い遊離基とが上記被蒸着材の表面
に向けて射突するので、上記物質蒸着のクラスタ
と反応性ガスの遊離基との化学反応が能率よく、
安定して行なわれる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を模式的に示す概
念図であり、1〜12,15,16,20,2
5,26,41は上記従来装置と同一または相当
のものである。27は反応性ガス20の分子を解
離した極めて活性度の高い遊離基、31は上記真
空槽1の側面に設けた窓ガラス、42は上記ガス
噴出器41から噴出した上記反応性ガス20の分
子を解離し、極めて活性度の高い遊離基27を発
生するレーザ装置であつて、短波長のレーザ光線
をだし、上記真空槽1の外から上記窓ガラス31
を通して、上記反応性ガス20に照射する。43
は上記レーザ装置42からのレーザ光線を透過す
る部分と反射面とを有するハーフ・ミラー、44
は上記レーザ装置42からのレーザ光線を反射す
るミラーである。なお、上記の坩堝3、坩堝加熱
フイラメント5、イオン化フイラメント7、電子
引き出し電極8及び加速電極10により蒸気発生
器が構成され、また、上記のレーザ装置42、ハ
ーフ・ミラー43、ミラー44により遊離基発生
手段50が構成されている。
上記のように構成された化合物の蒸着装置にお
いて、真空槽1を10-7〜10-6Torrの高い真空度
になるまで排気した後、反応性ガス20、例え
ば、酸素をガス噴出器41のノズルから被蒸着材
2の表面に向けて噴出する。この噴出した酸素ガ
スに遊離基発生手段50のレーザ装置42からハ
ーフ・ミラー43、ミラー44を介して短波長の
レーザ光線を照射して、酸素の分子O2を解離し
て活性度の高い遊離基O*とし、解離しなかつた
酸素の分子O2と共に被蒸着材2の表面に射突さ
せる。この際、ハーフ・ミラー43とミラー44
はそれぞれの反射面がガス噴出器41の噴出方向
の中心軸と平行になるように配置され、レーザ装
置42はレーザ光線がハーフ・ミラー43の反射
面に直角よりやゝ小さい角度で入射し、ミラー4
4とハーフ・ミラー43との間で反射を繰返すよ
うに配置される。一方、従来装置と同じく、蒸気
発生器30を構成する坩堝3と坩堝加熱フイラメ
ント5により、坩堝3内の物質4の蒸気圧が数
Torrになる温度、例えば、物質4がアルミニウ
ムの場合、約1600℃まで加熱され、アルミニウム
の蒸気を坩堝3のノズルから10-5〜10-4Torrの
真空度に維持された真空槽1内に噴出させる。噴
出したアルミニウムの蒸気は断熱膨脹による過冷
却で過飽和状態となつて、凝縮されクラスタ6と
なる。次いで、このクラスタ6にイオン化フイラ
メント7からの電子を衝突させて、クラスタ・イ
オン9を形成する。このクラスタ・イオン9は加
速電極10の電界で加速され、イオン化しない中
性のクラスタ6と共に被蒸着材2の表面に射突さ
れ、上記活性度の高い遊離基O*との化学反応が
進行し、これらの化合物である酸化アルミニウム
Al2O3が上記被蒸着材2の表面に能率よく安定し
て蒸着する。
なお、上記実施例では、遊離基発生手段50は
レーザ装置42とハーフ・ミラー43、ミラー4
4とから構成されるものとしたが、所定の高い真
空領域で反応性ガス20の分子を解離し、活性化
した遊離基27が得られるものであれば、他の方
式の遊離基発生手段、例えば、電子ビーム装置で
あつてもよい。この電子ビーム装置は電子ビーム
を分子に衝突させた場合、そのエネルギーレベル
によつて起こる現象を応用したもので、非常に高
い電子密度の電子を分子に衝突させると、イオン
化及び励起状態の分子も生成されるが、分子間の
結合が切れていわゆる原子に遊離(解離)した状
態が作られる。
また、蒸気発生器30のイオン化フイラメント
7、電子引き出し電極8、加速電極10を省略
し、クラスタ・イオン9を形成せずに、クラスタ
6を直接、被蒸着材2に射突させてもよい。
さらに、上記実施例では、被蒸着材2の表面に
対し、坩堝3、電子引き出し電極8、加速電極1
0は対向し、ガス噴出器41、ハーフ・ミラー4
3、ミラー44は傾斜配置させたものを示した
が、被蒸着材2の表面にクラスタ6及びクラス
タ・イオン9と反応性ガス20及びその遊離基2
7とが重層して射突するのであれば、坩堝3、電
子引き出し電極8、加速電極10とガス噴出器4
1、ハーフ・ミラー43、ミラー44の配置は他
の形式のものであつてもよい。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、所定の真空度
に保持された真空槽内において、被蒸着材の表面
に蒸着すべき化合物を組成する物質蒸気のクラス
タと上記化合物を組成する反応性ガスの分子を解
離した極めて活性度の高い遊離基とを上記被蒸着
材の表面に射突させるので、上記被蒸着材の表面
には上記の物質と反応性ガスとの化合物が能率よ
く、安定して蒸着するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を模式的に示す概
念図、第2図は従来の化合物薄膜の蒸着装置を模
式的に示す概念図である。 図において、1は真空槽、2は被蒸着材、3は
坩堝、4は物質、5は坩堝加熱フイラメント、6
はクラスタ、7はイオン化フイラメント、8は電
子引き出し電極、9はクラスタ・イオン、10は
加速電極、15は真空排気装置、20は反応性ガ
ス、27は遊離基、30は蒸気発生器、31は窓
ガラス、41はガス噴出器、42はレーザ装置、
43はハーフ・ミラー、44はミラー、50は遊
離基発生手段である。なお、各図中、同一符号は
同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の真空度を有し、被蒸着材を収容する真
    空槽、この真空槽内に設けられ、上記被蒸着材の
    表面に射突される物質の蒸気をクラスタ状に発生
    させる蒸気発生器、上記被蒸着材の表面に射突さ
    れる反応性ガスの遊離基を発生する遊離基発生手
    段を備え、上記被蒸着材の表面に上記の物質と反
    応性ガスとの化合物を蒸着させることを特徴とす
    る蒸着装置。 2 遊離基発生手段は反応性ガスに照射されるレ
    ーザ光線を出すレーザ装置であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の蒸着装置。 3 レーザ装置はレーザ光線を反応性ガスに複数
    回照射させる反射ミラーを有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の蒸着装置。 4 遊離基発生手段は反応性ガスに照射される電
    子ビームを発生する電子ビーム装置であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の蒸着装
    置。 5 蒸気発生器はクラスタ状の物質蒸気をイオン
    化装置とイオン化したクラスタ・イオンを加速す
    る加速電極を有することを特徴とする第1項ない
    し第4項のいずれかに記載の蒸着装置。
JP3111886A 1986-02-13 1986-02-13 蒸着装置 Granted JPS62188774A (ja)

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