JPH0762245B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

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、特に、クラスターイオンビ
ーム蒸着法（以下、ICB法と云う）により高品質の薄膜
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］ 第３図は例えば特公昭54−9592号広報に示された従来の
薄膜形成装置を模式的に示す概略構成図であり、図にお
いて（１）は所定の真空度に保持された真空槽、（２）
はこの真空槽（１）の底部に設けられて真空槽（１）の
真空度を調節する真空排気系、（３）は真空槽（１）内
の下方に設けられた密閉型のルツボ、（４）はこのルツ
ボ（３）の上部に設けられた少なくとも一つのノズル、
（５）はルツボ（３）内に充填された蒸着物質、（６）
はルツボ（３）の囲りに設けられてその内部にある蒸着
物質（５）を加熱する加熱用フィラメント、（７）はこ
の加熱用フィラメント（６）を囲んでその熱を遮る熱シ
ールド板、（８）はルツボ（３）のノズル（４）から蒸
着物質（５）の蒸気を噴出させることにより形成された
クラスター（塊状原子集団）、（９）はルツボ（３）、
加熱用フィラメント（６）および熱シールド板（７）に
より構成された蒸気発生源である。

（10）は真空槽（１）内の中頃に設けられ、電子ビーム
を放出する電子ビーム放出フィラメント、（11）はこの
電子ビーム放出フィラメント（10）の内側に設けられ、
電子ビーム放出フィラメント（10）から電子を引き出し
て加速する電子ビーム引き出し電極、（12）は電子ビー
ム放出フィラメント（10）を囲んでその熱を遮る他の熱
シールド板、（13）は電子ビーム放出フィラメント（1
0）、電子ビーム引き出し電極（11）および他の熱シー
ルド板（12）により構成された、クラスター（８）のイ
オン化手段である。（14）はこのイオン化手段（13）に
よって正電荷にイオン化された被イオン化クラスター、
（15）はイオン化手段（13）のすぐ上方に設けられ、被
イオン化クラスター（14）を電界で加速し、運動エネル
ギーを付与する加速手段である加速電極、（16）は真空
槽（１）内の上方に設けられ、表面に薄膜は形成される
基板である。この基板（16）は真空槽（１）と一緒にア
ースされている。

（17）は加熱用フィラメント（６）に接続されてこの加
熱用フィラメント（６）を加熱する第１交流電源、（1
8）はルツボ（３）と加熱用フィラメント（６）および
熱シールド板（７）との間に接続され、加熱用フィラメ
ント（６）に対してルツボ（３）の電位を正にバイアス
する第１直流電源、（19）は電子ビーム放出フィラメン
ト（10）に接続されてこの電子ビーム放出フィラメント
（10）を加熱する第２交流電源、（20）はルツボ（３）
および電子ビーム引き出し電極（11）と電子ビーム放出
フィラメント（10）および他の熱シールド板との間に接
続され、電子ビーム引き出して電極（11）に対して電子
ビーム放出フィラメント（10）を負の電位にアドバイス
する第２直流電源、（21）は電子ビーム引き出し電極
（11）およびルツボ（３）とアースされた加速電極（1
5）との間に接続され、加速電極（15）に対して電子ビ
ーム引き出して電極（11）およびルツボ（３）を正にバ
イアスする第３直流電源、（22）は第１交流電源（1
7）、第１交直流電源（18）、、第２交流電源（19）、
第２直流電源（20）および第３直流電源（21）を収納す
る電源装置である。

従来の薄膜形成装置は上述のように構成され、真空槽
（１）を1×10^-6mmHg程度の真空度になるまで真空排気
系（２）によって排気する。加熱用フィラメント（６）
から放出される電子を第１直流電源（18）で印加される
電界によって加速し、この加速された電子をルツボ
（３）に衝突させ、ルツボ（３）内の蒸気圧が数mmHgに
なる温度まで加熱する。この加熱によってルツボ（３）
内の蒸着物質（５）は蒸発し、ノズル（４）から真空槽
（１）中に噴射される。この蒸着物質（５）の蒸気は、
ノズル（４）を通過する際、断熱膨張によって過冷却状
態を起こし、クラスター（８）と呼ばれる塊状電子集団
を形成する。このクラスター（８）は、電子ビーム放出
フィラメント（10）から放出される電子ビームによって
一部がイオン化され、被イオン化クラスター（14）とな
る。この被イオン化クラスター（14）は、イオン化され
ていない中性のクラスター（８）と共に加速電極15で形
成される電界によって加速され、基板（16）の表面に衝
突させられて薄膜を形成する。

なお、電源装置（22）内の各直流電源の機能は次の通り
である。第１直流電源（18）は、加熱用フィラメント
（６）に対してルツボ（３）の電位を正にバイアスし、
加熱用フィラメント（６）から放出された熱電子をルツ
ボ（３）に衝突させる。第２直流電源（20）は、電子ビ
ーム引き出し電極（11）に対して第２交流電源（19）で
加熱された電子ビーム放出フィラメント（10）を負の電
位にバイアスし、電子ビーム放出フィラメント（10）か
ら放出された熱電子を電子ビーム引き出し電極（11）内
部に引き出す。第３直流電源（21）は、アース電位にあ
る加速電極（15）に対して電子ビーム引き出し電極（1
1）およびルツボ（３）を正にバイアスし、加速電極（1
5）と電子ビーム引き出し電極（11）の間に形成される
電界レンズで正電荷の被イオン化クラスター（14）を加
速制御する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の薄膜形成装置では、加熱用フィラメ
ントや電子ビーム放出フィラメントから放出された熱電
子の一部が真空槽から外部へ漏れ、第３直流電源へ流入
してその電位を上昇させる。この影響で加速電極での電
圧が低下せず、低電圧加速領域での薄膜形成に悪影響を
及すという問題点があった。

この発明は、上述したような問題点を解決する為になさ
れたもので、０〜1KVの低い電圧領域でも加速電圧を安
定に制御できるとともに、他の電源との干渉なく蒸着を
行え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］ この発明に係る薄膜形成装置は、電源装置と直列にそし
てアースされた基板と加速手段の間に接続された加速電
源装置を設け、この加速電源装置が、直流電源およびこ
の直流電源への、前記電源装置からの逆流を防止するダ
イオードから成る第１直列回路、並びにこの第１直列回
路と並列に接続されて高圧スイッチおよび抵抗器から成
る第２直列回路を有する。

［作用］ この発明においては、高電圧加速領域では高圧スイッチ
を開放して抵抗器を回路より切離し、低電圧加速領域で
は高圧スイッチ閉成して抵抗器に接続する。その結果低
電圧加速領域における加速電圧の低下が可能になった。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、
（１）〜（21）は上記従来装置と全く同一のものであ
る。（22A）は電源装置であるが、第３直流電源（21）
を含まない点が電源装置（22）と違う。（23）は基板
（16）と一緒に負端子がアースされた第３直流電源（2
1）と直列にその正端子へアノードが接続され、真空槽
１から漏れた熱電子がアースを通って電源装置22A側に
流れるのを阻止する逆流防止用ダイオードであつて、そ
のカソードが電源装置（22）に接続されている。第３直
流電源（21）および逆流防止用ダイオード（23）から成
る第１直流回路と並列に、高圧スイッチ（24）および減
衰用抵抗器（25）から成る第２直流回路が接続されてい
る。高圧スイッチ（24）は逆流防止用ダイオード23によ
って、電子ビーム引き出し電極（11）およびルツボ３が
アースから浮くのを阻止するためのものである。そし
て、（26）はこれら第３直流電源（21）、逆流防止用ダ
イオード（23）、高圧スイッチ（24）、および減衰用抵
抗器（25）により構成された加速電源装置である。

第２図は第１図に示した加速電源装置をもう少し詳しく
示す回路図であり、第３直流電源（21）は図示のように
交流電源、ダイオード・ブリッジ、抵抗器およびコンデ
ンサで構成されている。（27）は第３直流電源（21）と
並列に接続された分圧抵抗回路、そして（28）は第３直
流電源（21）と逆流防止用ダイオード（23）の間に挿入
された減流抵抗器である。

加速電源装置（26）では、加熱用フィラメント（６）や
電子ビーム放出フィラメント（10）から放出された電子
が電源装置（22A）を通って流れ込むのを逆流防止用ダ
イオード（23）が防止し、加速電極（15）と基板（16）
の間の電圧上昇を防止すると共に外部メータ倍率切換え
機構従って分圧抵抗器（27）と連動した高圧スイッチ
（24）を投入することで、第１直流回路と並列に減衰用
抵抗器（25）を接続する。

上記のように構成された薄膜形成装置においては、加熱
用フィラメント（６）、電子ビーム放出フィラメント
（10）からそれぞれルツボ（３）、電子ビーム引き出し
電極（11）へ電子ビームが飛び出しているが、その一部
は真空槽（１）から外部へ漏れて電源装置（22A）へ飛
来する。これが加速電源装置（26）中の第３直流電源
（21）へ流入するとその電位を上昇させる為、この発明
では逆流防止用ダイオード（23）で電子の流入を阻止す
る。しかしながら逆流防止用ダイオード（23）が阻止さ
れた分、第２直流電源（20）および第１直流電源（18）
の電位が上昇するので、外部信号にて高圧スイッチ（2
4）を投入し、減衰用抵抗器（25）を加速電極（15）、
基板（16）間に接続し、第２直流電源（20）および第１
直流電源（18）の基板（16）に対する電圧分担を低く抑
える。高圧スイッチ（24）の動作位置は第３直流電源
（21）計測用のメータ（図示しない）と連動しており、
高圧スイッチ（24）の投入時は、第３直流電源（21）の
電圧が第２直流電源（20）および第１直流電源（18）の
電圧に比べて低い値で制御する必要のある場合で、当然
この時、第３直流電源（21）計側用メータは高圧スイッ
チ（24）の投入信号と連動し倍率を切換えて拡大して計
測できる構造になっている。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明は、電源装置と直列にそ
してアースされた基板と加速手段の間に接続された加速
電源装置を設け、この加速電源装置が、直流電源および
この直流電源への、前記電源装置からの逆流を防止する
ダイオードから成る第１直列回路、並びにこの第１直列
回路と並列に接続されて高圧スイッチおよび抵抗器から
成る第２直列回路を有するので加速電圧がＯ［Ｖ］付近
から制御でき、低電圧加速を必要とする物質でも良質の
膜が得られる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図における要部の詳細接続図、第３図は従来の薄膜形
成装置を示す構成図である。 図において、（１）は真空槽、（８）はクラスター、
（９）は蒸気発生源、（13）がイオン化手段、（15）は
加速電極、（16）は基板、（21）は第３直流電源、（22
A）は電源装置、（23）は逆流防止用ダイオード、（2
4）は高圧スイッチ、（25）は減衰用抵抗器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽の内部に配設され、蒸着物質の蒸気
   を噴出してクラスターを形成する蒸気発生源、形成され
   たクラスターをイオン化するイオン化手段、イオン化さ
   れたクラスターをイオン化されなかったクラスターと共
   に加速する加速手段、および加速されたクラスターが衝
   突させられることにより薄膜が形成される基板を備え、
   かつ前記真空槽の外部に配置され、前記蒸気発生源およ
   び前記イオン化手段を電気的に付勢する電源装置、およ
   びこの電源装置と直列にそしてアースされた前記基板と
   前記加速手段の間に接続された加速電源装置を更に備
   え、この加速電源装置は、直流電源およびこの直流電源
   への、前記電源装置からの逆流を防止するダイオードか
   ら成る第１直列回路、並びにこの第１直列回路と並列に
   接続されて高圧スイッチおよび抵抗器から成る第２直列
   回路を有することを特徴とする薄膜形成装置。