JPS6274070A - 薄膜蒸着装置 - 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！？Ａ着装置、特にクラスタ・イオンビ
ーム蒸着法により薄膜を蒸着形成する場合の膜厚及び膜
質の均一化に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、クラスタ・イオンビーム蒸着法による薄膜蒸着
方法は、真空槽内において、基板に蒸着すべき物質の蒸
気を噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラ
スタ（塊状原子集団）を生成し、該クラスタに電子のシ
ャワーを浴びせて該クラスタをその内の１個の原子がイ
オン化されたクラスタ・イオンにし、該クラスタ・イオ
ンを加速して基板に衝突せしめ、これにより基板に薄膜
を蒸着形成する方法である。

このような薄膜蒸着方法を実施する装置として、例えば
第２図はこのような従来の薄膜蒸着装置を模式的に示す
概略構成図、第３図はその主要部の一部を切り欠いて内
部を示す斜視図である。図において、（１）は所定の真
空度に保持された真空槽、（２）は該真空層ｉｌｌ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）は該排気通路（２）を開閉する真空用バルブであ
る。

（４）は直径１間〜２闘のノズル（４ａ）が設けられた
密閉形るつぼで、これには基板に蒸着されるべき蒸発物
質、例えば亜鉛（ＺｎＨ５１が収容される。

（６）は上記ろっぽ（４）に熱電子を照射し、これの加
熱を行うボンバー　ド用フィラメント、（７）は該フィ
ラメン）　（６１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）、ボンバード用フィラ、メン
ト（６）及び熱シー・ルド板（７）により、基板に蒸着
すへさ物質の蒸気を上記真空槽（１）内に噴出してクラ
スタを生成せしめる蒸気発生源（８）が形成されている
。

なお、（＋９１　＋：を上記熱シールド板（７）を支持
ずろ絶縁支持部材、（転）は上記ろっぽ（４）を支持す
る支持台である。

（９）は熱せられてイオン化用の熱電子（１３）を放出
するイオン化フィラメント、（１０）は該イオン化フィ
ラメンｌ−＋９１から放出された熱電子（１３）を加速
する電子引き出し電極、（＋１）はイオン化フィラメン
ト（９）からの輻射熱ｉｅ遮断する熱シールド板であり
、−に記イオン化フィラメント（９１，ｍ子引き出し電
極（１０）及び熱シールド板（１１）により、上記蒸気
発生源（８）からのクラスタをイオン化するためのイオ
ン化手段θ２）が形成されている。なお、（財）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（１〜
を加速してこれをイオン化されていない中性クラスタ（
Ｉｓ）とともに基板（１８）に衝突させて薄膜を蒸着さ
せろ加速電極であり、これは電子引き出し電極α〔との
間に電位を印加できる。なお、Ｋ）は加速′Ｗｉ極（ｌ
→を支持する絶縁支持部材、（至）は基板０８）を支持
する基板ボルダ、（９）は該基板ホルダ（四を支持する
絶縁支持部材、Ｑ７）ｔよりラスタ・イオン（ＩＧ）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。

基板（１８）に亜鉛薄膜を蒸着形成する場合について説
明すると、まず亜鉛（５）をるつぼ（４）内に充填し、
上記真空排気装置により真空・槽（１）内の空気を排気
して該真空槽（１）内を１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度
（ζする。

次いで、ボンバード用フィラメント（６）に通電して発
熱せしめ、該ボンバード用フィラメント（６）からの輻
射熱により、よｔこは該フィラメント（６）から放出さ
れる熱電子をるつぼ（４）に衝突させること、即ち電子
衝撃によって、該ろっぽ（４）内の亜鉛（５）の蒸気圧
が０．１　＝−１０Ｔｏｒｒ程度になる温度（５００℃
）に昇；品すると、ノズル（４＆）から噴出した金属蒸
気は、るつぼ（４）と真空層（１）との圧力差により断
熱膨張してクラスタと呼ばれる、多数の原子が緩く結合
した塊状原子集団となる。

このクラスタ状のクラスタビーム（１７）は、イオン化
フィラメン＋−ｆ９）から電子引き出しＴｉ　極（１０
ｉによって引き出された熱電子（ｊ３）と衝突するため
、その一部のクラスタ（よそのうちの−個の原子がイオ
ン化されてクラスタ・イオン（１０となる（１このクラ
スタ・イオン（＋Ｃ）は加速電極（１→と電子引き出し
電極００）どの間に形成された電界により適度に加速さ
れ１．イオン化されていない中性クラスタ（ＩＳ）がる
つぼ（４）から噴射されろときの運動エネルギーでもっ
て基板（１８）に衝突するのと共に、基板（１８）に衝
突し、こｔ］により該基板（１８）−ヒに亜鉛薄膜が蒸
着形成されろ。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第４図は上記のような従来の薄膜蒸着装置のクラスタ・
イオン加速機構部のより具体的な構成。

並びに各部の電位及び空間の電位分布を示す断面図テア
ル。同図中の破線は０．８　ＫＶ、　１．　ＯＫＶ、　
　　。

４．　ＯＫＶの各等電位線を示しており、括弧内の数字
はこの薄膜蒸着装置各部の電位を表している。なおこの
等電位線は計算により求めたものである。

第４図かられかるように、従来の装置では、等電位線が
基板方向及び熱電子引き出し電極ＱＯ）の内側に深くし
み込んでしまい、この電位のしみ込みによるレンズ作用
によってクラスタ・イオンは複雑な軌跡を描いて基板に
達することとなり、その結果基板上でのイオン分布にむ
らを生じ、形成される薄膜の膜厚及び膜質に不均一が生
じるという問題があった。

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、クラスタ・イオンの軌跡を直線に近づけ、
膜厚、膜質の均一な薄膜形成が可能な薄膜蒸着装置を得
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わる薄膜蒸着装置は加速電極近傍及び電子
引き出し電極の上記加速電極側近傍に、クラスタの進行
方向と直交して、上記クラスタの進行路上に対向して一
対のメツシュ状電極を設けたものである。

〔作　用〕

この発明における薄膜蒸着装置は、メツシュ状電極によ
り電子引き出し電極と加速電極との間の電位分布の蒸気
発生源方向及び基板方向へのしみ込みをなくシ、クラス
タ・イオンの軌跡を直線に近づけ、膜厚、膜質の均一な
薄膜形成を可能にする。

〔実施例〕

息下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による薄膜前ｎ装置の主要部の
構成及びその電位分布を示す断面図であり、図において
、第２図ないし第４図と同一符号は同一のものを示す。

（３０）及び（３１）はこの実施例において追加された
一対のメツシュ状電極で、電子引き出し電極（１０１上
及び加速電極（１４）十に）クラスタの進行方向と直交
してクラスタの進行路上に対向して設けられ、それぞれ
該電子引き出し電極α０）、該加速電極（Ｉ→と同電位
となっている。なおメツシュの間隔は通常５〜１０ｍ５
＋程度でよく、材質はタングステン線が適当である。

次に動作について説明する。上記実施例の装置における
クラスタの発生は従来のものと全く同様に行われろ。従
ってここではメツシュ状Ｔｉ　％　（３０）及び（３１
）を付加したことによる電位分布の変化について説明を
行う。

即ち、第１図に計算により求められた等電位線を破線で
示しているが、電子引き出し電極α０）上及び加速電ｍ
　（＋４）上にメツシュ状電極（３０）及び（３１）を
設けたことにより、従来の第４図に見られたような蒸気
発生源方向及び基板方向への電位のしみ込みがなくなっ
て、電子引き出゛し電極（１０）と加速電極（１４）の
間で＋、１等電位線が平行になり、そのｔコめ該等電位
線に垂直な平行電界が形成されていることがわかる。従
ってクラスタ・イオン（ＩＧ）はこのような平行電界中
を通過ずろためほとんど直線の軌道を取って基板（１８
）に達することとなり、基板（１８）上に衝突するクラ
スタ・イオン（１０の分布は均一となる。

なお、上記実施例ではメツシュ状電極（３０）　（３１
）を電子引き出し電極」−及び加速電極−［−に設け、
該電子引き出し電極及び加速電極と同電位としｔ二が、
該メツシュ状電極（３０）　（３１）は必ずしも上記電
子引き出し電極や加速電極と同電位でなくてもよく、電
子引き出し電極α０）及び加速電極（！４）近傍にこわ
らの電極ＱＯＩ　（＋４１と異なる電位で設けてもよい
。

また、蒸気発生源近傍から電子引き出しｍへ００の内側
への等を位線のしみ込みをなくすｔ−めに、電子引き出
し電極（１０）の蒸気発生源側近傍に上記と同様のメツ
シュ状電極を設けてもよく、上記実施例と同等以上の効
果を奏する。

この場合のメツシュ状電極の電位は電子引き出し電極と
同電位であってもよいし、異なってもよい。

さらに、上記実施例では基板を固定しｔ−場合を示し１
＝が、Ｊ＝り均一な膜厚を得るためには基板を回転して
もよく、上記実施例と同等以上の効果を奏する。

また、上記実施例てはメ・・ノシュ状電極材料をタング
ステン線としたが、高融点金属であればよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例ではるつぼを電子ボンバード加熱して
クラスタを発生させろクラスタ・イオンビーム蒸着装置
について説明したが、この発明はシラン（ＳＩ８４）等
の常温ガスをノズルを有するガス収容室から真空槽内に
噴出してクラスタを発生するクラスタ・イオンビーム蒸
着装置に適用してもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。

〔発明の効果〕

辺上のように、この発明によれば、加速電極近傍及び電
子引き出し電極の上記加速電極側近傍に、上記クラスタ
の進行方向と直交して、上記クラスタの進行路上に対向
して一対のメツシュ状？ｌｉを設け、電子引き出し電極
と加速電極間の等電位線が平行になるようにしたので、
基板に到達するクラスタ・イオンの分布が均一になり、
形成される薄膜の膜厚、膜質の均一性が向上する効果が
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蒸着装置の主要
部の概略構成及びその電位分布を示す断面図、第２図は
従来の薄膜蒸着装置を示す概略構成図、第３図はその一
部を切り欠いて内部を示す斜視図、並びに第４図は従来
の薄膜蒸着装置における主要部の構成及びその電位分布
を示す断面図である。 （１）　　　真空槽、（４）　　　るつぼ、（５）　　
　蒸着物質、（８）・　蒸気発生源、（９）　　　フィ
ラメント、００）−電子引き出し電極、（１４加速電極
、（１５）　　　中性クラスタ、（Ｉ［Ｊ・　クラスタ
・イオン、（＋ａ）・　基板、（３０）　（３１）　　
　メツシュ状電極なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の真空度に保持された真空槽、上記真空槽内
   に設けられた基板に蒸着すべき物質の蒸気を上記真空槽
   内に噴出して、上記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気発生源、上記クラスタをイオン
   化するための熱電子を放出するフィラメント、上記熱電
   子を上記クラスタに向けて放射する電子引き出し電極、
   イオン化されたクラスタ・イオンを加速し、これをイオ
   ン化されていない中性クラスタとともに上記基板に衝突
   させて薄膜を蒸着させる加速電極、並びに上記加速電極
   近傍及び上記電子引き出し電極の上記加速電極側近傍に
   、上記クラスタの進行方向と直交して、上記クラスタの
   進行路上に対抗して設けられた一対のメッシュ状電極を
   備えた薄膜蒸着装置。
2. （２）メッシュ状電極の一方が、加速電極と同電位であ
   り、他方が電子引き出し電極と同電位であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜蒸着装置。
3. （３）電子引き出し電極の蒸気発生源近傍にクラスタの
   進行方向と直交して、上記クラスタの進行路上にメッシ
   ュ状電極を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の薄膜蒸着装置。
4. （４）電子引き出し電極の蒸気発生源側近傍に設けたメ
   ッシュ状電極が上記電子引き出し電極と同電位であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の薄膜蒸着装
   置。
5. （５）基板の回転機構を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の薄膜蒸
   着装置。