JPS63133518A

JPS63133518A - 蒸着装置

Info

Publication number: JPS63133518A
Application number: JP27958386A
Authority: JP
Inventors: Yukishige Jinno; 神野　幸重; Nobuyuki Hiraishi; 平石　信行; Yasuo Iwabori; 岩堀　泰男; Michio Ogami; 大上　三千男; Michinori Katahira; 片平　道則
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1988-06-06

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〕本発明は蒸着装置に係り、特にクラスタイオンビーム蒸
着法により多層膜あるいは、化合物膜を蒸着形成する場
合に、基板へのクラスタ衝突角度の制御に関するもので
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うちの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。

なお、この種の装置として関連するものには例えば特開
昭６０−１２４９３４号、特開昭６０−１２４９３５号
が挙げられる。

このような薄膜蒸着方法により多層薄膜形成を実施する
装置として、従来、第３図に示すものがあった。第３図
は従来の薄膜蒸着装置を模式的に示す概略構成図である
。

図において、１は所定の真空度に保持された真空槽、２
は該真空槽１内の排気を行な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１ｍ＋ａ〜２ｍ１Ｉのノズル４ａが設けられた
密閉形るつぼで、これは通常カーボン製である。

そしてこのるつぼ４には基板に蒸着されるべき蒸気物質
、例えば銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｇｏ）等の粉末状金属
５が収容される。６は上記るつぼ４に熱電子を照射し、
これの加熱を行なうボンバード用フィラメント、７はモ
リブデン（ＭＯ）やタンタル（Ｔａ）等で形成され上記
フィラメントび熱シールド板７により、基板に蒸着すべ
き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。２０は上記
るつぼ４を支持する支持台である。

９は２０００℃以上に熱せられてイオン化用の熱電子１
３を放出するイオン化フィラメント、１０は該イオン化
フィラメント９から放出された熱を子１３を加速する電
子を引き出し電極、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ド板であり、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１２が形成されている。な
お、２２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１６を加速
してこれを基板１８に衝突させて薄膜を蒸着させる加速
電極であり、これは電子引き出し電極１０との間に最大
１０ｋＶまでの電位を印加できる。なお、２４は加速電
極１４を支持する絶縁支持部材、２２は基板１８を支持
する基板ホルダ、２１は該基板ホルダ２２を支持する絶
縁支持部材、１７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。

尚、蒸気発生源８．イオン化手段１２、加速電極１４を
総称してクラスタイオンガン４５とする。

次に動作について説明する。

まず、蒸着すべき金属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″″ＢＴｏｒｒ程度の真空度にする。

次いで、ボンバード用フィラメント６に通電して２００
０〜２２００℃まで発熱せしめ、該ボンバード用フィラ
メント６からの輻射熱により、または該フィラメント６
から放出される熱雷子をるつぼ４に衝突させること、即
ち電子衝撃によって、該るつぼ４内の金属蒸気圧が０．
１〜１０Ｔｏｒｒ程度になるまで昇温すると、ノズル４
ａから噴出した金属蒸気は、るつぼ４と真空槽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
ラメント９から電子引き出しｔＩｔ極１０によって引き
出された熱電子１３と衝突し、このため上記クラスタビ
ーム１７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１６となる。このクラス
タ・イオン１６は加速電極１４と電子引き出し電極１８
との間に形成された電界により適度に加速されて基板１
８に衝突し、これにより該基板１８上に薄膜が蒸着形成
される。またこの際、イオン化されていない中性クラス
タ１５は、上記るつぼ４から噴出された運動エネルギで
もって上記基板１８に衝突し、上記クラスタ・イオン１
６とともに該基板１８上に蒸着される。

ところで、このような蒸着装置において、るつぼ４と基
板１８との幾何学的な位置関係から、」基板１８上に形
成される膜厚分布は、（１）式で近似される事が広く知
られている。

Ｔ　＝　’ｒ　ｏｃｏｓｎｌ　ｆＪ　ｌ　　　　　　　
　−（１）ここで、θ；るつぼ表面の法線に対する角度
。

（法線上にて１？＝ｏ）　、　Ｔｏ　　；基板中央での
膜厚、Ｔ；０線上の基板表面の膜厚、ｎ；ノズル形状係
数。

この関係を図示したのが、第４図である。

（１）式ならびに第４図からも明らかなように。

膜厚が基板中心と基板周辺では、その厚みが異なり数％
〜士数％の膜厚分布差が生じることが実験により確認さ
れている。

また、最近では、第５図に示したように、１つの真空槽
の内部に隔壁を設け、前記隔壁を隔てて。

複数個のクラスタイオンガンを取り付け、各々に異なる
蒸着材料を入れ噴出させることにより、多層膜の形式を
行なう例もある。

上述例の場合には、基板ホルダー２１に回転機構を設け
る事により、基板がクラスタイオンガンの真上に位置す
るような構造となるため、真空槽１が大きくなり、基板
ホルダー２１の構造が複雑となる問題を有する。

また、第６図に示したように、１つの真空槽の内部に複
雑のクラスタイオンガンを設け、１つの基板に対し、前
記クラスタイオンガンを放射状に設置させ、各々に異な
る蒸着材料を入れ、交互に噴出させることにより、多層
膜の形成も試みられつつある。

ところで、第６図に示したような蒸着装置において、る
つぼ４と基板１８との幾何学的な位置関係から、基板１
８上に形成される膜厚分布は、（２）式で近似される。

Ｔ　弁Ｔｏｅｏｓ’ｌθ十〇’　Ｉ　　　　　　−（２
）ここで、θ；るつぼ表面の法線に対する角度。

θ′　７基板中心の水平線に対する角度ｔＴｏ；基板中
央での膜厚、Ｔ；θ線上の基板表面上の膜厚、ｎ；ノズ
ル形状係数この関係を図示したのが、第７図である。

（２）式ならびに第７図からも明らかなように。

膜厚が基板中心と基板周辺では、その膜みが異なり十数
％以上の膜厚分布差が生じると言われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来技術は、基板上に形成される膜厚分布の均一化
および装置のコンパクト化の点について配慮がされてお
らず、膜厚分布差によって生じる薄膜機能・信頼性の面
ならびに設置スペース・コストの面において問題があっ
た。

本発明の目的は、上記膜厚分布の均一化ならびに装置の
コンパクト化を図ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、真空槽を所定の真空度に保持する為の真空
排気装置と、該真空槽内に少なくとも１つのノズルを有
しその内部に蒸着物質が充填され基板に対して斜めに設
置された複数個のるつぼと、各々のるつぼを加熱して上
記蒸着物質の蒸気を発生せしめる加熱手段と、上記蒸気
発生源からのクラスタをイオン化するイオン化手段と、
該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基板に衝突させ
て薄膜を蒸着させる加速手段を備えた薄膜蒸着装置にお
いて、クラスタイオン軌跡を基板に直角に偏向せしめる
偏向手段を備えることにより達成される。

〔作用〕

るつぼより噴出し、イオン化機構によりイオン化された
クラスタイオンは、偏向磁軸により、基板に対し直角に
入射するように、その軌跡が偏向される。それによって
、クラスタイオンは、基板上の全ての表面上において垂
直に成膜されるのでその膜厚分布が均一化される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ならびに第２図により
説明する。

第１図において、第３図と同一符号は同一または相当部
分を示し、５０は、クラスタイオン１６を基板１８表面
に対し、直角に衝突せしめるための偏向磁極であり、該
偏向磁極５０は、絶縁支持部材５１により、基板ホルダ
２２に支持されている。

次に動作について説明する。

本実施例装置において、基板１８の表面にアルミおよび
シリコン薄膜を、基板１８表面に垂直に蒸着させる場合
について説明する。

先ず、基板１８を基板ホルダ２２により支持し、アルミ
をクラスタイオンガン４５ａの中のるつぼ内に収容し、
シリコンをクラスタイオンガン４５ｂの中のるつぼ内に
収容する。そして、従来の装置と同様に真空槽１内を真
空排気装置により真空排気した後、クラスタイオンガン
４５ａを用いて、アルミのクラスタイオンを噴出せしめ
る。このアルミクラスタイオンは、偏向磁極５０により
、基板１８表面に直角に入射するように偏向される。

従って、アルミクラスタイオンは、基板１８表面上にて
均一に成膜される０次に、アルミ成膜が終了した徐、同
様にしてクラスタイオンガン４５ｂよりシリコンのクラ
スタイオンを噴出せしめ、偏向磁ｗ４５０により偏向し
た後、基板１８表面上のアルミ膜の上に成膜される。

第２図は１本発明の一実施例によるクラスタイオンの偏
向軌跡を描いたものであり、るつぼ４より噴出したクラ
スタイオンは、偏向磁極５０により偏向された後、基板
１８表面に対し、直角に入射する状態を模式的に示して
いる。

（発明の効果〕本発明によれば、偏向磁極によりクラスタイオンを基板
表面に対し、直角に入射するよう偏向したので、複数個
のクラスタイオンガンを用いて多層膜の形成を行なう場
合の膜厚分布を均一に制御でき、また、従来技術に見ら
れるような装置の大型化を防止できコンパクトにまとめ
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、複数個のクラスタイ
オンガンによる多層膜形成装置模式図、第２図は第１図
に基づく膜厚分布説明図、第３図は従来技術におけるク
ラスタイオンビーム蒸着法により基板に薄膜を形成する
ことを示した模式図。第４図は第３図に基づく膜厚分布説明図、第５図は従来
技術における隔壁を隔てた複数個のクラスタイオンガン
による薄膜形成模式図、第６図は従来技術における複数
個のクラスタイオンガンによる多層膜形成装置模式図、
第７図は第４図に基づく膜厚分布説明図である。１・・・真空槽、２・・・真空排気通路、３・・・バル
ブ、４・・・るつぼ、６・・・電子ボンバード用フイラ
メン１−１７・・・熱シールド板、８・・・蒸気発生源
、９・・・イオン化フィラメント、１０・・・電子引き
出し電極、１１・・・熱シールド板、１２・・・イオン
化手段、１３・・・熱電子、１４・・・加速電極、１５
・・・中性クラスタ。１６・・・クラスタイオン、１８・・・基板、２０・・
・るつぼ支持部材、２１・・・絶縁支持部材、２２・・
・基板ホルダ、２３．２４・・・絶縁支持部材、４５・
・・クラスタイオンガン、５０・・・偏向磁極、５１・
・・絶縁支持率　ｌ　　０．５／・・組糸裂文待部材第　４　口第　５　　目４５−・クラスグイオンカ°゛ン第　６　図４５・・・クラスタイオ〉グン

Claims

【特許請求の範囲】

１、真空槽を所定の真空度に保持する為の真空排気装置
と、該真空槽内に少なくとも１つのノズルを有しその内
部に蒸着物質が充填され基板に対して斜めに設置された
複数個のるつぼと、各各のるつぼを加熱して上記蒸着物
質の蒸気を発生せしめる加熱手段と、上記蒸気発生源か
らのクラスタをイオン化するイオン化手段と、該イオン
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基板に衝突させて薄膜を
蒸着させる加速手段を備えた薄膜蒸着装置において、ク
ラスタイオン軌跡を基板に直角に偏向せしめる偏向手段
を備えた事を特徴とする蒸着装置。