JPS63307263A - 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、薄膜蒸着装置に関し、さらに詳しくいうと
、クラスタ・イオンビーム蒸着法によシ薄膜を蒸着形成
するための薄膜蒸着装置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、例えば特公昭５４−９５９２号公報に示された
ように、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、このクラスタに電子のシ
ャワーを浴びせて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・イオンとし、このクラスタ・イオ
ンを加速して基板に衝突せしめ、これによシ基板に薄膜
を蒸着形成する方法である。

このような薄膜蒸着方法を行う装置として、従来、第２
図に示すものがあった。図において、所定の真空度に保
持された真空槽（１）に、内部の排気を行うために排気
通路（２）が設けられておシ、これは図示しない真空排
気装置に接続されている。

真空用パルプ（３）は排気通路（２）を開閉する。真空
槽（１）内に配置された密閉形るつぼ（４）は、直径１
ｎ〜２　ｊｌのノズル（４ａ）が設けられておル、基板
に蒸着されるべき蒸発物質、例えば銅（Ｃｕ　）（５）
が収容される。密閉形るつぼ（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（６）の外
側にはフィラメント（６）からの輻射熱を遮断する熱シ
ールド板（７）が設けられている。

これらるつぼ（４）、ボンバード用フィラメント（６）
および熱シールド板（７）によシ、基板に蒸着すべき物
質の蒸気を真空槽（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。

イオン化フィラメント（９）は、熱せられてイオン化用
の熱電子（１３）を放出する。電極（１０）は、イオン
化フィラメント（９）から放出された熱電子（１３）を
加速する電子引き出し用の電極であシ、電極（１１）は
放出された熱電子の存在領域を制限するメツシュ状電極
である。熱シールド板（１２）は、イオン化フィラメン
ト（９）からの輻射熱を遮断する。これらイオン化フィ
ラメント（９）、電子引き出し電極（１０）、メツシュ
状電極（１１）および熱シールド板（１２）によシ、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（１４）が形成されている。

加速電極（１５）は、イオン化されたクラスタ・イオン
（１７）を加速してこれをイオン化されていない中性ク
ラスタ（１６）とともに基板（１９）に衝突させて薄膜
を蒸着させるもので、電子引き出し電極（１０）との間
に電位を印加するものである。

なお、クラスタビーム（１８）は、クラスタ・イオン（
１７）と中性クラスタ（１６）からなっている。

また、るつぼ（４）は支持台（２））で、支持台（２）
）および熱シールド板（７）は絶縁支持部材（２ｏ）で
、加速電極（１５）は絶縁支持部材（２５）で、基板（
１９）は基板ホルダ（２３）で、基板ホルダ（２３）は
絶縁支持部材（２２）で、熱シールド板（１２）は絶縁
支持部材（２４）で、それぞれ支持されている。

以上の構成により、基板（１９）に銅薄膜を蒸着形成す
る場合について説明すると、まず銅（５）をるつぼ（４
）内に充填し、真空排気装置により真空槽（１）内の空
気を排気して真空槽（１）内を１Ｏ−６Ｔｏｒｒ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）に通電して発
熱せしめ、ボンバード用フィラメント（６）からの輻射
熱によシ、またはツイツタｙ　）　（６）から放出され
る熱電子をるつぼ（４）に衝突させること、すなわち電
子衝撃によって、るつぼ（４）内の銅（５）の蒸気圧が
０．１〜ｔｏ’ｒｏｒｒ程度になる温度（Ｌ７００’Ｃ
）に昇温する。そうすると、ノズル（４ａ）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
によシ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（１８）は、イオン化
フィラメント（９）から電子引き出し電極（１０）によ
って引き出された熱電子（１３）と衝突するため、その
一部のクラスタは、そのうちの−個の原子がイオン化さ
れてクラスタ・イオン（１７）となる。このクラスタ・
イオン（１７）は加速電極（１５）と電子引き出し電極
（１０）との間に形成された電界によシ適度に加速され
・、イオン化されていない中性クラスタ（１６）がるつ
ぼ（４）から噴射されるときの運動エネルギーで基板（
１９）に衝突するとともに基板（１９）に衝突し、これ
によ多基板（１９）上に銅薄膜が蒸着形成される。

第３図は上記の従来の薄膜蒸着装置のイオン化部におけ
る各部位および基板（！９）の電位との空間の電位分布
を示し１図中の破線は、１．０　ｋＶ　、　２．ＯｋＶ
　、・・・４．０　ｋＶ　、　４．７　ｋＶの各等電位
線を示している。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。また、二重斜線の領域は、イオン
化フィラメント（９）と同電位のメツシュ状電極（１１
）および等電位線（４，７に■）で囲まれた、熱電子が
存在しうる領域（イオン化領域）を示す。

さらに、基板（１９）の上部に、その位置におけるクラ
スタ・イオンの量を曲線（Ｂ）によシ示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような従来の薄膜蒸着装置は、第３図かられかる
ように・、イオン化部内の二重斜線のイオン化領域で生
成されたクラスタ・イオンは、当該領域内において、電
子引き出し電極とメツシュ状電極の間の電界によシ、中
性クラスタ・ビームの進行方向に垂直な面内における中
心方向に加速されるため、基板の設置位置に到達するク
ラスタ・イオンのうちで、基板の外側に到達し、薄膜形
成に寄与しないクラスタ・イオンの量（グラフにおける
斜線部分）が多いことからクラスタ・イオンの利用効率
が悪く、基板上におけるイオン分布も不均一であるなど
の問題点があった。

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、基板の外側に到達し、薄膜形成に寄与しない
クラスタ・イオンを、基板内に到達させることができ、
クラスタ・イオンの利用効率が高く、かつ基板上におけ
るイオン分布も均一にすることができる薄膜蒸着装置を
得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る薄膜蒸着装置は、メツシュ状電極を円錐
台形状または角錐台形状に形成し、その加速電極側口径
とるつぼ側口径の大きさを互いに異なるようにしたもの
である。

〔作用〕

この発明においては、イオン化領域において生成された
クラスタ・イオンが受ける、中性クラスタの進行方向に
垂直な面内における中心方向への電界の作用は小さくな
シ、基板設置位置において、基板の中心側に到達するク
ラスタ・イオンの量が増加する。これによシ、従来、基
板の外側にはずれて無駄になっていたイオンが、基板内
に到達し、蒸着に寄与することとなシ、クラスタ・イオ
ンの利用効率が高くなシ、分布も均一化する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示し、図において、第２
図および第３図と同一符号は同一の部分を示す。メツシ
ュ状電極（１１）を円錐台形状とし１、メツシュ状電極
（１１）の加速電極（１５）側口径とるつぼ（４）側口
径の大きさを異なるようにしたもので、ここでは加速電
極（１５）側口径を大きく、るつぼ（４）側口径を／Ｊ
Ｓさくした。

次に動作について説明する。この実施例においても、ク
ラスタの発生は従来のものと全く同様に行われる。した
がって、ここでは、メツシュ状電極（１１）を円錐台形
状とし、加速電極（１５）側口径が大きく、るつぼ（４
）側口径が小さい場合の、クラスタ・イオンの到達位置
の変化について説明を行う。

第１図に各部位の電位および、計算によシ求められた等
電位線を破線で示している。また、基板（１９）の上部
に、その位置におけるクラスタ・イオンの量をグラフの
曲線（Ａ）で示している。イオン化部内の二重斜線の領
域（イオン化領域）で生成されたクラスタ・イオンは、
当該領域内で電子引き出し電極（１０）からメツシュ状
電極（１１）の方向へ電界の作用を受け、基板（１９）
に向がって進行する。メツシュ状電極（１１）は中性ク
ラスタ（１６）の進行方向に対して傾いているので、イ
オン化領域内においてクラスタ・イオン（１７）は中性
クラスタ（１６）の進行方向に対して垂直な面内におけ
る中心方向へ受ける力が弱くなる。これによシ、基板（
１９）の設置位置に到達するクラスタ・イオン（１７）
の量は、基板（１９）の外側において減少し、基板（１
９）上において増加するので、クラスタ・イオンの利用
効率は高くな９１分布も均一化する。

なお、電子引き出し電極（１０）も、メツシュ状電極に
沿った円錐台形状としてもよい。

上記実施例では、メツシュ状電極（１１）を、加速電極
（１５）側口径を大きく、るつぼ（４）側口径を小さく
した場合を示したが、加速電極（１５）側口径を小さく
、るっぽ（４）側口径を大きくしても、クラスタ・イオ
ンの横方向の引き出しエネルギーを弱めることができる
ので同様の効果がある。

また、上記実施例では、メツシュ状１￥極（１１）を円
錐台形状としたが、口径が多角形の角錐台形状としても
よい。

さらに、上記実施例では、るつぼ（４）を電子ボンバー
ド加熱してクラスタを発生させるクラスタ・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（Ｓ
ｉＨ４）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〕

以上のように、この発明によれば、メツシュ状電極を円
錐台形状または角錐台形状とし、加速電極側口径とるつ
ぼ側口径の大きさを互いに異ならしめたことによシ、ク
ラスタ・イオンが受ける、中性クラスタ・ビームの進行
方向に垂直な面内における中心方向の電界の作用は小さ
くなシ、基板の設置位置に到達するクラスタ・イオンの
量は、基板の外側において減少し、基板上において増加
する。これによシ、クラスタ・イオンの利用効率が高く
、また、分布が均一な薄膜が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の要部および電位分布を示
す正断面図、第２図、第３図は従来の薄膜蒸着装置を示
し、第２図は正断面図、第３図は要部および電位分布を
示す正断面図である。 （１）・・真空槽、（４）・・るつぼ、（５）・・蒸着
物質、（８）・・蒸気発生源、（９）・・イオン化フィ
ラメント、（１０）−・電子引き出し電極、（１１）・
・メツシュ状電極、（１３）・・熱電子、（１５）・・
加速電極、（１６）・・中性クラスタ、（１７）・・ク
ラスタ・イオン、（１９）・・基板。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 １Ｎ開昭６３−３０７２６３（５） 第３図　。 ＩＩＩＩｌｌｌ ハ い 区 １い い 星 １、。。ｇｖ　　　、、Ｊ、５″′ ６ｔ 、ＯＫ、　　　　　３．ＯＫｖ　１５（ＯＫｖ）〜 −−−４，７Ｋｖ　　　５ＫＶ） 、、　　　　　　　９Ｃ４，７ＫＶ） Ｌ’ｌ　　　’　”　＋（４，７，７，２（４，７Ｋｖ
） Ａ　（’＋ＫＶ　）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空槽と、この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
   生源と、上記クラスタをイオン化するための熱電子を放
   出するイオン化フィラメントと、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と、この電子引
   き出し電極に関してイオン化部の中心側に設置されたメ
   ッシュ状電極と、イオン化されたクラスタ・イオンを加
   速し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とを備えた薄
   膜蒸着装置において、上記加速電極側口径と上記るつぼ
   側口径の大きさが互いに異なる円錐台形状および角錐台
   形状のいずれかでなる前記メッシュ状電極を備えてなる
   ことを特徴とする薄膜蒸着装置。
2. （２）加速電極側口径とるつぼ側口径の大きさが互いに
   異なる円錐台形状および角錐台形状のいずれかでなる電
   子引き出し電極を備えた特許請求の範囲第１項記載の薄
   膜蒸着装置。