JP2003027222A - Vacuum deposition system - Google Patents

Vacuum deposition system

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JP2003027222A
JP2003027222A JP2001210661A JP2001210661A JP2003027222A JP 2003027222 A JP2003027222 A JP 2003027222A JP 2001210661 A JP2001210661 A JP 2001210661A JP 2001210661 A JP2001210661 A JP 2001210661A JP 2003027222 A JP2003027222 A JP 2003027222A
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JP
Japan
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base material
film
cluster
power supply
vacuum
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Withdrawn
Application number
JP2001210661A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Kamiya
一夫 上谷
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Shinmaywa Industries Ltd
Original Assignee
Shin Meiva Industry Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum deposition system which is capable of forming a dense and high-quality film to a large area on a base material. SOLUTION: A cluster evaporation source 3 is used as an evaporation source for evaporating the raw material of the film. Electric power is supplied into a chamber 2 through a base material holder 5 for holding the base material 15 from a rear surface side, by which the clusters spouted from the cluster evaporation source 3 are cluster ionized and the film is formed on the base material 15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、膜の原料を蒸発さ
せる蒸発源としてクラスター蒸発源を備える真空成膜装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum film forming apparatus having a cluster evaporation source as an evaporation source for evaporating a film raw material.

【0002】[0002]

【従来の技術】クラスターイオンビームを用いる成膜の
方式が従来より知られている。図4は、このクラスター
イオンビームによる成膜を行い得る真空成膜装置20の
概略を示す図である。
2. Description of the Related Art A film forming method using a cluster ion beam has been conventionally known. FIG. 4 is a diagram schematically showing a vacuum film forming apparatus 20 capable of forming a film by the cluster ion beam.

【0003】図4に示される真空成膜装置20は、成膜
される基材25が基材ホルダ21によって真空チャンバ
22内の上部に保持され、真空チャンバ22内の下部に
は基材ホルダと対向するようにクラスター蒸発源23が
配置されている。
In the vacuum film forming apparatus 20 shown in FIG. 4, a base material 25 on which a film is to be formed is held by a base material holder 21 in an upper part of a vacuum chamber 22, and a base material holder is provided in a lower part of the vacuum chamber 22. The cluster evaporation sources 23 are arranged so as to face each other.

【0004】クラスター蒸発源23は、ルツボ26に蓄
えられる膜の原料物質を蒸発させるとともに、膜の原料
物質の原子又は分子の塊状集団であるクラスターを基材
25が配置される上方に向かって噴出させる。そして、
クラスター蒸発源23より噴出されたクラスター29が
イオン化電極27の配置される領域を通過することによ
りイオン化され、クラスターイオンが生成される。
The cluster evaporation source 23 evaporates the raw material of the film stored in the crucible 26 and ejects clusters, which are agglomerates of atoms or molecules of the raw material of the film, toward the upper side where the base material 25 is arranged. Let And
The cluster 29 ejected from the cluster evaporation source 23 is ionized by passing through the region where the ionization electrode 27 is arranged, and cluster ions are generated.

【0005】そして、上記クラスターイオンは、基材2
5に対する手前側に配置される加速電極28を介して印
加される電界により基材25に向かって加速され基材に
射突する。これにより、クラスターイオンを用いた基材
25への成膜が行われる。
The above-mentioned cluster ions are added to the base material 2
5 is accelerated toward the base material 25 by the electric field applied through the accelerating electrode 28 arranged on the front side with respect to 5, and hits the base material. As a result, a film is formed on the base material 25 using the cluster ions.

【0006】かかるクラスターイオンビームを用いて成
膜すると、膜の原料物質の原子又は分子の基材25上で
の表面拡散が促進され、高品質の膜を形成することがで
きる。
When a film is formed by using such a cluster ion beam, surface diffusion of atoms or molecules of the raw material of the film on the base material 25 is promoted and a high quality film can be formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記クラスタ
ーイオンビームにより成膜する場合、以上に説明したよ
うに、成膜を行うための装置において、真空チャンバ2
2内における基材25とクラスター蒸発源23との間の
空間に、イオン化電極27及び加速電極28を配置する
必要があった。そのため、空間的に制約のある真空チャ
ンバ22内の蒸発源23と基材25との間に、イオン化
電極27及び加速電極28を設けるためのスペースを確
保する必要があった。
However, when a film is formed by the above cluster ion beam, the vacuum chamber 2 is used in the apparatus for forming the film as described above.
It was necessary to dispose the ionization electrode 27 and the acceleration electrode 28 in the space between the base material 25 and the cluster evaporation source 23 in 2. Therefore, it is necessary to secure a space for providing the ionization electrode 27 and the acceleration electrode 28 between the evaporation source 23 and the base material 25 in the vacuum chamber 22 which is spatially restricted.

【0008】また、これら電極27、28を所要の位置
に配置すると、基材25に対するこれら電極27、28
の位置の関係により、基材25上における成膜できる面
積が限られたものとなっていた。
When these electrodes 27, 28 are arranged at required positions, the electrodes 27, 28 with respect to the base material 25 are arranged.
Due to the positional relationship, the area where the film can be formed on the base material 25 is limited.

【0009】一方、近年では、各種デバイス用等の基材
に、その多機能化を図る等の観点から大面積で成膜でき
ることが望まれる。
On the other hand, in recent years, it has been desired that a large-area film can be formed on a base material for various devices and the like from the viewpoint of increasing its functionality.

【0010】そこで、本発明は、膜の原料を蒸発させる
蒸発源として前記クラスター蒸発源を用いるとともに、
真空チャンバ内に前記イオン化電極27及び加速電極2
8を設けることに伴う空間的な制約を受けることなく、
基材25上に大面積で成膜することができる真空成膜装
置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention uses the cluster evaporation source as an evaporation source for evaporating the raw material of the film, and
The ionization electrode 27 and the acceleration electrode 2 are placed in the vacuum chamber.
Without being restricted by the space associated with the provision of 8,
An object of the present invention is to provide a vacuum film forming apparatus capable of forming a large area film on a substrate 25.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、膜が形成される基材が内部の空間に配置
される真空チャンバと、前記基材を該基材の成膜対象と
なる表面に対する背面側から保持する基材ホルダと、前
記真空チャンバ内に前記基材に対向するように配置さ
れ、前記膜の原料物質の原子又は分子の塊状集団である
クラスターを噴出させるクラスター蒸発源と、前記真空
チャンバ内における前記基材に対する背面側に配置され
た電力供給用電極と、前記電力供給用電極を介して真空
チャンバ内に少なくとも高周波電力を供給する電源ユニ
ットとを備え、前記電源ユニットより出力された電力を
真空チャンバ内に供給して前記クラスター蒸発源より噴
出したクラスターをイオン化させてクラスターイオンと
するとともに、該クラスターイオンを基材に作用させて
成膜するように構成された真空成膜装置である(請求項
1)。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vacuum chamber in which a base material on which a film is formed is placed in an internal space, and the base material for forming a film on the base material. A substrate holder that holds the substrate from the back side with respect to the surface that is to be formed, and cluster evaporation that is arranged in the vacuum chamber so as to face the substrate and that ejects clusters, which are clusters of atoms or molecules of the raw material of the film. A power supply unit, a power supply electrode arranged on the back side of the substrate in the vacuum chamber, and a power supply unit for supplying at least high-frequency power into the vacuum chamber via the power supply electrode, The electric power output from the unit is supplied into the vacuum chamber to ionize the clusters ejected from the cluster evaporation source to form cluster ions, and A vacuum film forming apparatus that is configured to deposited by applying to a substrate a Taion (claim 1).

【0012】本発明の真空成膜装置によると、クラスタ
ーイオンにより成膜するので、基材に対する損傷を低減
させることができ、また緻密に形成された高品質の膜を
得ることができる。そして、かかる膜を得るにあたっ
て、クラスターイオンを生成させるにあたって、クラス
ター蒸発源と基材との間にイオン化電極や加速電極を配
置する必要がないので、これらを設けることに伴う基材
上の成膜可能な面積が制約を受けるということがなく、
大きな面積で成膜することができる。
According to the vacuum film forming apparatus of the present invention, since the film is formed by the cluster ions, it is possible to reduce the damage to the base material and to obtain the densely formed high quality film. In order to obtain such a film, it is not necessary to dispose an ionization electrode or an acceleration electrode between the cluster evaporation source and the base material in order to generate cluster ions. There is no restriction on the possible area,
It is possible to form a film in a large area.

【0013】また、基材に作用させるクラスターイオン
を生成させるにあたり、基材に対する背面側に配置した
電力供給用電極を介して電力を供給するので、所要のク
ラスターイオンを得るための条件の調整を容易にでき
る。
Further, in generating the cluster ions to act on the base material, since electric power is supplied through the power supply electrode arranged on the back side of the base material, the conditions for obtaining the required cluster ions must be adjusted. You can easily.

【0014】ここで、上記クラスターとは、膜の原料物
質の数百から数千の原子又は分子が、分子間力等で弱く
結合した集団である。
Here, the above-mentioned cluster is a group in which hundreds to thousands of atoms or molecules of the raw material of the film are weakly bonded by intermolecular force or the like.

【0015】また、クラスターイオンとは、前記クラス
ターに一定のエネルギーが与えられることによってイオ
ン化して正帯電しているものである。
The cluster ions are those that are ionized and positively charged by applying a certain energy to the clusters.

【0016】また、上記真空成膜装置について、前記基
材ホルダを導電性の材質により形成し、該基材ホルダを
電力供給用電極としても機能するように形成することが
できる(請求項2)。これにより、前記基材ホルダが電
力供給用電極と兼用されるので、真空チャンバ内におけ
る構造をさらにコンパクトにすることができる。また、
基材に作用させるクラスターイオンを生成させる電力
を、基材を背面側から保持する基材ホルダによって供給
できるので、所要のクラスターイオンを得るための条件
の調整をさらに容易にすることができる。
Further, in the vacuum film forming apparatus, the base material holder may be formed of a conductive material, and the base material holder may be formed so as to function also as an electrode for power supply (claim 2). . As a result, the base material holder is also used as the power supply electrode, so that the structure in the vacuum chamber can be made more compact. Also,
Since electric power for generating cluster ions that act on the base material can be supplied by the base material holder that holds the base material from the back side, it is possible to further easily adjust the conditions for obtaining the required cluster ions.

【0017】また、以上の真空成膜装置について、前記
電源ユニットを直流電力も供給できるように構成するこ
とができる(請求項3)。これにより、前記クラスター
イオンを基材に向かってより有効に加速させることがで
き、より緻密な膜に形成することが可能となり、膜の品
質を高めることができる。
Further, in the above vacuum film forming apparatus, the power supply unit can also be configured to be able to supply DC power (claim 3). As a result, the cluster ions can be more effectively accelerated toward the base material, and a denser film can be formed, and the film quality can be improved.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の真空成膜装置の実施形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the vacuum film forming apparatus of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1は、本発明の一実施形態である真空成
膜装置1の模式図であり、成膜装置1の構成の概略を示
している。真空成膜装置1は、成膜される基材15が内
部の空間に配置される真空チャンバ2を備えている。真
空チャンバ2の内部の空間は、特に図示されない真空ポ
ンプにより排気口14を介して排気され、成膜上の所要
の真空雰囲気とされる。
FIG. 1 is a schematic diagram of a vacuum film forming apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, and shows a schematic structure of the film forming apparatus 1. The vacuum film forming apparatus 1 includes a vacuum chamber 2 in which a substrate 15 on which a film is formed is arranged in an internal space. The space inside the vacuum chamber 2 is evacuated through a gas exhaust port 14 by a vacuum pump (not shown) to create a required vacuum atmosphere for film formation.

【0020】また、真空チャンバ2には第一のガス供給
口13a、第二のガス供給口13bが設けられている。
そして、第一のガス供給口13aを介してアルゴン等の
不活性ガスをチャンバ2内に供給できるようにされてお
り、第二のガス供給口13bを介して酸素や窒素等の反
応性ガスをチャンバ2内に供給できるようにされてい
る。そして、第一のガス供給口13a、第二のガス供給
口13bは、各々に特に図示しないガスボンベにより上
記ガスが所要の圧力として供給されるようにされてい
る。
The vacuum chamber 2 is also provided with a first gas supply port 13a and a second gas supply port 13b.
Then, an inert gas such as argon can be supplied into the chamber 2 through the first gas supply port 13a, and a reactive gas such as oxygen or nitrogen can be supplied through the second gas supply port 13b. It can be supplied into the chamber 2. The first gas supply port 13a and the second gas supply port 13b are each supplied with the above-mentioned gas at a required pressure by a gas cylinder (not shown).

【0021】前記第一のガス供給口13aを介して供給
される不活性ガスは真空チャンバ2内にプラズマを生成
させるための媒質とされ、第二のガス供給口13bを介
して供給される反応性ガスは膜の原料として用いられ
る。
The inert gas supplied through the first gas supply port 13a is used as a medium for generating plasma in the vacuum chamber 2, and the reaction is supplied through the second gas supply port 13b. The characteristic gas is used as a raw material for the film.

【0022】なお、真空チャンバ2内の真空雰囲気とし
て、チャンバ2内の平均自由工程が蒸発源から基板間の
距離よりも長くなる圧力となるように保つのが好まし
い。チャンバ2内の圧力がそれ以上となると、後に説明
するクラスター同士やクラスターと他のガス媒質との衝
突が多くなることにより、基材15に向かって有効に入
射するクラスターイオンが減少するからである。
The vacuum atmosphere in the vacuum chamber 2 is preferably maintained so that the mean free path in the chamber 2 becomes a pressure longer than the distance between the evaporation source and the substrate. This is because when the pressure in the chamber 2 becomes higher than that, the number of collisions between clusters described later and between clusters and another gas medium increases, so that the number of cluster ions effectively incident on the base material 15 decreases. .

【0023】真空チャンバ2内の下部には、クラスター
蒸発源3が配置されている。クラスター蒸発源3は、ル
ツボ6と該ルツボ6の外周に沿ってコイル状に配設され
たボンバードフィラメント7を備えている。
A cluster evaporation source 3 is arranged in the lower part of the vacuum chamber 2. The cluster evaporation source 3 includes a crucible 6 and a bombarded filament 7 arranged in a coil shape along the outer circumference of the crucible 6.

【0024】ルツボ6は、内部に膜の原料物質を保持で
きる構造にされている。ルツボ6は、高温に加熱できる
ようにカーボン(炭素C)などで形成することができ
る。また、ルツボ6の上端面には小孔により形成された
ノズル6aが中央に設けられており、後に説明するよう
にルツボ6内に充満した蒸気をノズル6aより真空雰囲
気へと噴出させ得るようにされている。
The crucible 6 has a structure capable of holding the raw material of the film inside. The crucible 6 can be formed of carbon (carbon C) or the like so that it can be heated to a high temperature. Further, a nozzle 6a formed by a small hole is provided in the center on the upper end surface of the crucible 6, so that the vapor filled in the crucible 6 can be ejected from the nozzle 6a into a vacuum atmosphere as described later. Has been done.

【0025】ボンバードフィラメント7は、特に図示し
ない加熱用電源と電気的に接続されており、前記加熱用
電源より電力を供給されて加熱されると内側のルツボ6
に向かって電子を放射できるようにされている。
The bombarded filament 7 is electrically connected to a heating power source (not shown), and when heated by being supplied with power from the heating power source, the crucible 6 inside is heated.
It is designed to be able to emit electrons toward.

【0026】次に、図2を参酌しつつ、クラスター蒸発
源3よりクラスター12が放出される原理について説明
する。上記説明したように、ボンバードフィラメント7
が加熱されると、ボンバードフィラメント7より電子
(e‐)が放出され、この電子がルツボ6に衝突するこ
とによってルツボ6が加熱される。
Next, the principle of discharging the clusters 12 from the cluster evaporation source 3 will be described with reference to FIG. As described above, the bombarded filament 7
When is heated, electrons (e-) are emitted from the bombarded filament 7, and the electrons collide with the crucible 6 to heat the crucible 6.

【0027】ルツボ6が加熱されると、ルツボ6内に保
持される膜の原料物質が加熱されることにより蒸発し始
める。そして、蒸発した膜の原料物質はルツボ6内の上
部の限られた空間に滞留して高圧蒸気が形成されるが、
この高圧蒸気が一定圧以上となるとルツボ6のノズル6
aより真空雰囲気中に噴出する。
When the crucible 6 is heated, the raw material of the film held in the crucible 6 is heated and starts to evaporate. Then, the vaporized raw material of the film stays in the limited space above the crucible 6 to form high-pressure vapor.
When this high-pressure steam exceeds a certain pressure, the nozzle 6 of the crucible 6
Eject from a into a vacuum atmosphere.

【0028】そして、前記蒸気化した膜の原料物質がノ
ズル6aより真空雰囲気中に噴出すると、断熱膨張過程
で冷却されることにより、膜の原料物質の数百から数千
の原子又は分子が分子間力等で弱く結合した集団である
クラスター12が形成される。
When the vaporized raw material of the film is ejected from the nozzle 6a into the vacuum atmosphere, it is cooled in the adiabatic expansion process, and several hundred to several thousand atoms or molecules of the raw material of the film are converted into molecules. A cluster 12 is formed, which is a group that is weakly coupled by an inter-force or the like.

【0029】真空チャンバ2内の上部には、成膜される
基材15を、該基材15の成膜対象となる表面に対する
背面側から保持するための基材ホルダ5が配設されてい
る。また、この例では、基材ホルダ5は、導電性の材質
により形成されており、これを介して真空チャンバ2内
に電力を供給する電力供給用電極としても機能させ得る
よう形成されている。
A substrate holder 5 for holding the substrate 15 on which a film is to be formed from the back side of the surface of the substrate 15 on which the film is to be formed is arranged in the upper part of the vacuum chamber 2. . In addition, in this example, the base material holder 5 is formed of a conductive material, and is formed so as to also function as a power supply electrode for supplying power to the vacuum chamber 2 through the base material holder 5.

【0030】また、基材ホルダ5には、基材15を回転
させながら成膜できるように回転駆動される回転軸が設
けられている。即ち、基材ホルダ5は、特に図示しない
モータ等の回転駆動手段により、回転軸の軸回りに回転
駆動されるようにされている。
Further, the base material holder 5 is provided with a rotary shaft that is rotationally driven so that a film can be formed while rotating the base material 15. That is, the base material holder 5 is rotatably driven about the axis of the rotation shaft by a rotation driving means such as a motor (not shown).

【0031】そして、基材ホルダ5は、その回転する回
転軸に接触しつつ電力の伝達が可能な機構を介して、後
に説明する電源ユニット10からの電力を供給できるよ
うにされている。
The base material holder 5 is adapted to be capable of supplying electric power from a power supply unit 10 described later through a mechanism capable of transmitting electric power while being in contact with its rotating shaft.

【0032】電源ユニット10は、前記クラスター蒸発
源3より上方に噴出されたクラスター12をイオン化さ
せてクラスターイオンにするとともに、該クラスターイ
オンを基材15に向かって電界により加速させるための
電力を供給する。
The power supply unit 10 ionizes the clusters 12 ejected above the cluster evaporation source 3 into cluster ions and supplies electric power for accelerating the cluster ions toward the base material 15 by an electric field. To do.

【0033】電源ユニット10は、高周波電力を出力す
る高周波電源(RF)8と直流電力を出力する直流電源
(DC)9を備えている。高周波電源8は、マッチング
ボックス(MB)11と特に図示しない直流ブロッキン
グコンデンサとを介して基材ホルダ5に電力を伝達する
ように、基材ホルダ5と電気的に接続される。また、直
流電源9は、特に図示しないチョークコイルを介して基
材ホルダ5と電気的に接続される。
The power supply unit 10 includes a high frequency power supply (RF) 8 which outputs high frequency power and a direct current power supply (DC) 9 which outputs direct current power. The high frequency power supply 8 is electrically connected to the base material holder 5 so as to transmit electric power to the base material holder 5 via a matching box (MB) 11 and a DC blocking capacitor (not shown). The DC power supply 9 is electrically connected to the base material holder 5 via a choke coil (not shown).

【0034】上記マッチングボックス11は、高周波電
源8のインピーダンスとチャンバ2側のインピーダンス
とをマッチングさせるべくマッチング動作する。このマ
ッチングボックス11内の回路は、図3に示すように、
例えば可変コンデンサC1、C2及びチョークコイルL
1からなる周知のものである。
The matching box 11 performs a matching operation to match the impedance of the high frequency power source 8 and the impedance of the chamber 2 side. The circuit in this matching box 11 is, as shown in FIG.
For example, variable capacitors C1 and C2 and choke coil L
1 is a well-known one.

【0035】また、高周波電源8及び直流電源9とチャ
ンバ2側とを接続するにあたり、導電性材料で形成され
るチャンバ2が接地されるとともに、高周波電源8の出
力端子のうち基材ホルダ5側に対する他方側が接地され
る。また、直流電源9は、基材ホルダ5側が負極とな
り、他方側が接地される接続とされる。
When the high frequency power source 8 and the direct current power source 9 are connected to the chamber 2 side, the chamber 2 made of a conductive material is grounded, and the output terminal of the high frequency power source 8 is closer to the substrate holder 5 side. The other side to is grounded. The DC power supply 9 is connected such that the base material holder 5 side is a negative electrode and the other side is grounded.

【0036】なお、上記基材ホルダ5を回転手段により
回転駆動しつつ電源ユニット10により電力を供給する
ための構造については、従来のイオンプレティーングに
基づく真空成膜装置で用いられる各種の公知の技術(例
えば、特公平1−48347号等参照)を適用すること
ができる。
Regarding the structure for supplying electric power from the power supply unit 10 while rotating the base material holder 5 by the rotating means, various publicly known devices used in the conventional vacuum film forming apparatus based on ion pre-plating. (For example, see Japanese Patent Publication No. 1-48347) can be applied.

【0037】上記クラスター蒸発源3よりクラスターを
噴出させた状態で、上記電源ユニット10を動作させて
真空チャンバ2内に高周波電力及び直流電力を供給する
と、前記クラスターをクラスターイオン化させるととも
に、該クラスターイオンを基材15に作用させて成膜す
ることができる。
When the power source unit 10 is operated to supply high frequency power and DC power into the vacuum chamber 2 while the cluster is being ejected from the cluster evaporation source 3, the cluster is ionized and the cluster ion is generated. Can be applied to the base material 15 to form a film.

【0038】即ち、真空チャンバ2内に高周波電力を供
給すると、高周波電界によって前記クラスターを励起し
又はプラズマ化させることができ、クラスターイオンを
生成させることができる。
That is, when high-frequency power is supplied to the vacuum chamber 2, the high-frequency electric field excites the clusters or turns them into plasma, and cluster ions can be generated.

【0039】そして、生成したクラスターイオンは直流
電力の供給に伴う直流電界によって基材15に向かって
加速される。基材15に入射したクラスターイオンが基
材15上においてクラスターの構成原子又は分子に分解
されて拡散し、基材15上に膜が形成される。
Then, the generated cluster ions are accelerated toward the base material 15 by the DC electric field accompanying the supply of DC power. The cluster ions incident on the base material 15 are decomposed into constituent atoms or molecules of clusters on the base material 15 and diffused, and a film is formed on the base material 15.

【0040】また、この成膜装置1において、クラスタ
ーイオンを生成させるにあたり以下のようにすることも
できる。即ち、第一のガス供給口13aより所要のガス
圧力とされた不活性ガスを供給する。そして、電源ユニ
ット10を動作させ、前記不活性ガスを媒質とするプラ
ズマをチャンバ2内に生成させる。
Further, in the film forming apparatus 1, the following can be carried out when generating cluster ions. That is, the inert gas having the required gas pressure is supplied from the first gas supply port 13a. Then, the power supply unit 10 is operated to generate plasma using the inert gas as a medium in the chamber 2.

【0041】そして、チャンバ2内に前記不活性ガスの
プラズマを生成させるとともに、クラスター蒸発源3よ
りクラスターを噴出させると、膜の原料物質からなるク
ラスターイオンを生成させることができる。
Then, when the plasma of the inert gas is generated in the chamber 2 and the clusters are ejected from the cluster evaporation source 3, cluster ions made of the raw material of the film can be generated.

【0042】また、この成膜装置1において、前記第二
のガス供給口13bより反応ガスを供給しつつ、クラス
ターイオンを生成させることもできる。即ち、クラスタ
ー蒸発源3よりクラスターを噴出させつつ、第二のガス
供給口13bより所要の圧力とされた反応ガスを供給
し、電源ユニット10を動作させる。
Further, in this film forming apparatus 1, it is possible to generate the cluster ions while supplying the reaction gas from the second gas supply port 13b. That is, while ejecting the cluster from the cluster evaporation source 3, the reaction gas at a required pressure is supplied from the second gas supply port 13b to operate the power supply unit 10.

【0043】これにより、反応ガスをプラズマ化又は励
起することができ、該プラズマ化等された反応ガスによ
ってクラスターをイオン化させ、クラスターイオンを生
成させることもできる。そして、このように、反応ガス
が供給される場合には、クラスターイオンとなった膜の
原料物質が基材15上に析出して膜が形成されるととも
に、反応ガスに含まれる元素も基材15上に析出して膜
を形成することになる。
As a result, the reaction gas can be turned into plasma or excited, and the reaction gas that has been turned into plasma can be used to ionize the clusters to generate cluster ions. When the reaction gas is thus supplied, the raw material of the film that has become the cluster ions is deposited on the base material 15 to form a film, and the elements contained in the reaction gas are also added to the base material. A film is formed by depositing on 15.

【0044】以上に説明したように、真空チャンバ2内
に不活性ガスや反応ガス等のプラズマを生成し、このプ
ラズマによってクラスターを励起させるようにすると、
クラスターイオンを効率良く生成させることができる。
As described above, when plasma such as an inert gas or a reaction gas is generated in the vacuum chamber 2 and the plasma excites the clusters,
Cluster ions can be efficiently generated.

【0045】なお、以上に説明した電源ユニット10に
関して、クラスターイオンを生成させて成膜するにあた
っては、少なくとも高周波電力を出力できれば十分であ
り、直流電源9は必ずしも必要ではない。
With respect to the power supply unit 10 described above, it is sufficient that at least high frequency power can be output when the cluster ions are generated and the film is formed, and the DC power supply 9 is not always necessary.

【0046】即ち、チャンバ2内に高周波電力を供給し
て正帯電したクラスターイオンを生成させると、該クラ
スターイオンを基材15に向かって加速させることは可
能であるので、成膜することが可能であるからである。
これは、正帯電したクラスターイオンを高周波電界中に
存在させると、いわゆる自己バイアスに伴う直流電界が
形成され、基材15に向かって加速できることによる。
That is, when high-frequency power is supplied into the chamber 2 to generate positively charged cluster ions, the cluster ions can be accelerated toward the base material 15, so that a film can be formed. Because it is.
This is because, when positively charged cluster ions are present in the high frequency electric field, a direct current electric field is formed due to so-called self-bias, and can be accelerated toward the base material 15.

【0047】ただし、上記直流電源9により直流電力を
も供給するようにすると、クラスターイオンを基材15
に向かってより有効に加速させることができ、より緻密
な膜に形成することが可能となり、膜の品質を高めるこ
とはできる。
However, if DC power is also supplied from the DC power supply 9, the cluster ions are added to the base material 15.
It is possible to accelerate more effectively toward, and it becomes possible to form a denser film, and the quality of the film can be improved.

【0048】以上に説明した上記成膜装置1により成膜
を行うと、以下の意義を奏することができる。真空成膜
装置1によると、帯電した粒子状の物質を基材15に入
射させて成膜するにあたり、クラスターイオンを用いる
ので、基材15の損傷を低減させることができるととも
に、緻密に形成された高品質の膜を得ることができる。
When the film is formed by the above-described film forming apparatus 1, the following meanings can be achieved. According to the vacuum film forming apparatus 1, since the cluster ions are used for making the charged particulate matter incident on the base material 15 to form a film, damage to the base material 15 can be reduced and the base material 15 can be formed densely. A high quality film can be obtained.

【0049】即ち、真空成膜装置1によりクラスターイ
オンを用いて成膜すると、該クラスターイオンの生成に
際してクラスター単位で電荷を保持することになるの
で、クラスターを構成する個々の粒子が保有するエネル
ギーを小さくでき、クラスターイオンが基材15に入射
する際の衝撃を低減させて基材15の損傷を低減するこ
とができる。
That is, when a film is formed by using the cluster ion by the vacuum film forming apparatus 1, the electric charge is held in the cluster unit when the cluster ion is generated, and therefore, the energy held by each particle constituting the cluster is The size can be reduced, and the impact when cluster ions are incident on the base material 15 can be reduced to reduce damage to the base material 15.

【0050】また、クラスターを構成する原子又は分子
は基材15上で拡散し易く、緻密な膜に形成することが
でき膜の品質を高めることができる。
Further, the atoms or molecules forming the clusters are easily diffused on the base material 15, so that a dense film can be formed and the film quality can be improved.

【0051】一方、帯電した粒子を基材に入射させて成
膜を行う従来のイオンプレーティングに基づく真空成膜
装置にあっては、真空チャンバ内に膜の原料物質のプラ
ズマを生成させ、主にプラズマを構成する各原子又は分
子単位で基材に入射させて膜を形成する。そして、従来
のイオンプレーティングに基づく真空成膜装置では、プ
ラズマの生成に際して、主に膜の原料物質を構成する原
子又は分子の単位で電荷を保持するように生成される。
On the other hand, in a conventional vacuum film forming apparatus based on ion plating in which charged particles are incident on a base material to form a film, plasma of a raw material of the film is generated in a vacuum chamber, and Then, a film is formed by injecting into the base material in units of atoms or molecules constituting plasma. Then, in the conventional vacuum film forming apparatus based on ion plating, when plasma is generated, it is generated so as to hold electric charges mainly in units of atoms or molecules that form the raw material of the film.

【0052】従って、従来のイオンプレーティングに基
づく真空成膜装置では、上記原子単位又は分子単位で電
荷を保持するように生成された、個々にエネルギーの高
い粒子を基材に入射させて成膜することになる。そのた
め、クラスター蒸発源を用いた場合よりも基材に入射す
る粒子の1つあたりのエネルギーが高くなり、基材に与
える衝撃が大きく基材が損傷を受けやすくなる。また、
粒子のエネルギーが大きいと、基材上で拡散させ難く、
膜の緻密性を高め難い。
Therefore, in the conventional vacuum film-forming apparatus based on ion plating, individual high-energy particles generated so as to hold charges in atomic units or molecular units are incident on the substrate to form a film. Will be done. Therefore, the energy per particle entering the base material is higher than that in the case of using the cluster evaporation source, the impact given to the base material is large, and the base material is easily damaged. Also,
If the energy of the particles is large, it is difficult to diffuse them on the substrate,
It is difficult to increase the film compactness.

【0053】本発明の真空成膜装置1のように、前記ク
ラスターイオンを基材15に作用させて成膜すると、原
子単位又は分子単位あたりの粒子のエネルギーを相対的
に低くすることができる。これにより、以上に説明した
ように、基材15の損傷を軽減できるとともに、得られ
る膜の品質を高めることもできる。
When the cluster ions are made to act on the base material 15 to form a film as in the vacuum film forming apparatus 1 of the present invention, the energy of particles per atomic unit or molecular unit can be made relatively low. Thereby, as described above, damage to the base material 15 can be reduced and the quality of the obtained film can be improved.

【0054】また、本発明の真空成膜装置1によると、
以上に説明したクラスターイオンを生成させて成膜を行
うにあたり、クラスターをイオン化させるためのイオン
化電極やクラスターイオンを基材に向かって加速させる
ための加速電極を、基材とクラスター蒸発源との間に特
別に設ける必要がない。即ち、本発明の真空成膜装置1
によると、基材ホルダ5を介して真空チャンバ2内に電
力を供給することによってクラスターイオンを生成させ
るとともに、該クラスターイオンによる成膜を行える。
Further, according to the vacuum film forming apparatus 1 of the present invention,
When the above-described cluster ions are generated to form a film, an ionization electrode for ionizing the clusters and an acceleration electrode for accelerating the cluster ions toward the base material are provided between the base material and the cluster evaporation source. There is no need to specially install it. That is, the vacuum film forming apparatus 1 of the present invention
According to the above, by supplying electric power into the vacuum chamber 2 through the base material holder 5, cluster ions can be generated and a film can be formed by the cluster ions.

【0055】これにより、クラスター蒸発源と基材との
間にイオン化電極や加速電極を特別に設ける必要がな
く、これらの電極を設けることに伴う成膜可能な面積の
制約を受けることがないので、基材上に大きな面積で成
膜することができる。
As a result, there is no need to specially provide an ionization electrode or an acceleration electrode between the cluster evaporation source and the base material, and there is no restriction on the film formation area due to the provision of these electrodes. A large area can be formed on the substrate.

【0056】また、本発明の真空成膜装置1によると、
基材15に向かって作用させるクラスターイオンを生成
させるにあたり、基材15を背面側から保持する基材ホ
ルダ5を介して電力を供給するので、所要のクラスター
イオンを得るための条件の調整を容易にできる。
According to the vacuum film forming apparatus 1 of the present invention,
When generating the cluster ions that act toward the base material 15, electric power is supplied through the base material holder 5 that holds the base material 15 from the back side, so that it is easy to adjust the conditions for obtaining the required cluster ions. You can

【0057】なお、以上の説明では、真空チャンバ内に
クラスターイオンを生成させる電力を供給するための電
力供給用電極を基材ホルダ5により兼用する例を挙げて
説明したが、基材ホルダと電力供給用電極を分離して設
けることもできる。
In the above description, an example in which the base material holder 5 also serves as an electric power supply electrode for supplying electric power for generating cluster ions in the vacuum chamber has been described. The supply electrode may be provided separately.

【0058】電力供給用電極が基材ホルダから分離して
設けられる場合についても、電力供給用電極は、真空チ
ャンバ内における基材に対する背面側に基材ホルダと空
間的に干渉することなく、真空チャンバ内に所要の電力
を供給できるよう設けられる。
Even in the case where the power supply electrode is provided separately from the base material holder, the power supply electrode does not spatially interfere with the base material holder on the back surface side of the base material in the vacuum chamber, and the power supply electrode is vacuumized. It is provided so that the required electric power can be supplied to the chamber.

【0059】このように、電力供給用電極を基材ホルダ
から分離して設ける場合であっても、イオン化電極や加
速電極を基材とクラスター蒸発源との間に設ける必要が
ないので、基材上に成膜する面積を大きくとることが可
能である。
As described above, even when the power supply electrode is provided separately from the base material holder, it is not necessary to provide an ionization electrode or an acceleration electrode between the base material and the cluster evaporation source. It is possible to take a large area for forming a film on top.

【0060】また、電力供給用電極を基材ホルダから分
離して設ける場合であっても、基材に向かって作用させ
るクラスターイオンを生成させるにあたり、基材に対す
る背面側に配置される電力供給用電極を介して電力を供
給するので、所要のクラスターイオンを得るための条件
の調整を容易にできる。
Even when the power supply electrode is provided separately from the base material holder, the power supply electrode arranged on the back side of the base material is used to generate the cluster ions to act on the base material. Since electric power is supplied through the electrodes, it is possible to easily adjust the conditions for obtaining the required cluster ions.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明の真空成膜装置によると、以上に
説明したように、クラスターイオンを用いて成膜するこ
とにより緻密で品質の高い膜を得ることができるととも
に、基材上に大きな面積で成膜できるという効果を奏す
る。
As described above, according to the vacuum film forming apparatus of the present invention, it is possible to obtain a dense and high-quality film by using cluster ions and to form a large film on the substrate. This has the effect of forming a film in an area.

【0062】また、基材に作用させるクラスターイオン
を生成させるにあたり、基材に対する背面側に配置した
電力供給用電極を介して電力を供給するので、所要のク
ラスターイオンを得るための条件の調整を容易にできる
という効果も奏する。
Further, in generating the cluster ions to act on the base material, since electric power is supplied through the power supply electrode arranged on the back side of the base material, the conditions for obtaining the required cluster ions must be adjusted. There is also an effect that it can be easily done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の真空成膜装置の構成の概略を模式的に
表す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of a configuration of a vacuum film forming apparatus of the present invention.

【図2】クラスター蒸発源を詳しく示した図である。FIG. 2 is a diagram showing in detail a cluster evaporation source.

【図3】マッチングボックス内の回路の例を示す回路図
である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a circuit in a matching box.

【図4】従来のクラスター蒸発源を用いた真空成膜装置
を表す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a vacuum film forming apparatus using a conventional cluster evaporation source.

【符号の説明】 1 真空成膜装置 2 真空チャンバ 3 クラスター蒸発源 5 基材ホルダ 6 るつぼ 6a ノズル 7 ボンバードフィラメント 8 高周波電源 9 直流電源 10 電源ユニット 11 マッチングボックス 12 クラスター 13a 第一の供給口 13b 第二の供給口 14 排気口 15 基材 20 従来の真空成膜装置 21 基材ホルダ 22 真空チャンバ 23 クラスター蒸発源 25 基材 26 ルツボ 27 イオン化電極 28 加速電極 29 クラスター[Explanation of symbols] 1 Vacuum film forming equipment 2 vacuum chamber 3 Cluster evaporation source 5 Base material holder 6 crucibles 6a nozzle 7 bombarded filament 8 high frequency power supply 9 DC power supply 10 power supply unit 11 Matching Box 12 clusters 13a First supply port 13b Second supply port 14 exhaust port 15 Base material 20 Conventional vacuum film forming apparatus 21 Substrate holder 22 Vacuum chamber 23 Cluster evaporation source 25 base material 26 crucibles 27 Ionization electrode 28 Accelerating electrode 29 clusters

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 膜が形成される基材が内部の空間に配置
される真空チャンバと、 前記基材を該基材の成膜対象となる表面に対する背面側
から保持する基材ホルダと、 前記真空チャンバ内に前記基材に対向するように配置さ
れ、前記膜の原料物質の原子又は分子の塊状集団である
クラスターを噴出させるクラスター蒸発源と、 前記真空チャンバ内における前記基材に対する背面側に
配置された電力供給用電極と、 前記電力供給用電極を介して真空チャンバ内に少なくと
も高周波電力を供給する電源ユニットとを備え、 前記電源ユニットより出力された電力を真空チャンバ内
に供給して前記クラスター蒸発源より噴出したクラスタ
ーをイオン化させてクラスターイオンとするとともに、
該クラスターイオンを基材に作用させて成膜するように
構成された真空成膜装置。
1. A vacuum chamber in which a base material on which a film is formed is arranged in an internal space, a base material holder for holding the base material from a back side of a surface of the base material on which a film is to be formed, A cluster evaporation source which is arranged in the vacuum chamber so as to face the base material and ejects a cluster that is an agglomerate of atoms or molecules of the raw material of the film, and a cluster evaporation source on the back side of the base material in the vacuum chamber. The power supply electrode is arranged, and a power supply unit for supplying at least high-frequency power into the vacuum chamber via the power supply electrode, the power output from the power supply unit is supplied into the vacuum chamber The cluster ejected from the cluster evaporation source is ionized into cluster ions,
A vacuum film forming apparatus configured to cause the cluster ions to act on a substrate to form a film.
【請求項2】 前記基材ホルダが導電性の材質により形
成されており、該基材ホルダが電力供給用電極としても
機能するように形成されている、請求項1に記載の真空
成膜装置。
2. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein the base material holder is formed of a conductive material, and the base material holder is formed so as to also function as an electrode for power supply. .
【請求項3】 前記電源ユニットが直流電力も供給でき
るように構成されている請求項1又は2に記載の真空成
膜装置。
3. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein the power supply unit is also configured to supply DC power.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008063590A (en) * 2005-04-21 2008-03-21 Futaba Corp Vapor deposition apparatus
JP2019050281A (en) * 2017-09-08 2019-03-28 東芝メモリ株式会社 Plasma processing apparatus

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