JP2501828B2

JP2501828B2 - 薄膜蒸着装置

Info

Publication number: JP2501828B2
Application number: JP62142243A
Authority: JP
Inventors: 康行川越; 健一郎山西; 政司安永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1987-06-09
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPS63307263A; US4811690A

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り薄膜を蒸着形
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行う装置として、従来、第
２図に示すものがあつた。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）が設けられており、これは図示しない真空
排気装置に接続されている。真空用バルブ（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1mm〜2mmのノズル（4a）が設
けられており、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イラメ
ント（６）の外側にはフイラメント（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）、ボンバード用フイラメント（６）およ
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。

イオン化フイラメント（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
フイラメント（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り、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ユ状電極であ
る。熱シールド板（12）は、イオン化フイラメント
（９）からの輻射熱を遮断する。これらイオン化フイラ
メント（９）、電子引き出し電極（10）、メツシユ状電
極（11）および熱シールド板（12）により、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）からなつ
ている。また、るつぼ（４）は支持台（21）で、支持台
（21）および熱シールド板（７）は絶縁支持部材（20）
で、加速電極（15）は絶縁支持部材（25）で、基板（1
9）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10^-6Torr程度の真空
度にする。

次いで、ボンバード用フイラメント（６）に通電して
発熱せしめ、ボンバード用フイラメント（６）からの輻
射熱により、またはフイラメント（６）から放出される
熱電子をるつぼ（４）に衝突させること、すなわち電子
衝撃によつて、るつぼ（４）内の銅（５）の蒸気圧が0.
1〜10Torr程度になる温度（1700℃）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（18）は、イオン化
フイラメント（９）から電子引き出し電極（10）によつ
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、そのうちの一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り適度に加速され、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、これにより基板（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（19）の電位との空間の電位分布
を示し、図中の破線は、1.0kV,2.0kV,…4.0kV,4.7kV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、イオン化フイラメント（９）と同電位のメツシユ状
電極（11）および等電位線（4.7kV）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）により示している。

〔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図からわか
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ユ状電極の間の電界により、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
の問題点があつた。

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、メツシユ状電極を円
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
なり、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。これにより、従来、
基板の外側にはずれて無駄になつていたイオンが、基板
内に到達し、蒸着に寄与することとなり、クラスタ・イ
オンの利用効率が高くなり、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
シユ状電極（11）を円錐台形状とし、メツシユ状電極
（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）側口径を小さくし
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
たがつて、ここでは、メツシユ状電極（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、計算により求められた
等電位線を破線で示しており、イオン化フィラメント
（９）とメッシュ状電極（11）とは等電位になってい
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）からメツシユ状電極（11）の方向へ電界の作
用を受け、基板（19）に向かつて進行する。メツシユ状
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
より、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（19）上において増加するので、クラスタ・イオンの
利用効率は高くなり、分布も均一化する。

なお、電子引き出し電極（10）も、メツシユ状電極に
沿つた円錐台形状としてもよい。

上記実施例では、メツシユ状電極（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
つぼ（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、メツシユ状電極（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（Si
H₄）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、メツシユ状電極を
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るとともに、イ
オン化フィラメントとメッシュ状電極とは同電位になっ
ていることにより、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り、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。これにより、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）……イオン化フイ
ラメント、（10）……電子引き出し電極、（11）……メ
ツシユ状電極、（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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−121266（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−125277（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−51061（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽と、この真空槽内に設けられた基板
に蒸着すべき物質を収容したるつぼから蒸気を上記真空
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ある前記メ
ッシュ状電極を備えているとともに、上記イオン化フィ
ラメントと上記メッシュ状電極とは同電位になっている
ことを特徴とする薄膜蒸着装置。