JP3203286B2

JP3203286B2 - 薄膜形成装置およびその蒸発源用るつぼ並びに昇華性蒸発材料の薄膜形成方法

Info

Publication number: JP3203286B2
Application number: JP02060394A
Authority: JP
Inventors: 尚塚崎; 英男市村; 政明村上; 晋一井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH07232992A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜形成装置および
蒸発源用るつぼに関し、特にクラスタイオンビーム蒸着
法により多元素化合物からなる酸化物高温超電導薄膜を
形成する際に、化合物組成の高精度制御および成膜雰囲
気の高純度化により、高品位の多元素化合物薄膜を形成
できる薄膜形成装置および蒸発源用るつぼ並びに昇華性
蒸発材料の薄膜形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜形成技術において蒸着物質を
真空中、低圧ガス中でイオン化して基板上に薄膜を形成
するイオンビーム蒸着法が注目され、広範に利用されて
いる。このイオンビーム蒸着法は、蒸着物質をイオン化
してその運動エネルギを制御することができ、あるいは
イオンの混合量が容易に制御できるので、薄膜形成時の
諸条件設定の自由度が大きく、密着力、表面平坦度、反
射率、光透過率、単結晶性などの機械的性質、化学的性
質、結晶学的性質をある程度自由に制御できる。そし
て、このイオンビーム蒸着法の中で、クラスタイオンビ
ーム蒸着法は低加速で大量の粒子を基板上に輸送する際
に問題となる空間電荷効果を回避できる有力な方法とし
て注目されている。この方法はイオン化することが目的
でなく、運動エネルギを与えるかあるいは化学反応もし
くは薄膜形成機能を活性化したい場合に有効で、イオン
の絶対量は重要でなく、空間電荷効果を回避し、基板と
の衝突時のマイグレーション効果による拡散エネルギを
増すものである。このクラスタイオンビーム蒸着法の原
理を簡単に述べれば、例えば特開昭６１−２１３３７１
号公報や特公昭５４−９５９２号公報に記載されている
ように、るつぼの噴射ノズルから高真空中に蒸着物質を
噴射させ、断熱膨張による過冷却を利用して５×１０²
〜２×１０³個の原子（または分子）が相互に緩く結合
した塊状集団（クラスタ）を形成し、このクラスタに電
子のシャワーを浴びせてイオン化してクラスタイオンと
し、このクラスタイオンを加速して基板に衝突させるも
のである。この時、クラスタイオンを基板に衝突させる
と同時に反応性ガスまたは励起された反応性ガスを基板
に衝突させて、基板上に薄膜を形成するものが、反応性
クラスタイオンビーム蒸着法である。

【０００３】図８は従来の反応性クラスタイオンビーム
蒸着法による薄膜形成装置の構成を示す模式図である。
図において、１は所定の真空度に保持された真空槽であ
り、この真空槽１は通常ステンレスで作製され、真空槽
１からの放出ガスを低減して成膜中の雰囲気を高純度化
するために、その内面は電解研磨等により鏡面状態に仕
上げられている。２はこの真空槽１内の排気を行うため
の真空排気装置としてのクライオポンプであり、このク
ライオポンプ２は酸素等の反応性ガスに対して大きな排
気速度が得られるという特徴を有している。３は真空槽
１の底面に配置されたクラスタイオンビーム源であり、
ここでは４つのクラスタイオンビーム源３ａ〜３ｄが配
置されており、それぞれビスマス（Ｂｉ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）のクラ
スタイオンビームを形成するように構成されている。４
は真空槽１内にクラスタイオンビーム源３に所定距離を
もって対向して配設された基板であり、この基板４には
例えばシリコン（Ｓｉ）等が用いられる。５は基板４上
での成膜速度を評価するために配置されたセンサであ
り、ここでは４つのセンサ５ａ〜５ｄが配置されてお
り、それぞれセンサへの入射ビームを１つの蒸発材料の
ビームに規制する手段としての円筒形のカバー６が装着
され、特定のクラスタイオンビーム源からだけのクラス
タイオンビーム強度のみをモニタできるように構成され
ている。７はガス励起源、８は基板４を所定温度に加熱
するヒータ、９は基板４のロードロック機構、１０はシ
ャッタ、３１は真空槽１内の圧力を測定する真空計であ
る。

【０００４】ここで、クラスタイオンビーム源３の構成
について図９および図１０を参照しつつ説明する。密閉
型のるつぼ１１が真空槽１の内底面に支柱３０を介して
固定された台板２９に取り付けられている。このるつぼ
１１はグラファイト、タングステンあるいはタンタル等
の高融点材料で作製され、内部に基板４上に形成すべき
化合物薄膜を構成する金属元素が蒸発材料１４として充
填される有底円筒状のるつぼ本体１１ａと、るつぼ本体
１１ａの開口側上部外周壁面に螺刻されたねじに螺着さ
れるふた１１ｂとから構成されている。このふた１１ｂ
には内径１〜２ｍｍの円筒状の噴射ノズル１３が１個〜
複数個設けられている。また、このるつぼ１１はるつぼ
本体１１ａにふた１１ｂが螺着されて密閉構造となって
おり、蒸気の漏洩によりるつぼ１１の内圧が低下した
り、これに伴って成膜速度が変動したり、るつぼ加熱部
に漏洩した金属蒸気が凝縮して発生する電極短絡やフィ
ラメント断線等の事故を防止できるようになっている。
そして、このるつぼ１１の外周には、通電により熱電子
２０を放出するるつぼ加熱手段としての加熱用フィラメ
ント１５がるつぼ１１を取り囲むように配設され、さら
に加熱用フィラメント１５からの輻射熱を遮断する熱シ
ールド板１６が加熱用フィラメント１５を包囲するよう
に絶縁支持部材２８を介して台板２９に取り付けられて
いる。これらのるつぼ１１、加熱用フィラメント１５お
よび熱シールド板１６により、蒸発材料１４を加熱蒸発
せしめ、蒸発材料１４のクラスタ１７からなるクラスタ
ビーム１８を形成する蒸発源１９が構成されている。

【０００５】蒸発源１９の上方には、イオン化用の熱電
子２２を放出するイオン化フィラメント２１が配設され
ている。そして、イオン化フィラメント２１の内側に熱
電子２２を加速してクラスタビーム１８に照射する電子
引き出し電極２３が配設されている。さらに、イオン化
フィラメント２１を取り囲むようにイオン化フィラメン
ト２１からの輻射熱を遮断するシールド板２５が絶縁支
持部材２８を介して熱シールド板１６に取り付けられて
いる。これらのイオン化フィラメント２１、電子引き出
し電極２３およびシールド板２５により、蒸発源１９か
らのクラスタビーム１８をイオン化してクラスタイオン
２４を形成するイオン化機構２６が構成されている。さ
らに、シールド板２５の上部には、絶縁支持部材２８を
介して加速電極２７が取り付けられ、電子引き出し電極
２３との間に電位を印加してクラスタイオン２４を基板
４方向に加速できるようになっている。

【０００６】ついで、ガス励起源７の構成について図１
１を参照しつつ説明する。ガス励起源７は、石英管で作
製された円筒状の励起ガス形成室４５と、これを囲繞し
て設けられた高圧電極４６および低圧電極４７と、励起
ガス形成室４５に酸素ガス４８を導入するガス導入口４
９と、励起ガス形成室４５内で形成された励起状態の酸
素５１を噴射する噴射ノズル５０とから構成されてい
る。そして、このガス励起源７は、その噴射ノズル５０
を基板４に向けて真空槽１の底面に配設され、励起状態
の酸素５１、例えば原子状酸素と、放電により解離され
なかった酸素分子とを含む反応ガスビーム５２を基板４
に照射できるようになっている。

【０００７】つぎに、従来の薄膜形成装置を用いて、基
板４上にビスマス系の酸化物超電導薄膜を蒸着形成する
場合について説明する。まず、クラスタイオンビーム源
３ａのるつぼ本体１１ａ内に蒸着材料１４としてのＢｉ
を充填し、ふた１１ｂを螺着してるつぼ１１を密閉す
る。同様に、クラスタイオンビーム源３ｂ、３ｃ、３ｄ
のるつぼ１１内に蒸着材料１４としてのＳｒ、Ｃａ、Ｃ
ｕをそれぞれ充填する。そして、クライオポンプ２によ
り真空層１内を１０^-4Ｐａ程度（約１０^-6Torr）の真空
度まで排気する。ついで、ヒータ８に通電して基板４を
所定温度に加熱する。この基板４の温度は、成膜中例え
ば２００〜６００℃の温度に維持される。そして、ガス
導入口４９から酸素ガス４８を５０ｃｃ／ｍｉｎの流量
で導入しつつ高圧電極４６および低圧電極４７に通電し
て励起ガス形成室４５内に放電を形成し、酸素ガス４８
を励起させる。すると、ガス励起源７の噴射ノズル５０
から励起状態の酸素５１と放電により解離されなかった
酸素分子とを含む反応ガスビーム５２が基板４に向かっ
て噴射される。なお、真空層１内の成膜中の酸素ガス分
圧は、例えば１０^-2Ｐａ（約１０^-4Toor）に維持され
る。

【０００８】その後、クラスタイオンビーム源３ｄの加
熱用フィラメント１５に通電して発熱させる。すると、
加熱用フィラメント１５から放出される熱電子２０がる
つぼ１１に衝突し、この電子衝撃によりるつぼ１１が加
熱されるとともに、加熱用フィラメント１５からの輻射
熱によりるつぼ１１が加熱される。そして、Ｃｕの蒸気
圧が１３〜１３０Ｐａ程度（０．１〜１Torr）になる温
度にるつぼ１１を昇温させると、噴射ノズル１３からＣ
ｕの蒸気が噴射する。この時、るつぼ１１内と真空層１
内との圧力差により断熱膨張が発生し、クラスタ１７と
呼ばれる多数の原子が緩く結合した塊状原子集団からな
るクラスタビーム１８が形成される。これらのクラスタ
ビーム１８に対して、電子引き出し電極２３によってイ
オン化フィラメント２１からクラスタビーム１８の中心
軸方向に熱電子２２を引き出して照射する。すると、ク
ラスタビーム１８中の一部のクラスタはそのうちの少な
くとも１個の原子がイオン化されてクラスタイオン２４
となる。これらのクラスタイオン２４は加速電極２７と
電極引き出し電極２３との間に形成された電界により適
度に加速されて、基板４に衝突する。一方、イオン化さ
れていない中性のクラスタ１７はるつぼ１１から噴射さ
れる際の運動エネルギでもって基板４に衝突することに
なる。

【０００９】このクラスタイオンビーム源３ｄの動作と
同時に、クラスタイオンビーム源３ａ、３ｂ、３ｃをそ
れぞれ同様にして動作させ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａのクラス
タビーム１８を形成して、基板４に照射する。ここで、
蒸発材料１４の加熱温度としては、蒸発材料１４の蒸気
圧が１３〜１３０Ｐａ程度（０．１〜１Torr）となる温
度、すなわちＢｉは１０５５〜１１８０Ｋ、Ｓｒは９０
０〜１０１０Ｋ、Ｃａは９６６〜１０８０Ｋ、Ｃｕは１
６９０〜１８９０Ｋである。なお、Ｓｒの融点は１０４
３Ｋ、Ｃａの融点は１１１２Ｋであるため、ＳｒとＣａ
とは溶融せず、昇華状態でクラスタビーム１８が発生す
ることになる。

【００１０】このようにして、基板４上には、図１１に
示すように、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕのクラスタビーム
１８と反応ガスビーム５２とが同時に照射され、ビスマ
ス系の酸化物高温超電導薄膜が形成される。成膜する化
合物薄膜の組成は、センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄによ
りそれぞれ測定されるＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕのクラス
タイオンビーム強度を目安として、基板４に到達する４
種類の元素のモル比率を例えばＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ
＝２：２：２：３とすることにより調整される。また、
薄膜中の酸素の含有量は、原子状酸素の濃度や、成膜中
の酸素ガス圧力を調整することにより調節される。な
お、具体的な蒸着条件としては、センサ５での測定値
で、Ｂｉが２３．３ｎｍ／ｍｉｎ、Ｓｒが３６．７ｎｍ
／ｍｉｎ、Ｃａが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ、Ｃｕが１０．
０ｎｍ／ｍｉｎとすると、組成比がほぼＢｉ：Ｓｒ：Ｃ
ａ：Ｃｕ＝２：２：２：３であるビスマス系の酸化物高
温超電導薄膜をおよそ２００ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で
基板４上に形成することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜形成装置は
以上のように構成されているので、以下に記載されるよ
うな課題があった。

【００１２】まず、１台のクラスタイオンビーム源３か
ら１００ｎｍ／ｍｉｎ以上の高速の成膜速度を得て生産
性を向上させる場合には、るつぼ１１のふた１１ｂに噴
射ノズル１３を１０〜３０個設ける必要があった。しか
しながら、円筒状のるつぼ１１の上面に多数の噴射ノズ
ル１３を設けると、るつぼ１１の外径が大きくなり熱伝
導による中央に位置する噴射ノズル１３の加熱が不十分
となり、ふた１１ｂの中央の温度が低下してしまい、蒸
発材料１４の凝縮が発生し、最悪の場合には中央に位置
する噴射ノズル１３を塞口してしまうことになる。その
結果、ビーム断面方向における均一なクラスタビーム１
８の形成ができず、基板４上に良質の薄膜が形成できな
いという課題があった。また、基板４上に多元素化合物
を形成する場合には、多元素化合物の組成を所望の比率
に制御することが困難となるという課題もあった。

【００１３】

【００１４】

【００１５】また、蒸発材料１４の融点を考慮せずに蒸
発材料１４の蒸気圧が１３〜１３０Ｐａとなるように蒸
発材料１４を加熱しているので、蒸発材料１４がＳｒ、
Ｃａ等の昇華性蒸発材料の場合には、蒸発材料１４から
は昇華状態で蒸気が発生することになる。このため、る
つぼ１１の温度を一定に保っても、蒸発材料１４の表面
の自然酸化膜や不純物の影響で蒸気の発生量が時間的に
変動し、一定の成膜速度が得られなくなる。その結果、
基板４上に良質の薄膜が形成できないという課題があっ
た。また、基板４上に多元素化合物を形成する場合に
は、多元素化合物の組成を所望の比率に制御することが
困難となるという課題もあった。

【００１６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、るつぼの大型化に伴う噴射ノズ
ルが設けられるるつぼ上面の温度分布の偏りを抑え、高
速の成膜速度が安定して得られる薄膜形成装置およびそ
の蒸発源用るつぼを得ることを第１の目的とする。ま
た、昇華性蒸発材料の蒸気発生量の変動を抑え、一定の
成膜速度が得られる昇華性蒸発材料の薄膜形成方法を得
ることを第２の目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る薄膜形成
装置は、真空槽と、この真空槽内に配置された蒸発源
と、この蒸発源と相対して真空槽内に配置された基板と
を有し、蒸発源内に充填された蒸発材料を蒸発させて基
板上に成膜する薄膜形成装置において、蒸発源が、蒸発
材料を収容する中空の蒸発材料収容部、この蒸発材料収
納部の軸心を通り軸心と直交する方向に所定幅をもって
蒸発材料収納部の上部に突設された細長の噴射ノズル設
置部および蒸発材料収納部の下部開口を塞口する底蓋を
有し、噴射ノズル設置部に軸心に平行に複数設けられた
噴射ノズルを除いて密閉された高融点材料からなるるつ
ぼと、蒸発材料収容部および噴射ノズル設置部の外周側
壁面から一定の間隔をもってるつぼを包囲するように配
置されたるつぼ加熱手段とを備えているものである。

【００１８】また、るつぼ加熱手段に対するるつぼの設
置位置を規制する位置決め手段を備えているものであ
る。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】また、薄膜形成装置の蒸発源用るつぼが、
蒸発材料を収容する中空の蒸発材料収容部と、この蒸発
材料収納部の軸心を通り軸心と直交する方向に所定幅を
もって蒸発材料収納部の上部に突設された細長の噴射ノ
ズル設置部と、蒸発材料収納部の下部開口を塞口する底
蓋とを備え、噴射ノズル設置部に軸心に平行に複数設け
られた噴射ノズルを除いて密閉されて構成されているも
のである。

【００２４】また、真空槽内に配置された蒸発源のるつ
ぼ内に昇華性蒸発材料を充填し、るつぼを加熱して昇華
性蒸発材料を蒸発させて、真空槽内に配置された基板上
に昇華性蒸発材料の薄膜を形成する昇華性蒸発材料の薄
膜形成方法において、るつぼを昇華性蒸発材料の融点よ
り高い温度に加熱して昇華性蒸発材料を蒸発させるよう
にしたものである。

【００２５】

【作用】この発明においては、噴射ノズル設置部が蒸発
材料収納部の軸心を通り軸心と直交する方向に所定幅を
もって細長に蒸発材料収納部の上部に突設され、さらに
るつぼ加熱手段が蒸発材料収容部および噴射ノズル設置
部の外周側壁面から一定の間隔をもってるつぼを包囲す
るように配置されているので、細長の噴射ノズル設置部
の長さ方向に沿った側壁面は、るつぼ加熱手段によりそ
の長さ方向において均一に加熱される。そして、噴射ノ
ズル設置部に加えられた熱は該側壁面から幅方向に熱伝
導して全体として均一な温度分布となる。そこで、噴射
ノズル設置部の不均一な温度分布を生じることなくるつ
ぼ外径の大径化および噴射ノズル設置部に設けられる噴
射ノズルの多数化が可能となり、中央に位置する噴射ノ
ズルにおける蒸発材料の凝縮が防止され、るつぼから多
量の蒸発材料の蒸気を安定して噴射でき、高速の成膜速
度が達成される。また、るつぼが噴射ノズルを除いて密
閉されて構成されているので、るつぼ内で発生する蒸発
材料の蒸気の漏洩がない。そこで、蒸気の漏洩に伴うる
つぼの内圧の低下が抑えられ、蒸発材料の蒸気がるつぼ
の噴射ノズルから安定して噴射され、基板上での成膜速
度の変動が抑えられる。さらに、漏洩した金属蒸気がる
つぼ加熱部に付着凝縮して発生する電極の短絡やフィラ
メントの断線が防止される。

【００２６】また、るつぼ加熱手段に対するるつぼの設
置位置を規制する位置決め手段を備えているので、例え
ば蒸発材料を補給するためにるつぼを取り外しても、る
つぼ加熱手段と蒸発材料収容部および噴射ノズル設置部
の外周側壁面との間隔を一定に維持して装着でき、るつ
ぼ着脱に伴う蒸着の諸条件の変動が抑えられる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】また、薄膜形成装置の蒸発源用るつぼが、
蒸発材料を収容する中空の蒸発材料収容部と、この蒸発
材料収納部の軸心を通り軸心と直交する方向に所定幅を
もって蒸発材料収納部の上部に突設された細長の噴射ノ
ズル設置部と、蒸発材料収納部の下部開口を塞口する底
蓋とを備え、噴射ノズル設置部に軸心に平行に複数設け
られた噴射ノズルを除いて密閉されて構成されているの
で、細長の噴射ノズル設置部の長さ方向に沿った側壁面
を加熱した熱は、該側壁面から幅方向に熱伝導され、噴
射ノズル設置部の温度分布が全体として均一となるとと
もに、るつぼ内で発生する蒸発材料の蒸気の漏洩がな
く、蒸気の漏洩に伴うるつぼの内圧の低下が抑えられ、
蒸発材料の蒸気がるつぼの噴射ノズルから安定して噴射
される。そこで、噴射ノズル設置部の不均一な温度分布
を生じることなくるつぼ外径の大径化および噴射ノズル
設置部に設けられる噴射ノズルの多数化が可能となり、
高速の成膜速度で安定して薄膜を形成できる薄膜形成装
置に適用できる。

【００３２】また、るつぼ内に昇華性蒸発材料を充填
し、るつぼを昇華性蒸発材料の融点より高い温度に加熱
して昇華性蒸発材料を蒸発させるようにしたので、昇華
性蒸発材料の温度とるつぼの温度とがほぼ等しくなり、
昇華性蒸発材料の蒸気の安定した発生量が得られ、昇華
性蒸発材料の薄膜を一定の成膜速度で形成することがで
きる。

【００３３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。実施例１．図１はこの発明の実施例１に係る薄膜形成装
置の蒸発源用るつぼを示す一部破断側面図である。図に
おいて、３１は外るつぼ３２、蒸発材料が充填される内
るつぼ３３および底蓋３４から構成された蒸発源用のる
つぼである。この外るつぼ３２は、内るつぼ３３を収納
する中空円筒状の蒸発材料収納部３２ａと、この蒸発材
料収納部３２ａの軸心を通りこの軸心と直交する方向に
一定の幅をもって蒸発材料収納部３２ａの上部に突設さ
れた小判型の噴射ノズル設置部３２ｂとが一体成形され
て構成されている。そして、噴射ノズル設置部３２ｂに
は、軸心に平行に円錐状の噴射ノズル１３が複数設けら
れている。さらに、蒸発材料収納部３２ａの下部内壁面
にはねじ部が螺刻され、一方底蓋３４の外周壁面にはね
じ部が螺刻されており、蒸発材料収納部３２ａの下部に
底蓋３４を螺着して、るつぼ３１が噴射ノズル１３を除
いて密閉された状態となっている。ここで、るつぼ３１
の各構成部材にはグラファイト、タングステン、タンタ
ル等の高融点材料を用いている。

【００３４】このように、るつぼ３１は外るつぼ３２の
蒸発材料収納部３２ａの下部に底蓋３４を螺着して、噴
射ノズル１３を除いて密閉するように構成されているの
で、るつぼ３１内で発生した蒸発材料の蒸気の漏洩がな
い。そこで、蒸気の漏洩に伴うるつぼ３１の内圧の低下
が抑えられ、噴射ノズル１３から安定して蒸発材料の蒸
気を噴射できる。また、外るつぼ３２は、中空円筒状の
蒸発材料収納部３２ａの上部に、この蒸発材料収納部３
２ａの軸心を通りこの軸心と直交する方向に一定の幅を
もつ小判型の噴射ノズル設置部３２ｂを突設して構成さ
れているので、小判型の噴射ノズル設置部３２ｂの長さ
方向に沿った両側壁面を加熱した熱は、両側壁面から幅
方向に中央に向かって熱伝導され、噴射ノズル設置部３
２ｂ全体の温度分布が速やかに均一となる。そこで、噴
射ノズル設置部３２ｂの不均一な温度分布を生じること
なくるつぼ３１の外径の大径化および噴射ノズル設置部
３２ｂに設けられる噴射ノズル１３の多数化が可能とな
り、高速の成膜速度を達成できる。さらに、噴射ノズル
１３の形状を円錐状としているので、大きな成膜速度が
得られる。

【００３５】このように構成されたるつぼ３１を薄膜形
成装置の蒸発源として用いれば、高速の成膜速度で安定
して薄膜を形成でき、かつ、漏洩金属蒸気のるつぼ加熱
部への付着凝縮に起因して発生する電極の短絡やフィラ
メントの断線を防止できる薄膜形成装置が得られる。

【００３６】なお、上記実施例１では、蒸発材料収納部
３２ａの下部内壁面にねじ部を螺刻し、一方底蓋３４の
外周壁面にねじ部を螺刻し、蒸発材料収納部３２ａの下
部に底蓋３４を直接螺着して、るつぼ３１を噴射ノズル
１３を除いて密閉された状態に構成するものとして説明
しているが、蒸発材料収納部３２ａの下端に底蓋３４を
ねじ部材により螺着して、るつぼ３１を噴射ノズル１３
を除いて密閉された状態に構成するものとしてもよい。

【００３７】また、上記実施例１では、蒸発材料収納部
３２ａと噴射ノズル設置部３２ｂとを一体成形して外る
つぼ３２を作製するものとして説明しているが、蒸発材
料収納部３２ａと噴射ノズル設置部３２ｂとを別体で形
成し、両者をねじ部材により一体化して外るつぼ３２を
作製するものとしてもよい。

【００３８】また、上記実施例１では、蒸発材料収納部
３２ａ内に蒸発材料を充填した内るつぼ３３を収納する
ものとして説明しているが、内るつぼ３３を省略し、底
蓋３４を容器状に作製して、底蓋３４に蒸発材料を充填
するようにしてもよい。

【００３９】また、上記実施例１では、噴射ノズル設置
部３２ｂを小判型とするものとして説明しているが、例
えば長方体や楕円型であってもよい。

【００４０】実施例２．図２はこの発明の実施例２に係
る薄膜形成装置の構成を示す模式図であり、図において
図８に示した従来の薄膜形成装置と同一または相当部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。図におい
て、４１は一端側が真空槽１の側壁面に取り付けられ、
他端側にクライオポンプ２が取り付けられたＬ型配管で
ある。ここで、Ｌ型配管４１は例えば内径が３００ｍ
ｍ、中心から端面までの長さが５００ｍｍのものを用
い、クライオポンプ２は例えば内径が３００ｍｍ、排気
速度が３０００リットル／秒のものを用いている。４２
はＬ型配管４１内に配置された冷却部材としての冷却板
であり、この冷却板４２はステンレスで作製され、その
水平断面形状が円弧状をなし、その表面にはアルミナセ
ラミックが厚さ１〜５０μｍコーティングされている。
４３は冷却板４２に取り付けられた冷媒配管であり、こ
の冷媒配管４３を通じて液体窒素を冷却板４２内に流通
させ、冷却板４２を冷却できるようになっている。４５
は補正手段であり、この補正手段４５は例えばマイクロ
コンピュータからなり、真空計１２の測定値に基づいて
演算処理しセンサ５の測定値を補正して基板４上の成膜
速度を出力するようになっている。なお、クラスタイオ
ンビーム源３には上記実施例１によるるつぼ３１を用い
ている。

【００４１】ここで、クラスタイオンビーム源３の構成
について図３および図４を参照しつつ説明する。真空槽
１の内底面には、リング状のベース板３８がねじにより
締着固定されており、さらにこのベース板３８に支柱３
０を介してリング状の台板２９が取り付けられている。
また、るつぼロードロック機構３９が真空槽１に図中上
下方向に移動可能に取り付けられている。このるつぼロ
ードロック機構３９には、絶縁支持部材２８を介してる
つぼ支持台３５が取り付けられ、さらにこのるつぼ支持
台３５には、るつぼ支柱５３を介してるつぼ３１が取り
付けられている。そこで、るつぼロードロック機構３９
の作動によりリング状のベース板３８および台板２９の
開口を挿通してるつぼ３１を真空槽１内に配置、あるい
は真空槽１外に取り出しできるようになっている。そし
て、るつぼ支持台３５には位置決め手段としてのピン３
６が立設され、このピン３６の上端部がるつぼ３１の外
るつぼ３２の下端面と係合してるつぼ３１の位置決めが
なされるようになっている。また、るつぼ支持台３５と
るつぼ支柱５３との間には、高温に加熱された後でもる
つぼ支持台３５とるつぼ支柱５３との焼き付けを防止
し、るつぼ３１の取り外しを容易にするグラファイト製
のスリーブ３７が配設されている。さらに、ベース板３
８とるつぼロードロック機構３９との間には、るつぼロ
ードロック機構３９を真空中で移動させる際に焼き付け
を防止するアルミニウム黄銅製の軸受け４０が配設され
ている。

【００４２】また、るつぼ３１の外周には、加熱用フィ
ラメント１５が、外るつぼ３２の側壁面、つまり蒸発材
料収納部３２ａの外周壁面および噴射ノズル設置部３２
ｂの側壁面から一定の間隙をもってるつぼ３１を取り囲
むように配設されている。さらに、この加熱用フィラメ
ント１５を取り囲むように熱シールド１６が配設されて
いる。この熱シールド１６は、るつぼ３１の外周を包囲
するように配設された円筒状の２重構造からなる熱シー
ルド１６ａと、るつぼ３１の外径より大きな開口を有
し、るつぼ３１の下面側に配設されたリング状平板の２
重構造からなる熱シールド１６ｂとから構成されてい
る。また、加熱用フィラメント１５の上部には、電子引
き出し電極２３が配設され、さらにその上部に加速電極
２７が配設されている。そして、加熱用フィラメント１
５、熱シールド１６ａ、電子引き出し電極２３および加
速電極２７が絶縁支持部材２８により互いに絶縁された
状態で台板２９に立設された支柱５４に支持され、熱シ
ールド１６ｂは台板２９に立設された支柱５５に支持さ
れている。なおこの場合、加熱用フィラメント１５の上
端部にイオン化フィラメントの機能を持たせて、イオン
化フィラメントの設置を省略している。

【００４３】この実施例２では、るつぼ３１の各構成部
材にグラファイト、タングステン、タンタル等の高融点
材料を用い、特に外るつぼ３２は蒸発材料収納部３２ａ
の直径を５２ｍｍ、噴射ノズル設置部３２ｂの幅および
厚さをそれぞれ２６ｍｍおよび１０ｍｍとして作製して
いる。そして、蒸気圧が１３０Ｐａを示す温度が融点よ
り大幅に高い温度である蒸発材料、例えばＣｕに対して
は、直径２ｍｍ、長さ５〜１５ｍｍ、開き角度０〜１５
度（半角）の円錐状の噴射ノズル１３を１５〜３０個設
けている。また、蒸気圧が１３０Ｐａを示す温度が融点
より低い温度である蒸発材料、例えばＳｒ、Ｃａに対し
ては、直径０．５ｍｍ、長さ２〜１５ｍｍ、開き角度０
〜１５度（半角）の円錐状の噴射ノズル１３を１〜５個
設けている。

【００４４】つぎに、この実施例２による薄膜形成装置
を用いて、基板４上にビスマス系の酸化物高温超電導薄
膜を蒸着形成する場合について説明する。まず、内るつ
ぼ３３内にＢｉを充填し、この内るつぼ３３を外るつぼ
３２内に収納し、底蓋３４を螺着する。ついで、Ｂｉが
収納されたるつぼ３１をるつぼ支柱５３を介してるつぼ
支持台３５に取り付ける。そして、るつぼロードロック
機構３９を作動させて、ベーズ板３８および台板２９の
開口を挿通させてるつぼ３１を真空槽１内に配設し、Ｂ
ｉのクラスタイオンビーム源３ａを設置する。この時、
るつぼ３１はピン３６によりるつぼ支持台３５に位置決
めされているので、るつぼ３１は加熱用フィラメント１
５に対して所定の位置に配設されることになる。同様に
して、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕの各クラスタイオンビーム源３
ｂ、３ｃ、３ｄを設置する。

【００４５】ついで、クライオポンプ２により真空槽１
内を１０^-4Ｐａ程度の真空度まで排気する。そして、ヒ
ータ８に通電して基板４を所定温度まで加熱する。その
後、るつぼ３１と加熱用フィラメント１５との間に１Ｋ
ｖ程度の電圧を印加する。すると、加熱用フィラメント
１５から熱電子が引き出され、この熱電子がるつぼ３１
に衝突し、この電子衝突によりるつぼ３１の側面が加熱
される。また、加熱用フィラメント１５からの輻射熱が
熱シールド１６により遮断され、るつぼ３１が加熱され
る。この時、噴射ノズル設置部３２ｂは、熱の伝導する
長さが片側で１２ｍｍ余りであり、ノズル部分の厚さが
１０ｍｍ程度であるため、側面からの熱伝導により中央
部まで十分に加熱され、複数個の噴射ノズル１３が均一
に加熱される。そこで、るつぼ３１のそれぞれからＢ
ｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕのクラスタビーム１８が形成され
る。この時、電子引き出し電極２３と加熱用フィラメン
ト１５との間に５０〜８０ｖの電圧を印加し、クラスタ
ビーム１８のイオン化を行う。これにより、１０〜５０
０ｍＡの電子電流をクラスタビーム１８に照射すること
ができる。さらに、るつぼ３１と加速電極２７との間に
加速電圧を印加し、クラスタイオン２４を適度に加速し
て基板４に衝突させる。基板４を照射するイオン電流の
制御は、パルス状態の加速電圧を印加し、加速電圧パル
スのデューティ比を制御して、イオン化されたクラスタ
イオン２４の引き出し量を時間的に変化させることによ
って任意のイオン電流に制御できる。そして、加速電圧
の波形としては、矩形波、鋸歯状波、台形波あるいは正
弦波といった電圧波形が用いられる。そして、これらの
クラスタイオンビーム源３ａ〜３ｄの作動と同時に、ガ
ス励起源７を作動させる。これにより、基板４上にはＢ
ｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕのクラスタビーム１８と反応ガス
ビーム５２とを同時に照射され、基板４上にビスマス系
の酸化物高温超電導薄膜が形成される。

【００４６】上記薄膜形成操作において、蒸発材料の蒸
気圧が１３〜１３０Ｐａ程度となるように加熱してい
る。すなわち、Ｂｉ、Ｃｕは従来と同様にそれぞれ１０
５５〜１１８０Ｋ、１６９０〜１８９０Ｋに加熱してい
る。しかしながら、Ｓｒ、Ｃａについては、昇華性蒸発
材料であることから、ここでは融点より高い温度（Ｓ
ｒ：１０５０〜１２２０Ｋ、Ｃａ：１１２５〜１３１５
Ｋ）に加熱している。この温度範囲では、図５に示すよ
うに、従来クラスタ形成が行われる蒸気圧より１桁高い
蒸気圧となるが、このような高い蒸気圧でも所望のクラ
スタビーム強度を得るために、ノズル個数として単孔あ
るいは数個、ノズル内径を１ｍｍ以下とすればよい。つ
まり、ノズルから噴射する蒸気量は粘性流であるとすれ
ばるつぼ内圧のほぼ２乗に比例するので、るつぼ内圧１
３０Ｐａで所定の成膜速度を得るために２５個のノズル
を使用しているるつぼ構造については、同一形状のノズ
ルを５個設ければほぼ同一のクラスタビーム強度が得ら
れることになる。そこで、Ｂｉ、Ｃｕに対しては、直径
２ｍｍ、長さ５〜１５ｍｍ、開き角度０〜１５度（半
角）の円錐状の噴射ノズル１３を１５〜３０個設けたる
つぼ構造とし、Ｓｒ、Ｃａに対しては、直径０．５ｍ
ｍ、長さ２〜１５ｍｍ、開き角度０〜１５度（半角）の
円錐状の噴射ノズル１３を１〜５個設けたるつぼ構造と
している。このように、Ｓｒ、Ｃａに対しては、融点よ
り高い温度に加熱し、材料の温度とるつぼ温度とがほぼ
等しい状態にして材料を蒸発させているので、安定して
蒸気を発生させることができる。

【００４７】ここで、この実施例２による薄膜形成装置
と従来の薄膜形成装置とにおける基板４上のイオン電流
密度を図６に示す。なお、図中Ａ〜Ｃはそれぞれこの実
施例２おける加速電圧パルスのデューティ比が２０％、
３０％、４０％の場合、Ｄは従来装置の場合を示してい
る。図６から、この実施例２によるクラスタイオンビー
ム源３を用いれば、従来装置に比較して、加速電圧パル
スのデューティ比を小さくしても基板４全体で均一なイ
オン電流密度分布が得られることが、さらにイオン電流
密度の大きさがパルスのデューティ比に比例して制御で
きることがわかる。そこで、この実施例２によれば、基
板上でのイオン電流密度を均一に保ったまま、イオン電
流レベルを任意に制御できるので、形成する薄膜の基板
との付着力や結晶性を大面積基板の全面にわたり制御で
きることになる。

【００４８】このように、この実施例２によれば、蒸発
材料収納部３２ａの上部に小判型の噴射ノズル設置部３
２ｂを突設してなる外るつぼ３２の下端側に底蓋３４を
螺着してるつぼ３１を構成しているので、るつぼ３１は
噴射ノズル１３を除いて密閉され、蒸発材料蒸気の漏洩
が抑えられる。そこで、蒸気の漏洩に伴うるつぼ内圧の
低下が抑えられ、クラスタビーム１８を安定して形成で
き、安定した成膜速度が得られるとともに、漏洩した金
属蒸気のるつぼ加熱部への付着が防止され、電極の短絡
やフィラメントの断線の発生が防止できるという効果が
ある。

【００４９】また、蒸発材料収納部３２ａおよび噴射ノ
ズル設置部３２ｂの外周側壁面から一定の間隔をもって
るつぼ３１を包囲するように加熱用フィラメント１５を
配設しているので、噴射ノズル設置部３２ｂ全体の温度
分布が均一となり、中央に位置する噴射ノズル１３での
蒸気の凝縮がなく、るつぼ外径の大型化および噴射ノズ
ルの多数化が可能となり、多量のクラスタビーム１８を
形成でき、高速の成膜速度が達成できるという効果があ
る。

【００５０】また、るつぼ支持台３５に対してるつぼ３
１の位置を規制するピン３６を設けているので、真空槽
１内にるつぼ３１を配置する際にるつぼ３１と加熱用フ
ィラメント１５との相互の位置関係が簡易に確保され、
薄膜形成の優れた再現性が得られるという効果がある。

【００５１】また、るつぼ３１を配置したクラスタイオ
ンビーム源３を用いているので、基板４上全域において
均一なイオン電流密度分布が得られ、さらにイオン電流
レベルを任意に制御でき、付着力や結晶性を大面積基板
の全面にわたり制御することができるという効果があ
る。

【００５２】また、真空槽１にＬ型配管４１を介してク
ライオポンプ２を取り付けているので、真空槽１の内面
を反射しつつクライオポンプ２に侵入しようとするクラ
スタイオンビーム源３からの熱はＬ型配管４１によりク
ライオポンプ２に直接侵入することがない。そこで、ク
ライオポンプ２の冷却面の温度上昇が抑えられ、排気能
力の低下が抑えられるという効果がある。また、Ｌ型配
管４１の経路中に冷却板４２を取り付けるとともに、冷
却板４２を液体窒素で冷却しているので、冷却板４２表
面に入射した熱が速やかに吸収され、冷却板４２表面の
温度上昇を抑制し放出ガス増加を抑えることができ、ク
ライオポンプ２の冷却面の温度上昇を抑え、排気能力の
低下が一層抑えられる。さらに、冷却板４２の表面に放
射率の大きなアルミナセラミック（常温での放射率０．
５〜０．７）をコーティングしているので、ステンレス
に比べて高い効率で熱を吸収でき、しかも冷却板４２へ
入射する熱の５０％を吸収することができ、クライオポ
ンプ２の排気能力の低下を著しく抑えられる。さらにま
た、クラスオポンプ２の排気能力が低下せず成膜中の雰
囲気真空度を高く保て、膜中への不純物混入がなく、高
純度の化合物薄膜が得られる。

【００５３】また、Ｓｒ、Ｃａを融点より高い温度に加
熱して蒸着するようにしているので、蒸発材料とるつぼ
の温度とがほぼ等しい状態で蒸気を発生でき、るつぼ３
１からクラスタビーム１８を安定して形成でき、昇華性
蒸発材料に対しても一定した成膜速度が得られ、基板４
上に形成する多元素化合物の組成を高精度かつ所望の比
率に制御できるという効果がある。

【００５４】なお、上記実施例２では、真空槽１にＬ型
配管４１を介してクライオポンプ２を取り付け、さらに
Ｌ型配管４１の経路中に冷却板４２を取り付けるものと
して説明しているが、Ｌ型配管４１に替えて円筒状の配
管を用い、配管内に冷却板４２を取り付けてもよい。こ
の場合、クライオポンプ２に直接侵入する熱を冷却板４
２で吸収して低減できる効果が得られる。また、冷却板
４２に液体窒素を流通させ、あるいは表面にアルミナセ
ラミックをコーティングすることにより、侵入する熱を
一層低減できる。

【００５５】また、上記実施例２では、冷却板４２を水
平断面が円弧状とするものとして説明しているが、これ
に限定されるのもではない。また、冷却板４２の表面は
平面に限らず、例えば冷却板４２表面に厚さ１〜６ｍ
ｍ、長さ５〜３０ｍｍのフィンを２〜１０ｍｍ間隔で設
けてもよい。この場合、表面積が増大し、冷却効率を向
上させることができる。さらに、冷却板４２表面にアル
ミナセラミックをコーティングするものとしているが、
コーティング材はアルミナセラミックに限らず、放射率
がステンレスより大きいセラミック材であればよい。

【００５６】また、上記実施例２では、蒸発材料として
Ｓｒ、Ｃａを用いる場合に、蒸発材料を融点より高い温
度に加熱して蒸発させて薄膜を形成するようにしている
が、この薄膜形成方法はＳｒ、Ｃａの蒸発材料に限ら
ず、溶融前に蒸気圧が１３０Ｐａに達する蒸発材料であ
れば適用できる。この種蒸発材料、すなわち昇華性蒸発
材料には、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、リン（Ｐ）、
ラジウム（Ｒａ）、サマリウム（Ｓｍ）、クロム（Ｃ
ｒ）等がある。

【００５７】実施例３．上記実施例２では、るつぼ３１
と加速電極２７との間にパルス状の加速電圧を印加し
て、基板４に照射するクラスタイオン量を制御するもの
としているが、この実施例３では、るつぼ３１と加速電
極２７との間に加速電圧を連続的に印加し、加熱用フィ
ラメント１５と電子引き出し電極２３と間にパルス状の
電子引き出し電圧を印加するものとしている。

【００５８】この実施例３によれば、電子引き出し電圧
がパルス状に印加され、クラスタビーム１８中のクラス
タ１７のイオン化が間欠的に行われる。そして、イオン
化率を時間的に変化でき、基板４に照射されるクラスタ
イオン量を制御することができ、上記実施例２と同様の
効果が得られる。さらに、クラスラビーム１８のイオン
化を行わない間は熱電子を引き出さないため、基板４に
電子が流入せず、基板４の温度上昇を制御できるという
効果が得られる。

【００５９】実施例４．この実施例４は、上記実施例２
において、基板４上に形成する酸化物高温超電導薄膜の
酸素含有量を制御するために成膜中に反応性ガス圧を変
更する場合である。ここで、所定の圧力における蒸発材
料の粒子の平均自由工程と衝突確率とから、センサ５の
カバー６のアスペクト比（ＡＲ＝カバー長さ／カバー直
径）をパラメータとして、基板４上での成膜速度ｔ_Sに
対するセンサ５の測定値ｔ_Mの割合（成膜速度比：ｔ_M／
ｔ_S）と真空槽１内の圧力との関係を計算したものを図
７に示す。なお、この図７は、るつぼ３１と基板４およ
びセンサ５との距離Ｌを５００ｍｍとして計算したもの
である。

【００６０】真空槽１内では、圧力が１０^-3Ｐａより低
い場合、蒸発材料の粒子と真空槽１内のガス分子とはほ
とんど衝突せず、蒸発材料の粒子は直進することにな
る。そこで、センサ５での成膜速度の測定値ｔ_Mは、基
板４上の成膜速度ｔ_Sとほぼ一致する。そして、圧力が
１０^-3Ｐａより高くなると、蒸発材料の粒子と真空槽１
内のガス分子とが衝突し、蒸発材料の粒子の進行方向が
変えられ、基板４およびセンサ５に対する蒸発材料の粒
子の入射角度が広範囲となる。そこで、センサ５に入射
しようとする蒸発材料の粒子のうち、所定角度以上の入
射角度をもった蒸発材料の粒子はカバー６によりセンサ
５への到達が阻止され、基板４上の成膜速度とセンサ５
の測定値とに相違が生じることになる。

【００６１】この実施例４では、補正手段４５としてマ
イクロコンピュータを用い、図７に示す校正曲線をあら
かじめ記憶させておき、真空計１２およびセンサ５の出
力を入力するように構成している。例えば、長さ８０ｍ
ｍ、直径２０ｍｍのカバー６を用いている場合、カバー
６のアスペクト比４をマイクロコンピュータに入力して
おく。そして、真空槽１内の圧力を例えば１０^-2Ｐａに
設定すると、真空計１２から圧力１０^-2Ｐａの検出信号
がマイクロコンピュータに入力される。すると、マイク
ロコンピュータはあらかじめ記憶されている図７の校正
曲線からセンサ５の測定値ｔ_Mが基板４上の成膜速度ｔ_S
の４２％であることを認識する。そこで、マイクロコン
ピュータはセンサ５の測定値ｔ_Mを２．３８（＝１／
０．４２）倍して成膜速度として出力する。この算出さ
れた成膜速度は基板４上の真の成膜速度とほぼ一致する
ことになる。

【００６２】このように、この実施例４によれば、補正
手段４５としてマイクロコンピュータを用い、カバー６
のアスペクト比をパラメータとして、所定の圧力におけ
る蒸発材料の粒子の平均自由工程と衝突確率とから算出
した基板４上での成膜速度に対するセンサ５の測定値の
割合と真空槽１内の圧力との関係に基づいて、真空計１
２の測定値に応じてセンサ５の測定値を補正して基板４
上での成膜速度を算出するようにしているので、真空槽
１内の圧力を変えても、基板４上の膜厚を測定して成膜
速度を校正する予備実験をすることなく、基板４上での
真の成膜速度を正確に把握できる。そこで、成膜中に薄
膜の酸素含有量を変える必要が生じても、基板４上の成
膜速度を正確に把握でき、基板４上に所望の組成比の薄
膜を簡易に形成することができる。

【００６３】なお、上記実施例４では、カバー６の形状
を円筒状としているが、カバー６の形状は円筒状に限ら
ず、他のクラスタイオンビーム源３からのクラスタビー
ム１８の入射を阻止できる形状であればよく、例えば円
錐状あるいは矩形断面の筒でもよい。さらに、センサの
下部に遮蔽板を設け、センサと所定の蒸発源とを結ぶ直
線と遮蔽板との交点に小孔を設置することにより、セン
サへの入射ビームを１つの蒸発材料のビームに規制する
ようにしてもよい。

【００６４】また、上記実施例２〜４では、反応性ガス
として酸素を用い、これを無声放電を用いたガス励起源
７で励起するものとしているが、他の励起手段、例えば
オゾナイザを用い、オゾン含有酸素を基板４に照射して
も、同様の効果を奏する。また、反応性ガスとしては酸
素に限らず、窒素、水素等を用いても、同様の効果を奏
する。

【００６５】また、上記各実施例では、蒸発材料１４と
してＢｉ、Ｓｒ、ＣａおよびＣｕを用いてビスマス系の
酸化物高温超電導薄膜を形成する場合について説明して
いるが、他の蒸発材料を用いてもよく、蒸発材料が金属
に限らず、酸化物等であってもよい。また、多組成薄膜
に限らず、単組成薄膜の形成にも適用できる。

【００６６】また、上記各実施例では、反応性クラスタ
イオンビーム蒸着法により薄膜を形成する場合について
説明しているが、他の蒸着法にも適用できることはいう
までもないことである。

【００６７】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６８】この発明に係る薄膜形成装置は、蒸発源
が、蒸発材料を収容する中空の蒸発材料収容部、この蒸
発材料収納部の軸心を通り軸心と直交する方向に所定幅
をもって蒸発材料収納部の上部に突設された細長の噴射
ノズル設置部および蒸発材料収納部の下部開口を塞口す
る底蓋を有し、噴射ノズル設置部に軸心に平行に複数設
けられた噴射ノズルを除いて密閉された高融点材料から
なるるつぼと、蒸発材料収容部および噴射ノズル設置部
の外周側壁面から一定の間隔をもってるつぼを包囲する
ように配置されたるつぼ加熱手段とを備えているので、
るつぼ内圧の低下が防止でき所望の成膜速度が安定して
得られ、特に多元素化合物からなる薄膜の組成を高精度
に制御して形成できる。さらに、るつぼ外径の大径化お
よび噴射ノズル数の多数化が可能となり、高速の成膜速
度が得られる。

【００６９】また、るつぼ加熱手段に対するるつぼの設
置位置を規制する位置決め手段を備えているので、るつ
ぼ加熱手段とるつぼとの位置関係を確保してるつぼを簡
易に設置でき、成膜品質の再現性および成膜の作業性を
向上させることができる。

【００７０】

【００７１】

【００７２】

【００７３】

【００７４】また、薄膜形成装置の蒸発源用るつぼが、
蒸発材料を収容する中空の蒸発材料収容部と、この蒸発
材料収納部の軸心を通り軸心と直交する方向に所定幅を
もって蒸発材料収納部の上部に突設された細長の噴射ノ
ズル設置部と、蒸発材料収納部の下部開口を塞口する底
蓋とを備え、噴射ノズル設置部に軸心に平行に複数設け
られた噴射ノズルを除いて密閉されて構成されているの
で、るつぼ内圧の低下が防止でき蒸発量が安定して得ら
れるとともに、るつぼ外径の大径化および噴射ノズル数
の多数化が可能となり、多量の蒸発量が得られる。

【００７５】また、るつぼを昇華性蒸発材料の融点より
高い温度に加熱して昇華性蒸発材料を蒸発させて基板上
に昇華性蒸発材料の薄膜を形成するようにしているの
で、るつぼの温度と昇華性蒸発材料の温度とがほぼ等し
い状態となり、昇華性蒸発材料の蒸気を安定して発生で
き、安定した成膜速度で昇華性蒸発材料の薄膜を成膜す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る薄膜形成装置の蒸発
源用るつぼの構成を示す一部破断側面図である。

【図２】この発明の実施例２に係る薄膜形成装置の構成
を示す模式図である。

【図３】この発明の実施例２に係る薄膜形成装置のるつ
ぼ取付構造を示す一部破断斜視図である。

【図４】この発明の実施例２に係る薄膜形成装置のクラ
スタイオンビーム源の主要部を示す断面図である。

【図５】ＳｒおよびＣａの加熱温度と蒸気圧との関係を
示すグラフである。

【図６】この発明の実施例２に係る薄膜形成装置におけ
る基板上のイオン電流密度分布を示すグラフである。

【図７】この発明の実施例４に係る薄膜形成装置におけ
る圧力と成膜速度比との関係を示すグラフである。

【図８】従来の薄膜形成装置の構成を示す模式図であ
る。

【図９】従来の薄膜形成装置におけるクラスタイオンビ
ーム源を示す断面図である。

【図１０】従来の薄膜形成装置におけるクラスタイオン
ビーム源の主要部を示す一部切り欠き斜視図である。

【図１１】従来の薄膜形成装置におけるクラスタイオン
ビーム源とガス励起源とを用いて基板上に酸化物薄膜を
形成する原理を示す模式図である。

【符号の説明】

１真空槽２クライオポンプ３クラスタイオンビーム源（蒸発源）４基板５センサ６カバー１２真空計１３噴射ノズル１４蒸発材料１５加熱用フィラメント（るつぼ加熱手段）３１るつぼ３２ａ蒸発材料収納部３２ｂ噴射ノズル設置部３４底蓋３６ピン（位置決め手段）４１Ｌ型配管４３冷却板（冷却部材）４５補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上晋一尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭61−573（ＪＰ，Ａ) 特開平５−44034（ＪＰ，Ａ) 特開平６−184737（ＪＰ，Ａ) 特開平５−186296（ＪＰ，Ａ) 特開平４−228562（ＪＰ，Ａ) 特開平２−16376（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−245828（ＪＰ，Ａ) 特開平２−92898（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−48478（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−12865（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C23C 14/24 C01G 1/00 B01J 19/00 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/363 H01L 39/24 ＣＡ（ＳＴＮ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽と、この真空槽内に配置された蒸
発源と、この蒸発源と相対して前記真空槽内に配置され
た基板とを有し、前記蒸発源内に充填された蒸発材料を
蒸発させて前記基板上に成膜する薄膜形成装置におい
て、前記蒸発源が、前記蒸発材料を収容する中空の蒸発
材料収容部、この蒸発材料収納部の軸心を通り前記軸心
と直交する方向に所定幅をもって前記蒸発材料収納部の
上部に突設された細長の噴射ノズル設置部および前記蒸
発材料収納部の下部開口を塞口する底蓋を有し、前記噴
射ノズル設置部に前記軸心に平行に複数設けられた噴射
ノズルを除いて密閉された高融点材料からなるるつぼ
と、前記蒸発材料収容部および前記噴射ノズル設置部の
外周側壁面から一定の間隔をもって前記るつぼを包囲す
るように配置されたるつぼ加熱手段とを備えていること
を特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】るつぼ加熱手段に対するるつぼの設置位
置を規制する位置決め手段を備えていることを特徴する
請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】蒸発材料を収容する中空の蒸発材料収容
部と、この蒸発材料収納部の軸心を通り前記軸心と直交
する方向に所定幅をもって前記蒸発材料収納部の上部に
突設された細長の噴射ノズル設置部と、前記蒸発材料収
納部の下部開口を塞口する底蓋とを備え、前記噴射ノズ
ル設置部に前記軸心に平行に複数設けられた噴射ノズル
を除いて密閉されて構成されていることを特徴する薄膜
形成装置の蒸発源用るつぼ。
【請求項４】真空槽内に配置された蒸発源のるつぼ内
に昇華性蒸発材料を充填し、前記るつぼを加熱して前記
昇華性蒸発材料を蒸発させて、前記真空槽内に配置され
た基板上に前記昇華性蒸発材料の薄膜を形成する昇華性
蒸発材料の薄膜形成方法において、前記るつぼを前記昇
華性蒸発材料の融点より高い温度に加熱して前記昇華性
蒸発材料を蒸発させるようにしたことを特徴とする昇華
性蒸発材料の薄膜形成方法。