JPH0215629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、薄膜蒸着装置に関し、特にクラスタ
イオンビーム蒸着法により薄膜を蒸着形成する場
合の膜厚及び膜質の均一化を図つたものに関する
ものである。

〔従来技術〕

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ヤ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。

このような薄膜蒸着方法を実施する装置とし
て、従来、第１図及び第２図に示すものがあつ
た。第１図は従来の薄膜蒸着装置を模式的に示す
概略構成図、第２図はその主要部の一部を切り欠
いて内部を示す斜視図である。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１mm〜２mmのノズル４ａが設けられた
密封形るつぼで、これは基板に蒸着されるべき蒸
発物質、例えば亜鉛（Zn）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イラメント、７は該フイラ
メント６からの幅射熱を遮断する熱シールド板で
あり、上記るつぼ４、ボンバード用フイラメント
６及び熱シールド板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。
なお、１９は上記熱シールド板７を支持する絶縁
支持部材、２０は上記るつぼ４を支持する支持台
である。

９は2000℃以上に熱せられたイオン化用の熱電
子１３を放出するイオン化フイラメント、１０は
該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電極、１１はイオン
化フイラメント９から幅射熱を遮断する熱シール
ド板であり、上記イオン化フイラメント９、電子
引き出し電極１０及び熱シールド板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、２３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１
６を加速してこれをイオン化されていない中性ク
ラスタ１５とともに基板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を維持する基板ホル
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。

次に動作について説明する。

基板１８に亜鉛薄膜を蒸着形成する場合につい
て説明すると、まず亜鉛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内の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、該ボンバード用フイラメント６か
ら幅射熱により、または該フイラメント６から放
出される熱電子をるつぼ４に衝突させること、即
ち電子衝撃によつて、該るつぼ４内の亜鉛５を加
熱し蒸発せしめる。そして該るつぼ４内が亜鉛５
の蒸気圧が0.1〜10Torr程度になる温度（500℃）
に昇温すると、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１７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
１５がるつぼ４から噴射されるときの運動エネル
ギーでもつて基板１８に衝突するのと共に、基板
１８に衝突し、これにより該基板１８上に亜鉛薄
膜が蒸着形成される。

第３図は上記のような従来の薄膜蒸着装置のク
ラスタ・イオン加速機構部のより具体的な構成、
各部の電位及び空間の電位分布を示している。同
図中の破線は0.8kV、1.0kV、……、4.0kVの各
等電位線を示しており、括弧内の数字は本薄膜蒸
着装置各部の電位を表している。なおこの等電位
線は計算により求められたものである。

この第３図からわかるように従来の薄膜蒸着装
置では、等電位線が熱電子引出し用の電極の内側
に深くしみ込んでしまい、この電位のしみ込みに
よるレンズ作用によつてクラスタ・イオンは複雑
な軌跡を描いて基板に達することとなり、その結
果基板上でのイオン分布にむらを生じ、形成され
る薄膜の膜厚及び膜質に不均一が生じるという問
題があつた。またこの従来装置ではイオン化フイ
ラメント等が高温（2000℃）になるため、その幅
射熱により基板の温度が上昇し、基板として高分
子シート等耐熱性の低いものは使用できなかつた
り、基板にアルミ層を形成し、さらに該アルミ層
上に他の金属膜を蒸着形成するような場合には、
該アルミ層が溶けてしまつたりし、均一な膜形成
ができないという問題があつた。

〔発明の概要〕

この発明は、上記のような従来のものの問題点
に鑑みてなされたもので、電子引出し用の電極と
イオン加速用の加速電極との間においてクラスタ
の進行方向と垂直な面内にメツシユ状の電極を設
け、該電子引き出し電極と加速電極との間の電位
分布の蒸気発生源方向へのしみ込みをなくするこ
とにより、クラスタ・イオンの軌跡を直線に近づ
け、更にメツシユ状電極内部に冷却用媒体を流し
てイオン化フイラメント等からの幅射熱を吸収さ
せ、基板の温度上昇を防止することにより、膜
厚、膜質の均一な薄膜形成が可能な薄膜蒸着装置
を提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第４図は本発明の一実施例による薄膜蒸着装置
の要部を示し、図において、第１図ないし第３図
と同一符号は同一のものを示す。第５図は本実施
例において追加されたメツシユ状電極３０を示
し、該メツシユ状電極３０は内部が冷却水通路と
なつており、電子引き出し電極１０上にクラスタ
の進行方向に対し垂直な面内に設けられ、かつこ
れは該電子引き出し電極１０と同電位となつてい
る。なお該電極３０の材質はタングステンが適当
である。

次に動作について説明する。

本実施例装置におけるクラスタの発生は従来の
ものと全く同様に行なわれる。従つてここではメ
ツシユ状電極３０を付加したことによる電位分布
の変化についての説明を行なう。即ち、第４図に
計算により求められた等電位線を破線で示してい
るが、電子引き出し電極１０上にメツシユ状電極
３０を設けたことにより、従来の第３図に見られ
たような蒸気発生源方向への電位のしみ込みがな
くなつて電子引き出し電極１０上方では等電位線
が平行になり、そのため該等電位線に垂直な平行
電界が形成されていることがわかる。従つてクラ
スタ・イオン１６はこのような平行電位中を通過
するためほとんど直線の軌道を取つて基板１８に
達することとなり、基板１８に衝突するクラス
タ・イオン１６の分布は均一となる。

一方、メツシユ電極３０内部には矢印Ａ方向に
冷却水が流れており、これにより該電極３０が冷
却されてイオン化フイラメント９等の下方からの
幅射熱が大部分該メツシユ電極３０により吸収さ
れる。従つて本実施例装置では基板の温度上昇は
ほとんどない。

このように、本実施例による薄膜蒸着装置で
は、電子引出し用の電子引き出し電極上にクラス
タの進行方向に対し垂直な面内にメツシユ状の電
極を設け、蒸気発生源方向への電位のしみ込みを
なくするとともに、該メツシユ状電極を内部の冷
却水により冷却して下方からの幅射熱を吸収する
ようにしたので、イオンが基板中央に集中し、か
つ基板の温度上昇による上述の不具合を解消し、
より一層の膜厚、膜質の均一化を達成できる効果
がある。

なお、上記実施例ではメツシユ状電極を電子引
き出し電極上に設け、該電子引き出し電極と同電
位としたが、該メツシユ状電極は必ずしも上記電
子引き出し電極と同電位でなくてもよい。

また上記実施例ではメツシユ電極材料をタング
ステン線としたが、高融点金属であればよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例ではるつぼを電子ボンバード
加熱してクラスタを発生させるクラスタイオンビ
ーム装置について説明したが、本発明はシラン
（SiH₄）等の常温ガスをノズルを有するガス収容
室から真空層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、電子引出し
用の電子引き出し電極とイオン加速用の加速電極
との間においてクラスタの進行方向と垂直な面内
にメツシユ状電極を設け、蒸気発生源方向への電
位のしみ込みをなくし、更にメツシユ状電極内部
に冷却用の媒体を流して基板の温度上昇を防ぐよ
うにしたので、基板に到達するクラスタ・イオン
の分布を均一にでき、形成される薄膜の均一性を
向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜蒸着装置の概略構成図、第
２図はその真空槽内を示す斜視図、第３図は第１
図の装置における電位分布を示す断面図、第４図
は本発明の一実施例による薄膜蒸着装置の概略構
成及びその電位分布を示す断面図、第５図は本実
施例装置のメツシユ状電極を示す正面図である。 １……真空槽、５……蒸着すべき物質（亜鉛）、
８……蒸気発生源、９……フイラメント、１０…
…電子引き出し電極、１４……加速電極、１５…
…中性クラスタ、１６……クラスタ・イオン、１
８……基板、３０……メツシユ状電極。なお図中
同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の真空度に保持された真空槽と、該真空
   槽内に設けられ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該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
   るフイラメントと、上記熱電子を引出し上記クラ
   スタに衝突させるための電子引き出し電極と、上
   記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電極と、該
   加速電極と上記電子引き出し電極との間において
   上記クラスタの進行方向と垂直な面内に配設され
   内部が冷却用媒体の通路となつているメツシユ状
   電極とを備え、上記電子引き出し電極と加速電極
   との間の電位分布が上記蒸気発生源方向へのしみ
   込みのない分布となつていることを特徴とする薄
   膜蒸着装置。 ２ 上記メツシユ状電極が、上記電子引き出し電
   極と同電位であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜蒸着装置。