JPH0297664A - 超高純度成膜装置 - 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、超高純度の薄膜を作成する装置、特に四重
極質量分析器により、特定のイオンのみを超高真空下で
対象物表面に堆積させて高純度の薄膜を作成する装置に
関する。

（従来の技術） 現在、種々の成膜方法が提案され、実用化されているが
、近年、イオン化蒸着法が他の方法では作成できない優
れた性質を持つ膜の作成が可能であると考えられ、注目
されている。

その中で、最近、稀に見られるものに、質量分離された
イオンビームによる薄膜作製の試みがある、この方法は
、特定のイオンのみを選択堆積させることができるので
、極めて純度の高い薄膜の作製に適した方法といえる。

それらの方法に使用される装置の１例を第５図に示すが
、その主要部のほとんどは、従来の二次イオン質量分析
計（ＳＩＭＳ）のイオン照射系の機構や技術を利用した
ものであり、薄膜作製に利用する場合、以下の問題点が
ある。

（この発明が解決しようとする問題点）（１）質量分離
器として扇磁場型が使用されている。従って大型で重量
も大きく、イオンの輸送距離が長い。

（２）イオンビームのエネルギー（数１００ｅＶ〜数１
０　ｋｅＶ）が比較的高く、膜質の制御が難しい。

膜質の制御を行うのには低エネルギー領域（１００ｅＶ
以下）のイオンを利用し、その制御を行うことが重要で
ある。

（３）イオン源として高輝度の複雑なものが流用されて
いる。従って汎用性に乏しく、生成されるイオン種が制
限される。

（４）イオン輸送系が長く（１ｍを越えるものが多い）
、また、精密なレンズ系が２〜３組必要となる。

（５）全体として大型で、かつ複雑であり、操作が難し
く、また高価である。

ＳＩＭＳのイオン照射系と異なる方式の装置においても
薄膜作製装置としての考慮がされておらず（例えば真空
度が悪い等）、これを利用して高純度な膜を作製するに
は不向きである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記問題を含まぬ成膜装置を得ようとする
もので、質量分析器として四重極質量分析器を採用した
イオン化蒸着装置とすると共に、膜成長室を超高真空（
１０−’Ｐａ以下）にして、超高純度の薄膜作製を可能
にしたものである。

（実施例） 実施例１ 第１図にこの発明の超高純度成膜装置の概要図を示す。

この装置は、イオン生成室１、質量分離室２、膜成長室
３から構成され、それにガス導入系４、および排気系が
取り付けられている。

イオンの生成法としては各種のプラズマ生成法、電子衝
撃法１表面電離法等が利用可能である。特に電子サイク
ロトロン共鳴放電、又は電子ビーム励起放電法を使用す
る場合、イオン生成室１の圧力は、１０−”Ｐａ以下と
他のプラズマ生成法（ＩＰａ程度）に比べて、導入気体
の圧力を二指程度低くできるので、差動排気が容易にな
り、膜成長室３を超高真空にするのに有利である。

質量分離室２には四重極質量分析器６が納められている
。

イオン生成室で発生したイオンは孔５を通って四重極質
量分析器で質量分離され、予め任意に設定された質量電
荷比（ｍ／ｎ、但しｍはイオン質量、ｎは電荷数）のイ
オンのみが膜成長室との間の孔７を通過し、基板８上に
堆積して膜１０となる。孔５及び孔りには、必要に応じ
て簡単な円筒レンズ等を取り付けることにより、イオン
ビームの制御が容易となる。

装置を以上の構造とすることにより、以下のような従来
に比べて有利な点が生じる。

（１）イオン生成室１と膜成長室３の間の距離を従来の
１１５以下（２０ｃｍ以下）にすることができる。

（２）イオン生成法としては種々の方法が利用可能なの
で１種々のイオンの生成が容易となり応用分野が広がる
。また、特別のイオン源（例えばデュオプラズマトロン
）を必要としない。さらに、イオンの引出し、加速のた
めの高圧電源を必要としないので安全でかつ操作が容易
となる。

（３）質量分離室に大排気速度の排気系を取り付けるこ
とが容易となる。従って差動排気が容易となり、膜成長
室の真空を１０−’Ｐａ以下の超高真空にすることが比
較的容易となる。さらに、必要に応じて１０−”Ｐａ以
下の極高真空とすることも可能となる。従って、超高純
度の成膜が可能である。

（４）精密なレンズ系を必要としない。具体的には、孔
５に簡単な円筒レンズを１組取り付ける程度で充分であ
る。

（５）低エネルギー領域（１００ｅ　ｖ以下）における
イオンエネルギー制御が基板に電位をかけることにより
簡単にできる。

（６）構造が簡単で軽量かつ、安価にすることができる
。また操作が容易となる。例えば重量では従来のような
扇型磁場を使用する場合に比べて１１５０以下にできる
。

（７）正のイオンだけでなく、負のイオンによる成膜も
容易となる。これは四重極質量分析器がイオンの正負に
無関係に質量分離することが可能であるからである。従
って正負イオンの切り替え、さらに正、負のイオンを交
互に用いる成膜も容易となる。

（８）小型軽量に出来るので、イオン生成室１と質量分
離室２を容易に、他の表面分析器に取り付けることがで
き、膜成長の様子をその場で調べることが容易となる。

実施例２ 第２図に別の実施例を示す、１つの膜成長室３に二組の
イオン生成室１ａ、質量分離室２ａおよびイオン生成室
１ｂ、質量分離室２ｂを取り付けたものである。その他
、第１図に示す実施例と対応する部材は、同一の符号で
示しである。

このような構造にすることにより、（１）異なるイオン
種および正負のイオンを同時に又は交互に基板上で堆積
させることができる。従って、イオン間の静電引力を利
用して（２）成長が困難とされている化合物の成膜や、
（３）より低温でのエピタキシャル成長が可能になる。

これは重要で新しいエピタキシャルの方法となるもので
ある。

（４）同様の方法で膜成長室３に４〜５組のイオン生成
室１．ｆｉ量全分離室２取り付けることができ、４〜５
種類の元素の同時又は複数の組合せによる交互の成膜が
可能となる。

実施例３ 第３図は膜成長室３に、電子シャワー源１１を配設した
例を示す。これにより絶縁物上でのイオンの堆積または
絶縁物膜成長時におけるチャージアップ効果を制御する
ことが可能となる。

第４図は、簡単な円筒レンズ１２と組み合わせてイオン
ビーム偏向電極１３をイオンの入射孔７の膜成長室３内
側に取り付けた場合の例を示す。

このようにすることにより、膜成長時におけるイオン生
成室１文は質量分離室２から直接入射する不純物気体の
混入を防ぐことができる。

（発明の効果） この発明の成膜装置は上記のように質量分離器として四
重極質量分析器を用いたイオン化蒸着装置である。本方
法により、イオン輸送距離を従来の１７５と短縮するこ
とができ、扇型磁場による質量分離器に比べて重量で１
１５０以下にできる。

また、同一成膜装置で正負イオンの切り換えが容易にで
き、種々の薄膜製作方法が使用可能となり応用分野が広
がる。さらに低エネルギーでの成膜が可能なので、膜質
に影響を与えると考えられるイオンエネルギーの制御が
容易となり、全体として小型で、安価で、より操作性の
よい装置とすることができるという従来例を見ない効果
を得ることが出来たものである。

また本装置により、従来とは全く異なった。正負イオン
の静電引力を利用した新しいエピタキシャル膜成長の方
法が可能となる等、極めて顕著な特徴を生じた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超高純度成膜装置の実施例１の本体
の構成を示す概念図、第２図は実施例２の二元製同時成
膜装置の概念図、第３図、第４図は膜成長室の変形例を
示す部品配置の概念図、第５図は従来の質量分離器を備
えたイオン化蒸着装置の構成例を示す概念図である。 １：イオン生成室　２：質量分離室 ３：膜成長室　　　４：気体導入系 ５．７：孔　　　　６：四重極質量分析器８：基板　　
　　　９：イオン １０：膜　　　　　１１：ｆ！１子シャワー源１２：円
筒レンズ　１３：偏向電極 特許出願人　　新技術開発事業団 出顕人代理人　弁理士　佐藤文男 併気系 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）イオン生成室、質量分離室および膜成長室からな
   り、上記イオン生成室からのイオン中、上記質量分離室
   内の四重極質量分析器により分離された特定のイオンの
   みを、上記膜成長室中で、超高真空下で対象物表面に堆
   積させることを特徴とする超高純度成膜装置（２）イオ
   ン生成室中のイオン生成法として電子サイクロトロン共
   鳴放電を利用する第１項記載の超高純度成膜装置 （３）イオン生成室中のイオン生成法として電子ビーム
   励起放電を利用する第１項記載の超高純度成膜装置 （４）正の電荷と負の電荷を持つイオンを交互に又は同
   時に堆積させることを特徴とする第１項ないし第３項の
   何れかに記載された超高純度成膜装置 （５）正の電荷と負の電荷を持つイオンを交互に又は同
   時に堆積させて超格子膜を作成することを特徴とする第
   ４項記載の超高純度成膜装置 （６）正のイオンと負のイオンを交互に又は同時に基板
   上に堆積させてエピタキシャル成長をさせることを特徴
   とする第４項記載の超高純度成膜装置