JPH0368763A - 蒸発源装置 - 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 本発明は真空蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等に用い
られる蒸発源装置に関すん 従来の技術 従来　常温固体状の物質を加熱蒸発させて被蒸着基板上
に蒸着して薄膜の形成を行う真空蒸着、クラスタイオン
ビーム蒸着等に用いる蒸発源装置（よ　第４図に示す従
来例のような構成を有してい九 すなわ板　小孔１をその上面中央部に形成した円筒状の
坩堝（クヌーセンセル）２と、その坩堝２の側面に坩堝
２の円筒面と平行に設置され坩堝２の側面を加熱するた
めの電子ボンバード用熱陰極３から構成されている。

坩堝２は黒舷　タングステン等の単層構造を有するもの
が一般的であも　電子ボンバード用熱陰極３はタングス
テン、タンタル等の線径が一様で均質な線材を螺旋状コ
イルに成形したものであり、そのコイルの螺旋ピッチは
一定である。　４は熱陰極３に電圧を印加し加熱するた
めの熱陰極加熱用型温　５は坩堝２と熱陰極３の間に電
圧を印加して高温に加熱した熱陰極３から熱電子を引出
しその熱電子を坩堝２に衝突させることにより坩堝２を
電子ボンバード加熱するための坩堝加熱用電源であも 小孔１を有する坩堝２を用いた場合の製膜プロセスは次
のようになん　坩堝２の内部に蒸着物質６を挿入した眞
　坩堝２を設置した真空槽（図示せず）を所定の真空度
に設定し　坩堝２を電子ボンバード法により加熱するこ
とで蒸着物質６を蒸発させも　この蒸着物質６の蒸気７
は小孔１から図中矢印方向に噴出する阪　真空槽と坩堝
内部の圧力差により断熱膨張し　過冷却されも　このた
め蒸気７は凝縮Ｌ　５００〜２０００個の原子が互いに
緩く結合した塊状原子集団のビームすなわちクラスタビ
ームとなり基板（図示せず）に衝突し　基板上に蒸着物
質が製膜されも 前述のように　坩堝２の側面に坩堝２の円筒面と平行に
設置された電子ボンバード用熱陰極コイル３は線径が一
様で均質な線材を一様螺旋ピッチでコイル状に成形した
ものであり、従来の蒸発源装置は坩堝２の側壁を電子ボ
ンバード用熱陰極３により一様熱流束で加熱するもので
あったこのため坩堝２の上部および下部は中央部と同じ
熱入力であも　しかし　円゛筒状の坩堝２には円形状の
上面および下面が存在するため坩堝中央部と比較して上
部および下部からの放熱量は犬きくなも　したがって、
坩堝２の軸方向に沿って温度分布が生よ　坩堝中央部で
温度が高く、上部および下部で温度が低下することにな
る。

発明が解決しようとする課題 このように従来の蒸発源装置では　坩堝の軸方向に沿っ
て温度分布が生じて、坩堝の上部および下部で温度が低
下していたために （１）坩堝上部の小孔付近の温度が低下し蒸発物が滴状
で噴き出すスピッティング状態を生じ易ｔ、％　　その
たム　製膜した膜質の不良を生じる。さらに　温度が低
下すると、小孔が閉塞すも（２）坩堝内に充填した蒸着
物質の監　すなわち蒸着物質の充填高さによって蒸着物
質の温度が変化し　蒸着速度も変化すも　そのた吹　蒸
着の安定性が悪鶏 （３）坩堝内に充填した蒸発物質の高さが低くなった場
合、蒸着速度を一定に保つためには坩堝下部を、温度が
中央部の温度程度になる様に加熱しなければならな鶏 等の問題点がありｔも 本発明（よ　上記問題点に鑑みてなされたもので、坩堝
の軸方向に沿った温度分布を一様化することにより、加
熱効率よく、　しかも安定して高品質の薄膜を製膜でき
る新規な蒸発源装置を提供することを目的とすも 課題を解決するための手段 本発明による蒸発源装置Ｃよ　蒸発させる物質を収容す
る坩堝と前記坩堝を加熱するための電子ボンバード用熱
陰極を具ＩＬ　　前記電子ボンバード用熱陰極Ｑ　電流
が流れる方向に垂直な断面の面積を、前記坩堝の上部及
び下部に対応する部分では、　中央部に対応する部分よ
りも小さくなす、あるいは前記坩堝の上部および下部に
対応する電子ボンバード用熱陰極の表面にトリウムもし
くはジルコニウム等の陽電性原子層を形成したものであ
る。

作用 上記の手段によって得られる作用は次の通りであも 真空中で高温に加熱された熱陰極に対して正電位にある
陽極（坩堝に相当する）を設置した場合、熱陰極から引
き出される単位面積あたりの熱電子の量すなわちエミッ
ション電流値ば　熱陰極の物質、表面状服　および温度
等によって支配され熱陰極の温度Ｔの増加とともに著し
く増加すもすなわ板　熱陰極の電流が流れる方向に垂直
な断面の面積を、坩堝の中央部に対応する部分より紅　
上部および下部に対応する部分では小さくすることによ
り、熱陰極の単位長さあたりの電気抵抗は坩堝の中央部
よりも上部および下部で大きくなも　その結果　熱陰極
の温度は坩堝の中央部に対応する部分よりも上部および
下部に対応する部分で高くなａ　その結果　エミッショ
ン電流値は坩堝の中央部に対応する部分よりも上部およ
び下部に対応する部分で著しく増加する。

また　熱陰極の表面にトリウムもしくはジルコニウム等
の陽電性原子層を形成した場合、仕事関数の値が減少す
るた吹　熱陰極から引き出されるエミッション電流値は
著しく増加する。すなわ板坩堝の上部および下部に対応
する熱陰極の表面にトリウムもしくはジルコニウム等の
陽電性原子層を形成することにより、エミッション電流
値は坩堝の上部および下部に対応する部分で著しく増加
すも 以上のことか転　坩堝への熱入力が坩堝の中央部よりも
坩堝の上部および下部で大きくな瓜　そのた碌　坩堝の
上部および下部での温度低下が補償され　坩堝の温度分
布が軸方向に一様となり、従来の課題を解決しつるので
あも 実施例 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明すも 第１図は本発明による一実施例の蒸発源装置の構造を示
す縦断面図であも　８は直径２ｍｍ程度の小孔９をその
上面中央部に形成したタングステン製の単層構造を有す
る坩堝（クヌーセンセル）であり、この坩堝８の内部に
蒸着物質１ｏを充填すも １１は上記坩堝８の加熱を行うための電子ボンバード用
熱陰極であも　電子ボンバード用熱陰極１１　ｉ：Ｌ　
　線径が０．７ｍｍで一様線径の均質なタングステンの
線材を用いて、坩堝８の中央部に対応する１２の部分で
は２本の線材を撚り合わせ、また坩堝の上部および下部
にそれぞれ対応する１３、１４の部分では１本の線材で
形成したものであも熱陰極１１の長さは坩堝８の長さよ
り長くしていも　そして、この熱陰極１１を２本電気的
に直列につなぎ、円筒型坩堝８の中心軸と平行型　しか
もある距離を有するように坩堝の側面に設置していも　
な耘　直列につなぐ熱陰極１１の数を増加させることに
より、容易に坩堝８への熱入力を増加させることができ
も １５は熱陰極１１に電圧を印加し加熱するための熱陰極
加熱用型温　１６は坩堝８と熱陰極１１の間に電圧を印
加して高温に加熱された熱陰極ＩＩから熱電子を引出し
　その熱電子を坩堝８に衝突させることにより坩堝８を
電子ボンバード加熱するための坩堝加熱用電源であん　
まｒ＝１７は坩堝８を支持する支持台、　１８は上記支
持台１７を真空槽（図示せず）に固定する絶縁支持部材
であも ところ玄　真空中で高温に加熱された熱陰極に対して正
電位にある陽極（坩堝に相当する）を設置した場合、熱
陰極から引き出される熱電子の量すなわちエミッション
電流値は　陽極電圧が十分に高ければ　一定の飽和値に
達すも　熱陰極単位表面積あたりの飽和電流値ｉは熱陰
極の物質　表面状態　および温度等によって支配され　
リチャードソン定数をＡ、仕事関数をφ、電子の電荷を
−ｅ、ボルツマン定数をｋ、熱陰極絶対温度をＴとする
と という形で表されも　この時、陽極への電子ボンバード
熱入力Ｑｌ−Ｌ　　熱陰極の表面積をＳとするとＱ＝ｉ
−８−Ｖ　　　　　　　　　　　　　　（２）となり、
陽極は熱電子により加熱されも式（１）より、エミッシ
ョン電流値は熱陰極の温度Ｔの増加とともに著しく増加
することになんすなわ板　熱陰極の電流が流れる方向に
垂直な断面の面積を、坩堝の上部及び下部に対応する部
分で（戴　中央部に対応する部分よりも小さくすること
により、熱陰極の単位長さあたりの電気抵抗は中央部よ
りも上部および下部で大きくなん　その結果　熱陰極の
温度は中央部よりも上部および下部で高くなる。そのた
め、エミッション電流値は中央部よりも上部および下部
で著しく増加する。

そして、本実施例では、上述のように、熱陰極１１の電
流が流れる方向に垂直な断面の面積を、中央部１２では
、上部１３および下部１４よりも大きくしたことにより
、熱陰極１１の単位長さあたりの電気抵抗は中央部１２
よりも上部１３および下部１４で大きくなる。その結果
、熱陰極１１の温度は、中央部１２よりも上部１３およ
び下部１４で高くなる。例えば、熱陰極１１に流れる電
流値が３ＯＡの時、熱陰極１１の中央部温度が約２００
０にであるのに対し、上部および下部の温度は約２７０
０にとなる。そのため、エミッション電流値は坩堝の中
央部よりも上部および下部で著しく増加する。したがっ
て、熱陰極１工から引き出され、坩堝８の上部および下
部の近傍に衝突す−る熱電子の量、すなわち電子ボンバ
ードによる熱入力を増加させることができる。

この場合、坩堝８の上部および下部に対応する熱陰極１
１の表面積は中央部に比べて小さいが、坩堝８の上部お
よび下部に対する熱陰極１１の温度上昇が著しいた△　
坩堝８の上部および下部に対する熱入力が増加するので
ある。また　坩堝８の上部および下部への熱陰極ＩＩか
らの輻射による熱人力も増加させることができも 以上のことか転　本実施例では　坩堝の上部および下部
で温度が低下することはなく、坩堝の軸方向温度分布の
一様化を遠戚できも その語気　スピッティング状態を生じにくくすることが
でき、高品質の製膜が可能となる。また小孔が閉塞する
こともなくなム　さらに　蒸着物質の充填高さにかかわ
らず蒸着速度を一定とすることができ、Ｍ着の安定性を
高めることが可能となん 上記実施例では電子ボンバード用熱陰極の場合を示した
力丈　タンタ／ｋ　　黒鉛等のリボン状板材を短冊状も
しくは螺旋状に成形した抵抗加熱用ヒータを用いた　熱
伝導もしくは熱輻射による坩堝の加熱の場合にもこの発
明は適用できる。また　坩堝は密閉瓢　開放型の何れで
もよ賎 な耘　本実施例１よ　坩堝の上面および下面近傍にそれ
らの面を加熱するためのヒータもしくは熱陰極を別途設
けた場合と比較して、装置構成が簡単でありコンパクト
な蒸発源装置とすることが可能となん 第２図は本発明の他の実施例である蒸発源装置の構造を
示す縦断面図であも 電子ボンバード用熱陰極１９は線径が０．７ｍｍで一様
横断面積の均質なタングステンの線材を用いて成形した
−様な螺旋径のコイルであり、中央部２１では２本の線
材を撚り合わせ、また上部２２および下部２３では、　
それぞれ１本の線材で成形していも　コイルの長さは坩
堝２ｏの長さより長くしていも　な抵　撚り合わせる線
材の数は坩堝２０への熱入力と電源設備によって最適な
数を選択すれば良（１ 熱陰極１９を上記のような構成とすることにより、坩堝
２０の軸方向の温度分布を一様化できるのみならす　熱
陰極１９の表面積を大きくすることが容易となり、同じ
熱陰極温度に対するエミッション電流値を大きくするこ
とができる。このた吹　坩堝加熱用電源２４による印加
電圧が小さくてｋ　坩堝２０への熱入力を増大させるこ
とができも 第３図は本発明の更に他の実施例である蒸発源装置の構
造を示す縦断面図である。

電子ボンバード用熱陰極２５は線径が０．７〜１．０ｍ
ｍで−様であるタングステン線を−様な螺旋径でコイル
状に成形したものであり、コイルの長さは坩堝２６の長
さより長くしている。そして、熱陰極の上部２７および
下部２８の表面にはトリウムもしくはジルコニウム等の
陽電性原子層２９を形成している。

熱陰極２５を上記のような構成とすることにより、上部
２７および下部２８の仕事関数φの値が減少する。その
結電　上部２７および下部２８から引き出されるエミッ
ション電流値は著しく増加すも　すなわム　簡単な構成
の熱陰極により坩堝の軸方向の温度分布を一様化するこ
とができも熱陰極２５をコイル状としたので、同じ熱陰
極温度に対するエミッション電流値を大きく出来ること
並びに坩堝加熱用電源３０による印加電圧が小さくて転
　坩堝２６への熱入力を増大させることができるの（よ
　第２図の場合と同様である。

発明の効果 以上のように本発明１上　簡単な構成で、坩堝の温度分
布を一様になす事が可能で、安定した高品質の薄膜を得
ることが出来るものであり、また加熱も効率よく行える
ものであって、犬なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸発させる物質を収容する坩堝と前記坩堝を加熱
   するための電子ボンバード用熱陰極とを具備し、線材も
   しくは板材で形成した前記電子ボンバード用熱陰極の、
   電流が流れる方向に垂直な断面の面積を、前記坩堝の上
   部及び下部に対応する部分では、中央部に対応する部分
   よりも小さくした蒸発源装置。
2. （２）電子ボンバード用熱陰極を、線材もしくはリボン
   状板材を撚り合わせて形成し、前記坩堝の中央部に対応
   する部分では、上部および下部に対応する部分よりも、
   線材もしくはリボン状板材の撚り合わせる本数を少なく
   した請求項１記載の蒸発源装置。
3. （３）蒸発させる物質を収容する坩堝と前記坩堝を加熱
   するための電子ボンバード用熱陰極とを具備し、前記坩
   堝の上部および下部に対応する電子ボンバード用熱陰極
   の表面にトリウムもしくはジルコニウム等の陽電性原子
   層を形成した蒸発源装置。
4. （４）電子ボンバード用熱陰極が、線材もしくはリボン
   状板材を螺旋状に成形したコイルである請求項３記載の
   蒸発源装置。