JPH04120271A - クラスタイオンビーム発生方法およびクラスタイオンビーム発生装置 - 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　特に高機能薄膜デバイスの製造等に利用され
るクラスタイオンビーム蒸着におけるクラスタビーム発
生方法およびクラスタイオンビーム発生装置に関す４ 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
に蒸着して高機能薄膜の形成を行うクラスタイオンビー
ム蒸着に用いるクラスタイオンビーム発生装置（よ　例
えば　特公昭５４−９５９２号公報に示されているよう
く　第３図に示すような構成を有してい九　すなわ板　
クラスタビームの発生部１、クラスタビームのイオン化
部２およびクラスタイオンビームの加速部３から構成さ
れていム まず、クラスタビームの発生部１の構成について説明す
も　坩堝（クヌーセンセル）４ζよ　ノズル５をその中
央部に形成した坩堝上蓋４ａと円筒状の坩堝本体４ｂか
ら成り、上蓋４ａと坩堝本体４ｂをねじにより結合し気
密性を保持していたそして、坩堝４内の蒸着物質６　Ｃ
＆　　坩堝４の外周に設置された抵抗加熱用ヒータ７に
より加熱されも　８は抵抗加熱用ヒータ７に電圧を印加
し加熱するための坩堝加熱用電源であム　坩堝４はカー
ボン、タングステン等の単層構造を有するものが一般的
であり、坩堝４の内容積は１〜５ｃｍ”であム 次艮　クラスタビームのイオン化部２の構成について説
明すム　９はイオン化フィラメント、　１０はイオン化
フィラメント９に電圧を印加し加熱するためのイオン化
フィラメント加熱用電＃　１１は熱電子引き出し用グリ
ッド１２とイオン化フィラメント９の間に電圧を印加し
て高温に加熱したイオン化フィラメント９から熱電子を
引き出し電子シャワーを形成するための熱電子引き出し
用電源であ＆　　１３はイオン化フィラメント９を内包
する様に配された熱シールドであム 次く　クラスタイオンビームの加速部３の構成について
説明すも　１４は上記イオン化したクラスタの加速手段
としての加速電極であり、加速電源１５によりイオン化
部電子引き出しグリッド１２との間に電圧を印加できる
構成としていも　この加速電極１４により加速されたク
ラスタイオンビームは蒸着基板１６上に衝突して薄膜が
蒸着され本　な叙　蒸着基板１６は基板ホルダー１７に
より保持されも 上記構成の装置における動作は以下の通りであム　坩堝
４の内部に蒸着物質６を挿入した也　坩堝４を内包する
真空槽（図示せず）を所定の圧力（真空度）Ｐに設定し
　抵抗加熱用ヒータ７の加熱により蒸着物質６を蒸発さ
せ、坩堝内部の蒸着物質６の蒸発蒸気１８の圧力を増加
させもこの蒸着物質６の蒸気１８はノズル５から図中矢
印方向に噴出する際圏　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１８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
方向に飛翔すム　このとき、効率よくクラスターを形成
させるためには　坩堝内部の圧力Ｐ−と真空槽の圧力Ｐ
の比がＰ・／ｐ＞１０’〜１０″であることが望まし１
．％　　例え（Ｌ　真空槽の圧力Ｐが１０−”Ｔｏｒｒ
のとき坩堝内部の圧力Ｐ−は１０−”Ｔｏ　ｒ　ｒ以上
　実際にはＰ＠＝０．　１〜ＩＴｏｒｒ以上が望ましＬ
〜　シリコンで蒸気圧ＩＴｏｒｒを得るために（よ　シ
リコンを１６５５℃以上に加熱しなければならな（−当
代坩堝温度はさらに高温であム 次へ　イオン化部２において、このクラスタビームにイ
オン化フィラメント９から引き出した電子シャワーを浴
びせて、クラスタの構成原子のなかの１個の原子をイオ
ン化したクラスタイオンのビームを形成すも　そして、
加速電極１４によりクラスタイオンに電圧を印加し　ク
ラスタイオンを加速して、蒸着基板１６に衝突させ、蒸
着基板１６上に蒸着物質の薄膜を形成すも クラスタイオンビーム製膜法によれは　クラスタの有す
る物理的高運動エネルギーおよびイオンの有する化学的
エネルギー等の効果により、一般的に膜の付着力　結晶
法　配向性が向上し　高密度で均質な膜が得られるもの
である力（その場合クラスタイオンビーム製膜法の特徴
であるクラスタ化およびイオン化による高製膜エネルギ
ーが重要な因子であると考えられも しかしなかぺ　従来の構成では （１）クラスタビームのエネルギー強度の最大値は噴出
ノズルの面積と坩堝４内の蒸気圧に依存するものである
力（坩堝４に設けたノズル５の面積は固定であるた敢　
形成されたクラスタビームのエネルギー強度は坩堝４内
の蒸気圧でしか制御できなかった　ところ力（蒸気圧を
変化させた場合、クラスタサイズ（クラスタを構成する
原子数）および製膜速度（クラスタ流量）も同時に変化
してしまっていた　そのた敢　１つの製膜因子の独立し
た影響を検討することが不可能であり、製膜プロセスと
しての制御性は非常に悪かった（２）坩堝４を高温に保
つ必要性か収　坩堝４からの放熱を小さくしなければな
らなかった　そのたべ　坩堝４を小さくする必要があり
、坩堝４の内容積は前述のように非常に小さかった　し
たがって、坩堝４の内部に挿入する蒸着物質６の量も僅
かであった　その結果　１回の蒸着により、大面積膜も
しくは厚膜を製膜することが困難であっな また　１回の蒸着で、坩堝上蓋４ａが坩堝本体４ｂと固
着するた数　坩堝４への蒸着材料補充が不可能となり、
坩堝４を再使用することができなかった そのた数　従来は坩堝４のロードロック機構を設けて、
新規な坩堝４に蒸着材料６を挿入した後、坩堝４ごと交
換していた　しかし　非常に高温である坩堝４の温度を
交換可能な温度まで低下させるにζ戴　また坩堝４を交
換した徴　製膜可能な温度まで上昇させるには長時間必
要であるた数　製膜の時間的効率が非常に悪かった （３）蒸着物質６の蒸発蒸気１８を噴出する坩堝ノズル
５部のすぐ上部にイオン化部が存在し　クラスタビーム
はこのイオン化部中央の開口部を通過する際に電子シャ
ワーを浴びてイオン化されるのた数　このイオン化部ζ
友　ノズル５から噴出直後のクラスタのビーム状の流れ
に対して障害物となり、流動抵抗が大きくなっていた　
また　ノズル部５から噴出したクラスタイオンのビーム
はノズル径よりも大きく広がるた数　イオン化部２に衝
突するクラスタがあった　さら＆ζ　クラスタビームが
広がったクラスタの疎らなところでイオン化を行ってい
るた数　電離確率が低くなってい九そして、クラスタに
電子シャワーを浴びせてクラスタをイオン化する構成で
あるた敢　−度形成したクラスタイオン（１荷のイオン
）にも再度電子が衝突すも　その結果生じる２荷のイオ
ンは不安定であるた嵌　クラスタは分裂すも　この過程
が繰り返し起こり、クラスタ径（クラスタ構成原子数に
相当する）の分布が広いものとならていたこの他に　従
来技術として、超微粒子のガスデポジション法といつ製
膜法がある（例えＣ′Ｌ　　賀集誠一部「超微粒子ガス
・デポジション、　、ＵＬＶＡＣＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　
ＪＯＵＲＮＡＬＮｏ、　３０．１９８８）。これζ友　
粒径が１００〜１０００人程度の超微粒子を混合したガ
スをノズルから基板に数１０〜２００ｍ／ｓの速度で吹
き付けることにより、超微粒子の運動エネルギーを利用
して基板上に超微粒子を堆積させる製膜法であム　しか
しなが収　蒸着基板に衝突する原子１個当りのエネルギ
ーは　吹き付は速度（数１０〜２００ｍ／ｓ）に対応す
る運動エネルギーのみであり、非常に小さなものであも
　その結果　製膜した膜の付着力は弱く、高密度で均質
な膜を得ることはできなかつち　また　膜の結晶法配向
性の制御を行うことも不可能であっ九発明が解決しよう
とする課題 このように従来のクラスタイオンビーム製造方法および
クラスタイオンビーム発生装置では（１）坩堝に設けた
ノズルの面積は固定であり、形成されたクラスタビーム
のエネルギー強度は坩堝内の蒸気圧でしか制御できない
た八　プロセスの制御性が悪く、また制御幅の狭いもの
であった（２）坩堝の内部に挿入できる蒸着物質の量が
僅かであるたべ　１回の蒸着により、大面積膜もしくは
厚膜を製膜することが困難であム　このた数量量に適し
ていな（ｔ （３）１回の蒸着で、坩堝上蓋が坩堝本体と固着するた
敷　坩堝への蒸着材料補充が不可能となり、坩堝を再使
用することができなｔ〜 （４）坩堝のロードロック機構を設けてＬ　坩堝の温度
を低下および上昇させるには長時間必要であるた敢　製
膜の時間的効率が非常に悪（ｌ（５）ガスデポジション
法の場へ　基板に衝突する原子１個当りのエネルギが非
常に小さなものであるた取　高品位・高機能な膜質を得
ることができなＵ〜 （６）イオン化部力交　ノズルから噴出直後のクラスタ
のビーム状の流れに対して障害物となり、流動抵抗が大
きくなっていたた数　クラスタの噴出流量すなわち製膜
速度が非常に遅（ｔ （７）イオン化部に衝突したクラスタは分裂し再蒸発す
るたべ　クラスタ化率が低ｔ〜（８）クラスタ径（構成
原子数に相当する）の分布が広いものとなるたへ　製膜
時に蒸着原子のもつエネルギーの分布も幅広いものとな
っていたその結果　膜質の不均一性を招く。

（９）イオン化の際の電離確率が低いた数　クラスタの
イオン化率を高めることができな（−等の課題があった 本発明は上記課題を解決するもので、製膜エネルギーの
制御法　製膜速ヱ　イオン化風　クラスタ化率が非常に
高く、高品位・高機能な大面積の薄膜または厚膜を製膜
することができるクラスタイオンビーム発生方法および
クラスタイオンビーム発生装置を提供することを目的と
すム課題を解決するための手段 為１発明は上記目的を達成するため番ミ　　蒸着物質の
蒸発蒸気を坩堝に設けた断面積可変のノズルから真空槽
内へ噴出させる構成によるもので、さらに蒸着物質の超
微粒子を混合したガスを坩堝内に導入させるととも凶　
前記蒸着物質の超微粒子を加熱して蒸発させ、坩堝内部
に設けた電極とその電極の対向電極を形成する坩堝との
間で発生させた放電により、坩堝容器内において蒸着物
質のガスプラズマを発生させていも また　本発明によるクラスタイオンビーム発生装置ζよ
　蒸着物質の超微粒子を混合したガスを流す搬送管と、
その搬送管に連結した蒸着物質を収容する坩堝と　蒸着
物質の加熱手段と、坩堝内部に配設され蒸着物質の蒸気
をプラズマ化するための電極と、蒸着物質の蒸発蒸気お
よびキャリアガスを噴出させる坩堝に設けたノズルと、
そのノズルの断面積可変手段から構成されるものであム
作用 本発明は上記した構成により、クラスタビームのエネル
ギー強度を、坩堝内の蒸気圧を変えることなく、ノズル
の断面積を変えることによって制御でき、蒸着物質の超
微粒子を混合したガス（前記蒸着物質の超微粒子Ｃよ　
それを搬送するためのキャリアガス中に浮遊した状態で
搬送される）を坩堝内に連続的に導入でき、蒸着物質の
超微粒子を加熱手段により加熱して蒸発させ、坩堝内部
の蒸着物質の蒸気の圧力を増加させべ　坩堝内部の圧力
および温度を検出し　坩堝加熱入力および超微粒子を混
合したガスの流量を制御することにより坩堝内の圧力を
０．１〜Ｉ　Ｔｏ　ｒ　ｒ以上の値に保持できも この抵　坩堝内部に設けた放電電極と、対向電極とする
坩堝の間に電位差を設けることにより放電を生じさせれ
ば　坩堝内に蒸着物質の蒸発蒸気とキャリアガスのガス
プラズマが発生し　蒸気およびキャリアガスの一部はイ
オン化されも　イオン化率３上　　放電電極と坩堝の間
の電位差を大きくすることで容易に高めることが可能と
なも　また電位差を制御することによってイオン化率を
容易に変化させられるたべ　イオン化率の制御性が向上
すも この蒸着物質のガスプラズマおよびキャリアガスは坩堝
に設けたノズルから高真空の真空槽内へ噴出する服　坩
堝内の圧力（例えば０．　１〜数Ｔｏｒｒ）と容器外の
圧力（例えば１０″”Ｔｏ　ｒ　ｒ）との圧力差により
断熱膨張し　過冷却されも　このため蒸気は凝縮し　蒸
着物質のクラスタビームが形成されも 実施例 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図に基づい
て説明すも　第１図は本発明によるクラスタイオンビー
ム発生装置の構造を示す要部構成図であム　単層構造を
有する坩堝（クヌーセンセル）１９は　直径１ｍｍ程度
のノズル２０をその中央部に形成した坩堝上蓋１９ａと
円筒状の坩堝本体１９ｂと坩堝底１９ｃから成り、上蓋
１９ａ１坩堝本体１９ｂ１　坩堝底１９ｅをねじにより
結合し気密性を保持していも　坩堝上蓋１９ａと坩堝本
体１９ｂは導電性を有するカーボン製であり、坩堝底１
９ｃは電気絶縁性のＭｇＯセラミック製であム　バイブ
状のカーボン製ガス搬送管２１ζ友坩堝底１９ｃの中央
部を通して坩堝１９の内部に挿入していも　坩堝１９の
内部に挿入したパイプ状のガス搬送管２１は　その外周
面に多くの孔２２を形成し　またガス搬送管２１の先端
部はニードル状に成形していも　本実施例では　このガ
ス搬送管２１を、蒸着物質の蒸気をプラズマ化するため
の放電電極とし　さらにガス搬送管２１の先端部をノズ
ル２０の断面積可変手段２３の構成要素としていも　す
なわ板　ガス搬送管２１全体を駆動用モータ２４、ギア
２５等から成る断面積可変手段２３を用いて上下方向に
移動させ、ニードル状の先端部をノズル２０の中に出し
入れすることにより、ノズル２０の断面積を可変として
いも蒸着物質の超微粒子２６はそれを搬送するための水
魚　酸秦　窒素等のキャリアガスと混合しガス中に浮遊
状態とすａ　超微粒子２６は重力による落下速度はほと
んど無視できるたべ　ガスの流れに乗って搬送可能であ
ム　その微　蒸着物質の超微粒子２６を混合したガス！
よ　可変流量調節弁２７によりその流量が調節された徴
　カーボン製ガス搬送管２１を経て、その外周面に形成
された孔２２より、坩堝１９の内部に連続的に供給され
も 蒸着物質の超微粒子２６沫　その加熱手段として坩堝１
９の外周に設置した抵抗加熱用ヒータ２８により加熱さ
れも　２９は抵抗加熱用ヒータ２８に電圧を印加し加熱
するための坩堝加熱用可変電源装置であも　そして、放
電電圧印加用可変電源装置３０により、坩堝１９内部に
設けた放電電極（ガス搬送管２１）を陰極とし　導電性
の材料で構成した坩堝１９を陽極とするように電位差を
与えも　この放電電極と対向電極である坩堝１９の間に
流れる電流値は検出器３１を用いて検出すも 坩堝１９の内部の圧力は　坩堝１９下部において、カー
ボン製ガス搬送管２１に取り付けた圧力計３２を用いて
検出し　坩堝１９の温度は坩堝円筒状外周面に取り付け
たＷ−Ｒｅ熱電対の温度検出器３３を用いて検出すも 製Ｓ速度は蒸着基板３４の側方下部に設置した製膜速度
検出器３５を用いて検出すも　そして、坩堝１９の内部
圧力　温良　および製膜速度の各検出器からの信号は製
膜制御器３６に電送され製膜制御器３６はこれらの検出
器からの信号に基づき坩堝加熱用可変電源装置２９、可
変流量調節弁２７およびノズル断面積可変手段２３の制
御を行う。

本実施例のクラスタイオンビーム発生装置を用いたクラ
スタイオンビームの形成過程は次のようになム 蒸着物質の超微粒子２６を混合したガスを坩堝１９内に
連続的に導入しなか収　蒸着物質の超微粒子２６を抵抗
加熱用ヒータ２８により加熱することで蒸着物質の超微
粒子２６を蒸発させ、坩堝内部の蒸着物質の蒸発蒸気１
８の圧力を増加させも　このと東　坩堝内部の圧力およ
び温度を検出し　坩堝加熱入力および超微粒子２６を混
合したガスの流量を制御することにより、坩堝内部の蒸
着物質の蒸気の分圧およびキャリアガスの分圧をそれぞ
れ約ＩＴｏｒｒに設定す４　この抵　坩堝内部に設けた
放電電極（ガス搬送管２１）と、対向電極とする坩堝１
９の間に電位差を設Ｃす、グロー放電を生じさせも　放
電により、坩堝内に蒸着物質のガスプラズマが発生し　
蒸気の一部はイオン化されも　この啄　坩堝内部に設け
た放電電極を陰楓　坩堝１９を陽極としたことにより、
ガスプラズマを電極間距離の最も小さい坩堝ノズル部近
傍に形成することができも　このた数　坩堝上面に形成
したノズル２０から噴出する蒸気はイオン化率の高いも
のであム　また　イオン化率（よ放電電極と坩堝１９の
間の電位差を大きくし　放電電極と坩堝１９の間に流れ
る電流値を大きくすることで容易に高めることが可能と
なム　また電位差を制御することによってイオン化率を
容易に変化させられるたべ　イオン化率の制御性が向上
すム ただし　一方的に電流値を増加させていくと、プラズマ
が収縮しアーク放電への移行が発生すムその場合、プラ
ズマが収縮するた取　ノズル２０から噴出する蒸気には
イオン化されていない中性のものが多く含まれるように
なり、イオン化率が低下する。そのた数　本実施例で番
ヨ　　放電電極と坩堝１９の間に流れる電流値の検出器
３１とその検出器３１からの信号に基づき両電極間の電
位差を制御する放電電圧印加用可変電源装置３ｏを設Ｃ
す、坩堝１９内で発生する放電をグロー放電に制御する
ようになしており、最も効率的にイオン化を行・うこと
かできも 坩堝内部で発生した蒸着物質およびキャリアガスのガス
プラズマ（友　坩堝１９の上面に設けたノズル２０から
噴出する限　坩堝内の圧力（約２Ｔｏｒｒ）と容器外の
圧力（１０−”Ｔｏ　ｒ　ｒに設定）との圧力差により
断熱膨張し　過冷却されも　このため蒸気は凝縮し　ク
ラスタイオンビームが連続的に形成されも 蒸着物質の蒸発蒸気およびキャリアガスのノズルからの
噴出速度ζ戴　坩堝内部の圧力および温度における音速
であム　このた数　従来のガスデポジション製膜法と比
較して、ノズルからの噴出時の臀！理的運動エネルギー
は非常に大きな値となａ本実施例によれば　イオン化す
るための電子放射手段（イオン化部）をなくすることが
できるた八　クラスタ化した蒸着物質はイオン化部の障
害′物による影響（流動抵抗の増旗　およびクラスタの
再蒸発）を受けることなく、そのまま基板方向に飛翔す
ム　この結果　クラスタの流量（製膜速度）が増加し　
クラスタ化率も向上すもノズルから噴出したクラスタは
　以下のようにして加速部により加速され蒸着基板３４
に向は飛翔すム ３７は坩堝１９の上面に形成したノズル２０から噴出す
るイオン化したクラスタを加速して、蒸着基板３４に衝
突させて薄膜を蒸着させる加速手段としての加速電極で
あり、加速電源３８により加速電極３７と坩堝１９との
間に電圧を印加できる構成としていも　な抵　蒸着基板
３４は基板ホルダー３９により保持されていも そして、このクラスタを加速して、蒸着基板３４に衝突
させ、蒸着基板３４上に蒸着物質の薄膜を形成すも　こ
の時、電子シャワーによるイオン化でないた数　クラス
タを構成する原子数の統計的分布を狭くすることができ
、製膜した膜は均質なものとなム 上記構成によるクラスタイオンビーム発生装置を用いて
ガラス基板上にＳｉＯのクラスタイオンビーム蒸着を行
った結実　坩堝温度１３００℃の場合　クラスタ流量す
なわち製膜速度は従来装置に比べ２倍以上であり、製品
の品質も従来に比べ高品質のものが得られ九 また　上記実施例によれζ戴　坩堝１９内部の圧力およ
び温度を検出し　これらの圧力計３２、温度検出器３３
からの信号に基づ東　製膜制御器３６による坩堝加熱入
力および超微粒子２２を混合したガスの流量の最適な制
御を可能としていることより、坩堝１９内部の蒸着物質
の蒸気の分圧の制皺　および坩堝１９内で生じたガスプ
ラズマが噴出するノズル２０の断面積の制御が可能とな
ム形成される蒸着物質のクラスタビームのエネルギー強
度およびクラスタサイズは坩堝１９内部の蒸着物質の蒸
気の圧力およびノズル断面積に依存すム　したがって、
上記手段により、クラスタビームのエネルギーおよびク
ラスタサイズの制御が容易に可能とな也　また　製膜速
度の検出器３５からの信号に基づき、坩堝加熱入力およ
び超微粒子を混合したガスの流量を調整し　坩堝内圧を
制御することにより、製膜速度すなわちクラスタの流量
の制御も容易となり、製膜速度の安定化を達成できも また　蒸着物質の超微粒子２６を混合するキャリアガス
として、水魚　酸秦　窒素等の反応性ガスを用いること
により、反応性ガス雰囲気中でクラスタイオンビーム製
膜を行うことが可能となり、しか叡　１台の蒸着源で蒸
着物質と同時に反応性ガスのイオン化を行うことが可能
であるという特徴を有すム　そして、このイオン化した
反応性ガスと蒸着物質のクラスタイオンビームを加速し
て基板に衝突させ製膜を行うた八　ガスと蒸着物質のク
ラスタそれぞれの物理的運動エネルギーおよびイオンの
化学的エネルギーの両効果によりさらに高品位で高機能
な膜が得られも 以上のように本実施例によれば　坩堝１９のノズル２０
の上部にイオン化のための手段を設けることなく、坩堝
１９内へ蒸着物質を連続供給し坩堝１９内で蒸着物質の
ガスプラズマを発生させてイオン化を行（入　前記ガス
プラズマを断面積可変のノズルから噴出させることがで
きるた収　クラスタビームのエネルギー強度およびクラ
スタサイズの制ａ法　製膜速ヱ　イオン化風　クラスタ
化率が非常に高く、高品位・高機能な薄膜を製膜で東　
量産に適したクラスタビームを得ることが可能となるも
のであも な叙　上記実施例では　蒸着物質を超微粒子２６として
坩堝１９内に連続的に供給する場合について説明したパ
　蒸着物質の搬送管を設けずに坩堝１９内に蒸着物質を
蒸着開始前に挿入する場合にもこの発明は適用できも　
また　蒸着物質の超微粒子２６のキャリアガスをプラズ
マ化することにより、蒸着物質の超微粒子を蒸発させら
れる場合にζよ　蒸着物質の抵抗加熱ヒータ等の加熱手
段は不要であム 第２図は本発明による他の実施例であるクラスタイオン
ビーム発生装置における坩堝部周辺の構造を示す要部構
成図であム　坩堝部周辺以外の部分について＆よ　第１
図を用いて前述した実施例と同じであも　な叙　第２図
において、第１図と同一のものには同一番号を付してい
も カーボン製の単層構造を有する坩堝（クヌーセンセル）
１９沫　直径５ｍｍ程度のノズル２０をその中央部に形
成した坩堝上蓋１９ａと円筒状の坩堝本体１９ｂから構
成されも　パイプ状のカーボン製ガス搬送管２１顛　坩
堝上蓋１９ａに形成したノズル２０を通して坩堝１９の
内部に挿入していも　坩堝１９の内部に挿入したパイプ
状のガス搬送管２１は　その先端部を先細りに成形して
いも　本実施例では　このガス搬送管２１を蒸着物質の
蒸気をプラズマ化するための放電電極としさらく　ガス
搬送管２１の先端部をノズル２０の断面積可変手段２３
の構成要素としていａ　すなわ板　ガス搬送管２１全体
を駆動用モータ２４、ギア２５等から成る・断面積可変
手段２３を用いて上下方向に移動させ、先細りの先端部
をノズル２０の中に出し入れすることにより、ノズル２
０の断面積を可変としていも 蒸着物質の超微粒子２６を混合したガスζ友　坩堝１９
内に挿入されたカーボン製ガス搬送管２１の先端部か収
　坩堝１９の内部に連続的に供給されも　そして、蒸着
物質の超微粒子２６は抵抗加熱用ヒータ２８により加熱
されも 本実施例のクラスタイオンビーム発生装置を用いたクラ
スタイオンビームの形成過程は次のようになム 蒸着物質の超微粒子２６を混合したガスを坩堝１９内に
連続的に導入しなか収　蒸着物質の超微粒子２６を抵抗
加熱用ヒータ２８により加熱することで蒸着物質の超微
粒子２６を蒸発させ、坩堝内部の蒸着物質の蒸気の圧力
を増加させも　坩堝内部の蒸着物質の蒸気の分圧および
キャリアガスの分圧をそれぞれ約ＩＴｏｒｒに設定した
抵　坩堝内部に設けた放電電極（ガス搬送管２１を陰極
とする）と、対向電極とする坩堝（陽極）１９の間に電
位差を設仇　グロー放電を生じさせも　放電により、坩
堝容器内に蒸着物質のガスプラズマが発生し　蒸気の一
部はイオン化されも坩堝内部で発生した蒸着物質および
キャリアガスのガスプラズマζよ　坩堝１９の上面に設
けたノズル２０とガス搬送管２１の隙間から噴出する限
坩堝内の圧力（約２Ｔｏ　ｒ　ｒ）と容器外の圧力（１
０−’Ｔｏｒｒに設定）との圧力差により断熱膨張し　
過冷却されも　このため蒸気は縦縞し　クラスタイオン
ビームが連続的に形成されも本実施例で（よ　放電電極
として用いるガス搬送管２１の表面檄　および対向電極
として用いる坩堝１９のノズル部分の表面積を広くする
ことが可能となも　したがって、両電極皿　特に電極間
距離の小さい坩堝ノズル２０部で生じるプラズマの領域
を拡大することができも　このた嵌　本発明によれば　
坩堝１９内で発生するプラズマ中のイオンのｌ　すなわ
ちノズル２０を通過するイオンの量を多くすることが可
能となり、クラスタのイオン化率を高めることができム
　さらく　従来坩堝１９のすぐ上部に設けていたイオン
化部をなくすることができるたべ　クラスタの流量（製
膜速度）が増加し　クラスタ化率も向止すも　また本実
施例は電子シャワーによるイオン化でないた八　クラス
タを構成する原子数の統計的分布を狭くすることができ
、製膜した腹は均質なものとなも さらく　第１図で説明した実施例と同様番へ　　蒸着物
質の超微粒子を混合したガスを坩堝１９内に連続的に導
入することにより、坩堝１９内へ蒸着物質を連続的に供
給できるたべ　坩堝１９の頻繁な交換を必要とせ哄　イ
オン化したクラスタビームが連続的に得られること、お
よび断面積可変ノズルによるクラスタビームのエネルギ
ー制御性の向上により、高品位・高機能な大面積膜もし
くは厚膜の製膜を行うことができることは言うま、でも
なｔ〜 以上の実施例で（′！、、坩堝１９が対向電極を兼ねる
ものであった力（もちろん　対向電極を坩堝１９□１・
′分離することも可能であａ　例えば　坩堝１９の内周
面に沿って円筒状の電極を配設するようになしても良し
ｔ 発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれば　蒸着
物質の蒸発蒸気を坩堝に設けた断面積可変のノズルから
真空槽内へ噴出させる構成に加えて、蒸着物質の超微粒
子を混合したガスを坩堝内に連続的に導入し　坩堝内で
蒸着物質のガスプラズマを発生させているので坩堝のノ
ズルの上部にイオン化のための手段を設ける必要もなく
、製膜因子の制御法　製膜速嵐　イオン化取　クラスタ
化率が高く、クラスタイオンビームを連続的に形成する
ことが可能で、坩堝の交換の必要もなく、製膜の時間的
効率が非常に高く、高品位・高機能な大面積薄膜または
厚膜を製膜することができるクラスタイオンビーム発生
方法およびクラスタイオンビーム発生装置を提供できも

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のクラスタイオンビーム発生
装置の要部構成＠　第２図は本発明の他の実施例の坩堝
付近の要部構成図　第３図は従来のクラス・タイオンビ
ーム発生装置の要部構成図であム １８・・・蒸発蒸気　１９・・・坩堝　２０・・・ノズ
ノ−耳受　蒸気 正　　堝 ノズル 第 図

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）坩堝内の蒸着物質を加熱して蒸着物質を蒸発させ
   、その蒸着物質の蒸発蒸気を坩堝に設けた断面積可変の
   ノズルから真空槽内へ噴出させるクラスタイオンビーム
   発生方法。
2. （２）蒸着物質の超微粒子を混合したガスを坩堝内に導
   入させることにより蒸着物質を坩堝内に連続的に供給す
   る請求項１記載のクラスタイオンビーム発生方法。
3. （３）坩堝内部に設けた電極とその電極の対向電極とな
   る前記坩堝との間で発生させた放電により前記坩堝内に
   おいて蒸着物質のガスプラズマを発生させ、そのガスプ
   ラズマを前記坩堝より噴出させる請求項１または２記載
   のクラスタイオンビーム発生方法。
4. （４）坩堝内部に設けた放電電極と対向電極である前記
   坩堝の間に流れる電流値を検出し、その検出した値に基
   づき両電極間の電位差を制御することにより前記坩堝内
   で発生する放電をグロー放電に保持する請求項１または
   ２記載のクラスタイオンビーム発生方法。
5. （５）坩堝内部の圧力および温度と製膜速度を検出し、
   その検出した値に基づきノズルの断面積、坩堝への加熱
   入力および超微粒子を混合したガスの流量を調整するこ
   とにより製膜速度、クラスタビームのエネルギーおよび
   クラスタサイズを制御する請求項１、２、３または４記
   載のクラスタイオンビーム発生方法。
6. （６）蒸着物質を収容する坩堝と、前記蒸着物質の加熱
   手段と、前記蒸着物質の蒸気を噴出させる前記坩堝に設
   けたノズルと、そのノズルの断面積可変手段を具備した
   クラスタイオンビーム発生装置。
7. （７）蒸着物質の超微粒子を混合したガスを坩堝に導入
   する搬送管を具備した請求項６記載のクラスタイオンビ
   ーム発生装置。
8. （８）坩堝内部に配設され蒸着物質の蒸気を放電により
   プラズマ化するための電極を具備した請求項６または７
   記載のクラスタイオンビーム発生装置。
9. （９）蒸着物質の超微粒子の混合ガスを坩堝に導入する
   搬送管を、蒸着物質の蒸気をプラズマ化するための電極
   とした請求項７記載のクラスタイオンビーム発生装置。
10. （１０）蒸着物質の超微粒子の混合ガスを坩堝に導入す
    る搬送管を、ノズルの断面積可変手段の構成要素とした
    請求項７記載のクラスタイオンビーム発生装置。
11. （１１）坩堝内部に設けた放電電極と対向電極である坩
    堝の間に流れる電流値の検出器と、その検出器からの信
    号に基づき両電極間の電位差を制御する可変電源装置と
    を有する請求項８または９記載のクラスタイオンビーム
    発生装置。
12. （１２）坩堝内部の圧力および温度の検出器と、製膜速
    度の検出器と、坩堝への加熱入力を調整する可変電源装
    置と、超微粒子を混合したガスの流量を調整する可変流
    量調節弁と、前記圧力、温度および製膜速度の検出器か
    らの信号に基づき前記可変電源装置、可変流量調節弁お
    よびノズルの断面積可変手段を制御する製膜制御器を具
    備した請求項６記載のクラスタイオンビーム発生装置。