JPH04173964A - Thin film forming device - Google Patents
Thin film forming deviceInfo
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- JPH04173964A JPH04173964A JP30504090A JP30504090A JPH04173964A JP H04173964 A JPH04173964 A JP H04173964A JP 30504090 A JP30504090 A JP 30504090A JP 30504090 A JP30504090 A JP 30504090A JP H04173964 A JPH04173964 A JP H04173964A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置、特
に、クラスターイオンヒーム蒸着法ＣＩＣＢ法）により
高品質の薄膜を蒸着形成する薄膜形成装置に関するもの
である６
〔従来の技術〕
従来から光学薄膜、磁性膜なとの高品質の薄膜デバイス
がＩＣＢ法により形成されている。以下、ＩＣＢ法によ
る装置を例にとって説明する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate, particularly a thin film for forming a high quality thin film by vapor deposition using a cluster ion beam evaporation method (CICB method). 6. Related to Forming Apparatus [Prior Art] Conventionally, high quality thin film devices such as optical thin films and magnetic films have been formed by the ICB method. An example of a device using the ICB method will be described below.
第２図は例えば特公昭５４−９５９２号公報に示された
従来の薄膜形成装置を模式的に示す断面図であり、図に
おいて、山は内部を所定の真空度に保持する真空槽、（
２）は真空槽（１）内を真空にする真空排気系、（３）
は真空槽（１）内に配置されて、蒸着物質の蒸気を発生
させる蒸気発生源、（４）は蒸着物質ｆ５１を収容する
つぼで、上部にはノズル（６）が設けられている。ノズ
ル（６）は内径１〜２ＩｌｌＩ１１程度の少なくとも１
つの孔から成っている。（至）はるつぼ（４）を加熱す
る加熱用フィラメント、６）は加熱用フィラメント（７
）からの熱を遮る第１の熱シールド板であり、るつぼ４
）、加熱用フィラメント（７）および第１の熱シ−ルド
板（８）で蒸気発生源（３）を構成している。（９）は
るつぼ（４）のノズル（６）から蒸着物質を噴出させて
形成したクラスター（塊状原子集団）である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional thin film forming apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 54-9592.
2) is a vacuum exhaust system that evacuates the inside of the vacuum chamber (1), (3)
A steam generation source is placed in a vacuum chamber (1) and generates vapor of the vapor deposition material, and (4) is a crucible containing the vapor deposition material f51, and a nozzle (6) is provided at the top. The nozzle (6) has an inner diameter of about 1 to 2IllI11.
It consists of two holes. (To) The heating filament that heats the crucible (4), 6) is the heating filament that heats the crucible (7).
) is the first heat shield plate that blocks heat from the crucible 4.
), a heating filament (7), and a first heat shield plate (8) constitute a steam generation source (3). (9) A cluster (massive atomic group) formed by ejecting a vapor deposition material from a nozzle (6) of a crucible (4).
００）はクラスター（９）をイオン化するイオン化装置
、（１１）は電子を放出するイオン化フィラメント、（
１２）はイオン化フィラメント（１１）から電子を引き
出し加速するグリッド状の電子引出電極、（１３）はイ
オン化フィラメント（１１）からの熱を遮る第２の熱シ
ールド板であり、イオン化フィラメント（１１）。00) is an ionization device that ionizes the cluster (9), (11) is an ionization filament that emits electrons, (
12) is a grid-shaped electron extraction electrode that extracts and accelerates electrons from the ionization filament (11), and (13) is a second heat shield plate that blocks heat from the ionization filament (11).
電子引出電極（１２）および第２の熱シールド板（１３
）でイオン化装置００）を構成している。（１４）はイ
オン化装置によりイオン化されたイオン化クラスター、
（１５）はイオン化クラスター（１４）を電界で加速す
る加速装置、（１６）、 ＜１７）は加速電極とアース
電極であり、両者で加速装置（１５）を構成している。Electron extraction electrode (12) and second heat shield plate (13)
) constitutes an ionization device 00). (14) is an ionized cluster ionized by an ionization device,
(15) is an accelerator that accelerates the ionized cluster (14) with an electric field, and (16) and <17) are an accelerating electrode and a ground electrode, both of which constitute the accelerator (15).
加速電極（１６）は電子引出電極（１２）と電気的につ
なかつている。（１８）は基板であり、るつぼ（イ）の
ノズル（６）と対向して配置され、蒸気発生源（３）と
基板（１８）の間にイオン化装置α０）と加速装置（１
５）が配置されている。The accelerating electrode (16) is electrically connected to the electron extraction electrode (12). (18) is a substrate, which is placed facing the nozzle (6) of the crucible (A), and between the steam generation source (3) and the substrate (18) is an ionization device α0) and an accelerator (1).
5) is located.
（１９）は電源装置、（２０）は加熱用フィラメント（
′７）を加熱する第１の交流電源、（２１）はるつぼ（
４）の電位を加熱用フィラメント口に対して正にバイア
スする第１の直流電源、（２２）はイオン化フィラメン
ト（１１＞を加熱する第２の交流電源、（２３）はイオ
ン化フィラメント（１１）を電子引出電極（１２）に対
して負にバイアスする第２の直流電源、（２４）はるつ
ぼ（４）、電子引出電極（１１）および加速電極（１６
）をアース電極（１７）に対して正にバイアスする第３
の直流電源であり、第１．第２の交流電源（２０）、
（２２）および第１〜第３の直流電源（２１）、 （２
３）、 （２４）で電源袋！（１９）を構成している。(19) is a power supply device, (20) is a heating filament (
'7) the first AC power source that heats the crucible (21);
(22) is a second AC power source that heats the ionizing filament (11); (23) is the first DC power source that biases the potential of A second DC power supply that negatively biases the electron extraction electrode (12), (24) the crucible (4), the electron extraction electrode (11), and the accelerating electrode (16).
) is positively biased with respect to the ground electrode (17).
It is a DC power supply, and the first. a second AC power source (20),
(22) and the first to third DC power supplies (21), (2
3), (24) is a power supply bag! (19).
次に動作について説明する。まず、真空槽（１）内が１
０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度になるまで真空排気系（２
によって排気する。そして第１の交流電源（２０）によ
り加熱用フィラメントヴ）に通電して放出される電子を
、第１の直流電源（２１）から印加される電圧で生じる
電界によって引き出し、引き出された電子をるつぼ（イ
）に衝突させて、るつぼ（４）内の蒸気圧が数Ｔｏｒｒ
になる温度まで加熱する。この加熱によって蒸発した蒸
着物質（句がノズル（６）から、図において上方へ噴出
する。蒸着物質（５］の蒸気はノズル（６）を通過する
際に断熱膨張により急速冷却されて凝縮し、塊状原子集
団であるクラスター（９）が形成される。第２の交流電
源（２２）によりイオン化フィラメント（１１）に通電
し、放出された電子は、第２の直流電源（２３）の電圧
がイオン化フィラメント（１１）と電子引出電極（１２
）の間に印加されて形成される電界により引き出されて
クラスター（９）に衝突し、クラスター（９）の一部が
イオン化されてイオン化クラスター（１４）となる。ア
ース電位にあるアース電極（１７）に対してるつぼ（４
）、電子引出電！ （＋２１および加速電極（１６）が
第３の直流電源（２４）により正にバイアスされており
、加速電極（１６）とアース電極（１７）との間に形成
される電界レンズによって、正電荷のイオン化クラスタ
ー（１４）を、図において上方へ向かって加速制御する
。加速されたイオン化クラスター（１４）はイオン化さ
れていない中性のクラスター（９）とともに基板（１８
）に衝突し、その表面に薄膜を形成する。Next, the operation will be explained. First, the inside of the vacuum chamber (1) is 1
The vacuum evacuation system (2
Exhaust by. Then, the electrons emitted by energizing the heating filament (20) from the first AC power source (20) are extracted by the electric field generated by the voltage applied from the first DC power source (21), and the extracted electrons are transferred to the crucible. (a), the vapor pressure in the crucible (4) is several Torr.
Heat to the temperature. As a result of this heating, the evaporated material is ejected upward from the nozzle (6) in the figure. As the vapor of the vaporized material (5) passes through the nozzle (6), it is rapidly cooled and condensed due to adiabatic expansion. A cluster (9), which is a mass of atoms, is formed.The second AC power supply (22) supplies electricity to the ionizing filament (11), and the emitted electrons are ionized by the voltage of the second DC power supply (23). Filament (11) and electron extraction electrode (12)
) and collides with the cluster (9), and a part of the cluster (9) is ionized to become an ionized cluster (14). The crucible (4) is placed against the earth electrode (17) which is at earth potential.
), electronic drawing power! (+21 and the accelerating electrode (16) are positively biased by the third DC power supply (24), and the electric field lens formed between the accelerating electrode (16) and the earth electrode (17) generates a positive charge. The ionized clusters (14) are accelerated upward in the figure.The accelerated ionized clusters (14) together with the non-ionized neutral clusters (9) collide with the substrate (18).
) and forms a thin film on its surface.
また化合物、例えば酸化物の薄膜を形成する場合は、真
空槽（１）内に酸素ガスを導入し、るつぼ（４）から蒸
発した蒸着物質と反応させて酸化物の薄膜を形成する。When forming a thin film of a compound, for example, an oxide, oxygen gas is introduced into the vacuum chamber (1) and reacts with the deposited material evaporated from the crucible (4) to form a thin film of the oxide.
従来の薄膜形成装置は以上のように構成されていて、る
つぼ内部で加熱し蒸気化させた蒸着物質をるつぼに設け
た内径１〜２ＩｔＩｎ１程度のノズルから高真空中に噴
出し、クラスターを生成して、これを蒸着に利用するよ
うにしているので、るつぼ内の蒸気圧が数Ｔｏｒｒ程度
になる高温度に加熱する必要があり、るつぼの消耗が激
しく、寿命が短かくなるという問題点があった。The conventional thin film forming apparatus is configured as described above, and the deposition material heated and vaporized inside the crucible is ejected into a high vacuum from a nozzle with an inner diameter of about 1 to 2 ItIn1 provided in the crucible to generate clusters. Since this is used for vapor deposition, it is necessary to heat the crucible to a high temperature that brings the vapor pressure inside the crucible to about several Torr, which poses the problem of severe wear and tear on the crucible, shortening its lifespan. Ta.
また、るつぼ内の圧力を高めなけらばならないのでノズ
ル開孔面積を太きすることができず、そのため、成膜の
高速変化が難しい。また、高速変化のためにるつぼを更
に高温に加熱すると、ますます寿命が短かくなるととも
に、蒸気発生源からの放射熱か大きくなってこれが基板
に熱損傷を与えるという問題点があった。Furthermore, since the pressure inside the crucible must be increased, the area of the nozzle opening cannot be increased, which makes it difficult to rapidly change the film formation. Furthermore, when the crucible is heated to a higher temperature for rapid change, the service life becomes shorter and the radiation heat from the steam generation source increases, which causes thermal damage to the substrate.
さらに、酸化物なとの化合物薄膜を形成する場合は、酸
素なとのカスを真空槽中に導入して行なうので、蒸着物
質の蒸気の粒子とガスの粒子との衝突確率か小さく、そ
のため大量のカスを導入しなければならず、また高温に
なっている蒸気発生源かカスと反応して寿命か短くなる
などの問題点があった。Furthermore, when forming a thin film of a compound such as an oxide, the scum of oxygen or other gas is introduced into a vacuum chamber, so the probability of collision between vapor particles of the evaporation material and gas particles is small, and therefore a large amount of There were other problems, such as the need to introduce scum, and the high temperature steam generation source reacting with the scum, shortening its life.
この発明は上記のような問題点を解消するためのになさ
れたもので、成膜速度が高く、寿命の長い薄膜形成装置
を得ることを目的とし、また、少量のガスで化合物薄膜
を形成できる薄膜形成装置を得ることを目的とする。This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a thin film forming device with a high film forming rate and a long life, and which is also capable of forming a compound thin film with a small amount of gas. The purpose is to obtain a thin film forming device.
この発明における薄膜形成装置は、るつぼの上部にガス
を噴射するようにしたものであり、また、化合物の薄膜
を形成する場合において、上記化合物を構成する元素を
含むガスを噴射するようにしたものである。The thin film forming apparatus of the present invention is configured to inject gas onto the top of a crucible, and in the case of forming a thin film of a compound, injects a gas containing elements constituting the compound. It is.
この発明における薄膜形成装置は、るつぼ上部で蒸着物
質の蒸気粒子中にガス粒子が噴射されるのて、これら粒
子同士か衝突する確率を高め、蒸気クラスター、蒸気粒
子とカス粒子とのクラスターの生成を促進する。るつぼ
内の圧力を高める必要かないのでるつぼの開口面積を犬
きくとることかでき、成膜高速化のためにるつぼの温度
を高める必要もない。In the thin film forming apparatus of the present invention, gas particles are injected into the vapor particles of the vapor deposition material at the upper part of the crucible, increasing the probability that these particles will collide with each other, and forming vapor clusters and clusters of vapor particles and scum particles. promote. Since there is no need to increase the pressure inside the crucible, the opening area of the crucible can be minimized, and there is no need to increase the temperature of the crucible to speed up film formation.
また、化合物薄膜の形成において、その化合物を構成す
る元素を含むガスを噴射するので、蒸着物質の蒸気の粒
子と上記カスの粒子の衝突確率が大きく、従って少ない
ガス量て高品質の化合物薄膜を形成できる。In addition, when forming a compound thin film, a gas containing the elements constituting the compound is injected, so there is a high probability of collision between vapor particles of the deposition material and particles of the above-mentioned dregs. Therefore, a high quality compound thin film can be produced with a small amount of gas. Can be formed.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示す断面
図であり、図において、←４）は蒸着物質（５）を収容
するるつぼで、第２図の場合と異なり、ノズル（６）か
設けられておらす、るつぼ（４）の上部全体が開口して
いる。従って、るつぼ（イ）の開口面積は第２図のノズ
ル（６）の開孔面積に比べて非常に大きくなっている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure is a cross-sectional view showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The entire upper part of the crucible (4) provided is open. Therefore, the opening area of the crucible (A) is much larger than the opening area of the nozzle (6) in FIG.
（３０）はアルゴンカス等の不活性ガスを噴射するガス
噴射装置で、その先端部（３１）はるつぼ（イ）の上部
で、図において上方に向かって開口している。（３２）
は真空槽（１）内のコンダクタンスを小さくする第３の
熱シールド板で、接地電位になっている。他は第２図の
場合と同様であるので説明を省略する。(30) is a gas injection device for injecting an inert gas such as argon gas, and its tip (31) is located above the crucible (A) and opens upward in the figure. (32)
is a third heat shield plate that reduces the conductance inside the vacuum chamber (1) and is at ground potential. The rest is the same as in the case of FIG. 2, so the explanation will be omitted.
次に動作について説明する。まず、第２図の場合と同様
に、真空槽（１）を１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度にな
るまで真空排気系（２）によって排気し、加熱用フィラ
メント（７）に通電してるつぼ（４）内の蒸着物質（５
１を加熱する。この加熱によって蒸発した蒸着物質（５
）の蒸気粒子は高真空中で自由分子運動を行なうが、る
つぼ（４）に衝突した蒸気粒子は再蒸発し、結局るつぼ
（４）の上部開口から噴出する。この際、ガス噴射装置
（３０）から不活性ガス粒子を蒸気粒子中に噴射すると
、これら粒子同士の衝突確率が高くなり、衝突した粒子
はゆるく結合してクラスター（９）を形成する。形成さ
れた蒸気クラスター、ガス粒子クラスターおよび蒸気と
ガス粒子とのクラスター（９）の一部が、イオン化装置
００）によってイオン化されてイオン化クラスター（１
４）となり、イオン化されない中性のクラスター（９）
とともに基板（１８）の表面に蒸着されて７１膜を形成
する。Next, the operation will be explained. First, as in the case of Fig. 2, the vacuum chamber (1) is evacuated by the evacuation system (2) until the degree of vacuum reaches about 10-'Torr, and the heating filament (7) is energized and the crucible ( 4) Deposited substance (5)
Heat 1. The vapor deposited substance (5
) performs free molecular motion in a high vacuum, and the vapor particles that collide with the crucible (4) are reevaporated and eventually ejected from the upper opening of the crucible (4). At this time, when inert gas particles are injected into the vapor particles from the gas injection device (30), the probability of collision between these particles increases, and the collided particles are loosely combined to form a cluster (9). A part of the formed vapor cluster, gas particle cluster, and cluster (9) of vapor and gas particles is ionized by the ionization device 00) to form an ionized cluster (1).
4), a neutral cluster that is not ionized (9)
71 is also deposited on the surface of the substrate (18).
なお、この実施例では、接地された第３の熱シールド板
（３２）で、蒸気発生源Ｆ３１．４オン化装置００）な
とを覆っているので、内部のコンダクタンスが小さくな
り、クラスター（９）の生成を促進する。In addition, in this embodiment, since the third heat shield plate (32) which is grounded covers the steam generation source F31. ).
また、基板（１８）上に化合物、例えば酸化物の薄膜を
形成する場合は、ガス噴射装置Ｅ＜３０）から上記酸化
物を構成する元素である酸素元素を含むガス、もしくは
酸素元素を含むガスと不活性ガスとの混合ガスを噴射し
て、蒸気と酸素元素とを含むクラスター（９）を生成し
て成膜するようにすることにより高品質の酸化物薄膜を
形成することができる。In addition, when forming a thin film of a compound such as an oxide on the substrate (18), a gas containing an oxygen element, which is an element constituting the oxide, or a gas containing an oxygen element is supplied from a gas injection device E<30). A high-quality oxide thin film can be formed by injecting a mixed gas of oxide and an inert gas to form clusters (9) containing vapor and oxygen element.
同様に、窒化物または炭化物等の化合物薄膜を形成する
場合は、窒素、炭素等の元素を含むガス、もしくはこれ
らの元素を含むカスと不活性ガスとの混合ガスを噴射す
るようにすればよい。Similarly, when forming a thin film of a compound such as nitride or carbide, it is sufficient to inject a gas containing elements such as nitrogen and carbon, or a mixed gas of scum containing these elements and an inert gas. .
さらに、上記実施例ではるつぼは）の内部がらガスを噴
射するようにしたが、蒸着物質（５）の蒸気粒子にガス
を噴射できれば他の方法でもよく、例えば、第１と第２
の熱シールド板（８１，（１３）間からガスを導入して
るつぼ（４）上部でガスを噴射するようにしてもよい。Further, in the above embodiment, the gas was injected from the inside of the crucible (5), but other methods may be used as long as the gas can be injected onto the vapor particles of the vapor deposition material (5).
Gas may be introduced between the heat shield plates (81, (13)) and injected above the crucible (4).
以上のように、この発明によれば、るつぼの上部にガス
を噴射するようにしたので、蒸気粒子中にカス粒子が噴
射されてクラスターの生成が促進され、そのため、るつ
ぼ内の圧力を高める必要がなく、るつぼの開口面積を大
きくとることができ、従ってるつぼ温度が低くても薄膜
を高速度で形成することが容易となり、また、そのため
装置の長寿命化が実現できる。As described above, according to the present invention, since gas is injected into the upper part of the crucible, the dregs particles are injected into the vapor particles and the generation of clusters is promoted. Therefore, it is necessary to increase the pressure inside the crucible. This allows the crucible to have a large opening area, making it easy to form a thin film at a high speed even at low crucible temperatures, and thus extending the life of the device.
さらに、化合物薄膜の形成において、その化合物を構成
する元素を含むガスを噴射するようにしたので、少ない
ガス量で高品質の化合物薄膜を形成することができ、か
つ装置の寿命が長くなる効果がある。Furthermore, when forming a compound thin film, a gas containing the elements constituting the compound is injected, so a high quality compound thin film can be formed with a small amount of gas, and the life of the device will be extended. be.
第１図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示す
断面図、第２図は従来の薄膜形成装置を示す断面図であ
る。
図において、（１）は真空槽、（４）はるつぼ、（５）
は蒸着物質、（１８）は基板、（３０）はカス噴射装置
である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
代理人 弁理士 大 岩 増 雄
第１！Ｉ１
１具Ｖ坤 ！３基級
今 ろつｌ！” ３０ フ′ス・負１１装置５
入着物質
第２図FIG. 1 is a sectional view showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a conventional thin film forming apparatus. In the figure, (1) is a vacuum chamber, (4) a crucible, and (5)
(18) is a substrate, and (30) is a waste injection device. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts. Agent: Masuo Oiwa, Patent Attorney No. 1! I1 1 tool V gon! Level 3 now! ” 30 F’s Negative 11 Device 5
Incoming substances diagram 2
Claims (2)
れたるつぼとを備え、このるつぼ内に収容した物質の蒸
気を、上記真空槽内に配置した基板に向けて噴出し、こ
の基板の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置において、
上記るつぼの上部にガスを噴射するようにしたことを特
徴とする薄膜形成装置。(1) Equipped with a vacuum chamber that maintains a vacuum inside and a crucible placed in this vacuum chamber, the vapor of the substance contained in this crucible is ejected toward the substrate placed in the vacuum chamber. In a thin film forming apparatus that forms a thin film on the surface of a substrate,
A thin film forming apparatus characterized in that gas is injected into the upper part of the crucible.
れたるつぼとを備え、このるつぼ内に収容した物質の蒸
気を、上記真空槽内に配置した基板に向けて噴出し、こ
の基板の表面に化合物の薄膜を形成する薄膜形成装置に
おいて、上記化合物を構成する元素を含むガスを、上記
るつぼの上部に噴射するようにしたことを特徴とする薄
膜形成装置。(2) Equipped with a vacuum chamber that maintains a vacuum inside and a crucible placed in this vacuum chamber, the vapor of the substance contained in this crucible is ejected toward the substrate placed in the vacuum chamber. A thin film forming apparatus for forming a thin film of a compound on the surface of a substrate, characterized in that a gas containing an element constituting the compound is injected onto the upper part of the crucible.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30504090A JPH04173964A (en) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | Thin film forming device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30504090A JPH04173964A (en) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | Thin film forming device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04173964A true JPH04173964A (en) | 1992-06-22 |
Family
ID=17940382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30504090A Pending JPH04173964A (en) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | Thin film forming device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04173964A (en) |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP30504090A patent/JPH04173964A/en active Pending
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