JPH04198475A - 蒸着装置 - 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、イオン化クラスタビーム蒸着装置の構成に関
する。

〔従来の技術］ 半導体の表面保護膜や光学材料の表面処理などには、緻
密で結晶性の良い膜を制御性良く形成することが求めら
れている。これには、堆積させる原子または分子をイオ
ン化・加速してエネルギーを与えることが有効である。

このような装置の一つとして、数百から数千の原子（分
子）からなるクラスタをイオン化・加速して堆積させる
、イオン化クラスタビーム蒸着装置がある。この装置は
、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド
ゝテクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃ
ｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　ｖ　ｏ　
１゜１２．１１２８　（１９７５）で述べられているよ
うに、単原子（分子）をイオン化する方法に比べて、単
位物質量当たりの電荷が数百分の１から数十分の１と小
さいため、基板のチャージアップによる障害が少なく、
また単位原子（分子）あたりのエネルギーが約１ｅＶと
結晶原子間の結合エネルギーと同程度であるので、結晶
膜形成に適していることが知られている。

第３図に従来のイオン化クラスタビーム蒸着装置の概略
図を示す。るつぼ加熱用電子線照射源３により加熱され
たるつぼ２のノズルから噴出してクラスタ化した蒸着物
質１は、イオン化用電子線照射源４から出た電子線によ
ってイオン化される。

イオン化したクラスタは加速電極５によって加速される
。るつぼの加熱、イオン化等の条件を決めた後、シャッ
タ６を開放することにより、イオン化クラスタは蒸着基
板７」二に達し堆積する。このとき基板ホルダ８は加速
電極によって加速された後に減速を受けないように、加
速電極と等電位にしておく必要がある。真空槽９はクラ
スタを効率的に形成するため、通常１０−“Ｔｏｒｒ程
度以」二の真空度にされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかる構成のイオン化クラスタビーム発生装置において
は、発生するクラスタサイズの分布は、るつぼ内部の蒸
気圧、るつぼ内に存在する蒸発物質の量、るつぼのノズ
ル大きさと形状、および真空槽内の真空度によって変化
する。また、同じクラスタサイズ分布を得るための条件
は蒸発物質毎に異なる。このように制御すべきパラメー
タか多いため、常に同じクラスタサイズ分布を再現する
、すなわち原子（分子）１個当りに与えるエネルギーを
再現性良く制御するのは非常に困難である。

したがって、エネルギーによって膜質が大きく異なる物
質に適用した場合、膜の結晶欠陥密度や電気特性なとの
緒特性を精密に制御するのは困９）１［であり、一定の
品質の膜を得ることが離しい。

さらに、クラスタサイズの分布中には数原子（分子）以
下のサイズの小さなりラスタまたは単原子（分子）も含
まれている。これらは、単原子（分子）あたりのエネル
ギーが大きく、また速度も大きいため、ダメージに弱い
基板材料、たとえば１４　ｇを含む化合物半導体基板」
二に、このサイズの小さなりラスタを堆積させると、基
板利料表面の劣化を招く恐れがある。この事情はダメー
ジに弱い材料をイオン化クラスタにして堆積させる場合
についても同様である。

本発明はイオン化クラスタビームのクラスタサイズを制
御することによって、サイズの小さなりラスタによるダ
メージをなくすこと、およびイオン化クラスタの原子（
分子）１個当りのエネルギーを再現性良く制御すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明に係る蒸着装置は、原
子または分子からなるイオン化クラスタビームを発生す
る発生源と、 イオン化クラスタの進行線」―に設置した２つのスリッ
トと、 前記２つのスリット間に設置され、イオン化クラスタの
進行線に対して垂直な磁場を発生する電磁石とを有する
ものである。

また、原子または分子からなるイオン化クラスタビーム
を発生する発生源と、 イオン化クラスタの進行線」二に設置され、決った位相
差をもって高速で回転する２つのスリットからなるチョ
ッパーとを有するものである。

［作用］ このような機構を設けることによって、サイズの小さな
イオン化クラスタを除去することができ、堆積する基板
表面または堆積物質自身に与えるダメージが著しく減少
する。また、クラスタ形成条件によらず、原子（分子）
１個あたりのエネルギーを再現性良く規定することがで
きる。

以下に本発明に用いた２つのイオン化クラスタサイズの
分離機構について簡単に説明する。

イオン化クラスタの進行線−にに設置した２つのスリッ
トと、前記２つのスリット間に設置した、イオン化クラ
スタの進行線に対して垂直な磁場を発生する電磁石によ
る分離機構を用いた場合には、サイズの小さなイオン化
クラスタまたは単原子（分子）は、進行方向に垂直な磁
場によって偏向を受け、電磁石の後にあるスリットを通
過することができない。磁場の強さによって定まるサイ
ズ以上のイオン化クラスタのみが、このスリットを通過
することができる。したがって、クラスタ形成条件が変
動した場合でも、原子（分子）１個あたりのエネルギー
の上限は変動しない。

イオン化クラスタの進行線上に設置した、決った位相差
をもって高速で回転する２つのスリットからなるチョッ
パーを用いた場合は、前記チョッパーを通過できるのは
これら２つのスリットの回転の位相差に相当する速度お
よびそれに近い速度をもったイオン化クラスタのみであ
る。したがって、原子（分子）１個あたりぬエネルギー
の上限および下限を、クラスタ形成条件に依存せずに規
定することができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

（実施例１） 第１図は、本発明の実施例１を示す構成図である。

図において、２は蒸着物質を収容するるつぼ、３はるつ
ぼ加熱用電子線照射源、４はイオン化用電子線照射源、
５は加速電極であり、これらによりイオン化クラスタビ
ーム源１０が構成される。

さらに、シャッタ６とビーム源ｌＯとの間には、電磁石
１３と、電磁石１３の前後に配したスリット１２．１４
及び収束レンズＩＩ、１５とを有する。

実施例において、イオン化クラスタビーム源１０から発
生したイオン化クラスタビームは、収束レンズ１１によ
って発散をおさえられた後、第１のスリット１２を通っ
てイオン化クラスタの進行方向に対して垂直な磁場を発
生する電磁石１３内に導入され、磁場による偏向をうけ
る。第２のスリット１４を通過できるのは、構成原子（
分子）数の大きな、すなわち質量が大きく磁場による偏
向をあまり受けないイオン化クラスタのみであるから、
質量の小さなイオン化クラスタまたは単原子（分子）イ
オンは取り除かれる。第２のスリット１４を通過したイ
オン化クラスタは、収束レンズ１５によって再び発散を
抑えられ、蒸着基板７に堆積する。したがって、蒸着基
板７の表面に与えるダメージが取り除かれる。第２のス
リット１４を通過するイオン化クラスタの質量は下限の
磁場の強さ及び第２のスリット１４の幅を変えることに
よって制御する。したがって、イオン化クラスタサイズ
の下限、すなわち原子（分子）１個あたりに与えるエネ
ルギーの上限がクラスタ形成条件によらずに定まる。す
なわち、イオン化クラスタの原子（分子）１個当りのエ
ネルギーを再現性良く制御することができる。

以下に本発明の前記質量分離方式の有効性について述べ
ておく。

磁場を用いた質量分離では、イオンの進行方向から数１
０°離れた位置にスリットを置き、磁場を調節すること
によって任意の質量のイオンをスリットから取り出すの
が普通である。しかし、イオン化クラスタの比電荷は、
通常のイオンの数百分の−から数十分の−しかないため
、通常の方法でサイズの大きなイオン化クラスタを取り
だそうとすると、実現が困難なほどの強磁場を必要とす
る。しかし本発明の方式を用いれば、通常の方式で必要
とする磁場の数百分の一以下の磁場でイオン化クラスタ
の質量分離を行うことができる。また、この質量分離方
式ではクラスタイオンが負イオンの場合でも磁場の向き
を変える必要がない。

本発明の方式の場合、中性のクラスタも取り出してしま
うことになるが、これは本発明の効果を妨げるものでは
ない。なお、収束レンズ１１および１５は特になくとも
よいが、設置しておけばビームの発散が抑えられるので
、蒸着レートを大きくすることができる。スリット１２
および１４の開口部は縦長である必要はなく、円形でも
良いが、幅が可変であることが望ましい。

（実施例２） 第２図は、本発明の実施例２を示す構成図である。

図において、イオン化クラスタビーム源１０から発生し
たイオン化クラスタビームは、収束レンズ１１によって
発散をおさえられた後、第１のスリット１２を通って分
析チョッパー〕６内に導入される。分析チョッパー１６
は、決った位相差をもって高速で回転する２つ１組のス
リットである。

スリット開閉の時間的位相差を△しに設定しておくと、
スリット間の距離をＬとしてＬ／Δしの速度およびそれ
に近い速度をもったイオン化クラス夕のみがチョッパー
を通過し、第２のスリンｌ−１４に達することができる
。必要なスリットの回転数は、おおよそ次のとおりであ
る。標準的な５×１０″ｍ／ｓの速度をもったイオン化
クラスタを取り出す場合、スリット間の距離を０．５ｍ
、回転の位相差を１０°とすると、前記イオン化クラス
タを分離するために必要なスリットの回転数は約１６．
ＯＯＯｒｐｍである。質量分離の際の分解能は、スリッ
トの回転速度と幅を変えることによって設定することが
できる。これによって、質量の小さなりラスタイオンま
たは単原子（分子）イオンを取り除き、第１図に示した
場合と同じ効果が得られる。さらに、第１図の構成の場
合に加えて質量の」１限も同時に決めることができる。

したがって、クラスタ形成の条件が変動した場合でも、
原子（分子）１個あたりのエネルギーの上限および下限
は一定であり、ダメージの少ない、制御性および再現性
の良い蒸着が可能となる。なお、収束レンズ１１および
１５は特になくともよいが、設置しておけばビームの発
散が抑えられるので、蒸着レートを大きくすることがで
きる。チョッパーの開口部の形状は特に縦長である必要
はなく、円形でも良いが、幅が可変であることが望まし
い。

前記２つの質量分離を用いる場合のどちらに対しても、
クラスタを効率良く形成し、かつクラスタの寿命を十分
長くするため、真空槽９の真空度は１０−“Ｔｏｒｒ程
度以上であることが望ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、イオン化クラス
タビームが成膜中に基板表面に与えるダメージが従来に
比べて著しく減少し、ダメージに弱い基板材料に対して
も良好な成膜が可能になる。

また、イオン化クラスタのサイズ、したがって、クラス
タ中の原子（分子）１個当りのエネルギーが再現性良く
制御できるため、成膜の制御性および再現性が向」ニし
、安定した品質の成膜が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の実施例を示す構成図、
第３図は、従来のイオン化クラスタビー−１＋− ム蒸着装置を示す構成図である。 ■・・・蒸発物質　　　　　　２・・・るつぼ３・・・
るつぼ加熱用電子線照射源 ４・・・イオン化用電子線照射源 ５・・・加速電極　　　　　　６・・・シャッタ７・・
・蒸着基板　　　　　　８・・・基板ホルダ９・・・真
空槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子または分子からなるイオン化クラスタビーム
   を発生する発生源と、 イオン化クラスタの進行線上に設置した２つのスリット
   と、 前記２つのスリット間に設置され、イオン化クラスタの
   進行線に対して垂直な磁場を発生する電磁石とを有する
   ことを特徴とする蒸着装置。（２）原子または分子から
   なるイオン化クラスタビームを発生する発生源と、 イオン化クラスタの進行線上に設置され、決った位相差
   をもって高速で回転する２つのスリットからなるチョッ
   パーとを有することを特徴とする蒸着装置。