JPH0510423B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化合物薄膜蒸着装置、特にクラスタイ
オンビーム蒸着法により、高品質の化合物薄膜を
形成する蒸着装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のクラスタイオンビーム蒸着装置として、
（社）電子通信学会電子装置研究会資料：ED79−
44、p.1〜p.8、1979年７月27日、に開示されたも
のがある。第２図はこのような従来のクラスタイ
オンビーム蒸着法による化合物薄膜蒸着装置を模
式的に示す断面説明図である。

図において、１は真空槽１０を所定の真空度に
排気して保持する真空排気装置、２は例えば酸素
等の反応性ガスのガスボンベ、３は反応性ガスを
真空槽１０に導入するためのリークバルブであ
る。また、４はノズル４０を有する密閉型のるつ
ぼで、内部には基板９に蒸着しようとする物質１
１例えば亜鉛等が装填されている。５はるつぼ４
の加熱用フイラメント、６はイオン化用フイラメ
ントである。１６は基板９に蒸着しようとする物
質１１の蒸気を真空槽９に噴出して、物質１１の
クラスタビームを生成する蒸気発生源で、るつぼ
４及びるつぼ加熱用フイラメント５よりなる。１
７はクラスタをイオン化するイオン化手段で、イ
オン化用フイラメント６及びグリツド７よりな
る。

イオン化用フイラメント６は電流により2000℃
位に熱せられ、ここから放出される電子１２はグ
リツド７により加速されノズル４０より出射して
きたクラスタ１４を衝撃してその一部をイオン化
してクラスタイオン１３を生成する。８はクラス
タイオン１３を加速し、基板９の表面に衝突させ
るイオンの加速電極である。そして、１５ａ及び
１５ｂは熱シールド板である。

次に動作について説明する。真空排気装置１に
より真空槽１０内が10^-6Torr台の真空度になる
まで排気したのち、リークバルブ３を開いて反応
性ガス（ここでは酸素）を導入する。次いで、ル
ツボ４内の蒸気圧が数Torrになる温度（物質１
０がZnの場合500℃位）まで、るつぼ加熱用フイ
ラメント５の加熱により放出される電子を加速し
てるつぼ４に衝撃することによつて加熱すると、
物質１１は蒸気化してノズル４０から真空中に噴
射する。

この噴射した物質蒸気はノズル４０を通過する
際に断熱膨脹により凝縮し、クラスタ１４と呼ば
れる多数個原子からなる塊状粒子が形成される。
クラスタ１４はグリツド７の内側領域が形成する
イオン化室でイオン化用フイラメント６から放出
される電子１２との衝突によつてイオン化されて
クラスタイオン１３となる。クラスタイオン１３
は加速電極８に印加された電圧による電界により
加速をうけて高いエネルギをもつて基板９に衝突
する。なお、イオン化されない残りのクラスタ１
４はそのままの熱エネルギを持つて基板９に衝突
する。

この場合、真空槽１０内には反応性ガスが拡散
して一様に存在するので、クラスタ１４やクラス
タイオン１３の基板９への飛行中又は衝突時に、
反応性ガスとの反応が行われ、反応生成物である
目的の化合物（ここでは酸化亜鉛ZnO）が基板９
上に蒸着してその薄膜が形成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のような従来の化合物薄膜蒸着装置では、
真空槽１０内の反応性ガスは常温の分子状態であ
るため活性度が低く、かつ一様に分布しているの
で、クラスタと反応して得られる化合物薄膜の密
度が低いという問題があつた。

また、反応性ガスは常温状態で基板９付近に一
様に存在するため、この基板上に局所的な膜の成
分または膜質の制御された薄膜を形成することが
できないという問題があつた。

さらに、真空槽１０内に導入した反応性ガスの
大部分は排気され、薄膜形成にあずかる反応性ガ
スは非常に少なくなるという問題があつた。

本発明は、上述のような問題点を解決するため
になされたもので、高品質の化合物薄膜が形成で
きる蒸着装置を提供することを目的とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る化合物薄膜蒸着装置は、真空槽内
に配設された基板に蒸着しようとする物質のクラ
スタを発生する蒸気発生源と、このクラスタをイ
オン化するイオン化手段と、このクラスタイオン
を加速する加速電極と、反応ガスを導入するガス
導入手段とからなり、蒸気発生源を構成するるつ
ぼの中心を貫いて形成された管状体を介して反応
性ガスを導入するとともに、この管状体の周囲に
蒸気発生源のノズルを少なくとも２個配設した複
合るつぼを有するものである。

［作用］ 本発明においては、るつぼの中心を貫いて形成
された管状体のノズルから反応性ガスを導入する
から、各ノズルから噴出するクラスタと反応性ガ
スは、いずれもイオン化手段１７の方向へ進行
し、かつ進行中に電子１２と衝突してイオン化さ
れる。したがつて、クラスタイオンも反応性ガス
イオンも一様に基板の方向に大きなイオン密度と
指向性を保つて加速され、基板上に化合物を形成
しながら蒸着する。そして、クラスタと反応性ガ
スもるつぼの温度に見合う熱エネルギをもつてビ
ーム状になつて局部的な高密度の分子流の状態を
保ちながら進行し、基板上に化合物として蒸着す
る。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。第１図は本発明の一実施例を模式的に示す説
明図である。図中１〜１７及び４０は第２図の従
来例で示したものと同一又は相当部分であるの
で、説明を省略する。

図において、４はるつぼであり、４１は反応性
ガス４３がリークバルブ３を介して送られてくる
配管部分であり、るつぼ４の中心を貫いた状態に
形成されている。４２は反応性ガス４３が噴出す
るノズル、４０はノズル４２を囲むように形設さ
れた物質１１の蒸気噴出用のるつぼ４のノズルで
ある。ノズル４０は少なくとも２個以上がノズル
４０に対して対称に設けられている。

つぎに、動作について説明する。真空排気装置
１により、真空槽１０内が10^-6Torr台の真空度
になるまで排気したのち、るつぼ４を加熱して物
質１１の蒸気をノズル４０から噴出させクラスタ
１４を従来法と同様にして基板９上へ衝突させ
る。一方、配管部分４１を経てノズル４２吹き出
る反応性ガス４３は、るつぼ４からの熱伝導によ
り高温になつており、化学的に活性度が高くなつ
ているが、ノズル４２から吹き出た直後、イオン
化手段１２の領域でイオン化されてさらに活性度
が高められている。

イオン化された反応性ガスイオン４４は、同様
にイオン化されたクラスタイオン１３とともに加
速電極８で形成される電界によつて加速され高い
イオン密度と指向性をもつて基板９の方へ進行
し、基板９上に蒸着する。

この時、高温で、かつイオン化された反応性ガ
スイオン４４は特に化学的な活性度が非常に高い
ので、クラスタ１４やクラスタイオン１３と効率
よく反応し、基板９上には膜密度が高くなる高品
質の化合物薄膜が、形成される。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、反応性ガスを蒸
気発生源のるつぼの中心に設けた配管部分から導
入するようにしてビーム状にして噴出させ、同時
に反応性ガスをるつぼと同様に加熱すること、そ
して、ノズルから噴出直後にイオン化することに
より活性度を高め、さらに反応性ガス及びクラス
タを各ノズルから噴出後直ちにイオン化し反応性
ガスイオン及びクラスタイオンを加速することに
より、基板への反応粒度密度とその指向性を高め
ることができ、膜密度の高い高品質の化合物薄膜
を効率よく形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による化合物薄膜蒸着装置の模
式説明図、第２図は従来装置の模式説明図であ
る。 図において、１は真空排気装置、２はガスボン
ベ、３はリークバルブ、４はるつぼ、５はるつぼ
加熱用フイラメント、６はイオン化用フイラメン
ト、７はグリツド、８は加速電極、９は基板、１
０は真空槽、１１は物質、１２は電子、１３はク
ラスタイオン、１４はクラスタ、１５ａ，１５ｂ
は熱イールド板、１６は蒸気発生源、１７はグリ
ツド、４０はノズル、４１は配管部分、４２はノ
ズル、４３は反応性ガス、４４は反応性ガスイオ
ンである。。なお、図中同一符号は同一又は相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の真空度に保持される真空槽と、この真
   空槽に設けられ基板に蒸着しようとする物質の蒸
   気を前記真空槽に噴出して前記物質のクラスタを
   生成するるつぼ及びるつぼ加熱用フイラメントか
   らなる蒸気発生源と、前記クラスタを電子衝撃に
   よりイオン化するイオン化手段と、このイオン化
   手段によりイオン化されたイオンを前記基板方向
   へ加速する加速電極と、反応性ガスを導入するガ
   ス導入手段とを有し、 前記るつぼは、その中心を貫いて形成された管
   状体を介して前記反応性ガスが導入される構成を
   有するとともに、前記管状体のノズルの周囲に前
   記るつぼのノズルを少なくとも２個配設した複合
   型のるつぼであることを特徴とする化合物薄膜蒸
   着装置。