JPH05117843A - Thin film forming method - Google Patents

Thin film forming method

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Publication number
JPH05117843A
JPH05117843A JP30965491A JP30965491A JPH05117843A JP H05117843 A JPH05117843 A JP H05117843A JP 30965491 A JP30965491 A JP 30965491A JP 30965491 A JP30965491 A JP 30965491A JP H05117843 A JPH05117843 A JP H05117843A
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JP
Japan
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substrate
vapor
metal
ion
ion beam
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Pending
Application number
JP30965491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Inai
裕 井内
Hiroshi Inami
宏 稲実
Yasuhiro Matsuda
恭博 松田
Shuichi Fujiwara
修一 藤原
Takatoshi Yamashita
貴敏 山下
Koji Matsunaga
幸二 松永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05117843A publication Critical patent/JPH05117843A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a thin good crystalline film excellent in adhesive strength by allowing a part of a metallic vapor to reach a substrate as ion beam and by bombarding together with the metallic vapor and ion. CONSTITUTION:A metallic row material is heated at the metallic vapor generation part 1 in the vacuum chamber 11 to make vapor. The metallic vapor is heated by the heater 15. A thermoelectron is generated by the emission filament 3 to generate arc discharge between the emission filament 3 and the chamber 11. The metallic vapor is held by the radiation shield 10, 16 in the chamber 11. A metallic plasma is extracted as ion beam from the pore of plasma electrode 5, extraction electrode 6 and ground electrode 7. The substrate D is held by the substrate holder D at the position that ion beam and the metallic vapor is present. A part of the metallic vapor as vapor and a part as ion beam is allowed to reach the substrate D and the thin metallic film is formed by bombarding together with the metallic vapor and ion to the substrate D. As a result, the high purity thin film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、金属の蒸気と同じ金
属のイオンを同時に基板に照射し結晶性及び密着性に優
れた金属の薄膜を形成する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for simultaneously irradiating a substrate with ions of the same metal as vapor of metal to form a thin film of metal having excellent crystallinity and adhesion.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属の薄膜を基板の上に形成するには一
般に蒸着法が用いられる。これは金属の原料を例えば抵
抗加熱ヒ−タに入れ真空中で加熱し蒸発させ下向きに置
かれた基板に当てるものである。基板に接触し蒸気であ
ったものが冷却され基板上に固化する。融点の高い金属
の場合はルツボに原料金属を入れ電子ビ−ムを照射しこ
れを溶融蒸発させる。基板は一般に加熱されていること
が多い。あるいはスパッタ法が用いられることもある。
これはArなどの稀ガスをプラズマにし金属板のタ−ゲ
ットに当て金属を原子、分子、などの形で取り出し基板
に運んでここに堆積させるものである。スパッタは化合
物や酸化物の薄膜の形成に使われることが多いが金属の
薄膜形成にも用いることができる。稠密な膜ができるが
成長速度が遅いので蒸着できるものは蒸着法を用いる。
金属のイオンビ−ムは様々な用途に用いられる。例えば
半導体の電気伝導性をp型あるいはn型にするためド−
パントとして金属がイオンビ−ムの形で打ち込まれる。
あるいは高分子材料の改質、鉄の改質等のために金属の
イオンビ−ム処理がなされることもある。イオンビ−ム
はイオン源で作られたイオンを引出電極の作用で引き出
し加速し被処理物に照射される。
2. Description of the Related Art A vapor deposition method is generally used to form a thin metal film on a substrate. In this method, a metal raw material is placed in, for example, a resistance heating heater, heated in a vacuum, evaporated, and applied to a substrate placed face down. The vapor that comes into contact with the substrate is cooled and solidifies on the substrate. In the case of a metal having a high melting point, a raw material metal is put in a crucible and irradiated with an electron beam to melt and evaporate it. The substrate is often heated. Alternatively, a sputtering method may be used.
In this method, a rare gas such as Ar is turned into plasma and is applied to a target of a metal plate to take out metal in the form of atoms, molecules, etc. to a substrate and deposit it there. Sputtering is often used to form thin films of compounds and oxides, but can also be used to form thin films of metals. Although a dense film can be formed, but the growth rate is slow, the evaporation method is used for those that can be evaporated.
Metal ion beams are used for various purposes. For example, in order to make the electric conductivity of a semiconductor p-type or n-type,
The metal is driven in as an ion beam as a punt.
Alternatively, a metal ion beam treatment may be performed for modifying a polymer material, modifying iron, and the like. The ion beam irradiates the object to be processed by extracting and accelerating the ions produced by the ion source by the action of the extraction electrode.

【0003】イオンビ−ム照射と蒸着とを同時に行う装
置が提案されている。イオン蒸着、イオンアシスト、ダ
イナミックミキシング法等ということもある。蒸発部と
イオン源とを同一の真空チャンバに収容したものであ
る。下向きに置かれた基板に対して斜め下方にイオン源
と蒸着装置つまりルツボとヒ−タが設けられる。ルツボ
の中には薄膜を形成すべき原料が入っている。これが抵
抗加熱あるいは電子ビ−ム加熱され蒸発する。蒸発した
原料は基板に付着する。側方からArなどの稀ガスのイ
オンビ−ムを加速して基板に当てるようになっている。
Arイオンが高い運動エネルギ−を持つので基板の表面
を活性化し蒸発物と基板物質との密着性が向上すると言
われている。しかし高いエネルギ−を持つArイオンが
基板の中に入ってしまうことがありこれは不純物となる
ので膜の純度は良くない。また真空チャンバの中にプラ
ズマが存在するから原料物質が蒸発して基板に到達する
邪魔になるという欠点も指摘されている。
An apparatus has been proposed which simultaneously performs ion beam irradiation and vapor deposition. It is also called ion deposition, ion assist, dynamic mixing method, etc. The evaporator and the ion source are housed in the same vacuum chamber. An ion source, a vapor deposition device, that is, a crucible and a heater are provided obliquely below the substrate placed downward. A raw material for forming a thin film is contained in the crucible. This is heated by resistance heating or electron beam heating and evaporated. The evaporated raw material adheres to the substrate. An ion beam of a rare gas such as Ar is accelerated from the side to hit the substrate.
Since Ar ions have high kinetic energy, it is said that the surface of the substrate is activated and the adhesion between the vaporized substance and the substrate substance is improved. However, Ar ions having a high energy may enter the substrate and become impurities, so that the purity of the film is not good. It has also been pointed out that plasma is present in the vacuum chamber, which impedes the source material from vaporizing and reaching the substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】金属の薄膜を形成する
最も一般的な方法は真空蒸着である。これは成膜速度が
高く実用性が高い。しかし材料によっては十分な密着強
度が得られないことがある。蒸着によるものは一般に多
結晶になるが結晶性が良くないということもある。基板
の温度を上げることにより結晶性や密着性を向上させる
ことができるが基板によってはあまり高温にすると溶け
たり劣化したりするという場合もある。そのような場合
は基板温度を上げる以外の手段を選ばなければならな
い。基板温度を余り上げずしかも結晶性にすぐれ密着性
にも秀でた金属薄膜を形成する装置を提供するのが本発
明の目的である。
The most common method of forming thin metal films is vacuum deposition. This has a high film forming speed and is highly practical. However, depending on the material, sufficient adhesion strength may not be obtained. The vapor-deposited material generally becomes polycrystalline but the crystallinity is not good in some cases. Crystallinity and adhesion can be improved by raising the temperature of the substrate, but depending on the substrate, it may melt or deteriorate if the temperature is too high. In such a case, a means other than raising the substrate temperature must be selected. It is an object of the present invention to provide an apparatus for forming a metal thin film which does not raise the substrate temperature so much and has excellent crystallinity and excellent adhesion.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、真空チ
ャンバの中に、金属の蒸気を発生させるための蒸発源
と、蒸気源で発生した蒸気を放電と加熱によって励起し
プラズマとするプラズマ発生室と、金属のプラズマを引
き出しイオンビ−ムとするためのイオン引き出し部と、
基板を保持する基板ホルダ−とを含み、金属の蒸気の一
部は蒸気として基板に至りここに堆積し金属蒸気の一部
はイオンビ−ムとなって基板に照射する。いずれも基板
の上に堆積され薄膜成分となるのであるが、基板に衝突
するときのエネルギ−、電荷が違うのでその比率を調整
することによって異なる結晶性の薄膜を作ることができ
る。
The apparatus of the present invention comprises an evaporation source for generating vapor of metal in a vacuum chamber, and a plasma which excites the vapor generated by the vapor source by discharge and heating to form plasma. A generation chamber and an ion extraction part for extracting metal plasma to form an ion beam,
A substrate holder for holding the substrate is included, and a part of the metal vapor reaches the substrate as vapor and is deposited there, and a part of the metal vapor becomes an ion beam to irradiate the substrate. Both of them are deposited on the substrate to form a thin film component, but since the energy and the electric charge when they collide with the substrate are different, it is possible to form different crystalline thin films by adjusting the ratio.

【0006】[0006]

【作用】本発明の装置は金属のイオン源に良く似ている
が、イオン源のようにイオンビ−ムだけを発生するよう
にしたものではない。そうではなくて金属の蒸気は直接
に基板に至るようになっている。こうするためには蒸発
源の開口部の面積を大きくし蒸気がプラズマにならずに
一部が基板側へ飛んでゆくようにする。蒸気はルツボに
入れた金属をヒ−タで加熱することによって発生させ
る。蒸気を高温状態に保持するために真空チャンバの内
壁には輻射シ−ルドを設ける。金属蒸気をプラズマにす
るにはア−ク放電を例えば用いる。あるいは平行電極板
の間に高周波を印加し放電を起こさせてプラズマを発生
させても良い。マイクロ波によっても蒸気をプラズマに
することができる。あるいはECRプラズマ装置を用い
ても良い。イオンビ−ムは加速されて基板に打ち込まれ
るのであるが、蒸気は拡散によって真空チャンバの中へ
拡がるだけであるから、ある程度の蒸気圧がなければ基
板に到達できない。しかし金属の蒸気圧が高くなるとプ
ラズマが発生しにくくなることもあるので蒸気圧は適当
に調整する必要がある。本発明はイオンビ−ム照射と蒸
着とを併用するものであるから前記のイオン蒸着法と似
たところがある。しかし前記のイオン蒸着は稀ガスをプ
ラズマとしイオンビ−ムとするものでこれは薄膜の成分
とならないものであった。そのため薄膜の中に入ると不
純物となるので望ましくない。本発明はそうではなくイ
オンとなるものが蒸気と同じ金属であり、従来のイオン
蒸着法というものとは違う。
The device of the present invention is very similar to a metal ion source, but it is not the one that generates only ion beams unlike the ion source. Instead, the vapor of the metal reaches the substrate directly. In order to do this, the area of the opening of the evaporation source is increased so that the vapor does not turn into plasma and a part of the vapor flies to the substrate side. Steam is generated by heating the metal contained in the crucible with a heater. A radiation shield is provided on the inner wall of the vacuum chamber to keep the steam at a high temperature. For example, arc discharge is used to convert the metal vapor into plasma. Alternatively, plasma may be generated by applying a high frequency between the parallel electrode plates to cause a discharge. Steam can also be turned into plasma by microwaves. Alternatively, an ECR plasma device may be used. The ion beam is accelerated and hits the substrate, but vapor cannot spread to the vacuum chamber by diffusion and cannot reach the substrate without some vapor pressure. However, when the vapor pressure of the metal becomes high, plasma may be difficult to be generated, so the vapor pressure needs to be appropriately adjusted. Since the present invention uses both ion beam irradiation and vapor deposition in a combined manner, it is similar to the aforementioned ion vapor deposition method. However, the above-mentioned ion deposition uses a rare gas as plasma and ion beams, which are not components of the thin film. Therefore, if they enter the thin film, they become impurities, which is not desirable. The present invention is different from the conventional ion vapor deposition method in that the ion is not the same but the same metal as vapor is the same.

【0007】[0007]

【実施例】図1によって本発明の実施例を説明する。全
体構成は、金属蒸気およびイオン発生部A、シャッタ−
B、成膜速度モニタC、基板および基板ホルダ−D、質
量分析器Eなどよりなっている。シャッタ−Bはイオン
ビ−ムや蒸気の流れを通過あるいは遮断するための板で
ある。板に軸と取り付け軸方向に移動して開閉するよう
にしても良いし、回転軸の廻りに回転させても良い。成
膜速度モニタCは例えば水晶振動子などよりなり発振周
波数の変化から膜厚を求めることができる。基板ホルダ
−は、基板を支持する物でヒ−タを備える。回転支持す
ることもある。ここではヒ−タや回転機構の図示を略
す。質量分析器Eはイオンビ−ムのエネルギ−、質量を
求めるものである。エネルギ−が分かっていれば質量を
求めることができる。これは扇形磁石を用いるものを例
示している。スリットを通ったイオンは磁石に入り磁場
によって曲げられる。ある特定の曲率半径の円弧軌道を
描いたイオンだけがファラデ−カップなどの検出器に入
射する。これで特定の質量のイオンの数を測定すること
ができる。これは基板、基板ホルダ−を定位置に設置す
る前または後にイオンの強度および質量分布などを調べ
るためのものである。シャッタ−B以下の構成は周知の
ものである。これら全体が真空チャンバの内部にあるが
簡単のため真空チャンバの全体の図示を略している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overall configuration is metal vapor and ion generator A, shutter
B, a film formation rate monitor C, a substrate and a substrate holder-D, a mass spectrometer E and the like. The shutter B is a plate for passing or blocking the flow of ion beams and vapor. The plate may be attached to the shaft and moved in the axial direction so as to be opened and closed, or may be rotated around the rotary shaft. The film formation speed monitor C is made of, for example, a crystal oscillator or the like, and can determine the film thickness from a change in oscillation frequency. The substrate holder is an object that supports the substrate and includes a heater. It may also be rotatably supported. Illustration of the heater and the rotating mechanism is omitted here. The mass analyzer E is for obtaining the energy and mass of the ion beam. If the energy is known, the mass can be calculated. This exemplifies the one using a sector magnet. Ions that have passed through the slit enter the magnet and are bent by the magnetic field. Only ions that describe an arcuate orbit of a certain radius of curvature enter a detector such as a Faraday cup. This allows the number of ions of a particular mass to be measured. This is for investigating the intensity and mass distribution of ions before or after the substrate and the substrate holder are installed at fixed positions. The structure below the shutter B is well known. Although the whole of these is inside the vacuum chamber, the illustration of the whole vacuum chamber is omitted for simplicity.

【0008】金属蒸気およびイオン発生部Aの構成を説
明する。本発明に於いてこれが最も重要な部分である。
真空チャンバ11の側方に突出して金属蒸気発生部1が
設けられる。真空チャンバ11の内部にはヒ−タフィラ
メント2、エミッションフィラメント3等が設けられ
る。これらはW、Taなどのフィラメントを電極間に張
ったものである。いずれも単独の電源を持ち通電するこ
とによって発熱する。エミッションフィラメント2はカ
ソ−ド電位であり真空チャンバ11がアノ−ド電位であ
るから、エミッションフィラメント2から熱電子を放出
し真空チャンバ11との間にア−ク放電を生ずる。ヒ−
タフィラメント2は単に加熱するためのものである。ア
ノ−ド電位としここから電子がでないようにする。正イ
オンの衝突によるスパッタもないのでこれは長寿命であ
る。
The structure of the metal vapor and the ion generating section A will be described. This is the most important part of the present invention.
The metal vapor generation unit 1 is provided so as to project laterally from the vacuum chamber 11. Inside the vacuum chamber 11, a heater filament 2, an emission filament 3 and the like are provided. These are filaments such as W and Ta stretched between electrodes. Both of them generate heat when they have their own power source and are energized. Since the emission filament 2 has a cathode potential and the vacuum chamber 11 has an anodic potential, thermoelectrons are emitted from the emission filament 2 and an arc discharge is generated between the emission filament 2 and the vacuum chamber 11. Hi
The filament 2 is for heating only. The anode potential is set so that electrons are not emitted from here. This has a long life because there is no spatter due to positive ion collisions.

【0009】真空チャンバ11の内壁には側面輻射シ−
ルド4が設けられる。これはTaの薄板を筒状にし1層
または複数層に重ねたものである。真空チャンバ11の
内部の熱が外部に逃げないようにする。真空チャンバ1
1の出口側には、プラズマ電極5、引出し電極6、接地
電極7がある。これらは一つまたは多数のイオンビ−ム
を引出すための穴を有する金属電極板である。プラズマ
電極5には正の高電圧が印加される。プラズマを接触し
ているのでプラズマ電極というが正電極、加速電極とい
うこともある。引出し電極6は二次電子の戻りを防ぐた
めに負電圧が印加される。正イオンを引出す直接の電界
を形成するので引出し電極ともいうが負電極ということ
もある。接地電極7の前方に前述のシャッタ−、基板な
どがあり、真空チャンバ11の壁面の一部にガス導入口
8がある。ここからArなどのプラズマ励起のためのガ
スを導入することができる。真空チャンバ11の外壁に
沿ってマグネット9が設けられる。これは内部のカスプ
磁場を発生してプラズマを閉じ込めるためである。
The inner wall of the vacuum chamber 11 has a side surface radiation shield.
A field 4 is provided. This is a thin plate of Ta formed into a tubular shape and stacked in one or more layers. The heat inside the vacuum chamber 11 is prevented from escaping to the outside. Vacuum chamber 1
On the outlet side of 1, there are a plasma electrode 5, a lead electrode 6 and a ground electrode 7. These are metal electrode plates having holes for extracting one or many ion beams. A high positive voltage is applied to the plasma electrode 5. Since it is in contact with plasma, the plasma electrode is sometimes called a positive electrode or an acceleration electrode. A negative voltage is applied to the extraction electrode 6 to prevent secondary electrons from returning. Since it forms a direct electric field for extracting positive ions, it is also called an extraction electrode, but it is sometimes called a negative electrode. The above-mentioned shutter, substrate and the like are provided in front of the ground electrode 7, and the gas introduction port 8 is provided in a part of the wall surface of the vacuum chamber 11. From here, a gas such as Ar for plasma excitation can be introduced. A magnet 9 is provided along the outer wall of the vacuum chamber 11. This is to generate an internal cusp magnetic field to confine the plasma.

【0010】チャンバの軸方向と直角に上蓋輻射シ−ル
ド10が設けられる。これは上蓋13を高熱から保護し
熱を真空チャンバ11の内部に閉じ込めるものである。
金属蒸気発生部1はるつぼ14の中に金属の原料を収容
したものである。るつぼ14の近傍にはヒ−タ15が設
けられる。これはるつぼ内部の金属原料を加熱溶融し蒸
気とするものである。またここにも輻射シ−ルド16が
設けられる。原料が蒸発し一部はア−ク放電によってプ
ラズマとなる。これは引出し電極系の作用によってイオ
ンビ−ムとして引き出される。金属蒸気発生部1の開口
が大きいので蒸気は盛んに真空チャンバ11の内部に到
達するが大部分が蒸気のまま電極系の穴を通過して拡散
し基板に到達する。これは基板の上で冷却されて固体に
なる通常の蒸着と同様である。イオンビ−ムとして基板
に至るものと蒸着される原料が同一の物質である。本発
明はここに特徴がある。ただし両者の基板までに到達す
る駆動力が異なる。イオンビ−ムの場合は電界による強
力な力により基板に衝突する。一方蒸気は単に蒸気圧の
違いによって拡散するだけであるので蒸発してから基板
に到達するまでの時間が長い。また蒸気は荷電粒子でな
いので磁場によって閉じ込めることができず。温度の低
い壁面に接触すると冷却されここに付着する可能性があ
る。そこで輻射シ−ルドを設けて直接に蒸気が壁面にあ
たらないようにしている。輻射シ−ルドに蒸気があたっ
ても高温であるから単に跳ね返されるだけである。輻射
シ−ルドはこのように二重の意味がある。
An upper lid radiation shield 10 is provided at right angles to the axial direction of the chamber. This protects the upper lid 13 from high heat and traps the heat inside the vacuum chamber 11.
The metal vapor generator 1 has a crucible 14 containing a metal raw material. A heater 15 is provided near the crucible 14. This is a method in which the metal raw material inside the crucible is heated and melted into steam. A radiation shield 16 is also provided here. The raw material evaporates and part of it becomes plasma by arc discharge. This is extracted as an ion beam by the action of the extraction electrode system. Since the opening of the metal vapor generator 1 is large, the vapor actively reaches the inside of the vacuum chamber 11, but most of the vapor remains as vapor, passes through the holes of the electrode system, diffuses, and reaches the substrate. This is similar to normal vapor deposition, which is cooled on a substrate to become a solid. The same material is used as the ion beam to reach the substrate and to be vapor deposited. The present invention is characterized here. However, the driving force reaching the both substrates is different. In the case of an ion beam, it collides with the substrate due to the strong force of the electric field. On the other hand, since the vapor simply diffuses due to the difference in vapor pressure, it takes a long time from vaporization to reaching the substrate. Also, since vapor is not a charged particle, it cannot be confined by a magnetic field. If it comes into contact with a wall surface with low temperature, it may be cooled and adhere to it. Therefore, a radiation shield is provided to prevent steam from directly hitting the wall surface. Even if steam hits the radiant shield, it simply bounces off because of its high temperature. The radiation shield thus has a double meaning.

【0011】運動エネルギ−も全く異なる。イオンビ−
ムは数keVのエネルギ−を持つが、蒸発原子のエネル
ギ−は数十eV以下である。蒸発原料だけでは基板に密
着し難いと言う場合にイオンビ−ムが強いエネルギ−を
もって基板に衝突するので基板と蒸発原子との密着性が
向上するのである。金属の蒸気の量と、イオンの量の比
率は、イオン引き出し部のコンダクタンス、イオン化
率、電子温度などによって制御できる。イオン化率は、
ア−ク電圧、ア−ク電流、蒸気密度等の放電条件によっ
て決まる。つまり蒸気とイオンの比は放電パラメ−タの
設定によって制御することができる。装置の構造的な工
夫として、引出し電極と基板の距離を大きくするとイオ
ンの比率を大きくできる。また蒸気発生源の開口面積を
大きくすると蒸気の比率を上げることができる。イオン
のエネルギ−を変えるには、プラズマ電極に与える加速
電圧を変化させることによってなしうる。一般にイオン
電流は、空間電荷制限電流となるので、プラズマ電極と
引出し電極の電位差の3/2乗に比例し、その距離(ギ
ャップ長)の2乗に反比例する。電流量一定でエネルギ
−だけ変えたいと言う場合は電圧、ギャップ長を変える
等の調整を行う。
Kinetic energy is also quite different. AEON Bee
Although the mum has an energy of a few keV, the energy of vaporized atoms is a few tens of eV or less. When it is difficult to adhere to the substrate only with the evaporating raw material, the ion beam collides with the substrate with strong energy, so that the adhesion between the substrate and the vaporized atoms is improved. The ratio between the amount of metal vapor and the amount of ions can be controlled by the conductance of the ion extraction unit, the ionization rate, the electron temperature, and the like. The ionization rate is
It depends on the discharge conditions such as arc voltage, arc current and vapor density. That is, the ratio of vapor to ions can be controlled by setting the discharge parameters. As a structural measure of the device, the ratio of ions can be increased by increasing the distance between the extraction electrode and the substrate. Moreover, the ratio of steam can be increased by increasing the opening area of the steam generation source. The energy of ions can be changed by changing the acceleration voltage applied to the plasma electrode. In general, the ionic current is a space charge limited current, and is therefore proportional to the 3/2 power of the potential difference between the plasma electrode and the extraction electrode and inversely proportional to the square of the distance (gap length). When it is desired to change only the energy while keeping the current amount constant, adjustments such as changing the voltage and the gap length are made.

【0012】蒸着速度は成膜速度モニタCによってその
場観察できる。イオンの量は基板が導体の場合は基板に
流れるのでその電流によって分かる。またシャッタ−B
をカロリ−メ−タとしての機能をも持つようにしておけ
ばシャッタ−Bを閉じている測定の始めと終わりにイオ
ンビ−ムの強さを測定できる。これは他のイオンも含ん
だ値である。正確には質量分析器によって所望のイオン
を選別してからイオンビ−ムの強さを測定すればよい。
この図ではビ−ムに対して基板は直角であるがビ−ムに
対して基板を傾けても良い。そうすると膜の結晶性を変
化させることができる。さらにガス導入口からArガス
などの稀ガスを導入しプラズマとすると、金属蒸気、金
属イオン、ガスイオンの三者の混在するものとなり、成
膜の自由度が増える。この場合の金属イオンと稀ガスイ
オンの比は後段の質量分析器によって測定できる。
The deposition rate can be observed in-situ by the film formation rate monitor C. When the substrate is a conductor, the amount of ions flows to the substrate, so that the amount of ions can be known by the current. Also, shutter B
If it also has a function as a calorie meter, the intensity of the ion beam can be measured at the beginning and end of the measurement with the shutter B closed. This is a value including other ions. Accurately, the desired ion may be selected by the mass spectrometer and then the intensity of the ion beam may be measured.
In this figure, the substrate is perpendicular to the beam, but the substrate may be inclined with respect to the beam. Then, the crystallinity of the film can be changed. Further, when a rare gas such as Ar gas is introduced from the gas introduction port to generate plasma, metal vapor, metal ions, and gas ions are mixed, and the degree of freedom in film formation increases. In this case, the ratio of the metal ion and the rare gas ion can be measured by the mass spectrometer at the subsequent stage.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明によれば基板の上に金属の薄膜を
形成する際に金属の蒸気とイオンビ−ムを同時に基板に
供給するので、基板との密着性に優れた結晶性のよい薄
膜を得ることができる。これは金属イオンのエネルギ−
によって基板が活性化され蒸気が付着しやすくなるから
である。稀ガスを蒸気と同時に当てる方法が既にあるが
これは高エネルギ−の稀ガスイオンが薄膜の内部に入っ
てしまったりして不純物を含み易いが本発明ではそうい
うこともない。高純度の薄膜を形成できる。一般に基板
の温度を上げると密着性が上がる。しかしそうすると基
板に悪影響を及ぼすとか基板が溶融してしまうというこ
とがある場合に本発明は特に有効である。基板を比較的
低温に保持したまま密着性の良い膜を作ることができる
からである。
According to the present invention, when a metal thin film is formed on a substrate, the metal vapor and the ion beam are supplied to the substrate at the same time. Therefore, a thin film having excellent crystallinity and excellent adhesion to the substrate. Can be obtained. This is the energy of metal ions
This is because the substrate is activated and vapor easily adheres. There is already a method of applying a rare gas at the same time as steam, but this is likely to contain impurities such as high energy rare gas ions entering the inside of the thin film, but this is not the case in the present invention. A high-purity thin film can be formed. Generally, when the temperature of the substrate is raised, the adhesion is improved. However, in this case, the present invention is particularly effective when the substrate may be adversely affected or the substrate may be melted. This is because it is possible to form a film with good adhesion while keeping the substrate at a relatively low temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の薄膜形成装置の実施例を示す概略断面
図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a thin film forming apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 金属蒸気およびイオン発生部 B シャッタ− C 成膜速度モニタ D 基板および基板ホルダ E 質量分析器 1 金属蒸気発生部 2 ヒ−タフィラメント 3 エミッションフィラメント 4 側面輻射シ−ルド 5 プラズマ電極 6 引出し電極 7 接地電極 8 ガス導入口 9 マグネット 10 上蓋輻射シ−ルド 11 チャンバ 12 絶縁スペ−サ− 13 上蓋 14 るつぼ 15 ヒ−タ 16 輻射シ−ルド 17 絶縁物 A metal vapor and ion generation part B shutter-C film formation rate monitor D substrate and substrate holder E mass analyzer 1 metal vapor generation part 2 heater filament 3 emission filament 4 side radiation shield 5 plasma electrode 6 extraction electrode 7 Ground electrode 8 Gas inlet 9 Magnet 10 Top lid radiation shield 11 Chamber 12 Insulation spacer 13 Top lid 14 Crucible 15 Heater 16 Radiation shield 17 Insulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 修一 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 (72)発明者 山下 貴敏 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 (72)発明者 松永 幸二 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shuichi Fujiwara, 47 Umezu Takaune-cho, Ukyo-ku, Kyoto City Nissin Electric Co., Ltd. (72) Inventor Koji Matsunaga 47 Umezu Takaunecho, Ukyo-ku, Kyoto City Nissin Electric Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部を真空に引くことのできる真空チャ
ンバと真空チャンバの一部に設けられ金属原料を加熱し
て蒸気とする金属蒸気発生部と、真空チャンバの内部に
設けられ金属の蒸気を加熱するためのヒ−タと、カソ−
ド電位にあり加熱されて熱電子を発生しアノ−ドである
チャンバとの間にア−ク放電を生ずるエミッションフィ
ラメントと、真空チャンバの内壁に沿って設けられ真空
チャンバ内に金属蒸気を保持するための輻射シ−ルド
と、金属プラズマをイオンビ−ムとして引出すためのイ
オン通し穴を有するプラズマ電極、引出し電極、接地電
極と、イオンビ−ムおよび金属の蒸気の存在する位置に
基板を保持する基板ホルダとよりなり、金属の蒸気の一
部は蒸気のまま、一部はイオンビ−ムとなって基板に到
達し、基板に対して金属の蒸気とイオンとを同時に当た
るようにし基板の上に金属の薄膜を形成することを特徴
とする薄膜形成装置。
1. A vacuum chamber capable of evacuating the interior, a metal vapor generator provided in a part of the vacuum chamber for heating a metal raw material to generate vapor, and a metal vapor provided in the vacuum chamber Heater for heating,
Emission filament which is heated at a depot potential to generate thermoelectrons to generate an arc discharge between the anode chamber and a chamber which is an anode, and which is provided along the inner wall of the vacuum chamber to hold metal vapor in the vacuum chamber. And a plasma electrode having an ion through hole for extracting metal plasma as an ion beam, an extraction electrode, a ground electrode, and a substrate for holding the substrate at a position where the ion beam and metal vapor exist. It consists of a holder, part of the metal vapor remains as vapor, and part of it becomes an ion beam to reach the substrate so that the metal vapor and the ions hit the substrate at the same time. A thin film forming apparatus, which forms a thin film of
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