JPH05311407A

JPH05311407A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH05311407A
Application number: JP12191592A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kajita; 直幸梶田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高速度で、しかも、少量の反応性ガスで高品
位の化合物薄膜を形成することができる薄膜形成装置を
提供する。【構成】るつぼ３内に反応性ガスを直接導入するため
の反応性ガス導入ノズル２５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜形成装置、特
に、クラスターイオンビーム蒸着法（ＩＣＢ法）により
高品質の薄膜を高速度で蒸着形成する薄膜形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、例えば、特開昭５４−９５９２
号公報に開示された従来の薄膜形成装置を模式的に示し
たものであり、図において、符号１は所定の真空度に保
持された真空槽、２はこの真空槽１内の真空度を調整す
る真空排気系、３は真空槽１内の下方に設けられた密閉
型のるつぼ、４はこのるつぼ３内で発生した蒸着物質の
蒸気を噴射するノズル、５はるつぼ３内に充填された蒸
着物質、６はるつぼ３を加熱する加熱用フィラメント、
７はこの加熱用フィラメント６の熱を遮る熱シールド
板、８はるつぼ３のノズル４から噴出した蒸着物質５の
蒸気が断熱膨張によって過冷却状態を起こすことにより
形成されたクラスター（塊状原子集団）、そして、符号
９はるつぼ３、加熱用フィラメント６および熱シールド
板７によって構成された蒸気発生源である。

【０００３】また、符号１０は電子ビームを放出する電
子ビーム放出フィラメント、１１はこの電子ビーム放出
フィラメント１０から電子を引き出し、加速する電子ビ
ーム引き出し電極、１２は電子ビーム放出フィラメント
１０の熱を遮る熱シールド板、１３は電子ビーム放出フ
ィラメント１０、電子ビーム引き出し電極１１および熱
シールド板１２より構成されるクラスター８のイオン化
手段である。

【０００４】また、符号１４はこのイオン化手段１３に
よってイオン化されたイオン化クラスター、１５はこの
イオン化クラスター１４を電界で加速し、運動エネルギ
ーを付与する加速手段である加速電極、そして、符号１
６は表面に薄膜が形成された基板である。

【０００５】さらに、符号１７は加熱用フィラメント６
を加熱する第１交流電流、１８はるつぼ３の電位を前記
加熱用フィラメント６に対して正にバイアスする第１直
流電源、１９は電子ビーム放出フィラメント１０を加熱
する第２交流電源、２０は電子ビーム放出フィラメント
１０を電子ビーム引き出し電極１１に対し負にバイアス
する第２直流電源、２１は電子ビーム引き出し電極１１
およびるつぼ３を加速電極に対して正にバイアスする第
３直流電源、２２は第１交流電源１７、第１直流電源１
８、第２交流電源１９、第２直流電源２０および第３直
流電源２１を収納する電源装置である。そして、符号２
３は反応性ガス導入管、２４は反応性ガスの流量を調整
する流量調整バルブである。

【０００６】従来の薄膜形成装置は以上のように構成さ
れ、実際に薄膜を形成するには、まず、真空槽１を真空
排気系２によって１×１０-6Ｔorr 程度の真空度になる
まで排気する。次に、加熱用フィラメント６から放出さ
れる電子を第１直流電源１８で印加される電界によって
加速し、この加速された電子をるつぼ３に衝突させ、る
つぼ３内の蒸気圧が数Ｔorr になるまでるつぼ３を加熱
する。るつぼ３を加熱することによりるつぼ３内の蒸着
物質は蒸発し、ノズル４から真空槽１内に噴射される。

【０００７】ノズル４より噴出する蒸着物質５の蒸気は
ノズル４を通過する際に、断熱膨張により過冷却状態を
起こし、クラスター８と呼ばれる塊状原子集団が形成さ
れる。このクラスター８は、電子ビーム放出フィラメン
ト１０から放出される電子ビームによって一部イオン化
されることによりイオン化クラスター１４となる。この
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８とともに加速電極１５で形成される電界に
よって加速され、基板１６の表面に衝突して薄膜を形成
する。

【０００８】また、化合物薄膜、例えば、酸化物薄膜を
形成するには、真空槽１内に反応性ガス導入管２３より
酸素ガスを導入し、るつぼ３から蒸発した蒸着物質と反
応させて酸化物薄膜を形成する。なお、電源装置２２内
の各直流電源の機能について説明すると、第１直流電源
１８には、加熱用フィラメント６に対してるつぼ３の電
位を正にバイアスし、加熱用フィラメント６から放出さ
れた熱電子をるつぼ３に衝突させる機能を有し、第２直
流電源２０には、電子ビーム引き出し電極１１に対して
第２交流電源１９で加熱された電子ビーム放出フィラメ
ント１０を負の電位にバイアスし、電子ビーム放出フィ
ラメント１０から放出された熱電子を電子ビーム引き出
し電極１１の内部に引き出す機能を有する。また、第３
直流電源２１には、アース電位にある加速電極１５に対
して電子ビーム引き出し電極１１およびるつぼ３を正に
バイアスし、電子ビーム引き出し電極１１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を加速制御する機能を有する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜形成装置
は、以上のように構成されているので、化合物薄膜を形
成する際に、反応性ガスを真空槽１内に導入して薄膜形
成を行うため、蒸着物質の蒸気の粒子と反応性ガスの粒
子との衝突確率が小さく、完全な化合状態の化合物薄膜
を得るためには、真空槽１内に大量の反応性ガスを導入
したり、蒸着速度を遅くしなければならないという課題
があった。この発明は、このような課題を解決するため
に提案されたもので、少量の反応性ガスで化合物薄膜を
高速に形成できるようにした薄膜形成装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る薄膜形成
装置は、るつぼ内に、このるつぼ内に反応性ガスを導入
するための反応性ガス導入ノズルが設けられている。

【００１１】

【作用】この発明に係る薄膜形成装置においては、化合
物薄膜形成時に、反応性ガス導入ノズルよりるつぼ内に
反応性ガスが直接導入されるで、蒸着物質の蒸気の粒子
と反応性ガスの粒子との衝突する確率が高くなり、した
がって、少ないガス量で高品位の化合物薄膜が高速に形
成される。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明に係る薄膜形成装置の一実
施例を模式的に示した断面図であり、図において、符号
２５はるつぼ３内に反応性ガスを導入するためにるつぼ
３内に設置された反応性ガス導入ノズル、２６はるつぼ
３内に導入する反応性ガスの流量を調整するための流量
調整バルブ、そして、符号２７は反応性ガスを供給する
ボンベである。他は、図２に示す従来例と略同様である
ので同一符号を付し、その説明を省略する。

【００１３】次に、動作について説明すると、まず、従
来の装置と同様に、真空排気系２によって真空槽１内を
１×１０-6Ｔorr 程度の真空度になるまで排気する。ま
た、加熱用フィラメント６に通電してるつぼ３を加熱す
ることにより、るつぼ３内の蒸着物質５を蒸気化させ、
るつぼ３内の蒸気圧を数Ｔorr とする。次に、るつぼ３
内に反応性ガス導入ノズル２５から化合物を構成する元
素を含む反応性ガスを直接導入する。るつぼ３内に反応
性ガス導入ノズル２５より化合物を構成する元素を含む
反応性ガスを直接導入することにより、るつぼ３内は蒸
着物質５の蒸気密度が高いため、蒸着物質の蒸気の粒子
と反応性ガスの粒子との衝突する確率が高く、容易に化
合物を形成する。

【００１４】以下、従来の薄膜形成装置と同様に、蒸着
物質５の蒸気、反応性ガスおよび蒸着物質５の蒸気と反
応性ガスが反応して形成された化合物の蒸気が、るつぼ
３のノズル４より基板１６に噴射されるが、ノズル４を
通過する際、断熱膨張により過冷却状態を起こし、クラ
スター８と呼ばれる塊状原子集団が形成される。このク
ラスター８は、電子ビーム放出フィラメント１０から放
出される電子ビームによって一部がイオン化されること
によりイオン化クラスター１４となる。このイオン化ク
ラスター１４は、イオン化されていない中性のクラスタ
ー８とともに加速電極１５で形成される電界により加速
され、基板１６の表面に衝突して薄膜が形成される。

【００１５】以上のように、るつぼ３内の蒸着物質５の
蒸気圧が数Ｔorr になるまで加熱されたるつぼ３内に、
反応性ガス導入ノズル２５より化合物を構成する元素を
含む反応性ガスを直接導入することにより、るつぼ３内
は蒸着物質５の蒸気密度は高く、蒸着物質５の蒸気の粒
子と反応性ガスの粒子との衝突する確率が高くなるた
め、容易に化合物を形成することができ、したがって、
蒸着速度を高速にしても高品質の化合物薄膜を形成でき
る。また、るつぼ３内に反応性ガスを直接導入するた
め、反応に必要なガスの量は少量でよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る薄
膜形成装置によれば、化合物薄膜形成時に、化合物を形
成する元素を含む反応性ガスをるつぼ内に直接導入する
ようにしたので、蒸着物質の蒸気の粒子と反応性ガスの
粒子との衝突する確率が大きくなり、したがって、少な
いガス量で、高品位の化合物薄膜を高速に形成できると
いう効果をある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る薄膜形成装置の一実施例を模式
的に示す断面図である。

【図２】従来の薄膜形成装置の一例を模式的に示す断面
図である。

【符号の説明】

１真空槽２真空排気系３るつぼ５蒸着物質９蒸気発生源１３イオン化手段２５反応性ガス導入ノズル

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【作用】この発明に係る薄膜形成装置においては、化合
物薄膜形成時に、反応性ガス導入ノズルよりるつぼ内に
反応性ガスが直接導入されるので、蒸着物質の蒸気の粒
子と反応性ガスの粒子との衝突する確率が高くなり、し
たがって、少ないガス量で高品位の化合物薄膜が高速に
形成される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【実施例】図１は、この発明に係る薄膜形成装置の一実
施例を模式的に示した断面図であり、図において、符号
２５はるつぼ３内に反応性ガスを導入するためにるつぼ
３内に設置された反応性ガス導入ノズル、２６はるつぼ
３内に導入する反応性ガスの流量を調整するための流量
調整バルブ、そして、符号２７は反応性ガスを供給する
ボンベである。他は、図２に示す従来例と同様であるの
で同一符号を付し、その説明を省略する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る薄
膜形成装置によれば、化合物薄膜形成時に、化合物を構
成する元素を含む反応性ガスをるつぼ内に直接導入する
ようにしたので、蒸着物質の蒸気の粒子と反応性ガスの
粒子との衝突する確率が大きくなり、したがって、少な
いガス量で、高品位の化合物薄膜を高速に形成できると
いう効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の真空度に保持された真空槽と、こ
の真空槽内に、この真空槽内において蒸着物質のクラス
ターとなる蒸着物質の蒸気を噴出させるるつぼを備えた
蒸気発生源と、前記蒸着物質のクラスターの一部をイオ
ン化させるイオン化手段と、このイオン化手段によって
イオン化された蒸着物質のクラスターに運動エネルギー
を付与するとともに、このイオン化された蒸着物質のク
ラスターをイオン化されていない蒸着物質のクラスター
および蒸気とともに前記真空槽内に配置された基板に衝
突させる加速手段とを備えた薄膜形成装置において、前
記るつぼに、このるつぼ内に反応性ガスを導入する反応
性ガス導入ノズルを設けたことを特徴とする薄膜形成装
置。