JPH0535218B2 - - Google Patents

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JPH0535218B2
JPH0535218B2 JP6145886A JP6145886A JPH0535218B2 JP H0535218 B2 JPH0535218 B2 JP H0535218B2 JP 6145886 A JP6145886 A JP 6145886A JP 6145886 A JP6145886 A JP 6145886A JP H0535218 B2 JPH0535218 B2 JP H0535218B2
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JP
Japan
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crucible
vacuum
filament
thin film
substance
Prior art date
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JP6145886A
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Japanese (ja)
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JPS62218558A (en
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Hiromoto Ito
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、化合物薄膜蒸着装置、特に真空蒸
着法により高品質の化合物薄膜を蒸着形成する装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a compound thin film deposition apparatus, and particularly to an apparatus for forming a high quality compound thin film by vacuum deposition.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の装置として第3図及び第4図に
示すものがあつた。第3図は特公昭54−9592号公
報に示された従来の化合物薄膜蒸着装置を模式的
に示す概念図、第4図は従来の化合物薄膜蒸着装
置の主要部の一部切り欠いて内部を示す斜視図で
ある。
Conventionally, there have been devices of this type as shown in FIGS. 3 and 4. Figure 3 is a conceptual diagram schematically showing a conventional compound thin film deposition apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 54-9592, and Figure 4 is a partially cutaway view of the interior of the conventional compound thin film deposition apparatus. FIG.

図において、1は真空槽2を所定の真空度に保
持する真空排気装置、3は例えば酸素等の常温ガ
スが充填されているガスボンベ、4は常温ガスを
真空槽2に導入するためのリークバルブ、5は噴
出口6を有する密閉型るつぼで、基板7に蒸着す
べき物質8、例えばアルミニウム等が装填されて
いる。9はるつぼ加熱用フイラメント、10はイ
オン化用フイラメントで、2000℃位に熱せられ、
ここから放出される電子11はグリツド12によ
り加速されて物質蒸気のクラスタ13を衝撃し、
その一部をイオン化する。14はイオン化された
クラスタイオン15を加速し、イオン化されてい
ない中性クラスタ13と共に基板7に衝突させる
加速電極、16および17は熱シールド板であ
る。18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10及びグリツド1
2よりなる。
In the figure, 1 is a vacuum evacuation device that maintains the vacuum chamber 2 at a predetermined degree of vacuum, 3 is a gas cylinder filled with room temperature gas such as oxygen, and 4 is a leak valve for introducing room temperature gas into the vacuum chamber 2. , 5 is a closed crucible having a spout 6, and a substance 8 to be deposited on a substrate 7, such as aluminum, is loaded therein. 9 is a filament for heating the crucible, 10 is a filament for ionization, heated to about 2000℃,
The electrons 11 emitted from this are accelerated by the grid 12 and impact the material vapor cluster 13,
A part of it is ionized. 14 is an acceleration electrode that accelerates the ionized cluster ions 15 and makes them collide with the substrate 7 together with the non-ionized neutral clusters 13; 16 and 17 are heat shield plates. 18 is an ionization means for ionizing the cluster, which includes an ionization filament 10 and a grid 1;
Consists of 2.

次に動作について説明する。真空排気装置1に
よつて真空槽10内が10-6Torr台の真空度にな
るまで真空槽2内を排気した後、リークバルブ4
を開いて常温ガス(ここでは酸素)を真空槽2内
に導入する。次いで、るつぼ5内の蒸気圧が数
Torrになる温度(物質8がAlの場合1400℃位)
までるつぼ加熱用フイラメント9から放出される
電子をるつぼ5に衝撃することによつて加熱する
と、物質8は蒸気化し、噴出口6から真空中に噴
射する。この噴射する物質蒸気は噴出口6を通過
する際に凝縮し、クラスタ13と呼ばれる分子の
塊状集団が形成される。このクラスタ13は、次
いでイオン化用フイラメント10から放出される
電子11によつて、塊状集団中の分子が部分的に
イオン化される。この結果、イオン化されていな
い中性分子とともに塊状集団のイオンクラスタ1
5となる。そして、クラスタイオン15は加速電
極14の電界による加速を受けて基板7に衝突す
る。一方、基板7付近には常温ガスが存在し、基
板7付近で物質蒸気と常温ガスとの反応(4Al+
3O2→2Al2O3)が進行するため、反応生成物であ
る化合物(ここではAl2O3)が基板9上に蒸着す
ることになる。
Next, the operation will be explained. After the inside of the vacuum chamber 2 is evacuated by the vacuum exhaust device 1 until the inside of the vacuum chamber 10 reaches a vacuum level of 10 -6 Torr, the leak valve 4 is evacuated.
is opened and room temperature gas (oxygen in this case) is introduced into the vacuum chamber 2. Next, the vapor pressure inside the crucible 5 is
Temperature at which it becomes Torr (about 1400℃ if substance 8 is Al)
When the crucible 5 is heated by bombarding the crucible 5 with electrons emitted from the crucible heating filament 9, the substance 8 is vaporized and injected from the spout 6 into the vacuum. This injected material vapor condenses as it passes through the ejection port 6, forming a mass of molecules called a cluster 13. In this cluster 13, the molecules in the cluster are then partially ionized by electrons 11 emitted from the ionizing filament 10. As a result, ion clusters 1 of the massive population together with unionized neutral molecules
It becomes 5. The cluster ions 15 are then accelerated by the electric field of the accelerating electrode 14 and collide with the substrate 7 . On the other hand, room-temperature gas exists near the substrate 7, and the reaction between the substance vapor and the room-temperature gas (4Al+
3O 2 →2Al 2 O 3 ), a compound (here Al 2 O 3 ) as a reaction product is deposited on the substrate 9.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の化合物薄膜蒸着装置は以上のように構成
されているので、真空槽内に導入した常温ガスの
大部分は排気されるので、薄膜形成にあずかる常
温ガスは非常に少ない。そのため、導入ガスの圧
力を増加させる必要があるが、常温ガスとして反
応性ガス、例えば酸素を用いた場合は、高温に熱
せられるフイラメントが急激に消耗するという問
題点があつた。
Since the conventional compound thin film deposition apparatus is constructed as described above, most of the room temperature gas introduced into the vacuum chamber is exhausted, so that very little room temperature gas participates in thin film formation. Therefore, it is necessary to increase the pressure of the introduced gas, but when a reactive gas such as oxygen is used as the room temperature gas, there is a problem that the filament, which is heated to a high temperature, is rapidly consumed.

この発明は上記問題点を解消するためになされ
たもので、高品質の化合物薄膜を安定して形成で
きる化合物薄膜蒸着装置を得ることを目的とす
る。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a compound thin film deposition apparatus that can stably form a high quality compound thin film.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係る化合物薄膜蒸着装置は、蒸着す
べき物質に向けて常温ガスを噴出するガス噴射ノ
ズルを設けると共に、蒸気発生源を加熱するフイ
ラメントを囲繞する熱シールド内を差圧排気し、
この内部を高真空に保持する真空排気装置を設け
たものである。
The compound thin film deposition apparatus according to the present invention is provided with a gas injection nozzle that jets room-temperature gas toward a substance to be deposited, and also evacuates the inside of a heat shield surrounding a filament that heats a steam generation source at a differential pressure.
A vacuum evacuation device is provided to maintain the interior at a high vacuum.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるガス噴射ノズルは、噴出する
常温ガスが、蒸発した直後の高温で、しかも数密
度の高い蒸気と高頻度で衝突するようにしたた
め、反応性が高く、また真空排気装置は導入する
常温ガスの流量、すなわち真空槽内の真空度に関
係なくフイラメント周囲を10-7〜10-6Torr程度
の高真空に保持する。
The gas injection nozzle of this invention has high reactivity because the ejected room temperature gas collides frequently with high temperature and high number density steam immediately after evaporation. The area around the filament is maintained at a high vacuum of about 10 -7 to 10 -6 Torr regardless of the gas flow rate, that is, the degree of vacuum in the vacuum chamber.

〔実施例〕〔Example〕

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化合物薄
膜形成装置を模式的に示す概念図である。図にお
いて、19はるつぼ5の開口部5aの近傍に設け
られた噴射ノズルで、基板7に向けて反応性ガス
を噴射する。20はるつぼ5と熱シールド板16
との間を仕切つた隔壁で、物質11の蒸気および
反応性ガスの拡がりを抑制する。21はるつぼ熱
シールド板16内を差動排気して高真空度に保持
するターボポンプ等の真空排気装置である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a compound thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 19 denotes an injection nozzle provided near the opening 5a of the crucible 5, which injects reactive gas toward the substrate 7. 20 Crucible 5 and heat shield plate 16
A partition wall separating the material 11 and the reactive gas from spreading is suppressed. 21 is a vacuum evacuation device such as a turbo pump that differentially pumps the inside of the crucible heat shield plate 16 to maintain a high degree of vacuum.

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2内が10-6Torr台の真空度になるま
で排気した後、ターボポンプ21を稼動させ、フ
イラメント9を囲繞する熱シールド板16内を、
さらに高真空度の10-7〜10-6Torr程度に差動排
気する。この後、ガス噴射ノズル19からガスボ
ンベ3内の反応性ガスをるつぼ5内に噴出させ、
流量調整バルブ4を調整して真空槽2内のガス濃
度を所定のガス圧10-4〜10-1Torr程度にする。
一方、加熱フイラメント9によりるつぼ5を加熱
して、るつぼ5内に納められている蒸着物質8の
蒸気22を噴射させると、この蒸気と反応性ガス
は、るつぼ5内の高温で、しかも高濃度(10-3
10Torr程度)の数密度の状態で衝突するため、
反応性に富み、高品質の化合物が形成されること
になる。
Next, the operation will be explained. After evacuating the inside of the vacuum chamber 2 to a degree of vacuum of 10 -6 Torr using the vacuum evacuation device 1, the turbo pump 21 is operated, and the inside of the heat shield plate 16 surrounding the filament 9 is
Furthermore, differential pumping is performed to a high degree of vacuum, about 10 -7 to 10 -6 Torr. After that, the reactive gas in the gas cylinder 3 is ejected from the gas injection nozzle 19 into the crucible 5,
The flow rate adjustment valve 4 is adjusted to adjust the gas concentration in the vacuum chamber 2 to a predetermined gas pressure of about 10 -4 to 10 -1 Torr.
On the other hand, when the crucible 5 is heated by the heating filament 9 and the steam 22 of the vapor deposition material 8 stored in the crucible 5 is injected, this steam and the reactive gas are generated at a high temperature and a high concentration inside the crucible 5. (10 -3 ~
Because they collide at a number density of about 10Torr),
A highly reactive and high quality compound will be formed.

第2図はこの発明の他の実施例を示すもので、
ガス噴射ノズル19をるつぼ5内に設けて、るつ
ぼ5の噴出口6を従来のように小さくしたもので
ある。
FIG. 2 shows another embodiment of this invention.
A gas injection nozzle 19 is provided inside the crucible 5, and the ejection port 6 of the crucible 5 is made smaller as in the conventional case.

このように構成することによつて、るつぼ5内
で化合物が形成される。そして形成された化合物
は、イオン化用フイラメント10から放出される
電子11によつて部分的にイオン化されて化合物
イオンとなる。さらに、加速電極14の電界によ
る加速をうけてイオン化されていない化合物分子
と共に基板7に衝突して蒸着される。
With this configuration, a compound is formed within the crucible 5. The formed compound is partially ionized by the electrons 11 emitted from the ionizing filament 10 to become compound ions. Furthermore, they are accelerated by the electric field of the accelerating electrode 14 and collide with non-ionized compound molecules on the substrate 7 to be vapor deposited.

なお、第2図の実施例ではイオン化手段18と
して電子ビーム照射方式を用いたが、イオンを得
られるものであれば他の形式のものを用いてもよ
い(例えば高周波放電形イオン源など)。
In the embodiment shown in FIG. 2, an electron beam irradiation method is used as the ionization means 18, but other types of ionization means may be used as long as they can obtain ions (for example, a high frequency discharge type ion source).

第2図の実施例では、イオン化手段18と加速
電極14を真空槽2内に設けたものを示したが、
これらを取りはずして、第1図のように、るつぼ
5から噴出する化合物を、そのまま蒸着に用いて
もよい。
In the embodiment shown in FIG. 2, the ionization means 18 and the acceleration electrode 14 are provided in the vacuum chamber 2, but
These may be removed and the compound ejected from the crucible 5 may be used for vapor deposition as is, as shown in FIG.

さらに、第2図の実施例において、噴射ノズル
19から噴射される反応性ガスと物質11の蒸気
とがるつぼ5内で反応するものを示したが、噴射
ノズル19を噴出口6の近傍に配置して、るつぼ
5の外で反応性ガスと物質11の蒸気とが反応す
るようにしても同等の効果が得られる。
Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 2, the reactive gas injected from the injection nozzle 19 and the vapor of the substance 11 react in the crucible 5, but the injection nozzle 19 is arranged near the injection port 6. The same effect can be obtained even if the reactive gas and the vapor of the substance 11 are caused to react outside the crucible 5.

なお、上記実施例では、本装置を化合物薄膜形
成装置として用いた場合を示したが、供給ガスと
してArガスもしくはHeガスを用いて、これをイ
オン化して、ArイオンもしくはHeイオンとし
て、これらを加速制御して基板に照射すれば、蒸
着面がスパツタされる物理クリーニングを行うこ
とができ、その後、ガス導入をやめて、るつぼ5
を加熱して従来どおりの蒸着を行うと、基板上が
高洗浄で活性化されているため、非常に高性能の
薄膜を形成することができる。
In addition, in the above example, the case where this apparatus was used as a compound thin film forming apparatus was shown, but Ar gas or He gas was used as the supply gas, and this was ionized to form Ar ions or He ions. By controlling the acceleration and irradiating the substrate, it is possible to perform physical cleaning in which the deposition surface is spattered, and then the gas introduction is stopped and the crucible 5
By heating and performing conventional vapor deposition, a very high-performance thin film can be formed because the substrate is activated by high cleaning.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、フイラメン
ト周囲を常に高真空度に保持するようにしたもの
で、安定して高寿命で稼動させることができる。
また、高温で活性化された状態で、しかも数密度
の高い状態で反応性ガスと蒸気とが接触するの
で、高品質の薄膜が効率よく形成できる。
As described above, according to the present invention, the area around the filament is always maintained at a high degree of vacuum, so that it can be operated stably and with a long life.
Furthermore, since the reactive gas and the vapor come into contact in a state activated at a high temperature and in a state with a high number density, a high-quality thin film can be efficiently formed.

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

第1図はこの発明の一実施例を示す構成図、第
2図はこの発明の他の実施例を示す構成図、第3
図は従来の化合物薄膜形成装置を示す構成図、第
4図は第3図の主要部を示す斜視図である。 図において、2は真空槽、5はるつぼ、6は噴
出口、7は基板、8は物質、9はフイラメント、
16は熱シールド板、19は噴射ノズルである。
なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。
Fig. 1 is a block diagram showing one embodiment of this invention, Fig. 2 is a block diagram showing another embodiment of this invention, and Fig. 3 is a block diagram showing another embodiment of this invention.
This figure is a block diagram showing a conventional compound thin film forming apparatus, and FIG. 4 is a perspective view showing the main parts of FIG. 3. In the figure, 2 is a vacuum chamber, 5 is a crucible, 6 is a spout, 7 is a substrate, 8 is a substance, 9 is a filament,
16 is a heat shield plate, and 19 is a spray nozzle.
In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 所定の真空度に保持される真空槽、この真空
槽内に配置され、上方に開口部が設けられたるつ
ぼ、このるつぼを介して上記るつぼ内の物質を加
熱して上記物質の蒸気を発生させるフイラメン
ト、このフイラメントを密封した熱シールド、こ
の熱シールド内を排気する真空排気装置、上記る
つぼの開口部近傍に配置され、上記基板に向けて
所定のガスを噴出可能な噴射ノズルを備えた化合
物薄膜蒸着装置。 2 所定の真空度に保持される真空槽、この真空
槽内に配置され、上方に噴出口が設けられたるつ
ぼ、このるつぼを介して上記るつぼ内の物質を加
熱して上記物質の蒸気を発生させるフイラメン
ト、このフイラメントを密封した熱シールド、こ
の熱シールド内を排気する真空排気装置、上記る
つぼ内に所定のガスを噴出可能な噴射ノズルを備
えた化合物薄膜蒸着装置。 3 噴射ノズルの噴射方向は基板の中心とるつぼ
の噴出口との延長線上になるように構成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
化合物薄膜蒸着装置。
[Claims] 1. A vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, a crucible disposed within the vacuum chamber and provided with an opening above, and a substance in the crucible heated through the crucible. A filament that generates vapor of the substance, a heat shield that seals the filament, a vacuum exhaust device that evacuates the inside of the heat shield, and is located near the opening of the crucible and is capable of ejecting a predetermined gas toward the substrate. Compound thin film deposition equipment equipped with a spray nozzle. 2. A vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, a crucible placed in the vacuum chamber and provided with a spout above, and heating the substance in the crucible through the crucible to generate vapor of the substance. A compound thin film deposition apparatus comprising: a filament for heating, a heat shield sealing the filament; a vacuum evacuation device for evacuating the inside of the heat shield; and an injection nozzle capable of ejecting a predetermined gas into the crucible. 3. The compound thin film deposition apparatus according to claim 2, wherein the injection direction of the injection nozzle is configured to be an extension of the center of the substrate and the injection port of the crucible.
JP6145886A 1986-03-17 1986-03-17 Device for vapor-depositing thin film of compound Granted JPS62218558A (en)

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