JPH0535219B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜成膜技術に係り、特に高品質の薄
膜を比較的低温で付着させる装置に関する。

〔発明の背景〕

イオン化した蒸着粒子を電界により加速して基
板に射突、付着させる従来の成膜技術としては、
クラスタイオンビーム成膜が特筆される。

この技術は、特公昭54−9592に開示されている
ように、蒸着粒子の基板への付着力が大きく、基
板面の清浄と成膜を同時に行い得る利点を有す
る。

即ち、10^-5〜10^-6mmＨｇの高真空にした容器内
に物質蒸気発生炉（るつぼ）とイオン引出し電極
が対向して配置され、るつぼ側が正、引出し電極
側が負となるように加速電圧が印加される。

るつぼ内の蒸着物質は加熱により蒸気化され、
その蒸気がるつぼに設けられた小孔より前記の高
真空中に断熱膨張的に噴射して、過冷却状態によ
つて塊状原子集団（クラスター）が発生する。

当該クラスターに対し、前記イオン引出し電極
に内蔵された熱電子放射用フイラメントより、電
子流を照射してクラスターをイオン化し、このイ
オン化クラスターを加速して所定の基板に薄膜を
付着させるという過程による成膜技術である。

上記の従来技術は、既述の利点に加えて、緻密
で良質な薄膜を比較的低温で付着できる利点があ
るとされるが、クラスターをイオン化する手段と
してフイラメントから生じた熱電子を用いている
為、工業上の利用に係る大面積成膜技術にそのま
ま応用することは困難を伴う。つまり物質蒸気発
生炉に多数の噴出用小孔を設けただけでは（マル
チノズル方式）、イオン化率の向上並びにイオン
化領域の均一化の点で充分でない。又、フイラメ
ントの電界レンズ的効果により成膜の均一化が阻
害される。例れば、物質蒸気発生炉に設けられた
各小孔に対応して、熱電子供給用のフイラメント
を設ける技術では、各フイラメントからの熱電子
の一様な供給が困難であり、又、装置の保守も煩
雑になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、大面積成膜に適合するイオン
化手段を有し、高イオン化率で制御性の良いクラ
スタイオンビーム成膜装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の目的を達成する為、真空槽内
に数ＧHzのマイクロ波を導入してマイクロ波プラ
ズマを励起し、併せて磁界による閉じ込め効果に
よつて、高密度、高エネルギーのプラズマを発生
し、これによつて物質蒸気発生炉からのクラスタ
をイオン化させるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明について図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。
真空槽１内にるつぼ２を置き、排気孔３により真
空槽１内を10^-4〜10^-5Torrの高真空に排気する。

るつぼの炉室内には蒸着物質４を入れ、蒸気圧
が数Torrに相当する温度以上に、加熱用ヒータ
５により加熱する（なお、加熱方法としては、他
に電子衝撃式、高周波加熱法などがある）。する
と炉室内には数Torrの蒸気圧の蒸着物質が充満
し、炉室外との圧力差により噴射用ノズル６から
噴出されるが、この際に断熱膨張による過冷却状
態によつて蒸着物質は塊状原子又は分子集団（い
わゆるクラスター）となる。

本クラスターの生成機構は、先に引用した特公
昭54−9592に詳述されている。このクラスターを
何らかの手段によつてイオン化して基板に射突、
付着させるのがクラスタイオンビーム成膜法であ
るが、本発明に於てはマイクロ波プラズマによつ
てクラスタのイオン化を図る。

すなわち、マイクロ波発振源７で発生した数Ｇ
Hz（通常は2.45GHz）のマイクロ波が導波管８に
より、真空保持用の密閉板９を介して真空槽１内
に導入される。密閉板９の材質は、マイクロ波を
透過させる為に誘電体である必要があり例えば石
英板などを用いる。マイクロ波発振源７と密閉板
９の間には、インピーダンス整合用のチユーナ１
０、入射及び反射波検出用のパワーモニタ１１、
反射波吸収用のアイソレータ１２を設置する。な
お、１３はマイクロ波発振源用電源である。

真空槽１内に導入されたマイクロ波は、電磁コ
イル１４，１４′（電源は１７）により規定され
る磁界条件により電子サイクロトロン共鳴を起こ
し、高密度、高エネルギーのプラズマが発生す
る。すなわち、磁界がかかつている場合、電子は
磁力線の回りを螺旋運動（いわゆるサイクロトロ
ン運動）し、この時の周波数eはe＝eB／m_eから一 義的に定まる。ここで、ｅ＝電子の素電荷、Ｂ＝
磁界の強さ、m_e＝電子の質量である。

このeと、導入されるマイクロ波の周波数を一
致させると上記の電子サイクロトロン共鳴
（ECR）が起こり、電子が激しく動きまわつて大
きな運動エネルギーを有するようになる。この結
果、プラズマの電離が促進され、プラズマ密度も
大きくなる。工業用のマイクロ波の周波数は通常
2.45GHzであり、したがつて、上式より磁界強さ
は875ガウスとして設定される。

更に、電磁コイル１４，１４′の励磁電流を同
一方向にすれば、第２図のような磁力線１８の分
布となつていわゆるミラー磁界となる。すなわ
ち、サイクロトロン運動する電子の軌跡１９は、
最大磁界強さBm，Bm′が生ずる。電磁コイル１
４，１４′の各々の中心間に閉じ込められ、この
ミラー磁界効果により、プラズマ中の電子密度は
更に増大することになる。

ECRとミラー磁界の相乗効果により、第１図
の真空槽１内には極めて高密度のプラズマが発生
し、その中に存在する多数の電子は大きなエネル
ギーを有している。本発明に係るプラズマ密度
（電子密度）は10¹¹／cm³程度であり、従来のフイ
ラメント方式による電子密度10⁸〜10⁹／cm³よりも
はるかに大きい。

したがつて、前述のクラスターが、このプラズ
マ領域を通過する際、高エネルギーを有する電子
と衝突し、クラスター中の原子がイオン化される
確率が大となり、いわゆるクラスターイオンが出
来やすくなる。このようにして出来たクラスター
イオンは、るつぼ２に対して負電位を有する加速
電極１５により加速されて基板１６に射突し所定
の成膜が実現することになる。なお、クラスター
イオンの加速方法としては、本図の如く加速電極
１５を特に設けず、基板側負電位のみで加速する
方法、あるいは、基板側に加速電極１５以上の負
電位を印加してクラスターイオンを再加速する方
法もある。

以上述べた如く、本発明は電子サイクロトロン
共鳴とミラー磁界の効果を利用して高密度・高エ
ネルギーのマイクロ波プラズマを発生させ、蒸着
物質のクラスターがこのプラズマ中を通過するこ
とによりクラスターイオンとなる、クラスターイ
オンビーム成膜技術である。

本実施例によれば、投入するマイクロ波のパワ
ーによつてプラズマの状態を制御することが可能
であり、イオン加速電圧とあわせてクラスターイ
オンのエネルギーを、より緻密に制御出来る効果
がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高密度・高エネルギーのプラ
ズマによりクラスターをイオン化出来るので、大
面積成膜に適合し、高イオン化率で制御性の良い
クラスターイオンビーム成膜が実現出来る効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面図、
第２図はミラー磁界の概念図である。 １……真空槽、２……るつぼ、３……排気孔、
４……蒸着物質、５……加熱用ヒータ、６……噴
射用ノズル、７……マイクロ波発振源、８……導
波管、９……誘電体板、１０……チユーナ、１１
……パワーモニタ、１２……アイソレータ、１３
……マイクロ波発振源用電源、１４，１４′……
電磁コイル、１５……加速電極、１６……基板、
１７……電磁コイル用電源、１８……磁力線、１
９……電子の軌跡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空中に保持された基板面に対向して配置さ
   れ、かつ、加熱により蒸気化される蒸着物質を収
   容するルツボであつて、前記基板面に対向して設
   けられたノズルを有するものと、 マイクロ波により発生するプラズマであつて、
   磁場により前記ノズルと前記基板との間に位置す
   るものと、 前記蒸着物質を前記プラズマ中を通過させて前
   記基板に入射せしめる電界を有することを特徴と
   する薄膜成膜装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の薄膜成膜装置に
   おいて、 前記磁場は電磁コイルにより発生し、前記マイ
   クロ波に従つて規定される電子サイクロトロン共
   鳴条件を満たす磁場である薄膜成膜装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の薄膜成膜装置に
   おいて、 前記電界は前記基板に負電位を印加すること、
   又は別途設置する引出し電極に負電位を印加する
   ことにより発生する薄膜成膜装置。