JPH0543783B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［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
膜を蒸着形成する薄膜形成装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来から光学薄膜、磁性膜、絶縁膜などの高品
質な薄膜がICB法により形成されている。

第７図は例えば特公昭54−9592号公報に示され
た従来の薄膜形成装置を模式的に示す概略構成図
であり、図において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の真空度を調節する
真空排気系、３は真空槽１内の下方に設けられた
密閉型のルツボ、４はこのルツボ３の上部に設け
られた少なくとも一つのノズル、５はルツボ３内
に充填された蒸着物質、６はルツボ３を加熱する
加熱用フイラメント、７はこの加熱用フイラメン
ト６の熱を遮る熱シールド板、８はルツボ３のノ
ズル４から蒸着物質５の蒸気を噴出させて形成し
たクラスター（塊状原子集団）、９はルツボ３、
加熱用フイラメント６および熱シールド板７によ
り構成された蒸気発生源である。

１０は電子ビームを放出する電子ビーム放出フ
イラメント、１１はこの電子ビーム放出フイラメ
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イラメン
ト１０の熱を遮る熱シールド板、１３は電子ビー
ム放出フイラメント１０、電子ビーム引き出し電
極１１および熱シールド板１２により構成され
た、クラスター８のイオン化手段である。１４は
このイオン化手段１３によつ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
る加速電極、１６はその表面に薄膜が形成される
基板である。

１７は加熱用フイラメント６を加熱する第１交
流電源、１８はルツボ３の電位を加熱用フイラメ
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イラメント１０を加熱す
る第２交流電源、２０は電子ビーム放出フイラメ
ント１０を電子ビーム引き出し電極１１に対して
負の電位にバイアスする第２直流電源、２１は電
子ビーム引き出し電極１１およびルツボ３を加速
電極１５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。

従来の薄膜形成装置は上述したように構成さ
れ、真空槽１を１×10^-6mmHg程度の真空度にな
るまで真空排気系２によつて排気する。加熱用フ
イラメント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つて加速し、この加速
された電子をルツボ３に衝突させ、ルツボ３内の
蒸気圧が数mmHgになる温度まで加熱する。この
加熱によつて、ルツボ３内の蒸着物質５は蒸発
し、ノズル４から真空槽１中に噴射される。この
蒸着物質５の蒸気は、ノズル４を通過する際、断
熱膨張により加速冷却されて凝縮し、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、電子ビーム放出フイラメント１０
から放出される電子ビームによつて一部がイオン
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１０は、イオン化さ
れていない中性のクラスター８と共に加速電極１
５で形成される電界により加速され、基板１６表
面に衝突して薄膜が形成される。

なお、電源装置２２内の各直流電源の機能は次
の通りである。第１直流電源１８は、加熱用フイ
ラメント６に対してルツボ３の電位を正にバイア
スし、加熱用フイラメント６から放出された熱電
子をルツボ３に衝突させる。第２直流電源２０
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イラメ
ント１０を負の電位にバイアスし、電子ビーム放
出フイラメント１０から放出された熱電子を電子
ビーム引き出し電極１１内部に引き出す。第３直
流電源２１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およびルツボ
３を正にバイアスし、電子ビーム引き出し電極１
１との間に形成される電界レンズによつて、正電
荷のイオン化クラスター１４を加速制御する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したような薄膜形成装置を用いたICB法で
は、イオン化クラスター１４を介在させ、その運
動エネルギーを制御することによつて形成される
薄膜の性質をコントロールするため、基板１６上
に衝突する単位面積当たりのイオン化クラスター
１４の量すなわちイオン電流密度を均一にする必
要がある。ところが、このイオン電流密度を基板
１６上で測定すると、第８図に示すように、ノズ
ル４の延長線を中心として半径方向にイオン電流
密度が減少する傾向を示し、大面積にわたつて均
質な薄膜を形成するためにはイオン電流密度が不
十分であるという問題点があつた。

この発明は、このような問題点を解決するため
になされたもので、大面積にわたつて均質な薄膜
を形成できる薄膜形成装置を得ることを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る薄膜形成装置は、蒸気発生源と
イオン化手段との間に、基板上でのイオン電流密
度分布を均一にするための一組の電極を設けたも
のである。

［作用］ この発明においては、一組の電極によつて、基
板端部におけるイオン化効率を高め、基板上での
イオン電流密度を均一にするので、大面積な基板
に均質で高品質な薄膜を形成する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図
であり、１〜２２は上述した従来の薄膜形成装置
におけるものと全く同一である。２３は蒸気発生
源９とイオン化手段１３との間に設けられた一組
の電極のうちの一方であり、熱シールド板７と同
電位の第１電極、２４は同じく一組の電極のうち
の他方であり、熱シールド板１２と同電位の第２
電極である。

上述したように構成された薄膜形成装置におい
ては、上述した従来装置と同様に、真空槽１中で
蒸着物質５のクラスター８が形成される。

いま、第１電極２３および第２電極２４がない
場合を考え、形成したクラスター８の存在確立を
イオン化手段１３における任意のＡ−A′線に沿
つた水平断面で測定すると、第２図に示すように
なる。この図から、クラスター８の存在確立は、
ビーム角に対してcosnθ（ｎは定数）分布をとり、
クラスター８は基板１６の中央部に集中している
ことがわかる。なお、ビーム角θは、第３図に示
すように定める。

また、電子ビーム放出フイラメント１０から放
出される電子ビームが存在する領域、すなわちク
ラスター８がイオン化されるクラスターイオン化
領域は、第４図の斜線の領域のように広がる。こ
の図は、第１直流電源１８、第２直流電源２０お
よび第３直流電源２１がそれぞれ1KV、0.4KV
および5KVの場合におけるイオン化手段１３の
電位分布を示す。

次に、第１電極２３および第２電極２４を設け
た場合、加速電極１５で形成される電界によつて
引き出されるイオン電流を基板１６上で測定する
と第５図に示すようになり、イオン電流は基板１
６半径方向に対して均一に分布する。

また、クラスター８のイオン化領域は第６図に
示すようになる。これは、クラスター８のイオン
化領域を第１電極２３および第２電極２４により
形成される電界によるしみ込みを作り、クラスタ
ー８が集中する基板１６の中央部でイオン化領域
を小さくしたためである。

このようにして、基板１６中央部へのイオン電
流密度分布の集中をなくし、大面積にわたり均質
な薄膜を形成することができる。

なお、上述した実施例では、第１電極２３およ
び第２電極２４はそれぞれ熱シールド板７および
熱シールド板１２と同電位の場合について説明し
たが、第２電極２４が第１電極２３より高電位に
バイアスされていてもよく、上述した場合と同様
の効果を奏する。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、蒸気発生源
とイオン化手段との間に、基板上でのイオン電流
密度分布を均一にするための一組の電極を設けた
ので、基板に到達する単位面積当りのイオン量を
均一にすることができ、大面積な基板に高品質な
薄膜を均質に形成できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成
図、第２図はビーム角とクラスター存在確立との
関係を示す線図、第３図は第２図におけるビーム
角を示す概略図、第４図は一組の電極がない場合
におけるイオン化手段のクラスターイオン化領域
を示す概略図、第５図は基板半径方向に対するイ
オン電流密度を示す線図、第６図は一組の電極を
設けた場合におけるイオン化手段のクラスターイ
オン化領域を示す概略図、第７図は従来の薄膜形
成装置を示す概略構成図、第８図は第７図に示し
た薄膜形成装置における基板半径方向に対するイ
オン電流密度を示す線図である。 図において、１は真空槽、３はルツボ、４はノ
ズル、５は蒸着物質、６は加熱用フイラメント、
７は熱シールド板、８はクラスター、９は蒸気発
生源、１０は電子ビーム放出フイラメント、１１
は電子ビーム引き出し電極、１２は熱シールド
板、１３はイオン化手段、１４はイオン化クラス
ター、１５は加速電極、１６は基板、２３は第１
電極、２４は第２電極である。なお、各図中、同
一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の真空度に保持された真空槽と、この真
   空槽内に配置された基板と、この基板に対向して
   設けられ、この基板に向けて蒸着物質の蒸気を噴
   出して蒸着物質のクラスターを発生させるための
   蒸気発生源と、この蒸気発生源と前記基板との間
   に配置され、前記クラスターの少なくとも一部を
   イオン化するためのイオン化手段と、このイオン
   化手段と前記基板との間に配置され、前記イオン
   化手段によつてイオン化されたクラスター並びに
   イオン化されていない蒸着物質のクラスターまた
   は蒸着を前記基板に向けて衝突させるための加速
   電極とを備えた薄膜形成装置であつて、前記蒸気
   発生源と前記イオン化手段との間に、前記基板上
   でのイオン電流密度分布を均一にするための一組
   の電極を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。 ２ 一組の電極のうち、蒸気発生源側の電極の電
   位は、イオン化手段側の電極の電位より低電位で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の薄膜形成装置。 ３ 蒸気発生源は、少なくとも、蒸着物質を充填
   したルツボ、このルツボを加熱する加熱用フイラ
   メント、およびこの加熱用フイラメントの熱を遮
   る熱シールド板からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜形成装置。 ４ イオン化手段は、電子ビーム放出フイラメン
   ト、この電子ビーム放出フイラメントから電子を
   引き出し加速する電子ビーム引き出し電極、およ
   び電子ビーム放出フイラメントの熱を遮る熱シー
   ルド板からなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の薄膜形成装置。 ５ 一組の電極のうち、蒸気発生源側の電極は、
   蒸気発生源の熱シールド板と同電位であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第３項記
   載の薄膜形成装置。 ６ 一組の電極のうち、イオン化手段側の電極
   は、イオン化手段の熱シールド板と同電位である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ４項記載の薄膜形成装置。