JPH0682611B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、薄膜形成装置に関し、特にクラスタ・イオ
ンビーム蒸着装置のイオン源に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特公昭54-9592号公報に示された従来の
薄膜形成装置の一例としてクラスタ・イオンビーム蒸着
装置のイオン源を一部側面で示す断面図、第４図は従来
のクラスタ・イオンビーム蒸着装置を模式的に示す構成
断面図である。図において、（１）は所定の真空度に保
持された真空槽、（２）は真空槽（１）内の排気を行う
ための排気通路で、真空排気装置（図示せず）に接続さ
れている。（３）はるつぼで、ふた（3a）には内径１〜
2mmのノズル（8b）が１個ないし複数個設けられてい
る。るつぼ（３）内には蒸着材である蒸着原料（４）、
例えばアルミニウム（A1）が充填される。（５）はるつ
ぼ支持棒で、絶縁支持部材（６）を介してるつぼ支持台
（７）に取付けられる。（８）はるつぼ（３）を加熱す
る加熱手段で、例えば、フイラメント、（９）は輻射熱
を遮断する熱シールド板である。（10）は台板で、るつ
ぼ支持台（７）がネジ部（7a）によりネジ止めされてお
り、支柱（11）を用いて真空槽（１）に固定される。
（12）はイオン化用の熱電子（13）を放出するイオン化
フイラメント、（14）は熱電子（13）を加速する電子引
き出し電極、（15）はイオン化フイラメント（12）から
の輻射熱を遮断する熱シールド板である。（16）は加速
電極であり、これは電子引き出し電極（14）との間に電
位を印加できる構造となっている。（17）は絶縁支持部
材であり、熱シールド板（９）、電子引き出し電極（1
4）、熱シールド板（15）、加速電極（16）を支持す
る。これらは支柱（18）と絶縁がいし（19）によって台
板（10）に取り付けられている。（20）は基板で、基板
ホルダ（21）と絶縁物（22）を用いて真空槽（１）に設
置されている。（23）はクラスタ・イオン（24）とイオ
ン化されていない中性のクラスタ（25）から成るクラス
タ・ビームである。

次に動作の一例として、基板（20）上にA1薄膜を形成す
る場合について説明する。まず、ネジ部（7a）のネジを
はずしてるつぼ支持台（７）を台板（10）から取りはず
し、イオン源からるつぼ（３）を取り出す。るつぼ
（３）内に蒸着原料（４）としてA1を充填した後、るつ
ぼ支持台（７）をネジ部（7a）を介して台板（10）に取
り付ける。真空排気装置により真空槽（１）内の空気を
排気して10^-6Torr程度の真空度に保つ。次いで、フイラ
メント（８）に通電して発熱せしめ、フイラメント
（８）とるつぼ（３）の間に電圧を印可する。これによ
り、フイラメント（８）から放出される熱電子をるつぼ
（３）に衝突させ、電子衝撃加熱によってるつぼ（３）
内のA1（４）の加熱を行う。A1（４）の蒸気圧が0.1〜
数10Torr程度となる温度まで加熱すると、るつぼ（３）
内と真空槽（１）の圧力差によりA1の蒸気がノズル（3
b）を通して噴出し、断熱膨張してクラスタ・ビーム（2
3）が形成される。クラスタ・ビーム（23）はクラスタ
（25）と呼ばれる多数の原子が緩く結合した塊状原子集
団から構成されている。

このクラスタ・ビーム（23）に対し、イオン化フイラメ
ント（12）から電子引き出し電極（14）によって引き出
した熱電子（13）を照射して、クラスタを構成する原子
のうちの１個をイオン化し、クラスタ・イオン（24）を
形成する。クラスタ・イオン（24）は、加速電極（16）
と電子引き出し電極（14）との間に形成した電界により
適度に加速され基板（20）に衝突する。同時にイオン化
されていない中性のクラスタ（25）もるつぼ（３）から
の噴出速度で基板（20）に衝突する。以上により基板
（20）上にA1薄膜が形成される。

るつぼ（３）の容量は通常１〜２cm³程度であり、蒸着
原料としてA1を用いる場合、１回の充填で基板（20）上
に約５μｍの厚さの薄膜が形成できる。従ってこれ以上
の厚さの薄膜を形成する場合には、るつぼ（３）をイオ
ン源から取り出して、蒸着原料の補充を行う必要があ
る。

一方、るつぼ（３）を均一に高温に加熱するために、る
つぼ（３）とフイラメント（８）の間隔は５±0.5mm程
度に設定されている。このようにるつぼ（３）とフイラ
メント（８）が接近しているため、るつぼ（３）の取り
出しの際は細心の注意を払う必要がある。

〔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、るつぼの取り出し作業は、破損しやすいフイラメン
ト（８）とるつぼ（３）が接触しないようにする必要が
あり、ネジ部（7a）を介したるつぼ支持台（７）と台板
（10）との着脱作業などには熟練を要するという問題点
があった。

また、るつぼ支持台（７）と台板（10）のネジ（7a）
は、頻繁な取りはずしを考慮して、ゆるめのネジとして
おく必要がある。このため、るつぼ（３）の固定位置精
度を高めることができず、るつぼ（３）とフイラメント
（８）の間隔が高精度に保てないのでるつぼ（３）が均
一に加熱されないという問題点もあった。

さらに、るつぼ支持棒（５）は高温になるるつぼ（３）
からるつぼ支持台（７）へ熱が伝達するのを抑制するた
め、所要の長さ（例えば少なくとも数十mmの長さ）が必
要である。そこでるつぼ支持台（７）を従来のように下
方へ取出す装置では、るつぼ（３）が熱シールド板
（９）の最下部から下に位置するまで移動することが必
要であり、これにつれてるつぼ支持台（７）が移動する
空間を確保しなければならず、デッドスペースが大きい
という問題点もあった。

また、電子引き出し電極（14）等の電極構造物にクラス
タ・ビーム（23）が衝突して再蒸発し、これらが台板
（10）やるつぼ支持台（７）等の低温部分に凝縮されて
堆積してゆく。従って長期間にわたりイオン源を使用す
ると、るつぼ支持台（７）のネジ部に再蒸発蒸気が堆積
して、取りはずしが困難になっていた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、るつぼに簡単に蒸着材を充填することがで
き、装置全体の容積を小さくでき、さらにるつぼの移動
機構への再蒸発蒸気の堆積をしゃへいして、長期間にわ
たって確実に動作できるるつぼの移動機構を有する薄膜
形成装置を得ることを目的とする。

〔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、蒸着材を充填するるつ
ぼ、このるつぼを加熱し蒸着材の蒸気を発生させてこの
蒸気を基板に衝突させ、基板に蒸着材の薄膜を形成する
加熱手段、るつぼを、このるつぼの熱伝達を抑制する支
持棒を介して支持し、スライド軸受機構でスライド移動
し得、スライド軸受機構を蒸着材の蒸気よりしゃへいす
るるつぼ支持台、るつぼを蒸着位置に保持するようにる
つぼ支持台を保持する第１停止機構、及びるつぼを上記
蒸着位置より基板側のるつぼ取出し位置に保持するよう
にるつぼ支持台を保持する第２停止機構を備え、蒸着時
には第１停止機構によってるつぼを蒸着位置に保持し、
取出し時にはスライド軸受機構によってるつぼを基板側
にスライドさせ、第２停止機構によってるつぼをるつぼ
取出し位置に保持するようにしたものである。

〔作用〕

この発明におけるるつぼ支持手段によれば、るつぼの移
動はるつぼ支持台と台板間のスライド軸受を介して垂直
方向に円滑に行われる。

また、るつぼの取出しを、基板側で行なうことにより、
本来必要とするるつぼ支持棒の長さに用いる空間が、る
つぼを取出す時に支持台を移動する空間に共用できるの
で、装置全体の容積を小さくできる。

また、るつぼ支持台により、再蒸発蒸気がスライド軸受
機構に堆積するのをしゃへいできる。

〔実施例〕

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薄膜形成装置として、例
えばクラスタ・イオンビーム蒸着装置のイオン源を一部
側面で示す断面図、第２図はこの発明の一実施例に係る
るつぼ移動機構部の移動機構を説明するための説明図で
ある。図において、（26）は軸で、るつぼ支持台（７）
に固定されている。（27）はスライド軸受で、例えば直
動玉軸受であり、ハウジング（28）を用いて台板（10）
に設置され、軸（26）を支持している。スライド軸受
（27）としては、ステンレス製の真空用のものを用いる
ことが望ましい。軸（26）とスライド軸受（27）とでス
ライド軸受機構を構成している。（29）はるつぼ（３）
を蒸着位置に保持するようにるつぼ支持台（７）の最下
位置を設定する第１停止機構で、例えばストッパであ
る。（30）はレバーでるつぼ支持台（７）とバランスウ
エイト（34）を連結する。レバー（30）はシャフト（3
2）を中心に回転する。シャフト（32）は台板（10）に
固定された支持板（31）で支持されている。バランスウ
エイトの重量は、シャフト（32）に関するバランスウエ
イト（34）とるつぼ支持台（７）等の構造物のモーメン
トの和がほぼ零となるように設定しておく。（33）は転
輪で、るつぼ支持台（７）の上下方向の動作を、レバー
（30）の首振り動作に円滑に伝達する。（35）は引張り
コイルバネで、るつぼ支持台（７）が最下位置、あるい
は最上位置にある状態時に、最も短くなる様に設置さ
れ、るつぼ支持台（７）が中途で静止しないようにする
ものである。（36）はるつぼ支持台（７）の落下防止の
ための安全ピンである。（37）はるつぼ（３）を蒸着位
置より基板側のるつぼ取出し位置に保持するようにるつ
ぼ支持台（７）の最上位置を設定する第２停止機構で、
例えばストッパである。ストッパ（29），（37）はるつ
ぼ（３）を所定位置に保持する停止機構を構成してい
る。

次にるつぼ移動機構の動作について説明する。

イオン源からるつぼ（３）を取り出すには、るつぼ支持
台（７）を手で基板側に上昇させると、スライド軸受
（27）と軸（26）が滑らかに慴動してレバー（30）がス
トッパ（37）により停止する位置、即ち第１図で一点鎖
線で示した最上位置までるつぼ（３）が上昇して保持さ
れる。この最上位置でるつぼ支持棒（５）にネジ込まれ
ているるつぼ（３）を取りはずし、蒸着原料（４）を充
填することができる。この際、バランスウエイト（34）
が設けられているので、るつぼ支持台（７）の移動は小
さな力で行うことができ、また引張りコイルバネ（35）
がるつぼ支持台（７）を最上位置に停止させる。

るつぼ（３）を取り出して、るつぼの交換あるいは蒸着
原料（４）を充填した後は、再びるつぼ支持棒（５）に
るつぼ（３）を取り付け、るつぼ支持台（７）を下降さ
せる。るつぼ支持台（７）の最下位置は、ストッパ（2
9）により微調整を行ない、フイラメント（８）との上
下方向の位置関係を精度良く設定することができる。

以上述べたるつぼ（３）の上下方向の移動は、スライド
軸受（27）と軸（26）に規定されるので、るつぼ（３）
はイオン源の中心軸上を移動し、従来問題となったフイ
ラメント（８）との接触は完全に防止される。

次に基板（20）上への薄膜形成は、従来の装置と同様に
行われるが、るつぼ支持台（７）と台板（10）間のガタ
は、軸（26）とスライド軸受（27）及びハウジング（2
8）のはめあい公差程度であって極めて小さいため、る
つぼ（３）とフイラメント（８）との間隔も精度良く保
たれるので、るつぼ（３）の均一な加熱が実現される。
この実施例ではるつぼ（３）の取りはずし時は、るつぼ
（３）の一部がイオン源上部の加速電極（16）より突出
していれば良いので、るつぼ支持台（７）の上下動のス
トロークは40〜60mm程度で十分である。

また、支持棒（５）は高温になるるつぼ（３）からの熱
伝達を考えると所要の長さ（例えば数十mmの長さが必要
であり、この本来必要とする支持棒（５）の長さに用い
る空間、即ちるつぼ支持台（７）から熱シールド板
（９）までの空間が、るつぼ（３）を基板側に取出す時
にるつぼ支持台（７）を移動する空間に共用できる。こ
のため、従来装置に比べ、装置全体の容積を小さくでき
る。

なお、上記実施例ではるつぼ支持台（７）を手で上下さ
せる場合を示したが、シャフト（32）を中心にレバー
（30）に回転運動を与えて、るつぼ支持台（７）を上下
させてもよい。

また、上記実施例では、イオン源の中心軸が垂直である
場合を示したが、これは斜めであってもよい。例えばク
ラスタ・ビーム（23）を斜め上方あるいは水平に噴出さ
せる場合でも、バランスウエイト（34）の重量と取り付
け位置を変更することで対応できる。

また、上記実施例ではバランスウエイト（34），引張り
コイルバネ（35）を用いてるつぼ支持台（７）の上下動
が小さい力で行えるように構成したが、るつぼ支持台
（７）等の可動部が軽量である場合は省略することがで
きる。

また、上記実施例では内容積１〜２cm³程度の小容量の
るつぼの場合について示したが、内容積が大きい大容量
のるつぼを用いるイオン源に適用することもできる。大
容量のるつぼでは、外形寸法が大きいが、フイラメント
（８）との間隔は小容量の場合と同様に狭いので、るつ
ぼの固定位置精度を向上できるこの発明はるつぼの均一
加熱に大きな効果を奏する。

また、上記実施例ではるつぼ支持台（７）に軸（26）
を、台板（７）にスライド軸受（27）を設けた場合を示
したが、るつぼ支持台にスライド軸受を、台板に軸を設
けてもよい。

また、従来のイオン源においては、長期間にわたりイオ
ン源を使用すると、るつぼ支持台（７）のネジ部に再蒸
発蒸気が堆積して、取りはずしが困難になっていた。こ
れに対し、上記実施例では、可動部である軸（26）及び
スライド軸受（27）がるつぼ支持台（７）の下部に設け
られているので、イオン源の電極構造部で生じる再蒸発
蒸気はるつぼ支持台（７）でしゃへいされ、これら可動
部に直接には飛来しない。このため、可動部への再蒸発
蒸気の堆積が起こらないので、スライド軸受機構（27）
は長期間にわたって確実に動作するという効果がある。

また、可動部を再蒸発蒸気から保護するため、これらの
可能部に対し適当な防着カバーを設けておけば、るつぼ
支持台（７）の上面に可動部を配することができる。

また、上記実施例ではるつぼ（３）の交換、蒸着原料の
補給時にるつぼ支持台（７）の上下動を行う場合につい
て示したが、真空槽（１）の外部から回転導入端子を用
いてレバー（30）の操作が行えるように構成し、薄膜形
成中にスライド軸受機構を介してるつぼ支持台（７）を
上下動できるようにすると、基板（20）上での薄膜形成
速度の増大が期待できる。これは、薄膜形成中にるつぼ
（３）に適当な周波数，振幅の振動を与えると、蒸着原
料のかくはん効果や、溶融蒸着原料の液面の波動による
実効的な蒸発表表面積の増大効果によって、クラスタ・
ビーム強度の向上が図れることによる。

さらに、上記実施例ではスライド軸受機構として、軸
（26）とスライド軸受（27）で構成し、このスライド軸
受（27）は直動玉軸受を用いているが、これに限るもの
ではなく、他のスライド軸受を用いてもよい。

また、停止機構も上記実施例におけるストッパ（29），
（37）に限るものではなく、その数も２つに限るもので
はない。少なくとも、るつぼ（３）をフイラメント
（８）の間の所定位置と、るつぼ（３）に蒸着材（４）
を充填する時の所定位置に保持するものであればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、蒸着材を充填するる
つぼ、このるつぼを加熱し蒸着材の蒸気を発生させてこ
の蒸気を基板に衝突させ、基板に蒸着材の薄膜を形成す
る加熱手段、るつぼを、このるつぼの熱伝達を抑制する
支持棒を介して支持し、スライド軸受機構でスライド移
動し得、スライド軸受機構を蒸着材の蒸気よりしゃへい
するるつぼ支持台、るつぼを蒸着位置に保持するように
るつぼ支持台を保持する第１停止機構、及びるつぼを蒸
着位置より基板側のるつぼ取出し位置に保持するように
るつぼ支持台を保持する第２停止機構を備え、蒸着時に
は第１停止機構によってるつぼを蒸着位置に保持し、取
出し時にはスライド軸受機構によって上記るつぼを基板
側にスライドさせ、第２停止機構によってるつぼを上記
るつぼ取出し位置に保持するようにしたことにより、蒸
着材の補給やるつぼの交換が容易に行えると共に、装置
全体の容積を小さくでき、さらに長期間にわたって確実
に動作できるるつぼの移動機構を有する薄膜形成装置が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置のイオ
ン源を一部側面で示す断面図、第２図はこの発明の一実
施例に係るイオン源のるつぼ移動機構部の移動機構を説
明するための説明図、第３図は従来の薄膜形成装置のイ
オン源を一部側面で示す断面図、第４図は従来の薄膜形
成装置を模式的に示す構成断面図である。 （３）はるつぼ、（４）は蒸着材、（７）はるつぼ支持
台、（８）はフイラメント、（20）は基板、（26）は
軸、（27）はスライド軸受、（29），（37）はストッ
パ。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸着材を充填するるつぼ、このるつぼを加
   熱し上記蒸着材の蒸気を発生させてこの蒸気を基板に衝
   突させ、上記基板に上記蒸着材の薄膜を形成する加熱手
   段、上記るつぼを、このるつぼの熱伝達を抑制する支持
   棒を介して支持し、スライド軸受機構でスライド移動し
   得、上記スライド軸受機構を上記蒸着材の蒸気よりしゃ
   へいするるつぼ支持台、上記るつぼを蒸着位置に保持す
   るように上記るつぼ支持台を保持する第１停止機構、及
   び上記るつぼを上記蒸着位置より上記基板側のるつぼ取
   出し位置に保持するように上記るつぼ支持台を保持する
   第２停止機構を備え、蒸着時には第１停止機構によって
   上記るつぼを上記蒸着位置に保持し、取出し時には上記
   スライド軸受機構によって上記るつぼを上記基板側にス
   ライドさせ、第２停止機構によって上記るつぼを上記る
   つぼ取出し位置に保持するようにしたことを特徴とする
   薄膜形成装置。