JPH07116596B2 - Thin film forming method and apparatus thereof - Google Patents

Thin film forming method and apparatus thereof

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JPH07116596B2
JPH07116596B2 JP3359489A JP3359489A JPH07116596B2 JP H07116596 B2 JPH07116596 B2 JP H07116596B2 JP 3359489 A JP3359489 A JP 3359489A JP 3359489 A JP3359489 A JP 3359489A JP H07116596 B2 JPH07116596 B2 JP H07116596B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜形成方法、及びその装置に係り、特に、
半導体,誘電体,金属,絶縁物,有機物等の薄膜を形成
するのに好適な薄膜形成方法、及びその装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film forming method and an apparatus thereof, and in particular,
The present invention relates to a thin film forming method suitable for forming a thin film of a semiconductor, a dielectric, a metal, an insulator, an organic substance, and the like, and an apparatus thereof.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来,金属や誘電体材料の薄膜を作成するのにスパツタ
リング法を用いることが知られている。その方法は、
「薄膜ハンドブツク、日本学術振興会第131委員会編、
(オーム社、昭和58年12月)」中の171頁−195頁におい
て論じられているように、直流2極スパツタリングやバ
イアスパツタリング,高周波スパツタリングなど、さら
に高速成膜を目的としたマグネトロンスパツタリングな
ど多岐にわたつている。又、前記文献の190−191頁に記
載されているようなイオンビームスパツタ蒸着法も知ら
れている。
Conventionally, it has been known to use a sputtering method to form a thin film of a metal or a dielectric material. The method is
"Thin film handbook, Japan Society for the Promotion of Science, 131st Committee,
(Ohm Co., December 1983) ”, pages 171 to 195, magnetron sputtering for further high-speed film formation such as DC bipolar sputtering, bias sputtering, and high frequency sputtering. It spans a wide variety of areas such as rings. Also, an ion beam sputtering deposition method as described on pages 190 to 191 of the above document is known.

これらのすべての方法は、常温で固体状態にある物質を
イオンビーム、あるいはプラズマ中のイオンでスパツタ
する現象を利用している。したがつて、その成膜速度
は、固体状態にある物質のスパツタリング率で制約され
る。
All of these methods utilize a phenomenon in which a substance in a solid state at room temperature is sputtered by an ion beam or ions in plasma. Therefore, the film formation rate is limited by the sputtering rate of the substance in the solid state.

一方、一酸化炭素やメタンなどのガスを冷却し、フアン
デアワールス力でそれらの分子どうしを結合させ、固化
物とした状態の物質をイオン照射によりスパツタリング
することが、例えば「デイソープシヨン インデユース
ト バイ エレクトロニツク トランジシヨン DIET
II(Desorption Induced by Electronic Transition DI
ET II)」(W.Brenig,D.Menzel編、シユプリンガー社
出版、1985年)中の170〜176頁において論じられてい
る。
On the other hand, cooling gases such as carbon monoxide and methane, combining these molecules with the van der Waals force, and sputtering the substance in the solidified state by ion irradiation are, for example, "day soap ingestion". Bi-Electronic Transition DIET
II (Desorption Induced by Electronic Transition DI
ET II) "(edited by W. Brenig, D. Menzel, published by Schewringer, 1985) at pages 170-176.

この場合、照射イオン1個当りに、一酸化炭素やメタン
などのガスを固化状態とした物質が、スパツタリングに
より分解する原子や分子の数、いわゆるスパツタ率は、
約100−1000個であることが知られている。
In this case, the number of atoms or molecules decomposed by spattering by a substance in which a gas such as carbon monoxide or methane is solidified per irradiated ion, the so-called spatter rate is
It is known to be about 100-1000.

また、ガスや固化物に集光したレーザ光を照射し、これ
らの物質に急速にエネルギーを与えてプラズマ状態と
し、そのプラズマ中で発生した粒子を用いて薄膜を形成
する方法が、特開昭63−177414号公報に示されている。
Further, a method of irradiating a gas or a solidified substance with a focused laser beam to rapidly give energy to these substances to bring them into a plasma state and forming a thin film by using particles generated in the plasma is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. No. 63-177414.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来技術のうち、イオンやプラズマを用いたスパツ
タリング法は、すべて、常温で固体状態の物質をスパツ
タリングのターゲツト材として用い、前記「薄膜バンド
ブツク」171頁−179頁に示されているスパツタリング機
構により、ターゲツト材を分解・飛散させて、その飛散
スパツタ粒子により成膜を行う方式である。この場合、
スパツタターゲツトに入射するイオン1個あたりのター
ゲツトのスパツタ率は、1−10の値を持ち、その結果、
成膜速度は0.1−1nm/secと遅いという問題があつた。
又、成膜された成膜の純度は、原理的に、スパツタリン
グ用ターゲツトの純度より高くなることはなく、高純度
のスパツタリング用ターゲツトが入手できない場合に
は、不純物の混ざつた品質の劣る薄膜しか得られないと
言う問題があつた。
Among the above-mentioned conventional techniques, the sputtering method using ions or plasma is all used as a target material for spattering at a solid state at room temperature, and by the spattering mechanism shown on pages 171 to 179 of the “thin film band book”. In this method, the target material is decomposed and scattered, and the scattered spatter particles form a film. in this case,
The spatula rate of the target per ion incident on the spatula target has a value of 1-10, and as a result,
There was a problem that the film formation rate was as slow as 0.1-1 nm / sec.
In principle, the purity of the deposited film does not become higher than that of the target for sputtering, and if a high-purity target for sputtering is not available, a thin film containing impurities and having poor quality. There was a problem that I could only get it.

また、レーザ生成プラズマを用いた薄膜形成法では、プ
ラズマ粒子を発生させるメカニズムは、ターゲツトが光
子のエネルギーを吸収することによるものである。従つ
て、このようにして作られたプラズマ粒子の運動エネル
ギーは、ターゲツトが大きな運動量を有するイオン照射
を受けて作り出すスパツタ粒子の運動エネルギーに比べ
れば小さく、その為、形成された幕は、エネルギーの大
きなイオンの照射を受ける従来のスパツタリング法で形
成されたものに比べ、付着強度などの性質で劣る問題が
あつた。
In the thin film forming method using laser-generated plasma, the mechanism of generating plasma particles is that the target absorbs the energy of photons. Therefore, the kinetic energy of the plasma particles created in this way is smaller than the kinetic energy of the sputter particles created by the irradiation of the target with ions having a large momentum, and therefore the formed curtain is There is a problem in that the properties such as adhesion strength are inferior to those formed by the conventional sputtering method in which large ions are irradiated.

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、高速で高純度,高品質の薄膜を形成するこ
とのできる薄膜形成方法、及びその装置を提供するにあ
る。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a thin film forming method and an apparatus for forming a thin film of high purity and high quality at high speed.

更に、本発明の他の目的とするところは、金属,誘電
体,有機物,半導体などのいかなる被加工物でも効率的
に加工できる加工方法、及び装置を提供するにある。
Further, another object of the present invention is to provide a processing method and apparatus capable of efficiently processing any object to be processed such as metal, dielectric, organic substance, semiconductor and the like.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記の第1目的は、真空中で、フアンデアワールス力、
あるいは水素結合力で原子、または分子が結合してでき
た物質からなるスパツタリング用ターゲツトにイオンビ
ームや電子ビーム,プラズマ等の粒子線を照射して該タ
ーゲツトのスパツタリングを起こさせ、発生したスパツ
タ粒子を空間中を飛行させ、基板に照射することによつ
て基板上に所望の薄膜を形成することにより達成され
る。
The first purpose mentioned above is the Van der Waals force in a vacuum,
Alternatively, a target for spattering made of a substance formed by bonding atoms or molecules by hydrogen bonding force is irradiated with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma to cause spattering of the target, and the generated spatter particles are This is accomplished by forming a desired thin film on the substrate by flying in space and irradiating the substrate.

更に、上記した他の目的は、上述の如くの物質から成る
ターゲツトをスパツタすることで発生するスパツタ粒子
を基板に照射することによつて、金属,誘電体,有機
物,半導体などの所望の基板を加工することにより達成
される。
Further, the other purpose described above is to irradiate a substrate with sputter particles generated by spattering a target made of the above-mentioned substances, thereby making it possible to obtain a desired substrate such as a metal, a dielectric, an organic substance, or a semiconductor. It is achieved by processing.

〔作用〕[Action]

本発明においては、スパツタリングターゲツトが、通
常、常温・常圧下では気体であつたり液体状態にある物
質を、融点以下に冷却するなどの方法により固化させた
ものをスパツタリング用のターゲツトとして使用する。
つまり、従来のスパツタ蒸着法においては、常温・常圧
下において、金属結合やイオン結合、あるいは共有結合
により、原子・分子が互いに強く結合している物質をス
パツタリング用ターゲツトに用いていたので、スパツタ
率が小さかつたのに対して、本発明においては、フアン
デアワールス力、あるいは水素結合力で弱く結合した状
態にある物質をスパツタリング用ターゲツトとして用い
ることで、ターゲツトにイオン照射を行つた時のスパツ
タリング機構が異なり、1個のイオン当りのスパツタ粒
子の数が約100から1000個程度と大きく、そのため高速
の成膜が可能となる。
In the present invention, the spattering target is usually used as a target for sputtering by solidifying a substance that is in a gas state or a liquid state at room temperature and normal pressure by a method such as cooling to below the melting point. .
That is, in the conventional sputtering deposition method, at room temperature and atmospheric pressure, a substance in which atoms and molecules are strongly bonded to each other by metal bond, ionic bond, or covalent bond is used as a target for sputtering, so the sputtering rate is increased. However, in the present invention, by using a substance in a weakly bonded state by the Van der Waals force, or a hydrogen bonding force as a target for sputtering, the target is subjected to ion irradiation. The mechanism is different, and the number of sputter particles per ion is as large as about 100 to 1000, which enables high-speed film formation.

又、上述した作用を利用して、金属,誘電体,有機物,
半導体などの基板材料を加工すれば、その加工が効果的
となる。
In addition, by utilizing the above-mentioned action, metal, dielectric, organic matter,
If a substrate material such as a semiconductor is processed, the processing becomes effective.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.

(実施例 その1) 第1図は、金属チタン薄膜をガラス基板上に形成するの
に本発明を適用した場合の装置構成図を示す。
(Example 1) FIG. 1 shows an apparatus configuration diagram when the present invention is applied to form a metal titanium thin film on a glass substrate.

該図の如く、真空容器7には、金属チタンの原料となる
四塩化チタンを導入するガス導入管8と、四塩化チタン
を固化させるための冷凍器ヘツド9と、ガラス基板10を
取り付けた基板ホルダー11、並びにイオン源12とが配置
される。まず、真空容器7内を真空ポンプ(図示せず)
により1×10-7Torrまで真空排気し、その後、冷凍基ヘ
ツド9の温度を室温より四塩化チタンの融点である−25
℃以下の−50℃まで冷却保持する。次に、ガス導入孔8
より四塩化チタンの蒸気を毎分2ccの割合で冷凍器ヘツ
ド9に吹き付け、5分間で四塩化チタンの固化層13を形
成する。その大きさは、直径約100mm,厚さ4mmである。
As shown in the figure, the vacuum vessel 7 has a gas introduction pipe 8 for introducing titanium tetrachloride, which is a raw material of metallic titanium, a refrigerator head 9 for solidifying titanium tetrachloride, and a substrate on which a glass substrate 10 is attached. A holder 11 and an ion source 12 are arranged. First, the inside of the vacuum container 7 is a vacuum pump (not shown).
To 1 × 10 -7 Torr by vacuum evacuation, and then the temperature of the frozen base head 9 is changed from room temperature to the melting point of titanium tetrachloride, −25.
Keep cooling to -50 ℃ below ℃. Next, the gas introduction hole 8
Titanium tetrachloride vapor is sprayed onto the freezer head 9 at a rate of 2 cc / min to form a solidified layer 13 of titanium tetrachloride in 5 minutes. Its size is about 100 mm in diameter and 4 mm in thickness.

一方、基板加熱用ヒータ14により、直径が150mm,厚さ1m
mのガラス基板10を200℃まで加熱し保持し、その後、イ
オン源用ガス導入孔15よりアルゴンガスを流量0.5cc/分
で導入し、イオン源12を動作させ、加速エネルギー3keV
でアルゴンイオンビーム16を四塩化チタンの固化層13に
照射する。このときのアルゴンイオン電流量は1mAであ
る。
On the other hand, with the heater 14 for heating the substrate, the diameter is 150 mm and the thickness is 1 m.
The glass substrate 10 of m is heated to 200 ° C. and held, and thereafter, argon gas is introduced from the gas introduction hole 15 for the ion source at a flow rate of 0.5 cc / min, the ion source 12 is operated, and the acceleration energy is 3 keV.
Then, the solidified layer 13 of titanium tetrachloride is irradiated with the argon ion beam 16. At this time, the amount of argon ion current is 1 mA.

上記のアルゴンイオン照射を10分間行つた結果、四塩化
チタンの固化層13はアルゴンイオンによるスパツタ作用
を受けて、その厚さが1mmに減少した。これと同時に、2
00℃に加熱されたガラス基板10上には、金属光沢をした
薄膜17が形成された。
As a result of performing the above-mentioned irradiation with argon ions for 10 minutes, the solidified layer 13 of titanium tetrachloride was subjected to a spatula effect by the argon ions and its thickness was reduced to 1 mm. At the same time, 2
A thin film 17 having a metallic luster was formed on the glass substrate 10 heated to 00 ° C.

このガラス基板10上に形成された金属光沢をした薄膜17
をオージエ分析したところ、チタンの存在を示すスペク
トルが得られた。この金属膜中の不純物はオージエ分析
の検出限界以下で、わずかに炭素が表面、及びチタン膜
とガラス基板との間の界面に存在するだけで、四塩化チ
タンに起因すると思われる塩素は検出されなかつた。
又、タリステツプ法による段差測定では、このチタン膜
厚が0.6μmであることが判つた。
Metallic thin film 17 formed on this glass substrate 10
Was subjected to an Auger analysis, and a spectrum showing the presence of titanium was obtained. Impurities in this metal film were below the detection limit of Auger analysis, and only a slight amount of carbon was present on the surface and at the interface between the titanium film and the glass substrate, and chlorine, which is thought to be due to titanium tetrachloride, was detected. Nakatsuta.
Further, it was found that the titanium film thickness was 0.6 μm in the step measurement by the Tarisstep method.

本実施例においては、四塩化チタンを用いてチタン薄膜
を形成したが、他の金属,半導体においても、それらの
元素を含み、常温,常圧化で液体、または気体状の物質
を融点以下に冷却し、フアンデアワールス力で結合した
固化層を作り、本実施例と同様の方法で、如何なる金属
・半導体等の薄膜を作成することが可能である。
In the present embodiment, the titanium thin film was formed using titanium tetrachloride, but other metals and semiconductors also contain these elements, and liquid or gaseous substances at room temperature and pressure are reduced to the melting point or lower. It is possible to cool and form a solidified layer that is bonded by the Van der Waals force, and to form a thin film of any metal or semiconductor by the same method as in this embodiment.

(実施例 その2) 第2図はチタンシリサイド合金膜を作成するのに本発明
を適用した場合の装置構成図を示す。
(Example 2) FIG. 2 is a device configuration diagram when the present invention is applied to form a titanium silicide alloy film.

該図の如く、真空容器20を真空ポンプ(図示せず)によ
り、1×10-7Torrまで真空排気したのちに、冷凍器ヘツ
ド21を−90℃に保持し、該冷凍器ヘツド21に2つのガス
導入孔22,23より四塩化チタン(融点:−25℃)、四塩
化シリコン(融点:−70℃)をそれぞれ3ccずつ導入
し、冷凍器ヘツド21上に四塩化チタンと四塩化シリコン
の混合した固化層24を形成した。このとき固化層の大き
さは、直径が40mm,厚さが約3mmである。
As shown in the figure, the vacuum vessel 20 was evacuated to 1 × 10 −7 Torr by a vacuum pump (not shown), and then the freezer head 21 was kept at −90 ° C. 3cc each of titanium tetrachloride (melting point: -25 ° C) and silicon tetrachloride (melting point: -70 ° C) were introduced through two gas introduction holes 22 and 23, and titanium tetrachloride and silicon tetrachloride A mixed solidified layer 24 was formed. At this time, the size of the solidified layer is 40 mm in diameter and about 3 mm in thickness.

次に、イオン源25にガス導入孔26よりネオンガスを導入
し、加速電圧1keVでネオンイオンビーム27を引き出し、
上記の固化層24に照射した。これと同時に、直径が3イ
ンチのシリコンウエハー基板28を真空容器20内に配置
し、ヒーター29により300℃に加熱保持した。
Next, neon gas is introduced into the ion source 25 through the gas introduction hole 26, and the neon ion beam 27 is extracted at an acceleration voltage of 1 keV,
The solidified layer 24 was irradiated. At the same time, a silicon wafer substrate 28 having a diameter of 3 inches was placed in the vacuum container 20 and heated and held at 300 ° C. by the heater 29.

ネオンイオンビーム照射を10分間行つた結果、固化層24
の厚みは1mmに減少すると共に、シリコンウエハー基板2
8上に薄膜19が堆積した。この薄膜19の厚みをタリステ
ツプ法で測定したところ700nmであつた。また、別置の
ラザフオード後方イオン散乱装置により、上記薄膜19の
元素組成分析を行つたところ、チタン対シリコンが2:1
の割合であることが判明した。又、この薄膜19の電気抵
抗値も同時蒸着法で作成したチタンシリサイド膜の電気
抵抗値とほぼ同等であつた。
As a result of 10 minutes of irradiation of neon ion beam, the solidified layer 24
The thickness of the silicon wafer substrate 2
A thin film 19 was deposited on the 8. The thickness of the thin film 19 was 700 nm when measured by the Tarisstep method. In addition, when the elemental composition analysis of the thin film 19 was performed by a separate laser backscattering ion spectrometer, titanium to silicon was 2: 1.
It turned out to be the ratio of. The electric resistance value of this thin film 19 was almost the same as the electric resistance value of the titanium silicide film formed by the co-evaporation method.

本実施例においては、四塩化チタンと四塩化シリコンの
2種のガスの混合固化層をイオンスパツタしてチタンシ
リサイドという2元の合金を作成したが、本実施例は必
ずしも2種のガスに限定したものではなく、複数のガス
導入孔を備え、複数のガス種の混合固化層をイオンスパ
ツタして、多元の構成元素からなる各種の薄膜を作成す
ることにも適用することができる。
In this example, a binary alloy called titanium silicide was prepared by ion-sputtering the mixed solidified layer of two kinds of gases of titanium tetrachloride and silicon tetrachloride, but this example is not necessarily limited to two kinds of gases. However, the present invention can also be applied to forming various thin films composed of multi-component elements by ion-sputtering a mixed solidified layer of a plurality of gas species provided with a plurality of gas introduction holes.

(実施例 その3) 融点が大幅に異なる複数の物質を原材料として、多元物
質、あるいは多層薄膜を作成するために本発明を適用し
た場合の装置構成図を第3図に示す。
(Example 3) FIG. 3 shows an apparatus configuration diagram when the present invention is applied to produce a multi-source substance or a multilayer thin film using a plurality of substances having significantly different melting points as raw materials.

本実施例においては、CF4(融点:−184℃)とWF6(融
点:2.3℃)とを用いて、カーボンとタングステンの多層
膜を作成する。
In this embodiment, CF 4 (melting point: −184 ° C.) and WF 6 (melting point: 2.3 ° C.) are used to form a multilayer film of carbon and tungsten.

1×10-7Torrまで真空排気した真空容器30内に実施例そ
の1で用いたのと同様の2個の冷却ヘツド31,32、2個
のガス導入孔33,34、2個のイオン源35,36、及び、直径
3インチのシリコンウエハー基板37を配置した。このシ
リコンウエハー基板37はヒータ38により400℃に加熱・
保持される。
In a vacuum container 30 evacuated to 1 × 10 −7 Torr, two cooling heads 31,32, two gas introduction holes 33,34 and two ion sources similar to those used in Example 1 were used. 35, 36 and a silicon wafer substrate 37 having a diameter of 3 inches were arranged. This silicon wafer substrate 37 is heated to 400 ° C by the heater 38.
Retained.

冷却ヘツド31,32の温度をそれぞれ−200℃,−10℃に限
定し、ガス導入孔33,34より、それぞれCF4,WF6ガスを各
々4ccずつ導入し、CF4固化層39とWF6固化層40とをそれ
ぞれ形成した。
The temperatures of the cooling heads 31 and 32 are limited to −200 ° C. and −10 ° C., respectively, and 4 cc of CF 4 and WF 6 gases are introduced from the gas introduction holes 33 and 34, respectively, and the CF 4 solidified layer 39 and WF 6 are introduced. A solidified layer 40 and a solidified layer 40 were formed.

上記の2つの固化層39,40にそれぞれイオン源53,36から
ネオンイオンビーム41,42を10秒間隔で50回、CF4固化層
39とWF6固化層40に照射した。その結果、シリコンウエ
ハー基板37には、第4図に示すようにカーボン44とタン
グステン45から成る多層膜43を形成することができた。
カーボン膜44とタングステン膜45の厚みはそれぞれ1nm,
3nmであつた。このようにして作成したカーボンとタン
グステンの多層膜43は、軸X線用ミラーとして使用する
ことができる。
A neon ion beam 41, 42 from the ion source 53, 36 to the above two solidified layers 39, 40, respectively, at intervals of 10 seconds 50 times, and a CF 4 solidified layer
39 and WF 6 solidified layer 40 were irradiated. As a result, on the silicon wafer substrate 37, as shown in FIG. 4, a multi-layer film 43 composed of carbon 44 and tungsten 45 could be formed.
The carbon film 44 and the tungsten film 45 each have a thickness of 1 nm,
It was 3 nm. The carbon / tungsten multilayer film 43 thus formed can be used as a mirror for axial X-rays.

本実施例においては、2個の固化層形成、およびスパツ
タ機構を備えて、二元の多層膜を形成したが、本実施例
は二元の多層膜だけに限定したものではなく、2つ以上
の複数個の固化層形成・スパツタ機構を配備して、多元
の複雑な構造の多層膜・合金膜などを形成するのにも適
用することができる。
In this embodiment, a binary multi-layer film was formed by forming two solidified layers and a spatula mechanism, but this embodiment is not limited to the binary multi-layer film, and two or more may be formed. It can also be applied to the formation of a plurality of solidified layer forming / sputtering mechanisms to form a multi-layered film / alloy film having a multidimensional complex structure.

(実施例 その4) 第5図は実施例その1で示した薄膜形成法において、よ
り高品質の薄膜を形成するために、基板表面にイオンビ
ームや電子ビーム、あるいはラジカルビームなどの励起
ビームを薄膜形成時に同時に照射する装置構成図を示し
たものである。
(Embodiment 4) FIG. 5 shows an excitation beam such as an ion beam, an electron beam or a radical beam on the surface of the substrate in order to form a higher quality thin film in the thin film forming method shown in the first embodiment. It is the figure which shows the device block diagram which simultaneously irradiates at the time of thin film formation.

本実施例の構成は、第1図と同じものに基板照射用のイ
オン源50を付加したものである。
The structure of this embodiment is the same as that shown in FIG. 1 except that an ion source 50 for irradiating the substrate is added.

次に、その作用について説明する。真空容器51を1×10
-7Torrまで排気したのち、冷却ヘツド52を−50℃まで冷
却し、ガス導入孔53よりSiCl4ガスを5cc流入し、冷却器
ヘツド52上に大きさが直径40mm×厚さ4mmのSiCl4ガスの
固化層54を形成し、その後、直径が100mm,厚さ1mmのガ
ラス基板55をヒータ56にて200℃に加熱した。第1のイ
オン源57にアルゴンガスを導入し、加速エネルギー1keV
でアルゴンイオンビーム58をSiCl4固化層54に10分間照
射するとともに、同時に、第2のイオン源50にもアルゴ
ンガスを導入し、加速エネルギー1500eVでガラス基板55
表面に照射した。その結果、第1のアルゴンイオンビー
ム照射で固化層54よりスパツタされてガラス基板55表面
に到達したSiCl3,SiCl2,SiCl等の反応中間生成物粒子59
は、基板の加熱効果と基板表面へのイオン衝撃効果で、
さらに表面分解反応が促進され、シリコン膜の60の堆積
が増速された。
Next, the operation will be described. 1 x 10 for the vacuum container 51
After exhausting to -7 Torr, the cooling head 52 is cooled to -50 ° C, 5 cc of SiCl 4 gas is introduced from the gas introduction hole 53, and the size of 40 mm in diameter x 4 mm thick SiCl 4 is placed on the cooling head 52. A gas solidified layer 54 was formed, and then a glass substrate 55 having a diameter of 100 mm and a thickness of 1 mm was heated to 200 ° C. by a heater 56. Argon gas is introduced into the first ion source 57 and the acceleration energy is 1 keV.
The argon ion beam 58 is applied to the SiCl 4 solidified layer 54 for 10 minutes at the same time, and at the same time, the argon gas is also introduced into the second ion source 50, and the glass substrate 55 is accelerated with an acceleration energy of 1500 eV.
The surface was illuminated. As a result, reaction intermediate product particles 59 of SiCl 3 , SiCl 2 , SiCl, etc., which have been sputtered from the solidified layer 54 and reached the surface of the glass substrate 55 by the first argon ion beam irradiation.
Is the heating effect of the substrate and the ion bombardment effect on the substrate surface,
Furthermore, the surface decomposition reaction was accelerated and the deposition of 60 of the silicon film was accelerated.

ガラス基板55上に堆積したシリコン膜60中の不純物を、
二次イオン質量分析法で測定したところ、塩素量は検出
限界以下で、シリコンの同位体ピークしか観測されなか
つた。また。得られた多結晶シリコン膜の膜厚は1μm
であり、第2のイオンビームを照射しなかつた場合と比
べ大きな成膜速度がえられた。
Impurities in the silicon film 60 deposited on the glass substrate 55 are
When measured by secondary ion mass spectrometry, the amount of chlorine was below the detection limit and only the isotope peak of silicon was observed. Also. The thickness of the obtained polycrystalline silicon film is 1 μm
Therefore, a larger film formation rate was obtained as compared with the case where the second ion beam was not irradiated.

本実施例においては、基板表面での成膜反応を増速させ
るためにアルゴンイオン照射を行つたが、それ以外に
も、所望の薄膜の性質によつては、電子ビームを基板表
面に照射したり、水素などのラジカル粒子を照射した
り、エキシマレーザ光などの光を照射して、成膜反応を
増速させることができる。
In this example, argon ion irradiation was performed in order to accelerate the film formation reaction on the substrate surface, but in addition to this, depending on the properties of the desired thin film, the electron beam is irradiated on the substrate surface. The film formation reaction can be accelerated by irradiating radical particles such as hydrogen or irradiating light such as excimer laser light.

又、本実施例で用いたアルゴンイオンビームの代わり
に、窒素イオンビームを基板表面に照射し、基板表面で
化学反応を起こさせ、窒化シリコン膜を作ることも可能
であり、また、酸素イオンビームを基板表面に照射し
て、酸化シリコン膜を作る表面反応を起こすことも可能
である。
Further, instead of the argon ion beam used in this example, it is also possible to irradiate the surface of the substrate with a nitrogen ion beam and cause a chemical reaction on the surface of the substrate to form a silicon nitride film. It is also possible to irradiate the surface of the substrate with a surface reaction to form a silicon oxide film.

(実施例 その5) 第6図は分子線蒸着装置を用いて鉄の窒化物を作成する
のに本発明を実施した場合の装置構成を示したものであ
る。
(Example 5) FIG. 6 shows an apparatus configuration in the case where the present invention is carried out to produce an iron nitride by using a molecular beam vapor deposition apparatus.

該図に示す如く、2×10-10Torrまで真空排気された分
子線蒸着装置の真空容器61において、70Kまで冷却した
冷却ヘツド62に、ガス導入孔63より融点が77Kの窒素ガ
スを10cc導入した。そして、冷却ヘツド62上に、直径30
mm,厚さ5mmの大きさの窒素の固化層64を作り、これと同
時に、イオン源65にヘリウムガス66を導入し、加速エネ
ルギー1keVで該窒化固化層64をスパツタし、スパツタ窒
素粒子67を発生させた。又、純度5Nの純鉄のペレツトを
入れた電子ビーム蒸着源68を作動させ、鉄の蒸気69を発
生させた。
As shown in the figure, 10 cc of nitrogen gas having a melting point of 77K is introduced from a gas introduction hole 63 into a cooling head 62 cooled to 70K in a vacuum chamber 61 of a molecular beam deposition apparatus that has been evacuated to 2 × 10 -10 Torr. did. Then, on the cooling head 62, the diameter 30
mm, a solidified layer 64 of nitrogen having a thickness of 5 mm is formed, and at the same time, helium gas 66 is introduced into the ion source 65, and the nitrided solidified layer 64 is sputtered at an acceleration energy of 1 keV to form spatter nitrogen particles 67. Raised. Further, an electron beam evaporation source 68 containing pure iron pellets having a purity of 5N was operated to generate iron vapor 69.

このようにして発生した窒素のスパツタ粒子67と、鉄の
蒸気69がヒータ70で加熱されて、300℃に保たれたGaAs
(001)結晶基板71に照射されるようにして、シヤツタ
ー72,73を各々、1秒ずつ交互に開閉した。10分間の照
射の後、GaAs結晶基板71を真空容器61より取り出して、
X線回折法とオージエ元素分析法とにより堆積した箔74
の組成,構造を分析したところ、GaAs結晶表面にエピタ
キシヤル成長した鉄の窒化膜であることが判明した。そ
して、膜厚は20nmで、その構造はFe16N2であつた。
The nitrogen spatter particles 67 and the iron vapor 69 generated in this way are heated by the heater 70 and kept at 300 ° C.
The shutters 72 and 73 were alternately opened and closed for 1 second so that the (001) crystal substrate 71 was irradiated. After irradiation for 10 minutes, the GaAs crystal substrate 71 is taken out from the vacuum container 61,
Foil 74 deposited by X-ray diffraction and Auger elemental analysis
Analysis of the composition and structure revealed that it was an iron nitride film epitaxially grown on the GaAs crystal surface. The film thickness was 20 nm and its structure was Fe 16 N 2 .

このように、分子線蒸着装置を用いて、その中に本実施
例のスパツタ粒子発生部分を組み込むことで、従来の分
子線蒸着法だけではできない蒸着法をも実現することが
できる。
As described above, by using the molecular beam vapor deposition apparatus and incorporating the sputter particle generation portion of the present embodiment therein, it is possible to realize a vapor deposition method that cannot be performed only by the conventional molecular beam vapor deposition method.

(実施例 その6) 第7図はクラスターイオンビーム蒸着装置を用いて、金
属を分散させた有機薄膜を作成するのに、本発明を用い
た場合の装置構成図を示したものである。
(Example 6) FIG. 7 is a device configuration diagram when the present invention is used for forming an organic thin film in which a metal is dispersed by using a cluster ion beam vapor deposition device.

該図に示す如く、2×10-7Torrまで真空排気されたクラ
スターイオンビーム蒸着装置の真空容器80において、−
120℃に冷却された冷却ヘツド81を配置し、その上に融
点が−93.46℃のメチルアミン(CH3−NH2)の固化層82
を形成した。その大きさは直径5cm,厚さが5mmであつ
た。
As shown in the figure, in the vacuum container 80 of the cluster ion beam vapor deposition apparatus that was evacuated to 2 × 10 −7 Torr,
A cooling head 81 cooled to 120 ° C. is arranged, and a solidified layer 82 of methylamine (CH 3 —NH 2 ) having a melting point of −93.46 ° C. is placed thereon.
Was formed. The size was 5 cm in diameter and 5 mm in thickness.

そして、該固化層82に、イオン源83より加速エネルギー
3keV,電流量100μAのヘリウムイオンビーム84を照射
し、スパツタ粒子85を発生させ、基板86上に照射した。
と同時に、真空容器80内に配置した金のクラスターイオ
ン発生部87より金のクラスターイオン88を発生させ、加
速電圧8keVで加速して、基板86に照射した。基板86とし
ては、大きさが100mm×100mmで厚さが10μmのフレキシ
ブルポリイミドフイルムに銅の薄膜を厚さ100nm蒸着し
たものを使用した。
Then, acceleration energy from the ion source 83 is applied to the solidified layer 82.
A helium ion beam 84 of 3 keV and a current amount of 100 μA was irradiated to generate spatter particles 85, which were then irradiated onto a substrate 86.
At the same time, gold cluster ions 88 were generated from the gold cluster ion generator 87 arranged in the vacuum container 80, accelerated with an accelerating voltage of 8 keV, and irradiated onto the substrate 86. As the substrate 86, a flexible polyimide film having a size of 100 mm × 100 mm and a thickness of 10 μm, on which a copper thin film was vapor-deposited with a thickness of 100 nm, was used.

上記のスパツタ粒子85の照射と、金のクラスターイオン
88との同時照射を10分間行つたのち、フレキシブルポリ
イミドフイルム基板86を真空容器80より取り出してみた
ころ、一様に金を分散含有し、アミノ基を有するC−N
−H系の有機薄膜89が厚さ400nmで形成されており、そ
の抵抗値は、空気中の水分の量に非常に敏感に変化し、
10-10ohm.cm〜10-1ohm.cmと変化した。
Irradiation of the above-mentioned spatter particles 85 and gold cluster ions
After irradiation with 88 at the same time for 10 minutes, the flexible polyimide film substrate 86 was taken out from the vacuum container 80. As a result, C-N containing uniformly dispersed gold and containing amino groups was obtained.
An -H-based organic thin film 89 is formed with a thickness of 400 nm, and its resistance value changes very sensitively to the amount of water in the air,
It changed from 10 -10 ohm.cm to 10 -1 ohm.cm.

このように、クラスターイオンビーム蒸着装置などを用
いて、その中に本実施例のスパツタ粒子発生部分を組み
込むことで新しい物質の薄膜を形成することができる。
In this way, a thin film of a new substance can be formed by using a cluster ion beam vapor deposition apparatus or the like and incorporating the sputter particle generation portion of this embodiment therein.

(実施例 その7) 第8図は高周波2極スパツタ装置に本発明を適用し、立
方晶系ボロンナイトライド薄膜を作成する場合の装置構
成図を示したものである。
(Embodiment 7) FIG. 8 is a device configuration diagram in the case where the present invention is applied to a high frequency bipolar electrode sputtering device to form a cubic boron nitride thin film.

該図に示す如く、2×10-7Torrまで真空排気された真空
容器90内におかれた平行平板型高周波スパツタ電極にお
いて、周波数が13.56MHzの高周波電圧が印加される上部
電極91に冷凍器92を接続し、電極表面の温度を−150℃
に冷却した。そして、ガス導入孔93よりアンモニアガス
(融点:−77.7℃)と三フツ化ボロン(融点:−127
℃)とアルゴンガス(融点:−189.2℃)をそれぞれ毎
分5cc/分、10cc/分,10cc/分ずつ導入し、該上部電極91
の表面に厚さ約5mmのこれら混合ガスの固化層94を形成
した。
As shown in the figure, in the parallel plate type high frequency sputtering electrode placed in a vacuum container 90 which is evacuated to 2 × 10 −7 Torr, a refrigerator is attached to an upper electrode 91 to which a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied. 92 is connected and the temperature of the electrode surface is -150 ° C.
Cooled to. Ammonia gas (melting point: −77.7 ° C.) and boron trifluoride (melting point: −127) are introduced through the gas introduction hole 93.
) And argon gas (melting point: -189.2 ° C) are introduced at 5 cc / min, 10 cc / min, and 10 cc / min, respectively, and the upper electrode 91
A solidified layer 94 of these mixed gases having a thickness of about 5 mm was formed on the surface of the.

下部の接地電極95には、大きさが直径3インチのシリコ
ンウエハー基板96を配置した。
A silicon wafer substrate 96 having a diameter of 3 inches was arranged on the lower ground electrode 95.

上記の条件で、真空容器90内のガス圧力を3×10-4Torr
に保ちながら、高周波電圧を200W印加し、アルゴン放電
を10分間行つた。その後、シリコン基板上に堆積した厚
さ400nmの薄膜97をX線回折法により測定したところ、
立方晶構造をもつボロンナイトライドであることが判明
した。その硬度は、ビツカース硬度で2000であつた。
Under the above conditions, the gas pressure inside the vacuum container 90 is set to 3 × 10 -4 Torr.
While maintaining at, a high frequency voltage of 200 W was applied and an argon discharge was performed for 10 minutes. After that, when the thin film 97 having a thickness of 400 nm deposited on the silicon substrate was measured by the X-ray diffraction method,
It was found to be boron nitride having a cubic structure. Its hardness was 2000 in Vickers hardness.

本実施例では、二極の高周波スパツタ装置の電極部分に
凝縮ガス固化層を形成する方法をとつたが、本実施例
は、三極スパツタ装置やマグネトロンスパツタ装置など
他のスパツタ装置に適用することも可能である。
In the present embodiment, the method of forming the condensed gas solidified layer on the electrode part of the bipolar high frequency sputtering device is adopted, but the present embodiment is applied to other sputtering devices such as a triode sputtering device and a magnetron sputtering device. It is also possible.

(実施例 その8) 本実施例は、凝縮ガスの固化層を一様に作成するための
装置を示すものである。第9図(a)に示すごとく、真
空容器100内で、直径10cmの銅製の冷却ホルダー101を冷
却器ヘツド102に接続するとき、冷却ホルダー101表面上
の温度が中心部で−60℃、周辺部分で−40℃となるよう
に、スペーサー103をはさみ、冷却ホルダー101に近傍
に、円周上に直径が0.1mmの小穴を400個開けたガス導入
孔104を配置した。その結果、冷却時の冷却ホルダー表
面の径方向温度分布は第9図(b)に示すように、中心
部分で温度が低く、ガス導入孔104に近い周辺部で高い
ようになる。流量が2cc/分で四塩化チタンガスを導入
し、直径が10cmの銅製の冷却ホルダー101表面には、厚
さが4mmの四塩化チタンの固化層105が、第9図(c)に
示すように一様に形成され、その膜厚分布は5%以内で
あつた。
Example 8 This example shows an apparatus for uniformly forming a solidified layer of condensed gas. As shown in FIG. 9 (a), when the copper cooling holder 101 having a diameter of 10 cm is connected to the cooler head 102 in the vacuum container 100, the temperature on the surface of the cooling holder 101 is −60 ° C. at the center, and the surrounding area. The spacer 103 was sandwiched so that the temperature became −40 ° C. at a portion, and a gas introduction hole 104 having 400 small holes with a diameter of 0.1 mm was formed on the circumference in the vicinity of the cooling holder 101. As a result, the temperature distribution in the radial direction on the surface of the cooling holder during cooling is low in the central portion and high in the peripheral portion near the gas introduction hole 104, as shown in FIG. 9B. A titanium tetrachloride gas was introduced at a flow rate of 2 cc / min, and a solidified layer 105 of titanium tetrachloride having a thickness of 4 mm was formed on the surface of the copper cooling holder 101 having a diameter of 10 cm, as shown in FIG. 9 (c). Were uniformly formed, and the film thickness distribution was within 5%.

このように、冷却ホルダー表面の温度分布を、ガス導入
孔より遠い部分の方を近い部分の温度よりも、より低い
温度とするような温度制御をすることにより、いかなる
ガスに対しても均一な厚さの固化層を作成することがで
きる。
In this way, the temperature distribution on the surface of the cooling holder is controlled so that the portion farther from the gas introduction hole is lower than the temperature of the closer portion, so that the temperature distribution is uniform for any gas. A solidified layer of thickness can be created.

(実施例 その9) 第10図は、本発明において用いられる均一に薄膜を形成
するための冷却ターゲツトの構成を示したものである。
(Example 9) FIG. 10 shows the structure of a cooling target for forming a uniform thin film used in the present invention.

該図に示す如く、真空容器110内において、固化層118を
堆積させる直径8cmの冷却ターゲツト112を軸受けにより
回転できる構造とし、この回転式冷却ターゲツト112と
冷凍器ヘツド113との間は、熱伝導率の大きさな銅の細
線114を束ねたものでお互い接触させる構造とした。冷
凍器ヘツド112を−80℃に保ち、回転式冷却ターゲツト1
12を毎分1回転の早さで回転したところ、冷却ターゲツ
ト112表面の温度は−50℃になつた。
As shown in the figure, in the vacuum vessel 110, a cooling target 112 having a diameter of 8 cm for depositing the solidified layer 118 is structured to be rotatable by a bearing, and heat is conducted between the rotary cooling target 112 and the refrigerator head 113. A structure in which thin copper wires 114 having a large ratio are bundled and brought into contact with each other. Keep the refrigerator head 112 at -80 ° C and use the rotary cooling target 1
When 12 was rotated at a rate of 1 revolution per minute, the temperature of the surface of the cooling target 112 reached -50 ° C.

上記の条件で、冷却ターゲツト112外周近傍に配置した
ガス導入孔115より、四塩化チタンガスを流量0.5cc/分
で回転式冷却ターゲツト112に供給し、か、真空容器110
に取り付けたイオン源116より引き出したヘリウムイオ
ンビーム117を加速電圧1kVで回転ターゲツト112上に形
成された四塩化チタン固化層118をスパツタして、真空
容器110内におかれた大きさが直径100mmのガラス基板11
9上にチタン金属膜120を形成したところ、その膜厚のば
らつきは3%以内であつた。
Under the above conditions, the titanium tetrachloride gas is supplied to the rotary cooling target 112 at a flow rate of 0.5 cc / minute from the gas introduction hole 115 arranged near the outer periphery of the cooling target 112, or the vacuum container 110 is used.
The helium ion beam 117 extracted from the ion source 116 attached to the was sputtered on the titanium tetrachloride solidified layer 118 formed on the rotating target 112 at an accelerating voltage of 1 kV, and the size placed in the vacuum vessel 110 was 100 mm in diameter. Glass substrate 11
When the titanium metal film 120 was formed on the film 9, the variation in the film thickness was within 3%.

本実施例においては、冷却ターゲツト112が一定速度で
回転しているため、ヘリウムイオンビーム117でスパツ
タされても、固化層118は常に定常的に形成されるた
め、固化層118よりのスパツタ粒子の発生条件が時間的
に一定となり、均一な薄膜を形成することができる。
In this embodiment, since the cooling target 112 is rotating at a constant speed, even if the cooling target 112 is sputtered by the helium ion beam 117, the solidified layer 118 is always constantly formed. Generation conditions are constant over time, and a uniform thin film can be formed.

本実施例においては、冷却ターゲツト112をガス導入孔1
15,イオンビーム117に対して、回転させる方法をとつた
が、同様な効果は、冷却ターゲツト112をガス導入孔115
やイオンビーム117に対し、直線往復運動をさせるなど
の手段により、相対的に移動させることによつてもうる
ことができる。
In this embodiment, the cooling target 112 is connected to the gas introduction hole 1
Although the method of rotating the ion beam 117 is adopted, the same effect can be obtained by changing the cooling target 112 to the gas introduction hole 115.
It can also be obtained by moving the ion beam 117 relative to the ion beam 117 by means such as a linear reciprocating motion.

(実施例 その10) 第11図は大面積の基板に均一に薄膜を形成するために、
大面積の凝縮ガス固化層表面をスパツタするイオンビー
ムの照射位置を時間的に操作する方法の原理を示して構
成図である。
(Example 10) FIG. 11 shows a method for forming a thin film uniformly on a large-area substrate.
It is a block diagram which shows the principle of the method of operating the irradiation position of the ion beam which spreads the condensed gas solidification layer surface of a large area in time.

−50℃に保たれた、一辺40cm角の冷却ターゲツト126表
面上に四塩化チタンの固化層121を厚さ5mm生成し、その
表面に、イオン源127より引き出したヘリウムイオンビ
ーム122を走査電極123で電気的に2次元的に操作し、固
化層121のうち30cm角の領域を照射した。その結果、30c
m×30cm×1mmのガラス基板124上に、一様に薄膜500mmの
チタン金属膜125を形成させることができた。
A solidified layer 121 of titanium tetrachloride having a thickness of 5 mm was formed on a surface of a cooling target 126 having a side of 40 cm and kept at −50 ° C., and a helium ion beam 122 extracted from an ion source 127 was formed on the surface of the scanning electrode 123. Then, the solidified layer 121 was electrically operated two-dimensionally to irradiate a 30 cm square area of the solidified layer 121. As a result, 30c
It was possible to uniformly form the titanium metal film 125 having a thin film of 500 mm on the glass substrate 124 having an area of m × 30 cm × 1 mm.

本実施例においては、電気的方法によりイオンビームを
走査したが、機械的な方法などの手段によりイオンビー
ムの走査を行うことも可能である。又、薄膜を形成すべ
き基板を、冷却ターゲツトに対し相対的に運動させて、
大面積領域に均一な薄膜を作成することも可能である。
In the present embodiment, the ion beam is scanned by an electrical method, but it is also possible to scan the ion beam by a mechanical method or the like. Also, the substrate on which the thin film is to be formed is moved relative to the cooling target,
It is also possible to form a uniform thin film in a large area.

(実施例 その11) 第12図は六フツ化硫黄の固化層をイオンビームでスパツ
タリングしてシリコン半導体を加工するのに、本発明を
適用した場合の装置構成図を示す。
(Embodiment 11) FIG. 12 shows an apparatus configuration diagram when the present invention is applied to the processing of a silicon semiconductor by sputtering a solidified layer of sulfur hexafluoride with an ion beam.

該図に示す如く、真空容器130を真空ポンプにより1×1
0-7Torrまで真空排気したのちに、冷凍器ヘツド131を−
100℃に保持し、該冷凍器ヘツド131にガス導入孔132に
より六フツ化硫黄(融点:−50.8℃)を3cc導入し、冷
凍器ヘツド131上に六フツ化硫黄の固化層133を形成し
た。このときの固化層の大きさは、直径が40mm,厚さが
約5mmであつた。
As shown in the figure, the vacuum container 130 is set to 1 × 1 by a vacuum pump.
After evacuation to 0 -7 Torr, freezer head 131 is
The temperature was maintained at 100 ° C., 3 cc of sulfur hexafluoride (melting point: −50.8 ° C.) was introduced into the refrigerator head 131 through the gas introduction hole 132, and a solidified layer of sulfur hexafluoride 133 was formed on the refrigerator head 131. . The size of the solidified layer at this time was 40 mm in diameter and about 5 mm in thickness.

次にイオン源134にガス導入孔135によりアルゴンガスを
導入し、加速電圧1keVでアルゴンイオンビーム136を引
き出し、上記の固化層133に照射し、スパツタ粒子であ
るF,SF,SF2,SF3,SF4,SF5等のラジカル137を発生させ
た。
Next, an argon gas is introduced into the ion source 134 through the gas introduction hole 135, an argon ion beam 136 is extracted at an accelerating voltage of 1 keV, and the solidified layer 133 is irradiated with the sputter particles F, SF, SF 2 and SF 3. It was generated radicals 137 of SF 4, SF 5 or the like.

フオトレジストマスク138でパターニングされた直径が
3インチのシリコンウエハー基板139を真空容器130内に
配置し、その表面に上記スパツタラジカル13710分間照
射した。この結果、固化層133の厚みは1mmに減少すると
共に、シリコンウエハー基板135表面のフオトレジスト
マスク138で覆われていないところは、2μmの深さま
でエツチング加工された。
A silicon wafer substrate 139 having a diameter of 3 inches which was patterned by a photoresist mask 138 was placed in a vacuum container 130, and the surface thereof was irradiated with the above-mentioned spatula radical 137 for 10 minutes. As a result, the thickness of the solidified layer 133 was reduced to 1 mm, and the portion of the surface of the silicon wafer substrate 135 not covered with the photoresist mask 138 was etched to a depth of 2 μm.

本実施例においては、六フツ化硫黄ガスの固化層をイオ
ンスパツタしてシリコン半導体を加工したが、本発明に
おいてはハロゲン原子などのように被加工物と化学的に
反応するラジカル種を発生することのできる固化層を用
いれば、いかなる被化合物でも加工することができる。
In the present embodiment, the solidified layer of sulfur hexafluoride gas was ion-sputtered to process a silicon semiconductor.However, in the present invention, a radical species such as a halogen atom that chemically reacts with a workpiece is generated. Any compound to be processed can be processed by using a solidified layer that can be formed.

(実施例 その12) 第13図は、薄膜を形成するための真空容器150とは別の
場所で、四塩化チタンの固化物質を形成させ、この固化
状態の四塩化チタン物質を、薄膜を形成するための真空
容器150内に導入して、本発明の方法でチタン薄膜を形
成するための装置を示したものである。
(Example 12) FIG. 13 shows that a solidified substance of titanium tetrachloride is formed in a place different from the vacuum container 150 for forming the thin film, and the titanium tetrachloride substance in the solidified state is formed into a thin film. 1 shows an apparatus for forming a titanium thin film by the method of the present invention by introducing it into a vacuum container 150 for performing the above.

該図の如く、真空容器150は、ゲートバルブ151を介し
て、別の真空容器152と接続されている。真空容器150に
は、四塩化チタンの固化物質153を貯えるためのターゲ
ツトホルダー154と、イオン源155,チタン薄膜156を形成
すべきガラス基板157とが配置されている。
As shown in the figure, the vacuum container 150 is connected to another vacuum container 152 via a gate valve 151. In the vacuum container 150, a target holder 154 for storing a solidified substance 153 of titanium tetrachloride, an ion source 155, and a glass substrate 157 on which a titanium thin film 156 is to be formed are arranged.

真空容器152には、四塩化チタンの入つたボンベ158と、
ガスリークバルブ159,ガス導入管160,冷凍器161,固化物
質搬送ヘツド162がとりつけられている。
In the vacuum container 152, a cylinder 158 containing titanium tetrachloride,
A gas leak valve 159, a gas introduction pipe 160, a refrigerator 161, and a solidified substance conveying head 162 are attached.

真空容器152を、1×10-6Torrまで真空排気したのち
に、冷凍器161を作動させ、冷凍器ヘツドの温度を−50
℃とした。次に、ガスリークバルブ159を開け、真空容
器152内に、四塩化チタンガスを導入し、真空容器152内
の圧力を1×10-2Torrとした。30分間ののち、ガスリー
クバルブ159を閉めると、冷凍器ヘツド161上には、厚さ
が約5mmの四塩化チタンの固化物163が形成されており、
かつ、真空度は1×10-6Torrにもどつていた。
After evacuating the vacuum vessel 152 to 1 × 10 -6 Torr, the refrigerator 161 is operated to reduce the temperature of the refrigerator head to −50.
℃ was made. Next, the gas leak valve 159 was opened, titanium tetrachloride gas was introduced into the vacuum container 152, and the pressure inside the vacuum container 152 was set to 1 × 10 -2 Torr. After 30 minutes, when the gas leak valve 159 is closed, a solidified product 163 of titanium tetrachloride having a thickness of about 5 mm is formed on the refrigerator head 161.
Moreover, the degree of vacuum returned to 1 × 10 -6 Torr.

この時、ゲートバルブ151は閉じており真空容器150は、
別の真空ポンプにより1×10-9Torr迄排気しておいた。
At this time, the gate valve 151 is closed and the vacuum container 150 is
It was evacuated to 1 × 10 -9 Torr by another vacuum pump.

次に、固化物質搬送ヘツド162を用い、四塩化チタンの
固化物163の小片を約3mm削りとり、ゲートバルブ151を
開いて、上記小片を、ターゲツトホルダー154上に搬送
した。
Next, using the solidified substance conveying head 162, a small piece of the solidified substance 163 of titanium tetrachloride was scraped off by about 3 mm, the gate valve 151 was opened, and the small piece was conveyed onto the target holder 154.

固化物質搬送ヘツド162を真空容器152内に戻し、ゲート
バルブ151を閉じ、再び、同じように、冷凍器ヘツド161
上に四塩化チタンの固化物質を形成させた。そして、上
記の操作を10回くり返し、この四塩化チタンの固化物質
の小片をターゲツトホルダー154上に10個堆積させた。
The solidified material conveying head 162 is returned into the vacuum container 152, the gate valve 151 is closed, and the freezing head 161 is again closed in the same manner.
A solidified material of titanium tetrachloride was formed on top. Then, the above operation was repeated 10 times to deposit 10 small pieces of the solidified substance of titanium tetrachloride on the target holder 154.

実施例その1に示したものと同様な方法により、真空容
器150内にアルゴンガスを導入し、イオン源155より発生
した、加速エネルギー3keVのアルゴンイオンビームで、
四塩化チタンの固化物質をスパツタして、ガラス基板15
7上に、厚さ0.6μmのチタン薄膜156を得ることができ
た。
By a method similar to that described in Example 1, argon gas was introduced into the vacuum container 150, and an argon ion beam with an acceleration energy of 3 keV generated from the ion source 155 was used.
The glass substrate 15 is sputtered with the solidified substance of titanium tetrachloride.
It was possible to obtain a titanium thin film 156 having a thickness of 0.6 μm on 7.

この方法によれば、真空容器150内には、固化状態とな
つた四塩化チタンが導入されるのみで、真空容器150内
の壁面に四塩化チタンガスが吸着することが少なく、真
空容器150内の真空度は、常に低く保つことができる。
したがつて、真空容器150を常に清浄に保つことがで
き、そのため形成される膜質が向上するという特徴をも
つ。また、真空容器150の寿命も長い。
According to this method, only titanium tetrachloride in a solidified state is introduced into the vacuum container 150, and titanium tetrachloride gas is less likely to be adsorbed on the wall surface of the vacuum container 150. The degree of vacuum can always be kept low.
Therefore, the vacuum container 150 can be always kept clean, and the quality of the formed film is improved. Further, the life of the vacuum container 150 is long.

(実施例 その13) 第14図は、原料物質を冷凍器により冷却して、フアンデ
アワールス力で結合した状態の物質を作る時、冷凍器の
温度を段階的に下げ、あらかじめ、真空容器内に残存す
るガスのうち、膜中にとり込みたくない成分を、第1の
冷却過程でまず固化させ、そのうちに、原料物質を冷凍
器ヘツドに導入して、原料ガスの固化層を作るための装
置構成を、第15図はその時の冷凍器ヘツドの温度変化を
示したものである。
(Example 13) FIG. 14 shows that when a raw material is cooled by a freezer to form a material in a state where it is bound by a Van der Waals force, the temperature of the freezer is lowered step by step, A device for forming a solidified layer of the raw material gas by first solidifying, in the first cooling process, components of the gas remaining in the film which are not desired to be taken into the film, and then introducing the raw material into the refrigerator head. FIG. 15 shows the constitution, and the temperature change of the refrigerator head at that time.

該図に示す実施例の原料物質としては、実施例1と同じ
く融点が−25℃の四塩化チタンをえらんだ。
As the raw material of the example shown in the figure, titanium tetrachloride having a melting point of -25 ° C was selected as in Example 1.

第14図に示すように、真空容器170において、ガスヘリ
ウムの断熱膨張現象を利用した冷凍能力5Wのガスヘリウ
ム冷凍器17の冷凍器ヘツド172に、0.2mmφのエナメル線
のヒーター173をつないだ。ヒーター173はヒーターコン
トロール電源174により通電され、冷凍器ヘツド172を加
熱する構造とした。この冷凍器ヘツド172には、クロメ
ル・アルメル線を用いて熱電対175をとりつけ、その起
電力をもとにして、ヒーターコントロール電極174の出
力パワーを制御し、一定の冷凍器出力との差で、冷凍器
ヘツド172の温度を制御する。
As shown in FIG. 14, in a vacuum container 170, a 0.2 mmφ enamel wire heater 173 was connected to a refrigerator head 172 of a gas helium refrigerator 17 having a refrigerating capacity of 5 W utilizing the adiabatic expansion phenomenon of gas helium. The heater 173 is energized by a heater control power supply 174 to heat the refrigerator head 172. A thermocouple 175 is attached to the refrigerator head 172 using a chromel-alumel wire, and the output power of the heater control electrode 174 is controlled based on the electromotive force of the thermocouple 175, and the difference with a constant refrigerator output is set. , Control the temperature of the refrigerator head 172.

次に、その具体的な方法について説明する。Next, the specific method will be described.

まず、真空容器170内において、冷凍器171を働かせると
ともに、ヒーター173に0.2Aの電流を通電し、冷凍器ヘ
ツド172の温度を第15図に示すように、常温(25℃)よ
り10分間で−10℃まで変化させ、−10℃の状態で1時間
保持した。
First, in the vacuum container 170, the refrigerator 171 is operated, a current of 0.2 A is applied to the heater 173, and the temperature of the refrigerator head 172 is kept at room temperature (25 ° C) for 10 minutes as shown in Fig. 15. The temperature was changed to −10 ° C. and kept at −10 ° C. for 1 hour.

その間、冷凍器ヘツド172の表面には、真空容器170内に
残存する水などの残留ガス成分が吸着,凍りつき、第16
図に示すように、第1の固化層176を作つた。
In the meantime, residual gas components such as water remaining in the vacuum container 170 are adsorbed and frozen on the surface of the refrigerator head 172.
As shown, a first solidified layer 176 was created.

次に、冷凍器出力を同じ状態で、ヒーター通電電流を0.
1Aに下げ、冷凍器ヘツド172の温度を、第15図に示すよ
うに、10分ののちに−10℃より−50℃に低下させた。そ
の後、−50℃に保ちながら、ガス導入孔177より、四塩
化チタンガスを毎分2ccの割合で30分間導入し、第1の
固化層176の周囲に、平均厚さ8mmの四塩化チタンの固化
層178を形成した。
Next, with the refrigerator output in the same state, set the heater energization current to 0.
The temperature of the refrigerator head 172 was lowered to -50 ° C from -10 ° C after 10 minutes, as shown in Fig. 15. Thereafter, while maintaining the temperature at −50 ° C., titanium tetrachloride gas was introduced through the gas introduction hole 177 at a rate of 2 cc / min for 30 minutes, and titanium tetrachloride having an average thickness of 8 mm was formed around the first solidified layer 176. A solidified layer 178 was formed.

このように形成した四塩化チタンの固化層178のみをス
パツタリングするように、加速エネルギー3keVのアルゴ
ンイオンビーム179を10分間照射して基板180上に、実施
例1と同じ要領で、厚さ500nmの金属チタン膜181を形成
した。
The substrate 180 was irradiated with an argon ion beam 179 with an acceleration energy of 3 keV for 10 minutes so that only the solidified layer 178 of titanium tetrachloride formed in this way was sputtered. A metallic titanium film 181 was formed.

その結果、形成された金属チタン膜の光反射率は、実施
例1の場合にくらべ、10%も大きかつた。又、本実施例
のごとく、原料物質を導入する前に、冷凍器ヘツド173
の温度、あるいは真空容器170内に、冷却パネルをもう
け、それらの温度を、真空容器170内の水などの残留ガ
ス成分を吸着,トラツプすることにより、これらの不純
物ガスの混入の少ない薄膜を形成することができる。
As a result, the light reflectance of the formed titanium metal film was as high as 10% as compared with the case of Example 1. In addition, as in this example, before introducing the raw material, the refrigerator head 173
Temperature, or by placing a cooling panel in the vacuum container 170 and adsorbing and trapping residual gas components such as water in the vacuum container 170 at those temperatures, a thin film containing less of these impurity gases is formed. can do.

(実施例 その14) 第17図は、固化物質から蒸発したガスを、吸着,トラツ
プするための冷却パネルを真空容器内に備え、高品質の
薄膜の形成を容易とする薄膜形成装置の概略を示す。
(Embodiment 14) FIG. 17 is a schematic view of a thin film forming apparatus for facilitating the formation of a high quality thin film by providing a cooling panel in the vacuum container for adsorbing and trapping the gas evaporated from the solidified substance. Show.

該図において、真空容器190内には、冷凍器ヘツド191,
イオン源192,加熱機構付基板193、及びガス導入孔194を
備えている。
In the figure, in the vacuum container 190, a refrigerator head 191,
An ion source 192, a substrate 193 with a heating mechanism, and a gas introduction hole 194 are provided.

そして、これらの周囲には、液体窒素195を入れた冷却
トラツプ196を配置し、その温度を80Kとした。
A cooling trap 196 containing liquid nitrogen 195 was placed around these, and the temperature was set to 80K.

その結果、第18図に詳細に示すように、原料ガス(四塩
化チタンなど)の固化凝結層197は、イオンビーム198の
照射により、四方八方にスパツタ粒子199や、蒸発粒子2
00を発生させる。このうち、基板193に到達しない粒子
は、冷却トラツプ196の表面に再び凝結、固化してとら
えられ、再び基板193に到達することはない。
As a result, as shown in detail in FIG. 18, the solidified condensation layer 197 of the source gas (titanium tetrachloride, etc.) is irradiated with the ion beam 198, and the spatter particles 199 and the evaporated particles 2 are spread in all directions.
Generate 00. Of these, particles that do not reach the substrate 193 are re-condensed and solidified on the surface of the cooling trap 196, and are captured, and do not reach the substrate 193 again.

この冷却トラツプ196のトラツプ作用のおかげで、基板1
93の表面には、一度、真空容器190内壁などで反射した
粒子が再び到達することは極端に抑制することができ、
基板193上に形成した膜質の制御が容易となつた。
Thanks to the trap action of this cooling trap 196, the substrate 1
It is possible to extremely suppress the particles once reflected on the inner wall of the vacuum container 190 from reaching the surface of 93 again.
The quality of the film formed on the substrate 193 was easily controlled.

(実施例 その15) 第19図は、真空容器210内に、冷凍器ヘツド211,212、ガ
ス導入孔213,214、イオン源215,216を各々2個ずつ備
え、基板217上に多層薄膜を形成する装置の例を示す。
(Example 15) FIG. 19 shows an example of an apparatus for forming a multilayer thin film on a substrate 217, in which two refrigerator heads 211 and 212, two gas introduction holes 213 and 214, and two ion sources 215 and 216 are provided in a vacuum container 210. Show.

該図において冷凍器ヘツド211,212の温度を、各々四塩
化シリコン(SiCl4),四塩化ゲルマニウム(GeCl4)の
融点以下の−100℃に冷却し、ガス導入孔213,214より、
上記ガスを独立に導入し、それぞれ、四塩化シリコン,
四塩化ゲルマニウムの固化層218,219を作成した。
In the figure, the temperatures of the refrigerator heads 211 and 212 are cooled to −100 ° C. below the melting points of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and germanium tetrachloride (GeCl 4 ), respectively, through the gas introduction holes 213 and 214.
Introducing the above gases independently, silicon tetrachloride,
Solidified layers 218 and 219 of germanium tetrachloride were prepared.

そして、第20図(a),(b)に示すように、イオン源
215,216の動作時間を変化させ、交互に10秒間ずつ、Ar
(アルゴン)イオンビームを、各々、固化層218,219に
照射して、固化層218,219のスパツタリングを、間欠的
におこなつた。
Then, as shown in FIGS. 20 (a) and 20 (b), the ion source
The operating time of 215, 216 is changed, and alternately for 10 seconds each, Ar
The solidified layers 218 and 219 were respectively irradiated with (argon) ion beams, and the solidified layers 218 and 219 were intermittently sputtered.

この結果、基板217上には、シリコンを含んだスパツタ
粒子220と、ゲルマニウムを含んだスパツタ粒子221とが
交互にふりつもることとなり、200℃に加熱されたガラ
ス基板217の上には、膜厚が5nmのSiとGeの極薄積層薄膜
が形成された。
As a result, on the substrate 217, the spatter particles 220 containing silicon and the spatter particles 221 containing germanium are alternately swung, and the film thickness is on the glass substrate 217 heated to 200 ° C. An ultrathin laminated thin film of 5 nm of Si and Ge was formed.

この場合、2個のイオン源215,216を交互に点火させた
が、イオン源215,216の動作は連続的にしておいて、イ
オンビーム引き出し電圧のみをパルス的に制御する方法
でもよい。
In this case, the two ion sources 215 and 216 are alternately ignited, but the ion sources 215 and 216 may be operated continuously and only the ion beam extraction voltage may be controlled in a pulsed manner.

また、第21図に示すように、1台のイオン源225より引
き出したイオンビーム226を、電磁的走査部227の切り換
えで、固化層218,219へ照射する時間を時間的に変化さ
せるのも有効である。
Further, as shown in FIG. 21, it is effective to change the time for irradiating the solidified layers 218 and 219 with the ion beam 226 extracted from one ion source 225 by switching the electromagnetic scanning unit 227. is there.

又、第22図(a),(b)に示すように、イオン源215
と216のタイミングを一部分重複させることにより、Si
−SixGe1_x−Ge−GexSi1_x−Si(0≦x≦1)のよう
に、組成を連続的に制御することも容易である。
Further, as shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b), the ion source 215
By partially overlapping the timing of 216 and 216,
As a -Si x Ge 1_x -Ge-Ge x Si 1_x -Si (0 ≦ x ≦ 1), it is easy to continuously control the composition.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した本発明によれば、真空中でフアンデアワー
ルス力、あるいは水素結合力で原子、または原子が結合
してできた物質からなるスパツタリング用ターゲツトに
イオンビームや電子ビーム,プラズマ等の粒子線を照射
して該ターゲツトのスパツタリングを起こさせ、発生し
たスパツタ粒子を空間中に飛行させ、基板に照射するこ
とによつて基板上に所望の薄膜を形成するのであるか
ら、フアンデアワールス力や水素結合力という弱い結合
エネルギーで結合した凝縮ガスの物質をイオンやプラズ
マなどで高速にスパツタして分解・飛散させることがで
きるので、高速で高純度,高品質の成膜を行うのに効果
がある。
According to the present invention described above, a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or a plasma is applied to a sputtering target that is made of an atom or a substance formed by combining atoms by a Van der Waals force or a hydrogen bonding force in a vacuum. Is irradiated to cause the target to be sputtered, the generated spatter particles are allowed to fly in space, and a desired thin film is formed on the substrate by irradiating the substrate, so that the Van der Waals force or hydrogen is applied. Condensed gas substances bound with weak binding energy called binding force can be decomposed and scattered at high speed by ions or plasma, which is effective for high-speed, high-purity, high-quality film formation. .

更に、上述の如くの物質から成るターゲツトをスパツタ
することで発生するスパツタ粒子を基板に照射すること
によつて、金属,誘電体,有機物,半導体などを所望の
基板を効率的に加工することができる効果もある。
Further, by irradiating the substrate with the sputtering particles generated by sputtering the target made of the substances as described above, it is possible to efficiently process a desired substrate such as a metal, a dielectric, an organic substance or a semiconductor. There is also an effect that can be done.

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

第1図は金属チタン薄膜を形成するのに本発明を適用し
た場合の装置構成を示す図、第2図はチタンシリサイド
を作成するのに本発明を適用した場合の装置構成を示す
図、第3図はタングステンとカーボンの極薄多層薄膜を
作成するのに、本発明を適用した場合の装置構成を示す
図、第4図は形成されたタングステンとカーボンの極薄
多層薄膜の断面図、第5図は成膜反応増速用の基板への
イオン照射装置をとりつけた装置構成を示す図、第6図
は本発明を分子線蒸着法と組み合わせたときの装置構成
を示す図、第7図は本発明をクラスターイオンビーム蒸
着法と組み合わせたときの装置構成を示す図、第8図は
本発明を高周波2極スパツタ蒸着法と組み合わせたとき
の装置構成を示す図、第9図(a)は均一な成膜を行う
ための、冷却ターゲツト部分の装置構成を示す図、第9
図(b)はその冷却ターゲツトの径方向温度分布を示す
特性図、第9図(c)は冷却ターゲツト近傍の詳細を示
す断面図、第10図は均一な成膜を行うための冷却ターゲ
ツト部分の装置構成を示す図、第11図は大面積の基板に
均一な成膜を行うための、冷却ターゲツトスパツタ法の
原理図、第12図はシリコン半導体をエツチング加工する
ために本発明を適用したときの装置構成を示す図、第13
図は薄膜を形成する容器とは別の場所で固化物質を形成
し、これを容器内に導入して薄膜を形成する場合に適用
した場合の装置構成を示す図、第14図はフアンデアワー
ルス力で結合した状態の物質を作る時、容器内に残存す
るガスのうち、膜中にとり込みたくない成分をまず固化
させ、その後に、原料ガスの固化層を作る場合の装置構
成を示す図、第15図はその時の冷凍器ヘツドの温度変化
を示した特性図、第16図は第14図の冷凍器ヘツド上の固
化層の詳細を示す図、第17図は固化物質から蒸発したガ
スを吸着・トラツプするための冷却パネルを真空容器内
に設けた装置構成を示す図、第18図は第17図の冷凍器ヘ
ツド部分の詳細を示す図、第19図は多層薄膜を形成する
装置構成を示す図、第20図(a),(b)は、それぞれ
異なるイオン源の動作タイミングを示す図、第21図はイ
オンビームを電磁的走査部の切り換えで固化層へ照射す
る時間を変化させた例を示す装置構成図、第22図
(a),(b)はそれぞれ異なるイオン源の動作タイミ
ングの他の例を示す図である。 7,20,30,51,61,80,90,100,110,130……真空容器、8,10,
119,124……ガラス基板、9,21,102,113,131……冷凍器
ヘツド、11……基板ホルダー、12,25,35,36,50,57,65,8
3,116,127,134……イオン源、13……四塩化チタンの固
化層、14,29,38,56,70……基板加熱ヒータ、15……イオ
ン源用ガス導入孔、16,58,136……アルゴンイオンビー
ム、17,19,74,97……薄膜、22,23,26,33,34,53,63,93,1
04,115,132,135……ガス導入孔、24,54,82,94,111,121,
133……固化層、27,41,42……ネオンイオンビーム、28,
37……シリコンウエハー、31,32,52,62,81……冷却ヘツ
ド、39……CF4固化層、40……WF6固化層、43……多層
膜、44……カーボン膜、45……タングステン膜、55,86
……基板、59……反応中間生成物、60……シリコン膜、
64……窒素の固化層、66……ヘリウムガス、67……スパ
ツタ窒素粒子、68……電子ビーム蒸発源、69……鉄蒸
気、71……GaAs結晶基板、72,73……シヤツタ、84,117,
122……ヘリウムイオンビーム、85……スパツタ粒子、8
7……クラスターイオン発生部、88……金のクラスター
イオン、89……有機薄膜、91……上部電極、92……冷凍
器、95……接地電極、96,139……シリコンウエハー基
板、101……冷却ホルダー、103……スペーサー、112,12
6……冷却ターゲツト、114……銅の細線、118……四塩
化チタン固化層、120,125……チタン金属膜、123……走
査電極、137……ラジカル、138……フオトレジストマス
ク。
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration when the present invention is applied to form a metal titanium thin film, and FIG. 2 is a diagram showing an apparatus configuration when the present invention is applied to create titanium silicide. FIG. 3 is a diagram showing an apparatus configuration when the present invention is applied to produce an ultrathin multilayer thin film of tungsten and carbon, and FIG. 4 is a sectional view of the formed ultrathin multilayer thin film of tungsten and carbon. FIG. 5 is a diagram showing an apparatus configuration in which an ion irradiation apparatus is attached to a substrate for accelerating a film formation reaction, and FIG. 6 is a diagram showing an apparatus configuration when the present invention is combined with a molecular beam vapor deposition method. Is a diagram showing an apparatus configuration when the present invention is combined with a cluster ion beam vapor deposition method, FIG. 8 is a diagram showing an apparatus configuration when the present invention is combined with a high frequency bipolar electrode sputtering vapor deposition method, and FIG. 9 (a). Is a cooling device for uniform film formation. Shows a device configuration of bracts portion, 9
FIG. 9 (b) is a characteristic diagram showing the radial temperature distribution of the cooling target, FIG. 9 (c) is a sectional view showing details of the vicinity of the cooling target, and FIG. 10 is a cooling target portion for performing uniform film formation. FIG. 11 is a diagram showing the apparatus configuration, FIG. 11 is a principle diagram of a cooling target sputtering method for forming a uniform film on a large-area substrate, and FIG. 12 is the present invention applied for etching a silicon semiconductor. Showing the device configuration when
The figure shows the apparatus configuration when the solidified substance is formed in a place different from the container for forming the thin film, and this is introduced into the container to form the thin film, and Fig. 14 is the Van der Waals. When making a substance in a state of being bound by force, of the gas remaining in the container, the components that do not want to be taken into the film are first solidified, and then a diagram showing the device configuration when forming a solidified layer of the raw material gas, FIG. 15 is a characteristic diagram showing the temperature change of the refrigerator head at that time, FIG. 16 is a diagram showing details of the solidified layer on the refrigerator head of FIG. 14, and FIG. 17 is a diagram showing gas evaporated from the solidified substance. FIG. 18 is a diagram showing a device configuration in which a cooling panel for adsorbing and trapping is provided in a vacuum container, FIG. 18 is a diagram showing details of a refrigerator head portion in FIG. 17, and FIG. 19 is a device configuration for forming a multilayer thin film. Figures 20 (a) and 20 (b) show the operating time of different ion sources. FIG. 21 is a diagram showing the structure of an apparatus in which the time for irradiating the solidified layer with the ion beam is changed by switching the electromagnetic scanning section, and FIGS. 22 (a) and 22 (b) show different ions. It is a figure which shows the other example of the operation timing of a source. 7,20,30,51,61,80,90,100,110,130 …… Vacuum container, 8,10,
119,124 …… Glass substrate, 9,21,102,113,131 …… Refrigerator head, 11 …… Substrate holder, 12,25,35,36,50,57,65,8
3,116,127,134 …… Ion source, 13 …… Solidified layer of titanium tetrachloride, 14,29,38,56,70 …… Substrate heating heater, 15 …… Ion source gas introduction hole, 16,58,136 …… Argon ion beam, 17,19,74,97 …… Thin film, 22,23,26,33,34,53,63,93,1
04,115,132,135 …… Gas inlet, 24,54,82,94,111,121,
133 …… Solidified layer, 27, 41, 42 …… Neon ion beam, 28,
37 …… Silicon wafer, 31,32,52,62,81 …… Cooling head, 39 …… CF 4 solidified layer, 40 …… WF 6 solidified layer, 43 …… Multilayer film, 44 …… Carbon film, 45… … Tungsten film, 55,86
…… Substrate, 59 …… Reaction intermediate product, 60 …… Silicon film,
64 …… Nitrogen solidified layer, 66 …… Helium gas, 67 …… Spatter nitrogen particles, 68 …… Electron beam evaporation source, 69 …… Iron vapor, 71 …… GaAs crystal substrate, 72, 73 …… Shatter, 84, 117 ,
122 …… Helium ion beam, 85 …… Spatter particles, 8
7 …… Cluster ion generator, 88 …… Gold cluster ions, 89 …… Organic thin film, 91 …… Upper electrode, 92 …… Refrigerator, 95 …… Ground electrode, 96,139 …… Silicon wafer substrate, 101 …… Cooling holder, 103 …… Spacer, 112,12
6 ... Cooling target, 114 ... Copper wire, 118 ... Titanium tetrachloride solidified layer, 120, 125 ... Titanium metal film, 123 ... Scan electrode, 137 ... Radical, 138 ... Photoresist mask.

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フアンデアワールス力、あるいは水素結合
力で結合した原子、あるいは分子からなる原料物質にイ
オンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒子
線を照射して、前記原料物質からスパツタ作用により発
生した粒子を基板に照射し、該基板に前記原料物質の少
なくとも一部を構成要素とする薄膜を形成することを特
徴とする薄膜形成方法。
1. A raw material consisting of atoms or molecules bonded by the Van der Waals force or hydrogen bonding force is irradiated with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, and the raw material is subjected to a spatula action. A method for forming a thin film, which comprises irradiating a substrate with generated particles to form a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element on the substrate.
【請求項2】常温常圧下で液体、あるいは気体状の薄膜
原料物質の融点以下の温度に保持されたターゲツト上に
前記原料物質を吸着、あるいは吸蔵させることにより、
該フアンデアワールス力、あるいは水素結合力で結合し
た状態を作りだし、このターゲツトのフアンデアワール
ス力結合、あるいは水素結合力状態物質にイオンビーム
や電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射し
てスパツタし、このスパツタすることで発生するスパツ
タ粒子を基板上に照射し、該基板に薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
2. A raw material is adsorbed or occluded on a target which is kept at a temperature below the melting point of a liquid or gaseous thin film raw material under normal temperature and pressure,
The state is created by the Van der Waals force or the hydrogen bonding force, and the target is subjected to the van der Waals force bonding or the hydrogen bonding force state substance by irradiating an ion beam, an electron beam, or a particle beam such as plasma to a spatula. Then, a thin film forming method is characterized in that the substrate is irradiated with spatter particles generated by this sputtering to form a thin film on the substrate.
【請求項3】前記スパツタ作用により発生した粒子の少
なくとも一部を空間中で電子衝撃、又はレーザ光照射手
段によりイオン化し、このイオンを少なくとも一部含め
るか、又は前記スパツタ粒子との両者を基板に照射して
薄膜を形成することを特徴とする請求項1、又は2記載
の薄膜形成方法。
3. At least a part of the particles generated by the sputtering effect is ionized in space by electron bombardment or laser light irradiation means, and at least a part of the ions is included, or both the particles and the sputtering particles are included in the substrate. The thin film forming method according to claim 1 or 2, wherein the thin film is formed by irradiating the film.
【請求項4】薄膜原料物質となるガス、あるいは液体状
物質を融点以下の温度に保持されたターゲツトに接触さ
せ、該ターゲツト上に原料物質のフアンデアワールス力
結合層を形成し、該フアンデアワールス力結合層からな
る原料物質をイオンビームでスパツタし、このスパツタ
することで発生するスパツタ粒子を表面状態が制御可能
な基板に照射して前記原料物質の少なくとも一部を構成
要素とする薄膜を基板上に形成することを特徴とする薄
膜形成方法。
4. A thin film raw material gas or liquid material is brought into contact with a target kept at a temperature below the melting point to form a van der Waals force coupling layer of the raw material on the target. A raw material consisting of a wars force coupling layer is sputtered with an ion beam, and a sputtering target particle generated by this spattering is applied to a substrate whose surface state is controllable to form a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element. A method for forming a thin film, which comprises forming on a substrate.
【請求項5】薄膜原料物質となる常温,常圧下で気体、
あるいは液体状物質を真空中に導入し、該真空中で原料
物質の融点以下に冷却されたターゲツト表面に接触,吸
着させて前記原料物質を固化させ、この固化された原料
物質をイオンビームでスパツタし、スパツタすることで
発生するスパツタ粒子を基板に照射して前記原料物質の
少なくとも一部を構成要素とする薄膜を基板上に形成す
ることを特徴とする薄膜形成方法。
5. A thin film raw material, which is a gas at room temperature and atmospheric pressure,
Alternatively, a liquid substance is introduced into a vacuum, and the target substance is solidified by contacting and adsorbing it on the surface of the target that is cooled to a temperature below the melting point of the source substance in the vacuum, and the solidified source substance is ion beam-sputtered. Then, the substrate is irradiated with the sputtering particles generated by the sputtering to form a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element on the substrate.
【請求項6】薄膜原料物質となる常温,常圧下で気体、
あるいは液体状物質を、薄膜を形成するための真空容器
とは別の場所で予め該物質の融点以下に冷却して固化さ
せ、該固化物質を真空中に導入し、この真空中に導入さ
れた固化物質をイオンビームでスパツタし、このスパツ
タすることで発生するスパツタ粒子を基板に照射して前
記原料物質の少なくとも一部を構成要素とする薄膜を基
板上に形成することを特徴とする薄膜形成方法。
6. A thin film raw material, which is a gas at room temperature and atmospheric pressure,
Alternatively, the liquid substance is solidified by previously cooling it to a temperature not higher than the melting point of the substance in a place different from the vacuum container for forming the thin film, introducing the solidified substance into a vacuum, and introducing into the vacuum. Thin film formation, characterized in that a solidified substance is sputtered with an ion beam, and the substrate is irradiated with spatter particles generated by the spattering to form a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element on the substrate. Method.
【請求項7】薄膜原料物質となる常温,常圧下で気体、
あるいは液体物質を少なくとも2種類真空中に導入し、
該真空中に導入された原料物質のいずれの融点よりも低
い温度に保たれた冷却ターゲツトの表面に前記原料物質
を接触させて少なくとも2種類の原料物質の混合した固
化層を形成し、該固定層にイオンビームや電子ビーム、
あるいはプラズマなどの粒子線を照射してスパツタし、
このスパツタ粒子を基板に照射して薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
7. A thin film raw material, which is a gas under normal temperature and pressure,
Or at least two kinds of liquid substances are introduced into a vacuum,
The solidified layer in which at least two kinds of raw materials are mixed is formed by bringing the raw materials into contact with the surface of the cooling target, which is kept at a temperature lower than any melting point of the raw materials introduced into the vacuum, and the fixing is performed. Ion beam or electron beam,
Or irradiate a particle beam such as plasma to spatter,
A method of forming a thin film, which comprises irradiating a substrate with the sputtering particles to form a thin film.
【請求項8】フアンデアワールス力、あるいは水素結合
力で結合した原子、あるいは分子からなる原子物質にイ
オンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒子
線を照射して、前記原料物質からスパツタ作用により発
生するスパツタ粒子発生部分を少なくとも2個所有し、
これら少なくとも2個所にスパツタ粒子を発生させるス
パツタリングを行う時間を同時、あるいは間欠的に制御
して、基板上に多元の物質からなる薄膜、あるいは多層
の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
8. An atomic substance composed of atoms or molecules bound by the Van der Waals force or hydrogen bonding force is irradiated with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, and the starting substance is subjected to a sputtering action. Own at least two spatter particles that generate,
A thin film forming method characterized in that a thin film made of multiple substances or a multi-layer thin film is formed on a substrate by simultaneously or intermittently controlling the time for performing the spattering for generating the spatter particles at at least two places. .
【請求項9】薄膜原料物質となるガス、あるいは液体状
物質を融点以下の温度に保持されたターゲツトに接触さ
せ、該ターゲツト上に原料物質のフアンデアワールス力
結合層を形成し、該フアンデアワールス力結合層からな
る原料物質をイオンビームでスパツタし、このスパツタ
することで発生するスパツタ粒子発生部分を少なくとも
2個所有し、これら少なくとも2個所にスパツタ粒子を
発生させるスパツタリングを行う時間を同時、あるいは
間欠的に制御して、基板上に多元の物質からなる薄膜、
あるいは多層の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形
成方法。
9. A thin film raw material gas or liquid material is brought into contact with a target kept at a temperature below the melting point to form a van der Waals force coupling layer of the raw material on the target. The raw material consisting of the Wars force coupling layer is sputtered with an ion beam, and at least two spatter particle generation portions generated by this spatter are owned, and the time for performing the spattering for generating the spatter particles at these at least two places is performed at the same time. Alternatively, by intermittently controlling, a thin film made of multiple substances on the substrate,
Alternatively, a thin film forming method characterized by forming a multilayer thin film.
【請求項10】薄膜原料物質となる常温,常圧下で気
体、あるいは液体状物質を真空中に導入し、該真空中で
原料物質の融点以下に冷却されたターゲツト表面に接触
・吸着させて前記原料物質を固化させ、この固化された
原料物質をイオンビームでスパツタし、スパツタするこ
とで発生するスパツタ粒子発生部分を少なくとも2個所
有し、これら少なくとも2個所にスパツタ粒子を発生さ
せるスパツタリングを行う時間を同時、あるいは間欠的
に制御して、基板上に多元の物質からなる薄膜、あるい
は多層の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方
法。
10. A thin-film raw material, which is a gas or liquid substance introduced into a vacuum at room temperature and atmospheric pressure, and is brought into contact with and adsorbed on a target surface cooled to a temperature not higher than the melting point of the raw material in the vacuum. Time to carry out spattering in which the raw material is solidified, the solidified raw material is sputtered with an ion beam, and there are at least two parts for generating spatter particles generated by the spattering, and the spatter particles are generated at these at least two places. A thin film forming method comprising simultaneously or intermittently controlling the above to form a thin film or a multi-layered thin film made of a multiplicity of substances on a substrate.
【請求項11】前記ターゲツト表面における真空中に導
入する導入孔より距離が離れている部分の温度を、距離
が近い部分の温度よりも、より低くするような温度制御
を行い、該ターゲツト表面に均一な厚さで原料物質のフ
アンデアワールス力結合層、あるいは固化層を形成する
ことを特徴とする請求項2,4、又は5記載の薄膜形成方
法。
11. The target surface is subjected to temperature control so that the temperature of a portion of the target surface, which is distant from the introduction hole introduced into the vacuum, is lower than the temperature of a portion of which the distance is short. 6. The thin film forming method according to claim 2, 4, or 5, wherein the van der Waals force coupling layer or the solidified layer of the raw material is formed with a uniform thickness.
【請求項12】前記基板を加熱、あるいは該基板表面に
他のイオンビーム,電子ビーム,ラジカル,光などの励
起ビームを照射し、これにより前記基板表面での薄膜形
成過程を増速することを特徴とする請求項1,2,4,5,6、
又は7記載の薄膜形成方法。
12. A method of heating the substrate, or irradiating the substrate surface with another excitation beam such as an ion beam, an electron beam, a radical or light, thereby accelerating the thin film forming process on the substrate surface. Claims 1, 2, 4, 5, 6 characterized
Or the thin film forming method described in 7.
【請求項13】原料物質のフアンデアワールス力結合
層、あるいは固化層にレーザ光を照射し、このレーザ光
が照射された部分の前記結合層、あるいは固化層を部分
的に蒸発させて外形形状を整形制御することを特徴とす
る請求項1,2,4,5,6,7,8,9、又は10記載の薄膜形成方
法。
13. A van der Waals force coupling layer or a solidified layer of a raw material is irradiated with laser light, and the binding layer or the solidified layer in a portion irradiated with the laser light is partially evaporated to have an outer shape. 11. The thin film forming method according to claim 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10, wherein the shaping is controlled.
【請求項14】フアンデアワールス力で結合した原子、
あるいは分子からなる物質にイオンビームや電子ビー
ム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射して、前記物
質からスパツタ作用により発生したスパツタ粒子を金
属,誘電体,有機物,半導体などの基板材料に照射して
該基板の加工を行うことを特徴とする加工方法。
14. An atom bonded by a Van der Waals force,
Alternatively, a substance composed of molecules is irradiated with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, and the sputtering material generated by the sputtering effect from the substance is irradiated onto a substrate material such as a metal, a dielectric, an organic substance, or a semiconductor. A processing method comprising processing the substrate.
【請求項15】ガス、あるいは液体状物質を融点以下の
温度に保持されたターゲツトに接触させ、該ターゲツト
上にガス、あるいは液体状物質のフアンデアワールス力
結合層を形成し、該フアンデアワールス力結合層からな
る物質にイオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマ
などの粒子線を照射して、前記フアンデアワールス力結
合層からスパツタ作用により発生したスパツタ粒子を金
属,誘電体,有機物,半導体などの基板材料に照射して
該基板の加工を行うことを特徴とする加工方法。
15. A gas or liquid substance is brought into contact with a target that is maintained at a temperature below its melting point, and a Juan der Waals force coupling layer of the gas or liquid substance is formed on the target. By irradiating a substance composed of a force coupling layer with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, the spatula particles generated by the spattering action from the Van der Waals force coupling layer are separated into metal, dielectric, organic, semiconductor, etc. A processing method comprising irradiating a substrate material to process the substrate.
【請求項16】常温,常圧下で気体、あるいは液体状物
質を真空中に導入し、該真空中で前記物質の融点以下に
冷却されたターゲツト表面に接触,吸着させて前記物質
を固化させ、この固化された物質をイオンビームや電子
ビーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射して、前
記固化層からスパツタ作用により発生したスパツタ粒子
を金属,誘電体,有機物,半導体などの基板材料に照射
して該基板の加工を行うことを特徴とする加工方法。
16. A gas or liquid substance is introduced into a vacuum at room temperature and a normal pressure, and the substance is solidified by contacting and adsorbing on a target surface cooled to a temperature below the melting point of the substance in the vacuum, This solidified substance is irradiated with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, and the spatter particles generated by the spattering action from the solidified layer are irradiated onto a substrate material such as a metal, a dielectric, an organic substance, or a semiconductor. A processing method comprising: processing the substrate.
【請求項17】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となるガス、あるいは液体状物質を導入する原料物質
導入手段と、該原料物質導入手段により導入されたガ
ス、あるいは液体状物質の融点以下に温度が保持され、
表面上に前記導入物質のフアンデアワールス力結合層を
形成するターゲツトと、該ターゲツトのフアンデアワー
ルス力結合層にイオンビームや電子ビーム、あるいはプ
ラズマなどの粒子線を照射してスパツタする粒子線源
と、該粒子線源からの粒子線が照射されてスパツタされ
ることで発生するスパツタ粒子が照射され、表面上に前
記原料物質の少なくとも一部を構成要素とする薄膜が形
成される基板とを備えていることを特徴とする薄膜形成
装置。
17. A vacuum container, a raw material substance introducing means for introducing a gas or a liquid substance as a thin film raw material into the vacuum container, and a gas or a liquid substance introduced by the raw material substance introducing means. The temperature is kept below the melting point,
A target for forming a van der Waals force coupling layer of the introduced substance on the surface, and a particle beam source for irradiating the van der Waals force coupling layer of the target with a particle beam such as an ion beam, an electron beam or plasma. And a substrate on which a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element is formed on the surface thereof, by irradiating the particle beam from the particle beam source and irradiating with spatter particles generated by sputtering. A thin film forming apparatus characterized by being provided.
【請求項18】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となる常温,常圧下でガス、あるいは液体状の物質を
導入する原料物質導入手段と、常温以下に冷却され、前
記原料物質導入手段により導入されたガス、あるいは液
体状物質を表面に吸着、あるいは吸蔵するターゲツト
と、該ターゲツト部分に荷電粒子を照射してスパツタす
る荷電粒子源と、該荷電粒子源からの荷電粒子が照射さ
れてスパツタされることで発生する蒸着粒子が照射さ
れ、表面上に薄膜が形成される基板とを備えていること
を特徴とする薄膜形成装置。
18. A vacuum container, and a raw material introducing means for introducing a gas or liquid substance into the vacuum container, which is a thin film raw material at room temperature and under normal pressure, and cooled to a temperature lower than room temperature to introduce the raw material. A target that adsorbs or occludes the gas or liquid substance introduced by the means on the surface, a charged particle source that irradiates the target portion with charged particles to cause a sputtering, and a charged particle from the charged particle source is irradiated. A thin film forming apparatus comprising: a substrate on which a thin film is formed by irradiating vapor deposition particles generated by being sputtered.
【請求項19】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となるガス、あるいは液体状物質を導入する原料物質
導入手段と、該原料物質導入手段により導入されたガ
ス、あるいは液体状物質の融点以下に温度が保持され、
表面上に前記導入物質を接触させてフアンデアワールス
力結合層を形成するターゲツトと、該ターゲツトのフア
ンデアワールス力結合層にイオンビームを照射してスパ
ツタするイオン源と、該イオン源からのイオンビームが
照射されてスパツタされることで発生するスパツタ粒子
が照射され、表面上に前記原料物質の少なくとも一部を
構成要素とする薄膜が形成される基板とを備えているこ
とを特徴とする薄膜形成装置。
19. A vacuum container, a raw material substance introducing means for introducing a gas or a liquid substance as a thin film raw material into the vacuum container, and a gas or a liquid substance introduced by the raw material substance introducing means. The temperature is kept below the melting point,
A target for contacting the introduced substance on the surface to form a Van der Waals force coupling layer, an ion source for irradiating the van der Waals force coupling layer of the target with an ion beam, and an ion from the ion source. A thin film, characterized in that it is provided with a substrate on which a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element is formed on the surface, which is irradiated with spatter particles generated by being irradiated with a beam and sputtered. Forming equipment.
【請求項20】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となる常温,常圧下で気体、あるいは液体状物質を導
入する原料物質導入手段と、該原料物質導入手段により
導入された原料物質の融点以下に冷却され、表面上に前
記導入物質を接触・吸着させて該導入物質の固化層を形
成するターゲツトと、該ターゲツトの固化層にイオンビ
ームを照射してスパツタするイオン源と、該イオン源か
らのイオンビームが照射されてスパツタされることで発
生するスパツタ粒子が照射され、表面上に前記原料物質
の少なくとも一部を構成要素とする薄膜が形成される基
板とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
20. A vacuum container, a raw material introducing means for introducing a gas or a liquid substance into the vacuum container, which is a thin film raw material at room temperature and normal pressure, and a raw material introduced by the raw material introducing means. Cooled to a temperature below the melting point of the target, a target for contacting and adsorbing the introduced substance on the surface to form a solidified layer of the introduced substance, and an ion source for irradiating the solidified layer of the target with an ion beam for sputtering. And a substrate on which a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element is formed on the surface of the raw material is irradiated with the sputter particles generated by the irradiation of the ion beam from the ion source and the sputtering. A thin film forming apparatus.
【請求項21】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質となる常温,常圧下で気体、あるいは液体状物質を少
なくとも2種類導入する少なくとも2個の原料物質導入
手段と、該原料物質導入手段により導入されたガス、あ
るいは液体状物質の融点以下に温度が保持され、表面上
に前記導入物質を接触させて少なくとも2種類の原料物
質の混合した固化層を形成するターゲツトと、該ターゲ
ツトの少なくとも2種類の原料物質が混合した固化層に
イオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなどの粒
子線を照射してスパツタする粒子線源と、該粒子線源か
らの粒子線が照射されてスパツタされることで発生する
スパツタ粒子が照射されて薄膜が形成される基板とを備
えていることを特徴とする薄膜形成装置。
21. A vacuum vessel, at least two raw material substance introducing means for introducing at least two kinds of gas or liquid substances into the vacuum vessel, which are thin film raw materials at room temperature and normal pressure, and the raw material substance introduction. A gas introduced by the means, or a target whose temperature is kept below the melting point of the liquid substance and which forms a solidified layer in which at least two kinds of raw material are mixed by contacting the introduced substance on the surface, and the target. A particle beam source that irradiates a solidified layer in which at least two kinds of raw materials are mixed with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, and a particle beam from the particle beam source is irradiated to be sputtered. And a substrate on which a thin film is formed by irradiating the generated spatter particles.
【請求項22】真空容器と、該真空容器内に薄膜原料物
質を導入する少なくとも2個の原料物質導入手段と、該
少なくとも2個の原料物質導入手段のそれぞれより導入
された原料物質の融点以下に温度が保持され、各々の表
面上に前記導入物質のフアンデアワールス力結合層を形
成される少なくとも2個のターゲツトと、該少なくとも
2個のターゲツトの各々のフアンデアワールス力結合層
に、イオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマなど
の粒子線を同時に、又は間欠的に照射してスパツタする
少なくとも2個の粒子線源と、該少なくとも2個の粒子
線源からの粒子線が同時に、又は間欠的に照射されてス
パツタされることで発生する少なくとも2個所からのス
パツタ粒子が照射され、多元の物質からなる薄膜、ある
いは多層の薄膜が形成される基板とを備えていることを
特徴とする薄膜形成装置。
22. A vacuum container, at least two raw material introducing means for introducing a thin film raw material into the vacuum container, and a melting point of the raw material introduced by each of the at least two raw material introducing means. The temperature of the target substance is maintained and at least two targets on which a Juan de Waals force coupling layer of the introduced substance is formed, and the respective van der Waals force coupling layers of the at least two targets, At least two particle beam sources that simultaneously or intermittently irradiate a particle beam such as a beam, an electron beam, or plasma, and the particle beams from the at least two particle beam sources simultaneously or intermittently The spatter particles from at least two locations, which are generated by being irradiated to the surface and sputtered, are irradiated to form a thin film made of a multi-dimensional substance or a multi-layered thin film. Thin film forming apparatus characterized by comprising a substrate made.
【請求項23】前記基板表面での薄膜形成過程を増速す
るために該基板を加熱する加熱装置を備えていることを
特徴とする請求項17,18,19,20,21、又は22記載の薄膜形
成装置。
23. A heating device for heating the substrate in order to accelerate a thin film forming process on the substrate surface, wherein the heating device is provided. Thin film forming equipment.
【請求項24】前記基板表面での薄膜形成過程を増速す
るために、該基板表面にイオンビーム,電子ビーム,ラ
ジカル,光などの励起ビームを照射する励起ビーム照射
手段を備えていることを特徴とする請求項17,18,19,20,
21、又は22記載の薄膜形成装置。
24. In order to accelerate a thin film forming process on the substrate surface, an excitation beam irradiation means for irradiating the substrate surface with an excitation beam such as an ion beam, an electron beam, a radical, or light is provided. Claims 17, 18, 19, 20, characterized by
21. The thin film forming apparatus as described in 21 or 22.
【請求項25】前記ターゲツトのフアンデアワールス力
結合層、あるいは固化層にレーザ光を照射し、このレー
ザ光が照射された部分の前記結合層、あるいは固化層を
部分的に蒸発させて外形形状を整形制御するレーザ光照
射手段を備えていることを特徴とする請求項17,18,19,2
0,21、又は22記載の薄膜形成装置。
25. A van der Waals force coupling layer or a solidified layer of the target is irradiated with laser light, and the binding layer or the solidified layer of the portion irradiated with the laser light is partially evaporated to obtain an outer shape. A laser light irradiating means for controlling the shaping of the laser beam is provided.
The thin film forming apparatus as described in 0, 21, or 22.
【請求項26】前記ターゲツトのフアンデアワールス力
結合層、あるいは固化層を作成する冷却体の温度よりも
更に低く、かつ、前記結合層、あるいは固化層から不必
要に蒸発したガスを吸着・トラツプする冷却パネル板を
前記真空容器内に設けたことを特徴とする請求項17,18,
19,20,21、又は22記載の薄膜形成装置。
26. The van der Waals force coupling layer of the target, or a temperature lower than the temperature of the cooling body for forming the solidified layer, and adsorbing / trapping a gas unnecessarily evaporated from the binding layer or the solidified layer. A cooling panel plate to be provided in the vacuum container, claim 17, 18,
The thin film forming apparatus according to 19, 20, 21, or 22.
【請求項27】前記ターゲツトのフアンデアワールス力
結合層、あるいは固化層を一様に作成し、かつ、スパツ
タするために、前記結合層、あるいは固化層を作成する
冷却器ヘツドを回転、あるいは直線往復運動させる手段
を備えていることを特徴とする請求項17,18,19,20,21、
又は22記載の薄膜形成装置。
27. In order to uniformly form the target van der Waals force coupling layer or the solidified layer of the target and to perform the sputtering, the cooler head for forming the binding layer or the solidified layer is rotated or linearly. Claims 17, 18, 19, 20, 21, characterized by comprising means for reciprocating motion,
23. The thin film forming apparatus as described in 22.
【請求項28】常温,常圧下で液体、あるいは気体状の
薄膜原料物質の融点以下の温度に保持されたターゲツト
上に、前記原料物質を吸着、あるいは吸蔵させることに
より該原料物質がフアンデアワールス力で結合した状態
を作り出し、該フアンデアワールス力結合状態物質にプ
ラズマ中のイオンを照射してスパツタし、このスパツタ
することで発生するスパツタ粒子を表面状態が制御され
た基板上に照射し、該基板に前記原料物質の少なくとも
一部を構成要素とする薄膜を形成することを特徴とする
薄膜形成方法。
28. The van der Waals substance is obtained by adsorbing or occluding the raw substance on a target, which is kept at a temperature below the melting point of the thin film raw substance in the liquid or gaseous state at room temperature and normal pressure. Produces a state bound by force, irradiates the van der Waals force-bonded state substance with ions in the plasma to cause spattering, and irradiates the spatter particles generated by this spattering onto the substrate whose surface state is controlled, A method for forming a thin film, comprising forming a thin film having at least a part of the raw material as a constituent element on the substrate.
【請求項29】所望の薄膜を構成する元素を構成要素と
して含む薄膜原料物質をフアンデアワールス力で結合し
た状態とし、該フアンデアワールス力で結合した薄膜原
料物質にイオンビームや電子ビーム、あるいはプラズマ
などの粒子線を照射してスパツタし、このスパツタする
ことで発生するスパツタ粒子を表面状態が制御された基
板上に照射し、該基板に前記原料物質の少なくとも一部
を構成要素とする所望の薄膜を形成することを特徴とす
る薄膜形成方法。
29. A thin film raw material containing elements forming a desired thin film as constituent elements is bound by a Van der Waals force, and the thin film raw material bound by the Van der Waals force is ion beam or electron beam, or It is desired to irradiate a particle beam of plasma or the like to sputter, and to irradiate a substrate whose surface state is controlled with the spatter particles generated by this spatter, and which has at least a part of the raw material as a constituent element. A method for forming a thin film, which comprises forming a thin film.
【請求項30】前記基板に照射されるスパツタ粒子のう
ち、所望の薄膜を構成するのに不必要な元素と反応し
て、その不必要な元素を除去する粒子を薄膜形成中に前
記基板に照射することを特徴とする請求項29記載の薄膜
形成方法。
30. Among the sputtering particles irradiated onto the substrate, particles that react with an element unnecessary to form a desired thin film and remove the unnecessary element are applied to the substrate during thin film formation. 30. The method for forming a thin film according to claim 29, wherein irradiation is performed.
【請求項31】フアンデアワールス力で結合した原子、
あるいは分子からなる原料物質にイオンビームや電子ビ
ーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射して、前記
原料物質からスパツタ作用によりスパツタ粒子を発生さ
せ、これと同時に前記原料物質を連続的に外部から供給
し、前記フアンデアワールス力で結合した原子、あるい
は分子からなる原料物質の量を常に一定に保ちつつ、前
記スパツタ粒子を基板に照射し、該基板に前記原料物質
の少なくとも一部を構成要素とする薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。
31. An atom bonded by a Van der Waals force,
Alternatively, a raw material consisting of molecules is irradiated with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma to generate spatter particles from the raw material by a spatter action, and at the same time, the raw material is continuously supplied from the outside. Then, while always maintaining a constant amount of the raw material consisting of atoms or molecules bonded by the Van der Waals force, the substrate is irradiated with the spatula particles, and at least a part of the raw material is formed on the substrate as a constituent element. A thin film forming method, comprising forming a thin film.
【請求項32】前記真空容器内に、前記基板に所望の物
質を蒸着させるための分子線蒸着装置,真空蒸着装置、
又はクラスタイオンビーム蒸着装置を備えていることを
特徴とする請求項17,18,19,20,21、又は22記載の薄膜形
成装置。
32. A molecular beam deposition apparatus, a vacuum deposition apparatus for depositing a desired substance on the substrate in the vacuum container,
23. The thin film forming apparatus according to claim 17, 18, 19, 20, 21, or 22, further comprising a cluster ion beam vapor deposition apparatus.
【請求項33】真空容器と、該真空容器内にガス、ある
いは液体状物質を導入する導入手段と、該導入手段によ
り導入されたガス、あるいは液体状物質の融点以下の温
度が保持され、表面上に前記導入物質のフアンデアワー
ルス力結合層が形成されるターゲツトと、該ターゲツト
のフアンデアワールス力結合層にイオンビームや電子ビ
ーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射してスパツ
タする粒子線源と、該粒子線源からの粒子線が照射され
てスパツタされることで発生するスパツタ粒子が照射さ
れて加工される金属,誘電体,有機物,半導体などの基
板材料とを備えていることを特徴とする加工装置。
33. A vacuum container, an introducing means for introducing a gas or a liquid substance into the vacuum container, a temperature introduced below the melting point of the gas or the liquid substance introduced by the introducing means, and a surface thereof. A target on which a van der Waals force coupling layer of the introduced substance is formed, and a particle beam source for irradiating the van der Waals force coupling layer of the target with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma And a substrate material such as a metal, a dielectric, an organic substance, or a semiconductor, which is processed by being irradiated with spatter particles generated by being irradiated with a particle beam from the particle beam source and being sputtered. And processing equipment.
【請求項34】真空容器と、該真空容器内に常温,常圧
下で気体、あるいは液体状物質を導入する導入手段と、
該導入手段により導入された気体、あるいは液体状物質
の融点以下に温度が保持され、表面上に前記導入物質を
接触・吸着させて該導入物質の固化層が形成されるター
ゲツトと、該ターゲツト固化層にイオンビームや電子ビ
ーム、あるいはプラズマなどの粒子線を照射してスパツ
タする粒子線源と、該粒子線源からの粒子線が照射され
てスパツタされることで発生するスパツタ粒子が照射さ
れて加工される金属,誘電体,有機物,半導体などの基
板材料とを備えていることを特徴とする加工装置。
34. A vacuum container, and an introducing means for introducing a gas or a liquid substance into the vacuum container at room temperature and normal pressure.
A gas, which is introduced by the introducing means, or a target whose temperature is maintained below the melting point of the liquid substance to form a solidified layer of the introduced substance by contacting and adsorbing the introduced substance on the surface, and the target solidification A particle beam source that irradiates a layer with a particle beam such as an ion beam, an electron beam, or plasma, and spatters it, and a particle beam from the particle beam source irradiates the particle that is sputtered to generate spatter particles. A processing apparatus comprising a substrate material such as a metal, a dielectric, an organic substance, and a semiconductor to be processed.
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