JPH07238368A

JPH07238368A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH07238368A
Application number: JP2836294A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kawagoe; 康行川越; Masahiro Hanai; 正博花井; Kenichiro Yamanishi; 健一郎山西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】薄膜形成用の反応生成物が真空槽の内壁に堆
積するのを抑えたり、この内壁への付着を抑えるシール
ド板上への上記反応生成物の堆積およびダストの発生を
防止する。【構成】薄膜が蒸着される基板９を収容する真空槽１
０と、該真空槽１０内に設けられて、上記基板９に向け
て上記薄膜を形成する蒸発物質１１の蒸気を発生する蒸
発源２２とを設け、該蒸発源２２と上記基板９との間に
上記真空槽１０の内壁を被うようにシールド板１６を配
置し、かつこれを任意に交換可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜形成装置に関
し、例えばクラスタイオンビーム法等により蒸着形成さ
れる薄膜への微細異物の付着を低減する薄膜形成装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特開昭６３−８６８６２号
公報に示された従来の薄膜形成装置を示す概略構成図で
あり、図において、１は真空排気装置、２は例えば窒素
等の反応性ガスが充填されているガスボンベ、３は反応
性ガスを真空槽１０に導入するためのリークバルブ、４
はノズル穴４０付きの密閉型るつぼで、中に蒸着用の蒸
発物質１１、例えばチタン等が充填されている。

【０００３】また、５はるつぼ４の外周付近に配置され
た、図６にも示すような複数のリング状のるつぼ加熱用
フィラメント、６は複数のリング板状のイオン化用フィ
ラメントで、２０００℃位に熱せられ、ここから放出さ
れる電子１２は電子引き出し電極７により加速され、蒸
発物質１１のクラスタ１４を衝撃し、その一部をイオン
化する。１３はイオン化されたクラスタイオン、８は加
速電極、９は円板状の基板、１５ａおよび１５ｂは熱シ
ールド板である。

【０００４】また、２２はるつぼ４，るつぼ加熱用フィ
ラメント５，イオン化用フィラメント６，電子引き出し
電極７，加速電極８および熱シールド板１５ａ，１５ｂ
等を有する蒸発源としてのクラスタイオンビーム源であ
る。

【０００５】次に動作について説明する。まず、真空排
気装置１によって真空槽１０内を１０^-6Ｔorr 台の真空
度になるまで排気した後、リークバルブ３を開き反応性
ガス（ここでは窒素）を導入する。

【０００６】次いで、そのるつぼ４を、このるつぼ４内
の蒸気圧が数Ｔorr になる温度（蒸発物質１１がＴｉの
場合は２２００℃位）までるつぼ加熱用フィラメント５
から放出される電子をるつぼ４に衝撃することによって
加熱すると、蒸発物質１１は蒸気化し、これがノズル穴
４０から真空中に噴射される。

【０００７】そして、この噴射された物質蒸気はノズル
穴４０を通過する際に凝縮し、クラスタ１４と呼ばれる
塊状集団が形成される。このクラスタ１４状の物質蒸気
は、次いでイオン化用フィラメント６から放出される電
子１２によって部分的にイオン化され、クラスタイオン
１３となり、さらに電界による加速を受けて基板９およ
び真空槽１０の内壁に衝突する。

【０００８】一方、基板９付近には反応性ガスが存在
し、基板９付近でクラスタ状の蒸着物質と反応性ガスと
の反応が進行するため、反応生成物である化合物（ここ
ではＴｉＮ）の薄膜が基板９上に蒸着することになる。

【０００９】

【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、反応生成物である化
合物が基板１２に蒸着するほか、真空槽１０の内壁にも
付着して次第に堆積し、遂には、この堆積物が剥離して
薄膜上に微細異物（以下ダストという）として付着する
などの問題点があった。

【００１０】請求項１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、薄膜形成用の反応生成物
が真空槽の内壁に堆積するのをシールド板により抑える
ことができるとともに、このシールド板をこれに付着し
た反応生成物が剥離する前に他と交換することができる
薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【００１１】請求項２の発明はシールド板を加熱するこ
とで、シールド板に付着した反応生成物の付着力を高め
て剥離を抑制できる薄膜形成装置を得ることを目的とす
る。

【００１２】請求項３の発明はシールド板に設定電位を
与えることで、シールド板に付着した反応生成物の付着
力を高めて剥離を抑制できる薄膜形成装置を得ることを
目的とする。

【００１３】請求項４の発明はシールド板と反応生成物
との接触面積の増大によりシールド板に対する反応生成
物の付着量および付着力を増大できる薄膜形成装置を得
ることを目的とする。

【００１４】請求項５の発明は反応生成物の膜はがれの
要因になる蒸着膜の内部応力を小さく抑えることができ
る薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【００１５】請求項６の発明は蒸発源から発生する蒸発
物質の蒸気を基板にのみ指向投射できる薄膜形成装置を
得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る薄
膜形成装置は、薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源とを設
け、該蒸発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被
うようにシールド板を配置し、かつこれを任意に交換可
能にしたものである。

【００１７】請求項２の発明に係る薄膜形成装置は、蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
シールド板を配置し、かつこれを任意に交換可能にし
て、該シールド板をシールド板加熱機構により加熱する
ようにしたものである。

【００１８】請求項３の発明に係る薄膜形成装置は、蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
シールド板を配置し、かつこれを任意に交換可能にし
て、該シールド板に電源から真空槽のアース電位に対し
て負の電位を与えるようにしたものである。

【００１９】請求項４の発明に係る薄膜形成装置は、蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
シールド板を配置し、かつこれを任意に交換可能にし
て、該シールド板に凹凸状面を設けたものである。

【００２０】請求項５の発明に係る薄膜形成装置は、蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
シールド板を配置し、かつこれを任意に交換可能にし
て、上記蒸発物質に対して同種または熱膨張係数が近い
材質としたものである。

【００２１】請求項６の発明に係る薄膜形成装置は、蒸
発源を構成するるつぼに、該るつぼ外への上記蒸発物質
の蒸発を可能にする少なくとも１個のノズル穴を設け、
るつぼ加熱手段により、該ノズル穴の温度を上記蒸発物
質の融点より少し高くし、上記るつぼの底の部分の温度
を上記ノズル穴の温度よりも高くするようにしたもので
ある。

【００２２】

【作用】請求項１の発明における薄膜形成装置は、基板
と蒸発源の間に設置された適宜交換可能なシールド板に
よって、上記基板以外の方向に照射される蒸着膜が、真
空槽の内壁に多量に付着することを防ぎ、その結果、膜
の剥がれによるダストの発生をなくする。

【００２３】請求項２の発明における薄膜形成装置は、
基板と蒸発源の間に設置されたシールド板の温度をヒー
ターによって高温に保持することにより、シールド板に
付着する蒸着膜の付着力を向上し、その結果、膜の剥が
れによるダストの発生をなくする。

【００２４】請求項３の発明における薄膜形成装置は、
基板と蒸発源の間に設置されたシールド板に負電位を印
加し、プラスにイオン化した蒸着粒子の持つエネルギー
を増大させることによって、シールド板に付着する蒸着
膜の付着力を向上させ、その結果、膜の剥がれによるダ
ストの発生をなくする。

【００２５】請求項４の発明における薄膜形成装置は、
基板と蒸発源の間に設置されたシールド板の表面を凹凸
状面にすることにより、このシールド板とこれに付着し
た蒸着膜との接触面積を増して、付着力を向上させ、そ
の結果、膜の剥がれによる微細異物であるダストの発生
をなくする。

【００２６】請求項５の発明における薄膜形成装置は、
基板と蒸発源の間に設置されたシールド板の材質を蒸着
膜と同一としたり、あるいは熱膨張係数を互いに近い材
料とすることで、膜はがれの要因である膜の内部応力を
小さくし、その結果、膜の剥がれによるダストの発生を
なくする。

【００２７】請求項６の発明における薄膜形成装置は、
蒸発源から発生する蒸発物質の全部を基板に照射するこ
とで、基板以外の所にダストの発生の原因となる反応生
成物が堆積するのを防止する。

【００２８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１６は材質が蒸発物質１１と同種
あるいは熱膨張係数が近い材料からなり、その表面がブ
ラスト処理などにより凹凸状面にされたシールド板であ
る。

【００２９】また、１７はこのシールド板１６の外側に
設けられて、これを加熱するシールド板加熱用ヒータ
ー、１８はこのシールド板加熱用ヒーター１７を加熱す
るヒーター加熱電源、１９は上記シールド板加熱用ヒー
ター１７およびヒーター加熱電源１８からなるシールド
板加熱機構、２０はシールド板１６に真空槽１０のアー
ス電位に対して負となる負電位を与える電源、２１はシ
ールド板１６を機械的に支え、かつこれを電気的，熱的
に真空槽１０から絶縁する支持部材である。

【００３０】なお、図示しないが、上記シールド板１６
は真空槽１０内の基板９と蒸発源２２との間にあって、
真空槽１０の内壁を被うように配置され、しかも、必要
に応じ任意かつ容易に他と交換可能な取付構造されてい
る。また、このほかの図５と同一の構成部分には同一符
号を付して、その重複する説明を省略してある。

【００３１】図２はこのシールド板１６の取付構造を示
し、５１は真空槽１０の前部の開口５２を開閉する前扉
であり、これが開口縁の一部に、図示しないヒンジ手段
を介して開閉自在に設けられている。なお、この前扉５
１は閉成時にシール材を介して開口５２を密閉する。

【００３２】また、５３は図３にも示すように、両端に
埋込みボルト５４，５５を有する絶縁部材からなる絶縁
スペーサであり、この絶縁スペーサ５３および埋込みボ
ルト５４，５５は上記支持部材２１を構成している。

【００３３】さらに、５６は真空槽１０の内壁に溶接な
どにより突設された固定台であり、この固定台５６に設
けられたねじ孔に、上記支持部材２１の埋込みボルト５
４が着脱自在にねじ込み可能となっている。

【００３４】一方、埋込みボルト５５は上記シールド板
１６に穿設された透孔に挿通されて、そのシールド板１
６の内側からワッシャ５７を介して挿入されたナット５
６をねじ込むことにより、このシールド板１６を支持部
材２１を介して真空槽１０内に着脱可能としている。

【００３５】従って、上記前扉５１の上記のような開閉
によって、シールド板１６の交換が上記ナット５６など
を着脱することで任意かつ容易に行えることとなる。

【００３６】次に動作について説明する。この実施例に
おいても、クラスタ１４の発生は上記蒸発源としてのク
ラスタイオンビーム源２２により、従来の場合と全く同
様に行われる。従って、ここでは、基板９とクラスタイ
オンビーム源２２との間に設置されて、基板９に付着し
ない余分の反応生成物である化合物が真空槽内壁に蒸着
膜として付着したり、堆積したりしないようにするのを
防ぐシールド板を使用し、これに薄膜を蒸着形成させる
場合の動作についての説明を行う。

【００３７】すなわち、図１に示されているように、基
板９とクラスタイオンビーム源２２との間に適宜交換可
能な構造であるシールド板１６を設置することにより、
イオン化されたクラスタイオン１３のうち基板９に衝突
しない一部がそのシールド板１６に衝突し、このとき反
応性ガスとの反応生成物がシールド板１６に付着し、こ
こに堆積する。こうすることで、真空槽１０の内壁に上
記反応生成物が付着するのを抑えることができる。

【００３８】ところが、この場合においても、反応生成
物の堆積量が多くなるとその堆積物は剥離し易くなり、
この剥離した堆積物の一部が薄膜上にダストとして付着
する原因となる。そこでシールド板１６を適宜交換し堆
積量を小さくすることにより堆積物の上記剥離をおさ
え、上記のような微細異物の薄膜上への付着を抑制す
る。

【００３９】また、このシールド板１６をシールド板加
熱機構１９により適当な温度に加熱制御することによ
り、上記堆積物の付着力を増加させることができ、従っ
てその堆積物を剥離しにくくすることができ、ダストの
発生を抑制できる。

【００４０】さらに、電源２０によって与えられるシー
ルド板１６の電位を、基板９のアース電位より低い負の
電位とし、クラスタイオン１３のみかけ上の加速電圧を
高めることで、上記シールド板１６上の堆積物の付着力
を増加して剥離しにくくでき、これによっても上記微細
異物の発生を抑制できる。

【００４１】この場合において、上記シールド板１６の
加熱制御および電位制御を同時に並行して行うと、より
一層堆積物の付着力が増し、ダスト発生の抑制に対し効
果的であり、また、シールド板１６の材質や表面処理方
法の適正化を行うことでも、ダスト発生を効果的に抑制
することもできる。例えば、蒸発物質１１に対してシー
ルド板１６の材質が同一であり、または熱膨張係数が近
い場合には、蒸着膜の内部応力を小さく抑えることによ
り、この蒸着膜の剥がれを効果的に防止することができ
る。

【００４２】また、上記シールド板１６の表面を凹凸状
面とすることで、このシールド板１６とこれに付着する
反応生成物の蒸着膜との接触面積を増加して、付着力を
向上させ、その蒸着膜の剥がれによる上記ダストの発生
を防止することができ、結果的に半導体プロセスの成膜
工程における歩留りを向上できることとなる。

【００４３】実施例２．図４は請求項６の発明の一実施
例による薄膜形成装置を示す概略構成図であり、図にお
いて、５ａはるつぼ４の底を加熱するフィラメントで、
上記るつぼ加熱用のフィラメント５とともにるつぼ加熱
手段５Ｒを構成している。２３ａは蒸発物質１１の表面
から蒸発しながらノズル穴４０を通過しないで、るつぼ
４の内面に到達する蒸発粒子、２３ｂはるつぼ４の内面
に到達した上記蒸発粒子２３ａが液化して、重力により
再びるつぼ４内の底部の蒸発物質１１内へ落下して行く
溶融蒸着物質である。

【００４４】また、２４は蒸着用の物質１１の表面から
蒸発し、ノズル穴４０を通過して、基板９に向かう蒸着
粒子であり、このノズル穴４０は通過する蒸着粒子が全
て基板９に到達するようなアスペクト比（ノズル穴長さ
対ノズル穴径の比）をもつ。

【００４５】次に動作について説明する。るつぼ４はこ
れの側面がるつぼ加熱用フィラメント５により、また底
面がフィラメント５ａにより加熱される。このとき、る
つぼ４の側面は蒸発物質１１の融点よりも少し高い温度
に加熱し、るつぼ４の底面は蒸発用の物質１１の融点よ
りも充分高い温度に加熱する。

【００４６】すると、上記蒸発物質１１の蒸発はほとん
どこの蒸発物質１１の表面で行われ、この表面から蒸発
した物質蒸気としての蒸着粒子が、様々な方向へ飛行す
るが、その中でもノズル穴４０を経過するように蒸発し
た蒸着粒子２４は、直進して基板９に到達する。

【００４７】一方、るつぼ４の内面あるいはノズル穴４
０の内面に到達した蒸発粒子２３ａは、るつぼ温度が蒸
発した箇所よりも低いが、るつぼ４のノズル穴４０の温
度が上記蒸発物質の融点よりも少し高いため、凝固せず
に液化し、重力によりるつぼ４の底の方へ流動する。

【００４８】そして、再び蒸発物質１１となった後、加
熱されて蒸発する。従って、ノズル穴４０を通過してで
てくる蒸着粒子２４は指向性が高く、全てが基板９へ向
かうので、基板９以外のところに付着して膜はがれを起
こすなどして、これがダストの発生源となるようなこと
はなくなる。

【００４９】実施例３．なお、上記実施例では蒸発源と
してのクラスタイオンビーム源２２を持った薄膜形成装
置について説明したが、例えば、真空蒸着装置，イオン
ビームスパッタ装置またはレーザ蒸着装置等の他の薄膜
形成装置にも、上記各実施例の構成を採用でき、上記実
施例と同様の効果を奏する。

【００５０】また、上記実施例では単元素窒化物である
ＴｉＮ薄膜を形成する場合に適用した例を示したが、例
えばＳｉ₃ Ｎ₄ 等の他の単元素窒化物薄膜あるいはＴｉ
Ｏ、Ｈ：ａ−Ｓｉ等の化合物である他の単元素化合物薄
膜、さらにＴｉ等の単体の薄膜，ＹＢａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ₇ 等
の多元素化合物薄膜および上記薄膜の多層膜形成等あら
ゆる薄膜形成にも適用でき、上記実施例と同様の効果を
奏する。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば
薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽と、該真空槽内
に設けられて、上記基板に向けて上記薄膜を形成する蒸
発物質の蒸気を発生する蒸発源とを設け、該蒸発源と上
記基板との間に上記真空槽の内壁を被うようにシールド
板を配置し、かつこれを任意に交換できるように構成し
たので、薄膜形成用の反応生成物が真空槽の内壁に堆積
するのをシールド板により抑えることができるととも
に、このシールド板をこれに付着した反応生成物が剥離
する前に他と交換することができるものが得られる効果
がある。また、この結果として、上記反応生成物の剥が
れによるダストの発生を防止でき、半導体プロセスの成
膜工程における歩留りを向上できる効果がある。

【００５２】請求項２の発明によれば蒸発源と上記基板
との間に上記真空槽の内壁を被うようにシールド板を配
置し、かつこれを任意に交換可能にして、該シールド板
をシールド板加熱機構により加熱するように構成したの
で、シールド板に付着した反応生成物の付着力を高めて
剥離を抑制できるものが得られる効果がある。

【００５３】請求項３の発明によれば蒸発源と上記基板
との間に上記真空槽の内壁を被うようにシールド板を配
置し、かつこれを任意に交換可能にして、該シールド板
に電源から真空槽のアース電位に対して負の電位を与え
るように構成したので、シールド板に設定電位を与える
ことで、シールド板に付着した反応生成物の付着力を高
めて剥離を抑制できるものが得られる効果がある。

【００５４】請求項４の発明によれば蒸発源と上記基板
との間に上記真空槽の内壁を被うようにシールド板を配
置し、かつこれを任意に交換可能にして、該シールド板
に凹凸状面を設けるように構成したので、シールド板と
反応生成物との接触面積の増大によりシールド板に対す
る反応生成物の付着量および付着力を増大できるものが
得られる効果がある。

【００５５】請求項５の発明によれば蒸発源と上記基板
との間に上記真空槽の内壁を被うようにシールド板を配
置し、かつこれを任意に交換可能にして、上記蒸発物質
に対して同種または熱膨張係数が近い材質とするように
構成したので、反応生成物の膜はがれの要因になる蒸着
膜の内部応力を小さく抑えることができるものが得られ
る効果がある。

【００５６】請求項６の発明によれば蒸発源を構成する
るつぼに、該るつぼ外への上記蒸発物質の蒸発を可能に
する少なくとも１個のノズル穴を設け、るつぼ加熱手段
により、該ノズル穴の温度を上記蒸発物質の融点より少
し高くし、上記るつぼの底の部分の温度を上記ノズル穴
の温度よりも高くするように構成したので、シールド板
を用いなくても蒸発源から発生する蒸発物質を基板にの
み指向投射でき、基板以外の所にダストの発生原因とな
る反応生成物が堆積するのを防止できるものが得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜請求項５の発明の一実施例による薄
膜形成装置を示す概略構成図である。

【図２】図１におけるシールド板の取付構造を示す要部
の斜視図である。

【図３】図１におけるシールド板の支持部材を示す断面
図である。

【図４】請求項６の発明の一実施例による薄膜形成装置
を示す概略構成図である。

【図５】従来の薄膜形成装置を示す概略構成図である。

【図６】図５における薄膜形成装置の一部を詳細に示す
斜視図である。

【符号の説明】４るつぼ５Ｒるつぼ加熱手段９基板１０真空槽１１蒸発物質１６シールド板１９シールド板加熱機構２０電源２２クラスタイオンビーム源（蒸発源）４０ノズル穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源と、該蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
配置され、かつ任意に交換可能に設けられたシールド板
とを備えた薄膜形成装置。
【請求項２】薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源と、該蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
配置され、かつ任意に交換可能に設けられたシールド板
と、該シールド板を加熱するシールド板加熱機構とを備
えた薄膜形成装置。
【請求項３】薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源と、該蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
配置され、かつ任意に交換可能に設けられたシールド板
と、該シールド板に真空槽のアース電位に対して負の電
位を与える電源とを備えた薄膜形成装置。
【請求項４】薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源と、該蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
配置され、かつ任意に交換可能に設けられたシールド板
と、該シールド板に設けた凹凸状面とを備えた薄膜形成
装置。
【請求項５】薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源と、該蒸
発源と上記基板との間に上記真空槽の内壁を被うように
配置され、かつ任意に交換可能に設けられて、上記蒸発
物質に対して材質が同種または熱膨張係数が近いシール
ド板とを備えた薄膜形成装置。
【請求項６】薄膜が蒸着される基板を収容する真空槽
と、該真空槽内に設けられて、上記基板に向けて上記薄
膜を形成する蒸発物質の蒸気を発生する蒸発源と、該蒸
発源を構成するるつぼに設けられて、該るつぼ外への上
記蒸発物質の蒸発を可能にする少なくとも１個のノズル
穴と、該ノズル穴の温度を上記蒸発物質の融点より少し
高くし、上記るつぼの底の部分の温度を上記ノズル穴の
温度よりも高くするるつぼ加熱手段とを備えた薄膜形成
装置。