JPH0735569B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、薄膜形成装置に関し、とりわけ、クラスタ
ーイオンビーム蒸着法（ICB法）により高品質の薄膜を
蒸着形成するための薄膜形成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から光学薄膜、磁性膜、絶縁膜などの高品質な薄膜
がICB法により形成されている。

第２図は例えば特公昭54−9592号公報に示された従来の
薄膜形成装置を示し、図において、所定の真空度に保持
された真空槽（１）の真空度は真空排気系（２）により
調節される。真空槽（１）内の下方に配置された密閉型
のルツボ（３）には、その上壁に少なくとも１つのノズ
ル（４）が形成されている。ルツボ（３）内には、蒸着
物質（５）が充填され、その外周には加熱用フイラメン
ト（６）、加熱用フイラメント（６）の熱を遮る熱シー
ルド板（７）が設けられている。ルツボ（３）のノズル
（４）からは蒸着物質（５）の蒸気を噴出させてクラス
ター（塊状原子集団）（８）が形成される。以上のルツ
ボ（３）、加熱用フイラメント（６）および熱シールド
板（７）により蒸気発生源（９）が構成されている。

クラスター（８）の形成空間を囲んで、電子ビームを放
出する電子ビーム放出フイラメント（10）、この電子ビ
ーム放出フイラメント（10）から電子を引き出し加速す
る電子ビーム引き出し電極（11）、電子ビーム放出フイ
ラメント（10）の熱を遮る熱シールド板（12）が配設さ
れている。これら、電子ビーム放出フイラメント（1
0）、電子ビーム引き出し電極（11）および熱シールド
板（12）により、クラスター（８）のイオン化手段（1
3）が構成されている。（14）はこのイオン化手段（1
3）によつてイオン化されたイオン化クラスターであ
る。加速電極（15）はイオン化クラスター（14）を電界
で加速し、運動エネルギーを付与する加速手段をなして
いる。基板（16）はその表面に薄膜が形成されるべく、
真空槽（１）内の上部に水平に配置される。

第１の交流電源（17）は加熱用フイラメント（６）を加
熱する。第１の直流電源（18）はルツボ（３）の電位を
加熱用フイラメント（６）に対して正にバイアスする。
第２の交流電源（19）は電子ビーム放出フイラメント
（10）を加熱する。第２の直流電源（20）は電子ビーム
放出フイラメント（10）を電子ビーム引き出し電極（1
1）に対して負の電位にバイアスしている。第３の直流
電源（21）は電子ビーム引き出し電極（11）およびルツ
ボ（３）を加速電極（15）に対して正にバイアスしてい
る。電源装置（22）には第１の交流電源（17）、第１の
直流電源（18）、第２の交流電源（19）、第２の直流電
源（20）および第３の直流電源（21）が収納されてい
る。

従来の蒸気発生源（９）を有する薄膜形成装置は以上の
ように構成されており、真空槽（１）を１×10^-6Torr程
度の真空度になるまで真空排気系（２）によつて排気す
る。加熱用フイラメント（６）から放出される電子を第
１の直流電源（18）で印加される電界によつて加速し、
この加速された電子をルツボ（３）に衝突させ、ルツボ
（３）内の蒸気圧が数Torrにある温度まで加熱する。こ
の加熱によつて、ルツボ（３）内の蒸着物質（５）は蒸
発し、ノズル（４）から真空槽（１）中に噴射される。
この蒸着物質（５）の蒸気は、ノズル（４）を通過する
際、断熱膨張により加熱冷却されて凝縮し、クラスター
（８）と呼ばれる塊状原子集団が形成される。このクラ
スター（８）は、電子ビーム放出フイラメント（10）か
ら放出される電子ビームによつて一部がイオン化される
ことによりイオン化クラスター（14）となる。このイオ
ン化クラスター（14）は、イオン化されていない中性の
クラスター（８）と共に加速電極（15）で形成される電
界により加速され、基板（16）表面に衝突して薄膜が形
成される。

なお、電源装置（22）内の各直流電源の機能は次のとお
りである。第１の直流電源（18）は、加熱用フイラメン
ト（６）に対してルツボ（３）の電位を正にバイアス
し、加熱用フイラメント（６）から放出された熱電子を
ルツボ（３）に衝突させる。第２の直流電源（20）は、
電子ビーム引き出し電極（11）に対して第２の交流電源
（19）で加熱された電子ビーム放出フイラメント（10）
を負の電位にバイアスし、電子ビーム放出フイラメント
（10）から放出された熱電子を電子ビーム引き出し電極
（11）内部に引き出す。第３の直流電源（21）は、アー
ス電位にある加速電極（15）に対して電子ビーム引き出
し電極（11）およびルツボ（３）を正にバイアスし、電
子ビーム引き出し電極（11）との間に形成される電界レ
ンズによつて、正電荷のイオン化クラスター（14）を加
速制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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、蒸着物質として、例えばチタン，シリコン，アルミ
ニウムなど高温で化学反応性の高い物質を用いた場合
に、ルツボと反応して、安定的に蒸気およびクラスター
が噴出できなくなつたり、また、蒸着物質を補充して再
度使用することができないなどの問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、蒸着物質の蒸気もしくはクラスターを安定的
に基板に供給でき、しかも繰り返し使用することができ
る蒸着物質の蒸気およびクラスターの噴出装置を備えた
薄膜形成装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る薄膜形成装置は、ルツボ本体を異なる材
料からなる２重構造とし、外側のルツボは導電性の高融
点材料を用い、内側のルツボには耐腐食性の強いセラミ
ツク類などの高融点材料を用いている。

〔作用〕

この発明においては、外側のルツボは、電子ビーム衝撃
による3000℃程度までの加熱に耐える高融点導電性材料
によつて蒸着物質を充填した内側のルツボを加熱し、内
側のルツボは、高温雰囲気で蒸発した蒸着物質が化学反
応性に富む物質であつても、耐腐食性の材料によつて蒸
着物質が外側のルツボ材料と反応することを防ぐ。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示し、図において、ノズ
ル（４）が形成されたフタ（23）を有し蒸着物質（５）
を収容する内側のルツボ（24）は、蒸着物質（５）と化
学反応を起こしにくいセラミツクなどの高融点材料でな
るものである。外側のルツボ（25）は、高融点、導電性
材料であるカーボン、タンタル、タングステンなどで形
成されている。このようにしてなるルツボ本体（26）の
外周には加熱用フイラメント（６）が配置されている。

その他の構成は第２図のものと同様であり、図示および
説明を省略する。

以上の構成により、上述した従来装置の場合と同様に、
加熱用フイラメント（６）からのふく射もしくは電子衝
撃によつて外側のルツボ（25）が加熱され、加熱された
外側のルツボ（25）は熱伝導により内側のルツボ（24）
を高温にし、内側のルツボ（24）内の蒸着物質（５）が
加熱され、これが蒸発して内側のルツボ（24）内の蒸気
圧を高め、フタ（23）に設けられたノズル（４）から蒸
着物質（５）の蒸気およびクラスター（８）が噴出され
る。

このとき蒸着物質（５）が高温で反応性に富む物質であ
つても、それぞれの蒸着物質（５）に対する耐腐食性の
強い材料で作られている内側のルツボ（24）は、外側の
ルツボ（25）が腐食されることを防ぎ、安定的に蒸気お
よびクラスター（８）を供給し続ける。

なお、フタ（23）および内側のルツボ（24）の材料とし
ては、タングステン，タンタル，モリブデンなどの高融
点金属材料，サフアイア，アルミナ，マグネシア，ジル
コニアなどの酸化物セラミツク材料，窒化チタン，窒化
アルミニウム，窒化ホウ素などの窒化物セラミツク材料
および炭化ケイ素、炭化チタンなどの炭化物セラミツク
材料を用いることが考えられ、クラスター（８）を形成
するノズル（４）は、１個もしくは複数個とする。

また、蒸着物質（５）がシリコンの場合、外側のルツボ
（25）の材料はカーボンもしくはタングステンとし、内
側のルツボ（24）の材料はタンタルとすることが好まし
く蒸着物質（５）がアルミニウムの場合は、外側のルツ
ボ（25）の材料はカーボンとし、内側のルツボ（24）の
材料は窒化ホウ素とすることが考えられる。

さらに、蒸着物質（５）がチタンもしくはFe−Ni系金属
もしくはその化合物の場合は、外側のルツボ（25）の材
料はタングステンもしくはカーボンとし、内側のルツボ
（24）の材料はセラミツクもしくはカーボンとすること
が考えられる。

また、ルツボ本体（26）は、クラスターを形成するノズ
ル（４）を有するフタ（23）を着脱自在とし、フタ（2
3）を取りはずしたノズル本体（26）を真空蒸着装置の
蒸気発生源として用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の薄膜形成装置によれ
ば、ルツボ本体を内側と外側を異なる材料の２重構造と
し、内側のルツボは耐腐食性の高い高融点材料で構成
し、外側のルツボは導電性の高融点材料で構成したの
で、外側のルツボが腐食されるようなことはなく、蒸気
もしくはクラスターが安定的に供給でき、蒸着作業のラ
ンニングコストも低下することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の要部正断面図、第２図は
従来の薄膜形成装置の概略正断面図である。 （１）……真空槽、（４）……ノズル、（５）……蒸着
物質、（８）……蒸気およびクラスター、（９）……蒸
気発生源、（13）……イオン化手段、（14）……イオン
化クラスター、（15）……加速電極（加速手段）、（1
6）……基板、（23）……フタ、（24）……内側のルツ
ボ、（25）……外側のルツボ、（26）……ルツボ本体。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の真空度に保持された真空槽と、この
   真空槽内に置かれる基板に向けて蒸着物質の蒸気を噴出
   しこの蒸着物質のクラスターを発生させる蒸気発生源
   と、前記クラスターを一部イオン化するイオン化手段
   と、イオン化された前記蒸着物質のクラスターイオンに
   運動エネルギーを付与しイオン化されていない前記蒸着
   物質の中性の蒸気および前記クラスターと共に前記基板
   に衝突させる加速手段とを備えた薄膜形成装置におい
   て、 前記蒸着物質を充填し前記蒸気発生源を形成するルツボ
   本体を内側と外側を異なる材料の２重構造とし、内側の
   ルツボは耐腐食性の高い高融点材料で構成し、外側のル
   ツボは導電性の高融点材料で構成したことを特徴とする
   薄膜形成装置。
2. 【請求項２】外側のルツボは、カーボン、ダングステ
   ン、タンタルから選んだ高融点材料でなる特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜形成装置。
3. 【請求項３】内側のルツボは、タングステン、タンタ
   ル、モリブデンから選んだ高融点金属材料およびサファ
   イア、アルミナ、マグネシア、ジルコニアなどの酸化物
   セラミック材料、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化
   ホウ素から選んだ窒化物セラミック材料、さらには炭化
   ケイ素、炭化チタンから選んだ炭化物セラミック材料の
   いずれかでなる特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成装
   置。
4. 【請求項４】クラスターを形成する少なくとも１個のノ
   ズルを有し同一材料のフタが設けられた内側のルツボを
   備えた特許請求の範囲第３項記載の薄膜形成装置。
5. 【請求項５】蒸着物質がシリコンの場合、外側のルツボ
   はカーボンおよびタングステンのいずれかであり、内側
   のルツボはタンタルでなる特許請求の範囲第１項記載の
   薄膜形成装置。
6. 【請求項６】蒸着物質がアルミニウムの場合、外側のル
   ツボはカーボンでなり、内側のルツボは窒化ホウ素でな
   る特許請求の範囲第１項記載の薄膜形成装置。
7. 【請求項７】蒸着物質がチタン、Fe−Ni系金属およびそ
   の化合物のいずれかである場合、外側のルツボはタング
   ステンおよびカーボンのいずれかでなり、内側のルツボ
   はセラミックおよびカーボンのいずれかでなる特許請求
   の範囲第１項記載の薄膜形成装置。
8. 【請求項８】クラスターを形成するノズルの有する着脱
   自在のフタを備えた特許請求の範囲第１項記載の薄膜形
   成装置。