JPS60124914A - 薄膜蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、薄膜蒸着装置に関し、特にクラスタビームを
基板に衝突せしめて薄膜を蒸着形成する場合のクラスタ
の励起に関するものである。

〔従来技術〕

一般に、クラスタビームにより薄膜を蒸着形成する方法
として、クラスタイオンビーム蒸着法があり、これは、
真空槽内において、基板に蒸着すべき物質の蒸気を噴出
して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラスタ（塊
状原子集団）を生成し、該クラスタに電子のシャワーを
浴びせて該クラスタをそのうらの１個の原子がイオン化
されたクラスタ・イオンにし、該クラスタ・イオンを加
速して基板に衝突せしめ、これにより基板に薄膜を蒸着
形成する方法である。

このような薄膜蒸着方法を実施する装置として、従来、
第１図及び第２図に示すものがあった。第１図は従来の
薄膜蒸着装置を模式的に示す概略構成図、第２図はその
主要部の一部を切り欠いて内部を示す斜視図である。図
において、ｌは所定の真空度に保持された真空槽、２は
該真空槽ｌ内の排気を行なうための排気通路で、これは
図示しない真空排気装置に接続されている。３は該排気
通路２を開閉する真空用バルブである。

４は直径１ｍｍ〜２ｍｍのノズル４ａが設けられた密閉
形るつぼで、これには基板に蒸着されるべき蒸発物質、
例えば珪素（Ｇｉ）５が収容される。

６は上記るつぼ４に熱電子を照９１シ、これの加熱を行
なうボンバード用フィラメント、７は該フィラメント６
からの輻射熱を遮断する熱シールド板であり、上記るつ
ぼ４．ボンバード用フィラメント６及び熱シールド板７
により、基板に蒸着すべき物質の蒸気を上記真空槽１内
に噴出してクラスタを生成せしめる蒸気発生源８が形成
されている。

なお、１９は上記熱シールド板７を支持する絶縁支持部
材、２０は−に記るつぼ４を支持する支持台である。

９は２０００°Ｃ以上に熱せられてイオン化用の熱電子
１３を放出するイオン化フィラメント、１０は該イオン
化フィラメント９から放出された熱電子１３を加速する
電子引き出し電極、１１はイオン化フィラメント９から
の輻射熱を遮断する熱シールド板であり、上記イオン化
フィラメント９．電子引き出し電極１０及び熱シールド
板１１により、十記范気発生源８からのクラスタをイオ
ン化するためのイオン化手段１２が形成されている。な
お、２３は熱シールド板１１を支持する絶縁支持部材で
ある。

１４は上記イオン化されたクラスタ・イオン１６を加速
してこれをイオン化されていない中性クラスタ１５とと
もに基板１８に衝突させて薄膜を蒸着さセる加速電極で
あり、これは電子引き出し電極１０との間に最大１０ｋ
Ｖまでの電位を印加できる。なお、２４は加速電極１４
を支持する絶縁支持部材、２２は基板１８を支持する基
板ボルダ、２１は該基板ボルダ２２を支持する絶縁支持
部材、１７はクラスタ・イオン１６と中性クラスタ１５
とからなるクラスタビームである。

次に動作について説明する。

基板１８に珪素前１１ｆｆを蒸着形成する場合につい一
ζ説明すると、まず珪素５をるつぼ４内に充填し、１記
真空排気装置により真空槽１内の空気を排気し゛ζ該真
空槽１内をｌｏ’Ｔｏｒｒ程度の真空度にする。

次いで、ボンバード用フィラメント６に通電して発熱せ
しめ、該ボンバード用フィラメント６がらの輻射熱によ
り、または該フィラメント６がら放出される熱電子をる
っぽ４に衝突させること、即ち電子衝撃によって、該る
っぽ４内の珪素５を加熱し蒸発せしめる。そして該るっ
ぽ４内が珪素５の茎気圧が０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度に
なる温度（１８００〜２１００℃）に昇温すると、ノズ
ル４ａがら噴出した金属蒸気は、るっぽ４と真空槽１と
の圧力差により断熱膨張してクラスタと呼ばれる、多数
の原子が緩く結合した塊状原子集団となる。

このクラスタ状のクラスタビーム１７ば、イオン化フィ
ラメント９がら電子引き出し電極１ｏによって引き出さ
れた熱電子１３と（和文するため、その一部のクラスタ
はそのうちの１個の原子がイオン化されてクラスタ・イ
オンＩ６となる。このクラスタ・イオン１６は加速電極
１４と電子引き出し電極１０との間に形成された電界に
より適度に加速され、イオン化されていない中性クラス
タ１５がるつぼ４から噴射されるときの運動エネルギー
でもって基板１８に衝突するのと共に、基板１８に衝突
し、これにより該基板１８上に珪素薄膜が蒸着形成され
る。

ところがこの従来の薄膜蒸着装置では、イオン化フィラ
メント９に通電してこれがら熱電子を放出させ、これに
よりクラスタのイオン化を行なっていたため非常に大き
な投入電力が必要であった。

例えば上記従来装置の場合、イオン化フィラメント９に
は２ＯＡ、１５Ｖの電力が投入され、該フィラメント９
が２０００℃程度に昇温するようになっている。また、
イオン化フィラメント９がら放出される熱電子１３を電
子引き出し電極１ｏで加速するために投入される電力は
、２００ｍＡ、３００Ｖ程度必要となる。

このように従来の装置では、クラスタをイオン化してい
るため非常に大きな電力が必要であるという欠点があっ
た。またこの際イオン化フィラメント９等が高温になる
ため、その輻射熱により基板の温度が」−昇し、基板と
して高分子シート等耐熱性の低いものは使用できなかっ
たり、基板にアルミ層を形成し、さらに該−アルミ層上
に他の金属膜を蒸着形成するような場合には、該アルミ
層が熔けてしまったりするという問題があった。

〔発明の概要〕

本発明は、上記のような従来のものの欠点に鑑みてなさ
れたもので、蒸気発生源からのクラスタに光を照射して
該クラスタを励起させ、又は蒸気発生源の蒸気に光を照
射して該蒸気発生源をして励起されたクラスタを発生せ
しめることにより、構造が簡単で、エネルギーを大きく
低減でき、かつ基板の温度上昇を防止できる薄膜蒸着装
置を提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第３ＴＥＪは本願の第１の発明の一実施例による薄膜蒸
着装置を模式的に示す概略構成図である。図において第
１図と同一符号は同−又は相当部分を示し、３０はレー
ザ光源であり、該レーザ光源３０内にはレーザ物質、光
共振器及び励起用装置が設けられている。該レーザ光源
３０は上記レーザ物質から放出されるレーザ光３１を上
記蒸気発生源８からのクラスタに照射し、これにより該
クラスタを励起するためのものである。

次に動作について説明する。

本実施例装置において、基板１８の表面に例えば珪素薄
膜を蒸着形成するには、先ず、従来の装置における場合
と同様に、基板１８を基板ホルダ２２により支持し、珪
素５をるつぼ４内に収容し、−名 真空槽１内を真空排気装置により１０　Ｔｏｒｒ程度の
真空度に排気し、次いで、ボンバード用フィラメント６
によりるつぼ４内の珪素５をその蒸気圧が０、１　”−
１０Ｔ、ｏｒｒ程度になる温度（１８００〜２１００℃
）に昇温する。

すると、ノズル４ａから噴出した金属蒸気はクラスタと
呼ばれる塊状原子集団となる訳であるが、本実施例装置
では、上記クラスタ状のクラスタビーム３７にレーザ光
源３０からレーザ光３１が照射され、これにより蒸気発
生源８がらの一部のクラスタは、該クラスタを構成する
うちの１個の原子が励起されて励起クラスタ３６となる
。そしてこの場合、上記レーザ光３１の波長をコントロ
ールすることにより、クラスタの所望レヘルの励起状態
が得られる。

上記励起クラスタ３６は、励起されていない非励起クラ
スタ１５と共にノズル４ａから噴出したときの運動エネ
ルギーでもって基板１８に衝突し、これにより基板１８
上に珪素薄膜が蒸着形成される。

このように本実施例装置では、従来の構造の複雑なイオ
ン化手段に代えて構造の簡単なレーザ光源３０を設けた
ので、全体として構造を卵重に簡単にでき、また従来の
ようなイオン化のためのエネルギーが不要のためエネル
ギーを大きく低減でき、かつイオン化手段からの輻射熱
により基板が温度上昇してしまうということもなく、そ
のため薄膜形成に不都合を生しることもない。

第４図は本願の第２の発明の一実施例を示す。

図において、第３図と同一符号は同−又は相当部分を示
し、し〜ザ光源３０は蒸気発生源８の側方に設けられて
おり、該レーザ光源３０からのレーザ光３１は、熱シー
ルド板７及びるつぼ４に形成された照射孔７ａ、４’ｔ
を通ってるつぼ４内に照射されるようになっている。

本実施例装置では、るつぼ４内で蒸発した珪素蒸気に上
記レーザ光源３０からのレーザ光３１が照射され、これ
により該珪素蒸気の一部の原子が励起される。そしてこ
の励起原子は、励起されていない非励起原子とともにる
つば４からノズル４ａを通って真空槽１内に噴出され、
これにより上記珪素蒸気は、励起原子を含む励起クラス
タ３６及び非励起原子のみからなる非励起クラスタ１５
となり、しかる後側クラスタ３６，１５からなるクラス
タビーム３７が基板１８に衝突し、その結果その表面に
珪素薄膜が蒸着形成される。

このように本実施例では、るつぼ４内の珪素蒸気にレー
ザ光３１を照射するようにしたので、レーザ光３１の必
要量が少なくて済み、従ってレーザ光源３０をより小型
化できる。また本実施例の他の効果は上記第３図の実施
例のそれと同じである。

なお、ヒ記両発明の各実施例では、レーザ光を用いた場
合につ（、＞て説明したが、これは可視光等でも良い。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係るＮ膜蒸着装置によれば、蒸
気発生源からのクラスタにレーザ光を照射して該クラス
タを励起し、又は蒸気発生源内の蒸気に光を照射して該
蒸気発生源をして励起されたクラスタを発生せしめるよ
うにしたので、装置の構造を簡単にすることができ、必
要電力を低減できると共に基板の塩度上昇を防止できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜蒸着装置の概略構成図、第２図はそ
の真空槽内を示す斜視図、第３図は本願の第１の発明の
一実施例による薄膜蒸着装置の概略構成図、第４図は本
願の第２の発明の一実施例の概略構成図である。 １・・・真空槽、５・・・蒸着すべき物質（珪素）、８
・・・蒸気発生源、１５・・・中性クラスタ、３６・・
・励起クラスタ、１８・・・基板、３０・・・レーザ光
源、３１・・・レーザ光。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　大岩増雄 第１図 第１頁の続き ■発明者花卉　正博 汗所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１所定の真空度に保持された真空槽と、該真空槽内
   に設けられ基板に蒸着すべき物質の蒸気を上記真空槽内
   に噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラス
   タを発生する蒸気発生源と、該蒸気発生源からのクラス
   タに光を照射して該クラスタの一部を励起されたクラス
   タとする光源とを備え、上記励起されたクラスタを励起
   されていないクラスタとともに基板に衝突させて薄膜を
   蒸着させることを特徴とする薄膜蒸着装置。 （２）　上記光源は、可視光を発生するものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜蒸着装置
   。 （３）　上記光源はレーザ光を発生するものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第一１−項記載の薄膜蒸着
   装置。 （４）　所定の真空度に保持された真空槽と、該真空槽
   内に設けられ基板に蒸着すべき物質の蒸気を上記真空槽
   内に噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラ
   スタを発生する蒸気発生源と、該蒸気発生源内の蒸気に
   光を照射して該蒸気発生源から発生されるクラスタの一
   部を励起されたクラスタとする光源とを備え、上記励起
   されたクラスタを励起されていないクラスタとともに基
   板に衝突させて薄膜を蒸着させることを特徴とする薄膜
   蒸着装置。 （５）上記光源は、可視光を発生するものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄膜蒸着装置。 （６）　上記光源は、レーザ光を発生するものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の薄膜蒸着装
   置。