JPS60124924A - 薄膜蒸着装置 - Google Patents

薄膜蒸着装置

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JPS60124924A
JPS60124924A JP23557483A JP23557483A JPS60124924A JP S60124924 A JPS60124924 A JP S60124924A JP 23557483 A JP23557483 A JP 23557483A JP 23557483 A JP23557483 A JP 23557483A JP S60124924 A JPS60124924 A JP S60124924A
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Kenichiro Yamanishi
山西 健一郎
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221Ion beam deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/513Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets

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、特にクラスタイオンビ
ーム蒸着法により薄膜を蒸着形成する場合のクラスタ発
生源の改良に関するものである。
〔従来技術〕
従来この種の薄膜形成方法としては、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、CVD法、イオンブレーティング法、ク
ラスタイオンビーム蒸着法などがあるが、特にイオン化
粒子または励起粒子を用いる方法は高品質11膜の形成
が可能であり、中でもクラスタイオンビーム蒸着法は数
多くの優れた特徴を有しているため、高品質薄膜形成方
法として広い用途が考えられている。
このクラスタイオンビーム蒸着法による薄膜形成方法は
、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
状原子築団)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ちの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。
このような薄膜形成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、1は所定の真空度に保持された真空槽、2は
該真空槽1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〜2IIII11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
着物質5が収容される。6は上記るつぼ4に熱電子を照
射し、これの加熱を行なうボンバード用フィラメント、
7はモリブデン(Mo)やタンタル(Ta )等で形成
され上記フィラメント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は上記る
つぼ4を支持する支持台である。
9は2000℃以上に熱せられてイオン化用の熱電子1
3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、上記蒸気発生源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、これを基板18に衝突させて薄膜を蒸着させる加速
電極であり、これは電子引き出し電極10との間に最大
10kV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
する基板ホルダ、21は該基板ホルダ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。
まず蒸着ずべき金属5をるつぼ4内に充填し、上記真空
排気装置により真空槽1内の空気を排気して該真空槽1
内を所定の真空度にする。
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からの輻射熱によ
り、または該フィラメント6から放出される熱電子をる
つぼ4に衝突させること、即ち電子衝撃によって、該る
つぼ4内の金属5を加熱し蒸発せしめる。そして該るつ
ぼ4内の金属蒸気圧が0.1〜10Torr程度になる
温度まで昇温すると、ノズル4aから噴出した金属蒸気
は、るつぼ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は、イオン化フィ
ラメンl−9から電子引き出し電極10によって引き出
された熱電子13と衝突し、このために記りラスタビー
ム17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16となる。このクラスタ
・イメ°ン16しよ加速電極14と電子引き出し電極1
0との間Gこ形成された電界により適度に加速されて基
板1B4こ衝突し、これにより該基板18上に薄膜が蒸
着形成される。またこの際、イオン化されてG1なG1
中性クラスタ15は、上記るつぼ4から噴出された運動
エネルギでもって上記基板18に衝突し、」―記りラス
タ・イオン16とともに該基板18上に蒸着される。
なお、上記基板18は上記加速電極14と同電位に設定
されるのが一般的である。
ところがこの従来の装置では、蒸着物質5の蒸気を得る
際に、るつぼ4を加熱することによってその中に充填さ
れた蒸着物質5を加熱し、その蒸気を得るようにしてい
るため、熱効率が悪く、装置の運転に非常に大きな電力
が必要であると5S’)欠点があった。さらに、蒸着物
質5として、その蒸気化に高温度を必要とする物質、例
えばタンク゛ステン(W)、タンクル(Ta ) 、モ
リブデン(Mo)、チタン(Ti)、炭素(C)など、
及び非常に反戚性の高い物質、例えばシリコン(St)
などを使用する場合においては、るっぽ4に特殊な材料
を用いる必要があるなどの欠点があった。
〔発明の概要〕
この発明は、−F記のような従来のものの欠点を除去す
るためになされたもので、クラスタイオンビーム蒸着装
置において、常温ガスの物質物を、ノズル付ガス収容部
から噴出してクラスタを発生させるようにすることによ
り、構造が簡単で、がつその運転に必要な電力を著しく
低減できるとともに、反応性の高い物質等の薄膜をも容
易に形成テキ、しかも上記ガス収容部を冷却することに
より、発生されるクラスタを構成する原子1個に与えら
れるエネルギを容易に制御することができる薄膜蒸着装
置を提供することを目的としている。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第3図は本発明の一実施例による薄Ill!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は真空槽1内
に設けられその頭部にノズル30aを有するガス収容部
であり、これは基板18に蒸着すべき物質を有する常温
ガスの化合物31をそのノズル30aから噴出して、該
化合物31のクラスタを発生するためのものである。3
2は上記化合物ガス31が収納されたガス容器、33は
このガス容器32から上記ガス収容部30に供給される
化合物ガス31の量を制御し、上記ガス収容部30の内
圧等をコントロールするためのバルブである。また、3
4は上記ガス収容部30の周囲に配設された冷却管(冷
却手段)であり、この冷却管34の中に例えば液体窒素
等を通して上記ガス収容部30を冷却するためのもので
ある。なお、39はイオン化手段12及び加速電極14
を支持する絶縁支持部材である。
次に動作について説明する。
ここで、本実施例においては、基板18の表面にシリコ
ン(Si )薄膜を蒸着形成する場合について説明する
まず、真空槽1内を真空排気装置により10′7T’。
rr (通、常10 〜10 Torr程度)の真空度
に排気する。そして常温ガスの化合物31としてシラン
(SiH4)を用い、これをガス収容部30に、その内
部のガス圧が10 Torr (通常10〜2〜103
Torr程度)になるようバルブ33により調整しなが
ら供給し、該シランガス31をノズル30aから噴出さ
せる。すると、このノズル30aから噴出されたシラン
ガスは、上記ガス収容部30と真空槽lとの圧力差によ
り断熱膨張してシラン分子のクラスタとなる。
ここで、クラスタを発生させる場合、温度が低いほどそ
のサイズを大きく、即ち1つのクラスタを構成する分子
又は原子の個数を多くすることができる訳であるが、本
実施例においては、冷却管34内に液体窒素を通すこと
によってガス収容部30の温度をコントロールし、これ
により上記クラスタのサイズをコントロールしている。
次に、上記シラン分子のクラスタにイオン化フィラメン
ト9からの電子を衝撃すると、該シラン(SiH4)分
子から水素(H2)が分離されてシリコン(Si )原
子のクラスタが生成される。
またこれと同時に、上記シリコン原子のクラスタの一部
は、該クラスタを構成するうちの1個の原子がイオン化
されてクラスタ・イオン16となる。
そしてこのクラスタ・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って適
度に加速され、その加速された運動エネルギでもって基
板18に衝突し、これにより基板18上にシリコン薄膜
が蒸着形成される。またこの際、イオン化されていない
中性クラスタ15は加速されないので、上記ガス収容部
30から噴出された運動エネルギでもって上記基板18
に衝突し、上記クラスタ・イオン16とともに該基板1
8上に蒸着される。なお、上記イオン化手段12によっ
てシラン分子から分離生成された水素ガスは、真空槽1
外へ排気される。
このような本実施例装置では、常温ガスの化合物を用い
てクラスタを発生させるようにしたので、従来装置のよ
うに蒸着物質蒸気を得るための加熱機構が全く不要とな
り、装置の構造を簡単に、かつ運転に必要な電力を著し
く低減することができ、また、蒸気化させるのに高温度
を要する物質や、反応性の高い物質の薄膜をも容易に形
成することができる。また、ガス収容部30の内圧、即
ちノズル30aからのガスの噴出量をバルブ33によっ
て非常に容易にコントロールすることができる。
さらに、従来装置では、蒸着物質原子が基板18へ衝突
する際のエネルギの調整は、加速電極14に印加される
電圧によって行なわれていた訳であるが、本実施例装置
では、冷却管34によって1つのクラスタを構成する分
子又は原子の個数をもコントロールできるので、上記加
速電極14によって1つのクラスタに与えられるエネル
ギが同じであっても、該クラスタを構成する分子又は原
子1個あたりのエネルギを変えることができ、所望の品
質の薄膜の形成に非常に便利である。
なお、上記実施例ではシラン(SiH4)を用いてシリ
コン(Si)1%を形成する場合について説明したが、
本発明はこれに限るものではなく、例えば炭素(C)薄
膜を形成する場合はメタン(CH4)を用い、タングス
テン(W)薄膜を形成する場合はフン化タングステン(
WFs)を用いるなど、適当な化合物ガスを選んで上記
実施例と同様の方法で各種の薄膜形成が可能となる。
また、上記実施例では、加速電極は必ずしも必要ではな
く、基板と電子引き出し電極間の電位差によりクラスタ
・イオンを加速するようにしてもよい。
さらに、上記実施例では、化合物のクラスタを分解、イ
オン化する方法として、該クラスタに電子を衝突させる
ようにしたが、これを、例えば光エネルギを利用した方
法などであってもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、クラスクイオンビー
ム層着装置において、常温ガスの化合物、をガス収容部
から噴出してクラスタを発生させるようにしたので、構
造が簡単で、かつ運転に必要な電力を著しく低減できる
とともに、反応性の高い物質等の薄膜をも容易に形成で
き、さらに、上記クラスタを生成する際、上記ガス収容
部を冷却して発生されるクラスタのサイズをコントロー
ルするようにしたので、所望の品質の薄膜を形成するに
際し、非常に便利となる効果がある。
【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図は本発明の一実施例に
よる薄膜蒸着装置の概略構成図である。 1・・・真空槽、12・・・イオン化手段、14・・・
加速電極(加速手段)、15・・・中性クラスタ、16
・・・クラスタ・イオン、18・・・基板、30a・・
・ガス収容部、30・・・ノズル、31・・・常温ガス
の化合物、34・・・冷却管(冷却手段)。 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2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)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を有する常温ガスの化
    合物を噴出して該化合物のクラスタを発注するノズル付
    ガス収容部と、該ガス収容部を冷却する冷却手段と、上
    記クラスタとなっている化合物を分解して上記蒸着物質
    原子のクラスタを生成するとともに該蒸着物質原子のク
    ラスタの一部をイオン化するイオン化手段と、該イオン
    化された蒸着物質原子のクラスタ・イオンを加速しこれ
    をイオン化されていない中性クラスタとともに基板に衝
    突させて薄膜を蒸着させる加速手段とを備えたことを特
    徴とする薄膜蒸着装置。
JP23557483A 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置 Granted JPS60124924A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23557483A JPS60124924A (ja) 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置

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JP23557483A JPS60124924A (ja) 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置

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JPS60124924A true JPS60124924A (ja) 1985-07-04
JPH0443412B2 JPH0443412B2 (ja) 1992-07-16

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ID=16988001

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JP23557483A Granted JPS60124924A (ja) 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置

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JP (1) JPS60124924A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6433722A (en) * 1987-07-30 1989-02-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of magnetic recording medium

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6433722A (en) * 1987-07-30 1989-02-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of magnetic recording medium

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JPH0443412B2 (ja) 1992-07-16

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