JPS60124925A - 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、特にクラスタイオンビ
ーム蒸着法により化合物薄膜を蒸着形成する装置に関す
るものである。

（従来技術〕 従来この種のｉ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薄膜の形成が
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〜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
熱シールド坂７により、基板に蒸着すべき物質の蒸気を
上記真空槽ｌ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Ｉｓ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との間に量
大ＩＱｋＶ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
ラメント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、このため上記クラスタビーム
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て基板１８に
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、イオン化されていない中性クラスタ１
５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、上記クラスタ・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
が必要であるという欠点があった。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
タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ　）　、モリブデ
ン（ＭＯ）、チタン（Ｔｉ　）　、炭素（Ｃ）など、及
び弗素に反応性の高い物質、例えばシリコン（Ｓｉ）な
どを使用する場合においては、るつぼ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、上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することにより、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、しかも上記ガス収容部、
クラスタをイオン化するイオン化手段、及びクラスタ・
イオンを加速する加速手段をそれぞれ複数設けることに
より、所望の品質の化合物薄膜を容易に形成することの
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膜蒸着装置を示す概
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、３０ａ、３０ｂはともに真空槽１
内に設けられ、それぞれ異なる蒸着物質原子を有する常
温ガス物質３２ａ、３２ｂ収容する第１．第２のガス収
容部であり、この第１．第２のガス収容部３０ａ、３’
Ｏｂはその頭部にノズル３１ａ、３１ｂを有し、このノ
ズル３１ａ、３１ｂから上記常温ガス物質３２ａ、３２
ｂを噴出して、該常温ガス物質のクラスタを発生するた
めのものである。３３ａ、３３ｂはそれぞれ上記常温ガ
ス物質３２ａ、３２ｂが収納されたガス容器、３４ａ、
３４ｂはこの各ガス容器３３ａ、３３ｂから上記第１．
第２のガス収容部３０ａ、３０ｂに導入される上記常温
ガス物質３２ａ、３２ｂの量を制御するためのバルブで
ある。

また、３５ａ、３５ｂは上記第１．第２のガス収容部３
０ａ、３０ｂの周囲に配設された冷却管であり、上記ガ
ス収容部３０ａ、３０ｂを冷却して該ガス収容部３０ａ
、３０ｂから発生されるクラスタのサイズ、即ち１つの
クラスタを構成する分子又は原子の個数をコントロール
するためのものである。

１２ａ、１２ｂは従来のものと同様に、イオン化フィラ
メント９ａ、９ｂ、電子引き出し電極ｌＯａ、１０ｂ及
び熱シールド板１１ａ、ｌｌｂから構成されるイオン化
手段、１４ａ、１４ｂは加速電極、１７ａ、１７ｂはク
ラスタビームである。

なお、３９は」−記イオン化手段１２ａ、１２ｂ及び加
速電極１４ａ、１４ｂ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。

本実施例においては、常温ガス物質３２８．３２ｂとし
て、シランカス（Ｓｉ　Ｈ４）　、酸素（０２）を用い
、基板１８上に二酸化シリコン（Ｓｔ　０２）の化合物
薄膜を蒸着形成する場合について説明する。

ます、真空槽１内を真空排気装置により１０　↑Ｏｒｒ
　（通常ｌＯ〜１０　Ｔｏｒｒ程度）の真空度に排気す
る。そして、第１．第２のガス収容部３０ａ、３０ｂに
、シランガス３２ａ、酸素３２ｂをバルブ３４ａ、３４
ｂにより各ガスの導入量を調整しながら供給し、該シラ
ンガス３２ａ、酸素３２ｂをそれぞれノズル３１ａ、３
１ｂから噴出させる。

すると、ノズル３１ａから噴出されたシランはシ　ゝラ
ン分子のクラスタとなり、またノズル３１ｂから噴出さ
れた酸素は酸素原子のクラスタとなる。

この際、冷却管３４によって上記各クラスタのサイズが
コントロールされる。

次に上記シラン分子のクラスタ及び酸素原子のクラスタ
に、それぞれイオン化フィラメント９ａ。

９ｂからの電子を衝突させると、シラン分子のクラスタ
は、該シラン（ＳｉＨ４）分子から水素（Ｈ２）が分離
されてシリコン（Ｓｉ　）原子のクラスタとなり、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、
上記電子衝撃により該クラスタを構成するうちの１（１
１ｔの原子がイオン化されてシリコン原子のクラスタ・
イオン１６ａとなる。一方、上記酸素原子のクラスタは
イオン化）ィラメント９ｂからの電子衝撃によってイオ
ン化され、酸素原子のクラスタ・イオン１６ｂとなる。

そしてこの各クラスタ・イオン１６ａ、１６ｂは、それ
ぞれ加速電極１４ａ、１４ｂと電子引き出し電極１０ａ
、１０ｂ間に形成された電界によって適度に加速されて
、また上記中性クラスタ１５ａ、１５ｂは各ガス収容部
３０ａ、３０ｂから噴出された運動エネルギでもってそ
れぞれ基板１８に衝突する訳であるが、上記シリコン原
子のクラスタ・イオン１６ａ、中性クラスタ１５ａ及び
酸素原子のクラスタ・イオン１６ｂ、中性クラスタ１５
ｂは−に記基板１８に衝突する前に該基板１８近傍で反
応して二酸化シリコン（ＳｉＯ２）となり、これにより
該基板１８上に二酸化シリコンの化合物）ＷＨＥＮが蒸
着形成される。なお、上記シラン分子のクラスタから分
離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、常温ガスの物質を用いて
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
、装置の構造を非常に簡単に、かつ運転に必要な電力を
著しく低減できるとともに、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
できる。

さらに、クラスタ・イオンを発生し、これを加速するた
めの機構を化合物薄膜を形成する各蒸着物質に対してそ
れぞれ独立して設けたので、上記各蒸着物質ガスの噴出
量１発生されるクラスタサイズを左右する各ガスの温度
、各クラスタを分解かつイオン化又はイオン化するため
のイオン化電子電流、及び各クラスタ・イオンを加速す
る加速電圧を上記各蒸着物質に対して独立に制御でき、
所望の品質の化合物薄膜を容易に形成できる。

なお、上記実施例ではシランガスと酸素とを用いて二酸
化シリコン薄膜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、例えばジボラン（Ｂ２
Ｈ５）と窒素（Ｎ２）あるいはアンモニア（ＮＨ３）と
を用いてボロンナイトライド（ＢＮ）を形成するなど、
適当な常温ガス物質を用いて上記実施例と同様の方法で
各種の化合物の′ａ膜形成が可能となる。

さらに、上記実施例ではガス収容部、イオン化手段等を
２組設けた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３組設けて、塩化アルミニウム
（ＡＡ２ＣＡｓ）と二酸化炭素（ＣＯ２）と酸素（０２
）とを用いてアルミナ（Ａｊ！２０３）薄膜を形成する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

以−ヒのように、この発明によれば、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、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
い物質の薄膜をも容易に形成でき、しかも上記ガス収容
部、イオン化手段及び加速手段を複数組設けたので、所
望の品質の化合物Ｙ！Ｊ１ｍを容易に形成できる効果が
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、１２ａ、１２ｂ・・・イオン化手段、
１４ａ、１４ｂ・・・加速電極（加速手段）、１５ａ。 １５ｂ・・・中性クラスタ、１６ａ、１６ｂ・・・クラ
スタ・イオン、１８・・・基板、３０ａ、３０ｂ・・・
ノズル付ガス収容部、３２ａ、３２ｂ・・・常温ガス物
質。 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１１　所定の真空度に保持された真空槽と、それぞれ
   該真空槽内に設けられ基板に蒸着すべき物質原子を有す
   る當温ガスの分子を収容しこれを噴出して該常温ガス物
   質のクラスタを発生する複数のノズル付ガス収容部と、
   該複数のガス収容部からの各クラスタの一部を分解かつ
   イオン化又はイオン化してＬ記者蒸着物質原子のクラス
   タ・イオンを生成する複数のイオン化手段と、該イオン
   化された各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上記基
   板に衝突させる複数の加速手段とを備え、上記複数の加
   速手段からの異なる蒸着物質原子からなる化合物薄膜が
   上記基板に形成されるようにしたことを特徴とする薄膜
   蒸着装置。