JPS60125369A - 薄膜蒸着装置 - Google Patents

薄膜蒸着装置

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JPS60125369A
JPS60125369A JP23557983A JP23557983A JPS60125369A JP S60125369 A JPS60125369 A JP S60125369A JP 23557983 A JP23557983 A JP 23557983A JP 23557983 A JP23557983 A JP 23557983A JP S60125369 A JPS60125369 A JP S60125369A
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山西 健一郎
Akira Nushihara
主原 昭
Yoshifumi Minowa
美濃和 芳文
Sanjiyu Ko
広 三寿
Masahiro Hanai
正博 花井
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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
    • 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
    • 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
    • C23C16/22Chemical 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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24Deposition of silicon only

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、Wi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、■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11〜2+11111のノズル4aが設りられ
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)やタンクル(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I2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。
まず蒸着すべき金属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l
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内の金属層気圧が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l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lO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I8上に器錐薄膜が蒸着され
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
力が必要であり、また蒸着物質5として、その蒸気化に
為温度を必要とする物質、例えばタングステン(W)、
クンタル(Ta ) 、モリブデン(Mo)、チタン(
Ti)、炭素(C)など、及び非常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という
欠点があった。
さらに、上記従来の装置では、クラスタをイオン化する
ための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18の温度が上昇し、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いという欠
点があった。
〔発明の概要〕
本発明は、上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、クラスクイオンビーム蒸着装置に
おいて、常温ガスの物質を用い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、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、しかも、上記常温ガスを
収容するガ7.収容部内で放電を起こして該ガス収容部
から発生されるクラスタの一部をクラスタ・イオンとす
ることにより、基板の温度上昇が生ずることのない薄膜
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は真空槽l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を収容するとともに、上記蒸着物質原子をノ
ズル30aから噴出して、該蒸着物質原子のクラスタを
発生するためのものである。32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、34は上記ガス収容部30の周囲に配設された冷
却管であり、上記ガス収容部30を冷却し、該ガス収容
部30から発生されるクラスタのサイズ、即ち1つのク
ラスタを構成する原子の個数をコントロールするための
ものである。37は加速電極14を支持する絶縁支持部
材である。
また、35a、35bは上記ガス収容部30内に対向配
置された放電電極、36はこの放電電極35a、35b
間に放電を発生させるための電源(電圧印加手段)であ
り、これは上記ガス収容部30内の化合物ガス31を分
解して蒸着物質原子を生成するとともに、該蒸着物質原
子のうちの一部をイオン化するためのものである。
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=T。
rr (通常101〜10−’ 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10Torr (通常10−” 〜10
3Torr程度)になるよう調整しながら供給する。
次に電源36により放電電極35a、35b間に高電圧
を印加すると該電極35−a、35b間で放電が開始し
、この放電によりガス収容部30内のシランガス(Si
 H4)31が分解してシリコ(St )と水素(2H
2)とが生成される。またこれと同時に、上記シリコン
原子の一部は上記放電によりイオン化される。そしてこ
のイオン化されたシリコン原子は、イオン化されていな
い中性のシリコン原子とともにノズル30aを通って真
空槽1内に噴出され、これにより上記シリコンは、上記
イオン化されたシリコン原子を含むクラスタ・イオン1
6及びイオン化されていないシリコン原子のみからなる
中性クラスタ15となる。この際、冷却管34によって
上記ガス収容部30の温度をコントロールすることによ
り、上記各クラスタ15.16のサイズがコントロール
される。
そして上記クラスタ・イオン16は、加速電極14と上
記ガス収容部30との間に形成された電界によって適度
に加速されて基板18に衝突し、これにより該基板18
上にシリコン薄膜が蒸着形成される。またこの際、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1B上
に蒸着される。なお、上記シラン分子から分離生成され
た水素ガスは、真空槽l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31を
用いてクラスタを発生させるようにし、しかもその化合
物ガス収容部30において放電を利用して蒸着物質原子
を生成し、かつイオン化するようにしたので、従来装置
のように蒸着物質蒸気を得るための加熱機構、及びクラ
スタをイオン化するためのイオン化手段が全く不要とな
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。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
でき、しかも従来のようなイオン化手段からの輻射熱に
より基板18が温度上昇することもなく、そのため薄膜
形成に不都合を生じることもない、また、上述のように
イオン化をガス収容部30内の放電を利用して行なって
いるので、非常に効率よく、低エネルギでクラスタ・イ
オンを得ることができる。
なお、上記実施例ではシラン(SiH4)を用いてシリ
コン(Si )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
(WFa)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。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、クラスタイオンビーム
蒸着装置において、常温ガス物質を用いてクラスタを発
生させようにしたので、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1lllIlをも容易に形成でき、しかも上記常温
ガスを収容するガス収容部内に放電電極を設けて、該放
電電極間の放電により上記ガス収容部から発生されるク
ラスタの一部をクラスタ・イオンとするようにしたので
、基板の温度上昇を無くすことができる効果がある。
【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I!El!!蒸着装置の概略構成図である。 1・・・真空槽、14・・・加速電極(加速手段)、1
5・・・中性クラスタ、16・・・クラスタ・イオン、
18・・・基板、30・・・ノズル付ガス収容部、31
・・・常温ガスの化合物、35a、35b・・・放電電
極、36・・・電源(電圧印加手段)。 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 第1頁の続き ■発明者 花卉 正ヤ V 尼崎重環日本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社
伊丹製作所内 手続補正書(自発) 1、事件の表示 特願昭 58−235579号2、発
明の名称 薄膜蒸着装置 3、補正をする者 メ \ )。 5、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄1発明の詳細な説明の欄、
及び図面の簡単な説明の欄 6、補正の内容 (11明細書の特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 (2) 明細書第7頁第15行、第8頁第12行。 第11頁第9行、及び第13頁第12〜13行の「常温
ガスの」を「常温でガス状の」に訂正する。 (3)同第1O頁第1行のr103TorrJをr 1
0Torr」に訂正する。 (4)同第11頁第7行の「分離」を「分解」に訂正す
る。 以 上 特許請求の範囲 (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ヱガス状
の化合物を収容するとともに上記蒸着物質原子を噴出し
て該蒸着物質原子が緩く結合したクラスタを発生するノ
ズル付ガス収容部と、該ガス収容部内に対向配置された
放電電極と、該放電電極間に電圧を印加して放電させ上
記化合物を分解して上記蒸着物質原子を生成するととも
に上記ガス収容部から発生されるクラスタの一部をイオ
ン化されたクラスタとする電圧印加手段と、該イオン化
されたクラスタ・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iF突させて111
N*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。

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
    合物を収容するとともに上記蒸着物質原子を噴出して該
    蒸着物質原子が緩く結合したクラスタを発生するノズル
    付ガス収容部と、該ガス収容部内に対向配置された放電
    電極と、該放電電極間に電圧を印加して放電させ上記化
    合物を分解して上記蒸着物質原子を生成するとともに上
    記ガス収容部から発生されるクラスタの一部をイオン化
    されたクラスタとする電圧印加手段と、該イオン化され
    たクラスタ・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
JP58235579A 1983-12-12 1983-12-12 薄膜蒸着装置 Expired - Lifetime JPH0830268B2 (ja)

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JPH0830268B2 JPH0830268B2 (ja) 1996-03-27

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089289A (en) * 1986-03-05 1992-02-18 Fuji Electric Co., Ltd. Method of forming thin films

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