JPS61207572A - 薄膜成膜装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜成膜技術に係り、特に高品質の薄膜を比較
的低温で付着させる装置に関する。

〔発明の背景〕

イオン化した蒸着粒子を電界により加速して基板に射突
、付着させる従来の成膜技術としては、クラスタイオン
ビーム成）１ｇが特筆される。

この技術は、特公昭５４−９５９２に開示されているよ
うに、蒸着粒子の基板への付着力が大きく、基板面の清
浄と成膜を同時に行（・得る利点を有する。

即ち、１０−５〜１０−６ｍｍＨｇの高真空にした容器
内に物質蒸気発生炉（るつぼ）とイオン引出し電極が対
向して配置され、るつぼ側が正、引出し電極側が負とな
るように加速電圧が印加される。

るつぼ内の蒸着物質は加熱により蒸気化され、その蒸気
がるつぼに設けられた小孔より前記の高真空中に断熱膨
張的に噴射して、過冷却状態によって塊状原子集団（ク
ラスター）が発生する。

当該クラスターに対し、前記イオン引出し電極に内蔵さ
れた熱電子放射用フィラメントより、電子流を照射して
クラスターをイオン化し、このイオン化クラスターを加
速して所定の基板に薄膜を付着させるという過程による
成膜技術である。

上記の従来技術は、既述の利点に加えて、緻密で良質な
薄膜を比較的低温で付着できる利点があるとされるが、
クラスターをイオン化する手段としてフィラメントから
生じた熱電子を用いている為、工業上の利用に係る大面
積成膜技術にそのまま応用することは困難を伴う。つま
り物質蒸気発生炉に多数の噴出用小孔を設けただけでは
（マルチノズル方式）、イオン化率の向上並びにイオン
化領域の均一化の点で充分でない。又、フィラメントの
電界レンズ的効果により成膜の均一化が阻害される。例
えば、物質蒸気発生炉に設けられた各小孔に対応して、
熱電子供給用のフィラメントを設ける技術では、各フィ
ラメントからの熱電子の一様な供給が困難であり、又、
装置の保守も煩雑になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、大面積成膜に適合するイオン化手段を
有し、高イオン化率で制御性の良いクラスタイオンビー
ム成膜装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の目的を達成する為、真空槽内に数ＧＨ
ｚのマイクロ波を導入してマイクロ波プラズマを励起し
、併せて磁界による閉じ込め効果によって、高密度、高
エネルギーのプラズマを発生し、これによって物質蒸気
発生炉からのクラスタをイオン化させるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明について図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

・　３　・ 真空槽１内にるら々２を置き、排気孔３により真空槽１
内を１０′〜１０−５Ｔｏｒｒの高真空に排気する。

るろ＋にの炉室内には蒸着物質４を入れ、蒸気圧が数Ｔ
ｏｒｒに相当する温度以上に、加熱用ヒータ５により加
熱する（なお、加熱方法としては、他に電子衝撃式、高
周波加熱法などがある）。

すると炉室内には数’ｒｏｒｒの蒸気圧の蒸着物質が充
満し、炉室外との圧力差により噴射用ノズル６から噴出
されるが、この際に断、熱膨張による過冷却状態によっ
て蒸着物質は塊状原子又は分子集団（いわゆるクラスタ
ー）となる。

本クラスターの生成機構は、先に引用した特公昭５４−
９５９２に詳述されている。このクラスターを何らかの
手段によってイオン化して基板に射突、付着させるのが
クラスタイオンビーム成膜法であるが、本発明に於【は
マイクロ波プラズマによってクラスタのイオン化を図る
。

すなわち、マイクロ波発振源７で発生した数ＧＨｚ　（
通常は２．４５０Ｈｚ　）のマイクロ波が導波管８によ
り、真空保持用の密閉板９を介して真空・　４　・ 槽１内に導入される。密閉板９の材質は、マイクロ波を
透過させる為に誘電体である必要があり例えば石英板な
どを用いる。マイクロ波発振源７と密閉板９０間には、
インピーダンス整合用のチューナ１０．入射及び反射波
検出用のパワーモニタ１１９反射波吸収用のアイソレー
タ１２を設置する。なお、１３はマイクロ波発振源用電
源である。

真空槽１内に導入されたマイクロ波は、電磁コイル１４
．ｉ４’（電源は１７）により規定される磁界条件によ
り電子サイクロトロン共鳴を起こし、高密度、高エネル
ギーのプラズマが発生スル。

すなわち、磁界がかかっている場合、電子は磁力線の回
りを螺旋運動（いわゆるサイクロトロン運動）し、この
時の周波数ｆεはｔａ、、、　ｇＢからｍ義的に定まる
。ここで、ｅ−電、子の素電荷、Ｂ−磁界の強さ、町−
電子の質量である。

このｆ、と、導入されるマイクロ波の周波数を一致させ
ると上記の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が起こり
、電子が激しく動きまわって大ぎな運動エネルギーを有
するようになる。この結果、プラズマの電離が促進され
、プラズマ密度も大きくなる。工業用のマイクロ波の周
波数は通常２．４５　ＧＨｚであり、したがって、上式
より磁界強さは８７５ガウスとして設定される。

更に、電磁コイル１４　、１４’の励磁電流を同一方向
にすれば、第２図のような磁力線１８の分布となって〜
°・９＋ｉミラー磁界となる。すなわち、サイクロトロ
ン運動する電子の軌跡１９は、最大磁界強さＢｍ＋Ｂｍ
’が生ずる、電磁コイル１４．１４’の各々の中心間に
閉じ込められ、このミラー磁界効果により、プラズマ中
の電子密度は更に増大することになる。

ＥＣＲとミラー磁界の相乗効果により、第１図の真空槽
１内には極めて高密度のプラズマが発生し、その中に存
在する多数の電子は大きなエネルギーを有している。本
発明に係るプラズマ密度（電子密度）は１　ｏ１１／ｃ
ｔＡ程度であり、従来のフィラメント方式による電子密
度１０８〜１ｏ”／ｃｔＩよりもはるかに大きい。

したがって、前述のクラスターが、このプラズマ領域を
通過する際、高エネルギーを有する電子と衝突し、クラ
スター中の原子がイオン化される確率が犬となり、いわ
ゆるクラスターイオンが出来やすくなる。このようにし
て出来たクラスターイオンは、ｉらｔｔ’ｔ２に対して
負電位を有する加速電極１５により加速されて基板１６
に射突し所定の成膜が実現することになる。なお、クラ
スターイオンの加速方法としては、本図の如く加速電極
１５を特に設けず、基板側負電位のみで加速する方法、
あるいは、基板側に加速電極１５以上の負電位を印加し
てクラスターイオンを再加速する方法もある。

以上述べた如く、本発明は電子サイクロトロン共鳴とミ
ラー磁界の効果を利用して高密度・高エネルギーのマイ
クロ波プラズマを発生させ、蒸着物質のクラスターがこ
のプラズマ中を通過することによりクラスターイオンと
なる、クラスターイオンビーム成膜技術である。

本実施例によれば、投入するマイクロ波のパ・　７　・ ワーによってプラズマの状態を制御することが可能であ
り、イオン加速電圧とあわせてクラスターイオンのエネ
ルギーを、より緻密に制御出来る効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高密度・高エネルギーのプラズマによ
りクラスターをイオン化出来るので、大面積成膜に適合
し、高イオン化率で制御性の良いクラスターイオンビー
ム成膜が実現出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面図、第２図は
ミラー磁界の概念図である。 １・・・真空槽、　　　　　　２・・・るつぼ、３・・
・排気孔、　　　　　４・・・蒸着物質、５・・・加熱
用ヒータ、　　　６・・・噴射用ノズル、７・・・マイ
クロ波発振源、８・・・導波管、９・・・誘電体板、　
　　　１０・・・チー−す、１１・・・パワーモニタ、
１２・・・アイソレータ、１５・・・マイクロ波発振源
用電源、 ・　８　・ １４　、１４’・・・電磁コイル、　１５・・・加速電
極、１６・、・基板、　　　　　　１７・・・電磁コイ
ル用電源、１８・・・磁力線、　　　　　１９・・・電
子の軌跡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空中に保持された基板面に対向して配置され、か
   つ、加熱により蒸気化される蒸着物質を収容するルツボ
   であって、前記基板面に対向して設けられたノズルを有
   するものと、 マイクロ波により発生するプラズマであって、磁場によ
   り前記ノズルと前記基板との間に位置するものと、 前記蒸着物質を前記プラズマ中を通過させて前記基板に
   入射せしめる電界を有することを特徴とする薄膜成膜装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の薄膜成膜装置において
   、 前記磁場は電磁コイルにより発生し、前記マイクロ波に
   従って規定される電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
   磁場である薄膜成膜装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の薄膜成膜装置において
   、 前記電界は前記基板に負電位を印加すること、又は別途
   設置する引出し電極に負電位を印加することにより発生
   する薄膜成膜装置。