JPS6270566A - Apparatus for vapor depositing film - Google Patents

Apparatus for vapor depositing film

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JPS6270566A
JPS6270566A JP20941085A JP20941085A JPS6270566A JP S6270566 A JPS6270566 A JP S6270566A JP 20941085 A JP20941085 A JP 20941085A JP 20941085 A JP20941085 A JP 20941085A JP S6270566 A JPS6270566 A JP S6270566A
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JP
Japan
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crucible
filament
thin film
temp
cluster
Prior art date
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JP20941085A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichiro Yamanishi
山西 健一郎
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS6270566A publication Critical patent/JPS6270566A/en
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE:To uniformly hold temp. of the whole crucible and to carry out stable vapor deposition, by providing plural heating filaments around circumference of a crucible, and independently controlling the temp. of each filament. CONSTITUTION:The heating filaments 6 are arranged on circumferences of a crucible main body 4b, a nozzle part 4c, a supporting part 4d of the crucible 4 respectively, and temps. of respective filaments 6 are independently controlled. Temp. of each filament 6 arranged on circumferences of the parts 4c and 4d is held higher, inversely, temp. of the filament 6 arranged at circumference of the body 4b is held lower. In this way, radiation heat and released electron quantity to the crucible 4 from each filament 6 are controlled to equalize temps. of the whole crucible 4. By the mechanism, zinc film, etc., can stably be vapor deposited and formed on a substrate 18.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は薄膜蒸着装置、特にクラスタ・イオンビーム
蒸着法により薄膜t−蒸着形成する場合の蒸着速度の安
定化に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thin film deposition apparatus, and particularly to stabilization of the deposition rate when forming a thin film by t-evaporation using a cluster ion beam deposition method.

〔従来の技術] 一般に、クラスタ・イオンビーム蒸着法による薄膜蒸着
装置は、真空槽内において、基板に蒸着すべき蒸着物質
をるつぼ内に充填し、該るつぼの周囲に配設された加熱
用フィラメントの輻射熱及び該フィラメントより放出さ
れた電子によりるつぼ内の物質を加熱し、るつぼVこ友
けらrLfC小孔より該物質の蒸気を噴出させて該蒸気
中の多数の原子が緩く結合した塊状原子集団(以下クラ
スタと記す。)を生成し、該クラスタに電!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、イオン化されていない中性のクラスタと共に基
板に衝突せしめ、こバにより基板に簿膜を蒸着形成する
ものである。
[Prior Art] Generally, in a thin film deposition apparatus using cluster ion beam deposition, a crucible is filled with a deposition material to be deposited onto a substrate in a vacuum chamber, and a heating filament is placed around the crucible. The substance in the crucible is heated by the radiant heat of the radiant heat and the electrons emitted from the filament, and the vapor of the substance is ejected from the small holes of the crucible V to create a lumpy atomic group in which many atoms in the vapor are loosely bonded. (hereinafter referred to as a cluster), and send electricity to the cluster! The clusters are showered into cluster ions in which one atom is ionized, and the cluster ions are accelerated to collide with the substrate along with the non-ionized neutral clusters, thereby causing the clusters to ionize into the substrate. A film is formed by vapor deposition.

このような薄膜蒸着装置として、従来、第2図及び第3
図に示すものがあった。第2図は従来の薄膜蒸着装置と
模式的に示す概略構成図、第3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を槽、(2)は該真空
槽(1)内の排気を行なうための排気通路で、こ7″L
は図示しない真空排気装置に接続されている。(3) 
t/i該排気通路(2)を開閉する真空用パルプである
As such a thin film deposition apparatus, conventionally, the
There was something shown in the figure. FIG. 2 is a schematic configuration diagram schematically showing a conventional thin film deposition apparatus, and FIG. 3 is a perspective view showing the inside with a part of the main part thereof cut away. In the figure, (1
) is a chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, and (2) is an exhaust passage for exhausting the inside of the vacuum chamber (1).
is connected to a vacuum evacuation device (not shown). (3)
t/i is a vacuum pulp that opens and closes the exhaust passage (2).

(4)d!径1ff〜2馴のノズル(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、例えば亜鉛(Z n)(5)が収容される。(6
) I/i上記るつぼ(4)に熱電子と照射し、これの
加熱を行なう加熱用フィラメント、(7)は該フィラメ
ント(6)からの輻射熱分遮断する熱シールド板であり
、上記るつぼ(4)、加熱用フィラメント(6)及び熱
シールド板(力により、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、(2
0)は上記るつぼ(4)を支持する支持台である。
(4) d! A closed crucible equipped with a nozzle (4a) with a diameter of 1 ff to 2 mm, in which the evaporated substance to be deposited on the substrate, for example zinc (Zn) (5), is accommodated. (6
) I/i A heating filament that irradiates the crucible (4) with thermoelectrons to heat it; (7) is a heat shield plate that blocks the radiant heat from the filament (6); ), a heating filament (6) and a heat shield plate (forming a steam generation source (8) that uses force to eject the vapor of the substance to be deposited onto the substrate into the vacuum chamber (1) to generate clusters). Note that (19) is an insulating support member that supports the heat shield plate (7), and (2)
0) is a support stand that supports the crucible (4).

(9)は2000℃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t′した熱
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(lO)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。
(9) is an ionizing filament that emits thermal electrons (13) for ionization when heated to 2000°C or more, (10)
is an electron extraction electrode that accelerates the thermoelectrons (13) emitted from the ionized filament (9), and (11) is a heat shield plate that blocks radiant heat from the ionized filament (9); 9),
The electron extraction electrode (lO) and the heat shield plate (11) form an ionization means (12) for ionizing the clusters from the vapor generation source (8).

なお、(23)は熱シールド& (11)を支持する絶
縁支持部材である。
Note that (23) is an insulating support member that supports the heat shield & (11).

(14)ri上記イオン化されたクラスタ・イオン(1
6)を加速してこれをイオン化されていない中性クラス
(15)とともに基板(18)に衝突させて薄模乞蒸着
させる加速電極で牛り、こh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、(2
1)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。
(14) riThe above ionized cluster ions (1
The electron extraction electrode (10
) A potential of up to 10 kV can be applied between the In addition, (24) is an insulating support member that supports the accelerating electrode (14), (22) is a substrate holder that supports the substrate (18), and (2) is a substrate holder that supports the substrate (18).
1) is an insulating support member that supports the substrate holder (22);
(17) is a cluster beam consisting of cluster ions (16) and neutral clusters (15).

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

基板(18)に亜鉛薄膜を蒸着形成する場合について説
明すると訂まず亜鉛(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)内の窒気を排気し
て該真空槽(1)内を10 ’Torr程度の真空度に
する。
To explain the case where a zinc thin film is deposited on a substrate (18), zinc (5) is filled into a crucible (4),
The nitrogen gas in the vacuum chamber (1) is evacuated by the vacuum evacuation device to bring the inside of the vacuum chamber (1) to a degree of vacuum of about 10' Torr.

次いで、加熱用フィラメント(6)に通電して発熱せし
め、該加熱用フィラメント(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)内の亜鉛(5)を加熱し蒸発せしめる。
Next, the heating filament (6) is energized to generate heat, and the radiant heat from the heating filament (6) causes
or by colliding thermionic electrons emitted from the filament (6) with the crucible (4), that is, by electron bombardment;
The zinc (5) in the crucible (4) is heated and evaporated.

そして該るつぼ(4)内が亜鉛(5)の蒸気圧が0.1
〜1OTorr  程度になる温度(500℃)に昇湿
すると、ノズル(4a)から噴出した金属蒸気は、るつ
ぼ(4)と真窒槽(1)との圧力差により断i?!11
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。
The vapor pressure of zinc (5) in the crucible (4) is 0.1.
When the humidity is raised to a temperature of approximately 1 OTorr (500°C), the metal vapor ejected from the nozzle (4a) is cut off by the pressure difference between the crucible (4) and the nitrogen tank (1). ! 11
It expands to form a mass of atoms, called a cluster, in which many atoms are loosely bonded.

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@極(10)によ
って引き出された熱電子(13)と衝突するため。
This cluster beam (17) collides with thermionic electrons (13) extracted from the ionized filament (9) by the electron extraction @pole (10).

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(16)となる。このクラスタ
・イオン(16) /i加速電i (14)と電子引き
出し電ti (lo)との間に形成された電界により適
度に加速され、イオン化さバていない中性クラスタ(1
5)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(1
8) K衝突し、これにより核晶& (18) lに亜
鉛薄膜が蒸着形成さバる。
One atom of some of the clusters is ionized and becomes a cluster ion (16). This cluster ion (16) /i is moderately accelerated by the electric field formed between the accelerated electric charge i (14) and the electron extraction electric potential ti (lo), and the neutral cluster (1
5) collides with the substrate (18) with the kinetic energy when it is injected from the crucible (4), and the substrate (18)
8) K collision, which causes a thin zinc film to be deposited on the nucleus crystal & (18) l.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の薄膜蒸着装置では、加熱用フィラメントは1本し
か設けられておらす、該加熱用フィラメントの温度は全
ての部分でほぼ均一に保たれているため、フィラメント
各部よりの輻射熱及び数子電子の量が均一であるため、
るつぼの蒸気噴出用ノズル部分及びるつぼ支持部等のフ
ィラメントで囲ま九ていない部分の温度が相対的に低く
、蒸気の噴出量の低下及び蒸発物質によるノズルのつま
り等、安定な蒸着が行なえないという問題点があった。
In conventional thin film deposition equipment, only one heating filament is provided, and the temperature of the heating filament is kept almost uniform in all parts, so the amount of radiant heat and number electrons from each part of the filament is reduced. is uniform, so
It is said that the temperature of the parts of the crucible that are not surrounded by the filament, such as the steam jetting nozzle part and the crucible support part, is relatively low, resulting in a decrease in the amount of steam jetted out and clogging of the nozzle with evaporated substances, making it difficult to perform stable deposition. There was a problem.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、るつぼ全体の温度を均一に保ち、蒸気の噴出
量を一定にし、安定な蒸着を行なうことができる薄膜蒸
着装置を帰ることと目的とする。
This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a thin film deposition apparatus that can maintain a uniform temperature throughout the crucible, keep the amount of steam ejected constant, and perform stable deposition. and the purpose.

(問題点を解決する乏めの手段] この発明に係る薄膜蒸着装置は、加熱用フィラメントを
複数本設け、各フィラメントの温度を独立に制御するよ
うにしたものである。
(Short Means for Solving the Problems) The thin film deposition apparatus according to the present invention includes a plurality of heating filaments, and the temperature of each filament is controlled independently.

〔作用〕[Effect]

この発明における?1数本の加熱用フィラメントは、例
えばるつぼ本体、蒸気噴出用ノズル部、るつぼ支持部を
各々独立に加熱して、るつぼ全体の温度?均一に保ち、
蒸気の噴出量を一定にする。
In this invention? For example, one or more heating filaments independently heat the crucible body, the steam jet nozzle part, and the crucible support part to maintain the temperature of the entire crucible. keep it uniform,
Keep the amount of steam ejected constant.

[発明の実施例J 以下、この発明の一実施例を図について説明する。[Embodiment J of the invention An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例による薄膜蒸着装置の主要
部の一部を切り欠いて内部を示す斜視図であり、図にお
いて、第2図及び第3図と同一符号は同一のものを示す
。第1図において(4b) triるつぼ本体、(4c
)はるつぼの蒸気噴出用ノズル部、(4d)はるつぼ支
持部である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the interior of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, and in the figure, the same reference numerals as in FIGS. show. In Figure 1, (4b) the tri crucible body, (4c
) is a nozzle part for blowing out steam from the crucible, and (4d) is a crucible support part.

(6) //i加熱用フィラメントであり、るつぼ本体
(4b〕、るつぼの蒸気噴出用ノズル部(4c)、及び
るつぼ支持部(4d)の周囲に、各々独立に温度が制御
できるように配投された複数のフィラメントよりなる。
(6) //i is a heating filament and is arranged around the crucible body (4b), the crucible steam jet nozzle part (4c), and the crucible support part (4d) so that the temperature can be controlled independently. Consists of multiple cast filaments.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

上記実施例の蒸着装置におけるクラスタの発生は従来の
ものと全く陶様に行なわれる。従ってここでは、加熱用
クイ2メン) (6) e複故本投は之ことによるるつ
ぼ(4)の温度分布の変化についての説明を行なう。即
ち、第1図に示したように、るつぼ本体(4b)、ノズ
ル部(4c)、支狩部(4d)の周囲に加熱用フィラメ
ント(6)がそれ−!:′れ配投さバ、各加熱用フィラ
メント(6)の温度は独立に制御することができる。そ
こで従来の加熱用フィラメント(6)を用いた場合には
相対的に低温であった、るつぼのノズル部(4c)、る
つぼ支持部(4d)の周囲に配投さ八た各加熱用フィラ
メント(6)の温度と高く保ち、逆にるつぼ本体(4b
)の8囲に配設され念加熱用フィラメント(6)の温度
と低く保つことにより、加熱用フィラメント(6)から
るつぼ(4)への輻射熱及び放出電子の量を制御するこ
とができ、るつぼ(4)全体の温度の均一化を図ること
ができる。
The generation of clusters in the vapor deposition apparatus of the above embodiment is carried out in a completely similar manner to that in the conventional vapor deposition apparatus. Therefore, here, we will explain the change in the temperature distribution of the crucible (4) due to the heating kettle (6) (e). That is, as shown in FIG. 1, the heating filament (6) is placed around the crucible body (4b), the nozzle part (4c), and the supporting part (4d). :'The temperature of each heating filament (6) can be controlled independently. Therefore, when using the conventional heating filament (6), each heating filament ( 6) Keep the temperature high, and conversely heat the crucible body (4b).
), and by keeping the temperature of the special heating filament (6) as low as the temperature of the heating filament (6), the amount of radiant heat and emitted electrons from the heating filament (6) to the crucible (4) can be controlled. (4) The overall temperature can be made uniform.

なあ−、上記実施例では、るつぼ(4)形状が円柱状の
ものを示したが、直方体及び角柱状のものでもよい。
In the above embodiment, the crucible (4) has a cylindrical shape, but it may also be a rectangular parallelepiped or a prismatic shape.

ま;t、丘記実施例では、蒸気噴出用ノズル(4a)が
、るつぼ(4)の上面に配設されている場合について説
明したが、ノズル(4a)は側面及び底面に設けられて
いてもよく、この場合にも加熱用フィラメント(6)の
配役構造を変化させることで同様の効果を奏する。
In the embodiment described above, the steam ejection nozzle (4a) is provided on the top surface of the crucible (4), but the nozzle (4a) is provided on the side and bottom surface. Also in this case, the same effect can be achieved by changing the casting structure of the heating filament (6).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば加熱用フィラメントを
複数本設け、各フィラメントの温度と独立に制御できる
ようにしたので、るつぼ全体の温度を均一に保つことが
でき、安定した蒸着を行なうことができるという効果が
ある。
As described above, according to the present invention, a plurality of heating filaments are provided and the temperature of each filament can be controlled independently, so that the temperature of the entire crucible can be kept uniform and stable vapor deposition can be performed. It has the effect of being able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例による薄膜蒸着装置の主要
部の一部を切り欠いて内部を示す斜視図、第2図は従来
の薄膜蒸着装置を示す概略構成図、及び第3図は従来の
薄膜蒸着装置の主要部の一部を切り欠いて内部を示す斜
視図である。 (1)・・・真空槽、(4)・・・るつぼ、(4a)・
・・ノズル、(4b)・・るつぼ本体、(4c)・・・
蒸気噴出用ノズル部、(4d)・・・るつぼ支持部、(
5)・・蒸着物質、(6)・・・加熱用フィラメント、
(9)・・・イオン化フィラメント、(10)・・・電
子引出し電極、(13)・・・熱電子、(15)・・中
性クラスタ、  (16)・・・クラスタ・イオン、(
18)・・・基板なお、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
FIG. 1 is a perspective view showing the interior of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention with a part of the main part cut away, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a conventional thin film deposition apparatus, and FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the interior of a conventional thin film deposition apparatus with a part of the main part cut away. (1)...Vacuum chamber, (4)...Crucible, (4a)...
... Nozzle, (4b) ... Crucible body, (4c) ...
Steam ejection nozzle part, (4d)... Crucible support part, (
5)... Vapor deposition substance, (6)... Heating filament,
(9)...Ionized filament, (10)...Electron extraction electrode, (13)...Thermal electron, (15)...Neutral cluster, (16)...Cluster ion, (
18)...Substrate In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Agent Masuo Oiwa Figure 1 Figure 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)真空槽中に設けられ、蒸着物質を充填するるつぼ
を加熱用フィラメントにより加熱し、上記蒸着物質の塊
状原子集団を発生させ、この塊状原子集団をイオン化フ
ィラメント及び電子引出し電極より引出される熱電子に
よりイオン化し、加速してイオン化されていない中性の
塊状原子集団と共に基板に衝突させて薄膜を形成するも
のにおいて、上記加熱用フィラメントは各々独立に温度
が制御できる複数のフィラメントよりなることを特徴と
する薄膜蒸着装置。
(1) A crucible placed in a vacuum chamber and filled with a vapor deposition material is heated by a heating filament to generate a cluster of atoms of the vapor deposition material, and this cluster of atoms is extracted from an ionization filament and an electron extracting electrode. In a device that forms a thin film by being ionized by thermal electrons, accelerated, and collided with a non-ionized neutral bulk atomic group on a substrate to form a thin film, the heating filament is composed of a plurality of filaments whose temperature can be controlled independently. A thin film deposition device featuring:
(2)複数の加熱用フィラメントは、各々るつぼ本体、
るつぼの蒸気噴出用ノズル部、及びるつぼ支持部の周囲
に配設された特許請求の範囲第1項記載の薄膜蒸着装置
(2) The plurality of heating filaments each include a crucible body,
The thin film deposition apparatus according to claim 1, which is disposed around the steam ejection nozzle part of the crucible and the crucible support part.
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