JPS63162860A - Thin film vapor deposition device - Google Patents

Thin film vapor deposition device

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Publication number
JPS63162860A
JPS63162860A JP31510686A JP31510686A JPS63162860A JP S63162860 A JPS63162860 A JP S63162860A JP 31510686 A JP31510686 A JP 31510686A JP 31510686 A JP31510686 A JP 31510686A JP S63162860 A JPS63162860 A JP S63162860A
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JP
Japan
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thin film
clusters
substrate
ionization
cluster
Prior art date
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Pending
Application number
JP31510686A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Tsukasaki
塚崎 尚
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To execute vapor deposition of a thin film having high quality, by permitting intermittent impression of an ionizing voltage between a filament and electron drawing out electrode, capturing the electric current of cluster ions flying toward a substrate and measuring the size of the clusters. CONSTITUTION:Vapor of a material 5 to be deposited by evaporation is ejected from an evaporation source 8 provided in a vacuum vessel 1 to generate the clusters. The clusters are ionized by drawing out the thermoelectrons emitted from the filament 9 by the electron drawing out electrode 10 and bringing the same into collision against the clusters. The cluster ions formed in such a manner are accelerated by an accelerating electrode 14 and are bombarded together with the neutral clusters against the substrate 10 to form the thin film by vapor deposition on the substrate. The thin film vapor deposition device constituted in the above-mentioned manner is so formed that either of a power supply 30 for ionization and a circuit 35 for intermittent impression of the ionizing voltage can be selected by a selector switch 36; further, a Faraday cage 30 to capture the cluster ions flying toward the substrate 10 is disposed. The ordinary thin film vapor deposition is thereby executed. The cluster sizes are measured at need and the control thereof is executed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はクラスタ・イオンビーム蒸着装置におけるク
ラスタ・サイズの測定に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to cluster size measurement in a cluster ion beam evaporation apparatus.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

−aに、クラスタ・イオンビーム蒸着法による薄膜層着
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、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、クラスタに電子のシャ
ワーを浴びせてクラスタをそのうち1個の原子がイオン
化されたクラスタ・イオンにし、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。この蒸着方法を用い薄膜形成を実
施するg 1として、例えば特公昭54−9592号公
報に示された第4図、第5図に示すものがあった。第4
図は従来の薄膜蒸着装置を模式的に示す構成断面図、第
5図はその主要部を一部断面で示す斜視図である0図に
おいて、+11は所定の真空度に保持された真空槽、(
2)は真空槽(11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)は排気通路(2)を開閉する真空用パルプである。
In the thin film layer deposition method using the cluster ion beam evaporation method, the vapor of the material to be deposited on the substrate is ejected in a vacuum chamber, and a large number of atoms in the vapor are loosely bonded to clusters (clumps of atoms). ), showering the cluster with electrons to turn the cluster into a cluster ion in which one atom is ionized, and accelerating the cluster ion to collide with the substrate, thereby depositing a thin film on the substrate. It's a method. An example of a method for forming a thin film using this vapor deposition method is shown in FIGS. 4 and 5 in Japanese Patent Publication No. 54-9592, for example. Fourth
The figure is a cross-sectional view schematically showing a conventional thin film deposition apparatus, and FIG. 5 is a perspective view showing a partial cross-section of its main parts. (
2) is an exhaust passage for exhausting the inside of the vacuum chamber (11), and this is connected to a vacuum exhaust device (not shown).
3) is a vacuum pulp that opens and closes the exhaust passage (2).

(4)は直径11〜21mのノズル(26)が設けされ
た密閉形るつぼで、これには蒸着原料(5)、例えばa
ll(Ag)が収容される。(6)は上記るつぼ(4)
の加熱を行なうための加熱用フィラメント、(7)はフ
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)、加熱用フィラメント(6)
及び熱シールド板(7)により、蒸着原料を上記真空槽
(1)内に噴出してクラスタを生成せしめる蒸発源(8
)が形成されている。なお、(13a)  は加熱用フ
ィラメント(6)から放出される熱電子、(19は上記
熱シールド板(7)を支持する絶縁支持部材、(21は
上記るつぼ(4)を支持する支持台、(25)は上記支
持台12mを真空槽に固定する絶縁支持部材である。
(4) is a closed crucible equipped with a nozzle (26) with a diameter of 11 to 21 m, and a vapor deposition raw material (5), such as a
ll(Ag) is accommodated. (6) is the above crucible (4)
A heating filament (7) is a heat shield plate that blocks radiant heat from the filament (6), and the crucible (4) and the heating filament (6)
and a heat shield plate (7), an evaporation source (8) that spouts vapor deposition raw materials into the vacuum chamber (1) to generate clusters.
) is formed. Note that (13a) is thermionic electrons emitted from the heating filament (6), (19 is an insulating support member that supports the heat shield plate (7), (21 is a support stand that supports the crucible (4), (25) is an insulating support member that fixes the support stand 12m to the vacuum chamber.

(9)はイオン化用の熱電子(13b) を放出するイ
オン化フィラメント、α1はイオン化フィラメント(9
)から放出された熱電子(13b)を加速する電子引き
出し電極、αυ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α(至)及び熱シー
ルド板αυにより、上記爆発源(8)からのクラスタを
イオン化するためのイオン化手段Uが形成されている。
(9) is an ionization filament that emits thermionic electrons (13b) for ionization, and α1 is an ionization filament (9
), αυ is a heat shield plate that blocks radiant heat from the ionized filament (9), and αυ is a heat shield plate that blocks radiant heat from the ionized filament (9), the electron extraction electrode α (to) and the heat shield plate αυ form an ionization means U for ionizing the clusters from the explosion source (8).

なお、(23)は熱シールド板0υを支持する絶縁支持
部材である。Q41は上記イオン化されたクラスタ・イ
オンQlを加速してこれをイオン化されていない中性ク
ラスタα9と共に薄膜形成用基板α負に衝突させて薄膜
を1着させる加速手段すなわち加速電極であり、これは
電子引き出し電極aのとの間に電位を印加できる構造と
なっている。なお、(24)は加速電極a旬を支持する
絶縁支持部材、(22)は基板OIを支持する基板ホル
ダー、(21)は基板ホルダー(22)を支持する絶縁
支持部材、0ηはクラスタ・イオンαeと中性クラスタ
α9とからなるクラスタ・ビームである。
Note that (23) is an insulating support member that supports the heat shield plate 0υ. Q41 is an acceleration means, that is, an acceleration electrode, which accelerates the ionized cluster ions Ql and causes them to collide with the non-ionized neutral cluster α9 against the thin film forming substrate α to form a thin film. It has a structure in which a potential can be applied between the electron extraction electrode a and the electron extraction electrode a. Note that (24) is an insulating support member that supports the accelerating electrode a, (22) is a substrate holder that supports the substrate OI, (21) is an insulating support member that supports the substrate holder (22), and 0η is a cluster ion support member. This is a cluster beam consisting of αe and a neutral cluster α9.

また、第6図は従来の電源を含んだ薄膜蒸着装置を模式
的に示す構成断面図である。図において、(27)は上
記加熱用フィラメント(8)に用いる加熱用フィラメン
ト電源、(28)は上記るつぼ(4)と加熱用フィラメ
ント(6)間に電圧を印加してるつぼを電子衝撃加熱す
るためのるつぼ加熱電源である。(29)は上記イオン
化フィラメント(9)の通電加熱に用いるイオン化フィ
ラメント電源、(30)は上記電子引き出し電極αψと
イオン化フィラメント(9)間にイオン化電圧を印加す
るイオン化電源である。(31)は上記電子引き出し電
極01lBと加速電極0船間に加速電界を形成する加速
電源である。上記加熱用フィラメント電m (27)、
るつぼ加熱型fi (28)、イオン化フィラメント電
1fl(29)、イオン化電a (30)及び加速電源
(31)により、薄膜蒸着電源(32)が構成されてい
る。なお、(33)は電流を真空槽(1)内に導入する
電流導入端子であり、(34)は基板Qlに流入するイ
オン電流を測定する電流計である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional thin film deposition apparatus including a power source. In the figure, (27) is a heating filament power supply used for the heating filament (8), and (28) is a voltage applied between the crucible (4) and the heating filament (6) to heat the crucible by electron impact. It is a crucible heating power source for. (29) is an ionization filament power supply used for electrically heating the ionization filament (9), and (30) is an ionization power supply that applies an ionization voltage between the electron extraction electrode αψ and the ionization filament (9). (31) is an accelerating power source that forms an accelerating electric field between the electron extraction electrode 011B and the accelerating electrode 0. The above heating filament electric m (27),
A thin film deposition power source (32) is composed of a crucible heating type fi (28), an ionizing filament electric current 1fl (29), an ionizing electric current a (30), and an acceleration power source (31). Note that (33) is a current introduction terminal for introducing current into the vacuum chamber (1), and (34) is an ammeter for measuring the ion current flowing into the substrate Ql.

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

基板amに銀薄膜を藁着形成する場合について説明する
と、まず銀(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真空槽
(1)内10−”Torr程度の真空度にする。次いで
、加熱用フィラメント(6)に通電して発熱せしめ、加
熱用フィラメント(6)からの輻射熱により、またはフ
ィラメント(6)から放出される熱電子(13a)をる
つぼ(4)に衝突させると、即ち電子衝撃によって、る
つぼ(4)内の恨(5)を加熱し蒸発せしめる。そして
るつぼ(4)内が銀(5)の蒸気圧が0.1〜数10T
orr程度になる温度に昇温すると、ノズル(26)か
ら噴出した蒸気は、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。
To explain the case of forming a thin silver film on the substrate am, first, silver (5) is filled in the crucible (4), and the air in the vacuum chamber (1) is evacuated by the vacuum exhaust device to remove the vacuum chamber ( 1) Create a vacuum of about 10" Torr. Next, the heating filament (6) is energized to generate heat, and the heat is radiated from the heating filament (6) or emitted from the filament (6). When the electrons (13a) collide with the crucible (4), the silver (5) in the crucible (4) is heated and evaporated by the electron impact.Then, the vapor pressure of the silver (5) in the crucible (4) increases. 0.1 to several tens of tons
When the temperature is raised to about 0.35 to 30.0 m, the steam ejected from the nozzle (26) expands adiabatically due to the pressure difference between the crucible (4) and the vacuum chamber (1), and forms a mass of loosely bonded atoms called a cluster. Becomes a group of atoms.

このクラスタ・ビームqTIは、イオン化フィラメント
(9)から電子引き出し電極αφによって引き出された
熱電子(13b)  と衝突するため、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αeとなる。このクラスタ・イオンαQは加速
電極Q41と電子引き出し電極OIとの間に形成された
電界により適度に加速され、イオン化されていない中性
クラスタQ51がるつぼ(4)から噴射される時運動エ
ネルギーでもって基板(至)に衝突するのと共に基板Q
lに衝突し、これにより基板attr上に銀薄膜が蒸着
形成される。
This cluster beam qTI collides with the hot electrons (13b) extracted from the ionized filament (9) by the electron extraction electrode αφ, so one atom of some of the clusters is ionized and becomes a cluster ion. It becomes αe. This cluster ion αQ is moderately accelerated by the electric field formed between the acceleration electrode Q41 and the electron extraction electrode OI, and when the non-ionized neutral cluster Q51 is injected from the crucible (4), it has kinetic energy. As it collides with the substrate (to), the substrate Q
This causes a thin silver film to be deposited on the substrate attr.

この様に、クラスタ・イオンビーム蒸着法による薄膜蒸
着は、電荷が1価であり、しかも数十ないし数十個の原
子により構成されたクラスタ・イオンを利用して薄膜を
形成するものである。ここでクラスタ・イオンのエネル
ギーは加速電圧で決まるので、加速電圧を調整してクラ
スタ・イオンに与えるエネルギーを調節すると、クラス
タを構成する原子1個あたりのエネルギーを制御できる
という特長がある。ここで蒸着に適した原子1個あたり
のエネルギーの値が決まっており、原子1個あたりのエ
ネルギーを制御することによって基板上に結晶性や機械
的、電気的特性のすぐれた高品質の薄膜が形成できる。
In this manner, thin film deposition by the cluster ion beam evaporation method forms a thin film using cluster ions that have a single charge and are composed of several dozen to several tens of atoms. Here, the energy of the cluster ions is determined by the accelerating voltage, so by adjusting the accelerating voltage and the energy given to the cluster ions, the energy per atom constituting the cluster can be controlled. Here, the value of energy per atom suitable for vapor deposition is determined, and by controlling the energy per atom, a high-quality thin film with excellent crystallinity, mechanical, and electrical properties can be produced on the substrate. Can be formed.

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

ところが、従来の薄膜蒸着装置にはクラスタ・サイズ(
クラスタを構成する原子の数)を測定する手段が備えら
れていないので、原子1個あたりのエネルギーを知るこ
とができず、薄膜を蒸着形成する際の装置の運転条件を
試行錯誤により求めなければならないという問題点があ
った。
However, conventional thin film deposition equipment has a cluster size (
Since there is no means to measure the number of atoms that make up a cluster, it is not possible to know the energy per atom, and the operating conditions for the equipment when depositing a thin film must be determined through trial and error. There was a problem that it was not possible.

一方、クラスタ・サイズの測定手段の一つにクイムオブ
フライト(飛行時間)法がある。この方法は、例えば雑
誌(電子・イオンビーム・ハンドブック・日刊工業新聞
社刊、第261〜第262頁)に示されているように、
クラスタのイオン化をパルス的に行ない基板に到着する
イオン電流の時間的変化を測定するものであるが、特殊
な構造の蒸発源及びイオン化手段と複雑な電源が使われ
ており、薄膜蒸着装置に備えるにはあまりに非実用的で
あった。以上に理由により、クラスタ・サイズを測定す
る手段を備え、かつ生産に使用できる薄膜蒸着装置の開
発が要望されていた。
On the other hand, one of the means for measuring cluster size is the quim-of-flight method. This method is described, for example, in a magazine (Electron/Ion Beam Handbook, published by Nikkan Kogyo Shimbun, pp. 261-262),
This method performs ionization of clusters in a pulsed manner and measures the temporal changes in the ion current arriving at the substrate, but it uses a specially structured evaporation source and ionization means, as well as a complicated power supply, which is required for thin film deposition equipment. It was too impractical. For the above reasons, there has been a demand for the development of a thin film deposition apparatus that is equipped with a means for measuring cluster size and that can be used for production.

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、薄膜の生産に使用される従来の蒸発源及びイ
オン化手段を用い、また従来の電源を一部改造するだけ
で必要に応じてクラスタ・サイズを測定でき、また通常
の薄膜蒸着も行える薄膜蒸着装置を得ることを目的とす
る。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it can be used as needed by using the conventional evaporation source and ionization means used for thin film production, and by only partially modifying the conventional power source. It is an object of the present invention to provide a thin film deposition apparatus that can measure cluster size by using the same method and can also perform normal thin film deposition.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係る薄膜蒸着装置は、所定の真空度に保持さ
れた真空槽と、真空槽内に設けられ基板に蒸着すべき物
質の蒸気を上記真空槽内に噴出して蒸気中の多数の原子
が緩く結合したクラスタを発生する蒸発源と、上記クラ
スタをイオン化するための熱電子を放出するフィラメン
トと、上記熱電子を引出し上記クラスタに衝突させるた
めの電子引き出し電極と、上記フィラメントと上記電子
引き出し電極間にイオン化電圧を印加するイオン化電源
と、上記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電極と、上記フィラメン
トからイオン化用の熱電子を引き出すために上記フィラ
メントと電子引き出し電極間に与えられるイオン化電圧
を間欠的に印加するイオン化電圧間欠印加回路と、この
回路と上記イオン化′R源のいずれかを選択する切換ス
イッチと、基板方向に飛行するクラスタ・イオンのイオ
ン電流を捕捉するイオン電流捕捉器とを備えたものであ
る。
A thin film deposition apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, and a vapor of a substance provided in the vacuum chamber to be vapor-deposited onto a substrate. an evaporation source that generates clusters in which are loosely coupled; a filament that emits thermoelectrons to ionize the clusters; an electron extraction electrode that extracts the thermoelectrons and causes them to collide with the clusters; the filament and the electron extraction an ionization power supply that applies an ionization voltage between the electrodes; an acceleration electrode that accelerates the ionized cluster ions and causes them to collide with the substrate together with unionized neutral clusters to deposit a thin film; an ionization voltage intermittent application circuit that intermittently applies an ionization voltage between the filament and the electron extraction electrode in order to extract hot electrons; a changeover switch that selects either this circuit or the ionization 'R source; The device is equipped with an ion current trap that traps the ion current of cluster ions flying toward the substrate.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるイオン化電圧間欠印加回路は、タイム
オブフライト法によるクラスタ・サイズ測定の為に設け
られたもので、クラスタ・サイズを測定する時、切換ス
イッチによりイオン化電圧間欠印加回路を選択すると、
パルス的にクラスタをイオン化する。この時形成された
クラスタ・イオンはクラスタ・サイズに応じて基板に到
着する所要時間が異なるため、イオン電流捕捉器で基板
近傍のイオン電流を測定することにより、クラスタサイ
ズを知ることができる。その結果クラスタを構成する原
子1個あたりのエネルギーが判り、この工ぶルギーを制
御して高品質な膜を得る。
The intermittent ionization voltage application circuit in this invention is provided for cluster size measurement using the time-of-flight method.When measuring the cluster size, when the ionization voltage intermittent application circuit is selected by the changeover switch,
Ionize the cluster in a pulsed manner. Since the time required for the cluster ions formed at this time to arrive at the substrate differs depending on the cluster size, the cluster size can be determined by measuring the ion current near the substrate with an ion current trap. As a result, the energy per atom that makes up the cluster can be determined, and this technique can be controlled to produce a high-quality film.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する、第1
図はこの発明の一実施例による薄膜蒸着装置の概略構成
図であり、第2図は、第1図に示した薄膜蒸着装置のイ
オン化電圧間欠印加回路を示しいる。第1図において、
(35)はイオン化電圧間欠印加回路であり、これは切
換スイッチ(36)により、クラスタ・サイズ測定時に
パルス状のイオン化電圧をフィラメント(9)と電子引
き出し電極0III間に供給する。通常の蒸着時は、上
記切換スイッチ(36)によりイオン環a (30)の
出力を直接取り出す。(37)はパルス発生器であり、
ここで形成したパルスを基準として上記イオン化電圧間
欠印加回路を動作させる。(38)はイオン電流を測定
するイオン電流捕捉器、例えばファラデーケージであり
、これは回転導入端子(39)に取り付けられ、クラス
タ・サイズ測定時に基板α鴫の下部に移動して使用する
。(40)は上記ファラデーケージ(38)に流入した
イオン電流を増幅する電流増幅器、(41)は上記電流
増幅器(40)の出力信号を積算し、平均化して雑音を
低減した上で表示する機能を有するシンクロスコープで
ある。また第2図において、(43)はフォトカプラ、
(45)はインバータ、(46)はFETであり、(5
2)は電子引き出し電極側出力端子、(53)はフィラ
メント側出力端子である。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings.
1 is a schematic diagram of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an ionization voltage intermittent application circuit of the thin film deposition apparatus shown in FIG. In Figure 1,
Reference numeral (35) denotes an ionization voltage intermittent application circuit, which supplies a pulsed ionization voltage between the filament (9) and the electron extraction electrode 0III by means of a changeover switch (36) during cluster size measurement. During normal vapor deposition, the output of the ion ring a (30) is directly taken out by the changeover switch (36). (37) is a pulse generator,
The ionization voltage intermittent application circuit is operated based on the pulses formed here. (38) is an ion current trap for measuring ion current, such as a Faraday cage, which is attached to the rotating introduction terminal (39) and used by moving to the bottom of the substrate α when measuring the cluster size. (40) is a current amplifier that amplifies the ion current flowing into the Faraday cage (38), and (41) is a function that integrates the output signal of the current amplifier (40), averages it, reduces noise, and displays it. It is a synchroscope with a In addition, in Fig. 2, (43) is a photocoupler,
(45) is an inverter, (46) is an FET, and (5
2) is an output terminal on the electron extraction electrode side, and (53) is an output terminal on the filament side.

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

通常の蒸着運転時は、切換スイッチ(36)によりイオ
ン化電源(30)の出力を選択し、従来と同様に行われ
る。
During normal vapor deposition operation, the output of the ionization power source (30) is selected by the changeover switch (36), and the operation is carried out in the same manner as in the past.

クラスタ・サイズ測定時は、まず切換スイッチ(36)
によってイオン化電圧間欠印加回路(35)の出力を選
択する。次にパルス発生器(37)を動作させ、幅が0
.5〜56 secで、周期が1〜10 m secの
パルスを発生させ、上記イオン化電圧間欠印加回路(3
5)に与える。このパルスはフォトカブラ(43)で絶
縁して入力され、インバータ(45)で反転してFE 
T (46)のゲートに加えられる。従ってパルスが入
力する時に上記F E T (46)がON状態となる
ことにより、イオン化フィラメント側出力端子(53)
の電位が下がり、電子引き出し電極側出力端子(52)
との間にイオン化電圧が発生する。なお、ここで発生す
るイオン化電圧および電流としては、通常の薄膜蒸着時
のクラスタのイオン化条件と同程度にするのが望ましく
、即ちイオン化電圧としては50〜300V、電流とし
ては10〜400mA程度とするのが良い。このように
してイオン化手段(2)に間欠的にイオン化電圧が印加
されるとイオン化用熱電子が間欠的に引き出されてクラ
スタ・イオンが間欠的に形成される。このクラスタ・イ
オンは0.5〜2にVの加速電圧により電子引き出し電
極α1と加速電極α旬間で加速され、上記加速電極(1
41からファラデーケージ(38)に至るまで、はぼ等
速で飛行する。クラスタ・イオンは、そのクラスタ・サ
イズにより速度が異なるため、上記ファラデーケージに
到着するまでの時間に差が生じる。従って上記ファラデ
ーケージ(38)に流入した電流を増幅2S(40)で
増幅し、シンクロスコープで処理することにより、クラ
スタ・サイズを求めることができる。ここでクラスタ・
イオンの聡エネルギーは加速電圧により決まっているの
でクラスタを構成する原子1個あたりのエネルギを知り
、制御することが可能となる。
When measuring cluster size, first turn on the selector switch (36).
The output of the ionization voltage intermittent application circuit (35) is selected by. Next, operate the pulse generator (37) so that the width is 0.
.. A pulse with a period of 1 to 10 m sec was generated for 5 to 56 sec, and the ionization voltage intermittent application circuit (3
5). This pulse is isolated and inputted by a photocoupler (43), inverted by an inverter (45), and then output to the FE.
T (46) is added to the gate. Therefore, when the pulse is input, the FET (46) is turned on, so that the ionization filament side output terminal (53)
The potential decreases, and the electron extraction electrode side output terminal (52)
An ionization voltage is generated between the Note that the ionization voltage and current generated here are preferably about the same as the cluster ionization conditions during normal thin film deposition, that is, the ionization voltage is about 50 to 300 V, and the current is about 10 to 400 mA. It's good. When an ionizing voltage is intermittently applied to the ionizing means (2) in this manner, ionizing thermoelectrons are intermittently extracted and cluster ions are intermittently formed. These cluster ions are accelerated between the electron extraction electrode α1 and the acceleration electrode α1 by an acceleration voltage of 0.5 to 2V, and are then accelerated between the electron extraction electrode α1 and the acceleration electrode α1.
41 to the Faraday cage (38), the plane flies at nearly constant speed. Since cluster ions have different speeds depending on their cluster size, there is a difference in the time it takes for them to arrive at the Faraday cage. Therefore, the cluster size can be determined by amplifying the current flowing into the Faraday cage (38) with the amplification 2S (40) and processing it with a synchroscope. Here the cluster
Since the energy of the ion is determined by the accelerating voltage, it is possible to know and control the energy per atom constituting the cluster.

なお、回転導入端子(39)を操作してファラデーケー
ジ(38)を移転させながらクラスタ・サイズの測定を
行うことにより、クラスタ・ビーム面のクラスタ・サイ
ズ空間分布を求めることも可能である。
Note that it is also possible to obtain the cluster size spatial distribution of the cluster beam surface by measuring the cluster size while moving the Faraday cage (38) by operating the rotation introduction terminal (39).

なお、上記実施例では、薄膜渾着電m (32)の外部
にパルス発生器(37)を設けた場合を示したが、上記
薄膜蒸着量fi (32)内部に設けてもよい。
In the above embodiment, the pulse generator (37) is provided outside the thin film electrodeposition m (32), but it may be provided inside the thin film deposition amount fi (32).

また上記実施例では、回転導入端子(39)にファラデ
ーケージ(38)を取り付けた場合を示したが、基板a
mの端部に併設しても同等の効果が得られる。
Further, in the above embodiment, the Faraday cage (38) was attached to the rotation introduction terminal (39), but the substrate a
The same effect can be obtained even if it is installed at the end of m.

また薄膜蒸着装置には、クラスタ・ビーム0ηを必要に
講じて遮断するシャッターが設けられることがある。こ
のような装置の場合は、第3図に示したようにシャッタ
ー(54)にファラデーケージ(38)を取り付けると
、シャッター(34)を閉じた状態でクラスタ・サイズ
を測定し、所望のクラスタ・サイズが得られたらシャッ
ター(34)を開き蒸着を行うようにすることができる
Further, the thin film deposition apparatus may be provided with a shutter that blocks the cluster beam 0η as necessary. In the case of such a device, if a Faraday cage (38) is attached to the shutter (54) as shown in Fig. 3, the cluster size is measured with the shutter (34) closed, and the desired cluster size is determined. Once the size is obtained, the shutter (34) can be opened to perform the deposition.

なお、上記実施例ではイオン電流の検出にファラブ−ケ
ージ(3日)を用いたものを示したが、厳密さを要しな
い場合は、ファラデーケージによらずとも基板alに流
入する電流の時間的変化を測定してもおおよそのクラス
タ・サイズを測定することができる。
In the above example, a Farab-cage (3 days) was used to detect the ion current, but in cases where precision is not required, the time-dependent detection of the current flowing into the substrate al may be performed without using a Faraday cage. Measuring the change also allows us to determine the approximate cluster size.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、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
き物質の蒸気を上記真空槽内に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を発生する蒸発源と、蒸
気クラスタをイオン化するための熱電子を放出するフィ
ラメントと、上記熱電子を引出し上記クラスタに衝突さ
せるための電子引き出し電極と、上記フィラメントと上
記電子引き出し電゛極間にイオン化電圧を印加するイオ
ン化電源と、上記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電極と、上記フ
ィラメントからイオン化電子引き出し電極間に与えられ
るイオン化電圧を間欠的に印加するイオン化電圧間欠的
印加回路と、この回路と上記イオン化電源のいずれかを
選択する切換スイッチと、基板方向に走行するクラスタ
・イオンのイオン電流を捕捉するイオン電流捕捉器とを
備えたので、通常の蒸着とクラスタ・サイズの測定が可
能で、クラスタ・サイズを測定することによりクラスタ
の原子1個あたりのエネルギを知ることができるので、
それを制御lシて高品質な薄膜を効率よく得ることので
きる薄膜蒸着装置を提供することができるという効果が
ある。
As described above, according to the present invention, there is provided a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, and a vapor of a substance provided in the vacuum chamber to be deposited on a substrate is spouted into the vacuum chamber. an evaporation source that generates a cluster in which a large number of atoms are loosely bonded; a filament that emits thermionic electrons to ionize the vapor cluster; an electron extraction electrode that extracts the thermionic electrons and causes them to collide with the cluster; and the filament. and an ionization power source that applies an ionization voltage between the electron extraction electrode and the electron extraction electrode, and an acceleration electrode that accelerates the ionized cluster ions and causes them to collide with the substrate together with the unionized neutral clusters to deposit a thin film. , an ionization voltage intermittent application circuit that intermittently applies an ionization voltage applied from the filament to the ionization electron extraction electrode, a changeover switch that selects either this circuit or the ionization power source, and a cluster that runs toward the substrate.・Since it is equipped with an ion current trap that captures the ion current of ions, it is possible to perform normal vapor deposition and measure the cluster size, and by measuring the cluster size, it is possible to know the energy per atom of the cluster. Because it is possible to
This has the effect of providing a thin film deposition apparatus that can control this and efficiently obtain a high quality thin film.

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

第1図はこの発明の一実施例による薄膜蒸着装置を示す
構成断面図、第2図はこの発明の一実施例による薄膜蒸
着装置のイオン化電圧間欠印加回路の概略構成図、第3
図はこの発明の他の実施例に係り、電源を除いた薄膜蒸
着装置の構成断面図、第4図は従来の電源を除いた薄膜
蒸着装置を示す構成断面図、第5図は従来の薄膜蒸着装
置の主要部を一部断面で示す斜視図、第6図は従来の薄
膜蒸着装置の構成図である。 fil・・・真空槽、(5)・・・蒸着物質、(8)・
・・蒸発源、(9)・・・フィラメント、顛・・・電子
引き出し電極、(13b)・・・熱電子、α船・・・加
速電極、a9・・・クラスタ、αe・・・クラスタ・イ
オン、αl・・・基板、(30)・・・イオン化電源、
(35)・・・イオン化電圧間欠印加回路、(36)・
・・切換スイッチ、(38)・・・ファラデーケージ。 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2図 第3図 第4図 1517ラス9.I6.7う又り、4オン第5図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG.
The figure relates to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the configuration of a thin film deposition apparatus excluding a power source. FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional thin film deposition apparatus excluding a power source. FIG. FIG. 6 is a perspective view partially showing the main parts of the vapor deposition apparatus in cross section, and FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional thin film vapor deposition apparatus. fil...vacuum chamber, (5)...evaporation substance, (8).
...Evaporation source, (9)...Filament, Frame...Electron extraction electrode, (13b)...Thermoelectron, α ship...Acceleration electrode, a9...Cluster, αe...Cluster Ion, αl...Substrate, (30)...Ionization power source,
(35)...Ionization voltage intermittent application circuit, (36)...
...Choice switch, (38)...Faraday cage. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa Figure 2 Figure 3 Figure 4 1517 Lass 9. I6.7 Umatari, 4 on Figure 5

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定の真空度に保持された真空槽と、この真空槽
内に設けられ基板に蒸着すべき物質の蒸気を上記真空槽
内に噴出して、蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラ
スタを発生する蒸発源と、上記クラスタをイオン化する
ための熱電子を放出するフィラメントと、上記熱電子を
引出し上記クラスタに衝突させるための電子引き出し電
極と、上記フィラメントと上記電子引き出し電極間にイ
オン化電圧を印加するイオン化電源と、上記イオン化さ
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
させる加速電極と、上記フィラメントからイオン化用の
熱電子を引出すために上記フィラメントと電子引き出し
電極間に与えられるイオン化電圧を間欠的に印加するイ
オン化電圧間欠印加回路と、この回路と上記イオン化電
源のいずれかを選択する切換スイッチと、基板方向に飛
行するクラスタ・イオンの電流を捕捉するイオン電流捕
捉器とを備えた薄膜蒸着装置。
(1) A vacuum chamber is maintained at a predetermined degree of vacuum, and the vapor of the substance to be deposited on the substrate is spouted into the vacuum chamber, and many atoms in the vapor are loosely bonded. an evaporation source that generates clusters, a filament that emits thermoelectrons to ionize the clusters, an electron extraction electrode that extracts the thermoelectrons and causes them to collide with the clusters, and an ionization device between the filament and the electron extraction electrode. An ionization power supply that applies a voltage, an acceleration electrode that accelerates the ionized cluster ions and causes them to collide with the substrate together with unionized neutral clusters to deposit a thin film, and thermionic electrons for ionization from the filament. An ionization voltage intermittent application circuit that intermittently applies an ionization voltage between the filament and the electron extraction electrode for extraction, a changeover switch that selects either this circuit or the ionization power source, and a cluster that flies in the direction of the substrate. - Thin film deposition equipment equipped with an ion current trap that captures ion current.
(2)イオン電流捕捉器は、ファラデーケージである特
許請求の範囲第1項記載の薄膜蒸着装置。
(2) The thin film deposition apparatus according to claim 1, wherein the ion current trap is a Faraday cage.
JP31510686A 1986-12-25 1986-12-25 Thin film vapor deposition device Pending JPS63162860A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5211994A (en) * 1991-06-05 1993-05-18 Mitsubishi Denki Kabubshiki Kaisha Apparatus for and method of forming thin film

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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