KR940004099B1

KR940004099B1 - Ionising vapour cluster and appartus for forming thin film

Info

Publication number: KR940004099B1
Application number: KR1019910018489A
Authority: KR
Inventors: 히로모도 이또; 나오사찌 가지다
Original assignee: 미쓰비시뎅끼 가부시끼가이샤; 시기 모리야
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1991-10-19
Publication date: 1994-05-13
Also published as: CN1061444A; KR920010017A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Ion Source Device and Thin Film Forming Device

제1도는 이 발명의 실시예에 있어 이온원장치의 구성을 표시하는 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing the structure of an ion source device in the embodiment of the present invention,

제2도는 제1도에 있어 선Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면을 표시하는 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line II-II in FIG. 1,

제3도는 본 발명의 실시예에 의한 박막형성장치를 표시하는 단면도이고,3 is a cross-sectional view showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention,

제4도는 본 발명 실시예의 ICB장치를 표시하는 구성도이다.4 is a block diagram showing the ICB apparatus of the embodiment of the present invention.

제5도는 종래의 이온원장치의 구성을 표시하는 단면도이고,5 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional ion source device,

제6도는 종래의 박막형성장치를 표시하는 단면도이고,6 is a cross-sectional view showing a conventional thin film forming apparatus,

제7도는 종래의 ICB장치를 표시하는 구성도이다.7 is a configuration diagram showing a conventional ICB device.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 프라즈마형성질 2 : 도파관접속구1: plasma forming material 2: waveguide connection port

3 : 도파관 4 : 석영판3: waveguide 4: quartz plate

5 : 도입구 7 : 간막이 판5: inlet 7: partition plate

8 : 프라즈마 도출구 9 : 막형성실8: plasma outlet 9: film formation chamber

10 : 배기구 11 : 모재10: exhaust port 11: base material

12 : 자력선 13 : 냉각수 쟈케트12: magnetic field line 13: coolant jacket

14 : 홀더 15 : 영구자석14: holder 15: permanent magnet

101 : 증기발생원 102 : 증류물질101: steam generator 102: distillate

103 : 도가니 104 : 노즐103: crucible 104: nozzle

105 : 필라멘트 107,232 : 크라스터105: filament 107,232: Kraster

116 : 기판 121 : 이온화 장치116 substrate 121 ionizer

125 : 가속장치 241 : 전자총125: accelerator 241: electron gun

242 : 히터용전원 243 : 캐소드242: power source for the heater 243: cathode

244 : 직류전원 25 : 가속전극244: DC power source 25: acceleration electrode

246 : 제어전극 248 : 어스전극246 control electrode 248 earth electrode

253 : 전계렌즈253: electric field lens

본 발명은, 고주파와 자장에 의해 원료에서 프라즈마를 발생되게 하여, 이온을 생성하기 위한 이온원장치 및 기판상에 박막을 형성하는 박막형성장치에 관한 것으로서, 특히 이온빔 증착법에 의하여 고품질의 박막을 증착 형성하는 박막형성장치에 관한 것이다. 먼저 박막형성에 요구되는 이온발생을 위한 이온원장치에 대하여 설명한다. 제5도는 종래의 이온원장치로서 예를들면 일본국 특개소 62-222074호 공보에 표시된 장치와 같은 박막형성을 위한 이온원장치를 표시하는 단면도로서, 도면에 있어(1)은 프라즈마 형성실, (2)는 프라즈마 형성실(1)의 상벽 중앙부에 열려서 설치된 도파관 접속구, (3)은 도파관 접속구(2)에 합쳐서 프라즈마형성실(1)에 접속된 도파관, (4)는 도파관 접속구(2)를 막도록 프라즈마 형성질(1)과 도파관(3) 사이에 설치된 석영판, (5)는 프라즈마 형성실(1)에 설치된 관상의 도입구,(6)은 프라즈마형성실(1)의 주위를 에워 싸는 것같이 배치된 원통상의 코일, (7)은 프라즈마 형성실(1)의 일부분, 즉 하벽을 이루는 간막이 판, (8)은 간막이판(7)의 중앙부에 열려서 설치된 프라즈마 도출구, (9)는 프라즈마형성실(1)의 하측에 설치된 막형성실이고, 프라즈마 형성실(1)과 기밀적으로 접합되어, 프라즈마 도출구(8)를 통하여 연통하고 있다. (10)은 막형성실(9)의 하벽 중앙부에 열려서 설치된 배기구이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source device for generating ions from a raw material by high frequency and a magnetic field, and to a thin film forming device for forming a thin film on a substrate. In particular, a high quality thin film is deposited by an ion beam deposition method. It relates to a thin film forming apparatus to be formed. First, an ion source device for generating ions required for thin film formation will be described. FIG. 5 is a sectional view showing an ion source device for forming a thin film as a conventional ion source device, for example, the device shown in Japanese Patent Laid-Open No. 62-222074. In the drawing, reference numeral 1 denotes a plasma forming chamber, (2) is a waveguide connection port which is open at the center of the upper wall of the plasma formation chamber (1), (3) is a waveguide connected to the plasma formation chamber (1) in combination with the waveguide connection port (2), (4) is a waveguide connection port (2) A quartz plate provided between the plasma forming material 1 and the waveguide 3 so as to prevent the formation thereof, 5 is a tubular inlet provided in the plasma forming chamber 1, and 6 is formed around the plasma forming chamber 1 A cylindrical coil arranged like an enclosing, (7) is a part of the plasma forming chamber (1), namely the partition wall forming a lower wall, (8) is a plasma outlet, which is opened in the center of the partition plate (7), ( 9) is a film forming chamber provided below the plasma forming chamber 1 and is hermetically sealed with the plasma forming chamber 1. Is joined to, and communicates through a plasma outlet port (8). Denoted at 10 is an exhaust port provided open in the center of the lower wall of the film formation chamber 9.

이와같은 구성으로된 이온원장치의 동작에 대해 설명한다. 막형성실(9)내의 프라즈마 도출구(8)의 하방이 되는 곳에 표면을 성막해야할 모재(11)를 두고, 도면에 표시하지 않은 진공펌프에 의해 배기구(10)에서 배기하고, 프라즈마 형성실(1)에 도입구(5)에서 증착원료 가스를 넣어, 도파관(3)에서 석영판(4)을 통하여 2.45GHz의 고주파를 입사하고, 코일(6)에 통전하면, 프라즈마 형성실(1)내에서는 프라즈마가 발생한다. 코일(6)에 의해 프라즈마 형성실(1)내에 발생하는 자장의 자속밀도가 875 가우스일때에, 프라즈마 형성실(1)내의 전자가 전자 사이크로트론 공명작용에 의해 사이크론트론 운동하고, 상기 석영관(4)을 통해 입사된 고주파의 전기장(電氣場)내에서 상기 전자는 운동 에너지를 얻기 때문에 프라즈마의 형성효율을 좋게 한다. 또한 석영판(4)에 의해 도파관(3)에의 프라즈마의 유실이 방지된다. 코일(6)에 의해 발생하는 프라즈마 도출구(8) 부근의 자력선(12)은 하방을 향하여 발산한다.The operation of the ion source device having such a configuration will be described. The base material 11 to which the surface is to be deposited is placed below the plasma outlet 8 in the film formation chamber 9, and is exhausted from the exhaust port 10 by a vacuum pump not shown in the drawing, and the plasma formation chamber ( 1) The vapor deposition raw material gas is introduced into the inlet 5, the high frequency of 2.45 GHz is incident on the waveguide 3 through the quartz plate 4, and the coil 6 is energized. Plasma occurs in. When the magnetic flux density of the magnetic field generated in the plasma formation chamber 1 by the coil 6 is 875 gauss, the electrons in the plasma formation chamber 1 undergo a cyclotron motion by electron cyclotron resonance, and the quartz In the high-frequency electric field incident through the tube 4, the electrons obtain kinetic energy, thereby improving plasma formation efficiency. In addition, the loss of plasma to the waveguide 3 is prevented by the quartz plate 4. The magnetic force line 12 near the plasma outlet 8 generated by the coil 6 diverges downward.

이 발산자장 및 프라즈마 형성실(1)과 막형성실(9)과의 압력차에 의해, 이온, 전자, 프리 래디컬(radical)이 프라즈마 도출구(8)에서 막형성실(1)로 유출되고, 모재(11)의 표면상에 막형성이 행하여진다.Due to the diverging magnetic field and the pressure difference between the plasma forming chamber 1 and the film forming chamber 9, ions, electrons, and free radicals flow out from the plasma outlet 8 into the film forming chamber 1 The film formation is performed on the surface of the base material 11.

종래의 이온원 장치는 이상과 같은 구성되어 있으므로, 프라즈마의 밀도를 높이는데 필요한 200∼1000가우스의 자속밀도를 얻기 위해서는, 매우 대형인 코일(6)이 필요하게 된다.Since the conventional ion source device is configured as described above, in order to obtain the magnetic flux density of 200 to 1000 gauss necessary for increasing the density of the plasma, a very large coil 6 is required.

또, 코일(6)을 대신하여 영구자석을 사용하면 소형화 되나, 매우 고가인 동시에 자속밀도를 변화되게 할 수 없는 등의 문제점이 있었다.In addition, when the permanent magnet is used in place of the coil 6, it is miniaturized, but there is a problem that it is very expensive and the magnetic flux density cannot be changed.

또한 기판상에 박막을 형성하는 것으로서 종래부터 반도체막, 광학박막, 자성막, 절연막 등의 고품질의 박막이 ICB법에 의해 형성되도록 하고 있다.Moreover, as a thin film is formed on a board | substrate, conventionally, high quality thin films, such as a semiconductor film, an optical thin film, a magnetic film, and an insulating film, are formed by ICB method.

제6도는 예를들면 일본국 특공소 54-9592호 공보에 표시된 종래의 박막형성장치를 개략적으로 표시하는 단면도이다. 도면에 있어서, 101은 증착물질(102)의 증기를 발생되게 하는 증기발생원, 103은 증착물질(102)을 수용하는 도가니, 104는 도가니(103)의 상부에 형성된 노즐, 105는 도가니(103)의 주위에 설치되어 이것을 가열하는 가열장치로서의 가열용필라멘트, 106은 가열용필라멘트(105)에서의 열을 차단하는 제1의 열차단판이고, 도가니(103), 가열용 필라멘트(105) 및 제1의 실드판(106)으로 증기 발생원(101)을 구성하고 있다. 107은 노즐(104)에서 상방에 분출한 증착물질(102)의 증기에서 생긴 크라스터(괴상원자 집단), 108은 증기발생원(101)의 상방에 설치되어 크라스터(107)를 이온화 하는 이온화 장치, 109는 전자를 방전하는 이온화 필라멘트, 110은 이온화 필라멘트(109)에서 전자를 인출하여, 크라스터(7)에 향하여 가속하는 그리드(grid)상의 전자인출 전극, 111은 이온화 필라멘트(109)에서의 열을 차단하는 제2의 열차단판이고, 이온화 필라멘트(109), 전자인출 전극(110) 및 제2의 열차단판(111)으로 이온화 장치(108)를 구성하고 있다. 112는 이온화 장치(108)에 의해 이온화된 이온화 크라스터, 113은 이온화 장치(108)의 상방에 설치되어 이온화 크라스터(112)를 후술의 기판(116)에 향하여 가속하는 가속장치, 114,115는 가속전극과 어스전극이고, 어스전극(115)은 접지 전위에, 그리고 가속전극(114)은 이것에 대해 양의 전위로 되어 있고, 양자로서 가속 장치(113)를 구성하고 있다. 116은 가속장치(113)의 상방에 설치된 기판이고, 접지되어 있다. 117은 내부를 진공으로 유지하는 동시에 상방 101∼116을 수납하는 진공조, 118은 진공조(117)의 배기를 행하여 진공상태로 하는 진공배기계이다.FIG. 6 is a sectional view schematically showing a conventional thin film forming apparatus shown, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-9592. In the figure, reference numeral 101 is a steam generating source for generating vapor of the deposition material 102, 103 is a crucible for receiving the deposition material 102, 104 is a nozzle formed on the top of the crucible 103, 105 is a crucible 103 A heating filament as a heating device installed around and heating this, 106 is a first heat shield plate for blocking heat from the heating filament 105, the crucible 103, the heating filament 105 and the first The steam generating source 101 is constituted by the shield plate 106. 107 is a cluster (mass group) generated from the vapor of the deposition material 102 ejected upward from the nozzle 104, 108 is an ionization device is installed above the steam generator 101 to ionize the cluster (107) 109 denotes an ionization filament for discharging electrons, 110 denotes an electron withdrawing electrode on a grid which extracts electrons from the ionization filament 109 and accelerates toward the crater 7, 111 denotes an ionization filament 109 It is a 2nd heat shield plate which blocks heat | fever, and the ionization device 108 is comprised by the ionization filament 109, the electron extraction electrode 110, and the 2nd heat shield plate 111. As shown in FIG. 112 is an ionization cluster which is ionized by the ionizer 108, 113 is provided above the ionizer 108 to accelerate the ionizer cluster 112 toward the substrate 116 to be described later, and 114 and 115 are accelerated. The electrode and the earth electrode, the earth electrode 115 is at the ground potential, and the acceleration electrode 114 is at the positive potential, and both constitute the accelerator 113. 116 is a substrate provided above the accelerator 113 and is grounded. Reference numeral 117 denotes a vacuum chamber for keeping the inside at a vacuum and accommodating the upper portions 101 to 116, and 118 evacuating the vacuum chamber 117 to obtain a vacuum state.

다음은 상기 박막형성장치의 동작에 대해 설명한다. 우선, 진공배기계(118)에 의해 진공조(117)내가 10^-6Torr정도의 진공도로 될때까지 배기한다. 도가니(103)의 전위는 가열용 필라멘트(105)에 대해 양의 전위가 되도록 전압을 인가해 둔다. 가열용 필라멘트(105)에 전압이 인가되면 이 가열용 필라멘트(105)에서는 가열되어 열전자가 방출된다.Next, the operation of the thin film forming apparatus will be described. First, the vacuum exhaust machine 118 evacuates the vacuum chamber 117 until it reaches a vacuum degree of about 10 ^-6 Torr. The potential of the crucible 103 is applied with a voltage such that it is a positive potential with respect to the heating filament 105. When a voltage is applied to the heating filament 105, the heating filament 105 is heated to emit hot electrons.

이와 같이 방출된 전자가 상기 가열용 필라멘트(105)와 도가니(103)사이의 전계에 의해 도가니(103)로 향하여 이동되어 도가니에 충돌된다.The electrons thus emitted are moved toward the crucible 103 by an electric field between the heating filament 105 and the crucible 103 and collide with the crucible.

이때, 전자들의 충돌에 의해 도가니 (103)내의 증기압이 수 Torr가 되는 압력이 발생되도록 하는 온도까지 상기 가열용 필라멘트(105)를 가열한다.At this time, the heating filament 105 is heated to a temperature such that the pressure of the vapor pressure in the crucible 103 becomes several Torr by the collision of electrons.

이 가열에 의해 도가니(103)내의 증착물질(102)이 증발하고, 그 증기가 노즐(104)에서 상방에 분출한다. 이 증기는, 노즐(104)을 통과할 때, 단열팽창에 의해 가속 냉각되어 응축하여, 크라스터(107)가 형성된다. 이온화 장치(108)에 있어서는, 이온화 필라멘트(109)에 대해 전자인출 전극(110)의 전위를 양으로 해둔다. 이온화 필라멘트(109)가 통전 가열되어, 여기에서 방출된 전자가 전자인출 전극(110)에 의해 인출된다.By this heating, the vapor deposition material 102 in the crucible 103 evaporates, and the vapor is blown upward from the nozzle 104. When the vapor passes through the nozzle 104, the vapor is accelerated and cooled by adiabatic expansion and condensed to form the cluster 107. In the ionization apparatus 108, the potential of the electron withdrawing electrode 110 is made positive with respect to the ionization filament 109. The ionized filament 109 is energized and heated, and the electrons emitted therefrom are drawn out by the electron withdrawing electrode 110.

그 전자의 일부는 전자인출 전극(110)에 포획되나, 타의 일부는 그리드상의 극간을 통하여 날아가서, 크라스터(107)에 충돌하여 그의 에너지로 전자를 두둘겨서, 정전하를 가지는 이온화 크라스터(112)를 생성한다.Some of the electrons are trapped in the electron-drawing electrode 110, but some of the other fly through the gap on the grid, impinge on the raster 107 and trap the electrons with their energy, thereby causing the electrostatic charge 112 to have an electrostatic charge. )

이온화 크라스터(112)는 가속장치(113)에 있어, 가속전극(114)과 어스전극(115)간에 형성된 전계에 의해 상방에 주기판(116)에 향하여 가속되어, 이온화 되어 있지 않은 중성의 크라스터(107)와 함께 기판에 충돌하고, 그 표면에 증착물질(102)의 박막(도면에 표시되지 않음)을 형성한다.The ionization cluster 112 is accelerated toward the main board 116 by an electric field formed between the acceleration electrode 114 and the earth electrode 115 in the accelerator 113 and is neutralized. It collides with the substrate 107 and forms a thin film (not shown) of the deposition material 102 on the surface thereof.

종래의 박막형성 장치는 이상과 같이 구성되므로, 실리콘(Si)이나 알루미늄(Al)등의 도가니 재료와의 젖는 성질이 좋은 증착물질을 사용한 경우, 용융한 증착물질이 도가니 내벽에 기어올라가 밖으로 스며나와, 이것이 증발하여 그 증기 때문에 도가니와 가열용 필라멘트간의 인피던스가 저하하여 그 사이에 전압을 인가하는 것이 될 수 없게 되어, 박막형성장치를 안정적으로 가동되게 할 수가 없다.Since the conventional thin film forming apparatus is constructed as described above, when a vapor deposition material having a good wettability with a crucible material such as silicon (Si) or aluminum (Al) is used, the molten vapor deposition material will rise to the inner wall of the crucible and seep out. This vaporizes and the vapor reduces the impedance between the crucible and the heating filament, so that no voltage can be applied therebetween, and the thin film forming apparatus cannot be stably operated.

또, 증착물질에는 장치를 구성하는 재료와 격한 반응성을 표시하는 것도 있고, 스며나오는 것이나 증기의 응축에 의해 증착물질에 젖는 부분, 특히 전자인출 전극, 제1, 제2의 열차단판 등이 부식되어 수명이 극단으로 짧게 되거나, 또는 이것을 방지하기 위해 정기적으로 이들 부분을 청소하지 않으면 안된다는 문제점이 있었다.In addition, the vapor deposition material may show strong reactivity with the material constituting the device, and the wetted part may be corroded by the bleeding or vapor condensation, in particular, the electron withdrawing electrode, the first and second thermal barrier plates, and the like. There has been a problem that these parts are extremely short in life or have to be cleaned regularly to prevent this.

또, 이온화 필라멘트에서 방출된 전자중, 크라스터의 이온화에 기여하는 것은, 그리드상의 전자인출 전극의 극간을 통과한 전자뿐이고, 전자인출 전극에 잡힌 전자는 이온화에 기여하지 않고, 그 때문에 이온화 효율이 낮다.Among the electrons emitted from the ionization filament, only the electrons passing through the gap between the grid-shaped electron-drawing electrodes are contributed to the ionization of the raster, and the electrons caught by the electron-drawing electrodes do not contribute to the ionization. low.

더욱, 가속전극과 어스전극간의 전위차(가속전압)를 변화되게 하여 크라스터의 가속을 제어하는 것에 의해, 기판상에 형성되는 박막의 성질을 제어할려고 하면, 가속전압의 변화에 의해, 인출되는 이온화 크라스터의 량도 변화하고, 특히 가속전압을 작게하면 기판에 도달하는 이온화 크라스터의 량이 매우 작게되어 이온화 ㅌ크라스터 특성을 살린 고품질의 박막의 형성을 행할 수가 없다.Further, when trying to control the properties of the thin film formed on the substrate by controlling the acceleration of the raster by changing the potential difference (acceleration voltage) between the acceleration electrode and the earth electrode, ionization is drawn out by the change of the acceleration voltage. The amount of the crackers also changes, and in particular, when the acceleration voltage is reduced, the amount of ionizing plasters reaching the substrate becomes very small, and it is impossible to form a high quality thin film utilizing the ionizing charcrater characteristics.

또, 가속전압을 작게하여 0에 근접하게 하면, 가속전극과 어스전극 사이의 전계가 약해져서, 이온화 필라멘트에서 날라나온 전자가 기판에 입사하도록 되어, 그 때문에 손상을 주는 등의 문제점이 있었다.In addition, when the acceleration voltage is made small and close to zero, the electric field between the acceleration electrode and the earth electrode is weakened, and electrons blown out of the ionized filament are incident on the substrate, thereby causing damage.

또한 고품질의 박막을 형성하기 위하여 종래부터 광학박막, 자성막, 절연막 등의 고품질 박막이 크라스터 이온빔 증착장치(이하 ICB 장치라 한다)에 의해 형성되어지고 있다.In order to form a high quality thin film, a high quality thin film such as an optical thin film, a magnetic film and an insulating film has been conventionally formed by a Kraster ion beam deposition apparatus (hereinafter referred to as an ICB device).

제7도는 예를들면 일본국 특공소 54-9592호 공보에 표시된 종래의 박막형성장치인 ICB 장치(제6도의 구조)에 전원이 접속된 전체구조를 개략적으로 표시하는 구성도이다. 제7도에서, 201은 소정의 진공도에 유지된 진공조, 202는 진공조(201)를 진공상태로 배기하는 진공 배기계, 203은 진공조(201)의 하방에 수용된 증기 발생원이다. 증기 발생원(203)은, 상방에 노즐부(205)를 가지는 원통상의 밀폐된 도가니(204), 도가니(204)의 원주에 설치되어 도가니(204)를 가열하는 가열용 필라멘트(206) 및 이 가열용 필라멘트(206)에서의 열을 차단하는 열차단판(207)으로 구성되어, 도가니(204)내에 증착물질(208)이 수용되어 있다. 209는 이온화 수단이고, 전자를 방출하는 이온화 필라멘트(210), 이온화 필라멘트(210)에서 방출된 전자를 가속하는 그리드(211) 및 이온화 필라멘트(210)에서의 열을 차단하는 열차단판(212)으로 구성되어 있다. 213은 가속전극(214)과 어스전극(215)으로 구성되어, 가속 전극(214), 어스전극(215)으로 형성되는 전계에 의해 이온화 크라스터(233)(후술)를 가속하는 가속수단이다. 216은 도가니(204)의 노즐부(205)와 대향되게 하여 진공조(201)의 상방에 설치되어, 그 표면에 박막(234)이 형성되는 피증착물로서의 기판이다. 220은 전원장치이고, 다음과 같이 구성되어 있다. 221은 가열용 필라멘트(206)에 전류를 흘려 가열하는 가열용 전원, 222는 도가니(204)를 가열용 필라멘트(206)에 대해 정의 전위를 유지하는 바이어스 전원, 223은 이온화 필라멘트(210)를 가열하는 교류전원, 224는 그리드(211)를 이온화 필라멘트(210)에 대해 정의전위에 유지하는 직류전원, 225는 어스전극(215)과 가속전극(214)과의 사이에 접속되어, 어스전극(215)과 가속전극(214)사이에 전계를 발생하게 하는 동시에 이온화 수단(209), 증기발생원(203)을 어스전극(215)에 대해 정의전극에 유지되는 가속전원이다.FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing an overall structure in which a power source is connected to an ICB device (structure of FIG. 6), which is a conventional thin film forming apparatus shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-9592, for example. In FIG. 7, 201 is a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, 202 is a vacuum exhaust system for evacuating the vacuum chamber 201 in a vacuum state, and 203 is a steam generation source housed below the vacuum chamber 201. The steam generating source 203 is a cylindrical hermetically sealed crucible 204 having a nozzle portion 205 upward, a heating filament 206 provided at a circumference of the crucible 204 to heat the crucible 204 and the same. It consists of a heat shield plate 207 which blocks heat from the heating filament 206, and the vapor deposition material 208 is accommodated in the crucible 204. 209 is an ionization means, an ionization filament 210 that emits electrons, a grid 211 that accelerates electrons emitted from the ionization filament 210, and a heat shield plate 212 that blocks heat from the ionization filament 210. Consists of. 213 is an acceleration means constituting the acceleration electrode 214 and the earth electrode 215 to accelerate the ionization cluster 233 (described later) by an electric field formed by the acceleration electrode 214 and the earth electrode 215. 216 is a board | substrate as a to-be-deposited body which faces the nozzle part 205 of the crucible 204, is installed above the vacuum chamber 201, and the thin film 234 is formed in the surface. 220 is a power supply, and is configured as follows. 221 is a heating power supply for heating a current through the heating filament 206, 222 is a bias power supply for maintaining the crucible 204 with a positive potential relative to the heating filament 206, 223 is heating the ionization filament 210 Alternating current power source, 224 is a direct current power source that maintains the grid 211 at a positive potential with respect to the ionization filament 210, 225 is connected between the earth electrode 215 and the acceleration electrode 214, the earth electrode 215 And an ionization means 209 and a vapor generating source 203 at the positive electrode with respect to the earth electrode 215 while generating an electric field between the acceleration electrode 214 and the acceleration electrode 214.

다음은 실시예(3)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 진공조(201)내를 진공 배기계(202)에 의해 10^-[Torr]정도의 진공도에 될때까지 배기한다.The following describes the operation of the embodiment (3). First, 10 by the vacuum tank 201 to the vacuum pumping system (202) ^- [Torr] is evacuated until the degree of vacuum degree.

다음은, 가열용 전원(221)에 의해 가열용 필라멘트(206)를 가열하여 가열용 필라멘트(206)에서 방출되는 전자를 바이어스 전원(222)에 의해 도가니(204)와의 사이에 발생하는 전계에 의해 가속하고 도가니(204)에 충돌되게 하여, 도가니(204) 및 도가니(204)내에 수용된 증착물질(208)을 가열한다.Next, electrons emitted from the heating filament 206 by heating the heating filament 206 by the heating power supply 221 are generated by an electric field generated between the crucible 204 by the bias power supply 222. Accelerate and impinge on crucible 204 to heat crucible 204 and deposition material 208 contained within crucible 204.

이 가열에 의해 증착물질(208)은 증발하고, 노즐부(205)에서 증기의 흐름(231)으로 되어 상방을 향해 분출한다. 증착물질(208)의 증기는 노즐부(5) 통과할 때, 단열팽창에 의해 가속냉각되어 응축하고, 크라스터라불리는 괴상원자집단이 생성된다.By this heating, the vapor deposition material 208 evaporates and becomes a flow 231 of the vapor in the nozzle unit 205 and blows upward. As the vapor of the deposition material 208 passes through the nozzle unit 5, it is accelerated and cooled by adiabatic expansion to condense, and a mass group called a kraster is generated.

이 크라스터(232)는, 교류전원(223)에 의해 가열된 이온화 필라멘트(210)에서 방출되어 그리드(211)에 의해 가속된 전자에 의해 일부가 이온화 되어 이온화 크라스터(233)로 되어, 가속수단(213)에 의해 형성되는 전계렌즈에 의해 가속되어, 타의 이온화 되어 있지 않은 중성의 크라스터(232)와 함께 기판(216)에 향하여, 기판(216)의 표면에 충돌하여 박막(234)이 형성된다.The raster 232 is discharged from the ionized filament 210 heated by the alternating current power supply 223 and partly ionized by the electrons accelerated by the grid 211 to become the ionization raster 233, which accelerates. Accelerated by an electric field lens formed by the means 213, the neutral blaster 232, which is not ionized, collides with the surface of the substrate 216 toward the substrate 216, and the thin film 234 Is formed.

종래의 ICB장치는 이상과 같이, 증기의 흐름(231)을 이온화 하기 위해 도가니(204)의 노즐부(205)에서 분출하는 증기의 흐름(231)에 근접하여 이온화 필라멘트(210) 및 그리드(211)를 설정하고 있기 때문에, 실리콘 또는 알루미늄 등의 증착 물질을 사용하면, 이들의 증기는 이온화 필라멘트(210)나 그리드(211)를 구성하는 재료, 예를들면 탄탈, 모리프텐과 격한 반응성을 표시하기 위해, 증기의 흐름(31)에 바래게되는 이온화 필라멘트(210)나 그리드(211), 특히 그리드(211)가 부식되어 수명이 극단으로 짧게 되거나, 부식된 그리드(211)의 재료가 박막(234)에 혼입하여 박막의 품질을 저하하게 되는등의 문제점이 있었다.Conventional ICB apparatus is as described above, the ionization filament 210 and the grid 211 in close proximity to the flow of steam 231 ejected from the nozzle portion 205 of the crucible 204 to ionize the flow of steam 231. In the case of using a vapor deposition material such as silicon or aluminum, these vapors show intense reactivity with the materials constituting the ionization filament 210 or the grid 211, for example tantalum and morphite. To this end, the ionized filament 210 or the grid 211, in particular the grid 211, which is confronted with the flow of steam 31 is corroded to have an extremely short life, or the material of the corroded grid 211 is thin film ( 234) and the quality of the thin film is reduced.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에서는 이온원장치에 있어서 소형으로 또한 자속밀도를 자유로히 변경할 수 있는 이온원장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention devised to solve such a problem aims to provide an ion source device which is small in the ion source device and which can freely change the magnetic flux density.

본 발명의 다른 목적은 기판상에 박막을 형성하는 박막형성장치로서 안정적, 효율적인 가동, 고품질의 박막이 형성될 수 있도록 성능을 향상시킨 것으로, 특히 크라스터 이온빔 증착법(ICB법)에 의해 고품질의 박막을 증착 형성하는 박막형성장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate to improve the performance so that a stable, efficient operation and high quality thin film can be formed, in particular, a high quality thin film by the Kraster ion beam deposition method (ICB method). It is to provide a thin film forming apparatus for depositing and forming.

본 발명의 또 다른 목적은 반응성이 격한 증착물질을 사용하여도 수명이 짧게 되지 않고, 또한 형성되는 막의 품질저하를 초래하지 않는 막형성 장치로써 크라스터 이온빔 증착장치등의 박막형성장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus such as a Kraster ion beam deposition apparatus as a film forming apparatus which does not shorten the lifetime even when using a highly reactive deposition material and does not cause a deterioration of the formed film. .

본 발명에 관한 이온원장치는, 기실의 외주축 방향에 극성을 갖춘 복수의 영구자석을 직렬로 배치하여, 자장을 걸기 위해서의 자장발생 수단을 구성한 것이다.In the ion source device according to the present invention, a plurality of permanent magnets having polarity are arranged in series in the direction of the outer circumferential axis of the gas chamber, and the magnetic field generating means for applying the magnetic field is configured.

본 발명에 있어 이온원장치의 자장발생 수단은 소형이라도 높은 자속밀도의 자장을 걸 수 있는 동시에, 개수를 변경하는 것으로 자속밀도를 변화되게 할 수가 있다.In the present invention, the magnetic field generating means of the ion source device can apply a magnetic field of high magnetic flux density even at a small size, and can change the magnetic flux density by changing the number.

이하, 이 발명의 이온원장치의 실시예(1)를 도면에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, Example 1 of the ion source device of this invention is demonstrated.

제1도는 이 발명의 이온원장치의 실시예(1)에 있어 이온원장치의 구성을 표시하는 단면도, 제2도는 제1도에 있어 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면을 표시하는 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the ion source device in Example 1 of the ion source device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line II-II in FIG.

도면에 있어, 프라즈마 형성실(1), 도파관 접속구(2), 도파관(3), 석영판(4), 도입구(5), 간막이 판(7), 프라즈마 도출구(8), 막형성실(9), 배기구(10), 모재(11) 및 자력선(1R)은 제3도에 있어 종래장치의 것과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.In the drawing, the plasma forming chamber 1, the waveguide connection port 2, the waveguide 3, the quartz plate 4, the inlet port 5, the partition plate 7, the plasma outlet 8, and the film forming chamber. (9) Since the exhaust port 10, the base material 11, and the magnetic force line 1R are the same as those of the conventional apparatus in FIG. 3, description is omitted.

(13)은 프라즈마 형성실(1)의 주위를 에워싸도록 형성되어 내부를 냉각수가 채워지는 냉각수 쟈케트, (14)는 상기 냉각수 쟈케트(13)를 에워싸도록 형성되어 내부에 축방향으로 나란히 설치되어 있는 구성(14a)이 원주를 따라 복수개 설치된 원환상의 홀더(15)는 상기 홀더(14)의 구멍(14a)내에 극성을 갖추어서 삽입된 복수개의 영구자석이고, 이들 홀더(14) 및 영구자석(15)으로 자장발생 수단(20)을 구성한다.(13) is formed to surround the plasma forming chamber (1), the cooling water jacket to fill the cooling water inside, (14) is formed to surround the cooling water jacket 13 in the axial direction therein The annular holders 15 provided with a plurality of configurations 14a arranged side by side along the circumference are a plurality of permanent magnets inserted with polarity in the holes 14a of the holders 14, and these holders 14 And the magnetic field generating means 20 by the permanent magnet 15.

상기와 같이 구성되는 이 발명의 이온원장치의 실시예(1)에 있어 이온원장치에 있어서도 종래 장치와 동일하게 프라즈마 형성실(1)내에 도입구(5)에서 증착원료 가스를 넣어, 도파관(3)에서 석영판(4)을 통하여 고주파를 입사하면, 프라즈마 형성실(1)내는 영구자석(15)에 의해 이미 자장이 형성되어 있으므로 프라즈마가 발생하고, 발산자장 및 프라즈마 형성실(1)과 막형성실(9)과의 압력차에 의해 이온, 전자, 프리래디컬이 프라즈마 도출구(8)에서 막형성실(1)에 유출하고, 모재(11)의 표면상에 성막이 행하여지나, 자장발생 수단(20)을 홀더(14)에 형성된 구멍(14a)내에 극성을 갖추어서 배치한 복수개의 영구자석으로 구성 했으므로, 1개의 영구자석(15)의 자력은 작아도 높은 자속밀도를 나타낼 수 있으며 안정된 프라즈마를 형성할 수가 있고, 영구자석(15)의 개수를 변경하는 것에 의해 프라즈마 형성실(1)내에 관하여 자장의 자속밀도를 변화되게 할 수 있다.In Example (1) of the ion source device of this invention comprised as mentioned above, in the ion source device similarly to the conventional apparatus, the vapor deposition raw material gas was put in the inlet port 5 in the plasma formation chamber 1, and a waveguide ( In 3), when a high frequency is incident through the quartz plate 4, since the magnetic field is already formed by the permanent magnet 15 in the plasma forming chamber 1, a plasma is generated, and the diverging magnetic field and the plasma forming chamber 1 Due to the pressure difference with the film forming chamber 9, ions, electrons, and free radicals flow out of the plasma outlet port 8 into the film forming chamber 1, and film formation is performed on the surface of the base material 11. Since the generating means 20 is composed of a plurality of permanent magnets arranged with polarity in the holes 14a formed in the holder 14, the magnetic force of one permanent magnet 15 can exhibit a high magnetic flux density and is stable. It is possible to form a plasma, the permanent magnet (15) By changing the number, the magnetic flux density of the magnetic field can be changed with respect to the plasma formation chamber 1.

또, 홀더(14)의 내측에 냉각수 쟈케트(13)를 설치하여 내부에 채워져 있는 냉각수에 의해 자장발생 수단(20)을 냉각하고 있으므로, 영구자석(15)이 고온이 되는 것을 방지하는 동시에 일정한 온도에 유지되어, 자장을 안정하게 유지할 수 있다는 효과가 있다.Moreover, since the magnetic field generating means 20 is cooled by the cooling water jacket 13 provided inside the holder 14 and filled with the cooling water inside, the permanent magnet 15 is prevented from becoming high temperature and is fixed. It is maintained at a temperature, and there exists an effect that a magnetic field can be kept stable.

더욱, 상기 실시예(1)는 박막형성 때문에의 이온원장치에 대해 설명했으나 물론 이것에 한정되는 것이 아니고, 어느것에 적용하여도 같은 효과를 얻는 것은 말할나위도 없다.Furthermore, although the above-described embodiment (1) has described the ion source device for thin film formation, it is of course not limited to this, and it goes without saying that the same effect can be obtained in any of them.

이상과 같이, 이 발명 이온원장치의 실시예에 의하면 기실의 외주측 방향에 극수를 갖춘 복수의 영구자석을 직렬로 배치하고, 자장을 걸기 위해서의 자장발생 수단을 구성했으므로, 소형으로 또한 자속밀도를 자유로히 변경할 수 있는 이온원장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.As described above, according to the embodiment of the ion source device of the present invention, since the plurality of permanent magnets having the number of poles are arranged in series in the outer circumferential side direction of the air chamber, the magnetic field generating means for applying the magnetic field is constituted. It is possible to provide an ion source device that can freely change.

또한, 이 발명의 실시예(2)는 기판상의 박막을 형성하는 박막형성장치, 특히 크라스터 이온빔 증착법(ICB법)에 의해 고품질의 박막을 증착형성 하는 박막형성장치에 관한 것이다.Further, Embodiment (2) of the present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate, particularly a thin film forming apparatus for depositing and forming a high quality thin film by the Kraster ion beam deposition method (ICB method).

이 발명의 실시예(2)에 관한 박막형성장치는, 이온화 장치를 노즐과 대향하는 위치에 설치된 캐소드 및 캐소드와 도가니와 가열장치를 포위하는 애노드로 구성한 것이다.The thin film forming apparatus according to the embodiment (2) of the present invention is composed of an ionizer comprising a cathode and a cathode, a crucible, and an anode surrounding the heating apparatus provided at a position facing the nozzle.

또, 가속장치를 가속전극, 가속전극에 대해 부전위의 인출전극 및 가속전극과 인출전극의 양전위 중간에 전위를 가지는 제어전극으로 구성한 것이다.The accelerator is composed of an acceleration electrode, a lead electrode with a negative potential with respect to the accelerator electrode, and a control electrode having a potential in the middle of the positive potential of the accelerator electrode and the lead electrode.

이 발명의 실시예(2)에 있어 박막형성장치는, 캐소드에서의 열에 의해 도가니의 노즐근방이 가열되어, 그 때문에 용융한 증착물질이 기어올라와도 증발하고, 기어올라오는 것이 억제된다.In Example (2) of this invention, in the thin film forming apparatus, the vicinity of the nozzle of the crucible is heated by the heat in the cathode, whereby the molten evaporation material evaporates even when it rises up, and the rise up is suppressed.

또, 애노드가 도가니와 가열장치를 포위하고 있으므로 이들에 의해 애노드가 가열되어 고온이 되어, 증착물질이 부착하는 일없이, 따라서 증착물질에 의한 부식이 방지된다.In addition, since the anode surrounds the crucible and the heating apparatus, the anode is heated to high temperature by these, and the deposition material does not adhere, thereby preventing corrosion by the deposition material.

또, 캐소드에서 방출되는 전자를 그리드상의 전극을 통하는 일없이, 크라스터에 직접 조사하므로 이온화효율이 향상한다.In addition, since the electrons emitted from the cathode are irradiated directly to the raster without passing through the electrodes on the grid, the ionization efficiency is improved.

더욱, 가속전위와 인출전극간의 전위차에 의해 기판에 입사하는 이온화 크라스터의 량을 어떤 필요에 레벨 이상에 유지하는 동시에, 가속전극과 제어전극 간의 전위차(가속전압)에 의해 이온화 크라스터의 가속을 제어할 수 있다.Further, the amount of ionization clusters incident on the substrate is maintained at a level higher than the level required by the potential difference between the acceleration potential and the extraction electrode, and the acceleration of the ionization clusters is accelerated by the potential difference (acceleration voltage) between the acceleration electrodes and the control electrodes. Can be controlled.

또, 가속전극에 대해 인출전극의 전위는 부이기 때문에, 인출전극 근방에 형성되는 전계에 의해, 전자가 이온화 필라멘트에서 기판으로 향하여 뛰어나오는 것이 억제된다.In addition, since the potential of the extraction electrode is negative with respect to the acceleration electrode, the electrons from the ionized filament toward the substrate are suppressed by the electric field formed near the extraction electrode.

이하, 이 발명의 실시예(2)를 도면에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment (2) of this invention is demonstrated about drawing.

제3도는 이 발명의 실시예(2)에 의한 박막형성장치를 개략적으로 표시하는 단면도이다.3 is a sectional view schematically showing the thin film forming apparatus according to the embodiment (2) of the present invention.

도면에 있어, 102∼105, 107, 112, 116∼118은 제6도의 경우와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.In the drawings, 102 to 105, 107, 112, and 116 to 118 are the same as in the case of FIG.

101은 증착물질(102)의 증기를 발생되게 하는 증기발생원이고, 도가니(103)와 가열용 필라멘트(105)로 구성되어 있다.Denoted at 101 is a steam generating source for generating vapor of the deposition material 102 and is composed of a crucible 103 and a heating filament 105.

121은 증기발생원(101)의 상방에 설치되어 크라스터(107)를 이온화 하는 이온화 장치, 122는 노즐(104)과 대향하는 위치에 설치된 캐소드인 이온화 필라멘트이고, 통전가열 되어 전자를 방출한다.121 is an ionization apparatus provided above the steam generator 101 to ionize the crater 107, and 122 is an ionization filament which is a cathode provided at a position opposite to the nozzle 104, and is energized and heated to emit electrons.

123은 이온화 필라멘트(122), 도가니(103) 및 가열용 필라멘트(105)를 포위하도록 설치된 애노드이고, 이온화 필라멘트(122)와 애노드(123)로 이온화 장치(121)를 구성하고 있다.123 is an anode provided to surround the ionization filament 122, the crucible 103, and the heating filament 105, and the ionization filament 122 and the anode 123 comprise the ionizer 121. As shown in FIG.

124는 이온화 장치(121)의 외측에 설치된 자계인가장치이다.124 is a magnetic field applying device provided outside the ionizer 121.

125는 이온화 장치(121)의 상방에 설치되어 이온화 크라스터(112)를 기판(116)에 향하여 가속하는 가속장치, 126은 애노드(123)와 일체적으로 연결되는 가속전극, 127은 인출전극, 128은 제어전극으로서의 어스전극이고, 접지전위로 되어 있다.125 is an acceleration device installed above the ionizer 121 to accelerate the ionization raster 112 toward the substrate 116, 126 is an acceleration electrode integrally connected with the anode 123, 127 is an extraction electrode, 128 is an earth electrode serving as a control electrode and has a ground potential.

가속전극(126), 인출전극(127), 어스전극(128)의 순으로 노즐(104)에서 멀리 떨어지는 위치에 배치되는 동시에, 어스전극(128)에 대해 가속전극(126)은 정, 인출전극(127)은 부의 전위로 되어 있다.The accelerator electrode 126, the lead electrode 127, and the earth electrode 128 are arranged in a position away from the nozzle 104, and the acceleration electrode 126 is positive and the lead electrode with respect to the earth electrode 128. 127 is a negative potential.

즉, 인출전극(127)은 가속전극(126)에 대해 부위 전위에 그리고 어스전극(128)은 가속전극(126)과 인출전극(127)의 양전위 중간의 전위로 되어 있다.That is, the extraction electrode 127 is at the site potential with respect to the acceleration electrode 126, and the earth electrode 128 is at the potential between the positive potentials of the acceleration electrode 126 and the extraction electrode 127.

상기 3전극(126,127,128)으로 가속장치(125)를 구성하고 있다.The accelerator 125 is formed by the three electrodes 126, 127, and 128.

다음은 실시예(2)의 동작에 대해 설명한다.The following describes the operation of the embodiment (2).

제6도의 경우와 동일하게 가열용 필라멘트(105)로 도가니(103)를 가열하고, 증착물질(102)의 증기를 노즐(104)에서 분출되게 하여 크라스터(107)를 형성한다.As in the case of FIG. 6, the crucible 103 is heated with the heating filament 105, and vapor of the vapor deposition material 102 is ejected from the nozzle 104 to form the crater 107.

또, 이온화 필라멘트(122)가 통전 가열되어, 이것에서 전자가 애노드(123)에 향하여 방출되고, 크라스터(107)에 충돌하여 이것을 이온화 한다.In addition, the ionized filament 122 is energized and heated, and electrons are emitted toward the anode 123 therefrom and collide with the crater 107 to ionize it.

그사이, 제6도와 같은 전자인출 전극(110)의 그리드상의 극간을 전자가 통과하는 필요가 없으므로 전자가 유효하게 활용된다.Meanwhile, electrons are effectively utilized because electrons do not have to pass through the gaps on the grid of the electron extraction electrode 110 as shown in FIG.

더욱 이 실시예에서는 자계인가장치(124)가 설치되어 있어, 이온화 필라멘트(122)와 애노드(123)에 의해 형성되는 전계(도면에 있어 좌우, 안쪽방향)에 대해 수직한 상하방향에 자계를 형성하기 때문에, 상기 전자가 나선운동을 하고, 이온화효율이 더욱 향상한다.Further, in this embodiment, the magnetic field applying device 124 is provided to form a magnetic field in the vertical direction perpendicular to the electric field (left, right, inward direction in the drawing) formed by the ionization filament 122 and the anode 123. Therefore, the electrons move in a spiral motion, and the ionization efficiency is further improved.

또, 이온화 필라멘트(122)에 의해 노즐(104)근방, 즉 도가니(103)의 상부가 가열되므로, 용융된 증착물질(102)이 도가니(103)의 내벽을 기어올라도 도가니(103)의 상부에서 증발한다.In addition, since the ionization filament 122 heats the vicinity of the nozzle 104, that is, the upper part of the crucible 103, the molten evaporation material 102 moves from the upper part of the crucible 103 even when it crawls up the inner wall of the crucible 103. Evaporate.

더욱, 애노드(123)로 가열용 필라멘트(105)와 도가니(103)를 포위하고 있으므로, 애노드(123)가 고온으로 유지되고 그 때문에 증착물질(102)의 증기가 응축하여 부착하는 일은 없고, 또 도가니(103)와 가열용 필라멘트(105) 사이에 증기가 자욱이 끼어 그 사이에 인피던스가 저하하는 일도 없다.In addition, since the heating filament 105 and the crucible 103 are surrounded by the anode 123, the anode 123 is kept at a high temperature, so that the vapor of the vapor deposition material 102 does not condense and adhere. Steam does not get stuck between the crucible 103 and the heating filament 105, and the impedance does not fall between them.

이온화 장치(121)로 이온화 되어 정의 전하를 가진 이온화 크라스터(112)는, 가속전극(126)과 인출전극(127)으로 형성되는 전계에 의해, 이온화 장치(121)에서 기판(116)에 향하여 인출된다.The ionization raster 112 ionized by the ionizer 121 and having a positive charge is directed from the ionizer 121 to the substrate 116 by an electric field formed by the acceleration electrode 126 and the extraction electrode 127. Withdrawn.

이온화 크라스터(112)는 인출전극(127)과 어스전극(128)간을 통과하나, 어스전극(128)은 인출전극(127)에 대해 정전위이므로, 이온화 크라스터(112)가 이 사이에서 감속된다.The ionization clusterer 112 passes between the lead electrode 127 and the earth electrode 128, but the earth electrode 128 is a potential potential with respect to the lead electrode 127, so that the ionization clusterer 112 is therebetween. Slows down.

결국, 이온화 크라스터(112)는 가속전극(126)과 어스전극(128)간의 전위차(가속전위)에 따른 운동 에너지가 제공되는 것이 된다.As a result, the ionization clusters 112 are provided with kinetic energy according to the potential difference (acceleration potential) between the acceleration electrode 126 and the earth electrode 128.

따라서, 가속전극(126)과 인출전극(127)간의 전위차에 의해 이온화 장치(121)에서 인출되는 이온하 크라스터(112)의 량을 어느 필요 레벨 이상으로 유지하면서, 한편 이온화 크라스터(112)의 가속을 가속전압에 의해 제어할 수 있고, 예를들면 작은 가속전압의 경우에도 이온화 크라스터(112)의 량을 확보하여 그의 특성을 살린 박막의 형성이 가능하게 된다.Therefore, while maintaining the amount of the under-charge cracker 112 withdrawn from the ionizer 121 due to the potential difference between the acceleration electrode 126 and the extraction electrode 127 at a certain level or higher, Acceleration can be controlled by an acceleration voltage. For example, even in the case of a small acceleration voltage, it is possible to form the thin film utilizing the characteristics by securing the amount of the ionization clusters 112.

또, 이온화 필라멘트(122)에서 뛰어나와 기판(116)에 향하는 전자는, 부전위의 인출전극이 형성하는 전계에 의해, 기판(116)에 입사하는 것이 저지된다.In addition, electrons protruding from the ionized filament 122 and directed to the substrate 116 are prevented from entering the substrate 116 by the electric field formed by the extraction electrode of the negative potential.

더욱, 상기 실시예(2)에서는 가열용 필라멘트(105)에 의해 도가니(103)를 가열했으나, 이온화 필라멘트(122)로 가열장치를 겸용하고, 이것에 의해 도가니(103)를 가열하도록 하여도 좋다.Moreover, in the said Example (2), although the crucible 103 was heated by the heating filament 105, you may make it use the heating apparatus as the ionization filament 122, and to heat the crucible 103 by this. .

또, 자계인가장치(124)를 설치하였으나, 이것을 설치하지 않은 경우에도 적용될 수 있다.In addition, although the magnetic field applying device 124 is installed, it can also be applied.

이상과 같이 이 발명의 실시예(2)에 의하며, 노즐과 대향하는 위치의 설치된 캐소드 및 캐소드와 도가니와 가열장치를 포위하는 애노드로 이온화 장치를 구성했으므로, 캐소드에서의 전자가 직접 크라스터에 조사되어 이온화 효율이 향상하고, 또 도가니의 노즐근방 및 캐소드가 고온이 되어, 증착물질이 도가니 주변에서 스며나오는 일이나 애노드에의 부착이 없고, 따라서 증착물질에 의한 부식이나 도가니와 가열장치간의 인피던의 저하가 방지된다.As described above, according to the embodiment (2) of the present invention, since the ionizer is constituted by the installed cathode at the position facing the nozzle and the anode surrounding the cathode, the crucible, and the heating device, the electrons at the cathode are directly irradiated to the raster. As a result, the ionization efficiency is improved, and the vicinity of the crucible's nozzle and the cathode become high temperature, and the deposition material does not bleed out around the crucible or adhere to the anode. The fall of is prevented.

또, 가속전위, 가속전극에 대해 부전위의 인출전극 및 가속전극과 인출전극의 양전위 중간에 제어전극으로 구성했으므로, 이온화 크라스터의 량을 어느 레벨이상 유지하면서, 그 가속을 제어할 수가 있고, 더욱 전자가 기판에 입사하여 손상을 주는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the control potential is formed between the acceleration potential and the discharge electrode of the negative potential with respect to the acceleration electrode, and the positive potential between the acceleration electrode and the extraction electrode, the acceleration can be controlled while maintaining the amount of the ionization clusters at a certain level or more. Further, electrons can be prevented from entering and damaging the substrate.

이상에 의해, 안정적, 효율적인 가동, 고품질의 박막의 형성 등이 될수 있는 성능이 좋은 박막형성 장치가 얻게 되는 효과가 있다.As described above, there is an effect that a thin film forming apparatus having good performance that can be stable, efficient operation, and formation of a high quality thin film is obtained.

또한, 이 발명의 실시예(3)는 크라스터 이온빔 증착장치등의 박막형성장치에 관한 것으로서 반응성이 격한 증착물질을 사용하여도 수명이 짧게되지 않고 또한 형성되는 막의 품질 저하를 초래하지 않도록 하는 것이다.In addition, Embodiment (3) of the present invention relates to a thin film forming apparatus such as a Kraster ion beam evaporation apparatus, which does not shorten the lifetime even when using a highly reactive deposition material and does not cause deterioration of the film to be formed. .

본 발명의 실시예(3)에 관한 막형성 장치는, 증착물질의 증기의 흐름에서 떨어진 위치에 증기흐름에 향하여 전자빔을 발사하는 전자방출 수단을 설정한 것이다.In the film forming apparatus according to the embodiment (3) of the present invention, the electron-emitting means for emitting the electron beam toward the vapor flow at a position away from the vapor flow of the vapor deposition material.

본 발명의 실시예(3)에 있어서는, 전자방출 수단은 증기흐름에서 떨어져 있으므로, 증착물질의 증기에 직접 바래게 되는 일은 없고, 증착물질의 증기가 격한 반응성을표시하는 경우에도, 부식되어 수명에 손상을 입는 일은 없고, 전자 방출수단을 구성하는 재료가 증기의 흐름에 혼입하여 피증착물에 형성되는 막의 품질을 저하되게 하는 염려도 없다.In the embodiment (3) of the present invention, since the electron-emitting means is separated from the vapor flow, the electron-emitting means does not directly fade away from the vapor of the vapor deposition material. There is no damage, and there is no fear that the material constituting the electron-emitting means enters the flow of vapor and degrades the quality of the film formed on the deposit.

제4도는 이 발명의 박막형성장치의 실시예(3)를 표시하는 구성도이고, 도면에 있어 240은 증기에 흐름(231)중의 크라스터(232)를 이온화 하는 이온화 수단이고, 증기의 흐름(231)에 향하여 전자빔을 발사하는 전자방출 수단인 전자총(241)과 이온화 크라스터(233)를 가속하는 전계를 발생하는 이온화부(246)로 구성되어 있다.4 is a block diagram showing an embodiment (3) of the thin film forming apparatus of the present invention, in which 240 is an ionization means for ionizing the craster 232 in the flow 231 to steam, It consists of an electron gun 241 which is an electron emission means which emits an electron beam toward 231, and an ionization part 246 which generates an electric field which accelerates the ionization raster 233. As shown in FIG.

더욱, 전자총(241)은 히터용 전원(242)에 의해 가열되어 전자를 방출하는 캐소드(243)와, 직류전원(244)에 의해 캐소드(243)사이에 전계를 발생하여 캐소드(243)에서 방출된 전자를 가속하는 가속전극(245)으로 구성되어 있다.Further, the electron gun 241 generates an electric field between the cathode 243, which is heated by the heater power supply 242, and emits electrons, and the cathode 243, by the direct current power source 244, and emits it from the cathode 243. It consists of an acceleration electrode 245 for accelerating the electrons.

이온화부(246)는 중앙부에 증기의 흐름(231)이 통과하는 원형의 구멍을 가지는 원판상의 제어전극(247) 및 어스전극(248)으로 구성되어, 제어전극(247)은 어스전극(248)에 대해 가속전원(225)에 의해 정의전위에 유지되어, 제어전극(247)과 어스전극(248)에 의해, 도면에 있어 점선으로 표시되는 등전위이면(252)을 가지는 전계렌즈(253)가 형성되어, 제어 전극(247)에 의해, 이온화가 제어된다.The ionizer 246 is composed of a disk-shaped control electrode 247 and an earth electrode 248 having a circular hole through which a stream of steam 231 passes in the center, and the control electrode 247 is an earth electrode 248. An electric field lens 253 having an equipotential surface 252 indicated by a dotted line in the drawing is formed by the control electrode 247 and the earth electrode 248 by the acceleration power supply 225. The ionization is controlled by the control electrode 247.

그리고, 전자총(241)에서의 전자빔(251)은 어스전극(248)의 상방, 증기의 흐름(231)의 전계렌즈(253)의 출구측에 향하여 발사된다.The electron beam 251 in the electron gun 241 is emitted above the earth electrode 248 and toward the exit side of the electric field lens 253 of the steam flow 231.

이와 같은 실시예(3)의 동작에 대해 설명한다.The operation of this embodiment (3) will be described.

전계렌즈(253)를 향하여 전자총(241)에서 발사된 전자빔(251)은 전계렌즈(253)의 영역으로 끌어들여져서 가속된다.The electron beam 251 emitted from the electron gun 241 toward the field lens 253 is attracted to the area of the field lens 253 and accelerated.

이 가속된 전자빔은 전계렌즈(253)영역의 상방향으로 향하여 통과하는 증기의 흐름(231)중에 있는 크라스터(232)와 충돌하여 상기 크라스터(232)를 이온화 시킨다.The accelerated electron beam collides with the kraster 232 in the stream of steam 231 passing upward in the field lens 253 region to ionize the kraster 232.

이와같이, 이온화된 이온화 크라스터(233)는, 전계렌즈(253)의 전위에 의해 가속되어, 운동에 저지를 받고서 기판(216)에 향하여 박막(234)이 형성된다.In this way, the ionized ionization cluster 233 is accelerated by the electric potential of the electric field lens 253, and the thin film 234 is formed toward the substrate 216 under the motion.

이와같이, 전자빔(251)을 전계렌즈(253)중에 끌어들여 증기의 흐름(231)과 향류상태에서 충돌되게 하므로, 이온화가 효율좋게 행하여진다.In this way, the electron beam 251 is drawn into the electric field lens 253 so that the electron beam 251 collides with the steam flow 231 in a countercurrent state, so that ionization is performed efficiently.

더욱, 제4도에 실시예(3)에 있어서는 전계렌즈(253)를 형성하기 위해 2매의 원판상에 제어전극(247), 어스전극(248)을 설치한 것을 표시했으나, 3개 이상의 전극으로 구성하여 전자 및 이온을 제어하여도 좋고, 제어전극(247), 어스전극(248)은 증기의 흐름(231)이 통과하는 통과부를 설치한 금속망이더라도 같은 효과를 얻는다.Further, in FIG. 4, in Example (3), the control electrode 247 and the earth electrode 248 are provided on two discs to form the field lens 253, but three or more electrodes are shown. The control electrode 247 and the earth electrode 248 may have the same effect as the metal net provided with the passage part through which the steam flow 231 passes.

또, 크라스터를 이용한 ICB 장치에 대해 설명했으나, 막형성 장치는 크누센셀형 증발원의 이온화 보조 수단을 가지는 분자선 에피텍셀(MBE)법에 사용되는 박막형성장치 및 이온프레이딩 장치등이라도 좋다.In addition, although the ICB apparatus using the raster was described, the film forming apparatus may be a thin film forming apparatus, an ion frying apparatus, or the like used in the molecular beam epitexel (MBE) method having an ionization auxiliary means of a Knudsencell type evaporation source.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 이온원장치의 외주측 방향에 극수를 갖춘 복수의 영구자석을 직렬로 배치하고 자장을 걸기 위해서는 자장 발생 수단을 구성함으로서 소형이면서 자속 밀도를 자유로히 변경할 수 있는 이온원장치와 ; 노즐과 대향하는 위치에 설치된 캐소드 및 상기 캐소드와 도가니와 가열 장치를 포위하는 애노드로 이온화장치를 구성하였으므로 안정적, 효율적인 가동과 고품질의 박막을 형성할 수 있는 성능이 좋은 박막형성장치와 ; 전자방출수단을 증착물질의 증기의 흐름에서 떨어져 설치하였으므로, 전자 방출 수단이 증착물질의 증기의 흐름에 직접 바래지지 않고, 수명을 손상되게 하는 일도 없고, 또 피증착물에 형성되는 막의 품질의 저하를 초래하는 염려도 없게 되므로 기판상에 고품질의 박막을 형성할 수 있는 잇점이 있는 것이다.As described above, in the present invention, in order to arrange a plurality of permanent magnets having a pole number in series on the outer circumferential side of the ion source device, and to apply a magnetic field, an ion source device that is small in size and can freely change the magnetic flux density by configuring a magnetic field generating means. Wow ; A thin film forming apparatus having good performance capable of forming stable, efficient operation and high quality thin film because the ionizer is composed of a cathode installed at a position facing the nozzle and an anode surrounding the cathode, the crucible and the heating device; Since the electron-emitting means is installed away from the vapor flow of the deposition material, the electron-emitting means do not directly fade away from the vapor flow of the vapor deposition material, and do not impair the life of the vapor-deposited material, and reduce the quality of the film formed on the deposit. Since there is no worry about it, there is an advantage in that a high quality thin film can be formed on the substrate.

Claims

An ion source device for generating ions by introducing a high frequency and source gas into a vessel surrounded by a shield of an ion source and generating a plasma by applying a magnetic field, wherein the magnetic field generating means for hanging the magnetic field is formed on the outer periphery of the chamber. An ion source device, characterized in that a plurality of permanent magnets (15) having polarity in the lateral direction are arranged in series.

A crucible for granting a deposition material, a heating device for heating the crucible to eject vapor of the deposition material from a nozzle formed in the crucible, an ionization for ionizing atom-molecular vapors and plaster from the vapor of the deposition material. A thin film forming apparatus having an apparatus and an accelerator for accelerating the cluster that is ionized toward a substrate on which a thin film is formed, the thin film forming apparatus comprising: a cathode that is disposed at a position opposite to the crucible and is heated to emit electrons And an anode surrounding the cathode, the crucible, and the heating device.

A crucible containing a deposition material, a heating device which heats the crucible to eject the vapor of the vapor deposition material into a nozzle formed in the crucible, an ionization to ionize atomic and molecular vapors and the crackers generated from the vapor of the vapor deposition material. A thin film forming apparatus having an apparatus and an accelerator for accelerating the cluster that is ionized toward a substrate on which a thin film is formed, the apparatus comprising: the accelerator, the accelerator electrode, a lead electrode having a negative potential with respect to the accelerator electrode, and a lead out with the accelerator electrode. A control electrode having an electric potential in the middle of the electrode is arranged in a position away from the nozzle in the order of the acceleration electrode, the extraction electrode, and the control electrode, and the control electrode is accelerated to ions by using a ground potential such as a substrate. A thin film forming apparatus, characterized by providing energy of a potential difference between an electrode and a control electrode.

A thin film forming apparatus which forms a film by ionizing a flow of vapor of a deposition material under a reduced pressure to be accelerated by an electric field to impinge on a deposit, wherein the electron beam is directed toward the stream of steam from a position away from the flow of steam. A thin film forming apparatus characterized by setting an electron-emitting means for ionizing by firing by colliding with the vapor.