JPH04168266A - イオンビーム製膜方法およびイオンビーム製膜装置 - Google Patents
イオンビーム製膜方法およびイオンビーム製膜装置Info
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- JPH04168266A JPH04168266A JP29571290A JP29571290A JPH04168266A JP H04168266 A JPH04168266 A JP H04168266A JP 29571290 A JP29571290 A JP 29571290A JP 29571290 A JP29571290 A JP 29571290A JP H04168266 A JPH04168266 A JP H04168266A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明(友 高機能薄膜デバイスの製造等に利用される
クラスタイオンビーム蒸着におけるイオンビーム製膜方
法およびイオンビーム製膜装置に関すム 従来の技術 従来 常温固体状の物質を加熱蒸発させて被蒸着基板上
に蒸着して高機能薄膜の形成を行うクラスタイオンビー
ム蒸着に用いるクラスタイオンビーム発生装置!戴 例
えるL 特公昭54−9592号公報に開示されている
よう番:、第4図に示すような構成を有してい九 すな
わ板 クラスタビームの発生部1、クラスタビームのイ
オン化部2、およびクラスタイオンビームの加速部3か
ら構成されていも まず、クラスタビームの発生部1について説明すも ノ
ズル4をその上面中央部に形成した円筒状の坩堝(クヌ
ーセンセル)5(友 坩堝5の外周に設置された抵抗加
熱式ヒータ(加熱手段)6により加熱されも 7は抵抗
加熱式ヒータ6に電力を供給し加熱するための坩堝加熱
用電源であも坩堝5はカーボン、タングステン等の単層
構造を有するものが一般的であも 次に クラスタビームのイオン化部2の構成について説
明すも 8はイオン化用熱電子放出フィラメント、 9
はイオン化用熱電子放出フィラメント8に電力を供給し
加熱するためのイオン代用熱電子放出フィラメント加熱
用電lt 10はメツシュ状の熱電子引出し用グリッド
11とイオン化用熱電子放出フィラメント8の間に電圧
を印加して高温に加熱したイオン化用熱電子放出フィラ
メント8から熱電子を引き出し 電子シャワーを形成す
るための熱電子引出し用電源であも 12はイオン化用
熱電子放出フィラメント8を内包するように配された熱
シールドであム 次に クラスタイオンビームの加速部3の構成について
説明すも 13はイオン化したクラスタの加速手段とし
ての加速電極であり、加速電源15によりイオン化部電
子引出しグリッド11との間に電圧を印加すム この加
速電極13により加速されたクラスタイオンビームは基
板14上に衝突して薄膜が蒸着形成されも な耘 基板
14は基板ホルダー16により保持されも 上記構成の装置における動作は以下の通りであも 坩堝
5の内部に蒸着物質17を補給した後、坩堝5を内包す
る真空槽(図示せず)を所定の圧力(真空度)Pに設定
し 抵抗加熱式ヒータ6の加熱により蒸着物質17を蒸
発させ、坩堝内部の蒸着物質17の蒸気18の圧力を発
生させもこの蒸着物質17の蒸気18はノズル4から図
中矢印方向に噴出する際に 真空槽と坩堝内部の圧力差
により断熱膨張し 過冷却されも このため蒸気18は
凝縮り、 500〜2000個の原子が互いに緩く結
合した塊状原子集団のビームすなわちクラスタビームと
なり、基板方向に移行すaこのとき、効率よくクラスタ
を形成させるために(よ 坩堝内部の圧力P・と真空槽
の圧力Pの比をP・/Po1o’〜106に保つことが
必要であム 例えは 真空槽の圧力Pが10−”Tor
rのとき坩堝内部の圧力P、は10−2以上 実際には
P@=0゜1〜1. 0Torr以上とすも 次C:、、イオン化部2において、このクラスタビーム
く イオン化用熱電子放出フィラメント8から引出しグ
リッド11を通過した電子のシャワーを浴びせて、クラ
スタの構成原子のなかの1個の原子をイオン化したクラ
スタイオンのビームを形成すも 正にイオン化されたク
ラスタイオンは加速電極13が形成する電界により加速
され基板14に衝突して、基板上に蒸着物質の薄膜を形
成する。このようなりラスタイオンビーム製膜法は他の
イオンビーム製膜法と異なり、低電荷大質量のイオンビ
ーム移送が可能であるた臥 絶縁基板上にも充電電荷の
影響が少なく製膜できもまた クラスタイオンビーム製
膜法によればクラスタの有する物理的高運動エネルギー
およびイオンの有する化学的エネルギー等の効果により
、−数的に膜の付着力 結晶法 配向性がよく、高密度
で均質な膜が得られる力(その場合クラスタイオンビー
ム製膜法の特徴であるイオン化が重要な要件であム 発明が解決しようとする課題 しかしなか収 従来のクラスタイオンビーム製膜装置の
構成では イオン化部電子引出し量および加速電圧でし
か基板に到達するイオンの量を制御することができず、
また制御範囲が狭かったさらに 加速電圧を変化させる
ことによりイオン量を制御すれば クラスタの有する運
動エネルギーまで大きく変化してしまうという問題があ
ったまた 従来のイオンを用いる製膜方法で(よ 基板
に到達するイオンの量を制御するた取 単に基板をアー
ス電位に対して負電圧にバイアスするということが一般
的であっ九 したがって、この従来の方法1よ 基板が
導電体の場合にしか適用できず、基板が絶縁体の場合に
Ct 基板を負電位にバイアスすることができないた
数 基板に到達するイオンの量を制御することができな
かっ九 また基板に到達するイオン量も測定できず、膜
質の制御が困難であった このように従来の技術で&友 基板に到達するイオンの
量が少なく、かつ制御性が悪いた数 基板表面に堆積す
る蒸着物質の膜質が低品位であるという問題点かあっt
ら 本発明(よ 上記課題を解決するもので、基板が非導電
体であってk 基板に到達するイオン量の制御性が高く
、かつイオン電流の値が著しく大きく、高品位な薄膜を
得ることができるイオンビーム製膜方法およびイオンビ
ーム製膜装置を提供することを目的とすム 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明によるイオンビーム製
膜方法cヨ 坩堝内の蒸着物質を加熱して蒸着物質を
蒸発させ、その記蒸着物質の蒸発蒸気を坩堝に設けたノ
ズルから真空槽内へ噴出させ、前記蒸発蒸気に電子を衝
突させて蒸気をイオン化し電界によって加速して基板に
蒸着させる際へその基板の蒸着面上に配置した製膜パタ
ーニング用マスクおよび前記基板と製膜パターニング用
マスクを保持する基板ホルダーに流入する電流値を電流
検出器で検出し その検出電流値に基づき前記製膜パタ
ーニング用マスクおよび基板ホルダーの電位を加速手段
を構成する加速電極の電位に対して負電位でしかもアー
ス電位に対して負電位になるように調節することにより
、前記製膜パターニング用マスクおよび基板ホルダーに
流入するイオン電流値を制御しようとするものであムま
た 本発明によるイオンビーム製膜装置ζ友基板表面に
蒸着物質を蒸着させるイオンビーム製膜装置であって、
基板の蒸着面上に配置した製膜パターニング用マスクと
、その基板および製膜パターニング用マスクを保持する
基板ホルダーと、製膜パターニング用マスクおよび基板
ホルダーに流入するイオン電流の検出器と、その電流検
出器からの信号に基づき前記製膜パターニング用マスク
および基板ホルダーの電位を調節する可変直流電源装置
と、蒸着物質を貯留した坩堝と、坩堝の中の蒸着物質の
加熱手段と、前記蒸着物質の蒸発蒸気を高真空の真空槽
内へ噴出させる前記坩堝に設けたノズルと、前記坩堝と
基板の間に設けた蒸発蒸気のイオン化手段および加速手
段を具備し前記製膜パターニング用マスクおよび基板ホ
ルダーの電位が加速手段を構成する加速電極の電位に対
して負電位でしかもアース電位に対して負電位としたも
のであム 作用 上記のような構成または手段によって得られる作用は次
の通りであa 坩堝内の蒸着物質を加熱手段により加熱して蒸着物質を
蒸発させ、坩堝内部の蒸着物質の蒸気の圧力を増加させ
も この蒸着物質の蒸発蒸気&表坩堝の上面に設けたノ
ズルから噴出する胤 坩堝容器の内部圧力(例えば10
−1〜数Torr)と容器外の圧力(例えば10−’
〜l O−”To r r)との圧力差により断熱膨張
し 過冷却されも このため蒸気は凝縮し 蒸発蒸気流
(クラスタビーム流)が形成されム この抵 イオン化を行うためのイオン化用熱電子放出フ
ィラメントと熱電子引出しグリッドと熱電子引出し電源
装置からなる電子放射手段を用し\クラスタビームに電
子シャワーを浴びせて、クラスタの構成原子のなかの1
個の原子をイオン化したクラスタイオンのビームを形成
すも 次へ 加速電極が形成する電界により、クラスタ
イオンを加速して基板に衝突させ、基板上に蒸着物質の
薄膜を形成すも 基板の蒸着面の全面には導電性の製膜パターニング用マ
スクを密着させ、基板および製膜パターニング用マスク
を導電性の基板ホルダーで保持した場合 基板が半導体
もしくは絶縁体であってに基板蒸着面上をほぼ一様にア
ースおよび加速電極に対し亀にバイアスすることができ
も そして、イオン化手段を構成する熱電子引出し用グ
リッドと加速手段を構成する加速電極の間に印加する加
速電圧が一定であって耘 製膜パターニング用マスクお
よび基板ホルダーの電位を加速電極の電位に対して負電
位でしかもアース電位に対しても負電位に調節すること
により、基板蒸着面に到達するイオンの量を均等へ か
つ著しく大きくすることが可能となム さらに 製膜パターニング用マスクおよび基板ホルダー
の電位を加速電極の電位に対して負の高電位にバイアス
すると、加速電極のみでクラスタを加速する場合に比べ
て一層クラスタを加速することができるた敷 基板に衝
突する際のクラスタの有する運動エネルギーを著しく大
きくすることができも また 基板が非導電体でL あるいは基板内にだけ蒸気
が到達した場合でL イオン電流が測定できるた八 膜
質の高精度制御が可能となムな耘 製膜パターニング用
マスクおよび基板ホルダーに流入する電流値を検出し
その電流検出値に基づき製膜パターニング用マスクおよ
び基板ホルダーの電位を加速電極の電位に対しても負電
位でしかもアース電位に対して負電位に調節することに
より、基板に到達するイオン量の広範囲精密制御が可能
となり、膜質(膜の結晶法 結晶横流 および配向性等
)を膜厚方向に制御することができも この結果 製膜
した膜の膜質の人工的制御が容易となり、従来得られな
かった特性を有する材料を生成することができも したがって上記手段によれば 基板が非導電体であって
L 基板に到達するイオン量を非常に大きく、かつ制御
性を高くすることができるた取高品位な薄膜を得ること
ができも 実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明すも
第1図は本発明によるクラスタイオンビーム発生装置
の構造を示す要部断面図であムクラスタビームの発生部
については従来例と同様な構成であム 19は直径1m
m程度のノズル20を坩堝上面に形成したカーボン製の
単層構造を有する坩堝(クヌーセンセル)であも 蒸着
物質21 j& その加熱手段として坩堝19の外周
に設置した抵抗加熱式ヒータ22により加熱されム23
は抵抗加熱式ヒータ22に電圧を印加し加熱するための
坩堝加熱用電源であも クラスタビームのイオン化手段はイオン化用熱電子放出
フィラメント24と、クラスタビームの流路を囲むよう
にイオン化用熱電子放出フィラメントの内側に設置した
タンタル製のメツシュを円筒篭状に成形した熱電子引出
し用グリッド25から構成していも 26はイオン化用熱電子放出フィラメント24に電圧を
印加し加熱するためのイオン他用熱電子放出フィラメン
ト加熱用電@、27はグリッド25とイオン化用熱電子
放出フィラメント24の間に電圧を印加して高温に加熱
したイオン化用熱電子放出フィラメント24から熱電子
をグリッド25の方向に引き出すための熱電子引出し用
電源装[28はイオン化用熱電子放出フィラメント24
を内包するように配された熱シールドである。
クラスタイオンビーム蒸着におけるイオンビーム製膜方
法およびイオンビーム製膜装置に関すム 従来の技術 従来 常温固体状の物質を加熱蒸発させて被蒸着基板上
に蒸着して高機能薄膜の形成を行うクラスタイオンビー
ム蒸着に用いるクラスタイオンビーム発生装置!戴 例
えるL 特公昭54−9592号公報に開示されている
よう番:、第4図に示すような構成を有してい九 すな
わ板 クラスタビームの発生部1、クラスタビームのイ
オン化部2、およびクラスタイオンビームの加速部3か
ら構成されていも まず、クラスタビームの発生部1について説明すも ノ
ズル4をその上面中央部に形成した円筒状の坩堝(クヌ
ーセンセル)5(友 坩堝5の外周に設置された抵抗加
熱式ヒータ(加熱手段)6により加熱されも 7は抵抗
加熱式ヒータ6に電力を供給し加熱するための坩堝加熱
用電源であも坩堝5はカーボン、タングステン等の単層
構造を有するものが一般的であも 次に クラスタビームのイオン化部2の構成について説
明すも 8はイオン化用熱電子放出フィラメント、 9
はイオン化用熱電子放出フィラメント8に電力を供給し
加熱するためのイオン代用熱電子放出フィラメント加熱
用電lt 10はメツシュ状の熱電子引出し用グリッド
11とイオン化用熱電子放出フィラメント8の間に電圧
を印加して高温に加熱したイオン化用熱電子放出フィラ
メント8から熱電子を引き出し 電子シャワーを形成す
るための熱電子引出し用電源であも 12はイオン化用
熱電子放出フィラメント8を内包するように配された熱
シールドであム 次に クラスタイオンビームの加速部3の構成について
説明すも 13はイオン化したクラスタの加速手段とし
ての加速電極であり、加速電源15によりイオン化部電
子引出しグリッド11との間に電圧を印加すム この加
速電極13により加速されたクラスタイオンビームは基
板14上に衝突して薄膜が蒸着形成されも な耘 基板
14は基板ホルダー16により保持されも 上記構成の装置における動作は以下の通りであも 坩堝
5の内部に蒸着物質17を補給した後、坩堝5を内包す
る真空槽(図示せず)を所定の圧力(真空度)Pに設定
し 抵抗加熱式ヒータ6の加熱により蒸着物質17を蒸
発させ、坩堝内部の蒸着物質17の蒸気18の圧力を発
生させもこの蒸着物質17の蒸気18はノズル4から図
中矢印方向に噴出する際に 真空槽と坩堝内部の圧力差
により断熱膨張し 過冷却されも このため蒸気18は
凝縮り、 500〜2000個の原子が互いに緩く結
合した塊状原子集団のビームすなわちクラスタビームと
なり、基板方向に移行すaこのとき、効率よくクラスタ
を形成させるために(よ 坩堝内部の圧力P・と真空槽
の圧力Pの比をP・/Po1o’〜106に保つことが
必要であム 例えは 真空槽の圧力Pが10−”Tor
rのとき坩堝内部の圧力P、は10−2以上 実際には
P@=0゜1〜1. 0Torr以上とすも 次C:、、イオン化部2において、このクラスタビーム
く イオン化用熱電子放出フィラメント8から引出しグ
リッド11を通過した電子のシャワーを浴びせて、クラ
スタの構成原子のなかの1個の原子をイオン化したクラ
スタイオンのビームを形成すも 正にイオン化されたク
ラスタイオンは加速電極13が形成する電界により加速
され基板14に衝突して、基板上に蒸着物質の薄膜を形
成する。このようなりラスタイオンビーム製膜法は他の
イオンビーム製膜法と異なり、低電荷大質量のイオンビ
ーム移送が可能であるた臥 絶縁基板上にも充電電荷の
影響が少なく製膜できもまた クラスタイオンビーム製
膜法によればクラスタの有する物理的高運動エネルギー
およびイオンの有する化学的エネルギー等の効果により
、−数的に膜の付着力 結晶法 配向性がよく、高密度
で均質な膜が得られる力(その場合クラスタイオンビー
ム製膜法の特徴であるイオン化が重要な要件であム 発明が解決しようとする課題 しかしなか収 従来のクラスタイオンビーム製膜装置の
構成では イオン化部電子引出し量および加速電圧でし
か基板に到達するイオンの量を制御することができず、
また制御範囲が狭かったさらに 加速電圧を変化させる
ことによりイオン量を制御すれば クラスタの有する運
動エネルギーまで大きく変化してしまうという問題があ
ったまた 従来のイオンを用いる製膜方法で(よ 基板
に到達するイオンの量を制御するた取 単に基板をアー
ス電位に対して負電圧にバイアスするということが一般
的であっ九 したがって、この従来の方法1よ 基板が
導電体の場合にしか適用できず、基板が絶縁体の場合に
Ct 基板を負電位にバイアスすることができないた
数 基板に到達するイオンの量を制御することができな
かっ九 また基板に到達するイオン量も測定できず、膜
質の制御が困難であった このように従来の技術で&友 基板に到達するイオンの
量が少なく、かつ制御性が悪いた数 基板表面に堆積す
る蒸着物質の膜質が低品位であるという問題点かあっt
ら 本発明(よ 上記課題を解決するもので、基板が非導電
体であってk 基板に到達するイオン量の制御性が高く
、かつイオン電流の値が著しく大きく、高品位な薄膜を
得ることができるイオンビーム製膜方法およびイオンビ
ーム製膜装置を提供することを目的とすム 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明によるイオンビーム製
膜方法cヨ 坩堝内の蒸着物質を加熱して蒸着物質を
蒸発させ、その記蒸着物質の蒸発蒸気を坩堝に設けたノ
ズルから真空槽内へ噴出させ、前記蒸発蒸気に電子を衝
突させて蒸気をイオン化し電界によって加速して基板に
蒸着させる際へその基板の蒸着面上に配置した製膜パタ
ーニング用マスクおよび前記基板と製膜パターニング用
マスクを保持する基板ホルダーに流入する電流値を電流
検出器で検出し その検出電流値に基づき前記製膜パタ
ーニング用マスクおよび基板ホルダーの電位を加速手段
を構成する加速電極の電位に対して負電位でしかもアー
ス電位に対して負電位になるように調節することにより
、前記製膜パターニング用マスクおよび基板ホルダーに
流入するイオン電流値を制御しようとするものであムま
た 本発明によるイオンビーム製膜装置ζ友基板表面に
蒸着物質を蒸着させるイオンビーム製膜装置であって、
基板の蒸着面上に配置した製膜パターニング用マスクと
、その基板および製膜パターニング用マスクを保持する
基板ホルダーと、製膜パターニング用マスクおよび基板
ホルダーに流入するイオン電流の検出器と、その電流検
出器からの信号に基づき前記製膜パターニング用マスク
および基板ホルダーの電位を調節する可変直流電源装置
と、蒸着物質を貯留した坩堝と、坩堝の中の蒸着物質の
加熱手段と、前記蒸着物質の蒸発蒸気を高真空の真空槽
内へ噴出させる前記坩堝に設けたノズルと、前記坩堝と
基板の間に設けた蒸発蒸気のイオン化手段および加速手
段を具備し前記製膜パターニング用マスクおよび基板ホ
ルダーの電位が加速手段を構成する加速電極の電位に対
して負電位でしかもアース電位に対して負電位としたも
のであム 作用 上記のような構成または手段によって得られる作用は次
の通りであa 坩堝内の蒸着物質を加熱手段により加熱して蒸着物質を
蒸発させ、坩堝内部の蒸着物質の蒸気の圧力を増加させ
も この蒸着物質の蒸発蒸気&表坩堝の上面に設けたノ
ズルから噴出する胤 坩堝容器の内部圧力(例えば10
−1〜数Torr)と容器外の圧力(例えば10−’
〜l O−”To r r)との圧力差により断熱膨張
し 過冷却されも このため蒸気は凝縮し 蒸発蒸気流
(クラスタビーム流)が形成されム この抵 イオン化を行うためのイオン化用熱電子放出フ
ィラメントと熱電子引出しグリッドと熱電子引出し電源
装置からなる電子放射手段を用し\クラスタビームに電
子シャワーを浴びせて、クラスタの構成原子のなかの1
個の原子をイオン化したクラスタイオンのビームを形成
すも 次へ 加速電極が形成する電界により、クラスタ
イオンを加速して基板に衝突させ、基板上に蒸着物質の
薄膜を形成すも 基板の蒸着面の全面には導電性の製膜パターニング用マ
スクを密着させ、基板および製膜パターニング用マスク
を導電性の基板ホルダーで保持した場合 基板が半導体
もしくは絶縁体であってに基板蒸着面上をほぼ一様にア
ースおよび加速電極に対し亀にバイアスすることができ
も そして、イオン化手段を構成する熱電子引出し用グ
リッドと加速手段を構成する加速電極の間に印加する加
速電圧が一定であって耘 製膜パターニング用マスクお
よび基板ホルダーの電位を加速電極の電位に対して負電
位でしかもアース電位に対しても負電位に調節すること
により、基板蒸着面に到達するイオンの量を均等へ か
つ著しく大きくすることが可能となム さらに 製膜パターニング用マスクおよび基板ホルダー
の電位を加速電極の電位に対して負の高電位にバイアス
すると、加速電極のみでクラスタを加速する場合に比べ
て一層クラスタを加速することができるた敷 基板に衝
突する際のクラスタの有する運動エネルギーを著しく大
きくすることができも また 基板が非導電体でL あるいは基板内にだけ蒸気
が到達した場合でL イオン電流が測定できるた八 膜
質の高精度制御が可能となムな耘 製膜パターニング用
マスクおよび基板ホルダーに流入する電流値を検出し
その電流検出値に基づき製膜パターニング用マスクおよ
び基板ホルダーの電位を加速電極の電位に対しても負電
位でしかもアース電位に対して負電位に調節することに
より、基板に到達するイオン量の広範囲精密制御が可能
となり、膜質(膜の結晶法 結晶横流 および配向性等
)を膜厚方向に制御することができも この結果 製膜
した膜の膜質の人工的制御が容易となり、従来得られな
かった特性を有する材料を生成することができも したがって上記手段によれば 基板が非導電体であって
L 基板に到達するイオン量を非常に大きく、かつ制御
性を高くすることができるた取高品位な薄膜を得ること
ができも 実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明すも
第1図は本発明によるクラスタイオンビーム発生装置
の構造を示す要部断面図であムクラスタビームの発生部
については従来例と同様な構成であム 19は直径1m
m程度のノズル20を坩堝上面に形成したカーボン製の
単層構造を有する坩堝(クヌーセンセル)であも 蒸着
物質21 j& その加熱手段として坩堝19の外周
に設置した抵抗加熱式ヒータ22により加熱されム23
は抵抗加熱式ヒータ22に電圧を印加し加熱するための
坩堝加熱用電源であも クラスタビームのイオン化手段はイオン化用熱電子放出
フィラメント24と、クラスタビームの流路を囲むよう
にイオン化用熱電子放出フィラメントの内側に設置した
タンタル製のメツシュを円筒篭状に成形した熱電子引出
し用グリッド25から構成していも 26はイオン化用熱電子放出フィラメント24に電圧を
印加し加熱するためのイオン他用熱電子放出フィラメン
ト加熱用電@、27はグリッド25とイオン化用熱電子
放出フィラメント24の間に電圧を印加して高温に加熱
したイオン化用熱電子放出フィラメント24から熱電子
をグリッド25の方向に引き出すための熱電子引出し用
電源装[28はイオン化用熱電子放出フィラメント24
を内包するように配された熱シールドである。
29は上記イオン化したクラスタの加速手段としての加
速電極であり、加速電源装置30によりイオン化部電子
引出し用グリッド25との間に電圧を印加すも 本実施
例でζ友 加速電極29の電位はアースと同電位であム
この加速電極29による電界により加速されたクラス
タイオンビームが基板31上に衝突して薄膜が蒸着され
も な抵、 本実施例では基板31として電気絶縁性
のガラス基板を用いた 基板31の蒸着面の全面に導電性の製膜パターニング用
マスク32を密着させ、基板31および製膜パターニン
グ用マスク32を導電性の基板ホルダー33で保持して
いも 製膜パターニング用マスク32は板厚0.1mm
程度のSUS製であり、パターンエツジ部は膜のステッ
プカバレージが良いように鋭利にしていa 34は製膜
パターニング用マスク32および基板ホルダー33の電
位を加速電極29の電位に対して負電位でしかもアース
電位に対しても負電位にバイアスする可変直流電源装置
であム 製膜の暇 製膜パターニング用マスク32およ
び基板ホルダー33に流入したイオン電流は電流検出器
35を用いて検出すも この検出値に基づき、可変直流
電源装置34を用いて、製膜パターニング用マスク32
および基板ホルダー33の電位を加速電極29とアース
電位に対して負電位に調節することにより、基板31表
面に到達するイオン量の精密制御を行う。
速電極であり、加速電源装置30によりイオン化部電子
引出し用グリッド25との間に電圧を印加すも 本実施
例でζ友 加速電極29の電位はアースと同電位であム
この加速電極29による電界により加速されたクラス
タイオンビームが基板31上に衝突して薄膜が蒸着され
も な抵、 本実施例では基板31として電気絶縁性
のガラス基板を用いた 基板31の蒸着面の全面に導電性の製膜パターニング用
マスク32を密着させ、基板31および製膜パターニン
グ用マスク32を導電性の基板ホルダー33で保持して
いも 製膜パターニング用マスク32は板厚0.1mm
程度のSUS製であり、パターンエツジ部は膜のステッ
プカバレージが良いように鋭利にしていa 34は製膜
パターニング用マスク32および基板ホルダー33の電
位を加速電極29の電位に対して負電位でしかもアース
電位に対しても負電位にバイアスする可変直流電源装置
であム 製膜の暇 製膜パターニング用マスク32およ
び基板ホルダー33に流入したイオン電流は電流検出器
35を用いて検出すも この検出値に基づき、可変直流
電源装置34を用いて、製膜パターニング用マスク32
および基板ホルダー33の電位を加速電極29とアース
電位に対して負電位に調節することにより、基板31表
面に到達するイオン量の精密制御を行う。
本実施例のクラスタイオンビーム製膜装置を用いたクラ
スタイオンビーム製膜過程は次のようになム 坩堝19内の蒸着物質21を抵抗加熱式ヒータ22によ
り加熱することで蒸着物質21を蒸発させ、坩堝19内
部の蒸着物質21の蒸発蒸気36の圧力を約ITorr
に設定すも 坩堝1 ’9内部で発生した蒸着物質21
の蒸発蒸気36カ(坩堝19の上面に設けたノズル20
から噴出する暇坩堝19容器内の圧力(ITorr)と
容器外の圧力(10−”To r rに設定)との圧力
差により蒸発蒸気36が断熱膨張し過冷却されも この
た八 蒸気は凝縮しクラスタビーム流が形成されもこの
後、イオン化部において、グリッド25の中央部を通過
するクラスタビームにイオン化フィラメント24からグ
リッド25の内側に引き出した電子のシャワーを浴びせ
て、クラスタの構成原子のなかの1個の原子をイオン化
したクラスタイオンのビームを形成すも そして、加速
電極29が形成する電界により、クラスタイオンを加速
して、基板31に衝突させ、基板31上に蒸着物質21
の薄膜を形成すも 上記実施例によれば 基板31が非導電体であってk
基板31の蒸着表面上をほぼ一様にアースおよび加速電
極に対し負にバイアスすることができ、製膜パターニン
グ用マスク32および基板ホルダー33の電位をアース
電位の加速電極の電位に対して負電位に調節可能である
た数 基板31の蒸着面に到達するイオンの量を均等に
かつ著しく大きくすることが可能となも さらく 製
膜パターニング用マスク32および基板ホルダー33の
電位を加速電極29の電位に対して負の高電位にバイア
スすることにより、加速電極29のみでクラスタを加速
する場合に比べて一層クラスタを加速することができ、
基板31に衝突する際のクラスタの有する運動エネルギ
ーを著しく大きくすることができも また 基板31が非導電体でL あるいは基板31の面
積内にだけ蒸気が到達した場合でk イオン電流が測定
できるたへ 膜質の高精度制御が可能となa 次く 第2図を参照して、本発明に従って構成した装置
による基板31到達イオン量の実験結果について説明す
も 第2図は 基板31に到達するイオン電流値l5u
bと、製膜パターニング用マスクおよび基板ホルダー3
3のアース電位に対するバイアス電圧Vsub(絶対値
で示す)の関係を示したものであも 製膜パターニング
用マスク32および基板ホルダー33の電位をアース電
位に対して負電位にするほど、基板蒸着面に到達するイ
オン電流値I subは急激に減少した抵 増加する傾
向を示す。したがって、製膜パターニング用マスク32
および基板ホルダー33の僅かな電位を変化により、基
板31の蒸着面に到達するイオン電流値が制御可能であ
ム この基板31の蒸着面に到達するイオン電流値I
subの値&戴 従来の基板電位がアース電位である場
合に比べて、著しく大きな値であも そして、本実施例
は従来例と異なり、イオン化手段を構成する熱電子引出
し用グリッドと加速手段を構成する加速電極の間に印加
する加速電圧を一定に保持したまま、製膜パターニング
用マスクおよび基板ホルダーの電位を僅かに調節するこ
とにより、基板蒸着面に到達するイオン電流値を制御可
能であも まな 基板蒸着面上をほぼ一様にアースおよ
び加速電圧に対し負にバイアスすることができるた八
基板31の蒸着面に到達するイオンの電流密度を均一化
できa さらE従来例で基板電位がアースである場合に
は 製膜条件により、基板31の蒸着面で測定した電流
値が負になることがあった力曵 本実施例の構成にする
ことにより、基板31の蒸着面に到達するイオンの電流
値は制御性良く正の値に維持することができム な耘
製膜パターニング用マスク32および基板ホルダー33
の電位をアース電位に対して正電位にした場合 基板3
1の蒸着面に到達する電流値は負の値となってしま八
基板蒸着面にイオンは到達しなくなも したがって、製膜パターニング用マスクおよび基板ホル
ダーに流入する電流値を電流検出器35を用いて検出し
検出値に基づき製膜パターニング用マスク32および
基板ホルダー33の電位をアース電位の加速電極29の
電位に対して負電位に調節することにより、基板31に
到達するイオン量の広範囲精密制御が可能となり、膜質
(膜の結晶法 結晶構ミ および配向性等)を膜厚方向
に制御することができも この結果 製膜した膜の膜質
の人工的制御が容易となり、従来得られなかった特性を
有する材料を生成することができも以上のように本発明
によれは 基板31が非導電体であってL 基板31に
到達するイオン量を非常に大きく、かつ制御性を高くす
ることができるた数 高品位・高機能な特性を有する材
料を製膜することができるようになム 以上の実施例で沫 絶縁体の基板を用いた場合について
説明した力(半導体もしくは導電体の基板に対してk
この発明は適用できも 第3図は本発明による他の実施例であるクラスタイオン
ビーム製膜装置の構造を示す要部断面図であム クラス
タビームの発生部および反応性ガス導入部以外の部分に
ついては第1図を用いて前述した実施例と同じであム
第3図において、第1図と同一の部分には同一番号を付
していもクラスタビームの発生部について説明すも ク
ラスタビーム発生部ζよ 直径1mm程度のノズル20
を坩堝上面に形成したカーボン製の単層構造を有する坩
堝(クヌーセンセル)19と、坩堝19の側面に坩堝1
9の円筒と同心に設置された坩堝19を加熱するための
螺旋状の電子ボンバード用熱電子放出フィラメント(以
下電子ボンバード用フィラメントという)37から構成
されていa38は電子ボンバード用フィラメント37に
電圧を印加し加熱するための電子ボンバード用フィラメ
ント加熱用電+11L 39は坩堝19と電子ボンバ
ード用フィラメント37の間に電圧を印加して高温に加
熱した電子ボンバード用フィラメント37から熱電子を
引出し その熱電子を坩堝19に衝突させることにより
坩堝19を電子ボンバード加熱するための坩堝加熱用電
源であム な耘 本実施例で(よ 坩堝19およびイオ
ン化部を構成する熱電子引出し用グリッド25をアース
電位に設定していも 次へ 反応性ガス導入部について説明すも 化合物を組
成する元聚 例えば酸秦 水魚 窒素等の反応性ガスζ
よ ガスボンベ40か板 流量調節バルブ41で流量が
調節された眞 真空槽42内の基板31の近傍に導入さ
れも 本実施例のクラスタイオンビーム製膜装置を用いたクラ
スタイオンビーム製膜過程は次のようになム 坩堝19内の蒸着物質21を電子ボンバード加熱するこ
とで蒸着物質21を蒸発させ、坩堝内部の蒸着物質21
の蒸発蒸気36の圧力を高めも坩堝内部で発生した蒸着
物質21の蒸発蒸気36ζ上 坩堝19の上面に設けた
ノズル20から噴出する限 断熱膨張し 過冷却されも
このため蒸気は凝縮u クラスタビーム流が形成され
も真空槽42内に導入した反応性ガスは真空槽42内を
拡散し イオン化部内にも反応性ガス原子が拡散してく
ム イオン化部において、蒸発蒸気36のクラスタビームお
よび反応性ガス原子にイオン化用熱電子放出フィラメン
ト24から熱電子引出し用電源装置27によりグリッド
内に引き出した電子のシャワーを浴びせて、クラスタビ
ームおよび反応性ガスをイオン化すも そして、加速電
極29により形成する電界により、クラスタイオンおよ
び反応性ガスイオンを加速して、基板31に衝突させ、
基板31上に蒸着物質21の化合物薄膜を形成すも したがって上記手段によれζ瓜 真空槽内に導入する反
応性ガスの流量を制御することにより、形成する反応性
ガスイオンの量を制御可能となもしたがって、クラスタ
イオンに上記反応性ガスイオンを添加することができる
た数 基板に到達するイオン電流値の値が著しく増大さ
せられa さら番へ 前記実施例と同様く 製膜バタ
ーニング用マスク32および基板ホルダー33の電位を
加速電極29の電位に対して負電位に調節することでL
基板に到達するイオン量が制御可能であるた数 基板
に到達するイオン量の制御範囲の拡大および一層の精密
制御が可能となり、高品位・高機能な特性を有する材料
を製膜することができも発明の効果 以上のように本発明によれば 基板が非導電体であって
L 基板に到達するイオン量の制御性を高教 かつイオ
ン電流の値を非常に大きくすることができるのみならず
、クラスタイオンビームが有する運動エネルギーを著し
く増加することが可能であり、高品位・高機能な特性を
有する薄膜材料を製膜できる方法とその装置が実現でき
も
スタイオンビーム製膜過程は次のようになム 坩堝19内の蒸着物質21を抵抗加熱式ヒータ22によ
り加熱することで蒸着物質21を蒸発させ、坩堝19内
部の蒸着物質21の蒸発蒸気36の圧力を約ITorr
に設定すも 坩堝1 ’9内部で発生した蒸着物質21
の蒸発蒸気36カ(坩堝19の上面に設けたノズル20
から噴出する暇坩堝19容器内の圧力(ITorr)と
容器外の圧力(10−”To r rに設定)との圧力
差により蒸発蒸気36が断熱膨張し過冷却されも この
た八 蒸気は凝縮しクラスタビーム流が形成されもこの
後、イオン化部において、グリッド25の中央部を通過
するクラスタビームにイオン化フィラメント24からグ
リッド25の内側に引き出した電子のシャワーを浴びせ
て、クラスタの構成原子のなかの1個の原子をイオン化
したクラスタイオンのビームを形成すも そして、加速
電極29が形成する電界により、クラスタイオンを加速
して、基板31に衝突させ、基板31上に蒸着物質21
の薄膜を形成すも 上記実施例によれば 基板31が非導電体であってk
基板31の蒸着表面上をほぼ一様にアースおよび加速電
極に対し負にバイアスすることができ、製膜パターニン
グ用マスク32および基板ホルダー33の電位をアース
電位の加速電極の電位に対して負電位に調節可能である
た数 基板31の蒸着面に到達するイオンの量を均等に
かつ著しく大きくすることが可能となも さらく 製
膜パターニング用マスク32および基板ホルダー33の
電位を加速電極29の電位に対して負の高電位にバイア
スすることにより、加速電極29のみでクラスタを加速
する場合に比べて一層クラスタを加速することができ、
基板31に衝突する際のクラスタの有する運動エネルギ
ーを著しく大きくすることができも また 基板31が非導電体でL あるいは基板31の面
積内にだけ蒸気が到達した場合でk イオン電流が測定
できるたへ 膜質の高精度制御が可能となa 次く 第2図を参照して、本発明に従って構成した装置
による基板31到達イオン量の実験結果について説明す
も 第2図は 基板31に到達するイオン電流値l5u
bと、製膜パターニング用マスクおよび基板ホルダー3
3のアース電位に対するバイアス電圧Vsub(絶対値
で示す)の関係を示したものであも 製膜パターニング
用マスク32および基板ホルダー33の電位をアース電
位に対して負電位にするほど、基板蒸着面に到達するイ
オン電流値I subは急激に減少した抵 増加する傾
向を示す。したがって、製膜パターニング用マスク32
および基板ホルダー33の僅かな電位を変化により、基
板31の蒸着面に到達するイオン電流値が制御可能であ
ム この基板31の蒸着面に到達するイオン電流値I
subの値&戴 従来の基板電位がアース電位である場
合に比べて、著しく大きな値であも そして、本実施例
は従来例と異なり、イオン化手段を構成する熱電子引出
し用グリッドと加速手段を構成する加速電極の間に印加
する加速電圧を一定に保持したまま、製膜パターニング
用マスクおよび基板ホルダーの電位を僅かに調節するこ
とにより、基板蒸着面に到達するイオン電流値を制御可
能であも まな 基板蒸着面上をほぼ一様にアースおよ
び加速電圧に対し負にバイアスすることができるた八
基板31の蒸着面に到達するイオンの電流密度を均一化
できa さらE従来例で基板電位がアースである場合に
は 製膜条件により、基板31の蒸着面で測定した電流
値が負になることがあった力曵 本実施例の構成にする
ことにより、基板31の蒸着面に到達するイオンの電流
値は制御性良く正の値に維持することができム な耘
製膜パターニング用マスク32および基板ホルダー33
の電位をアース電位に対して正電位にした場合 基板3
1の蒸着面に到達する電流値は負の値となってしま八
基板蒸着面にイオンは到達しなくなも したがって、製膜パターニング用マスクおよび基板ホル
ダーに流入する電流値を電流検出器35を用いて検出し
検出値に基づき製膜パターニング用マスク32および
基板ホルダー33の電位をアース電位の加速電極29の
電位に対して負電位に調節することにより、基板31に
到達するイオン量の広範囲精密制御が可能となり、膜質
(膜の結晶法 結晶構ミ および配向性等)を膜厚方向
に制御することができも この結果 製膜した膜の膜質
の人工的制御が容易となり、従来得られなかった特性を
有する材料を生成することができも以上のように本発明
によれは 基板31が非導電体であってL 基板31に
到達するイオン量を非常に大きく、かつ制御性を高くす
ることができるた数 高品位・高機能な特性を有する材
料を製膜することができるようになム 以上の実施例で沫 絶縁体の基板を用いた場合について
説明した力(半導体もしくは導電体の基板に対してk
この発明は適用できも 第3図は本発明による他の実施例であるクラスタイオン
ビーム製膜装置の構造を示す要部断面図であム クラス
タビームの発生部および反応性ガス導入部以外の部分に
ついては第1図を用いて前述した実施例と同じであム
第3図において、第1図と同一の部分には同一番号を付
していもクラスタビームの発生部について説明すも ク
ラスタビーム発生部ζよ 直径1mm程度のノズル20
を坩堝上面に形成したカーボン製の単層構造を有する坩
堝(クヌーセンセル)19と、坩堝19の側面に坩堝1
9の円筒と同心に設置された坩堝19を加熱するための
螺旋状の電子ボンバード用熱電子放出フィラメント(以
下電子ボンバード用フィラメントという)37から構成
されていa38は電子ボンバード用フィラメント37に
電圧を印加し加熱するための電子ボンバード用フィラメ
ント加熱用電+11L 39は坩堝19と電子ボンバ
ード用フィラメント37の間に電圧を印加して高温に加
熱した電子ボンバード用フィラメント37から熱電子を
引出し その熱電子を坩堝19に衝突させることにより
坩堝19を電子ボンバード加熱するための坩堝加熱用電
源であム な耘 本実施例で(よ 坩堝19およびイオ
ン化部を構成する熱電子引出し用グリッド25をアース
電位に設定していも 次へ 反応性ガス導入部について説明すも 化合物を組
成する元聚 例えば酸秦 水魚 窒素等の反応性ガスζ
よ ガスボンベ40か板 流量調節バルブ41で流量が
調節された眞 真空槽42内の基板31の近傍に導入さ
れも 本実施例のクラスタイオンビーム製膜装置を用いたクラ
スタイオンビーム製膜過程は次のようになム 坩堝19内の蒸着物質21を電子ボンバード加熱するこ
とで蒸着物質21を蒸発させ、坩堝内部の蒸着物質21
の蒸発蒸気36の圧力を高めも坩堝内部で発生した蒸着
物質21の蒸発蒸気36ζ上 坩堝19の上面に設けた
ノズル20から噴出する限 断熱膨張し 過冷却されも
このため蒸気は凝縮u クラスタビーム流が形成され
も真空槽42内に導入した反応性ガスは真空槽42内を
拡散し イオン化部内にも反応性ガス原子が拡散してく
ム イオン化部において、蒸発蒸気36のクラスタビームお
よび反応性ガス原子にイオン化用熱電子放出フィラメン
ト24から熱電子引出し用電源装置27によりグリッド
内に引き出した電子のシャワーを浴びせて、クラスタビ
ームおよび反応性ガスをイオン化すも そして、加速電
極29により形成する電界により、クラスタイオンおよ
び反応性ガスイオンを加速して、基板31に衝突させ、
基板31上に蒸着物質21の化合物薄膜を形成すも したがって上記手段によれζ瓜 真空槽内に導入する反
応性ガスの流量を制御することにより、形成する反応性
ガスイオンの量を制御可能となもしたがって、クラスタ
イオンに上記反応性ガスイオンを添加することができる
た数 基板に到達するイオン電流値の値が著しく増大さ
せられa さら番へ 前記実施例と同様く 製膜バタ
ーニング用マスク32および基板ホルダー33の電位を
加速電極29の電位に対して負電位に調節することでL
基板に到達するイオン量が制御可能であるた数 基板
に到達するイオン量の制御範囲の拡大および一層の精密
制御が可能となり、高品位・高機能な特性を有する材料
を製膜することができも発明の効果 以上のように本発明によれば 基板が非導電体であって
L 基板に到達するイオン量の制御性を高教 かつイオ
ン電流の値を非常に大きくすることができるのみならず
、クラスタイオンビームが有する運動エネルギーを著し
く増加することが可能であり、高品位・高機能な特性を
有する薄膜材料を製膜できる方法とその装置が実現でき
も
第1図は本発明の一実施例のイオンビーム製膜装置の要
部断面図 第2図は本発明の一実施例のイオンビーム製
膜装置の特性@ 第3図は本発明の他の実施例の要部断
面図 第4図は従来例のイオンビーム製膜装置の要部断
面図であも19・・・増域 20・・・ノズ/に21・
・・蒸着物質、22・・・抵抗加熱式ヒータ(加熱手段
)、24・・・イオン化用熱電子放出フィラメント、2
5・・・グリッド、29・・・加速電極 30・・・加
速電源装w、31・・・基板 32・・・製膜バターニ
ング用マス久 33・・・基板ホルダー、34・・・可
変直流電源装[、35・・・電流検出器 36・・・蒸
発蒸気 37・・・電子ボンバード用フィラメント(加
熱手段)、42・・・真空擺 代理人の氏名 弁理士 小鍜冶 明 ほか2名/9 −
デ「壕 第1図 ?3 12 図 IVE噸 (V) 第31j、’1
部断面図 第2図は本発明の一実施例のイオンビーム製
膜装置の特性@ 第3図は本発明の他の実施例の要部断
面図 第4図は従来例のイオンビーム製膜装置の要部断
面図であも19・・・増域 20・・・ノズ/に21・
・・蒸着物質、22・・・抵抗加熱式ヒータ(加熱手段
)、24・・・イオン化用熱電子放出フィラメント、2
5・・・グリッド、29・・・加速電極 30・・・加
速電源装w、31・・・基板 32・・・製膜バターニ
ング用マス久 33・・・基板ホルダー、34・・・可
変直流電源装[、35・・・電流検出器 36・・・蒸
発蒸気 37・・・電子ボンバード用フィラメント(加
熱手段)、42・・・真空擺 代理人の氏名 弁理士 小鍜冶 明 ほか2名/9 −
デ「壕 第1図 ?3 12 図 IVE噸 (V) 第31j、’1
Claims (3)
- (1)坩堝内の蒸着物質を加熱して蒸着物質を蒸発させ
、その蒸着物質の蒸発蒸気を坩堝に設けたノズルから真
空槽内へ噴出させ、前記蒸発蒸気に電子を衝突させて蒸
気をイオン化し電界によって加速して基板に蒸着させる
際に、その基板の蒸着面上に配置した製膜パターニング
用マスクおよび前記基板と製膜パターニング用マスクを
保持する基板ホルダーに流入する電流値を電流検出器で
検出し、その検出電流値に基づき前記製膜パターニング
用マスクおよび基板ホルダーの電位を加速手段を構成す
る加速電極の電位に対して負電位でしかもアース電位に
対して負電位になるように制御するイオンビーム製膜方
法。 - (2)イオン化手段を構成する熱電子引出し用グリッド
と加速手段を構成する加速電極の間に印加する加速電圧
を一定に保持しながら、製膜パターニング用マスクおよ
び基板ホルダーの電位を加速電極の電位に対して負電位
でしかもアース電位に対して負電位になるように制御す
る請求項1記載のイオンビーム製膜方法。 - (3)基板表面に蒸着物質を蒸着させるイオンビーム製
膜装置であって、基板の蒸着面上に配置した製膜パター
ニング用マスクと、その基板および製膜パターニング用
マスクを保持する基板ホルダーと、製膜パターニング用
マスクおよび基板ホルダーに流入するイオン電流の検出
器と、その電流検出器からの信号に基づき前記製膜パタ
ーニング用マスクおよび基板ホルダーの電位を調節する
可変直流電源装置と、蒸着物質を貯留した坩堝と、坩堝
の中の蒸着物質の加熱手段と、前記蒸着物質の蒸発蒸気
を真空槽内へ噴出させる前記坩堝に設けたノズルと、前
記坩堝と基板の間に設けた蒸発蒸気のイオン化手段およ
び加速手段を具備し、前記製膜パターニング用マスクお
よび基板ホルダーの電位が加速手段を構成する加速電極
の電位に対して負電位でしかもアース電位に対して負電
位であることを特徴とするイオンビーム製膜装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29571290A JPH04168266A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | イオンビーム製膜方法およびイオンビーム製膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29571290A JPH04168266A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | イオンビーム製膜方法およびイオンビーム製膜装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04168266A true JPH04168266A (ja) | 1992-06-16 |
Family
ID=17824182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29571290A Pending JPH04168266A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | イオンビーム製膜方法およびイオンビーム製膜装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04168266A (ja) |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP29571290A patent/JPH04168266A/ja active Pending
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