JPH05106030A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、蒸着物質の蒸気をイオン化して
薄膜を形成する薄膜形成装置に関し、蒸着物質の蒸気の
熱分解を抑え、熱分解しやすい高分子材料の薄膜を高品
質で成膜できる薄膜形成装置を得ることを目的とする。 【構成】 ルツボ３、第１高周波コイル３０からなる蒸
発源９が、真空槽１内に配設されている。この蒸発源９
の上部には、第２高周波コイル３１が配設されている。
この第２高周波コイル３１には、第２高周波電源４１に
より高周波が印加され、グロー放電が形成される。この
グロー放電により、蒸着物質５の蒸気およびクラスター
８が、励起、解離およびイオン化され、イオン化クラス
ター１４を生成する。このイオン化クラスター１４は、
アース電極１５ｂで加速され、基板１６表面に衝突し、
薄膜が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄膜形成装置に関
し、特にクラスターイオンビーム蒸着法（ＩＣＢ法）に
より高品質の薄膜を蒸着形成する薄膜形成装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は例えば特公昭５４ー９５９２号公
報に記載された従来の薄膜形成装置を模式的に示す概略
構成図であり、図において１は所定の真空度に保持され
た真空槽、２はこの真空槽１を真空状態に排気する真空
排気系、３は真空槽１内に配設された密閉型のルツボ、
４はルツボ３の上部に設けられた少なくとも１つのノズ
ル、５はルツボ３内に充填された蒸着物質、６はルツボ
３の周囲に配設されルツボ３を加熱する加熱用フィラメ
ント、７は加熱用フィラメント６を包囲して設けられ、
加熱用フィラメント６からの熱を遮る熱シールド板、８
はルツボ３の上部に設けられたノズル４から蒸着物質５
を噴出させて形成したクラスター（塊状原子集団）であ
る。ここで、ルツボ３、加熱用フィラメント６および熱
シールド板７により蒸発源９が構成されている。

【０００３】１０は熱電子を放出するイオン化フィラメ
ント、１１はこのイオン化フィラメント１０から放出さ
れた熱電子を引き出し加速する電子ビーム引出電極、１
２はイオン化フィラメント１０の熱を遮る熱シールド板
であり、イオン化フィラメント１０、電子ビーム引出電
極１１および熱シールド板１２によりイオン化手段１３
が構成されている。１４はクラスター８がイオン化手段
１３によりイオン化されて形成されたイオン化クラスタ
ー、１５ａ、１５ｂはそれぞれイオン化クラスター１４
を電界で加速し、運動エネルギを付与する加速手段を構
成する加速電極およびアース電極である。１６はその表
面に薄膜が形成される基板である。

【０００４】１７は加熱用フィラメント６を加熱する第
１交流電源、１８はルツボ３の電位を加熱用フィラメン
ト６に対して正にバイアスする第１直流電源、１９はイ
オン化フィラメント１０を加熱する第２交流電源、２０
はイオン化フィラメント１０の電位を電子ビーム引出電
極１１に対して負にバイアスする第２直流電源、２１は
ルツボ３、電子ビーム引出電極１１および加速電極１５
ａをアース電極１５ｂに対して正にバイアスする第３直
流電源、２２は第１交流電源１７、第１直流電源１８、
第２交流電源１９、第２直流電源２０および第３直流電
源２１を収納する電源装置である。

【０００５】つぎに、上記従来の薄膜形成装置の動作に
ついて説明する。まず、真空槽１内を１０^-6Ｔｏｒｒ程
度の真空度に真空排気系２により排気する。ついで、第
１直流電源１８で印加される電界によって加熱用フィラ
メント６から放出される電子を引き出し、この引き出さ
れた電子をルツボ３に衝突させ、ルツボ３内の蒸気圧が
数Ｔｏｒｒになるまで加熱する。この加熱によってルツ
ボ３内の蒸着物質５は蒸発し、ノズル４から真空槽１中
に噴出する。この蒸着物質５の蒸気は、ノズル４を通過
する際に断熱膨張により加速冷却されて凝縮し、クラス
ター８と呼ばれる塊状原子集団となる。

【０００６】このクラスター８は、イオン化手段１３か
ら放出される電子ビームによって一部がイオン化され、
イオン化クラスター１４となる。このイオン化クラスタ
ー１４は、イオン化されていない中性のクラスター８と
ともにアース電極１５ｂで印加される電界により加速さ
れ、基板１６表面に衝突して薄膜が形成される。

【０００７】ここで、電源装置２２内の各電源の機能に
ついて説明する。第１直流電源１８は、第１交流電源１
７によって加熱された加熱用フィラメント６から放出さ
れた熱電子をルツボ３に衝突させる。第２直流電源２０
は、電子ビーム引出電極１１に対して第２交流電源１９
で加熱されたイオン化フィラメント１０を負にバイアス
し、イオン化フィラメント１０から放出された熱電子を
電子ビーム引出電極１１内部に引き出す。第３直流電源
２１は、アース電位にあるアース電極１５ｂに対してル
ツボ３、電子ビーム引出電極１１および加速電極１５ａ
を正にバイアスし、加速電極１５ａとアース電極１５ｂ
との間に形成される電界レンズによって、正電荷のイオ
ン化クラスター１４を加速制御する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜形成装置は
以上のように構成されているので、高分子材料等の高蒸
気圧の蒸着物質５を用いる場合、ルツボ３の上部に設け
られたノズル４から噴出する蒸着物質５の蒸気およびク
ラスター８が、イオン化フィラメント１０から放出され
る熱電子照射および加熱されたイオン化フィラメント１
０からの輻射熱によって熱分解してしまうという課題が
あった。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、熱分解しやすい高分子材料を熱
分解させずにイオン化して、高品質な高分子薄膜を成膜
できる薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係る薄膜形成装置は、高周波コイルと、この高周波コイ
ルに高周波を印加する高周波電源とををイオン化手段に
備えるものである。

【００１１】また、この発明の第２の発明に係る薄膜形
成装置は、絶縁管と、この絶縁管に配設された第１およ
び第２電極と、これらの第１および第２電極間に高周波
を印加する高周波電源とをイオン化手段に備えるもので
ある。

【００１２】

【作用】この発明においては、高周波コイル、もしくは
第１および第２電極、高周波電源でイオン化手段を構成
しているので、高周波コイルもしくは第１および第２電
極間に高周波を印加してグロー放電が形成でき、このグ
ロー放電により蒸着物質の蒸気が励起、解離およびイオ
ン化され、イオン化手段としてイオン化フィラメントを
用いる必要がなく、イオン化フィラメントの加熱にとも
なう熱電子照射および輻射熱による蒸着物質の蒸気の熱
分解が防止される。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の実施例１を示す薄膜形成装
置の概略構成図であり、図において図３に示した従来の
薄膜形成装置と同一または相当部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。図において、３０はルツボ３
を包囲して配設され、ルツボ３内に充填された蒸着物質
５を加熱する第１高周波コイル、３１はルツボ３と基板
１６との間に配設され、ノズル４から噴出する蒸発物質
５の蒸気およびクラスター８を励起、解離およびイオン
化する第２高周波コイル、４０および４１はそれぞれ第
１および第２高周波コイル３０、３１に高周波を印加す
る第１高周波電源および第２高周波電源、４２はアース
電極１５ｂに対してルツボ３を正にバイアスする直流電
源である。ここで、第２高周波コイル３１および第２高
周波電源４１により、イオン化手段が構成されている。

【００１４】つぎに、上記実施例１の動作について説明
する。真空排気系２により、真空槽１内を所望の真空度
に排気する。その後、第１高周波電源４０から第１高周
波コイル３０に高周波を印加してルツボ３を加熱する。
この加熱によって、ルツボ３内に充填されている高分子
材料の蒸着物質５が蒸発し、ノズル４から蒸気となって
噴出する。この蒸着物質５の蒸気がノズル４を通過する
際に、クラスター８が形成される。ここで、第２高周波
コイル３１に第２高周波電源４１により高周波を印加す
ると、蒸気中でグロー放電が形成され、蒸着物質５の蒸
気およびクラスター８の一部が、励起、解離およびイオ
ン化される。イオン化された蒸着物質５の蒸気およびイ
オン化クラスター１４は、イオン化されていない蒸気お
よびクラスター８と共に、アース電極１５ｂで印加され
る電界により加速され、基板１６表面に衝突し、薄膜が
形成される。その他の動作は、図３に示した従来の薄膜
形成装置と同様に動作する。

【００１５】このように、上記実施例１でよれば、イオ
ン化手段に第２高周波コイル３１を備えているので、イ
オン化手段にイオン化フィラメント１０を用いる必要が
なく、加熱されたイオン化フィラメント１０による熱電
子照射、輻射熱による蒸着物質５の蒸気の熱分解が防止
でき、熱分解しやすい高分子材料の薄膜を高品質で成膜
できるという効果がある。

【００１６】実施例２．図２はこの発明の実施例２を示
す薄膜形成装置の概略構成図であり、図において３２は
ルツボ３および第１高周波コイル３０を包囲して配設さ
れた絶縁管としての石英管、３３および３４はそれぞれ
石英管３２の外部に設けられ、蒸着物質５の蒸気および
クラスター８を励起、解離およびイオン化する第１電極
および第２電極であり、第１電極３３と第２電極３４と
の間には、第２高周波電源４１が接続され、かつ第２電
極３４は直流電源４２によりルツボ３に対して負にバイ
アスされている。ここで、石英管３２、第１および第２
電極３３、３４および第２高周波電源４１により、イオ
ン化手段が構成されている。

【００１７】つぎに、上記実施例２の動作について説明
する。真空排気系２により真空槽１を所望の真空度に排
気した後、第１高周波電源４０により第１高周波コイル
３０に高周波を印加してルツボ３を加熱する。この加熱
により、ルツボ３内に充填されている高分子材料の蒸着
物質５が蒸発し、ノズル４から真空槽１内に噴出する。
ここで、第２高周波電源４１により第１および第２電極
３３、３４間に高周波を印加して、蒸気中でグロー放電
を形成する。蒸気およびクラスター８の一部は、このグ
ロー放電中で励起、解離およびイオン化される。このイ
オン化された蒸気およびイオン化クラスター１４は、イ
オン化されていない蒸気およびクラスター８と共に、第
２電極３４で印加される電界により加速され、基板１６
表面に衝突して、薄膜が形成される。

【００１８】このように、上記実施例２によれば、イオ
ン化手段に第１および第３電極３３、３４を備えている
ので、イオン化手段にイオン化フィラメント１０を用い
る必要がなく、加熱されたイオン化フィラメント１０に
よる熱電子照射、輻射熱による蒸着物質５の蒸気の熱分
解が防止でき、熱分解しやすい高分子材料の薄膜を高品
質で成膜できるという効果がある。

【００１９】なお、上記各実施例では、クラスターイオ
ンビーム蒸着法を用いて説明しているが、この発明はこ
れに限るものではなく、高周波を印加して蒸着物質５の
蒸気を励起、解離およびイオン化して薄膜を形成する薄
膜形成法であれば適用できるものである。

【００２０】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２１】この発明の第１の発明に係る薄膜形成装置
は、高周波コイルと高周波電源とをイオン化手段に備え
ているので、高周波コイルに高周波を印加することによ
り蒸着物質の蒸気を励起、解離およびイオン化でき、熱
分解しやすい高分子材料の薄膜を高品質で成膜できる。

【００２２】また、この発明の第２の発明に係る薄膜形
成装置は、第１および第２電極と高周波電源とをイオン
化手段に備えているので、第１および第２電極との間に
高周波を印加することにより蒸着物質の蒸気を励起、解
離およびイオン化でき、熱分解しやすい高分子材料の薄
膜を高品質で成膜できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す薄膜形成装置の概略
構成図である。

【図２】この発明の実施例２を示す薄膜形成装置の概略
構成図である。

【図３】従来の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 真空槽 ３ ルツボ ９ 蒸発源 １６ 基板 ３１ 第２高周波コイル（イオン化手段） ３２ 石英管（絶縁管） ３３ 第１電極（イオン化手段） ３４ 第２電極（イオン化手段） ４１ 第２高周波電源（イオン化手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽と、前記真空槽内に配設された蒸
   発源と、前記蒸発源に対向して前記真空槽内に配設され
   た基板と、前記蒸発源と前記基板との間に配設され、前
   記蒸発源から発生する蒸着物質の蒸気をイオン化するイ
   オン化手段とを備えた薄膜形成装置において、前記イオ
   ン化手段は、高周波コイルと、前記高周波コイルに高周
   波を印加する高周波電源とを備えていることを特徴とす
   る薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 真空槽と、前記真空槽内に配設された蒸
   発源と、前記蒸発源に対向して前記真空槽内に配設され
   た基板と、前記蒸発源と前記基板との間に配設され、前
   記蒸発源から発生する蒸着物質の蒸気をイオン化するイ
   オン化手段とを備えた薄膜形成装置において、前記イオ
   ン化手段は、絶縁管と、前記絶縁管に配設された第１お
   よび第２電極と、前記第１および第２電極間に高周波を
   印加する高周波電源とを備えていることを特徴とする薄
   膜形成装置。