JPH05179431A

JPH05179431A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH05179431A
Application number: JP149192A
Authority: JP
Inventors: Hiromoto Ito; 弘基伊藤; Yoshifumi Minowa; 芳文美濃和; Teruo Ina; 照夫伊奈
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-01-08
Filing date: 1992-01-08
Publication date: 1993-07-20

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、脱ガスによる成膜中の真空度の低
下を防止して、高品質な薄膜を成膜することを目的とす
るものである。【構成】坩堝３に印加される正のバイアス電位をイオ
ン化フィラメント10の電位よりも高くして、イオン化フ
ィラメント10から放出される熱電子を坩堝３に直接照射
するようにし、かつ加速電極15ａ及び熱シールド板７の
電位を加熱用及びイオン化フィラメント６，10の電位以
下にして、加速電極15ａ及び熱シールド板７が加熱され
るのを防止した。

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、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】従来から光学薄膜，磁性膜及び絶縁膜な
どの高品質な薄膜がＩＣＢ法により形成されている。図
３は例えば特公昭５４−９５９２号公報に示されている
従来のＩＣＢ法による薄膜形成装置を模式的に示す構成
図である。図において、１は内部が所定の真空度に保持
されている真空槽、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内に置かれた密閉型の坩
堝であり、この坩堝３の上部には、少なくとも一つのノ
ズル４が設けられている。５は坩堝３内に充填されてい
る蒸着物質、６は坩堝３を加熱する加熱用フイラメン
ト、７はこの加熱用フイラメント６からの熱を遮る熱シ
ールド板、８はノズル４から蒸着物質を噴出させて形成
したクラスター（塊状原子集団）、９は坩堝３，加熱用
フイラメント６及び熱シールド板７により構成されてい
る蒸気発生源である。

【０００３】10はクラスター８の通路の周囲に設けられ
熱電子（電子ビーム）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から熱電子を引き
出し加速する電子ビーム引出電極、12はイオン化フィラ
メント10の熱を遮る熱シールド板、13はイオン化フィラ
メント10，電子ビーム引出電極11及び熱シールド板12に
より構成されているイオン化手段である。

【０００４】14はイオン化手段13によってイオン化され
たイオン化クラスター、15ａ及び15ｂはイオン化クラス
ター14を電界で加速して運動エネルギーを付与する加速
電極及びアース電極、16は真空槽１内にセットされ表面
に薄膜が形成される基板である。

【０００５】17は加熱用フィラメント６を加熱する第１
交流電源、18は坩堝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は坩堝３，電子ビーム引出電
極11及び加速電極15ａ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及び第３直
流電源21を有する電源装置である。

【０００６】次に、動作について説明する。まず、真空
槽１を10^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度になるまで真空排気系
２によって排気する。次に、加熱用フィラメント６から
放出される熱電子を第１直流電源18で印加される電界に
よって引き出し、この引き出された熱電子を坩堝３に衝
突させ、内部の蒸気圧が数Ｔｏｒｒになる温度まで坩堝
３を加熱する。この加熱によって、坩堝３内の蒸着物質
５の蒸気は、ノズル４から真空槽１中に噴射される。こ
の蒸着物質５の蒸気は、ノズル４を通過する際、断熱膨
張により加速冷却されて凝縮し、これによりクラスター
８と呼ばれる塊状原子集団が形成される。

【０００７】このクラスター８の一部は、イオン化フィ
ラメント10から放出される電子ビームによってイオン化
されて、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（及びイオン化された蒸気）は、アース電極
15ｂで印加される電界により加速され、イオン化されて
いない中性のクラスター８（及び蒸気）とともに基板16
の表面に衝突する。この結果、基板16上に薄膜が形成さ
れる。

【０００８】なお、電源装置22内の各直流電源の機能は
次のとおりである。第１直流電源18は、加熱用フィラメ
ント６から放出された熱電子を坩堝３に衝突させる。第
２直流電源20は、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、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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の薄膜形成装置においては、坩堝３の温度を上げ
るために加熱用フィラメント６から放出される熱電子を
増加させて行くと、この引き出された熱電子が坩堝３だ
けでなく、坩堝３と同電位である電子ビーム引出電極11
や加速電極15ａにも入射して、これらが高温に加熱され
るため、電子ビーム引出電極11や加速電極15ａからの脱
ガスが多くなり、成膜中の真空度が低下し、その結果基
板16上に形成される膜の品質が悪くなったり、電子ビー
ム引出電極11及び加速電極15ａの寿命が短くなったりす
るなどの問題点があった。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、坩堝以外の部
分が不必要に加熱されるのを防止でき、これにより高い
蒸着速度でしかも高品質な薄膜を成膜することができ、
かつ部品寿命を長くすることができる薄膜形成装置を得
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る薄膜形成
装置は、イオン化フィラメントから放出される熱電子を
坩堝に直接照射するようにし、かつ加速電極の電位を加
熱用及びイオン化フィラメントの電位以下にしたもので
ある。

【００１２】

【作用】この発明においては、イオン化フィラメントか
ら放出される熱電子を坩堝に直接照射することにより、
電子ビーム引出電極を省略し、また加速電極の電位を加
熱用及びイオン化フィラメントの電位以下にすることに
より、加速電極の加熱を防止し、坩堝のみを高温に加熱
する。

【００１３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示
す構成図であり、図３と同一又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、23は加熱用
フィラメント６に対して加速電極15ａ及び熱シールド板
７を負の電位にバイアスする第４直流電源、24は各直流
電源18，20，21，23及び各交流電源17，19からなる電源
装置である。また、この実施例では、イオン化フィラメ
ント10から放出される熱電子が坩堝３の上部に直接照射
されるようになっており、従来用いていた電子引出電極
11が省略されている。

【００１４】以上のように構成されているこの実施例の
薄膜形成装置においては、従来装置と同様に、真空槽１
内を真空排気系２によって排気した後、加熱用フィラメ
ント６により坩堝３を加熱することにより、クラスター
８が形成される。このクラスター８の一部は、イオン化
フィラメント10からノズル４の周囲に向けて照射された
電子ビームによってイオン化され、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（及びイオン化さ
れた蒸気）は、加速電極15ａ及びアース電極15ｂで印加
される電界により加速され、イオン化されていない中性
のクラスター８（及び蒸気）とともに基板16の表面に衝
突する。この結果、基板16上に薄膜が形成される。

【００１５】ここで、普通の動作領域では、第１直流電
源18によって加熱用フィラメント６に印加される電圧
が、第２直流電源20によってイオン化フィラメント10に
印加される電圧より大きいため、イオン化フィラメント
10の電位は、加熱用フィラメント６の電位より高く保た
れる。従って、イオン化フィラメント10の電位は、加速
電極15ａや熱シールド板７の電位よりも高くなる。

【００１６】ここで、分かりやすくするために、坩堝３
の電位をＥｃ、イオン化フィラメント10の電位をＥｉ、
加熱用フィラメント６の電位をＥｈ、熱シールド板７の
電位をＥｓ、加速電極15ａの電位をＥａとすると、上記
の動作領域での各電位は、Ｅｃ＞Ｅｉ＞Ｅｈ＞Ｅｓ＝Ｅ
ａのように保たれる。

【００１７】このように、上記実施例では、加熱用及び
イオン化フィラメント６，10から放出された熱電子は坩
堝３のみに入射して、加速電極15ａが加熱されることは
なく、また従来例の電子引出電極11は省略されているの
で、坩堝３のみが効率良く高温に加熱され、脱ガスによ
る真空度の低下が防止され、高品質な薄膜が形成され
る。また、加速電極15ａの寿命を長くすることもでき
る。また、イオン化フィラメント10から照射された熱電
子によっても坩堝３が加熱されるので、小さな電力で坩
堝３を高温に加熱することができる。

【００１８】また、上記実施例では熱シールド板７の電
位も両フィラメント６，10の電位より低くしたので、熱
シールド板７の加熱も防止され、より効果的である。

【００１９】なお、第４直流電源23の印加電圧は０であ
っても同様な効果が期待できる。このときの動作領域で
の各電位は、Ｅｃ＞Ｅｉ＞Ｅｈ＝Ｅｓ＝Ｅａのように保
たれる。

【００２０】実施例２．図２はこの発明の他の実施例に
よる薄膜形成装置を示す構成図である。図において、25
はイオン化フィラメント10に対して加速電極15ａ及び熱
シールド板７を負の電位にバイアスする第５直流電源、
26は各直流電源18，20，21，25及び各交流電源17，19か
らなる電源装置である。他の部分は、実施例１と同様で
ある。

【００２１】この実施例の装置は、特に高い蒸気圧を持
つ蒸着物質５を蒸着する場合の装置であり、第１直流電
源18の印加電圧を０にして加熱用フィラメント６の輻射
熱により坩堝３を加熱する場合でも、第１直流電源18に
バイアス電圧を印加して熱電子により坩堝３を加熱する
場合でも、イオン化フィラメント10の電位が加熱用フィ
ラメント６の電位より低く保たれる。

【００２２】従って、このときの動作領域での各電位
は、Ｅｃ≧Ｅｈ＞Ｅｉ＞Ｅｓ＝Ｅａのように保たれるた
め、イオン化フィラメント10から放出された熱電子は坩
堝３のみに入射し、加速電極15ａ及び熱シールド板７が
加熱されることなく、坩堝３のみが高温に加熱される。

【００２３】また、加速電極15ａ及び熱シールド板７を
イオン化フィラメント10と同電位に保つようにしてもよ
い。このときの動作領域での各電位は、Ｅｃ≧Ｅｈ＞Ｅ
ｉ＝Ｅｓ＝Ｅａのように保たれる。

【００２４】なお、上記各実施例では加速電極15ａと熱
シールド板７とを同電位にしたが、加熱用及びイオン化
フィラメント６，10の電位以下の電位に保たれていれば
別々の電位を印加してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の薄膜形
成装置は、坩堝に印加される正のバイアス電位をイオン
化フィラメントの電位よりも高くして、イオン化フィラ
メントから放出される熱電子を坩堝に直接照射するよう
にし、かつ加速電極の電位を加熱用及びイオン化フィラ
メントの電位以下にして、加速電極が加熱されるのを防
止したので、成膜中の真空度の低下を防止でき、これに
より高い蒸着速度で高品質な薄膜を成膜することがで
き、かつ部品寿命を長くすることができ、また坩堝を小
さな電力で効率良く高温に加熱することができるので、
ランニングコストを低下させることができるなどの効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による薄膜形成装置を示す
構成図である。

【図２】この発明の他の実施例による薄膜形成装置を示
す構成図である。

【図３】従来の薄膜形成装置の一例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１真空槽３坩堝５蒸着物質６加熱用フィラメント８クラスター１０イオン化フィラメント１４イオン化クラスター１５ａ加速電極１６基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を収容する真空槽と、この真空槽内
に前記基板に対向して設けられ、蒸着物質が充填される
坩堝と、この坩堝から前記蒸着物質の蒸気を噴出させて
クラスターを形成するため前記坩堝を加熱する加熱用フ
ィラメントと、前記坩堝及び前記基板の間に設けられ、
前記クラスターをイオン化するための熱電子を放出する
イオン化フィラメントと、このイオン化フィラメント及
び前記基板の間に設けられ、イオン化されたクラスター
を前記基板に向けて加速する加速電極とを備えている薄
膜形成装置において、前記坩堝に印加される正のバイア
ス電位を、前記イオン化フィラメントの電位よりも高く
して、前記イオン化フィラメントから放出される熱電子
を前記坩堝に直接照射するようになっているとともに、
加速電極の電位が前記加熱用及びイオン化フィラメント
の電位以下になっていることを特徴とする薄膜形成装
置。