JPS60100421A - Ion beam device - Google Patents
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- JPS60100421A JPS60100421A JP20743383A JP20743383A JPS60100421A JP S60100421 A JPS60100421 A JP S60100421A JP 20743383 A JP20743383 A JP 20743383A JP 20743383 A JP20743383 A JP 20743383A JP S60100421 A JPS60100421 A JP S60100421A
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- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、イオンビームを用いる装置に係り、特にイオ
ンビームを応用して成膜する装置において、イオンビー
ムの電荷を利用してこれを集束し、必要部分に選択的に
成膜するに好適な装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an apparatus that uses an ion beam, and in particular to an apparatus that applies an ion beam to form a film. , relates to an apparatus suitable for selectively forming a film on necessary parts.
第１図は従来技術のイオンブレーティングの一例である
。排気バイブ１から真空ポンプ（図示せず）により減圧
できるようにした真空容器２の中に蒸着物質３を入れた
坩堝４と蒸着される基板５が納められている。坩堝４と
基板５を支える基板ホルダ６ａの間には電圧を印加する
ようにしである。蒸着を行う場合、蒸着物質３を加熱装
置７ａにより加熱し、蒸発させる。蒸着物質５と基板５
０間には坩堝４と基板ホルダ６ａを介して電圧が印加さ
れているため、蒸着物質の蒸気ｐａは電荷をもらいイオ
ンとなって基板に飛んでいって付着する。これは、蒸気
としての熱エネルギーとイオンとしての加速エネルギー
の両方をもって基板に衝突して付着するイオンブレーテ
ィングである。この場合、蒸着物質３は基板５の全面に
一様に付着するため、特定の場所にイオンブレーティン
グが必要な場合、この方法で全面的に付着させ、次に光
露光によるパタニング等を用い不要部分を選択的に除去
し所望の部分に蒸着物質を残すという複雑で長い工程が
必要である。FIG. 1 is an example of conventional ion blating. A crucible 4 containing a deposition substance 3 and a substrate 5 to be deposited are housed in a vacuum container 2 whose pressure can be reduced from an exhaust vibrator 1 by a vacuum pump (not shown). A voltage is applied between the crucible 4 and the substrate holder 6a that supports the substrate 5. When performing vapor deposition, the vapor deposition substance 3 is heated by the heating device 7a and evaporated. Vapor deposition material 5 and substrate 5
Since a voltage is applied between the crucible 4 and the substrate holder 6a between 0 and 0, the vapor pa of the evaporation material receives an electric charge and becomes ions, which fly to and adhere to the substrate. This is ion blating that bombards and adheres to the substrate with both thermal energy as vapor and acceleration energy as ions. In this case, the vapor deposition substance 3 is uniformly adhered to the entire surface of the substrate 5, so if ion blating is required at a specific location, it can be applied to the entire surface using this method, and then patterning by light exposure can be used to eliminate the need. A complex and lengthy process is required to selectively remove portions and leave the deposited material in desired areas.
第２図は従来技術のクラスタビーム蒸着技術の一例であ
る。排気パイプ１から真空ポンプ（図示せず）により減
圧できるようにした真空容器２の中に蒸着物質３を入れ
た坩堝４と蒸着される基板５が納められている。基板ホ
ルダ６ｂは通電加熱により高温に保つことができるよう
になっておシ、またアースとの間に電圧を印加し、基板
５を高電圧に保つようにしである。坩堝４け電子ビーム
照射等の加熱手段（図示せず）により加熱できるように
なっており、蒸着物質６を溶融蒸発させることができる
。坩堝４には蒸着物質の蒸気を吹き出すノズル７ｂが設
けられており、ノズル形状寸法と坩堝の内外の数桁の圧
力差によシ、ノズル７ｂから吹き出された蒸気は数十〜
数千個の原子のゆるい結合したクラスター８ｂとなり、
基板に飛んでいく。その途中で電子のシャワーをあびせ
ると、クラスターの一部がイオン化し、高電位に保たれ
た基板５に向って加速され高いエネルギで基板に付着す
る。従って、ノズル７ｂから吹き出されたままの大部分
のクラスターは１ｅＶ程度の低いエネルギーで付着堆積
し、イオン化されたクラスターは数ＫｅＶの加速エネル
ギがカあって基板に付着する。このようにして蒸着物質
３を加熱された基板５に付着させることによシ、膜質の
よい膜を制御性よく形成することができる。FIG. 2 is an example of a prior art cluster beam deposition technique. A crucible 4 containing a deposition substance 3 and a substrate 5 to be deposited are housed in a vacuum container 2 whose pressure can be reduced from an exhaust pipe 1 by a vacuum pump (not shown). The substrate holder 6b can be kept at a high temperature by heating with electricity, and a voltage is applied between it and ground to keep the substrate 5 at a high voltage. The crucible can be heated by heating means (not shown) such as electron beam irradiation, and the vapor deposition material 6 can be melted and evaporated. The crucible 4 is provided with a nozzle 7b that blows out the vapor of the vapor deposition material.Due to the shape and size of the nozzle and the several-digit pressure difference between the inside and outside of the crucible, the amount of vapor blown out from the nozzle 7b is several tens to
It becomes a loosely bonded cluster 8b of several thousand atoms,
It flies to the board. When a shower of electrons is applied during this process, some of the clusters are ionized, accelerated toward the substrate 5 kept at a high potential, and attached to the substrate with high energy. Therefore, most of the clusters blown out from the nozzle 7b adhere and deposit with energy as low as about 1 eV, and ionized clusters adhere to the substrate with acceleration energy of several KeV. By attaching the vapor deposition substance 3 to the heated substrate 5 in this manner, a film with good quality can be formed with good controllability.
この場合、第１図の例と同様、基板全面に一様に付着す
るため、特定の場所に蒸着させたいときは、先ず全面に
付着させ、次に光露光によるパタニング等を用い、不要
部分を選択的に除去し１所望の部分に蒸着物質を残す等
の複雑で長い工程が必要である。In this case, as in the example shown in Figure 1, the deposition is uniform over the entire surface of the substrate, so if you want to deposit it on a specific location, first deposit it over the entire surface, and then use patterning by light exposure to remove unnecessary parts. A complicated and long process such as selective removal and leaving the deposited material in a desired area is required.
第３図は、従来技術のクラスタビーム蒸着技術の他の一
実施例である。排気パイプ１から真空ポンプ（図示せず
）により減圧できるようにした真空容器２の中に、蒸着
物質６を入れた複数の坩堝４と基板５が納められている
。基板５を取付ける基板ホルダ６ｂは通電加熱により高
温に保つことができるようになっており、またアースと
の間に電圧を印加し、基板５を高電圧に保つようにしで
ある。複数の坩堝４は電子ビーム加熱等の手段にょシ加
熱し、蒸着物質６を溶融蒸発させることができる。坩堝
４には蒸着物質３の蒸気を吹き出すノズル７ｂが設けら
れており、ノズル形状寸法と坩堝の内外の数桁の圧力差
により、ノズル７ｂから吹き出す蒸気は数十〜数千個の
原子がゆるい結合をしたクラスター８ｂとなシ、基板の
同一部分に飛んでいく。その途中で電子シャワーをあび
せると、クラスターの一部がイオン化し、高電位に保た
れた基板５に向って加速され、高いエネルギで基板に付
着する。イオン化されなかったクラスターはそのまま１
ｅＶ前後の低いエネルギーで付着する。蒸着物質３を坩
堝４によって例えば、Ｇａ 、！：ＡＳのように変える
と、ＧａＡｓというように、化合物の膜を形成すること
ができ、また同じ物を入れておくと膜形成速度を坩堝が
１つの時より早くすることができる。FIG. 3 is another embodiment of the prior art cluster beam deposition technique. A plurality of crucibles 4 containing vapor deposition substances 6 and a substrate 5 are housed in a vacuum container 2 whose pressure can be reduced from an exhaust pipe 1 by a vacuum pump (not shown). The substrate holder 6b to which the substrate 5 is attached can be kept at a high temperature by heating with electricity, and a voltage is applied between it and the ground to maintain the substrate 5 at a high voltage. The plurality of crucibles 4 can be heated by means such as electron beam heating to melt and evaporate the vapor deposition material 6. The crucible 4 is provided with a nozzle 7b that blows out the vapor of the vapor deposition substance 3. Due to the shape and dimensions of the nozzle and the several-digit pressure difference between the inside and outside of the crucible, the vapor blown out from the nozzle 7b has tens to thousands of loose atoms. The connected clusters 8b and 2 fly to the same part of the board. When an electron shower is applied during this process, some of the clusters are ionized, accelerated toward the substrate 5 kept at a high potential, and attached to the substrate with high energy. Clusters that were not ionized remain as 1.
It attaches at low energy around eV. For example, Ga,! : If the crucible is changed to AS, a film of a compound such as GaAs can be formed, and if the same material is used, the film formation speed can be made faster than when there is only one crucible.
この場合も、第１図及び第２図と同様全面成膜であり、
選択的に所望の部分に成膜するには多くの追加工程が必
要である。In this case as well, the film is deposited on the entire surface as in FIGS. 1 and 2.
Many additional steps are required to selectively deposit the film on desired areas.
第４図は従来のクラスタイオンビーム蒸着技術の他の一
実施例である。排気パイプ１から真空ポンプ（図示せず
）によシ減圧できるようにした真空容器２の中に蒸着物
質３を入れた坩堝９と坩堝内で生じた蒸気を誘導し、吹
出させる多孔ノズル１０が設けられている。またこの多
孔ノズル１０に対向して通電加熱機能を有した基板ホル
ダ６があり、蒸着される基板５が取付けられている。FIG. 4 shows another embodiment of the conventional cluster ion beam deposition technique. A crucible 9 containing a vapor deposition material 3 in a vacuum container 2 whose pressure can be reduced from an exhaust pipe 1 by a vacuum pump (not shown), and a porous nozzle 10 for guiding and blowing out steam generated in the crucible. It is provided. Further, a substrate holder 6 having an electrical heating function is provided opposite to this porous nozzle 10, and a substrate 5 to be vapor deposited is attached thereto.
坩堝３は電子ビーム照射装置１１により加熱され、蒸着
物質ろは溶融蒸発する。そして、多孔ノズル１０の各ノ
ズルの形状寸法と坩堝内外の数桁の圧力差によ沙ノズル
１０から吹き出す蒸気は数十〜数千個の原子がゆるい結
合をしたクラスターとなり１ｅＶ前後の低いエネルギで
基板７に飛んでいき、付着する。この途中で電子ビーム
シャワーをクラスタに浴びせるとその一部がイオン化し
、高電位に保たれた電極１２によって加速され、数Ｋｅ
Ｖの高いエネルギで基板５に付着する。The crucible 3 is heated by an electron beam irradiation device 11, and the deposited material is melted and vaporized. Due to the shape and dimensions of each nozzle of the porous nozzle 10 and the pressure difference of several orders of magnitude between the inside and outside of the crucible, the steam blown out from the sand nozzle 10 becomes a cluster of tens to thousands of loosely bonded atoms with a low energy of around 1 eV. It flies to the substrate 7 and adheres to it. During this process, when an electron beam shower is applied to the cluster, a part of it is ionized, and is accelerated by the electrode 12 kept at a high potential, resulting in several Ke
It adheres to the substrate 5 with the high energy of V.
この場合、第１図乃至第６図と同様全面成膜であり、選
択的に所望の部分に成膜する１こは多くの追加工程が必
要である。In this case, as in FIGS. 1 to 6, the film is formed on the entire surface, and many additional steps are required to selectively form the film on a desired portion.
本発明の目的は上記のようなりラスタイオンビーム蒸着
技術の欠点をなくシ、所要の部分ζこ選択的に成膜する
集束クラスタタイプのイメーンビーム装置を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the raster ion beam evaporation technique as described above, and to provide a focused cluster type image beam device that selectively forms a film on a required portion ζ.
所要の部分に選択的にクラスタイオンビームをつける方
法として、イオン化したクラスタビームを静電レンズに
よシ集束し、または集束してこれを偏向させて所要部分
に導き付着させる。As a method of selectively attaching a cluster ion beam to a desired area, the ionized cluster beam is focused by an electrostatic lens, or the focused beam is deflected and guided to the desired area and attached thereto.
このようにすることによりビーム密度すなわち蒸着密度
は所要部分で高くなり、他の部分は低くナル。従ッて軽
くエツチングすることにより、所要部分のみに蒸着膜を
残すことができ、ノ＜タニングのだめの多くの工程を省
略することができる。By doing this, the beam density, that is, the evaporation density, is high in the required areas and low and null in other areas. Therefore, by lightly etching, the deposited film can be left only on the required portions, and many steps of tanning can be omitted.
第５図は本発明のクラスタイオンビーム装置の一実施例
を示す図である。真空容器（図示せず）の中に蒸着物質
３を入れた坩堝４と基板５が入っている。基板５を取付
ける基板ホルダ６ｂは通電加熱（ランプ加熱も可）によ
り高温に保つようになっており、ルツボと基板ホルダの
間に電圧を印加し基板例を高電圧に保てるようになって
いる。坩堝４は電子ビーム等の手段（図示せず）で加熱
し、蒸着物質３を溶融蒸発させる。坩堝４には蒸着物質
３の蒸気を吹き出すノズル７１）が設けられており、ノ
ズル形状寸法と坩堝の内外の数桁の圧力差により、ノズ
ル７ｂから吹き出す蒸気は数十〜数千個の原子がゆるい
結合をしたクラスター８ｂとなシ基板に飛んでいく。FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the cluster ion beam apparatus of the present invention. A crucible 4 containing a vapor deposition substance 3 and a substrate 5 are placed in a vacuum container (not shown). The substrate holder 6b to which the substrate 5 is attached is kept at a high temperature by electrical heating (lamp heating is also possible), and a voltage is applied between the crucible and the substrate holder to maintain the substrate at a high voltage. The crucible 4 is heated by means such as an electron beam (not shown) to melt and evaporate the vapor deposition material 3. The crucible 4 is provided with a nozzle 71) that blows out the vapor of the vapor deposition substance 3. Due to the shape and size of the nozzle and the several-digit pressure difference between the inside and outside of the crucible, the vapor blown out from the nozzle 7b contains tens to thousands of atoms. It flies to the loosely connected cluster 8b and Nashi board.
この途中で電子シャワーを浴びせるとクラスターの一部
がイオン化し、高電位に保たれた基板５に向って加速さ
れ、高いエネルギで基板に付着する。このとき基板表面
をたたいて清浄化するとともに、ゆるい結合が破れて基
板にそって蒸着物質ろの原子が移動し、安定な位置に停
止する。またイオン化しないクラスターはそのまま低い
エネルギで基板に付着し、ゆるい結合が破れて同様に基
板にそって原子が移動し安定な位置に停止する。このノ
ズル７ｂと基板５０間で、イオン化のあとの部分に静電
し／ズ１３を配置するとイオン化したクラスターはこの
静電レンズ１３により集束され、高エネルギの微小スポ
ットとなって基板に到着し、そこで同上と同様の過程で
最も安定な位置に停止する。この場合、基板５上の集束
された微小スポット部分と、そのままの拡散角で付着す
る中性のクラスタビームによる部分では得られる膜の厚
さが著しく異なる。During this process, if an electron shower is applied, a part of the cluster is ionized, accelerated toward the substrate 5 kept at a high potential, and attached to the substrate with high energy. At this time, the surface of the substrate is tapped to clean it, and the loose bonds are broken, causing the atoms of the evaporated substance to move along the substrate and stop at a stable position. In addition, clusters that do not ionize remain attached to the substrate with low energy, their loose bonds are broken, and the atoms similarly move along the substrate and stop at a stable position. When an electrostatic lens 13 is placed between the nozzle 7b and the substrate 50 in the area after ionization, the ionized clusters are focused by the electrostatic lens 13 and reach the substrate as a minute spot with high energy. Then, it stops at the most stable position using the same process as above. In this case, the thickness of the resulting film differs significantly between the focused microspot portion on the substrate 5 and the portion formed by the neutral cluster beam deposited at the same diffusion angle.
いま、１００ｍｍ＃でビームが基板に付着するとし、こ
れをイオン化した５％のクラスタビームを１朋φに絞っ
て付着した膜と比較すると成膜速度は約０．２チである
。従って、所要の場所に１００％付着した基板の他の部
分には０．２％の厚さで不要部分に蒸着物質３が付着す
る。よってこの０２％をエツチングすることにより、所
要部分のみに膜をつけた基板を得ることができ、複雑な
工程を要するリソグラフィーエツチング工程を不要にす
ることができる。Assuming that a beam of 100 mm # is attached to the substrate, the film formation rate is about 0.2 mm when compared with a film deposited by focusing a 5% cluster beam ionized to 1 mm diameter. Therefore, the vapor deposition material 3 is deposited 100% at the desired location, and the deposition material 3 is deposited at unnecessary portions with a thickness of 0.2% on other parts of the substrate. Therefore, by etching this 02%, it is possible to obtain a substrate with a film attached only to the required portions, and it is possible to eliminate the need for a lithography etching process that requires a complicated process.
また、偏向電極１４を一対用いるとイオン化したビーム
、を左右に走査することができ、固定の点だけでなく、
直線状に所望の箇定に成膜することができる。これを２
対用いると前後左右にビームを走査することができ所望
の形状に成膜することができる。偏向電極を用いる代り
に、基板ホルダをＸ、Ｙに移動しても同様のことができ
るが、実用上は偏向電極１４を用いるとはるかに取扱い
が容易で、走査速度も高くできる。In addition, by using a pair of deflection electrodes 14, the ionized beam can be scanned left and right, not only at a fixed point, but also at a fixed point.
The film can be formed linearly at desired locations. This 2
When used in pairs, the beam can be scanned forward, backward, left and right, and a film can be formed in a desired shape. Although the same effect can be achieved by moving the substrate holder in the X and Y directions instead of using the deflection electrode, in practice, the use of the deflection electrode 14 is much easier to handle and allows for a higher scanning speed.
偏向を高速ｌこ大きな角度で行うことにより、ビームを
外してしまｂ成膜を中断するブランキングを行うことも
でき、自由度が著しく向上する。By performing the deflection at high speed and at a large angle, it is also possible to perform blanking, which disengages the beam and interrupts film formation, which significantly improves the degree of freedom.
基板を高電位に保つと都合の悪い場合は、別に加速用電
極１５を設ければよい。以後のすべての実施例でも同様
である。If it is inconvenient to maintain the substrate at a high potential, a separate acceleration electrode 15 may be provided. The same applies to all subsequent examples.
第６図乃至第８図は本発明の装置に用いる静電レンズの
実施例を示したものである。第６図（ａ）は、円板の中
心に穴をあけたものでルツボ４ツノスルフｂを出たクラ
スタビームのうチ、イ茅ン化されたものは円孔レンズ１
６に印加された電圧ｖ１によシその周辺に構成された電
場分布１７によってまげられ、焦点面１８に集束される
。第６図（ｂ）杜、円孔の代りに円筒電極１９と円孔電
極２゜を組合せ電圧Ｖ、とｖ２を印加するようにした、
パイポテンシャルレンズの例である。第６図（Ｃ）は、
２つの円筒を同軸にならべ、＋Ｖ１と−Ｖ、に印加する
ようにした円筒加速レンズの場合の実施例である。6 to 8 show examples of electrostatic lenses used in the apparatus of the present invention. Figure 6(a) shows a hole in the center of the disk, which is the center of the cluster beam that exits the crucible 4-horn sulfur b.
6 is bent by the electric field distribution 17 constructed around it and focused on the focal plane 18. Fig. 6(b) In place of the circular hole, a cylindrical electrode 19 and a circular hole electrode 2° are combined to apply voltages V and v2.
This is an example of a pi potential lens. Figure 6 (C) is
This is an example of a cylindrical accelerating lens in which two cylinders are arranged coaxially and voltages +V1 and -V are applied.
また、第７図（ａ）は、円筒の代りに２つの円板を＋Ｖ
１と−■、に印加した円板加速レンズの実施例である。Also, in Figure 7(a), two disks are used instead of the cylinder at +V
This is an example of a disk accelerating lens in which voltages are applied to 1 and -■.
また第７図（Ｉ））は、幾何収差を最小にするような等
電位面になるように曲面を構成した、２枚パトラ−加速
レンズの実施例で、（Ｖ、と−■、に印加している。ま
た第７図（Ｃ）は円筒を３と用い−Ｖ１．→、Ｖ、 、
−Ｖ、の電圧を印加した円筒３枚アインツエルレンズ
型の実施例である。また第７図（ｄ）は３枚の円筒にＶ
、 、 Ｖ２． Ｖ、の三種類の電圧を印加するように
した円筒３枚非対称レンズの実施例である。Fig. 7 (I) shows an example of a two-piece Patler accelerating lens whose curved surface is configured to be an equipotential surface that minimizes geometric aberration. In addition, in Fig. 7 (C), the cylinder is used as 3 -V1.→, V, ,
This is an example of a three-cylindrical Einzel lens type to which a voltage of -V was applied. In addition, Fig. 7(d) shows that the three cylinders have a V
, , V2. This is an example of a three-cylindrical asymmetric lens to which three types of voltages, V and V, are applied.
また第８図（ａ）は、−Ｖ、 、 ＋Ｖ２．−Ｖｌ に
印加した３枚の円孔を組合せた円板３枚アインツエルレ
ンズの実施例である。また第８図（ｂ）はＶ、 、 Ｖ
２゜ｖ３に印加した６枚の円孔を組合せた円板３枚非対
称レンズの実施例である。また第８図（ｄ）は−■、。Moreover, FIG. 8(a) shows -V, , +V2. This is an example of a three-disk Einzel lens in which three circular holes are applied to -Vl. Also, Fig. 8(b) shows V, , V
This is an example of a 3-disc asymmetric lens in which 6 circular holes are combined with an applied voltage of 2°v3. Moreover, FIG. 8(d) is -■.
＋Ｖ、 、−Ｖｌに電圧印加した３枚対称パトラ−レン
ズの実施例である。This is an example of a three-piece symmetrical Patler lens with voltages applied to +V, -Vl.
以上のように種々の静電レンズを用いることができる。As described above, various electrostatic lenses can be used.
第９図は第５図によシ形成された付着膜の形状を示ＬＪ
：ものである。基板５の中央部には集束されたクラスタ
ビームによシ厚い膜２１が形成され、周辺の中性ビーム
のみがくる部分は薄い膜２２となっている。これを軽く
エツチングすると薄い膜部分と厚い膜の表面が除去され
、必要な中心部のみの膜２５が残されて目的の工程が°
完了する。Figure 9 shows the shape of the deposited film formed in Figure 5.
:It is something. A thick film 21 is formed in the center of the substrate 5 by the focused cluster beam, and a thin film 22 is formed in the peripheral part where only the neutral beam comes. When this is lightly etched, the thin film part and the surface of the thick film are removed, leaving only the necessary central part of the film 25, allowing the desired process to be completed.
Complete.
第１０図は本発明の他の一実施例である。蒸着物質６け
坩堝４に入れられ電子ビーム等の加熱手段（図示せず）
で加熱され、ノズル７ｂから真空容器（図示せず）の中
に断熱膨張で噴出され、クラスター８ｂとなり、電子シ
ャワーにより一部イオン化される。そして偏向電極２４
によりイオン化したクラスター２５はまげられて静電レ
ンズ１！Ｉの方向に導かれる。そして絞られて高電圧に
保たれた基板５の上に加速集束照射され成膜される。一
方イオン化されなかった中性クラスター２６はビームス
トッパー２７に達し、そこでブロックされる。このよう
にすると最初から必要ケ所のみ蒸着物質３を付着させる
ことができ、周辺の不要部をエツチングする手間が不要
となる。FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. Six evaporated substances are placed in a crucible 4 and heated by an electron beam or other heating means (not shown).
The clusters 8b are heated and ejected from the nozzle 7b into a vacuum container (not shown) by adiabatic expansion, and are partially ionized by an electron shower. and deflection electrode 24
The ionized cluster 25 is bent and becomes the electrostatic lens 1! Guided in the direction of I. Then, accelerated and focused irradiation is performed on the substrate 5, which is focused and kept at a high voltage, to form a film. On the other hand, the neutral clusters 26 that have not been ionized reach the beam stopper 27 and are blocked there. In this way, the vapor deposition substance 3 can be deposited only on the necessary places from the beginning, and the effort of etching unnecessary parts around the film is not required.
第１１図は第５図の応用例で、クラスタビーム源を複数
個設けたものである。ビーム源２８と２９の材料を同じ
ものにすると成膜速度を上げることができる。また異な
る物質（例えばＧａとＡｓ）とすると化合物や合金膜を
マイクロに形成することができる〇
第１２図は本発明の他の一実施例である。坩堝（図示せ
ず）より生じた蒸着物質の蒸気５０は導管３１を通って
複数個の一列に設けられたノズル３２４こ導かれ、断熱
膨張状態で真空中に噴出され、クラスターとなる。そし
て各ノズルごとに設けられた電子ビーム照射部分６３に
よシ、一部はイオン化される。そしてやはシ各ノズルご
とに設けられた静電レンズ１３によりイオン化クラスタ
は集束され、紙面に直角方向に移動中の基板５の上に照
射され必要部分に蒸着される。蒸着位置は偏向電極１４
の印加電圧、極性の制御により、任意に選べる。このよ
うにするととにより、移動中の基板に連続的に選択的に
極部成膜をすることができる。またイオン化クラスタの
加速はレンズ１５の一■、の高電圧を利用している。FIG. 11 is an application example of FIG. 5, in which a plurality of cluster beam sources are provided. By using the same material for the beam sources 28 and 29, the film formation rate can be increased. Moreover, if different substances (for example, Ga and As) are used, a compound or alloy film can be formed in a microscopic manner. FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. Vapor 50 of the deposition material generated from a crucible (not shown) is guided through a conduit 31 to a plurality of nozzles 324 provided in a row, and is ejected into a vacuum in an adiabatic expanded state to form a cluster. A portion of the electron beam is ionized by the electron beam irradiation portion 63 provided for each nozzle. The ionized clusters are then focused by an electrostatic lens 13 provided for each nozzle, and are irradiated onto the substrate 5, which is moving in a direction perpendicular to the plane of the paper, to be deposited on the required portions. The vapor deposition position is the deflection electrode 14
can be selected arbitrarily by controlling the applied voltage and polarity. By doing so, it is possible to continuously and selectively form a film on the extreme parts of the moving substrate. Further, the high voltage of the lens 15 is used to accelerate the ionized cluster.
第１６図は上記第１２図の実施例によって得られた基板
５の上の蒸着膜２１の断面で、軽くエツチングすること
により、下図の如く必要な部分のみに必要な厚さの膜２
３を残すことができる。FIG. 16 shows a cross section of the vapor deposited film 21 on the substrate 5 obtained in the embodiment shown in FIG.
You can leave 3.
第１４図は本発明のマルチノズルビームソースにおける
実施例である。ルツボ（図示せず）から発生した蒸着物
質の蒸気３０は導管３１を導かれて複数のノズル３２よ
シ断熱膨張状態で高真空中に吹出し、クラスタビームに
なす、電子ビーム照射部３５で一部がイオン化さ第１、
静電柱状レンズ６６により一方向のみが集束され、基板
５に付着する。基板５はノズルの並んでいる方向に移動
するため、基板を高速で送っても十分必要な膜厚がえら
れる。仁のように軸対称の円形レンズでなく、柱状のレ
ンズを用いることＩこより狭い巾の基板をマルチノズル
方式で高速に成Ｈｆることかできる。イオン化クラスタ
の加速ｊｃ／／′ｉ柱状静電レンズの一方の一■、の高
電圧を利用している。FIG. 14 shows an embodiment of a multi-nozzle beam source according to the present invention. Vapor 30 of the vapor deposited material generated from a crucible (not shown) is guided through a conduit 31 and blown out into a high vacuum in an adiabatic expanded state through a plurality of nozzles 32, where it is formed into a cluster beam, and a portion is sent to an electron beam irradiation section 35. is ionized first,
The electrostatic columnar lens 66 focuses the light in only one direction and attaches it to the substrate 5. Since the substrate 5 moves in the direction in which the nozzles are lined up, a sufficient film thickness can be obtained even if the substrate is fed at high speed. By using a columnar lens instead of an axially symmetrical circular lens like a lens, a substrate with a narrower width can be grown at high speed using a multi-nozzle method. The high voltage of one side of the columnar electrostatic lens is used to accelerate the ionized cluster.
第１５図は本発明の他の一実施例である。蒸着物質３を
入れた坩堝４は電子ビーム等の加熱手段（図示せず）で
加熱されて高温になり蒸着物質５の蒸気がノズル７６よ
＃）断熱膨張の状態で吹き出しクラスタを形成する。ぞ
して電子ビーム照射部４０で一部がイオン化され、＃電
しンズ１３でイオン化したり２スタのみが曲げられて集
束する。そこにピンホール４１を有する空間フィルター
４２を設けて、おくと中性化したクラスタの大部分は空
間フィルター４２で遮ぎられ、ピンホール４１を通過す
るのは大部分がイオン化クラスタビームである。このよ
うにして通過したビームを基板５に付着させることによ
り、加速エネルギを有するクラスタのみによる成膜が可
能となり、非常に高品質で緻密な膜が得られるようにな
った。ここで静電レンズ１３の第１電極−■、と第３電
極−■１および空間フィルター４２は負の高圧に保ち、
加速用電極として作用している。FIG. 15 shows another embodiment of the present invention. The crucible 4 containing the vapor deposition material 3 is heated to a high temperature by a heating means (not shown) such as an electron beam, and the vapor of the vapor deposition material 5 enters the nozzle 76 and forms a blowout cluster in a state of adiabatic expansion. Then, a part of the electron beam is ionized by the electron beam irradiation unit 40, ionized by the #electronic lens 13, and only two stars are bent and focused. A spatial filter 42 having a pinhole 41 is provided there, and most of the neutralized clusters are blocked by the spatial filter 42, and most of what passes through the pinhole 41 is the ionized cluster beam. By attaching the beam that has passed in this manner to the substrate 5, it becomes possible to form a film using only clusters having acceleration energy, and a very high quality and dense film can be obtained. Here, the first electrode -■ and the third electrode -■1 of the electrostatic lens 13 and the spatial filter 42 are maintained at a negative high voltage.
It acts as an acceleration electrode.
第１６図は空間フィルター４２のあとに第２段の集束レ
イズ４６を設けた本発明の実施例である。FIG. 16 shows an embodiment of the invention in which a second stage focusing laser 46 is provided after the spatial filter 42.
このようにすることにより、基板５上の所要部分に選択
的にイオン化クラスタのみを用いた高品質の膜を形成す
ることができる。By doing so, a high-quality film using only ionized clusters can be selectively formed on the required portions of the substrate 5.
第１７図は本発明の他の実施例である。空間フィルター
４２の直後にフィルム状の基板４４を配して連続的に巻
き取ることにより従来得られなかった高品質の膜をイオ
ン化クラスタのみを用いることによシ得られるようにな
った。FIG. 17 shows another embodiment of the present invention. By disposing a film-like substrate 44 immediately after the spatial filter 42 and continuously winding it up, it has become possible to obtain a high-quality film, which was previously unobtainable, by using only ionized clusters.
更に本発明の実施例として第１８図に示すことが考えら
れる。４５は出入り可能ｉこ形成されたシャッタ、４６
は電子シャワーである。４７はスクリーンで拡縮できる
ように構成されている。４８は坩堝４を加熱段を示す。Further, as an embodiment of the present invention, the arrangement shown in FIG. 18 can be considered. 45 is a shutter formed to allow entry and exit; 46
is an electronic shower. 47 is configured so that it can be enlarged or reduced using a screen. 48 indicates a heating stage for the crucible 4.
以上説明したように、本発明によればイオン化したクラ
スタビームを静電レンズにより集束させることにより成
膜位置のマイクロ化、選択化が可能となりイオン化クラ
スタの割合増化による膜質向上がはかれるようζこなっ
た。また、空間フィルタで中性クラスタの大部分を除く
ことにより一段と膜質が向上し、ビームの制御性が上り
、周辺のエツチングｌこよる除去という後工程も不要と
なった。As explained above, according to the present invention, by focusing the ionized cluster beam with an electrostatic lens, it is possible to make the film formation position microscopic and selective, and to improve the film quality by increasing the proportion of ionized clusters. became. Furthermore, by removing most of the neutral clusters with a spatial filter, the film quality was further improved, the beam controllability was improved, and the post-process of removing the surrounding area by etching became unnecessary.
第１図乃至第４図は従来技術の説明図、第５図は本発明
の一実施例を示す構成図、第６図乃至第８図は本発明に
用いた静電レンズの各実施例を示す図、第９図は第５図
１こ示す装置により形成された付着膜の形状を説明する
ための図、第１０図は本発明の他の一実施例を示した図
、第１１図は第５図の応用例を示した図、第１２図は更
に本発明の他の一実施例を示した図、第１３図は第１２
図の示す実施例によって得られた基板上蒸着膜の断面を
示す図、第１４図は本発明のマルチノズルビームンース
における実施例を示した図、第１５図は更に本発明の他
の一実施例を示した図、第１６図、第１７図、及び第１
８図は各々更に本発明の他の一実施例を示した図である
。
４・坩堝、 ５・・・基板、
６ｂ 基板ホルダ、 ７ｂ ノズル、
８ｂ・・・クラスター、１３・・・静電レンズ、１４
偏向電極、１５・・・加速用電極。
第 Ｉ 図 ２
簡 ２ 図
第３図
第 ５図
第６図
（ｂ）
拓 ７１１Ｄ
第１２え
閉 ／３ 月
（Ｏ−）
第ｔｓ ｒ２Ｎ
第７６０
第１’７ Ｉ２８
磐Figures 1 to 4 are explanatory diagrams of the prior art, Figure 5 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and Figures 6 to 8 are illustrations of each embodiment of the electrostatic lens used in the present invention. FIG. 9 is a diagram for explaining the shape of the deposited film formed by the apparatus shown in FIG. 5, FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing an application example, FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a cross section of a film deposited on a substrate obtained by the embodiment shown in the figure, FIG. Figures showing examples, Figures 16, 17, and 1
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the present invention. 4. Crucible, 5... Substrate, 6b Substrate holder, 7b Nozzle, 8b... Cluster, 13... Electrostatic lens, 14
Deflection electrode, 15... acceleration electrode. Fig. I 2 Simplified 2 Fig. 3 Fig. 5 Fig. 6 (b) Taku 711D 12th E close / March (O-) No. ts r2N No. 760 No. 1'7 I28 Iwa
Claims (1)
オン引出し電極および薄膜を被着すべき基板を配置し、
前記炉と前記引出電極との間には前者が正、後者が負と
なるように加速電圧が印加され、前記物質蒸気発生炉内
の蒸着物質は加熱により蒸気化され、その蒸気圧と前記
高真空領域との間に圧力差を保持すると共に前記炉に設
けられた小孔より前記蒸気を高真空中に噴射して断熱膨
張による過冷却状態によって発生した塊状原子集団（ク
ラスター）に対し、前記電子放射源より電子ビームを照
射してクラスターを部分的にイオン化し、これを加速し
て前記基板に薄膜を付着させる装置であって、クラスタ
ーをイオン化する部分と基板との間にイオンの軌道を変
える静電光学系を配置し、クラスターイオンを集束させ
て薄膜を基板に付着させることを特徴とするイオンビー
ム装置。 ２、 偏向電極により中性クラスタからイオン化クラス
ターを分離し、これを集束させて基板１こ付着させるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオンビー
ム装置。 ６ 集束させたクラスタイオンの集束部分に開口を有す
る空間フィルターを設け、集束したクラスタイオンを選
択的に取り出してこれを基板に付着させることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム装置。[Claims] 1. A material vapor generating furnace, an electron radiation source, an ion extraction electrode, and a substrate to which a thin film is to be deposited are arranged in a high vacuum region,
An accelerating voltage is applied between the furnace and the extraction electrode so that the former is positive and the latter is negative, and the vapor deposited material in the material vapor generating furnace is vaporized by heating, and its vapor pressure and the high While maintaining a pressure difference with the vacuum region, the steam is injected into a high vacuum from a small hole provided in the furnace to react to the lumpy atomic groups (clusters) generated by a supercooled state due to adiabatic expansion. This is a device that irradiates an electron beam from an electron radiation source to partially ionize clusters and accelerates the electron beam to deposit a thin film on the substrate. An ion beam device that is equipped with a variable electrostatic optical system to focus cluster ions and attach a thin film to a substrate. 2. The ion beam apparatus according to claim 1, wherein ionized clusters are separated from neutral clusters by a deflection electrode, and the ionized clusters are focused and attached to a substrate. 6. The ion beam according to claim 1, characterized in that a spatial filter having an aperture is provided in the focusing portion of the focused cluster ions, and the focused cluster ions are selectively taken out and attached to the substrate. Device.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58207433A JPH0817154B2 (en) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | Ion beam equipment |
| KR1019840006920A KR890002747B1 (en) | 1983-11-07 | 1984-11-05 | Method and apparatus for forming film by ion beam |
| DE8484113348T DE3485563D1 (en) | 1983-11-07 | 1984-11-06 | DEVICE FOR PRODUCING A FILM BY MEANS OF ION RAY. |
| EP84113348A EP0141417B1 (en) | 1983-11-07 | 1984-11-06 | Apparatus for forming film by ion beam |
| US06/668,843 US4687939A (en) | 1983-11-07 | 1984-11-06 | Method and apparatus for forming film by ion beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58207433A JPH0817154B2 (en) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | Ion beam equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60100421A true JPS60100421A (en) | 1985-06-04 |
| JPH0817154B2 JPH0817154B2 (en) | 1996-02-21 |
Family
ID=16539680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58207433A Expired - Lifetime JPH0817154B2 (en) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | Ion beam equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817154B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61210175A (en) * | 1985-03-13 | 1986-09-18 | Canon Inc | Electron beam assisted film forming device |
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1983
- 1983-11-07 JP JP58207433A patent/JPH0817154B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0817154B2 (en) | 1996-02-21 |
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