JPS60125367A - Vapor deposition device for thin film - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To simplify construction, to economize ionizing energy as well as to prevent the temp. rise of a substrate for vapor deposition by substituting the ionizing means in a cluster ion beam vapor deposition device with a beta ray generating source consisting of a radioactive element. CONSTITUTION:A substrate 18 for vapor deposition is disposed in a vacuum vessel 1 and a crucible 4 contg. a material 5 to be deposited by evaporation such as Au or the like is placed in the position where the crucible faces the substrate. The inside of the vessel 1 is evacuated to a vacuum and the thermion from a filament 6 for bombardment is radiated to the crucible 4 to heat and melt the Au therein to form the vapor of Au which is ejected from an upper outlet 4a. The beta ray 31 from a beta ray generating source 30 contg. a radioactive element is radiated to the Au vapor to ionize the Au vapor clusters. The ionized Au clusters 16 are accelerated by an accelerating electrode 14 to a cluster beam 17 which is brought into collision against the substrate 18 thus depositing the Au film on the surface thereof by evaporation. Since electric power is not used for the ionization of the Au clusters, Au is deposited by evaporation with less electric power.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、薄膜蒸着装置に関し、特にクラスタイオンビ
ーム蒸着法によりＩＩＥＩｔｌを蒸着形成する場合のク
ラスタのイオン化の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a thin film deposition apparatus, and more particularly to improvement of cluster ionization when IIEItl is deposited by cluster ion beam deposition.

〔従来技術〕[Prior art]

一般に、クラスタイオンビーム蒸着法による薄膜蒸着方
法は、真空槽内において、基板に蒸着すべき物質の蒸気
を噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラス
タ（塊状原子集団）を生成し、該クラスタに電子のシャ
ワーを浴びせて該り　。In general, a thin film deposition method using cluster ion beam deposition involves ejecting the vapor of a substance to be deposited onto a substrate in a vacuum chamber to generate clusters (massive atomic groups) in which many atoms in the vapor are loosely bonded. , shower the cluster with electrons.

ラスタをそのうちの１個の原子がイオン化されたクラス
タ・イオンにし、該クラスタ・イオンを加速して基板に
衝突せしめ、これにより基板に薄膜を蒸着形成する方法
である。In this method, a raster is converted into a cluster ion in which one atom is ionized, and the cluster ion is accelerated to collide with a substrate, thereby depositing a thin film on the substrate.

このような薄膜蒸着方法を実施する装置として、従来、
−第１図及び第２図に示すものがあった。第１図は従来
の薄膜蒸着装置を模式的に示す概略構成図、第２図はそ
の主要部の一部を切り欠いて内部を示す斜視図である０
図において、１は所定の真空度に保持された真空槽、２
は該真空槽１内の排気を行なうための排気通路で、これ
は図示しない真空排気装置に接続されている。３は該排
気通路２を開閉する真空用パルプである。Conventionally, as an apparatus for carrying out such a thin film deposition method,
- There was one shown in Figures 1 and 2. Fig. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a conventional thin film deposition apparatus, and Fig. 2 is a perspective view showing the inside with a part of the main part cut away.
In the figure, 1 is a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum; 2
is an exhaust passage for evacuating the inside of the vacuum chamber 1, which is connected to a vacuum evacuation device (not shown). 3 is a vacuum pulp that opens and closes the exhaust passage 2.

４は直径ｈ１〜２ＩＩ１ｍのノズル４ａが設けられた密
閉形るつぼで、これには基板に蒸着されるべき蒸発物質
、例えば金（Ａｕ）５が収容される。６は上記るつぼ４
に熱電子を照射し、これの加熱を行なうボンバード用フ
ィラメント、７は該フィラメント６からの輻射熱を遮断
する熱シールド扱であり、上記るつぼ４．ボンバード用
フィラメント６及び熱シールド板７により、基板に蒸着
すべき物質の蒸気を上記真空槽ｌ内に噴出してクラスタ
を生成せしめる蒸気発生源８が形成されている。Reference numeral 4 denotes a closed crucible provided with a nozzle 4a having a diameter of h1 to 2II1m, in which an evaporated substance to be deposited on the substrate, such as gold (Au) 5, is accommodated. 6 is the above crucible 4
The bombarding filament 7, which heats the filament by irradiating it with thermoelectrons, is treated as a heat shield to block the radiant heat from the filament 6, and is attached to the crucible 4. The bombardment filament 6 and the heat shield plate 7 form a steam generation source 8 that spouts vapor of a substance to be deposited onto the substrate into the vacuum chamber 1 to generate clusters.

なお、１９は上記熱シールド板７を支持する絶縁支持部
材、２０は上記るつぼ４を支持する支持台である。Note that 19 is an insulating support member that supports the heat shield plate 7, and 20 is a support stand that supports the crucible 4.

９は２０００℃以上に熱せられてイオン化用の熱電子１
３を放出するイオン化フィラメント、１０は該イオン化
フィラメント９から放出された熱電子１３を加速する電
子引き出し電極、１１はイオン化フィラメント９からの
輻射熱を遮断する熱シどルド板であり、上記イオン化フ
ィラメント９．電子引き出し電極１０及び熱シールドＭ
ｉ、ｌｌにより、上記蒸気発生源８からのクラスタをイ
オン化するためのイオン化手段１２が形成されている。9 is heated to 2000℃ or more to generate thermionic electrons 1 for ionization.
10 is an electron extraction electrode that accelerates the thermoelectrons 13 emitted from the ionized filament 9; 11 is a heat shield plate that blocks radiant heat from the ionized filament 9; ．． Electron extraction electrode 10 and heat shield M
i and ll form an ionization means 12 for ionizing the clusters from the steam generation source 8.

なお、２３は熱シールド板１１を支持する絶縁支持部材
である。Note that 23 is an insulating support member that supports the heat shield plate 11.

１４は上記イオン化されたクラスタ・イオン１６を加速
してこれをイオン化されていない中性クラスタ１５とと
もに基板１８に衝突させて薄膜を蒸着させる加速電極で
あり、これは電子引き出し電極１０との間に最大１０ｋ
Ｖまでの電位を印加できる。なお、２４は加速電極１４
を支持する絶縁支持部材、２２は基板１８を支持する基
板ホルダ、２１は該基板ホルダ２２を支持する絶縁支持
部材、１７はクラスタ・イオン１６と中性クラスタ１５
とからなるクラスタビームである。Reference numeral 14 denotes an acceleration electrode that accelerates the ionized cluster ions 16 and causes them to collide with the substrate 18 together with the unionized neutral clusters 15 to deposit a thin film. Max 10k
Potentials up to V can be applied. In addition, 24 is an accelerating electrode 14
22 is a substrate holder that supports the substrate 18; 21 is an insulating support member that supports the substrate holder 22; 17 is the cluster ion 16 and the neutral cluster 15;
It is a cluster beam consisting of.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

基板１８に金薄膜を蒸着形成する場合について説明する
と、まず金５をるつぼ４内に充填し、上記真空排気装置
により真空槽ｌ内の空気を排気して該真空槽１内を１０
　Ｔｏｒｒ程度の真空度にする。To explain the case of depositing a gold thin film on the substrate 18, first, gold 5 is filled in the crucible 4, and the air in the vacuum chamber 1 is evacuated by the vacuum evacuation device, and the inside of the vacuum chamber 1 is
Make the vacuum level about Torr.

次いで、ボンバード用フィラメント６に通電して発熱せ
しめ、該ボンバード用フィラメント６からの輻射熱によ
り、または該フィラメント６から放出される熱電子をる
つぼ４に衝突させること、即ち電子衝撃によって、該る
つぼ４内の金５を加熱し蒸発せしめる。そして該るつぼ
４内が金５の蒸気圧が０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度になる
温度（１５００〜１８００℃）に昇温すると、ノズル４
ａから噴出した金属蒸気は、るつぼ４と真空槽１との圧
力差により断熱膨張してクラスタと呼ばれる、多数の原
子が緩く結合した塊状原子集団となる。Next, the bombardment filament 6 is energized to generate heat, and the inside of the crucible 4 is heated by radiant heat from the bombardment filament 6 or by colliding thermoelectrons emitted from the filament 6 with the crucible 4, that is, by electron impact. Heat the gold 5 and evaporate it. When the temperature inside the crucible 4 is raised to a temperature (1500 to 1800°C) at which the vapor pressure of the gold 5 is about 0.1 to 10 Torr, the nozzle 4
The metal vapor ejected from a is adiabatically expanded due to the pressure difference between the crucible 4 and the vacuum chamber 1, and becomes a massive atomic group called a cluster, in which many atoms are loosely bonded.

このクラスタ状のクラスタビーム１７は、イオン化フィ
ラメント９から電子引き出し電極１０によって引き出さ
れた熱電子１３と衝突するため、その一部のクラスタは
そのうちの１個の原子がイオン化されてクラスタ・イオ
ン１６となる。このクラスタ・イオン１６は加速電極１
４と電子引き出し電極１０との間に形成された電界によ
り適度に加速され、イオン化されていない中性クラスタ
１５がるつは４から噴射されるときの運動エネルギーで
もって基板１８に衝突するのと共に、基板１８に衝突し
、これにより該基板１８上に金薄膜が蒸着形成される。This cluster-like cluster beam 17 collides with thermionic electrons 13 extracted from the ionized filament 9 by the electron extraction electrode 10, so that one atom of some of the clusters is ionized and becomes a cluster ion 16. Become. This cluster ion 16 is
The non-ionized neutral clusters 15 are moderately accelerated by the electric field formed between the electron extracting electrode 10 and the electron extracting electrode 10, and collide with the substrate 18 with the kinetic energy of the non-ionized neutral clusters 15 ejected from the electron extraction electrode 10. , impinges on the substrate 18, thereby depositing a gold film on the substrate 18.

ところがこの従来の薄膜蒸着装置では、金属蒸気のクラ
スタをイオン化する場合、イオン化フィラメント９に通
電してこれから熱電子を放出させ、これによりクラスタ
のイオン化を行なっていたため非常に大きな投入電力が
必要であった。例えば上記従来装置の場合、イオン化フ
ィラメント９には２０Ａ、１５Ｖの電力が投入され、該
フィラメント９が２０００℃程度に昇温するようになっ
ている。また、イオン化フィラメント９から放出される
熱電子１３を電子引き出し電極ｌＯで加速するために投
入される電力は、２００ｍＡ、３００Ｖ程度必要となる
。However, in this conventional thin film deposition apparatus, when ionizing clusters of metal vapor, the ionizing filament 9 is energized to emit thermoelectrons, which ionizes the clusters, which requires a very large input power. Ta. For example, in the case of the conventional device described above, a power of 20 A and 15 V is applied to the ionizing filament 9, and the temperature of the filament 9 is raised to about 2000°C. Further, the power input to accelerate the thermoelectrons 13 emitted from the ionized filament 9 by the electron extraction electrode 10 is required to be about 200 mA and 300 V.

このように従来の装置では、イオン化に非常に大きな電
力が必要であるという欠点があった。またこの際イオン
化フィラメント９等が高温になるため、その輻射熱によ
り基板の温度が上昇し、基板として高分子シート等耐熱
性の低いものは使用できなかったり、基板にアルミ層を
形成し、さらに該アルミ層上に他の金属膜を蒸着形成す
るような場合には、該アルミ層が熔けてしまったりする
という問題があった。As described above, the conventional apparatus has the disadvantage that a very large amount of power is required for ionization. In addition, at this time, the ionized filament 9 etc. become high temperature, and the temperature of the substrate increases due to the radiant heat, making it impossible to use a substrate with low heat resistance such as a polymer sheet, or forming an aluminum layer on the substrate and When another metal film is formed on the aluminum layer by vapor deposition, there is a problem that the aluminum layer may melt.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、蒸気発生源からのクラスタにβ線
を照射して該クラスタをイオン化させることにより、構
造が簡単で、イオン化のためのエネルギーを大きく低減
でき、かつ基板の温度上昇を防止できる薄Ｉ！Ｉ！蒸着
装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in order to eliminate the drawbacks of the conventional methods as described above, and has a simple structure and ionization by ionizing the clusters by irradiating them with beta rays from a steam generation source. Thin I! that can greatly reduce the energy required for heating and prevent the temperature of the substrate from rising! I! The purpose is to provide a vapor deposition apparatus.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第３図は本発明の一実施例による薄膜蒸着装置を模式的
に示す概略構成図である。図において第１図と同一符号
は同−又は相当部分を示し、３゜はβ線発生源であり、
該β線発生源３ｏ内には放射性元素が収容されている。FIG. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same symbols as in Figure 1 indicate the same or equivalent parts, 3° is the β-ray generation source,
A radioactive element is contained within the β-ray generation source 3o.

該β線発生源３０は上記放射性元素が放出する電子線で
あるβ線３１を上記蒸気発生源８からのクラスタに照射
し、これにより該クラスタをイオン化するためのもので
ある。The β-ray generation source 30 is for irradiating the clusters from the steam generation source 8 with β-rays 31, which are electron beams emitted by the radioactive elements, thereby ionizing the clusters.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

本実施例装置において、基板１８の表面に例えば金薄膜
を蒸着形成するには、先ず、従来の装置における場合と
同様に、基板１８を基板ホルダ２２により支持し、金５
をるつぼ４内に収容し、真空槽１内を真空排気装置によ
り１０＝Ｔｏｒｒ程度の真空度に排気し、次いで、ボン
バード用フィラメント６によりるつぼ４内の金５をその
蒸気圧が０．１〜１ＯＴｏｒｒ程度になる温度（１５０
０〜１８００℃）に昇温する。In the apparatus of this embodiment, in order to deposit, for example, a thin gold film on the surface of the substrate 18, first, the substrate 18 is supported by the substrate holder 22, as in the case of the conventional apparatus, and then the gold film is deposited on the surface of the substrate 18.
The gold 5 in the crucible 4 is placed in the crucible 4, and the vacuum chamber 1 is evacuated to a degree of vacuum of about 10 Torr using a vacuum evacuation device.Then, the bombardment filament 6 is used to remove the gold 5 in the crucible 4 until its vapor pressure is 0.1~ The temperature reaches about 1 OTorr (150
0 to 1800°C).

すると、ノズル４ａから噴出した金属蒸気はクラスタと
呼ばれる塊状原子集団となる訳であるが、本実施例装置
では、上記クラスタにβ線発生源３０からβ線３１が照
射され、これにより蒸気発生源８からの一部のクラスタ
は、該クラスタを構成するうちの１個の原子がイオン化
されてクラスタ・イオン１６となる。Then, the metal vapor ejected from the nozzle 4a becomes a lumpy atomic group called a cluster, but in the device of this embodiment, the cluster is irradiated with β-rays 31 from the β-ray source 30, thereby Some of the clusters from 8 become cluster ions 16 by ionizing one atom of the cluster.

このクラスタ・イオン１６は、加速電極１４とるつぼ４
回りのボンバード用フィラメント６との間に形成された
電界によって適度に加速され、イオン化されていない中
性クラスタ１５と共に基板１８に衝突し、これにより基
板１８上に金薄膜が蒸着形成される。This cluster ion 16 is transferred between the accelerating electrode 14 and the crucible 4.
It is moderately accelerated by the electric field formed between it and the surrounding bombardment filament 6, and collides with the substrate 18 together with the non-ionized neutral clusters 15, thereby depositing a gold thin film on the substrate 18.

このように本実施例装置では、従来の構造の複雑なイオ
ン化手段に代えて構造の簡単なβ線発生源３０を設けた
ので、全体として構造を非常に簡単にでき、また従来の
イオン化手段における熱電子放出のためのエネルギーは
不要となりエネルギーを低減でき、しかもこの際従来の
ようなイオン化手段からの輻射熱により基板が温度上昇
してしまうということもなく、そのため薄膜形成に不都
合を生じることもない。In this way, in this embodiment, the β-ray generation source 30 with a simple structure is provided in place of the conventional ionization means with a complicated structure, so the structure as a whole can be made very simple, and the structure can be simplified compared to the conventional ionization means. Energy for thermionic emission is not required, and the energy can be reduced, and in this case, the temperature of the substrate does not rise due to radiant heat from the ionization means as in conventional methods, and therefore there is no problem in thin film formation. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明による薄膜蒸着装置によれば、蒸
気発生源からのクラスタにβ線を照射して該クラスタを
イオン化するようにしたので、装置の構造を簡単にする
ことができ、クラスタのイオン化に必要な電力を低減で
きると共に基板の温度上昇を防止できる効果がある。As described above, according to the thin film deposition apparatus according to the present invention, the clusters from the steam generation source are irradiated with β rays to ionize the clusters. Therefore, the structure of the apparatus can be simplified, and the clusters are This has the effect of reducing the power required for ionization of the substrate and preventing the temperature of the substrate from rising.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の薄膜蒸着装置の概略構成図、第２図はそ
の真空槽内を示す斜視図、第３図は本発−明の一実施例
による薄膜蒸着装置の概略構成図である。 １・・・真空槽、５・・・蒸着すべき物質（金）、８・
・・蒸気発生源、１４・・・加速電極、１５・・・中性
クラスタ、１６・・・クラスタ・イオン、１８・・・基
板、３０・・・β線発生源、３１・・・β線。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄 第１図 第２図 第１頁の続きFIG. 1 is a schematic diagram of a conventional thin film deposition apparatus, FIG. 2 is a perspective view showing the inside of the vacuum chamber, and FIG. 3 is a schematic diagram of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. 1... Vacuum chamber, 5... Substance to be deposited (gold), 8.
... Steam generation source, 14 ... Accelerating electrode, 15 ... Neutral cluster, 16 ... Cluster ion, 18 ... Substrate, 30 ... Beta ray generation source, 31 ... Beta ray . Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa Continuation of Figure 1, Figure 2, Page 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ＋１）　所定の真空度に保持された真空槽と、該真空槽
内に設けられ基板に蒸着すべき物質の蒸気を上記真空槽
内に噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したクラ
スタを発生する蒸気発生源と、該蒸気発生源からのクラ
スタにβ線を照射して該クラスタをイオン化させるβ線
発生源と、上記イオン化されたクラスタ・イオンを加速
しこれをイオン化されていない中性クラスタとともに基
板にｆｆｉ突させて薄膜を蒸着させる加速電極とを備え
たことを特徴とする薄膜蒸着装置。+1) A vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum, and a cluster in which a large number of atoms in the vapor are loosely bonded by ejecting vapor of a substance provided in the vacuum chamber and to be deposited onto a substrate into the vacuum chamber. a β-ray generation source that irradiates the clusters from the steam generation source with β-rays to ionize the clusters; What is claimed is: 1. A thin film deposition apparatus comprising: an accelerating electrode that deposits a thin film by colliding with a substrate together with a sexual cluster.