JPS62218560A - Film forming device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、蒸発源の蒸発物質からの蒸気流が拡散しない
ようにし、良質の薄膜を形成する成膜装置に関し一１磁
界を利用するようにしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a film forming apparatus that prevents the vapor flow from the evaporated substance of the evaporation source from diffusing and forms a thin film of good quality. This is what I did.
近年、真空蒸着法やイオンブレーティング法といった真
空状態で薄膜を形成する成膜法が種々の分野で利用され
ている。In recent years, film forming methods for forming thin films in a vacuum state, such as vacuum evaporation methods and ion blating methods, have been used in various fields.
このような成膜法のひとつであるイオンブレーティング
を行なう装置は、例えば第３図に示すように、真空槽１
を具えている。この真空槽１内には、基板ホルダ２に保
持された蒸ＩＩ板３が具備され、蒸着基板３に対峙する
蒸発源４が装着されている。蒸発源４には蒸発物質５が
充填されており、蒸発物質５にフィラメント６から射出
する電子ビーム７の照射によって蒸発物質５は溶融され
て蒸気流が生成せしめられるようになっている。An apparatus for performing ion blating, which is one of such film-forming methods, uses a vacuum chamber 1 as shown in FIG. 3, for example.
It is equipped with This vacuum chamber 1 is equipped with an evaporation II plate 3 held by a substrate holder 2, and an evaporation source 4 facing the evaporation substrate 3 is mounted. The evaporation source 4 is filled with an evaporation substance 5, and the evaporation substance 5 is irradiated with an electron beam 7 emitted from a filament 6 to melt the evaporation substance 5 and generate a vapor flow.
一方、蒸気流の流路８には、環状のイオン化用電極９が
配設されており、このイオン化用電極９にプラス電圧を
印加して放１１ｉ１を持用ガスの助けをかりてグロー放
電を形成せしめ、蒸気流を正イオン化する第１の直流電
源１０が接続されている。On the other hand, an annular ionization electrode 9 is disposed in the vapor flow channel 8, and a positive voltage is applied to the ionization electrode 9 to generate a glow discharge 11i1 with the help of a holding gas. A first direct current power supply 10 is connected which positively ionizes the vapor flow.
また、蒸着基板３と蒸発源４との間にも第２の直流電源
１２が接続されて蒸着基板３にマイナス電圧を印加する
ようになっている。したがって、イオン化用電極９と蒸
着基板３とで形成される流路８を通過するイオン化され
た蒸気流は加速されることになるので、蒸着基板３には
付着力の強い薄膜が形成できる。Further, a second DC power supply 12 is also connected between the vapor deposition substrate 3 and the evaporation source 4 to apply a negative voltage to the vapor deposition substrate 3. Therefore, the ionized vapor flow passing through the channel 8 formed by the ionization electrode 9 and the vapor deposition substrate 3 is accelerated, so that a thin film with strong adhesion can be formed on the vapor deposition substrate 3.
このようなイオンプレーディング装置では、イオン化さ
れた蒸気流が蒸発源４から蒸着基板３に向って拡散する
ため実線ａの如く、四方に飛散し、真空槽１にまでも凝
着・被着することが多く経験されている。このため、真
空槽１の蒸着基板３の背部の内面には、図示の如く、防
着板１３が取付けられており、これによって槽内の付着
汚れを防止している。In such an ion plating apparatus, the ionized vapor flow diffuses from the evaporation source 4 toward the evaporation substrate 3, so it scatters in all directions as shown by the solid line a, and even adheres and adheres to the vacuum chamber 1. I have experienced many things. For this reason, as shown in the figure, an anti-adhesion plate 13 is attached to the inner surface of the back of the vapor deposition substrate 3 of the vacuum chamber 1, thereby preventing adhesion of dirt inside the chamber.
ところが、防着板１３は、蒸発物質５が真空槽１の内面
に付着するのを単に防止するという消極的な機能しかな
く、防着板１３に付着する蒸発物質の量が多く、頻繁に
防着板１３を取り外して清掃しなくてはならない。この
場合、防着板１３には、蒸発物質が強固に付着すること
が多く、これらを取り除く清掃作業にグラインダ等の工
具を使用しな【プればならず、その作業に多くの時間を
費ずという問題がある。However, the adhesion prevention plate 13 only has a passive function of simply preventing the evaporated substances 5 from adhering to the inner surface of the vacuum chamber 1, and the amount of evaporated substances adhering to the adhesion prevention plate 13 is large, so that the adhesion prevention plate 13 is frequently used. The mounting plate 13 must be removed and cleaned. In this case, evaporated substances often adhere strongly to the adhesion prevention plate 13, and it is necessary to use tools such as a grinder to remove them, which requires a lot of time. There is a problem.
また、防着板１３に付着する蒸発物質は有効に利用でき
ず、蒸発材料の歩留りが悪く、しかも成膜速度が遅いと
いう問題がある。Further, there are problems in that the evaporated substances adhering to the adhesion prevention plate 13 cannot be used effectively, the yield of evaporated material is poor, and the film formation rate is slow.
さらに、蒸着基板３へのイオン化蒸気流の入射角度が中
心部と周縁部とで異なるため、成躾厚さや付着強度が均
一にならないという問題もある。Furthermore, since the angle of incidence of the ionized vapor flow on the vapor deposition substrate 3 is different between the center and the periphery, there is also the problem that the deposited thickness and adhesion strength are not uniform.
そこで、本発明は上記の不具合、不都合に鑑みてなされ
たものであって、蒸発物質からの蒸気流の密度を一様に
して四方への飛散を防ぎ、槽内真空系の汚れを極力少な
くするために蒸着基板以外への蒸発物質の凝着・被着は
できるだけ少なく、また、均質な蒸着膜が得られるよう
にする成膜装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems and inconveniences, and aims to make the density of the vapor flow from the evaporated substance uniform to prevent it from scattering in all directions, and to minimize the contamination of the vacuum system inside the tank. Therefore, it is an object of the present invention to provide a film forming apparatus that can minimize adhesion and adhesion of evaporated substances to surfaces other than the evaporation substrate, and can obtain a homogeneous evaporated film.
本発明は、上記目的を達成するために、真空槽内に蒸発
源と蒸着基板とを対峙させ、この間に蒸発物質からの蒸
気流をイオン化するイオン化用電極を介装し、イオン化
蒸気流を蒸着基板に被着する成膜装置において、上記イ
オン化蒸気流の流路に磁界を形成してイオン化蒸気流の
拡散を防止するイオンレンズを配設したことを特徴とし
ている。In order to achieve the above object, the present invention places an evaporation source and an evaporation substrate facing each other in a vacuum chamber, interposes an ionization electrode that ionizes the vapor flow from the evaporated substance, and deposits the ionized vapor flow. The film forming apparatus for depositing on a substrate is characterized in that an ion lens is provided to form a magnetic field in the flow path of the ionized vapor flow to prevent the ionized vapor flow from spreading.
蒸発源の蒸発物質が蒸気化され、その蒸発物質が電極を
通過する間にイオン化される。イオン化蒸気流は、一定
の方向性を有していないため、蒸着基板に至るまでには
槽内の四方に拡散しようとする。The evaporated material of the evaporation source is vaporized, and the evaporated material is ionized while passing through the electrode. Since the ionized vapor flow does not have a fixed directionality, it tends to diffuse in all directions within the tank before reaching the deposition substrate.
ところが、イオン化蒸気流の流路にはコイルと電源ある
いは永久磁石等で構成されたイオンレンズが配設されて
おり、このイオンレンズによって磁界が形成しであるた
めに、磁界によってイオン化蒸気流にローレンツ力が作
用し、絞り込まれるようになって拡散が防止されて成膜
がなされる。However, an ion lens composed of a coil, a power supply, a permanent magnet, etc. is installed in the flow path of the ionized vapor flow, and this ion lens forms a magnetic field. A force is applied, the particles are narrowed down, diffusion is prevented, and a film is formed.
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する
が、第３図と同一構成部品には同一符号を付しである。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, in which the same components as in FIG. 3 are given the same reference numerals.
第１図は、本発明にがかる成膜装置をイオンブレーティ
ング装置に適用したー・実施例の全体を示す概略図であ
って、防着板１３によって被覆された真空槽１の底部に
は、排気口２０を有する一方、その槽内には蒸発源４が
取付けられている。蒸発源４には蒸発物質５が充填され
ている。また、蒸発源４の内部にはフィラメント６が組
み込まれており、フィラメント６から射出される電子ビ
ーム７の照射によって蒸気物質５が蒸気化せしめられる
ようになっている。FIG. 1 is a schematic diagram showing the whole of an embodiment in which the film forming apparatus according to the present invention is applied to an ion blating apparatus. While having an exhaust port 20, an evaporation source 4 is installed inside the tank. The evaporation source 4 is filled with an evaporation substance 5. Further, a filament 6 is incorporated inside the evaporation source 4, and the vapor substance 5 is vaporized by irradiation with an electron beam 7 emitted from the filament 6.
一方、蒸発源４は蒸着基板３と対峙し、この間に蒸発物
質５からの蒸気流を蒸着基板３に被着せしめる流路８が
形成されている。流路８には、イオン化用の電極９が配
設されていて、電極９からのグロー放電によって上記蒸
気流を正イオン化するようになっている。すなわち、こ
のイオン化用の電極９の一端には第１の直流電源１０か
ら電極９に印加される数＋ボルトのプラス電圧によって
グロー放電領域が作られている。また、蒸着基板３と蒸
発源４との間にも第２の直流電源１２が接続されており
、第２の直流電源１２からは蒸着基板３を保持する基板
ホルダ２に向って数百ボルトのマイナス電圧が印加され
ている。On the other hand, the evaporation source 4 faces the evaporation substrate 3, and a flow path 8 is formed between the evaporation source 4 and the evaporation substrate 3 so that the vapor flow from the evaporation substance 5 is applied to the evaporation substrate 3. An ionization electrode 9 is disposed in the flow path 8, and the vapor flow is positively ionized by glow discharge from the electrode 9. That is, a glow discharge region is created at one end of this ionization electrode 9 by a positive voltage of several + volts applied to the electrode 9 from the first DC power supply 10. Further, a second DC power supply 12 is also connected between the deposition substrate 3 and the evaporation source 4, and a voltage of several hundred volts is applied from the second DC power supply 12 to the substrate holder 2 holding the deposition substrate 3. Negative voltage is applied.
したがって、上記イオン化蒸気流は、電位差によって加
速されながら蒸着基板３に被着される。Therefore, the ionized vapor flow is deposited on the deposition substrate 3 while being accelerated by the potential difference.
ところで、イオン化蒸気流は、方向性がなく加速されな
がら拡散されるため、図示の二点鎖線の如く、槽内四方
に大幅に広がる。By the way, since the ionized vapor flow has no directionality and is accelerated and diffused, it widely spreads in all directions within the tank, as shown by the two-dot chain line in the figure.
このため、本発明は蒸気流に一定の方向性をもたせるこ
とができるよう流路８には、その軸と同軸にイオンレン
ズを構成する］イル２１を配設し、コイル２１の両端に
イオンレンズを構成する第３の直流電源２２が接続しで
ある。Therefore, in the present invention, in order to give a certain directionality to the vapor flow, a coil 21 having an ion lens is disposed coaxially with the axis of the flow channel 8, and an ion lens is provided at both ends of the coil 21. The third DC power supply 22 constituting the is connected.
このイオンレンズを構成するコイル２１は、例えば銅パ
イプで作られ、十数回巻いた形状とされており、コイル
２１の両端は真空槽１と電気的に絶縁されて貫通し、内
部に冷却水を供給するようになっている。The coil 21 constituting this ion lens is made of a copper pipe, for example, and has a shape wound around ten times. Both ends of the coil 21 are electrically insulated from the vacuum chamber 1 and penetrate through it, and there is cooling water inside. It is designed to supply
したがって、第３の直流電源２２からコイル２１に数千
アンペアの大電流が流されると、磁界２３が発生する。Therefore, when a large current of several thousand amperes is passed through the coil 21 from the third DC power supply 22, a magnetic field 23 is generated.
この磁界２３は、第２図に示されるように、コイル２１
の中心軸と平行であり、この磁界を横ぎるように拡散し
て来るイオン化蒸気流は荷電粒子であるため、磁界２３
からローレンツ力を受ける。This magnetic field 23 is applied to the coil 21 as shown in FIG.
The ionized vapor flow that diffuses across this magnetic field is a charged particle, so the magnetic field 23
receives Lorentz force from.
このため荷電粒子は螺旋運動をすることになる。This causes the charged particles to move in a spiral manner.
すなわち、イオン化蒸気流の荷電粒子の速度を■とし、
この磁界方向成分をＶｌ、磁界２３に垂直な方向成分を
■ とすれば、■１に対してはローレンツ力が作用しな
いため■１は一定であり、磁界２３方向には、等速運動
をする。一方、■２に対しては磁界２３によるローレン
ツ力が作用するため、このローレンツ力を向心力として
半径ｒの円運動をすることとなる。That is, let the velocity of charged particles in the ionized vapor flow be ■,
If the direction component of this magnetic field is Vl, and the direction component perpendicular to the magnetic field 23 is ■, then ■1 is constant because the Lorentz force does not act on ■1, and there is uniform movement in the direction of the magnetic field 23. . On the other hand, since the Lorentz force due to the magnetic field 23 acts on 2, the Lorentz force is used as a centripetal force to cause a circular motion with a radius r.
したがって、■ と■２とを合成したイオン化蒸気流の
荷電粒子は、半径ｒの螺旋運動をすることになるのであ
る。Therefore, the charged particles of the ionized vapor flow which is a combination of (1) and (2) will move in a spiral with radius r.
ここで、イオン化蒸気流の荷電粒子の質量をｍ。where the mass of the charged particles in the ionized vapor flow is m.
電荷をｑ、！１重密度をＢとするならば、荷電粒子の回
転半径ｒは次式（１）で与えられる。q the electric charge! If the single density is B, the radius of rotation r of the charged particle is given by the following equation (1).
ｍ°■２
ｒ＝ □ ・・・・・・（１）−ｑ
また、磁束密１１Ｂを求めると、真空の透磁率をμ０．
磁力線密度を１１．コイルの巻数をｎ、コイルの電流を
■、コイルの軸方向長さをｌとするならば、次式（２）
で与えられる。m°■2 r= □ ......(1)-q Also, when calculating the magnetic flux density 11B, the magnetic permeability of vacuum is μ0.
The magnetic field line density is 11. If the number of turns of the coil is n, the current of the coil is ■, and the axial length of the coil is l, then the following formula (2)
is given by
μｏ−ｎ−Ｉ
Ｂ＝μｏＨ−・・・・・・（２）
上式（１）、（２）から容易に理解されるように、荷電
粒子の回転半径ｒはコイル電流■に反比例することがわ
かる。μo-n-I B=μoH- (2) As can be easily understood from the above equations (1) and (2), the radius of rotation r of the charged particles is inversely proportional to the coil current ■ I understand.
したがって、コイル２１内においてイオン化された蒸気
を円柱状に絞って拡散が防止されることとなり、しかも
その外径は、コイル２１に流す電流により調整すること
ができる。Therefore, the ionized vapor within the coil 21 is squeezed into a cylindrical shape to prevent diffusion, and the outer diameter of the ionized vapor can be adjusted by adjusting the current flowing through the coil 21.
こうしそコイル２１内で円柱状に絞られた蒸気は、コイ
ル２１の出口で磁界の向きが外側に変る際に、コイル２
１の軸線の延長上の一点に集束されるよう更に絞られて
蒸着基板３に到達する。The steam squeezed into a cylindrical shape within the coil 21 is compressed into a cylindrical shape when the direction of the magnetic field changes outward at the exit of the coil 21.
It is further narrowed down so that it is focused on one point on the extension of the first axis, and reaches the deposition substrate 3.
また、コイル２１とイオン化用の電極９との間には、第
４の直流電源２４が接続してあり、電極９に対してコイ
ル２１にバイアス電圧を印加することによってイオン化
された蒸気の蒸着基板３への移動速度を高めるとともに
、第１の直流電流１０により電極９への電圧を調整して
も、電極９に対するコイル２１のバイアス母が確保でき
るようになっている。Further, a fourth DC power source 24 is connected between the coil 21 and the ionization electrode 9, and by applying a bias voltage to the coil 21 with respect to the electrode 9, ionized vapor is deposited on the substrate. Even if the moving speed to the electrode 3 is increased and the voltage applied to the electrode 9 is adjusted by the first DC current 10, the bias voltage of the coil 21 with respect to the electrode 9 can be ensured.
さらに、コイル２１に供給される冷却水により、高温の
イオン化蒸気流による輻射熱ににリコイル２１が高温に
なるのを防止するようになっている。Furthermore, the cooling water supplied to the coil 21 prevents the recoil 21 from becoming high in temperature due to radiant heat from the high-temperature ionized vapor flow.
なお、上記実施例では、イオン化用の電極とイオンレン
ズを構成するコイルを別体としたが、コイルの下端を電
極の位置まで延長するようにしてイオン化用の直流電源
をこの部分に接続するよう一体としても良い。In the above embodiment, the ionization electrode and the coil constituting the ion lens were separated, but the lower end of the coil was extended to the position of the electrode, and the ionization DC power source was connected to this part. It is also good as a single unit.
また、コイルの上端を蒸着基板の上方まで延長するよう
にし、磁界２３によって円柱状に絞られた蒸気が直接蒸
着基板に当り、しかも垂直に入射するようにすれば、一
層均一な成膜ができる。Furthermore, if the upper end of the coil is extended above the deposition substrate so that the vapor squeezed into a cylindrical shape by the magnetic field 23 hits the deposition substrate directly and is incident perpendicularly, more uniform film formation can be achieved. .
さらに、イオンレンズを構成するコイルの断面形状は、
筒形に限らず、蒸着基板の形状によっては楕円形として
も良く、他の形状であっても良い。Furthermore, the cross-sectional shape of the coil that makes up the ion lens is
The shape is not limited to a cylindrical shape, but may be an ellipse depending on the shape of the deposition substrate, or other shapes may be used.
また、コイルと電源とでイオンレンズを構成する場合に
限らず、永久磁石を円形や楕円形等の筒状にして用いる
ことも可能である。Furthermore, the permanent magnet is not limited to the case where the ion lens is configured by the coil and the power source, and it is also possible to use the permanent magnet in a cylindrical shape such as a circle or an ellipse.
さらに、イオンブレーティング装置に適用する場合に限
らず、イオン化した蒸気を直流電源によって加速しない
真空蒸着装置等に広く適用することができる。Furthermore, the present invention is not limited to application to ion blating apparatuses, but can be widely applied to vacuum evaporation apparatuses and the like in which ionized vapor is not accelerated by a DC power source.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、蒸気
流の流路にイオンレンズを配設し、磁界を発生せしめて
蒸気流を絞るようにしたので、蒸発物質が真空槽内に広
く拡がることがなく、真空槽内面はもとより、防着板の
凝着・被着による汚れは一段と軽減され、蒸発物質の歩
留りが大幅に向上するとともに、成膜速度が大幅に向上
し、清掃作業も大幅に軽減される。As is clear from the above description, according to the present invention, an ion lens is disposed in the vapor flow path and a magnetic field is generated to narrow the vapor flow, so that evaporated substances are spread widely within the vacuum chamber. It does not spread, and contamination caused by adhesion and adhesion on the inside of the vacuum chamber as well as on the anti-adhesion plate is further reduced, and the yield of evaporated substances is greatly improved, as well as the film formation speed is greatly increased, making cleaning work easier. is also significantly reduced.
また、蒸着基板の寸法に応じて蒸気流の絞りを調整する
ようにすれば、一層蒸発物質の歩留りが向上し、清掃作
業も容易となる。Further, by adjusting the restriction of the vapor flow according to the dimensions of the deposition substrate, the yield of evaporated substances can be further improved and cleaning work can be facilitated.
さらに、蒸着基板に入射する蒸気の角度を基板に対して
全て垂直に保持することもできるので、基板の大きさに
かかわらず均一な厚さと付着力で成膜することができる
。Furthermore, since the angle of the vapor incident on the deposition substrate can be maintained perpendicular to the substrate, it is possible to form a film with uniform thickness and adhesive force regardless of the size of the substrate.
また、本発明の成膜装置を構成するイオンレンズは、構
造が簡単であり、保守点検も容易で信頼性が高い。Further, the ion lens constituting the film forming apparatus of the present invention has a simple structure, easy maintenance and inspection, and is highly reliable.
第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図はコイ
ルに発生ずる磁界を説明する図、第３図は従来の実施例
を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a magnetic field generated in a coil, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional embodiment.
Claims (1)
発物質からの蒸気流をイオン化する電極を介装し、イオ
ン化蒸気流を蒸着基板に被着する成膜装置において、上
記イオン化蒸気流の流路に磁界を形成してイオン化蒸気
流の拡散を防止するイオンレンズを配設したことを特徴
とする成膜装置。In a film forming apparatus in which an evaporation source and a deposition substrate face each other in a vacuum chamber, an electrode for ionizing the vapor flow from the evaporated substance is interposed between the two, and the ionized vapor flow is deposited on the deposition substrate, the ionized vapor flow is applied to the deposition substrate. A film forming apparatus characterized in that an ion lens is provided for forming a magnetic field in a flow path to prevent diffusion of an ionized vapor flow.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5809686A JPS62218560A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Film forming device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5809686A JPS62218560A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Film forming device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62218560A true JPS62218560A (en) | 1987-09-25 |
Family
ID=13074420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5809686A Pending JPS62218560A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Film forming device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62218560A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1505169A1 (en) | 2003-08-05 | 2005-02-09 | United Technologies Corporation | Ion plating method |
-
1986
- 1986-03-18 JP JP5809686A patent/JPS62218560A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1505169A1 (en) | 2003-08-05 | 2005-02-09 | United Technologies Corporation | Ion plating method |
| EP1505169B1 (en) * | 2003-08-05 | 2013-01-23 | United Technologies Corporation | Ion plating method and apparatus. |
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