KR940004099B1 - 이온원장치 및 박막형성장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이온원장치 및 박막형성장치

제1도는 이 발명의 실시예에 있어 이온원장치의 구성을 표시하는 단면도이고,

제2도는 제1도에 있어 선Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면을 표시하는 단면도이고,

제3도는 본 발명의 실시예에 의한 박막형성장치를 표시하는 단면도이고,

제4도는 본 발명 실시예의 ICB장치를 표시하는 구성도이다.

제5도는 종래의 이온원장치의 구성을 표시하는 단면도이고,

제6도는 종래의 박막형성장치를 표시하는 단면도이고,

제7도는 종래의 ICB장치를 표시하는 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프라즈마형성질 2 : 도파관접속구

3 : 도파관 4 : 석영판

5 : 도입구 7 : 간막이 판

8 : 프라즈마 도출구 9 : 막형성실

10 : 배기구 11 : 모재

12 : 자력선 13 : 냉각수 쟈케트

14 : 홀더 15 : 영구자석

101 : 증기발생원 102 : 증류물질

103 : 도가니 104 : 노즐

105 : 필라멘트 107,232 : 크라스터

116 : 기판 121 : 이온화 장치

125 : 가속장치 241 : 전자총

242 : 히터용전원 243 : 캐소드

244 : 직류전원 25 : 가속전극

246 : 제어전극 248 : 어스전극

253 : 전계렌즈

본 발명은, 고주파와 자장에 의해 원료에서 프라즈마를 발생되게 하여, 이온을 생성하기 위한 이온원장치 및 기판상에 박막을 형성하는 박막형성장치에 관한 것으로서, 특히 이온빔 증착법에 의하여 고품질의 박막을 증착 형성하는 박막형성장치에 관한 것이다. 먼저 박막형성에 요구되는 이온발생을 위한 이온원장치에 대하여 설명한다. 제5도는 종래의 이온원장치로서 예를들면 일본국 특개소 62-222074호 공보에 표시된 장치와 같은 박막형성을 위한 이온원장치를 표시하는 단면도로서, 도면에 있어(1)은 프라즈마 형성실, (2)는 프라즈마 형성실(1)의 상벽 중앙부에 열려서 설치된 도파관 접속구, (3)은 도파관 접속구(2)에 합쳐서 프라즈마형성실(1)에 접속된 도파관, (4)는 도파관 접속구(2)를 막도록 프라즈마 형성질(1)과 도파관(3) 사이에 설치된 석영판, (5)는 프라즈마 형성실(1)에 설치된 관상의 도입구,(6)은 프라즈마형성실(1)의 주위를 에워 싸는 것같이 배치된 원통상의 코일, (7)은 프라즈마 형성실(1)의 일부분, 즉 하벽을 이루는 간막이 판, (8)은 간막이판(7)의 중앙부에 열려서 설치된 프라즈마 도출구, (9)는 프라즈마형성실(1)의 하측에 설치된 막형성실이고, 프라즈마 형성실(1)과 기밀적으로 접합되어, 프라즈마 도출구(8)를 통하여 연통하고 있다. (10)은 막형성실(9)의 하벽 중앙부에 열려서 설치된 배기구이다.

이와같은 구성으로된 이온원장치의 동작에 대해 설명한다. 막형성실(9)내의 프라즈마 도출구(8)의 하방이 되는 곳에 표면을 성막해야할 모재(11)를 두고, 도면에 표시하지 않은 진공펌프에 의해 배기구(10)에서 배기하고, 프라즈마 형성실(1)에 도입구(5)에서 증착원료 가스를 넣어, 도파관(3)에서 석영판(4)을 통하여 2.45GHz의 고주파를 입사하고, 코일(6)에 통전하면, 프라즈마 형성실(1)내에서는 프라즈마가 발생한다. 코일(6)에 의해 프라즈마 형성실(1)내에 발생하는 자장의 자속밀도가 875 가우스일때에, 프라즈마 형성실(1)내의 전자가 전자 사이크로트론 공명작용에 의해 사이크론트론 운동하고, 상기 석영관(4)을 통해 입사된 고주파의 전기장(電氣場)내에서 상기 전자는 운동 에너지를 얻기 때문에 프라즈마의 형성효율을 좋게 한다. 또한 석영판(4)에 의해 도파관(3)에의 프라즈마의 유실이 방지된다. 코일(6)에 의해 발생하는 프라즈마 도출구(8) 부근의 자력선(12)은 하방을 향하여 발산한다.

이 발산자장 및 프라즈마 형성실(1)과 막형성실(9)과의 압력차에 의해, 이온, 전자, 프리 래디컬(radical)이 프라즈마 도출구(8)에서 막형성실(1)로 유출되고, 모재(11)의 표면상에 막형성이 행하여진다.

종래의 이온원 장치는 이상과 같은 구성되어 있으므로, 프라즈마의 밀도를 높이는데 필요한 200∼1000가우스의 자속밀도를 얻기 위해서는, 매우 대형인 코일(6)이 필요하게 된다.

또, 코일(6)을 대신하여 영구자석을 사용하면 소형화 되나, 매우 고가인 동시에 자속밀도를 변화되게 할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

또한 기판상에 박막을 형성하는 것으로서 종래부터 반도체막, 광학박막, 자성막, 절연막 등의 고품질의 박막이 ICB법에 의해 형성되도록 하고 있다.

제6도는 예를들면 일본국 특공소 54-9592호 공보에 표시된 종래의 박막형성장치를 개략적으로 표시하는 단면도이다. 도면에 있어서, 101은 증착물질(102)의 증기를 발생되게 하는 증기발생원, 103은 증착물질(102)을 수용하는 도가니, 104는 도가니(103)의 상부에 형성된 노즐, 105는 도가니(103)의 주위에 설치되어 이것을 가열하는 가열장치로서의 가열용필라멘트, 106은 가열용필라멘트(105)에서의 열을 차단하는 제1의 열차단판이고, 도가니(103), 가열용 필라멘트(105) 및 제1의 실드판(106)으로 증기 발생원(101)을 구성하고 있다. 107은 노즐(104)에서 상방에 분출한 증착물질(102)의 증기에서 생긴 크라스터(괴상원자 집단), 108은 증기발생원(101)의 상방에 설치되어 크라스터(107)를 이온화 하는 이온화 장치, 109는 전자를 방전하는 이온화 필라멘트, 110은 이온화 필라멘트(109)에서 전자를 인출하여, 크라스터(7)에 향하여 가속하는 그리드(grid)상의 전자인출 전극, 111은 이온화 필라멘트(109)에서의 열을 차단하는 제2의 열차단판이고, 이온화 필라멘트(109), 전자인출 전극(110) 및 제2의 열차단판(111)으로 이온화 장치(108)를 구성하고 있다. 112는 이온화 장치(108)에 의해 이온화된 이온화 크라스터, 113은 이온화 장치(108)의 상방에 설치되어 이온화 크라스터(112)를 후술의 기판(116)에 향하여 가속하는 가속장치, 114,115는 가속전극과 어스전극이고, 어스전극(115)은 접지 전위에, 그리고 가속전극(114)은 이것에 대해 양의 전위로 되어 있고, 양자로서 가속 장치(113)를 구성하고 있다. 116은 가속장치(113)의 상방에 설치된 기판이고, 접지되어 있다. 117은 내부를 진공으로 유지하는 동시에 상방 101∼116을 수납하는 진공조, 118은 진공조(117)의 배기를 행하여 진공상태로 하는 진공배기계이다.

다음은 상기 박막형성장치의 동작에 대해 설명한다. 우선, 진공배기계(118)에 의해 진공조(117)내가 10^-6Torr정도의 진공도로 될때까지 배기한다. 도가니(103)의 전위는 가열용 필라멘트(105)에 대해 양의 전위가 되도록 전압을 인가해 둔다. 가열용 필라멘트(105)에 전압이 인가되면 이 가열용 필라멘트(105)에서는 가열되어 열전자가 방출된다.

이와 같이 방출된 전자가 상기 가열용 필라멘트(105)와 도가니(103)사이의 전계에 의해 도가니(103)로 향하여 이동되어 도가니에 충돌된다.

이때, 전자들의 충돌에 의해 도가니 (103)내의 증기압이 수 Torr가 되는 압력이 발생되도록 하는 온도까지 상기 가열용 필라멘트(105)를 가열한다.

이 가열에 의해 도가니(103)내의 증착물질(102)이 증발하고, 그 증기가 노즐(104)에서 상방에 분출한다. 이 증기는, 노즐(104)을 통과할 때, 단열팽창에 의해 가속 냉각되어 응축하여, 크라스터(107)가 형성된다. 이온화 장치(108)에 있어서는, 이온화 필라멘트(109)에 대해 전자인출 전극(110)의 전위를 양으로 해둔다. 이온화 필라멘트(109)가 통전 가열되어, 여기에서 방출된 전자가 전자인출 전극(110)에 의해 인출된다.

그 전자의 일부는 전자인출 전극(110)에 포획되나, 타의 일부는 그리드상의 극간을 통하여 날아가서, 크라스터(107)에 충돌하여 그의 에너지로 전자를 두둘겨서, 정전하를 가지는 이온화 크라스터(112)를 생성한다.

이온화 크라스터(112)는 가속장치(113)에 있어, 가속전극(114)과 어스전극(115)간에 형성된 전계에 의해 상방에 주기판(116)에 향하여 가속되어, 이온화 되어 있지 않은 중성의 크라스터(107)와 함께 기판에 충돌하고, 그 표면에 증착물질(102)의 박막(도면에 표시되지 않음)을 형성한다.

종래의 박막형성 장치는 이상과 같이 구성되므로, 실리콘(Si)이나 알루미늄(Al)등의 도가니 재료와의 젖는 성질이 좋은 증착물질을 사용한 경우, 용융한 증착물질이 도가니 내벽에 기어올라가 밖으로 스며나와, 이것이 증발하여 그 증기 때문에 도가니와 가열용 필라멘트간의 인피던스가 저하하여 그 사이에 전압을 인가하는 것이 될 수 없게 되어, 박막형성장치를 안정적으로 가동되게 할 수가 없다.

또, 증착물질에는 장치를 구성하는 재료와 격한 반응성을 표시하는 것도 있고, 스며나오는 것이나 증기의 응축에 의해 증착물질에 젖는 부분, 특히 전자인출 전극, 제1, 제2의 열차단판 등이 부식되어 수명이 극단으로 짧게 되거나, 또는 이것을 방지하기 위해 정기적으로 이들 부분을 청소하지 않으면 안된다는 문제점이 있었다.

또, 이온화 필라멘트에서 방출된 전자중, 크라스터의 이온화에 기여하는 것은, 그리드상의 전자인출 전극의 극간을 통과한 전자뿐이고, 전자인출 전극에 잡힌 전자는 이온화에 기여하지 않고, 그 때문에 이온화 효율이 낮다.

더욱, 가속전극과 어스전극간의 전위차(가속전압)를 변화되게 하여 크라스터의 가속을 제어하는 것에 의해, 기판상에 형성되는 박막의 성질을 제어할려고 하면, 가속전압의 변화에 의해, 인출되는 이온화 크라스터의 량도 변화하고, 특히 가속전압을 작게하면 기판에 도달하는 이온화 크라스터의 량이 매우 작게되어 이온화 ㅌ크라스터 특성을 살린 고품질의 박막의 형성을 행할 수가 없다.

또, 가속전압을 작게하여 0에 근접하게 하면, 가속전극과 어스전극 사이의 전계가 약해져서, 이온화 필라멘트에서 날라나온 전자가 기판에 입사하도록 되어, 그 때문에 손상을 주는 등의 문제점이 있었다.

또한 고품질의 박막을 형성하기 위하여 종래부터 광학박막, 자성막, 절연막 등의 고품질 박막이 크라스터 이온빔 증착장치(이하 ICB 장치라 한다)에 의해 형성되어지고 있다.

제7도는 예를들면 일본국 특공소 54-9592호 공보에 표시된 종래의 박막형성장치인 ICB 장치(제6도의 구조)에 전원이 접속된 전체구조를 개략적으로 표시하는 구성도이다. 제7도에서, 201은 소정의 진공도에 유지된 진공조, 202는 진공조(201)를 진공상태로 배기하는 진공 배기계, 203은 진공조(201)의 하방에 수용된 증기 발생원이다. 증기 발생원(203)은, 상방에 노즐부(205)를 가지는 원통상의 밀폐된 도가니(204), 도가니(204)의 원주에 설치되어 도가니(204)를 가열하는 가열용 필라멘트(206) 및 이 가열용 필라멘트(206)에서의 열을 차단하는 열차단판(207)으로 구성되어, 도가니(204)내에 증착물질(208)이 수용되어 있다. 209는 이온화 수단이고, 전자를 방출하는 이온화 필라멘트(210), 이온화 필라멘트(210)에서 방출된 전자를 가속하는 그리드(211) 및 이온화 필라멘트(210)에서의 열을 차단하는 열차단판(212)으로 구성되어 있다. 213은 가속전극(214)과 어스전극(215)으로 구성되어, 가속 전극(214), 어스전극(215)으로 형성되는 전계에 의해 이온화 크라스터(233)(후술)를 가속하는 가속수단이다. 216은 도가니(204)의 노즐부(205)와 대향되게 하여 진공조(201)의 상방에 설치되어, 그 표면에 박막(234)이 형성되는 피증착물로서의 기판이다. 220은 전원장치이고, 다음과 같이 구성되어 있다. 221은 가열용 필라멘트(206)에 전류를 흘려 가열하는 가열용 전원, 222는 도가니(204)를 가열용 필라멘트(206)에 대해 정의 전위를 유지하는 바이어스 전원, 223은 이온화 필라멘트(210)를 가열하는 교류전원, 224는 그리드(211)를 이온화 필라멘트(210)에 대해 정의전위에 유지하는 직류전원, 225는 어스전극(215)과 가속전극(214)과의 사이에 접속되어, 어스전극(215)과 가속전극(214)사이에 전계를 발생하게 하는 동시에 이온화 수단(209), 증기발생원(203)을 어스전극(215)에 대해 정의전극에 유지되는 가속전원이다.

다음은 실시예(3)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 진공조(201)내를 진공 배기계(202)에 의해 10^-[Torr]정도의 진공도에 될때까지 배기한다.

다음은, 가열용 전원(221)에 의해 가열용 필라멘트(206)를 가열하여 가열용 필라멘트(206)에서 방출되는 전자를 바이어스 전원(222)에 의해 도가니(204)와의 사이에 발생하는 전계에 의해 가속하고 도가니(204)에 충돌되게 하여, 도가니(204) 및 도가니(204)내에 수용된 증착물질(208)을 가열한다.

이 가열에 의해 증착물질(208)은 증발하고, 노즐부(205)에서 증기의 흐름(231)으로 되어 상방을 향해 분출한다. 증착물질(208)의 증기는 노즐부(5) 통과할 때, 단열팽창에 의해 가속냉각되어 응축하고, 크라스터라불리는 괴상원자집단이 생성된다.

이 크라스터(232)는, 교류전원(223)에 의해 가열된 이온화 필라멘트(210)에서 방출되어 그리드(211)에 의해 가속된 전자에 의해 일부가 이온화 되어 이온화 크라스터(233)로 되어, 가속수단(213)에 의해 형성되는 전계렌즈에 의해 가속되어, 타의 이온화 되어 있지 않은 중성의 크라스터(232)와 함께 기판(216)에 향하여, 기판(216)의 표면에 충돌하여 박막(234)이 형성된다.

종래의 ICB장치는 이상과 같이, 증기의 흐름(231)을 이온화 하기 위해 도가니(204)의 노즐부(205)에서 분출하는 증기의 흐름(231)에 근접하여 이온화 필라멘트(210) 및 그리드(211)를 설정하고 있기 때문에, 실리콘 또는 알루미늄 등의 증착 물질을 사용하면, 이들의 증기는 이온화 필라멘트(210)나 그리드(211)를 구성하는 재료, 예를들면 탄탈, 모리프텐과 격한 반응성을 표시하기 위해, 증기의 흐름(31)에 바래게되는 이온화 필라멘트(210)나 그리드(211), 특히 그리드(211)가 부식되어 수명이 극단으로 짧게 되거나, 부식된 그리드(211)의 재료가 박막(234)에 혼입하여 박막의 품질을 저하하게 되는등의 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에서는 이온원장치에 있어서 소형으로 또한 자속밀도를 자유로히 변경할 수 있는 이온원장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기판상에 박막을 형성하는 박막형성장치로서 안정적, 효율적인 가동, 고품질의 박막이 형성될 수 있도록 성능을 향상시킨 것으로, 특히 크라스터 이온빔 증착법(ICB법)에 의해 고품질의 박막을 증착 형성하는 박막형성장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응성이 격한 증착물질을 사용하여도 수명이 짧게 되지 않고, 또한 형성되는 막의 품질저하를 초래하지 않는 막형성 장치로써 크라스터 이온빔 증착장치등의 박막형성장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 관한 이온원장치는, 기실의 외주축 방향에 극성을 갖춘 복수의 영구자석을 직렬로 배치하여, 자장을 걸기 위해서의 자장발생 수단을 구성한 것이다.

본 발명에 있어 이온원장치의 자장발생 수단은 소형이라도 높은 자속밀도의 자장을 걸 수 있는 동시에, 개수를 변경하는 것으로 자속밀도를 변화되게 할 수가 있다.

이하, 이 발명의 이온원장치의 실시예(1)를 도면에 대해 설명한다.

제1도는 이 발명의 이온원장치의 실시예(1)에 있어 이온원장치의 구성을 표시하는 단면도, 제2도는 제1도에 있어 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면을 표시하는 단면도이다.

도면에 있어, 프라즈마 형성실(1), 도파관 접속구(2), 도파관(3), 석영판(4), 도입구(5), 간막이 판(7), 프라즈마 도출구(8), 막형성실(9), 배기구(10), 모재(11) 및 자력선(1R)은 제3도에 있어 종래장치의 것과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

(13)은 프라즈마 형성실(1)의 주위를 에워싸도록 형성되어 내부를 냉각수가 채워지는 냉각수 쟈케트, (14)는 상기 냉각수 쟈케트(13)를 에워싸도록 형성되어 내부에 축방향으로 나란히 설치되어 있는 구성(14a)이 원주를 따라 복수개 설치된 원환상의 홀더(15)는 상기 홀더(14)의 구멍(14a)내에 극성을 갖추어서 삽입된 복수개의 영구자석이고, 이들 홀더(14) 및 영구자석(15)으로 자장발생 수단(20)을 구성한다.

상기와 같이 구성되는 이 발명의 이온원장치의 실시예(1)에 있어 이온원장치에 있어서도 종래 장치와 동일하게 프라즈마 형성실(1)내에 도입구(5)에서 증착원료 가스를 넣어, 도파관(3)에서 석영판(4)을 통하여 고주파를 입사하면, 프라즈마 형성실(1)내는 영구자석(15)에 의해 이미 자장이 형성되어 있으므로 프라즈마가 발생하고, 발산자장 및 프라즈마 형성실(1)과 막형성실(9)과의 압력차에 의해 이온, 전자, 프리래디컬이 프라즈마 도출구(8)에서 막형성실(1)에 유출하고, 모재(11)의 표면상에 성막이 행하여지나, 자장발생 수단(20)을 홀더(14)에 형성된 구멍(14a)내에 극성을 갖추어서 배치한 복수개의 영구자석으로 구성 했으므로, 1개의 영구자석(15)의 자력은 작아도 높은 자속밀도를 나타낼 수 있으며 안정된 프라즈마를 형성할 수가 있고, 영구자석(15)의 개수를 변경하는 것에 의해 프라즈마 형성실(1)내에 관하여 자장의 자속밀도를 변화되게 할 수 있다.

또, 홀더(14)의 내측에 냉각수 쟈케트(13)를 설치하여 내부에 채워져 있는 냉각수에 의해 자장발생 수단(20)을 냉각하고 있으므로, 영구자석(15)이 고온이 되는 것을 방지하는 동시에 일정한 온도에 유지되어, 자장을 안정하게 유지할 수 있다는 효과가 있다.

더욱, 상기 실시예(1)는 박막형성 때문에의 이온원장치에 대해 설명했으나 물론 이것에 한정되는 것이 아니고, 어느것에 적용하여도 같은 효과를 얻는 것은 말할나위도 없다.

이상과 같이, 이 발명 이온원장치의 실시예에 의하면 기실의 외주측 방향에 극수를 갖춘 복수의 영구자석을 직렬로 배치하고, 자장을 걸기 위해서의 자장발생 수단을 구성했으므로, 소형으로 또한 자속밀도를 자유로히 변경할 수 있는 이온원장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이 발명의 실시예(2)는 기판상의 박막을 형성하는 박막형성장치, 특히 크라스터 이온빔 증착법(ICB법)에 의해 고품질의 박막을 증착형성 하는 박막형성장치에 관한 것이다.

이 발명의 실시예(2)에 관한 박막형성장치는, 이온화 장치를 노즐과 대향하는 위치에 설치된 캐소드 및 캐소드와 도가니와 가열장치를 포위하는 애노드로 구성한 것이다.

또, 가속장치를 가속전극, 가속전극에 대해 부전위의 인출전극 및 가속전극과 인출전극의 양전위 중간에 전위를 가지는 제어전극으로 구성한 것이다.

이 발명의 실시예(2)에 있어 박막형성장치는, 캐소드에서의 열에 의해 도가니의 노즐근방이 가열되어, 그 때문에 용융한 증착물질이 기어올라와도 증발하고, 기어올라오는 것이 억제된다.

또, 애노드가 도가니와 가열장치를 포위하고 있으므로 이들에 의해 애노드가 가열되어 고온이 되어, 증착물질이 부착하는 일없이, 따라서 증착물질에 의한 부식이 방지된다.

또, 캐소드에서 방출되는 전자를 그리드상의 전극을 통하는 일없이, 크라스터에 직접 조사하므로 이온화효율이 향상한다.

더욱, 가속전위와 인출전극간의 전위차에 의해 기판에 입사하는 이온화 크라스터의 량을 어떤 필요에 레벨 이상에 유지하는 동시에, 가속전극과 제어전극 간의 전위차(가속전압)에 의해 이온화 크라스터의 가속을 제어할 수 있다.

또, 가속전극에 대해 인출전극의 전위는 부이기 때문에, 인출전극 근방에 형성되는 전계에 의해, 전자가 이온화 필라멘트에서 기판으로 향하여 뛰어나오는 것이 억제된다.

이하, 이 발명의 실시예(2)를 도면에 대해 설명한다.

제3도는 이 발명의 실시예(2)에 의한 박막형성장치를 개략적으로 표시하는 단면도이다.

도면에 있어, 102∼105, 107, 112, 116∼118은 제6도의 경우와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

101은 증착물질(102)의 증기를 발생되게 하는 증기발생원이고, 도가니(103)와 가열용 필라멘트(105)로 구성되어 있다.

121은 증기발생원(101)의 상방에 설치되어 크라스터(107)를 이온화 하는 이온화 장치, 122는 노즐(104)과 대향하는 위치에 설치된 캐소드인 이온화 필라멘트이고, 통전가열 되어 전자를 방출한다.

123은 이온화 필라멘트(122), 도가니(103) 및 가열용 필라멘트(105)를 포위하도록 설치된 애노드이고, 이온화 필라멘트(122)와 애노드(123)로 이온화 장치(121)를 구성하고 있다.

124는 이온화 장치(121)의 외측에 설치된 자계인가장치이다.

125는 이온화 장치(121)의 상방에 설치되어 이온화 크라스터(112)를 기판(116)에 향하여 가속하는 가속장치, 126은 애노드(123)와 일체적으로 연결되는 가속전극, 127은 인출전극, 128은 제어전극으로서의 어스전극이고, 접지전위로 되어 있다.

가속전극(126), 인출전극(127), 어스전극(128)의 순으로 노즐(104)에서 멀리 떨어지는 위치에 배치되는 동시에, 어스전극(128)에 대해 가속전극(126)은 정, 인출전극(127)은 부의 전위로 되어 있다.

즉, 인출전극(127)은 가속전극(126)에 대해 부위 전위에 그리고 어스전극(128)은 가속전극(126)과 인출전극(127)의 양전위 중간의 전위로 되어 있다.

상기 3전극(126,127,128)으로 가속장치(125)를 구성하고 있다.

다음은 실시예(2)의 동작에 대해 설명한다.

제6도의 경우와 동일하게 가열용 필라멘트(105)로 도가니(103)를 가열하고, 증착물질(102)의 증기를 노즐(104)에서 분출되게 하여 크라스터(107)를 형성한다.

또, 이온화 필라멘트(122)가 통전 가열되어, 이것에서 전자가 애노드(123)에 향하여 방출되고, 크라스터(107)에 충돌하여 이것을 이온화 한다.

그사이, 제6도와 같은 전자인출 전극(110)의 그리드상의 극간을 전자가 통과하는 필요가 없으므로 전자가 유효하게 활용된다.

더욱 이 실시예에서는 자계인가장치(124)가 설치되어 있어, 이온화 필라멘트(122)와 애노드(123)에 의해 형성되는 전계(도면에 있어 좌우, 안쪽방향)에 대해 수직한 상하방향에 자계를 형성하기 때문에, 상기 전자가 나선운동을 하고, 이온화효율이 더욱 향상한다.

또, 이온화 필라멘트(122)에 의해 노즐(104)근방, 즉 도가니(103)의 상부가 가열되므로, 용융된 증착물질(102)이 도가니(103)의 내벽을 기어올라도 도가니(103)의 상부에서 증발한다.

더욱, 애노드(123)로 가열용 필라멘트(105)와 도가니(103)를 포위하고 있으므로, 애노드(123)가 고온으로 유지되고 그 때문에 증착물질(102)의 증기가 응축하여 부착하는 일은 없고, 또 도가니(103)와 가열용 필라멘트(105) 사이에 증기가 자욱이 끼어 그 사이에 인피던스가 저하하는 일도 없다.

이온화 장치(121)로 이온화 되어 정의 전하를 가진 이온화 크라스터(112)는, 가속전극(126)과 인출전극(127)으로 형성되는 전계에 의해, 이온화 장치(121)에서 기판(116)에 향하여 인출된다.

이온화 크라스터(112)는 인출전극(127)과 어스전극(128)간을 통과하나, 어스전극(128)은 인출전극(127)에 대해 정전위이므로, 이온화 크라스터(112)가 이 사이에서 감속된다.

결국, 이온화 크라스터(112)는 가속전극(126)과 어스전극(128)간의 전위차(가속전위)에 따른 운동 에너지가 제공되는 것이 된다.

따라서, 가속전극(126)과 인출전극(127)간의 전위차에 의해 이온화 장치(121)에서 인출되는 이온하 크라스터(112)의 량을 어느 필요 레벨 이상으로 유지하면서, 한편 이온화 크라스터(112)의 가속을 가속전압에 의해 제어할 수 있고, 예를들면 작은 가속전압의 경우에도 이온화 크라스터(112)의 량을 확보하여 그의 특성을 살린 박막의 형성이 가능하게 된다.

또, 이온화 필라멘트(122)에서 뛰어나와 기판(116)에 향하는 전자는, 부전위의 인출전극이 형성하는 전계에 의해, 기판(116)에 입사하는 것이 저지된다.

더욱, 상기 실시예(2)에서는 가열용 필라멘트(105)에 의해 도가니(103)를 가열했으나, 이온화 필라멘트(122)로 가열장치를 겸용하고, 이것에 의해 도가니(103)를 가열하도록 하여도 좋다.

또, 자계인가장치(124)를 설치하였으나, 이것을 설치하지 않은 경우에도 적용될 수 있다.

이상과 같이 이 발명의 실시예(2)에 의하며, 노즐과 대향하는 위치의 설치된 캐소드 및 캐소드와 도가니와 가열장치를 포위하는 애노드로 이온화 장치를 구성했으므로, 캐소드에서의 전자가 직접 크라스터에 조사되어 이온화 효율이 향상하고, 또 도가니의 노즐근방 및 캐소드가 고온이 되어, 증착물질이 도가니 주변에서 스며나오는 일이나 애노드에의 부착이 없고, 따라서 증착물질에 의한 부식이나 도가니와 가열장치간의 인피던의 저하가 방지된다.

또, 가속전위, 가속전극에 대해 부전위의 인출전극 및 가속전극과 인출전극의 양전위 중간에 제어전극으로 구성했으므로, 이온화 크라스터의 량을 어느 레벨이상 유지하면서, 그 가속을 제어할 수가 있고, 더욱 전자가 기판에 입사하여 손상을 주는 것을 방지할 수 있다.

이상에 의해, 안정적, 효율적인 가동, 고품질의 박막의 형성 등이 될수 있는 성능이 좋은 박막형성 장치가 얻게 되는 효과가 있다.

또한, 이 발명의 실시예(3)는 크라스터 이온빔 증착장치등의 박막형성장치에 관한 것으로서 반응성이 격한 증착물질을 사용하여도 수명이 짧게되지 않고 또한 형성되는 막의 품질 저하를 초래하지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 실시예(3)에 관한 막형성 장치는, 증착물질의 증기의 흐름에서 떨어진 위치에 증기흐름에 향하여 전자빔을 발사하는 전자방출 수단을 설정한 것이다.

본 발명의 실시예(3)에 있어서는, 전자방출 수단은 증기흐름에서 떨어져 있으므로, 증착물질의 증기에 직접 바래게 되는 일은 없고, 증착물질의 증기가 격한 반응성을표시하는 경우에도, 부식되어 수명에 손상을 입는 일은 없고, 전자 방출수단을 구성하는 재료가 증기의 흐름에 혼입하여 피증착물에 형성되는 막의 품질을 저하되게 하는 염려도 없다.

제4도는 이 발명의 박막형성장치의 실시예(3)를 표시하는 구성도이고, 도면에 있어 240은 증기에 흐름(231)중의 크라스터(232)를 이온화 하는 이온화 수단이고, 증기의 흐름(231)에 향하여 전자빔을 발사하는 전자방출 수단인 전자총(241)과 이온화 크라스터(233)를 가속하는 전계를 발생하는 이온화부(246)로 구성되어 있다.

더욱, 전자총(241)은 히터용 전원(242)에 의해 가열되어 전자를 방출하는 캐소드(243)와, 직류전원(244)에 의해 캐소드(243)사이에 전계를 발생하여 캐소드(243)에서 방출된 전자를 가속하는 가속전극(245)으로 구성되어 있다.

이온화부(246)는 중앙부에 증기의 흐름(231)이 통과하는 원형의 구멍을 가지는 원판상의 제어전극(247) 및 어스전극(248)으로 구성되어, 제어전극(247)은 어스전극(248)에 대해 가속전원(225)에 의해 정의전위에 유지되어, 제어전극(247)과 어스전극(248)에 의해, 도면에 있어 점선으로 표시되는 등전위이면(252)을 가지는 전계렌즈(253)가 형성되어, 제어 전극(247)에 의해, 이온화가 제어된다.

그리고, 전자총(241)에서의 전자빔(251)은 어스전극(248)의 상방, 증기의 흐름(231)의 전계렌즈(253)의 출구측에 향하여 발사된다.

이와 같은 실시예(3)의 동작에 대해 설명한다.

전계렌즈(253)를 향하여 전자총(241)에서 발사된 전자빔(251)은 전계렌즈(253)의 영역으로 끌어들여져서 가속된다.

이 가속된 전자빔은 전계렌즈(253)영역의 상방향으로 향하여 통과하는 증기의 흐름(231)중에 있는 크라스터(232)와 충돌하여 상기 크라스터(232)를 이온화 시킨다.

이와같이, 이온화된 이온화 크라스터(233)는, 전계렌즈(253)의 전위에 의해 가속되어, 운동에 저지를 받고서 기판(216)에 향하여 박막(234)이 형성된다.

이와같이, 전자빔(251)을 전계렌즈(253)중에 끌어들여 증기의 흐름(231)과 향류상태에서 충돌되게 하므로, 이온화가 효율좋게 행하여진다.

더욱, 제4도에 실시예(3)에 있어서는 전계렌즈(253)를 형성하기 위해 2매의 원판상에 제어전극(247), 어스전극(248)을 설치한 것을 표시했으나, 3개 이상의 전극으로 구성하여 전자 및 이온을 제어하여도 좋고, 제어전극(247), 어스전극(248)은 증기의 흐름(231)이 통과하는 통과부를 설치한 금속망이더라도 같은 효과를 얻는다.

또, 크라스터를 이용한 ICB 장치에 대해 설명했으나, 막형성 장치는 크누센셀형 증발원의 이온화 보조 수단을 가지는 분자선 에피텍셀(MBE)법에 사용되는 박막형성장치 및 이온프레이딩 장치등이라도 좋다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 이온원장치의 외주측 방향에 극수를 갖춘 복수의 영구자석을 직렬로 배치하고 자장을 걸기 위해서는 자장 발생 수단을 구성함으로서 소형이면서 자속 밀도를 자유로히 변경할 수 있는 이온원장치와 ; 노즐과 대향하는 위치에 설치된 캐소드 및 상기 캐소드와 도가니와 가열 장치를 포위하는 애노드로 이온화장치를 구성하였으므로 안정적, 효율적인 가동과 고품질의 박막을 형성할 수 있는 성능이 좋은 박막형성장치와 ; 전자방출수단을 증착물질의 증기의 흐름에서 떨어져 설치하였으므로, 전자 방출 수단이 증착물질의 증기의 흐름에 직접 바래지지 않고, 수명을 손상되게 하는 일도 없고, 또 피증착물에 형성되는 막의 품질의 저하를 초래하는 염려도 없게 되므로 기판상에 고품질의 박막을 형성할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 고주파 및 원료가스를 이온원의 실드로 에워싼 용기내에 도입하는 것과 동시에 자장을 거는 것에 의해 프라즈마를 발생되게 하여 이온을 생성하는 이온원장치에 있어서, 상기 자장을 거는 자장 발생수단은 상기 기실의 외주측방향에 극성을 갖춘 복수의 영구자석(15)이 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원장치.
2. 증착물질을 수여하는 도가니, 이 도가니를 가열하여 이 도가니에 형성된 노즐에서 상기 증착물질의 증기를 분출되게 하는 가열장치, 상기 증착물질의 증기에서 생긴 원자·분자상의 증기 및 크라스터를 이온화되게 하는 이온화장치 및, 박막이 형성되는 기판을 향하여 이온화한 상기 크라스터를 가속하는 가속장치를 구비한 박막형성 장치에 있어서, 상기 이온화장치를 상기 도가니와 대향하는 위치에 설치하고, 가열되어 전자를 방출하는 캐소드 및 상기 캐소드와 도가니와 가열장치를 포위하는 애노드를 구성한 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
3. 증착물질을 수용하는 도가니, 상기 도가니를 가열하여 이 도가니에 형성된 노즐에 상기 증착물질의 증기를 분출되게 하는 가열장치, 상기 증착물질의 증기에서 생긴 원자·분자상의 증기 및 크라스터를 이온화 되게 하는 이온화장치 및 박막이 형성되는 기판을 향하여 이온화한 상기 크라스터를 가속하는 가속장치를 구비한 박막형성장치에 있어서, 상기 가속장치, 가속전극, 이 가속전극에 대해 부전위의 인출전극 및 상기 가속전극와 인출전극과의 중간의 전위를 가지는 제어전극으로 구성하고, 상기 가속전극, 인출전극, 제어전극의 순으로 상기 노즐에서 멀리 떨어지는 위치에 배치하며, 상기 제어전극을 기판과 같은 접지전위로 하여 이온에 가속전극과 제어전극간의 전위차의 에너지를 제공하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
4. 감압된 분위기하에 있어 증착물질의 증기의 흐름을 이온화하여 전계에 의해 가속하여 피증착물에 충돌되게 하여 막을 형성하는 박막형성장치에 있어서, 상기 증기의 흐름에서 떨어진 위치에서 상기 증기의 흐름을 향하여 전자빔을 발사하여 상기 증기에 충돌되게 하여 이온화 하는 전자방출 수단을 설정한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.