JPH04176863A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はクラスタイオンーム蒸着法を用いて有機材料
の薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般にクラスタイオンビーム蒸着法による薄膜形成方法
は、真空槽内において基板に蒸着すべき物質の蒸気を噴
出して蒸気中の多数の原子が緩く結合してクラスタ（塊
状原子集団）を生成し、クラスタに電子のシャワーを浴
びせて、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、この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４膜を蒸着形成する方法であ
る。

この蒸着方法を用い薄膜形成を実施する装置としては、
特公昭５４−９５９２号公報に示されており、また、特
に有機薄膜の形成に行うものとしては、例えば高木俊宜
「クラスタイオンビーム膜Ｊ高分子３６巻４月号（１９
８７年）２７４〜２７７頁に示された第２図、第３図に
示すものがある。

第２図は従来の薄膜形成装置を模式的に示す構成断面図
、第３図はその主要部を一部断面で示す斜視図である。

　図において、（１）は所定の真空度に保持された真空
槽、（２）は真空槽（１）内の排気を行うための排気通
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）はるつぼで、ふた（３ａ）に内径１．　ｒｒｒ
ｎ　−２ｍｍのノズル（３ｂ）が１個ないし複数個設け
られている。るつぼ（３）内には、蒸着材である蒸着原
料（４）、　例えばポリエチレンが充填される。（５）
はるつぼ支持棒で、絶縁支持部材（６）を介してるつぼ
支持台（７）に取り付けられる。

（８）は上記るつぼ（３）の加熱を行う加熱手段であり
、例えば加熱用フィラメントである。上記るつ−ぼ（３
）、加熱用フィラメント（８）により蒸着原料（４）を
加熱蒸発せしめ、該蒸着原料（４）のクラスタ（２６）
からなるクラスタビーム（２７）を形成するクラスタ形
成部（１２）が構成されている。（９）は加熱用フィラ
メント（８）からの輻射熱を遮断するとともに、上記ノ
ズル（３ｂ）から噴出した余剰の蒸気を捕捉する冷却ジ
ャケットである。なお、（１０）は台板であって支柱（
１１）を用いて真空槽（１）を固定される。（１３）は
イオン化用の熱電子（１４）を放出する熱電子放出部で
、イオン化フィラメント（］５）と、イオン化フィラメ
ント（１５）から放出された熱電子（１４）を加速して
クラスタビーム（２７）に照射する電子引き出し電極（
１６）とからなる。（１７）はイオン化フィラメント（
１５）からの輻射熱を遮断するシールド板である。

上記熱電子放出部（１３）およびシールド板（１５）に
より、上記クラスタ形成部（１２）からのクラスタビー
ム（２７）をイオン化するためのイオン化部（１８）が
構成されている。イオン化フィラメント（１５）と電子
引き出し電極（１６）は通常、ビームの中心軸から測っ
た噴出角度で１０ないし２０度に相当する位置に設置さ
れる。（１９）は加速電極であり、これは電子引き出し
電極（１６）とのあいだに電位を印加できる構造となっ
ている。（２０）は絶縁支持部材であり、シールド板（
１７）、電子引き出し電極（１６）、加速電極（１９）
、を絶縁支持する。上記絶縁支持部材（２０）は、支柱
（２１）と絶縁がいしく２２）によって合板（１０）に
取り付けられる。（２３）は基板で、基板ホルダ（２４
）と絶縁支持部材（２５）を用いて真空槽（１）に固定
されている。（２８）は上記イオン化（１８）でイオン
化されたクラスタイオンである。

次に動作について説明する。

基板（２３）にポリエチレン薄膜を蒸着形成する場合に
ついて説明すると、まずポリエチレン（４）をるつぼ（
３）内に充填し、真空排気装置により真空槽（１）上を
１０−’Ｐａ　　程度（約１Ｏ−６Ｔｏｒｒ）の圧力に
する。次いで加熱用フィラメント（８）に通電して発熱
せしめ加熱用フィラメント（８）からの輻射熱により、
るつぼ（３）内のポリエチレン（４）を加熱する。そし
てポリエチレンの蒸気圧が１Ｏ−１０３Ｐａ程度（０，
１−数１０Ｔｏｒｒ）になる温度にるつぼ（３）を昇温
させると、ノズル（３ｂ）からポリエチレン蒸気が噴出
する。この時るつぼ（３）内と真空槽（１）との圧力差
により断熱膨張が発生し、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からなるクラスタビーム
（２７）が形成される。

このクラスタビームは、噴出角度（ビーム中心軸からの
半角）で約２ｏ度までのビームがイオン化部に導入され
、それ以上の方向に噴出した余剰のビームのビームは冷
却ジャケット（９）の上部で凝縮される。上記クラスタ
ビーム（２７）に対して、イオン化フィラメント（１５
）から電子引き出し電極（１６）によって熱電子（１３
）を引き出してクラスタビーム（２７）に照射する。こ
れによりクラスタビーム中の一部のクラスタは、そのう
ち１個の原子がイオン化されてクラスタイオン（２８）
となる。このクラスタイオン（２８）は加速電極（１９
）と電子引き出し電極（１６）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（２６）がるつぼ（３）から噴射される時の運動エ
ネルギーでもって基板（２３）に衝突し、これにより基
板（２３）上にポリエチレン薄膜が蒸着形成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来のクラスタイオンビーム蒸着法によ
る薄膜形成装置においては、ノズルから噴出した蒸気の
約８０％が冷却ジャケット上部に凝縮され堆積した。例
えばるつぼに１０ｃｍ”の蒸着原料を充填した場合、１
回の薄膜形成で冷却ジャケット上部に約８　ｃｍ　”の
蒸着原料が凝縮された。

これらは数■の厚さに堆積するため、成膜終了後に真空
槽を大気解放して蒸発源を分解し冷却ジャケラトを清掃
する必要があった。このため、蒸発源の維持管理に多大
の時間と労力を要するという問題点があった。

また、真空槽の大気解放と高真空排気を頻繁に行うため
薄膜形成装置としての稼働率が低いという問題点があっ
た。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、効率良く有機薄膜を形成できる薄膜形成装置
を得ることを目的とする。

［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、冷却構造物をクラスタ
形成部の周囲部分用の冷却ジャケットと、クラスタ形成
部の上方部分用の冷却コリメータとに分割し、真空槽に
冷却コリメータを交換するための交換室を設けたもので
ある。

さらに２個の冷却コリメータを真空シール機構を介して
接続し、２個の交換室を設けたものである。

［作用コ この発明におけるクラスタ形成部とイオン化部の間の冷
却コリメータは、余剰のクラスタビームを凝縮して再蒸
発を防止する。所定量の蒸着材料を堆積した冷却コリメ
ータは、交換室を介して交換するため真空槽を大気に解
放する必要はない。

さらに２個の冷却コリメータと交換室を用いた場合は、
一方の冷却コリメータを清掃しながら他方の冷却コリメ
ータを使用し、成膜を行うことができる。

［実施例］ 以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例による薄膜形成装置の断
面の概略構成図である。

図において、　　（２９ａ）、（２９ｂ）は冷却コリメ
ータであり、真空シール機構（３０）にビン（３０ａ）
によって取り外しが可能なように接続されている。上記
冷却コリメータ（２９ａ　）　、　（２９ｂ　）にはそ
れぞれ冷却水通路を兼ねた移動用ロンド（３１ａ）、（
３］　ｂ）が取り付けられている。（３２ａ）、（３２
ｂ）は交換室であり、バルブ（３３ａ）、（３３ｂ）を
通じて図示しない真空排気装置により、高真空排気が可
能となっている。（３４ａ）、（３４ｂ）は移動ロンド
（３１ａ）　、（３１ｂ）を真空を破らずに直線運動さ
せる軸シール機構であり、交換室（３２ａ）、（３２ｂ
）にねし止めされている。（９）はクラスタ形成部（１
２）の周囲部分からの輻射熱を遮断するための冷却ジャ
ケットである。なお、（３５）はゲートバルブ（３６）
を用いて真空槽（１）を大気を解放することなくるつぼ
（３）を交換するためのるつぼ交換機構である。（３７
）は同じくゲートバルブ（３８）を用いて真空槽（１）
を大気解放することなく基板（２３）を交換するための
基板交換機構である。

上記コリメータの開口部に関しては、ビームの中心軸か
ら測った噴出角度で５度から２０度までのクラスタビー
ム（２７）が通過できるような形状にしておく。

次に動作について説明する。

るつぼ（３）に蒸着原料（４）としてポリエチレンを１
０■３充填し、この全量を蒸発させて基板（２３）上に
ポリエチレン薄膜を形成すると、クラスタ形成部（１２
）とイオン化部（１８）の間に挿入された冷却コリメー
タ（２９ａ　）に約８ａＩ］３の蒸着材料が堆積する。

交換室（３２ｂ）を高真空に排気した後、バルブ（３３
ｂ）を閉じる。

次に真空シール機構（３０）が交換室（３２ａ）側の真
空槽（１）内面に押し付けられるまで移動用ロンド（３
１ｂ）を操作し、冷却ジャケット部（２９ｂ）をクラス
タ形成部（１２）とイオン化部（１８）の間に挿入する
。

一方、蒸着原料（４）はるつぼ交換機構（３５）を用い
て充填し、基板（２３）は基板交換機構（３７）を用い
て交換しておく。このようにして真空槽（１）を大気解
放することなく成膜を行うことができるので、薄膜形成
装置の稼働率を大幅に向上させることができる。

また、上記の操作で交換室（３２ａ）に移動させた冷却
コリメータ（２９ａ）は交換室（３２ａ）を大気解放し
て、ビン（３０ａ）を外して真空シール機構（３０）か
ら取り外して、交換あるいは洗浄を施すことができる。

このように冷却コリメータ（２９ａ）の維持管理は極め
て容易である。この後冷却コリメータ（２９ａ　）を再
び交換室（３２ａ）に装填し、該交換室（３２ａ）を高
真空排気して次回の交換に備えておく。この実施例にお
いては、冷却コリメータを維持管理するだけでよく、ク
ラスタ形成部（１２）は長時間にわたり維持管理する必
要がない。

なお、上記実施例においては冷却コリメータ（２９ａ）
、（２９ｂ）を通水冷却した場合を示したが、蒸発原料
（４）の蒸気圧に応じて水以外の冷却剤を用いても良く
、例えば液体窒素を使用しても良い。

また、上記実施例では移動用ロンド（３１ａＬ　（３１
ｂ）を冷却水通路と兼用した場合を示したが、伸縮、屈
曲が可能な配管系を別に設けても良い。

また、上記実施例では、２個の冷却コリメータを真空シ
ール機構を介して接続し、一方の冷却コリメータが清掃
中でも他方の冷却コリメータを用いて成膜が続行できる
構造を示したが、１個の冷却コリメータを交換室と受は
渡し機構を用いて真空槽内部に固定する構造としても良
く、薄膜形成装置の稼働率を大幅に向上させることがで
きる。

また、この発明は有機物薄膜を形成するクラスタイオン
ビーム装置への適用を主眼としてなされたものであるが
、有機物以外の薄膜、例えば金属薄膜を形成するクラス
タイオンビーム装置に適用しても良く、特にチタン、シ
リコン、クロム等の再蒸発しにくく、堆積が顕著な蒸着
原料を使用する場合に効果を発揮する。

さらに、この発明は薄膜形成装置としてクラスタイオン
ビーム装置を対象になされたものであるが、蒸着原料の
蒸気ビームを利用する薄膜形成装置、例えば分子ビーム
エピタキシー装置等に適用することも可能である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば真空槽を大気解放せず
に冷却コリメータの洗浄あるいは交換が可能なように構
成したので、装置の維持管理が簡単であり、しかも稼働
率の高い薄膜形成装置が得られるという効果が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示す
概略構成図、第２図は従来の薄膜形成装置を示す構成断
面図、第３図は従来の薄膜形成装置の主要部を一部断面
で示す斜視図である。 図において、（１）は真空槽、（４）は蒸着原料、（１
２）はクラスタ形成部、（１８）はイオン化部、（１９
）は加速電極、（２３）は基板、（２６）はクラスタ、
（２８）はクラスタイオン、（２９ａ　）、（２９ｂ）
は冷却コリメータである。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定の真空度に保持された真空槽と、この真空槽内に
   設けられ基板に蒸着する蒸着原料の蒸気を上記真空槽内
   に噴出して、蒸気中の多数の原子が緩く結合してクラス
   タを発生するクラスタ形成部と、上記クラスタのイオン
   化を行うイオン化部と、イオン化されたクラスタイオン
   を加速しこれらをイオン化されていない中性のクラスタ
   とともに基板に射突させて薄膜を蒸着させる加速電極と
   からなる薄膜形成装置において、上記クラスタ形成部と
   上記イオン化部の間に真空槽を大気解放することなく交
   換が可能な冷却コリメータを設置したことを特徴とする
   薄膜形成装置。