(57)【要約】【課題】  従来の電子ビ−ム加熱方式を採用した薄膜形成装置は、単に金属試料に電子ビ−ムを照射するだけであったので、金属試料表面に照射した電子ビ−ムの多くが反射電子となってルツボ外に放射され、試料に対する過熱効率が低いものになっていた。【解決手段】  本発明の薄膜形成装置は、電子ビ−ムを照射する第１試料を収めた第１ルツボから放射される反射電子を第２ルツボ内に収めた第２試料に直接照射することにより、試料の過熱効率を改善したものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビ−ムを第１試料ホルダ−内に照射する電子ビ−ム照射部、前記第１ホルダ−内から放出される前記電子ビ−ムの反射電子を第２試料ホルダ−内に照射する反射電子照射部とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
電子ビ−ム発生源が電子銃であって、前記電子銃と第１試料ホルダ−および第２試料ホルダ−が同一の直線上に配置できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
第１ホルダ−内から放出される反射電子をポ−ルピ−スの電磁気力により制御して、第２試料ホルダ−内に照射するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
回転する保持具の回転中心の周りに少なくとも第１試料ホルダ−および第２試料ホルダ−を備え、同一の電子ビ−ム発生源から放出される電子ビ−ムを第１試料ホルダ−内または第２試料ホルダ−内に間欠して照射する電子ビ−ム照射部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
少なくとも第１電子ビ−ムを第１試料ホルダ−内に間欠して照射する第１電子ビ−ム照射部と、第２電子ビ−ムを第２試料ホルダ−内に照射する第２電子ビ−ム照射部を備え、前記第１電子ビ−ムの照射時間と前記第２電子ビ−ムの照射時間を異ならせて実施させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子ビ−ム加熱方式を採用した薄膜形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビ−ム加熱方式を採用した薄膜形成装置は、真空チャンバ−内に設けられる電子銃から放射する電子ビ−ムを試料ホルダ−内の試料に照射し、加熱気化した試料を前記試料ホルダ−と対向する位置に配置した基板上に蒸着し、薄膜形成するものである。
【０００３】
通常、金属試料に照射される電子ビ−ムの数割は、試料表面で反射され反射電子となって加熱に寄与することなく試料ホルダ−外に放出される。したがって、金属試料に照射される電子ビ−ムの一部（試料ホルダ−外に放出される反射電子）は試料加熱に寄与せず、薄膜形成装置のエネルギ−利用効率が低下する。
【０００４】
従来のエネルギ−効率を改善した薄膜形成装置においては、試料表面から試料ホルダ−外に放出される反射電子に対して、試料ホルダ−外に設けた凹面反射板を用いて集光し、再度試料ホルダ−内に収められる試料表面に向けて照射するようにしている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２５５２４号公報（段落００１１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエネルギ−効率を改善した薄膜形成装置においては、凹面反射板に集光された反射電子の多くが凹面反射板自体に吸収され、残りの一部が再度試料ホルダ−内の試料に向けて反射されるため、反射電子の利用効率が必ずしも高く無かった。また、凹面反射板からの反射電子が再度試料に照射され、そこでさらに反射された反射電子が電子銃に向け照射されるため、電子銃に損傷を与えていた。
【０００７】
本発明は前記のような課題を解決し、試料表面からの反射電子の利用効率を上げることにより、エネルギ−効率の高い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】
【０００８】
本発明の薄膜形成装置は、電子ビ−ムを第１試料ホルダ−内に照射する電子ビ−ム照射部、前記第１ホルダ−内から放出される前記電子ビ−ムの反射電子を第２試料ホルダ−内に照射する反射電子照射部とを備えた点を特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成された本発明の薄膜形成装置によれば、電子ビ−ム照射部により第１試料ホルダ−内に収められた第１試料に電子ビ−ムが照射され、前記第１試料上で反射され、第１試料ホルダ−内から放出される前記電子ビ−ムの反射電子を反射電子照射部により、直接第２試料ホルダ−内に収められた第２試料に照射するので、反射電子のもつエネルギ−の利用効率が上がり、エネルギ−効率の高い薄膜形成装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１は本発明の薄膜形成装置の主たる構成を示す構成図、図２は本発明の薄膜形成装置のチャンバ−内に配置された試料ホルダ−の周辺と電子銃の位置関係について示す斜視図、図３は図２に対応する上面図である。なお、図１ないし図３中、同一部分ないし相当部分には同一符号を付与している。
【００１１】
図１に示すように、本発明の薄膜形成装置１は真空チャンバ−１０の内側に第１、第２、第３試料２１、２２、２３を収めることのできる例えばセラミック製のルツボ等からなる第１、第２、第３試料ホルダ−３１、３２、３３を備えた回転保持具である例えば回転保持盤４０と、各試料に第１電子ビ−ム１０１を照射できる第１電子銃５１と、薄膜形成を行う基板６０とを備え、さらに真空チャンバ−１０の外側に真空チャンバ−１０内のガスを真空排気するための真空ポンプ７０を備えた装置である。なお、本発明の薄膜形成装置１のチャンバ−内に配置する試料ホルダ−の数は、３個にする必要性はなく２個以上であればよい。また、試料ホルダ−は必ずしもセラミック製である必要性は無く、溶融した試料を保持できるものであればよい。つぎに真空ポンプ７０を駆動することにより真空チャンバ−１０内を真空にした後、各試料に対して第１電子銃５１から放射される第１電子ビ−ム１０１を用いて加熱する様子について説明する。
【００１２】
図２、図３に示すように真空チャンバ−１０内の回転保持盤４０には、第１、第２、第３試料２１、２２、２３をそれぞれ収めた第１、第２、第３試料ホルダ−３１、３２、３３が、回転保持盤４０の回転中心の周りに概ね１２０度ごとに配置されている。また、真空チャンバ−１０内には、第２反射電子１２１に対して概ね３０度の角度で反射電子を吸収し冷却するための第１水冷板８１が配置されている。回転保持盤４０を回転させることにより、第１電子銃５１、第１水冷板８１及び第１、第２試料ホルダ−３１、３２がそれぞれ同一の直線上に並ぶように配置させ、回転を停止する。なお、同一の直線上に第１電子銃５１と第１試料ホルダ−３１および第２試料ホルダ−３２を配置させたのは、後述の通り高速の第１電子ビ−ム１１１やビ−ム状・高速の第１反射電子１１１の進行方向を偏向により変え、第１試料ホルダ−３１内および第２試料ホルダ−３２内に容易に照射できるようにするためである。
【００１３】
電子ビ−ム照射部を構成する第１電子銃５１への通電により、第１電子銃５１から第１試料２１の表面に向けて第１電子ビ−ム１０１が照射され、第１試料２１を加熱する。なお、必要に応じて電子ビ−ム照射部には、さらに真空チャンバ−１０内に図示しないポ−ルピ−スを設け、そのポ−ルピ−スの電磁気力の制御により第１電子ビ−ム１０１を加速したり、偏向したり、集光したりできるようにしておいてもよい。第１試料２１の表面に照射された第１電子ビ−ム１０１は、試料に１００％吸収されることはなく、反射電子、２次電子、特性Ｘ線、オ−ジェ電子などを周辺に反射したり放出したりする。これらのうち、２次電子、特性Ｘ線、オ−ジェ電子などはエネルギ−的あるいは発生確率的に僅かなものであるため、その影響は無視できる。しかし、反射電子の数は多く、また、各反射電子の持つエネルギ−は照射時の各入射電子のもつエネルギ−と同等の高運動エネルギ−を有するため、試料ホルダ−外の周辺部の装置部位に照射されるとその部位を著しく熱し、装置故障の原因となったり、また、基板６０に形成される薄膜に対して不純物汚染したりする。特に試料が金（ＡＵ）のような原子番号の大きい材料の場合、高い運動エネルギ−を有した反射電子が照射される電子ビ−ムの４５〜５０％の量（加速電圧が１０〜数１０ＫＶの場合）にもなるため、試料ホルダ−周辺の部位に熱的損傷を与えやすい。ただし、本発明の薄膜形成装置１においては、上記の構成をとっているため、本発明における反射電子は、別の試料表面に導かれ、試料ホルダ−周辺の部位を著しく熱することはなく、専ら試料加熱に寄与するようになる。
【００１４】
第１試料２１表面に照射された第１電子ビ−ム１０１は、第１試料２１を加熱する。また、第１試料２１への第１電子ビ−ム１０１の照射に伴い発生する第１反射電子１１１は、やや広がりながらも概ねビ−ム状を維持しながら第１試料ホルダ−３１の外に放射される。同一の直線上に第１電子銃５１と第１試料ホルダ−３１および第２試料ホルダ−３２を設けたことにより、第１試料ホルダ−３１の外にビ−ム状で放射された第１反射電子１１１は第２試料ホルダ−３２の方向に向かう。より具体的に説明すると、前記第１反射電子１１１は反射電子照射部を構成する図示しない真空チャンバ−１０内の第１試料ホルダ−３１周縁部に設けられる電磁気力を備えたポ−ルピ−スの制御により、加速されたり、集光されたり、偏向されたりしながら、ビ−ム状で偏向され第２試料ホルダ−３２に保持された第２試料２２に向けて照射される。これにより第２試料２２は加熱されると同時に、その第１反射電子１１１の一部はさらに第２反射電子１２１となり、概ねビ−ム状を維持して第１水冷板８１の方向に向かって反射される。この第２反射電子１２１も同様に、図示しない真空チャンバ−１０内の第２試料ホルダ−３２周縁部に設けられるポ−ルピ−スの制御により、加速されたり、偏向されたり、集光されたりするようにしておいても良い。そのようにして第２反射電子１２１は、第１水冷板８１に向けて照射される。第１水冷板８１は第２反射電子１２１に対して上記のように概ね３０度の角度をもって配置されているので、反射される第３反射電子１３１は第３試料ホルダ−３３の方向に向かい、必要に応じて図示しないポ−ルピ−スにより集光や偏向がなされ第３試料ホルダ−３３内の第３試料２３を加熱する。
【００１５】
所定時間第１電子ビ−ム１０１を第１試料２１表面に照射した後、第１電子銃５１への通電を停止し、回転保持盤４０を再び回転させることにより、第１電子銃５１、第１水冷板８１及び第１、第２試料ホルダ−３１、３２がほぼ一直線上になるよう配置させ、回転を停止する。第１電子銃５１への通電を再開することにより、第１電子銃５１から第２試料ホルダ−３２内の第２試料２２表面に向けて第１電子ビ−ム１０１が照射され、第２試料２２を加熱する。第１電子ビ−ム１０１の一部は第３試料ホルダ−３３に向けて概ねビ−ム状の第１反射電子１１２として第２試料ホルダ−３２の外に反射される。前記第１反射電子１１２は必要に応じて第２試料ホルダ−３２周縁部に設けた図示しないポ−ルピ−スにより集光され、偏向された後、第３試料ホルダ−３３に保持された第３試料２３に向け照射され、これを加熱すると同時に、その一部は第３反射電子１２２として概ねビ−ム状を維持しながら第１水冷板８１の方向に反射される。第２反射電子は、必要に応じて第３試料ホルダ−３３周縁部に設けた図示しないポ−ルピ−スにより集光され、偏向された後、第１水冷板８１を照射し、その一部を第３反射電子１３２として、第１試料ホルダ−３１に向け反射され第１試料２１を加熱する。
【００１６】
さらに所定時間第１電子ビ−ム１０１を第２試料２２表面に照射した後、第１電子銃５１への通電を停止し、回転保持盤４０を再び回転させることにより、同様に第１電子銃５１と第１水冷板８１の間に第３、第１試料ホルダ−３３、３１をほぼ一直線上に配置させ、回転を停止する。第１電子銃５１への通電の再開により、第１電子銃５１から第３試料ホルダ−３３内の第３試料２３表面に向けて第１電子ビ−ム１０１が照射され、第３試料２３を加熱すると共にその一部の第１反射電子１１３は概ねビ−ム状で第１試料ホルダ−３１の方向に向かって第３試料ホルダ−３３の外に反射される。前記第１反射電子１１３は必要に応じて第３試料ホルダ−３３周縁部に設けた図示しないポ−ルピ−スにより集光されたり、偏向されたりした後、第１試料ホルダ−３１に保持された第１試料２１に向け照射され、これを加熱する。また、これと同時にその一部は第２反射電子１２３として概ねビ−ム状を維持して第１水冷板８１の方向に向けて反射される。第２反射電子１２３は、必要に応じて第１試料ホルダ−３１周縁部に設けた図示しないポ−ルピ−スにより集光された後、第１水冷板８１を照射し同時に、その一部は第３反射電子１３２として、第２試料ホルダ−３２の方向に向かって反射され第２試料２２を加熱する。
【００１７】
上記のように順次、回転保持盤４０の回転と停止（位置決め）ならびに第１電子銃５１への所定時間の通電と停止を間欠して繰り返すことにより、第１、第２、第３試料２１、２２、２３を徐々に加熱する。これにより装置に対する熱的な損傷や基板に形成される薄膜への汚染を無くし、さらに反射電子の有効利用が果たせるという格別の効果が得られる。また、第２反射電子１２１の進行方向に対して概ね３０度の角度で第１水冷板８１を配置したので、先行文献１のように反射電子が電子銃側に照射されなくなる。なお、各々の試料がこのようにして加熱され気化温度に達すると、気化した各試料は各試料と対向する位置に配置された基板６０に向かって照射され、基板６０上で冷却されることにより不純物汚染されていない薄膜となる。
【００１８】
実施の形態２．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態２について詳細に説明する。図４は本発明の薄膜形成装置のチャンバ−内に配置された試料ホルダ−の周辺と電子銃の位置関係について示す上面図である。なお、図４の各部位において図１ないし図３中と同一部分ないし相当部分には同一符号を付与している。
【００１９】
図４に示すように本発明の実施の形態２の薄膜形成装置２は、実施の形態１に示した薄膜形成装置１の回転保持盤４０を固定保持盤４１と交換し、新たに第２、第３電子銃５２、５３および第２、第３水冷板８２、８３を設け、それ以外の部分は下記のなお書きの点を除いて実施の形態１と全く同じ構成にしたものである。なお、第１電子銃５１、第１水冷板８１及び第１、第２試料ホルダ−３１、３２ならびに、第２電子銃５２、第２水冷板８２及び第２、第３試料ホルダ−３２、３３ならびに、第３電子銃５３、第３水冷板８３及び第３、第１試料ホルダ−３３、３１のそれぞれの位置関係は、ほぼ一直線上に並ぶような関係にあり、さらに、第１、第２、第３水冷板８１、８２、８３が第２反射電子１２１、１２２、１２３の照射される方向に対して概ね０度に配置されている。
【００２０】
本発明の実施の形態２の薄膜形成装置においては、第１、第２、第３電子銃５１、５２、５３を設けたことにより、それぞれの電子銃を同時に稼動させる事が可能となっている。各電子銃から放射される第１、第２、第３電子ビ−ム１０１、１０２、１０３はそれぞれの対応する試料上において、実施の形態１の薄膜形成装置と同様に第１反射電子１１１、１１２、１１３を生成し、必要に応じて図示しないポ−ルピ−スの制御により集光されたり、偏向されたりし、順次対応する試料ホルダ−内の試料上に照射される。また、実施の形態２の薄膜形成装置と同様に第２反射電子１２１、１２２、１２３、第３反射電子１３１、１３２、１３３が生成され、それぞれ対応する試料ホルダ−内の試料の加熱に供される。
【００２１】
第１、第２、第３電子銃５１、５２、５３を同時に稼動させる場合、第１、第２、第３試料２１、２２、２３を同時に加熱できるため、本発明の実施の形態２の薄膜形成装置は短時間によって各試料を加熱できるようになる。また、電子銃を同時に稼動させずに異なるタイミングや異なる通電時間での実施により、それぞれ時間差を設けてパルス状として各試料ホルダ−内の各試料に第１、第２、第３電子ビ−ム１０１、１０２、１０３を順次照射することも可能となり、その結果、特に互いの電子銃から放射される電子ビ−ムと各反射電子との間の干渉を無くすことができ、ポ−ルピ−スの持つ電磁気力による各反射電子の集光性の改善や偏向等の制御が容易となり、より加熱効率の良い薄膜形成装置を得ることができるという格別の効果が得られる。なお、各水冷板の表面から反射される図示しない第３反射電子のもつ総エネルギ−は、第１電子ビ−ムのもつ総エネルギ−に比べて、反射を複数回繰り返しているので、その反射電子の量が減っているため、充分に小さくなっている。従って、先行文献１のように第３反射電子が電子銃側に照射されているにも関わらず、電子銃側にはあまり影響しないという格別の効果を達成する。
【００２２】
なお、上記実施の形態２の薄膜形成装置においては、第１電子銃５１、第１水冷板８１及び第１、第２試料ホルダ−３１、３２がほぼ一直線上に並ぶように配置させたが、必ずしも一直線上に配置させる必要性は無く、多少複雑な配置関係になるが、図示しないポ−ルピ−スの電磁気力により、電子ビ−ムや反射電子を適宜高精度に制御することにより、それぞれ対応する試料ホルダ−内の試料表面に電子を供給できるようにしても良く、同様に加熱効率の良い薄膜形成装置を得ることができる。また、同様の理由で、第２試料から照射される第２反射電子を、第１冷却板に送ることなく、第３試料に照射することも可能である。この場合、第１冷却板によるエネルギ−損失が無いので、さらに高い加熱効率が得られる。
【００２３】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について詳細に説明する。本発明の実施の形態３は第１、第２、第３試料２１、２２、２３として、鉄、クロム、ニッケルを用い、ＦＥ−ＣＲ−ＮＩ合金薄膜を作成するものである。これらの金属の融点は、鉄において１８００℃、クロムにおいて約１９００℃、ニッケルにおいて約１７００℃であり、それぞれの蒸発温度は１２００℃〜１４００℃程度である。各々の蒸発温度に合わせて必要なエネルギ−照射の条件を選択することにより、任意の膜組成や膜構成を持った薄膜形成が可能となり、高いエネルギ−利用率でのＦＥ−ＣＲ−ＮＩ合金薄膜が形成できる。
【００２４】
具体的なＦＥ−ＣＲ−ＮＩ合金の成薄膜条件の一例としては、鉄、クロム、ニッケルそれぞれに投入するエネルギ−の割合を１６：１１：９とすればよく、その場合の各々の材料の反射電子生成率は約３０％（加速電圧１０〜数１０ＫＶにおいて）程度になるため、第１電子ビ−ムの加速電圧を２０ＫＶ、第２電子ビ−ムの加速電圧を１０ＫＶ、第３電子ビ−ムＥＢの加速電圧を１０ＫＶとすればよい。これにより、高いエネルギ−利用率でのＦＥ−ＣＲ−ＮＩ合金薄膜が形成できる。なお、ここではＦＥ−ＣＲ−ＮＩの３元系について説明したが、他の金属の組み合わせでも同様に実施可能であるのは言うまでも無い。
【００２５】
また、上記実施の形態１ないし実施の形態３の薄膜形成装置においては、各試料ホルダ−内の各試料に向けて電子ビ−ムや反射電子を照射する構成にしていたが、電子ビ−ムの照射位置を各試料に代えて各試料ホルダ−に照射し、各試料ホルダ−の加熱により、同様に各試料を溶解し蒸発させることも可能である。その際、それぞれ対応する電子ビ−ムの照射強度に合わせた冷却容量の冷却機構を試料ホルダ−に設けることにより、合金組成の制御性を良くした成膜が可能となる。さらに、各電子銃を固定した場合について説明したが、電子銃は必ずしも固定しておく必要は無い。例えば、装置構成は複雑になるものの電子ビ−ムを走査させることにより、複数の試料ホルダ−に収められた試料に照射できるようにすることも可能である。このような構成とすることにより、目的に合わせて電子銃の数を適宜最適化できるという効果が得られる。また、電子ビ−ム発生源に電子銃を用いて説明したが、必ずしも電子銃を用いる必要はなく、電子ビ−ムを発生できるものであればいかなる装置であっても良く、上記実施の形態１ないし実施の形態３の薄膜形成装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の薄膜形成装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１の試料ホルダ−と電子銃の配置を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１の試料ホルダ−と電子銃の配置を示す上面図である。
【図４】実施の形態２の試料ホルダ−と電子銃の配置を示す上面図である。
【符号の説明】
【００２７】
３１    第１試料ホルダ−                ３２    第２試料ホルダ−      
４０    回転保持盤                      ４１    固定保持盤
５１    第１電子銃                      ５２    第２電子銃            
１０１    第１電子ビ−ム                １０２    第２電子ビ−ム
１１１    第１反射電子                  １２１    第２反射電子
【図１】
2008050667.tif 000003
【図２】
2008050667.tif 000004
【図３】
2008050667.tif 000005
【図４】
2008050667.tif 000006