JP2004169129A

JP2004169129A - クラスターイオン種のソフトランディング方法

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Publication number: JP2004169129A
Application number: JP2002336830A
Authority: JP
Inventors: Koji Kaya; 幸二茅; Atsushi Nakajima; 敦中嶋; Michiaki Obara; 通昭小原
Original assignee: Japan Society for Promotion of Science; Keio University; Japan Society For Promotion of Machine Industry
Current assignee: Japan Society for Promotion of Science; Keio University; Japan Society For Promotion of Machine Industry
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP3803756B2

Abstract

【課題】室温近くの比較的高温でクラスターを安定に保持し、Ｖ_２Ｂｚ_３等の一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターを解離することなく堆積させることができるクラスターイオン種のソフトランディング方法。
【解決手段】基板１１上に自己組織化単分子膜１３を形成した後、質量選別したクラスターイオン種１４をその基板１１上に蒸着すると、自己組織化単分子膜１３の分子鎖１２がクラスターイオン種１４の運動エネルギーを分子内振動、分子間振動等により吸収してバッファとなり、Ｖ_１Ｂｚ_２、Ｖ_２Ｂｚ_３のようなクラスターイオン種を高速で蒸着してもその解離する割合が小さくなり、高収率で堆積させることが可能になる。室温近くの比較的高温にしてもその固定されたクラスターを安定に保持することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラスターイオン種のソフトランディング方法に関するものであり、特に、自己組織化単分子膜の緩衝効果を利用して、多層サンドイッチ錯体等のクラスターイオン種を解離せずにより大きな速度で高収率で堆積させるクラスターイオン種のソフトランディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、原子数が５〜１０００程度のクラスターは、そのサイズにより物性や反応性が変化することが知られている。例えば、有機金属錯体等のナノクラスターは、伝導性高分子や有機反応の触媒試薬等に高い有用性を示している。このようなクラスターの機能を発現させた表面を作る上で、構成原子数による著しい物性変化をコントロールするため、質量を選別したクラスターイオンを固体表面上に固定する必要がある。
【０００３】
そのためには、気相中で生成したクラスターを質量選別し、基板表面にクラスターを解離させることなく蒸着するソフトランディング方法が必要である。
【０００４】
このような基板表面にクラスターを解離させることなく蒸着するソフトランディング方法として、特許文献１において、基板上にＡｒ等の不活性ガス分子層からなるマトリックスを堆積させた後、質量選別したクラスターイオン種をその基板上に蒸着するクラスターイオン種のソフトランディング方法が提案されている。
【０００５】
この従来のソフトランディング方法を簡単に説明すると、図１０に原理図を示すように、基板１上にＡｒ等の不活性ガス分子層からなるマトリックス２を堆積させた後、質量選別したクラスターイオン種５を前記基板１上に蒸着する方法で、基板１上に設けた不活性ガス分子層からなるマトリックス２がクラスターイオン種５を蒸着する際に蒸発して（符号４）クラスターイオン種５の運動エネルギーを吸収するバッファとなり、高速で蒸着してもクラスターイオン種５が解離する割合が小さくなり、高収率で堆積させることが可能になる方法である。
【０００６】
この方法においては、帯電による蒸着効率の低下を防ぐため、基板１からクラスターイオン種５にトンネル電子を供給してクラスターを中性化する。その際のトンネル電流量を測定することで正確な蒸着量を決定できる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−６９６２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０の従来のソフトランディング方法においては、不活性ガスのＡｒのマトリックス２は４０°Ｋ付近で蒸発してしまうので、様々な物性測定を行う上で常にこのような低温に基板１を保つことは非常に困難である。また、この固定化方法では、Ｖ_２Ｂｚ_３（Ｖ：バナジウム、Ｂｚ：ベンゼン）等の一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターは容易に解離してしまい固定できない問題もある。
【０００９】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、室温近くの比較的高温でクラスターを安定に保持し、また、Ｖ_２Ｂｚ_３等の一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターを解離することなく堆積させることができるクラスターイオン種のソフトランディング方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のクラスターイオン種のソフトランディング方法は、基板上に自己組織化単分子膜を形成した後、質量選別したクラスターイオン種を前記基板上に蒸着することを特徴とする方法である。
【００１１】
この場合に、自己組織化単分子膜がアルカンチオール自己組織化単分子膜からなり、基板が金基板あるいは金メッキが施された基板であることが望ましい。
【００１２】
また、自己組織化単分子膜を構成するアルカンチオール分子鎖のチオール基と結合している端とは反対の末端には、嵩高基を結合させることもできる。
【００１３】
また、クラスターイオン種としては、有機金属錯体イオン種、一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターイオン種を例示することができる。
【００１４】
また、クラスターイオン種を電気的あるいは磁気的に偏向させることによって、基板上に所望パターン状に堆積させることも可能である。
【００１５】
本発明においては、基板上に自己組織化単分子膜を形成した後、質量選別したクラスターイオン種をその基板上に蒸着するので、クラスターイオン種を高速で蒸着してもその解離する割合が小さくなり、高収率で堆積させることが可能になる。しかも、室温近くの比較的高温にしてもその固定されたクラスターを安定に保持することができる。さらに、一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターも解離することなく堆積させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
チオール基（−ＳＨ）を持つ分子は金と特異的な結合をして、高密度・高配向な自己組織化単分子膜を金の基板上に形成することが知られており、この自己組織化単分子膜は常温で安定に存在し、均一な膜厚を容易に実現できる。
【００１７】
本発明においては、クラスターイオン種のソフトランディングのための緩衝層として、例えば直鎖状のアルカンの片末端の炭素原子に結合している水素をチオール基で置換してなるアルカンチオールの自己組織化単分子膜を基板上に形成する。
【００１８】
図２に、１例としてヘキサデカンチオール（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１５ＳＨ）自己組織化単分子膜を形成する様子を示す。図２（ａ）に示すように、２ｍｍｏｌ／ｌのヘキサデカンチオールのエタノール溶液を用意し、その溶液中に金基板１１あるいは金メッキを表面に施した基板１１を入れ、図２（ｂ）に示すように、約１日浸漬すると、溶液中のアルカンチオール分子鎖１２（この例ではヘキサデカンチオール分子）が基板１１表面に高密度・高配向に自己組織化する。その後、その基板１１をエタノールで洗浄し乾燥させると、図２（ｃ）に示すように、基板１１表面に高密度・高配向で均一な膜厚のアルカンチオール分子鎖１２の自己組織化単分子膜１３が得られる。
【００１９】
図１に、このようにして基板１１上に形成したアルカンチオール自己組織化単分子膜１３上に、クラスターイオン種１４を所定運動量で入射させてソフトランディングさせる様子を示す。基板１１上に上記のようなアルカンチオール自己組織化単分子膜１３を形成した後、質量選別したクラスターイオン種１４をその基板１１上に蒸着すると、このアルカンチオール自己組織化単分子膜１３のアルカンチオール分子鎖１２がクラスターイオン種１４の運動エネルギーを分子内振動、分子間振動等により吸収して熱エネルギー等に変換してバッファとなり、後記の実施例のように、例えば、Ｖ_１Ｂｚ_２の正イオンのようなクラスターイオン種を高速で蒸着してもその解離する割合が小さくなり、高収率で堆積させることが可能になる。しかも、従来のＡｒ等の不活性ガス分子層を緩衝層として用いる方法に比較して、室温近くの比較的高温にしてもその固定されたクラスターを安定に保持することができる。さらに、Ｖ_２Ｂｚ_３等の一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターも解離することなく堆積させることができる。
【００２０】
このように、基板１１上に自己組織化単分子膜１３を設けることにより、この自己組織化単分子膜１３がクラスターイオン種１４を蒸着する際の衝突エネルギーを吸収するバッファとなるので、高速で蒸着してもクラスターイオン種１４が解離する割合が小さくなり、高収率で堆積させることが可能になる。
【００２１】
なお、自己組織化単分子膜１３の例としては、上記のようなアルカンチオール自己組織化単分子膜があり、基板１１としては金基板あるいは金メッキが施された基板が例示できる。
【００２２】
なお、そのアルカンチオールをＳＨ−Ｒ−Ｒ’で表現したとき、直鎖状アルカン基Ｒの炭素原子数ｎとしては、その自己組織化単分子膜１３の上に堆積させるクラスターイオン種１４の質量にもよるが、１０〜３０程度が好ましい。直鎖状アルカン基Ｒの炭素原子数ｎが１０未満であると、直鎖状アルカン基Ｒの柔らかさが小さくバッファ効果が小さくて、クラスターイオン種１４の解離確率が増大し、ｎが３０を越えると、基板１１との間で電子のやりとりが困難になり、クラスターイオン種１４の堆積に伴い基板１１がチャージアップしやすくなるので、アルカンチオールＳＨ−Ｒ−Ｒ’の直鎖状アルカン基Ｒの炭素原子数ｎは、１０〜３０が好適であり、さらには、１２〜２５がより好適である。
【００２３】
また、直鎖状アルカン基Ｒのチオール基ＳＨ−と結合している端とは反対の末端に結合されたＲ’は単純なメチル基あるいはエチル基であってもよいが、イソプロピル基、ｔ−ブチル基等の嵩高基Ｒ’が結合していたり、その末端に隣接する炭素原子から分枝したアルキル基等を有していると、アルカンチオールの端部に固定されたクラスターイオン種中の金属原子同士がある程度以上近づかないようになり、室温程度の温度を上昇させても、固定されたクラスターの解離や離脱を防止して、室温近くの比較的高温でクラスターを安定に保持することができる。
【００２４】
また、自己組織化単分子膜１３を形成する基板１１は導電性基板であることが望ましい。
【００２５】
基板１１としては、クラスターイオン種１４の堆積に伴う基板１１のチャージアップを防止するために、導電性基板が好適であり、自己組織化単分子膜１３の形成のしやすさからは、金基板あるいは金メッキが施された基板が好適である。
【００２６】
また、自己組織化単分子膜１３上に固定するクラスターイオン種１４としては、Ｖ_１Ｂｚ_２、Ｖ_２Ｂｚ_３等の有機金属錯体イオン種が例示できる。
【００２７】
クラスターイオン種１４としてはどのようなものを用いてもよいが、有機金属錯体イオン種は、蒸着時の衝突エネルギーによって解離しやすいので、本発明のバッファとなる自己組織化単分子膜１３を用いた蒸着法が好適となる。
【００２８】
また、クラスターイオン種１４は、電気的あるいは磁気的に偏向させることによって、基板１１上に所望パターン状に堆積させることができる。
【００２９】
クラスターイオンビームを電磁的に偏向させることによって、クラスターを基板１１上に任意のパターンで堆積させることができ、それによって光の回折限界を越えた微細パターンを得ることができ、ＬＳＩ等の微細加工技術等として用いることが可能になる。
【００３０】
ここで、図３〜図５を参照にして、本発明の１実施例のナノクラスターイオンのソフトランディング方法を説明する。
【００３１】
図３は、本発明の１実施例に用いる製造装置の概念的構成図であり、金属ターゲット２１、金属ターゲット２１にパルスレーザ光を照射して金属蒸気を発生させるレーザ２２、Ｈｅガスを導入するためのピエゾパルスバルブ２３を有する気相反応部２４、発生したクラスターイオンを導く八重極イオンガイド２５、ガイドされたクラスターイオンの中の所望のイオン化したクラスターイオンを選択的に偏向する四重極偏向器２６、偏向されたクラスターイオンの軌道を修正する八重極偏向器２７、軌道修正されたクラスターイオンの中の所望の分子量のイオン種を選択的に通過させる四重極質量選別器（フィルター）２８、選択したイオン種が発散しないように基板側に導く八重極イオンガイド２９、イオン種を減速する減速レンズ３０、基板３１、基板３１を保持する液体Ｈｅ低温保持装置（クライオスタット）３２、基板３１に蒸着したイオン種を評価するための赤外光を照射する赤外光源３３、及び、反射光を検出するＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）光検出器３４から構成される。また、基板３１には、クラスターイオンの蒸着に伴って電荷中性を保つために基板３１から流れ込む電子電流を測定するためのピコ電流計３５が接続されており、また、基板３１と液体Ｈｅ低温保持装置３２との間の電気的絶縁をとるために、熱伝導性の良好な絶縁体であるサファイア板３６を介在させている。
【００３２】
ここで、例えば、金属ターゲット２１としては、Ｖ（バナジウム）ターゲットを用い、レーザ２２としては１００Ｈｚでパルス駆動するＮｄ^３＋：ＹＡＧレーザを用い、また、基板３１としては、シリカガラス基板表面に金蒸気を蒸着したものをヘキサデカンチオール（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１５ＳＨ）の２ｍｍｏｌ／ｌのエタノール溶液に約１日浸漬し、エタノールで洗浄し、乾燥させて、表面にヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜を形成したものを用いる（図２参照）。
【００３３】
次いで、レーザ２２からパルスレーザ光、すなわち、Ｎｄ^３＋：ＹＡＧレーザの二次高調波を金属ターゲット２１に照射して金属蒸気、すなわち、Ｖ蒸気を発生させ、レーザ蒸発に先立ってピエゾパルスバルブ２３を介して導入したパルス状の高圧のＨｅガスで室温まで冷却すると共に、気相反応部２４へ送り出す。
【００３４】
次いで、気相反応部２４においては、レーザ蒸発に同期するように、Ｈｅガスで希釈したベンゼン（ｂｅｎｚｅｎｅ）蒸気を注入し、Ｖ金属と反応させることによって各種のクラスターが生成される。
【００３５】
すなわち、レーザ蒸発によって発生したＶ蒸気は、中性のＶ、負イオンＶ⁻、正イオンＶ^＋が発生するので、それによって中性のクラスター、負のクラスターイオン、及び、正のクラスターイオンが生成する。ここにおいては、正のクラスターイオン、例えば、一次元多層サンドイッチ構造を持つＶ−Ｂｚ二成分クラスター（Ｖ：バナジウム、Ｂｚ：ベンゼン）Ｖ_ｎＢｚ_ｎ＋１（ｎ＝１，２）を選択的に堆積させることにする。
【００３６】
次いで、生成したクラスター及びクラスターイオンの中、正のクラスターイオンは八重極イオンガイド２５によって導かれ、四重極偏向器２６によって正のクラスターイオンのみ選択的に基板方向に導かれる。
【００３７】
次いで、偏向された正のクラスターイオンを効率良く四重極質量選別器２８に導入するために八重極偏向器２７によってビーム軌道を修正し、次いで、四重極質量選別器２８によって正のクラスターイオンの中、所望のイオン種、ここでは、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンのみを選択的に通過させる。
【００３８】
通過したＶ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンを八重極イオンガイド２９によって発散しないように基板側に導き、次いで、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンの速度を減速レンズ３０によって減速した後、液体Ｈｅ低温保持装置３２で冷却された基板３１上のヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着する。
【００３９】
この場合、基板３１上にはヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜が形成されているので、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンが基板３１に到達すると、自己組織化単分子膜のヘキサデカンチオール分子鎖がＶ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンが有している運動エネルギーを分子内振動、分子間振動により吸収し、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンが高密度で配向しているヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜中に包み込まれるような状態で堆積する。
【００４０】
このとき、自己組織化単分子膜の厚さが薄いので、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンの堆積量に応じて、基板３１から電子が注入されてＶ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンを中和し、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の正イオンはＶ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３となる。したがって、ピコ電流計３５によって基板３１から流れる電流量を測定することによって、Ｖ_１Ｂｚ_２あるいはＶ_２Ｂｚ_３の堆積量を測定することができる。
【００４１】
次いで、クラスターの堆積した基板３１に赤外光源３３から連続波長の赤外線を照射し、その反射光をＭＣＴ光検出器３４によって検出することによって堆積したクラスターを解析する。
【００４２】
まず、実施例１として、Ｖ_１Ｂｚ_２の正イオンを、衝突エネルギーを２０ｅＶ、４０ｅＶ、１００ｅＶとそれぞれ変化させて、基板３１のヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着した。図４は、それらの場合の赤外吸収スペクトル（分解能；２ｃｍ^−１）を示す。衝突エネルギーが２０ｅＶのスペクトルには、波数９９０ｃｍ^−１、９５８ｃｍ^−１、７４８ｃｍ^−１の吸収ピークが観測され、衝突エネルギーが４０ｅＶのスペクトルには、波数１０３３ｃｍ^−１、９９０ｃｍ^−１、９５８ｃｍ^−１、７４８ｃｍ^−１の吸収ピークが観測され、衝突エネルギーが１００ｅＶのスペクトルには、波数１０３３ｃｍ^−１の吸収ピークのみが観測された。
【００４３】
図５は、Ｖ_１Ｂｚ_２の立体配置を示す図であり、図６（ａ）には、Ｖ_１Ｂｚ_２のＣ−Ｈ面内変角振動状態を、図６（ｂ）には、Ｖ_１Ｂｚ_２の反対称骨格振動状態を、図６（ｃ）には、Ｖ_１Ｂｚ_２のＣ−Ｈ面外変角振動状態をそれぞれ示すが（矢印は、振動方向を示す。）、上記の波数９９０ｃｍ^−１、９５８ｃｍ^−１、７４８ｃｍ^−１の吸収ピークはそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の振動状態による吸収として知られており、また、波数１０３３ｃｍ^−１の吸収ピークはＢｚ（ベンゼン）分子由来の吸収ピークであることが知られている。
【００４４】
図４の結果から、衝突エネルギーが２０ｅＶでも、Ｖ_１Ｂｚ_２は解離することなく蒸着できることを示している。衝突エネルギーの増加に伴い、Ｂｚ分子由来の吸収ピーク（波数１０３３ｃｍ^−１）の強度が強くなり、Ｖ_１Ｂｚ_２由来の吸収ピークの強度は弱くなる。これは衝突によりＶ_１Ｂｚ_２が解離し、Ｂｚ分子が生成したことを示している。そして、衝突エネルギーが５０ｅＶ程度までＶ_１Ｂｚ_２由来の吸収ピークを確認することができる。
【００４５】
この結果は、衝突エネルギーが５０ｅＶ程度まではＶ_１Ｂｚ_２の解離を防ぐことができることが分かり、これはＡｒの緩衝層を用いた場合と類似しており、これから、アルカンチオール自己組織化単分子膜はＡｒの緩衝層と同様の緩衝効果を持つことが分かった。
【００４６】
次に、２０ｅＶの蒸着エネルギー（衝突エネルギー）で基板３１のヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着したＶ_１Ｂｚ_２に対して反射型赤外吸収分光法と同時に昇温脱離法を用いて、基板温度変化に対するＶ_１Ｂｚ_２の挙動を観察した。基板表面に固定されたＶ_１Ｂｚ_２の赤外吸収ピークは、基板温度が２０°Ｋから２５０°Ｋの範囲では観測されたが、２５０°Ｋ以上の温度ではＶ_１Ｂｚ_２に起因するピークは観測されなかった。また、昇温脱離実験から、Ｖ_１Ｂｚ_２及びＶ原子は基板から脱離せずに、図７にその場合のＢｚ分子の昇温脱離スペクトルを示すように、Ｂｚ分子のみが１５０°Ｋ付近と２５０°Ｋ付近で脱離することが分かった。基板表面に物理吸着したＢｚ分子は１５０°Ｋ付近で脱離することから、２５０°Ｋ付近におけるＢｚ分子の脱離は、Ｖ_１Ｂｚ_２の解離反応後のＢｚ分子に由来するものである。
【００４７】
この結果から、２００°Ｋ付近までは、Ｖ_１Ｂｚ_２クラスターは解離せずに安定に自己組織化単分子膜表面に固定されていることが分かった。
【００４８】
しかしながら、２６０°Ｋ付近で測定した赤外吸収スペクトルには、サンドイッチ構造を有するＶ_１Ｂｚ_２クラスターに起因するピークは観測されなかった。このことから、２５０°Ｋ付近ではＶ_１Ｂｚ_２クラスターは解離反応を起こしており、Ｂｚ分子の生成が急速に進行したものと考えられる。
【００４９】
次に、実施例２として、Ｖ_２Ｂｚ_３の正イオンを、衝突エネルギーを２０ｅＶで、基板３１のヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着した。図８は、その場合の赤外吸収スペクトル（分解能；２ｃｍ^−１）を示す。波数９５７ｃｍ^−１の吸収ピークが観測された。この吸収ピークは、図９に振動状態を示したＶ_２Ｂｚ_３の反対称骨格振動に対応するものであり（矢印は、振動方向を示す。）、自己組織化単分子膜を緩衝層として用いる場合に、Ｖ_２Ｂｚ_３クラスターが解離せずに安定して固定されていることが分かった。この点は、Ａｒの緩衝層を用いる場合と異なる点であり、Ａｒの緩衝層を用いる場合には、Ｖ_２Ｂｚ_３の幾何構造変形が起こってＶ_２Ｂｚ_３クラスターは固定できなかったが、本発明の方法ではＶ_２Ｂｚ_３のような一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターを解離することなく堆積させることができることが分かる。この理由としては、自己組織化単分子膜を構成するアルカンチオールの分子鎖が一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターの幾何構造変形を強く抑制したためと考えられる。
【００５０】
以上の実施例のように、本発明においては、基板上に自己組織化単分子膜を設けた状態でクラスターイオン種を蒸着しているので、蒸着に伴う解離が大幅に抑制され、それによって、クラスターイオン種の速度を大きくしたままで蒸着することができ、したがって、空間電荷効果によるクラスターイオンビームの発散を抑えることができるので、高効率の堆積が可能になる。
【００５１】
また、室温近くの比較的高温にしてもその固定されたクラスターを安定に保持することができる。
【００５２】
さらに、Ｖ_２Ｂｚ_３等の一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターも解離せずに安定して固定することができる。
【００５３】
上述のように本発明の実施例によって堆積させたクラスターは、一次元構造を有し、かつ、高密度で堆積しているので、超伝導特性が期待され、また、一次元状に配列された個々の多層サンドイッチ錯体が１つのメモリ素子を構成する超高密度磁気メモリとして期待されるものである。
【００５４】
以上、本発明のクラスターイオン種のソフトランディング方法をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、これらの説明の構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記の実施例においては、堆積させるナノクラスターとしてＶ_１Ｂｚ_２、Ｖ_２Ｂｚ_３を例示したが、これら有機金属錯体に限られるものではなく、中心金属Ｍの一部をＦｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｐｄ等の多くの金属に置き換えたビス・シクロペンタジエニル金属化合物（Ｍ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）及びそれらの誘導体を用いてもよいものである。その場合には、気相反応部にベンゼンの代わりに、例えば、レーザ蒸発させたフェロセン（Ｆｅ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）等を導入すればよい。
【００５５】
さらに、メタロセン以外にも、ビス・ベンゼンクロミウム（Ｃｒ（Ｃ_６Ｈ_６）_２）あるいはウラノセン（Ｕ（Ｃ_８Ｈ_８）_２）等を始めとするサンドイッチ構造の有機金属化合物及びそれらの誘導体を用いてもよいものである。
【００５６】
また、自己組織化単分子膜を形成する基板としては、金基板、金メッキが施された基板に限らず、自己組織化単分子膜の修飾が可能であれば、他の金属基板、半導体基板、絶縁体基板であってもよく、イオンの短時間の効率的蒸着のためには、導電性を持つ基板であることが望ましい。
【００５７】
また、上記の実施例の説明においては、レーザ蒸発させたＶ原子を冷却するためにＨｅガスを用いているが、Ｈｅガスに限られるものではなく、Ａｒ等の他の希ガスを用いてもよいものである。
【００５８】
また、上記の実施例の説明においては、一般的な堆積工程として説明しているが、半導体製造工程における微細加工技術としても適用されるものである。例えば、近年のＬＳＩの超小型化、高精密化の進展は、目覚ましいところであるが、レーザを用いた加工技術は、光の回折のために限界に達している。このような限界を突破する次世代技術の１つとして、最終段に偏向器、例えば、静電偏向器を配置して、電子ビーム描画のようにクラスターを基板上に任意のパターンに選択的に堆積させて、レーザの回折限界を越えた高精密なパターンを形成することが考えられる。
【００５９】
さらに、本発明のクラスターイオン種のソフトランディング方法を用いて、クラスターによる表面修飾により、クラスターを新規高機能材料として、各種デバイス、触媒に適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のクラスターイオン種のソフトランディング方法によると、基板上に自己組織化単分子膜を形成した後、質量選別したクラスターイオン種をその基板上に蒸着するので、クラスターイオン種を高速で蒸着してもその解離する割合が小さくなり、高収率で堆積させることが可能になる。しかも、室温近くの比較的高温にしてもその固定されたクラスターを安定に保持することができる。さらに、一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターも解離することなく堆積させることができる。そのため、実用化に耐えられる高効率かつ大量生成可能なクラスターイオン蒸着源とすることができ、新たな素材、化学物質の供給源、あるいは、微細パターンの形成手段として期待されるところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクラスターイオン種のソフトランディング方法の原理を説明するための図である。
【図２】アルカンチオール自己組織化単分子膜の形成工程を例示するための図である。
【図３】本発明の１実施例に用いる製造装置の概念的構成図である。
【図４】Ｖ_１Ｂｚ_２の正イオンを基板のヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着した場合の赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図５】Ｖ_１Ｂｚ_２の立体配置を示す図である。
【図６】Ｖ_１Ｂｚ_２の各種振動状態を示す図である。
【図７】ヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着したＶ_１Ｂｚ_２からのＢｚ分子の昇温脱離スペクトルを示す図である。
【図８】Ｖ_２Ｂｚ_３の正イオンを基板のヘキサデカンチオールの自己組織化単分子膜上に蒸着した場合の赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図９】Ｖ_２Ｂｚ_３の反対称骨格振動状態を示す図である。
【図１０】従来のＡｒ等の不活性ガス分子層を緩衝層とするソフトランディング方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板
２…マトリックス
３…不活性ガス分子
４…不活性ガス分子
５…クラスターイオン種
１１…金基板あるいは金メッキを表面に施した基板
１２…アルカンチオール分子鎖
１３…アルカンチオール自己組織化単分子膜
１４…クラスターイオン種
２１…金属ターゲット
２２…レーザ
２３…ピエゾパルスバルブ
２４…気相反応部
２５…八重極イオンガイド
２６…四重極偏向器
２７…八重極偏向器
２８…四重極質量選別器（フィルター）
２９…八重極イオンガイド
３０…減速レンズ
３１…基板
３２…液体Ｈｅ低温保持装置（クライオスタット）
３３…赤外光源
３４…ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）光検出器
３５…ピコ電流計
３６…サファイア板

Claims

基板上に自己組織化単分子膜を形成した後、質量選別したクラスターイオン種を前記基板上に蒸着することを特徴とするクラスターイオン種のソフトランディング方法。
前記自己組織化単分子膜がアルカンチオール自己組織化単分子膜からなり、前記基板が金基板あるいは金メッキが施された基板であることを特徴とする請求項１記載のクラスターイオン種のソフトランディング方法。
前記自己組織化単分子膜を構成するアルカンチオール分子鎖のチオール基と結合している端とは反対の末端には、嵩高基が結合されていることを特徴とする請求項２記載のクラスターイオン種のソフトランディング方法。
前記クラスターイオン種が、有機金属錯体イオン種であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のクラスターイオン種のソフトランディング方法。
前記クラスターイオン種が、一次元多層サンドイッチ構造を持つクラスターイオン種であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のクラスターイオン種のソフトランディング方法。
前記クラスターイオン種を電気的あるいは磁気的に偏向させることによって、前記基板上に所望パターン状に堆積させることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載のクラスターイオン種のソフトランディング方法。