JPH01502279A - 加熱状態にあるクラスター用のキャリアガス供給源 - Google Patents

加熱状態にあるクラスター用のキャリアガス供給源

Info

Publication number
JPH01502279A
JPH01502279A JP63501557A JP50155788A JPH01502279A JP H01502279 A JPH01502279 A JP H01502279A JP 63501557 A JP63501557 A JP 63501557A JP 50155788 A JP50155788 A JP 50155788A JP H01502279 A JPH01502279 A JP H01502279A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cluster
carrier gas
source
drift tube
clusters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP63501557A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0639687B2 (ja
Inventor
クナウエル,ウオルフガング
Original Assignee
ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ヒューズ・エアクラフト・カンパニー filed Critical ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Publication of JPH01502279A publication Critical patent/JPH01502279A/ja
Publication of JPH0639687B2 publication Critical patent/JPH0639687B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/228Gas flow assisted PVD deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221Ion beam deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0812Ionized cluster beam [ICB] sources

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

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】 加熱状態にあるクラスター用のキャリアガス供給源発明の背景 本発明は薄型フィルムの付着、特にクラスタービーム用の供給源に関する。
基体への薄型フィルムの付着は重要な工程であり、また種々の分野においてその 手段が探求されている。例えばマイクロ電子装置は、構造の特殊な電子特性を獲 得するために連続するフィルム層を基体上に付着させることによって生成される 。ビジコンおよび太陽電池等の光感応性装置は光感応性材料のフィルムを基体上 に設けることによって生成される。レンズの光学特性は、フィルムをそれらの基 体上に付着させることによって改善される。もちろんこれらの例示は、何千もの 薄型フィルム付着技術の適用の僅かなものである。
高品質フィルムが必要な用途の特性である薄型フィルムの付着のための高度に制 御された方法において、フィルムは単一層のフィルムを順次付着させることによ って形成され、各層は1個の原子の厚さである。原子論の関係において、付着処 理技術が最もよく考えられることができる。一般にこのような処理において、僅 かな汚染物質群または汚染原子が必要とされる高品質フィルムの付着を著しく妨 げることさえあるため、基体表面は注意して清浄にしなければならない。それか らフィルムの材料が蒸気付着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、または化学蒸 気付着等の多様な適用に対して開発された多数の技術の1つによって付着される 。
薄型フィルムを付着させるその他の技術において、原子のイオンクラスターがク ラスター付着装置の中に形成される。
これらのクラスターは、それぞれ通常約1000〜2000個の原子を有する。
クラスターはイオン化され、それから加速電圧とクラスターのイオン化レベルの 積に等しいエネルギをクラスターに与える電位によって基体ターゲットに向かっ て加速される。基体の表面に達すると、クラスター、は衝撃で分解して原子にな り、表面上を自由に移動する。分解の後に残った各原子片は、クラスター中の原 子数で割ったクラスターの合計エネルギに等しいエネルギを有する。したがって 分解する前のクラスターは比較的高い質量とエネルギを有し、一方分解した後に 残った各原子はそれぞれ比較的低い質量とエネルギを有する。表面に付着された 原子のエネルギにより原子は表面上で移動できるため、表面にある歪みまたはホ ールに移動することがで、きる。付着した原子が不完全部分に入って来るため、 不完全部分が除去され、フィルムの完全性および密度を高める。クラスターを使 用した他の方法が開発されており、クラスタービームを使用した薄型フィルム付 着は有望な実用的フィルム製造技術である。
クラスターを生成するクラスター供給源は、クラスタービーム付着装置の重要な 素子である。クラスター供給源は、選択された寸法範囲で大量のクラスター流を 生成し、高いクラスター形成効率を有すべきである。すなわちクラスタービ一部 分を有するべきである。そうでない場合にはクラスターを使用する有効性が損わ れるかもしれない。クラスター源は、クラスタービームに適切なエネルギ状態の クラスターを供給するべきである。
ある型のクラスター供給源はキャリアガスクラスター供給源であり、クラスター に濃縮される原子流がるつぼからガス混合室へ放出される。ガス混合室において キャリアガスは原子流と混合され、過飽和に達するまで原子の動作を抑制してク ラスターを形成する。供給源から出てくるクラスターは真空室中に入り、イオン 化されてターゲットに向けて加速される。
キャリアガスクラスター供給源は、表面成長クラスター供給源に対して2つの重 要な利点を有し、別の最も重要な型の供給源である。キャリアガスクラスター供 給源は非常に高いクラスター形成効率を有し、結果的に原子よりもクラスターで あるクラスタービームの質量の比率が高くなる。次にキャリアガスクラスター供 給源は、耐熱金属等の非常に高い融解点を有する材料のクラスタービームを形成 するために使用されることができるが、表面成長クラスター供給源では不可能で ある。
しかしながら、通常のキャリアガスクラスター供給源を使用して付着されたフィ ルムはきめが粗くて表面がざらざらする傾向があることが実験的に観察されてき ている。結果として、フィルムはマイクロ電子装置等の多数の型の必要な適用に 対して使用することができない。キャリアガスクラスター供給源によって現在行 われている効率および適用の多様性における有効性を保持しながら、このような 装置から得られる付着フィルムの品質を改善することが望ましい。本発明はこの 必要性を十分溝たし、さらに関連される効果をもたらすも本発明は、高品質のフ ィルムを基体上に付着させるために調整されたクラスターを生成する修正された キャリアガスクラスター供給源を提供する。形成プロセスは実質的に変化しない ため、供給源はクラスター形成の高い実効性を保持する。
供給源はまた高温材料のクラスターを生成することができる。
修正された構造は既存のクラスター付着システムに十分適合し、経済的に構成さ れることができる。
本発明によると、クラスターをターゲットに供給するためのキャリアガスクラス ター供給源はクラスタービームを発生するビーム源手段を含み、ビーム源手段は 原子ビームとガス混合物を放出−する気化供給源を含み、キャリアガスは原子ビ ームと混合してキャリアガス流と混合された原子のクラスターを有するクラスタ ービームを形成する。調整手段は実質的にクラスターの全てが液体状態になるよ うにクラスタービームを調整する。また伝達手段は実質的にターゲットに衝突す る前のクラスターは全て液体状態であるように、調整されたクラスタービームの クラスターをターゲットに伝達する。
好ましい実施例において、キャリアガスクラスター供給源はガス混合室とクラス ター材料の原子流を混合室に放出するるつぼとを有するビーム源を含み、原子流 とキャリアガスが混合されるため、キャリアガスと混合されるクラスター材料の クラスタービームが形成される。ビーム供給源を出た後、クラスタービームおよ びキャリアガスはドリフトチューブを通過する。ドリフトチューブはヒータで加 熱される。ドリフトチューブを出た後、クラスタービームおよびキャリアガスは ノズルを通過する。
従来のキャリアガスクラスター供給源によって生成されるクラスタービーム、お よびこのようなりラスタービームがターゲットに衝突したときに生成されるフィ ルムの研究は、少なくともビーム中のクラスターの一部分が固体状態であること を示す。ここで使用される用語では固体状態においてとは、物質が濃縮されてク ラスターになり、ざらにバルクの固体材料の結晶特性を示すことを言う。明かに このような固体クラスターがターゲットに衝突したときに、クラスターは分解し て所望の方法で表面に原子を分散することはない。その結果、固体クラスターは フィルムに対して粒子の粗い表面構造を残す。さらにクラスター付着が続けられ ても、粒子の粗さが残りフィルムの品質が低下する。
キャリアガスクラスター供給源におけるクラスターの形成は、流動ガスの流れが 蒸気供給源から放射された蒸気を急冷するときに発生するため、蒸気がガス流に おいて過飽和状態になりクラスターを形成する。冷却は、低いガス温度で急速に 発生しなくてはならない。そうしないとクラスターは望ましくない小さい大きさ にしか成長しない。比較的低い温度でのガス冷却によるもう1つの結果は、クラ スターが固体の結晶特性を示すことである。
本発明において、クラスターはその形成の後、液体状態に調整される。ここで使 用されるような“液体状態”とは、バルクの液体について類推できるように実質 的に結晶構造が存在しない物質の濃縮された状態を示す技術用語である。
クラスター調整に対する1つの方法はそれらの温度を上昇することであり、この 場合温度はクラスターにおける原子の不規則な運動エネルギを生じ、クラスター がターゲットに移動するときの方向運動エネルギではない。この増加されたエネ ルギはクラスターが低温で結晶になる傾向を克服する。好ましい実施例において 1.クラスターは、結晶が消滅してクラスターが液体状態になる温度までクラス ターを加熱するのに十分高い温度に維持されている拡散チューブを通過される。
加熱は、拡散チューブ内のクラスターと混゛合されたキャリアガスの存在によっ て促進される効果的な熱伝導人プロセスによって達成される。
実質的にクラスターの全てがこの液体状態に調整される゛が、いくつかの非常に 大きいクラスターは結晶体を除去するほど十分には加熱されない。このような大 きいクラスターは、それらがターゲットに達したならば、望ましくないきめの粗 さを引き起こす。しかしながら実際には非常に大きいクラスターは質量分離器に よってクラスタービームから除去され、フィルムの品質には問題がない。
クラスターが適切な非結晶状態に調整された後、それらはターゲットに衝突する までこの状態で保存されていなくてはならない。こような保存を達成する伝達手 段は、大部分のキャリアガスをビームから分離して除去する。キャリアガスが除 去されることにより、クラスターが隣接する真空中を進む。
このような真空において、クラスターからの伝導および対流による熱損失がほと んど回避される。真空中の小さいクラスターからの放射熱損失もまた小さい。調 整手段で得られたクラスターの温度状態は、クラスターが真空で、もし設けられ ているならば連続的なイオン化、質量分離器、加速器および集束部品を通過する ときに保持される。ターゲットに達したクラスターは、温度と非結晶、すなわち 調整手段で設定されたゆるい束縛状態を維持する。
換言すると、本発明はターゲットに衝突する高品質のクラスタービームを提供す る処理において具体化されたものであり、キャリアガスを原子流と混合すること によってクラスタービームを形成するステップと:実質的にクラスターの全てが 液体状態であるようにクラスタービーム中のクラスターを調整するステップと; 調整されたクラスタービームをターゲットに伝送し、クラスターの実質上全てが ターゲットに衝突する前は実質的に液体状態であるようにするステップとを含む 。
本発明のクラスター供給源は、キャリアガスクラス、ター供給源の技術において 重要な進展をもたらすことが理解されるであろう。クラスター形成の高い効率性 および従来のキャリアガスクラスター供給源の多様性は保持されるが、さらにク ラスターは非結晶の、液体状態に調整されるため、付着されたフィルムは滑らか であり、結晶クラスターの付着のようなきめの粗さおよびその他特有の欠点を持 たない。したがって本発明において、キャリアガスクラスター供給源は他のクラ スター供給源に置換して使用されることができる。本発明のその他の特徴および 利点は、以下のさらに詳細な説明および例示によって本発明の原理を示す添付図 面から明かになるで第1図はキャリアガスクラスタービーム付着装置の概略図で あり、 第2図は本発明によるキャリアガスクラスター供給源の側面の断面図である。
好ましい実施例の説明 本発明が適用されるシステムのタイプを説明するために、典型的なりラスタービ ーム付着装置lOが第1図に示されている。付着装置lOはクラスタービーム1 4を生成するクラスター供給源12を含む。クラスタービーム14は、種々の大 きさのクラスターおよび若干のクラスターにならない原子から構成されている。
ビーム14のクラスターおよび原子は、通常各クラスターおよび原子に単一電荷 を与えるように調節されるイオン化装置1Bにおいてイオン化される。すなわち 2000個の原子を有するクラスターは、単一原子と同じように単一の電荷だけ を有する。
狭い寸法範囲内のクラスターだけがターゲット18に到達することが望ましい。
したがってビーム14は、選択された寸法よりも著しく大きいまたは小さいクラ スターを分離し、はぼ所望の寸法のクラスターだけをターゲット18に到達させ る質量分離器20を通過する。最終的にクラスタービーム14は加速電極21に よって付勢され、その後レンズおよび偏向プレート22により集束されて偏向さ れるため、クラスターのパターンをターゲット18の表面上に描くこともできる 。付着装置全体は、ターゲットおよびクラスタービームを真空状態に維持する真 空室24中に配置されている。
本発明はクラスター供給源として具体化され、改善されたクラスター供給源30 は第2図に示されている。クラスター供給源30はクラスターとしてターゲット 18に伝送される供給材料34を位置させるるつぼ32を含む。この供給材料は 金属でも非金属でもよい。るつぼ32および供給材料34はいずれかの適切な手 段によって加熱され、ここではその手段がるつぼ32の周囲の抵抗巻線36とし て示されている。供給材料34の蒸気を外に出す孔38を除いて、るつぼ32は 密封された容器である。
るつぼ32はその温度を維持し、供給源30の他の部分の加熱を防ぐために熱遮 蔽体40によって包囲されている。
るつぼ32から気化された材料の蒸気は孔38、熱遮蔽体40の開口42を通過 し、その壁がほぼ周辺温度に維持されているガス混合室44中に至る。キャリア ガスの流れはガス入口46からガス混合室44中に別に導入される。気化された 蒸気はるつぼ32からの気化によって決定された温度である。キャリアガス温度 は気化された蒸気の温度よりもかなり低く<、典型的には周辺温度であるため、 蒸気とキャリアガスがガス混合室44において混合して比較的小さい容積のクラ スターの形成を促進する場合に、蒸気原子は急速に冷却して飽和状態に至る。
そうしないとクラスターの寸法は非常に小くなる。はとんどの場合、1つのクラ スターについて約2000個の原子よりなるクラスターが好ましいため、これは 望ましい結果ではない。
クラスター形成のために急速に蒸気を冷却することが、クラスターを低温にする 。すなわちクラス久−がターゲット18に衝突したときに、本発明を使用しなけ れば容易に分解しない結晶または一部結晶骨造を有する濃縮された集合体となっ ている。
混合室44において種々の寸法のクラスターが気化された質量の一部から形成さ れ、一方気化したもののいくらかが非クラスター原子として残る。気化原子、ク ラスターおよびキャリアガスは、混合されてガス入口から流れ出て真空室24の 真混合ビーム48は、抵抗加熱器52によって外側を加熱される中空の円筒チュ ーブであるドリフトチューブ50に入る。混合ビーム48がドリフトチューブ5 0を通過するときに、クラスターは実質的にクラスターの全てが液体状態に変化 するように調整される。クラスターの加熱は、はとんどが混合キャリアガスの媒 体を通ってドリフトチューブ50の加熱された壁からの伝導熱または対流によっ て行われる。
クラスターを液体または無秩序状態にするために必要な温度は、クラスターを構 成している材料の融解温度ではない。
それらの寸法は非常に小さいため、クラスターは典型的に融解温度よりもかなり 低い温度に加熱されるとすぐに液体になる。例えば約1000個の原子の金属ク ラスターは融解温度の約2/3の温度で液体になることが予想され、100個の 原子の金属クラスターは融解温度の約172の温度で液体になると考えられる。
したがってクラスターがドリフトチューブ50を通過するときに得られなければ ならない必要温度はクラスターの材料およびターゲットに衝突するクラスターの 寸法によって決定される。ドリフトチューブ50の最高温度は、はぼクラスター を液体化するために必要な温度に維持されることが好ましい。これはより高い温 度ではクラスターから原子が再び気化するためである。
特有の調整に必要なドリフトチューブ動作温度は1組の試験により決定されるこ とが最良であり、それにおいてクラスターの結晶は回折手段により飛翔中に測定 され、または動作温度が次第に上昇されるとき付着されたフィルムの品質を観察 することによって連続的に測定される。
ドリフトチューブ50はクラスターを加熱するのに十分長くなければならないが 、クラスターがドリフトチューブの内壁に小滴を付着させるほど長くてはならな い。必要とされる最少の長さは、ドリフトチューブ50の直径、クラスターの最 初の温度および必要な最終温度、クラスターの性質、り、ラスターの寸法、キャ リアガスの特性およびキャリアガスの流速に応じて定められる。2000個の原 子の銀クラスターに対する近似的な計算は、最初に周辺温度でかつ最後に101 00Oで、1000m/秒の流速を有するアルゴンガスにおいて行われた。
ドリフトチューブの壁に隣接するクラスターは約0.1cu+内で壁の温度に達 し、クラスターの残りに対する熱の拡散はドリフトチューブの直径にほぼ等しい 距離を必要とする。したがって壁の平歯温度に達するために、チューブを通過す るクラスターに対するドリフトチューブ50の最少の長さはドリフトチューブの 直径に等しいものと決定される。
チューブの最大の長さは、加熱された壁面のクラスター材料の小滴が濃縮される ことによって制限される。同様のシステムにおけるクラスター〇濃縮の観察に基 くと、この最大の長さはチューブの直径の約5倍と考えられる。
したがって最適な安定状態動作のためには、ドリフトチューブ50の長さがドリ フトチューブの直径の約1乃至5倍であるべきであると考えられる。これらの設 計パラメータは、現在の好ましい方法および実施例を反映するものであり、臨界 的な制限とは考えられない。
クラスターがドリフトチューブ50を通過して適切な温度に調整された後、それ らは真空室24のポンプ能力が過剰負荷されないように、またキャリアガスがで きるだけ多くクラスタービーム14から分離され除去されて真空室の真空に導入 されなくてはならない。クラスターガスはドリフトチューブ50において調整さ れたクラスターの実質的な冷却を防ぐために分離されなくてはならない。キャリ アガスの存在は加熱されたドリフトチューブにおいて伝導および対流によりクラ スターへの熱伝達を促進するから、もし存在するならばそれらが同じメカニズム によってクラスター源30からターゲット18に移動する間にクラスターからの 熱の除去を促進する。キャリアガスがクラスタービーム14から除去されること により、熱伝導および対流によるクラスターからの熱損失は実質的に避けられる 。小さいクラスターからの放射による熱損失が小さいため、クラスターの全熱損 失はそれらがターゲットに進行するあいだ無視することができる。
キャリアガスは、ドリフトチューブ50の下流に位置されるノズル54を通るク ラスタービームを拡大することによってクラスタービームから分離されて除去さ れる。拡大する際に、重いクラスターの軌道は著しく変化されないので、クラス ターは不変のままである。反対にキャリアガスの軽い原子または分子の軌道は、 速やかな拡大により急速に外側に屈折される。予め均一に混合されたクラスター およびキャリアガスは、それによって分布の中心に主としてクラスターを有する 放射状の分布になる。
変化されたビーム分布により、キャリアガスの原子または分子は複数の技術のい ずれによってもビームから除去されることができる。好ましい方法は、ビームす なわちギヤリアガスの半径方向外側部分を屈折するスキマー56を設けて、屈折 されたキャリアガスをポンプポート58に向けることである。
スキマー58の方法はクラスターからキャリアガス全てを除去するとは考えられ ないが、クラスターからの連続的な熱損失を許容可能な低レベルまで減少するた めに十分大量のキャリアガスを除去することにおいて有効である。
クラスター供給源30から放出されるクラスタービーム14は、上記に示された 方法で付着装置の残りの部分を通って処理される。クラスターの液体状態は変化 しないか、もしくはイオナイザ16、量子分離器20、加速装置21または偏向 板22の機能を妨げることはない。
クラスター供給源30の動作において、キャリアガスの流速は高いクラスター形 成効率を維持するために動作パラメータとして制御されなくてはならないため、 るつぼ32からかなりの量の気化された材料がクラスターとして伝送される。ド リフトチューブ50からの熱は上流(マスと反対側)のガス混合室44の方向に 拡散する傾向がある。この熱拡散は気化原子とキャリアガスとの混合温度を上昇 させ、クラスター形成の効率を減少させる。他方キャリアガスの質量流動により 熱が下流方向に伝送される。したがってガス流の速度を動作する最少の安定状態 は、上流および下流の熱拡散率を等しくすることによって大体計算することがで きる。前述の動作パラメータのために必要なガスの流速は、システムの能力の範 囲内である約140 cm/秒であると推測される。キャリアガス流がもっと低 速度である場合にはガス混合室44の方向の上流方向に実質的な熱流動があると 予想され、これは混合温度を上昇しクラスター形成効率を減少することによって 安定状態動作を損う。
上流の熱流動の問題は、クラスター供給源をパルス的に動作させることによって 軽減または回避されることができる。
混合室44とドリフトチューブ50との間に位置された冷却チューブ60のよう な任意の冷却手段で上流への熱流動を遮断することにより、低いキャリアガス流 動速度で継続的に供給源を動作することができる。冷却チューブ60は熱を取り 除くことによりドリフトチューブ50と逆の方法で動作し、そうでなければ上流 の混合室44へ拡散する熱をガス流から冷却された壁に伝える。
特定の例示において、銀をるつぼ32の中に位置して気化された原子の流れを放 出するために約1500°Kまでるつぼ32を加熱することにより、約40オン グストロームの直径の銀クラスターが生成される。周辺温度のアルゴンガスは、 約065トルの圧力で約150cm /秒の流速で導入され、混合室44におい て銀蒸気と混合された。ドリフトチューブは0.8co+の直径と2crnの長 さを有し、約830°K(融点の2/3)で維持された。供給源30を離れるク ラスターは完全に液体であると考えられる。
したがって本発明の改善されたクラスター供給源は、キャリアがスフラスター供 給源を使用し、クラスターが液体であり実質的に結晶構造を持たない温度にクラ スターを調整することによって形成されるフィルムの品質を改善する。クラスタ ー供給源は高いクラスター形成効率および従来のクラスター供給源の多様性を保 持し、一方フィルムの品質を著しく改善する。
本発明の特有の実施例が説明のために詳細に記載されているが、本発明はその技 術的範囲から逸脱することなく多様に修正されてもよい。したがって本発明は、 添付された請求の範囲によってのみ制限されるものである。
国際調査報告 m−1^−内−”’ PCT/υS 88100118国際調査報告 US 8800118

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)キャリアガスがキャリアガス流と混合された原子のクラスターを有するク ラスタービームを形成するために原子のビームと混合されて原子とガスの混合物 のビームを放出する気化供給源を含むクラスタービームを発生するためのビーム 源手段と、 実質的にクラスターの全てが液体状態であるようにクラスタービームを調整する 調整手段と、 実質的にクラスターの全てがターゲットに衝突する前は液体状態であるように、 調整されたクラスタービームのクラスターをターゲットに伝送する伝送手段とを 具備しているクラスターをターゲットに供給するキャリアガスクラスター供給源 。
  2. (2)前記調整手段は、クラスターの温度を調節する手段を含む請求項1記載の クラスター供給源。
  3. (3)前記調整手段は、クラスタービームが通過するドリフトチューブである請 求項1記載のクラスター供給源。
  4. (4)前記調整手段は、前記ドリフトチューブ用のヒーターを含む請求項3記載 のクラスター供給源。
  5. (5)前記気化供給源は、ヒーターを具備し原子のビームを放出するための孔を 有するるつぼである請求項1記載のクラスター供給源。
  6. (6)前記伝送手段は、クラスタービームからキャリアガスの少なくとも一部分 を除去する手段を含む請求項1記載のクラスター供給源。
  7. (7)前記伝送手段は拡大ノズルを含む請求項1記載のクラスター供給源。
  8. (8)前記伝送手段は、クラスタービームからキャリアガスの一部分を除去する スキマーを含む請求項1記載のクラスター供給源。
  9. (9)ガス混合室、およびクラスター材料の原子流を前記混合室の中に放出する るつぼを含み、キャリアガスと混合されたクラスター材料のクラスタービームが 形成されるように原子流とキャリアガスとを混合するビーム源と、前記ビーム源 を離れた後でクラスタービームおよびキャリアガスが通過するドリフトチューブ と、前記ドリフトチューブを加熱するヒーターと、前記ドリフトチューブを出た 後、クラスタービームおよびキャリアガスが通過するノズルとを具備しているキ ャリアガスクラスター供給源。
  10. (10)前記ドリフトチューブの長さは、前記ドリフトチューブの直径の約1乃 至5倍である請求項9記載のクラスター供給源。
  11. (11)前記ドリフトチューブに入る前にクラスタービームおよびキャリアガス が通過する冷却チューブを具備し、この冷却チューブは前記ドリフトチューブと 前記ビーム源との間に位置している請求項9記載のクラスター供給源。
  12. (12)キャリアガスを原子流と混合することによってクラスタービームを形成 し、 実質的にクラスターの全てが液体状態であるようにクラスタービーム中のクラス ターを調整し、 実質的にクラスターの全てがターゲットに衝突する前に液体状態であるように、 調整されたクラスタービームをターゲットに伝送するステップを含むことを特徴 とするターゲットに衝突させる高品質のクラスタービームの処理方法。
  13. (13)キャリアガスは不活性ガスである請求項12記載の処理方法。
  14. (14)前記調整ステップは、クラスターが濃縮状態であるが結晶構造を持たな い温度までクラスターを加熱することによって達成される請求項12記載の処理 方法。
  15. (15)前記クラスター調整ステップは、クラスターを加熱するためにドリフト チューブを通すステップを含む請求項12記載の処理方法。
  16. (16)前記伝送ステップは、クラスターからキャリアガスの少なくとも一部分 を分離して除去するステップを含む請求項12記載の処理方法。
JP50155788A 1987-02-27 1988-01-19 加熱状態にあるクラスター用のキャリアガス供給源 Expired - Lifetime JPH0639687B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/019,911 US4833319A (en) 1987-02-27 1987-02-27 Carrier gas cluster source for thermally conditioned clusters
US19911 1987-02-27
PCT/US1988/000118 WO1988006637A1 (en) 1987-02-27 1988-01-19 Carrier gas cluster source for thermally conditioned clusters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01502279A true JPH01502279A (ja) 1989-08-10
JPH0639687B2 JPH0639687B2 (ja) 1994-05-25

Family

ID=21795712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50155788A Expired - Lifetime JPH0639687B2 (ja) 1987-02-27 1988-01-19 加熱状態にあるクラスター用のキャリアガス供給源

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4833319A (ja)
EP (1) EP0302919B1 (ja)
JP (1) JPH0639687B2 (ja)
KR (1) KR910002567B1 (ja)
DE (1) DE3865149D1 (ja)
WO (1) WO1988006637A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005120411A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Kenji Sumiyama クラスター製造装置およびクラスター製造方法

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3824273A1 (de) * 1988-07-16 1990-01-18 Philips Patentverwaltung Verfahren zur herstellung von festkoerpern
US4935623A (en) * 1989-06-08 1990-06-19 Hughes Aircraft Company Production of energetic atom beams
JPH0452273A (ja) * 1990-06-18 1992-02-20 Mitsubishi Electric Corp 薄膜形成装置
DE4225169C2 (de) * 1992-07-30 1994-09-22 Juergen Dipl Phys Dr Gspann Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Agglomeratstrahlen
US5820681A (en) * 1995-05-03 1998-10-13 Chorus Corporation Unibody crucible and effusion cell employing such a crucible
US5827371A (en) * 1995-05-03 1998-10-27 Chorus Corporation Unibody crucible and effusion source employing such a crucible
US5796111A (en) * 1995-10-30 1998-08-18 Phrasor Scientific, Inc. Apparatus for cleaning contaminated surfaces using energetic cluster beams
JPH1059238A (ja) * 1996-06-25 1998-03-03 Yukio Isoda 自転車サドルの高さ調節機構
US6152074A (en) * 1996-10-30 2000-11-28 Applied Materials, Inc. Deposition of a thin film on a substrate using a multi-beam source
US20030101938A1 (en) * 1998-10-27 2003-06-05 Applied Materials, Inc. Apparatus for the deposition of high dielectric constant films
US6375790B1 (en) 1999-07-19 2002-04-23 Epion Corporation Adaptive GCIB for smoothing surfaces
US6629508B2 (en) * 1999-12-10 2003-10-07 Epion Corporation Ionizer for gas cluster ion beam formation
US7323228B1 (en) 2003-10-29 2008-01-29 Lsi Logic Corporation Method of vaporizing and ionizing metals for use in semiconductor processing
US7084408B1 (en) * 2003-10-29 2006-08-01 Lsi Logic Corporation Vaporization and ionization of metals for use in semiconductor processing
US8835880B2 (en) * 2006-10-31 2014-09-16 Fei Company Charged particle-beam processing using a cluster source
US8303833B2 (en) * 2007-06-21 2012-11-06 Fei Company High resolution plasma etch
US20100243913A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 Tel Epion Inc. Pre-aligned nozzle/skimmer
US8378293B1 (en) * 2011-09-09 2013-02-19 Agilent Technologies, Inc. In-situ conditioning in mass spectrometer systems
US9540725B2 (en) 2014-05-14 2017-01-10 Tel Epion Inc. Method and apparatus for beam deflection in a gas cluster ion beam system
US10580632B2 (en) 2017-12-18 2020-03-03 Agilent Technologies, Inc. In-situ conditioning in mass spectrometry systems
CN109115660A (zh) * 2018-08-23 2019-01-01 金华职业技术学院 一种粒子成像方法
TW202123315A (zh) * 2019-10-23 2021-06-16 日商東京威力科創股份有限公司 基板洗淨方法、及基板洗淨裝置
CN113174572A (zh) * 2021-04-19 2021-07-27 江苏集创原子团簇科技研究院有限公司 一种改进的载气团簇源发生方法与装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2621296A (en) * 1944-09-02 1952-12-09 Robert W Thompson Ion source
US2967239A (en) * 1954-02-19 1961-01-03 Gen Electric Method and apparatus for analyzing constituents of a substance
US3229157A (en) * 1963-09-30 1966-01-11 Charles M Stevens Crucible surface ionization source
AT245834B (de) * 1963-10-15 1966-03-25 Oesterr Studien Atomenergie Verfahren zur Messung von Isotopen sowie Einrichtung dazu
FR1402020A (fr) * 1964-04-27 1965-06-11 Csf Perfectionnements aux sources d'ions
US3700892A (en) * 1971-08-25 1972-10-24 Atomic Energy Commission Separation of mercury isotopes
US4217855A (en) * 1974-10-23 1980-08-19 Futaba Denshi Kogyo K.K. Vaporized-metal cluster ion source and ionized-cluster beam deposition device
JPS53110973A (en) * 1977-03-10 1978-09-28 Futaba Denshi Kogyo Kk Method and apparatus for manufacturing compounds
JPS583592B2 (ja) * 1978-09-08 1983-01-21 日本分光工業株式会社 質量分析計への試料導入方法及び装置
FR2532470A1 (fr) * 1982-08-30 1984-03-02 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'ionisation d'un materiau par chauffage a haute temperature
KR890002747B1 (ko) * 1983-11-07 1989-07-26 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 이온 빔에 의한 성막방법 및 그 장치
US4559096A (en) * 1984-06-25 1985-12-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of precisely modifying predetermined surface layers of a workpiece by cluster ion impact therewith

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005120411A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Kenji Sumiyama クラスター製造装置およびクラスター製造方法
JP4521174B2 (ja) * 2003-10-15 2010-08-11 国立大学法人 名古屋工業大学 クラスター製造装置およびクラスター製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US4833319A (en) 1989-05-23
EP0302919A1 (en) 1989-02-15
DE3865149D1 (de) 1991-10-31
KR910002567B1 (ko) 1991-04-26
JPH0639687B2 (ja) 1994-05-25
KR890700694A (ko) 1989-04-26
EP0302919B1 (en) 1991-09-25
WO1988006637A1 (en) 1988-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01502279A (ja) 加熱状態にあるクラスター用のキャリアガス供給源
US5126165A (en) Laser deposition method and apparatus
Vick et al. Production of porous carbon thin films by pulsed laser deposition
US7718222B2 (en) Apparatus and method for high rate uniform coating, including non-line of sight
US5432341A (en) Process and apparatus for producing agglomerate rays
US4856457A (en) Cluster source for nonvolatile species, having independent temperature control
JPH05508685A (ja) レーザープラズマ沈着によって製造される無定形ダイヤモンド材料
GB1558786A (en) Method and apparatus for film deposition
Colligon Applications of ion-beam-assisted deposition
CN113174572A (zh) 一种改进的载气团簇源发生方法与装置
CN1036855A (zh) 用于形成凝聚团族的方法和装置
Ishii et al. Hollow cathode sputtering cluster source for low energy deposition: Deposition of Fe small clusters
JPH0765166B2 (ja) 揮発性クラスタを使用した薄膜の被着方法および装置
EP0029747A1 (en) An apparatus for vacuum deposition and a method for forming a thin film by the use thereof
CN101956160B (zh) 采用气体散射方式在柔性物质表面蒸镀金属薄膜的方法
JP2004263245A (ja) 反応方法及び反応装置
JPH10231192A (ja) マルチビーム源を用いての基板上への薄膜の堆積
JPS6347362A (ja) イオンプレ−テイング装置
JP3079399B2 (ja) 微粒子膜製造装置
JPS6091625A (ja) 薄膜の形成方法
JPH02298261A (ja) 薄膜蒸着装置
JPH01259162A (ja) 薄膜製造装置
JPH01100258A (ja) 超微粒子膜
JPS63176463A (ja) 薄膜形成方法
RU2122243C1 (ru) Способ получения магнитомягких термостойких аморфных конденсатов 3d-металлов