JPH03162567A - クラスタイオンビーム蒸着装置 - 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］ 本発明は、各種無機，有機物質を加熱蒸発させて発生し
た蒸気の一部をイオン化し、基板上に薄膜を形成するク
ラスタイオンビーム蒸着装置に関する。

［従来の技術コ 各種材料を加熱蒸発させて基板上に薄膜を作製する手段
としては、従来より真空蒸着法，　’．＋ＢＥ法（分子
線エビタキシャル法）等が知られている。

またイオンビームやプラズマを利用したイオンビームス
バッタ法，高周波マグネトロンスパッタ法等各種スパッ
タ法も薄膜作製方法として良く知ら，れている。かかる
方法により、優れた特性を持つ各種薄膜が得られており
、工業的にも実用化されている。さらに、有機金属ガス
の熱分解反応を利用したＭＯ−ＣＶＤ法等も無機材料の
薄膜作製法として良く知られている。

ところが、かかる方法においても、近年発見された酸化
物超伝導材料やチタン酸バリウムのような強誘電体、チ
タン酸鉛を主成分とするような圧電材料、さらにはチタ
ン酸ビスマスのような酸化物非線形光学材料等に対して
は、これらが優れた材料特性を有するにもかかわらず、
その特性を保持した薄膜を信頼性高く作製することがで
きなかった。また、上述のような特性を有する薄膜を作
製するためには、基板の温度を６００〜１０００℃とい
う高温にするか、同程度の温度で成膜後熱処理をする必
要があった。

この問題を解決するために、イオンビームを利用した蒸
着方法が提案され、特にクラスタイオンビーム蒸着法は
、スパッタ法等より極めて低い温度でエビタキシャル成
長、すなわち優れた結晶性の薄膜を作製できることが知
られている。

かかる蒸着方法（装置）は、第６図に示すように、小さ
い穴（ノズル）１０をもったるつぼ９の中で蒸着物質１
をヒーター１１加熱により蒸発させ、内部を比較的高い
圧力としてノズルから吹き出させると、１０３個相当の
原子の魂（クラスタ）となって吹き出してくる。これを
イオン化用の電子引き出し用グリッドｌ３と電子放出フ
ィラメント４を用いてイオン化し、基板７に向けて加速
電極６を用いイオン化クラスタを加速し激突させて薄膜
を作製するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のようなクラスタイオンビーム蒸着
法（装置）では、電子放出フィラメント４及び電子引き
出し用グリッド■３に蒸着物質の蒸発クラスタが付着す
る可能性が高い。これは、蒸発物質（クラスタ）を効率
良くイオン化するために、電子引き出し用グリッドが蒸
発物質と直接接触するか、あるいはごく近傍に設置され
ており、かつ電子放出フィラメントも電子引き出し用グ
リッドの近くにあるためである。かかる蒸発物質が付着
することにより、電子放出フィラメント４はその表面状
態が変化し、その結果、電子放出効率が変化してしまう
。このため蒸発物質のイオン化率が変化し、得られる薄
膜の膜貿が大きく変化してしまう。さらに、付着により
フィラメントの寿命が短かくなる（断線）という問題も
ある。

また、電子引き出し用グリッド１３への付着でち、例え
ば絶縁性の材料が付着した場合にはグリッド表面に電荷
が蓄積し、周辺部との異常放電の原因になる。さらに、
蒸発物質の付着によりグリッド材料との反応が起き、グ
リッドの寿命が短かくなるという問題もある。

以上のように、従来の装置では、電子放出フィラメント
、電子引き出し用グリッドの経時的特性変化を主原因と
して、スパッタ法等に比べて、安定動作性に劣るという
問題があった。

すなわち、本発明の目的とするところは、上述のような
問題点を解決したクラスタイオンピーム蒸着装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の特徴とするところは、蒸着物質を加熱蒸発させ
て、発生した蒸発物質（クラスタ）をイオン化し、基板
上に衝突させて薄膜を作製するクラスタイオンビーム蒸
着装置において、蒸発物質のイオン化部に設けられた電
子引き出し用グリッドが、電子放出フィラメントへの蒸
発物質の付着を防止し、かつ、放出電子の通過を可能と
するスリット付壁を蒸発物質主飛翔領域と電子放出フィ
ラメントとの間に有した構造を成し、かつ、前記フィラ
メントと前記スリットの中心点を通る直線と蒸発物質の
放出ノズル中心軸線（ノズル端面の法線軸）との交点に
おける挟角θが、 ４０”　＜θ≦９０° の関係を満足する構成を有したクラスタイオンビーム蒸
着装置にある。

また、上述の装置に対して、電子放出フィラメントの周
囲に蒸発物質の付着を防止する電子飛翔測に開口部を有
した囲い（リペラー）を付加したクラスタイオンビーム
蒸着装置にも特徴がある。

さらには、前記電子引き出し用グリッドのスリット面と
前記電子放出フィラメントの囲いに設けた開口面とが平
行配置にある場合、前記スリットの幅（Ｗ）と前記囲い
の開口径（Ｄ）とが０＜Ｗ≦２．８６Ｄ の関係を満足する構成としたクラスタイオンビーム蒸着
装置をも特徴とするものである。

［作　　用］ 本発明では、電子引き出し用グリッドにスリットを設け
た壁面部を構成し、かかるスリットから電子を放出させ
、かつ、スリット壁面により電子放出フィラーメントが
蒸発物質に直接触れないようにすることで、装置の安定
動作性を高める作用がある。

さらに、かかるグリッドのスリット幅、前記リペラーの
開口径、スリットと電子放出フィラメントの設置位置等
を前述のように工夫することにより、また、グリッドよ
り引き出された電子の運動方向の中心と蒸発物質の運動
方向の中心との成す角度（θ）を４０゜〈θ≦９０’の
範囲に設定することにより、電子の存在密度を高くして
蒸発物質のイオン化率を向上させることも可能にした。

［実施例］ 以下に、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。

丈１１艶上 第１図に、本発明の一実施例である構成断面の概略図を
示す。１は蒸着物質、２は防看板、３はリペラー、４は
電子放出フィラメント、５は電子引き出し用グリッド、
５′はグリッドの円筒状壁面に設けたスリット、６は加
速電極、７は基板、８はクラスターイオンビーム、９は
るつぼ、１ｏはノズル、１１はヒーターである。また、
第２図はイオン化部のみの構成図を示すものである。こ
の図でＷはスリットの幅、Ｄはリベラーの開口径，θは
電子放出フィラメント４とスリット５′の中心点（Ｐ１
）を通る直線と蒸発物質放出ノズルの中心軸線（法線軸
）との交点（Ｐ２）における挟角を示す。

本実施例では、リペラーの開口径（Ｄ）＝７ｍｍ、スリ
ットの幅（Ｗ）＝１１ｍｍで長さ２４ｍｍ、θ＝９０゛
　とした。このような構成のイオン化部を用いることに
より、電子放出フィラメント４は、リベラー３及びスリ
ット付壁、さらには防着板２により蒸発物質の付着が防
止される。そのため、かかるフィラメントへの付着は従
来例に比べて極めて少なくなった。

さらに、本発明の装置を用いてＹＢａｚＣｕ３０ｔ−　
６（０≦δ＜０．５）超伝導薄膜を作製したところ、得
られた薄膜の電気抵抗率の温度依存性は、第４図のよう
になった。尚、このときの薄膜作製条件は、基板７の温
度６５０℃、グリッド５による電子引き出し電圧４００
Ｖ、基板をアース電位としたときのイオン加速電圧３Ｋ
Ｖ、リペラー３への印加電圧２．　９７ＫＶである。

一方これに対して、Ｄ　＝　７　ｍｍ，　Ｗ　＝　２３
ｍｍ、θ＝９０゜にて前記同一条件で作製した薄膜は、
第５図のような電気抵抗率の温度依存性を示した。

すなわち、Ｄ　＝　７　ｍｍ，　Ｗ　＝　１１ｍｍ（０
＜　Ｗ≦２．８６Ｄを満足する），θ＝９ｏ゜とした場
合は、再現性は従来の２倍以上もの長期間で実現でき、
がっ、電子放出フィラメントの交換も極めて少なくなっ
た。

一方、Ｄ　＝　７　ｍｍ，　Ｗ　＝　２３ｍｍ、（０＜
Ｗ≦２．　８６　Ｄを満足しない），θ＝９０℃の場合
、装置のトラブルは従来例より極めて少なくなったが、
電子引き出し用グリッドにより引き出された電子の運動
方向が、Ｗ＝１１ｍｍとＷ＝２３ｍｍとでは異なる、す
なわちＷ＝２３ｍｍの方が自由度が大きく電子の集束注
が悪いため、得られた薄膜の電気特性が悪くなってしま
った。

しかしながら、従来例では、同一特性の薄膜を連続して
３〜７回程度しか作製できず、その都度フィラメントの
交換を要していたことに比べれば、本実施例でも十分そ
の効果を生じ得るものである。

尚、本実施例の構成において、スリットの幅（Ｗ）とり
ペラーの開口径（Ｄ）との関連を検討したところ、０〈
Ｗ≦２。８６Ｄの関係を満足するとき本発明の効果がよ
り有効であることが分かった。

丈ＪＬＩ糺ｌ 第３図に第２の実施例のイオン化部の構成図を示す。イ
オン化部以外の部分は第１図と同じである。ここで、Ｗ
　＝　７　ｍｍ，　Ｄ　＝　１５ｍｍ、θ＝　６０’　
とし、実施例１と．同様の条件でＹＢａｚＣｕｉＯｙ−
６（０≦δ≦０．５）超伝導薄膜を作製したところ、従
来例に比べ２．５倍以上もの長期間で安定に薄膜を作製
することができた。

一方これに対して、’ＪＪ　＝　７　Ｈ，　Ｄ　＝　１
５ｍｍ、θ＝１０゜とすると、装置の動作はθ＝６０゜
の場合とほぼ同じように安定するが、電子引き出し用グ
リッドにより引き出された電子の運動方向が異なるため
、得られた薄膜の電気特性は悪くなってしまった。

本実施例では、さらに角度θについて検討した結果４０
゜〈θ≦９０゜の範囲が好適であることが分かった。

尚、リペラー３を具備しない構成とした装置においても
、従来例に比べればスリット及び電子放出方向（角度θ
）の効果は十分現われていた。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のクラスタイオンビーム蒸
着装置によれば、蒸着装置を長期間安定に動作させ、か
つグリッドより引き出された電子の運動方向と蒸発物質
の運動方向とがイオン化効率の向上に好ましい方向にな
っているため、その効率も向上し優れた特性を持つ薄膜
の作製が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第ｌの実施例を示す装置の概略断面
図である。 第２図は、第ｌ図に示す装置のイオン化部の構成を示す
拡大断面図である。 第３図は、本発明の第２の実施例を示す装置のイオン化
部の拡大断面図である。 第４図は、本発明の装置で作製したＹＢａｚＣｕｉＯｙ
膜の電気抵抗率の温度依存性を示すグラフである。 第５図は、本発明以外の装置で作製したＹ　Ｂ　ａ　２
Ｃｕ３０７−　６膜の電気抵抗率の温度依存性を示すグ
ラフである。 第６図は、従来例のクラスタイオンビーム装置を示すも
のである。 ｌ・・・蒸着物質 ２・・・防看板 ３・・・リペラー ４・・・電子放出フィラメント ５，ｉ３・・・電子引き出し用グリッド５′・・・スリ
ット ６・・・加速電極 ７・・・基板 ８・・・イオンビーム ９・・・るつぼ １０・・・ノズル １１・・・ヒーター 第２図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸着物質を加熱蒸発させて発生した蒸発物質をイ
   オン化し、基板上に衝突させて薄膜を作製するクラスタ
   イオンビーム蒸着装置において、蒸発物質のイオン化部
   に設けられた電子引き出し用グリッドが、電子放出フィ
   ラメントへの蒸発物質の付着を防止し、かつ、放出電子
   の通過を可能とするスリット付壁を蒸発物質主飛翔領域
   と電子放出フィラメントとの間に有し、かつ、前記フィ
   ラメント及び前記スリットの中心点を通る直線と蒸発物
   質放出ノズル中心軸線との交点における挟角θが、 ４０°＜θ≦９０° の関係を満足する構成を有したことを特徴とするクラス
   タイオンビーム蒸着装置。
2. （２）請求項１記載のクラスタイオンビーム蒸着装置に
   対して、電子放出フィラメントの周囲に蒸発物質の付着
   を防止する電子飛翔側に開口部を有した囲いを設けたこ
   とを特徴とするクラスタイオンビーム蒸着装置。
3. （３）前記電子引き出し用グリッドのスリット面と前記
   電子放出フィラメントの囲いに設けた開口面とが平行配
   置にあり、前記スリットの幅（Ｗ）と前記囲いの開口径
   （Ｄ）とが、 ０＜Ｗ≦２．８６Ｄ の関係を満足する構成としたことを特徴とする請求項２
   記載のクラスタイオンビーム蒸着装置。