JPH03162569A - 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、金属．合金，各種化合物等から成る薄膜をイ
オンビームを利用して基板上に作製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］ 金属、合金あるいは各種化合物の薄膜を作製する手段と
しては、従来より真空蒸着法，各種スパッタ法，　ＣＶ
Ｄ法（化学蒸着法）　，　ＭＢＥ法（分子線エビタキシ
ャル法）等多くの手段が知られている。しかし、これら
の手法においては、金属，合金等には有効であるが、化
合物、例えば近年発見された酸化物超伝導体，　Ｂｉ．
■ＳｉＯｚ。のような非線？光学材料、ＢｉＡＴＬｏｌ
■のような強誘電体等の薄膜を作製する場合には、６０
０〜１０００℃という極めて高い温度で成膜する必要が
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３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ｌ
をヒーターｌ１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、ｌ０３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１３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１３に蒸着物質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、得られる薄膜の膜質が大き
く変化してしまう。さらに、付着によりフィラメントの
寿命が短かくなるという問題もある。

また、電子引き出し用グリッドｌ３への付着でも、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、スバッタ法等に比べて、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
問題点を解消したクラスタイオンビ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、蒸着物質の加熱により発
生したクラスタ（蒸発物質）をイオン化し、基板まで飛
翔させて該基板上に薄膜を形成するクラスタイオンビー
ム蒸着装置において、クラスタのイオン化部に設けた電
子引き出し用グリッドが、クラスタイオンビームの拡が
り角θ，に対して、 ０、８θ，≦０２≦１６２　θ， なる条件を満足する拡がり角θ２なる傾斜を有している
ようにした点にある。

また、上記クラスタイオンビーム蒸着装置において、電
子引き出し用グリッドとクラスタ飛翔起点との間に、前
記グリッドへのクラスタ付着を防止する少なくともクラ
スタ飛翔起点から前記グリッドが直線視できない壁面を
有する防着部材、及び／又は、電子放出フィラメントの
周囲にクラスタ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、前記電子放出フィラメントの囲いが、負の電
圧を印加する手段を有しているクラスタイオンビーム蒸
着装置をも本発明の特徴とするところである。

［作　　用］ 上述のようなクラスタの流れとほぼ平行に位置する電子
引き出し用グリッドにより、電子がクラスタを効率よく
イオン化することができ、かつクラスタの電子放出フィ
ラメント側への流れを防止することができる。その結果
、フィラメントのクラスタ付着による変質を防止できる
。

また、電子放出フィラメントの周囲に囲いを設けたこと
で、まわり込んできたクラスタの付着が防止でき、さら
にかかる囲いに負の電圧を印加すれば、電子放出を効率
よくグリッド方向へ集めることができる。

また、電子引き出し用グリッドとクラスタ飛翔起点との
間に設けた前述のような防着部材の存在により、グリッ
ドへのクラスタ付着も防止でき、電子引き出し効率、す
なわちイオン化率の低下を防止することができる。

［実施例］ 以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。

実』Ｌ例」． 第１図に、本発明の第１の実施例である概略図を示す。

１は蒸発物質、２は防着板、３はリベラ−（囲い）、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
、６は加速電極、７は基板、８はイオンビーム、９はる
つぼ、１０はノズル、１ｌはヒーターである。

本実施例では、蒸発物質（クラスタ）が、電子放出フィ
ラメント４，電子引き出し用グリッド５に付着しにくい
ように防着板２を設け、かつグリッド形状をクラスタイ
オンビーム８とほぼ平行になるように四角錐台状にした
。尚、かかるグリッド形状は四角錐台状に限らず、円錐
台状等６本発明の範晴とするものである。

ここで、防着板２の中央部に設けた四角形を成す側壁の
囲いは、２５ｎ＋ｍ口の開口形状とし、その先端部をノ
ズル１０の開口端部から１　５ｍｍの位置とした。

また、電子引き出し用グリッド５の中央部に設けた四角
錐台状の構造は、フィラメント４より放出された電子が
クラスタとより均一に広範囲で接触できるように、第２
図　（ａ）に示すような金属線で四角錐台状を作り、各
測面に横方向に金属線を張ったものである。かかる金属
線としては、外径０．５〜５１１１１１１φ相当のＷ，
　Ｍｏ，　Ｔａ，　Ｃｕ等の材料から成るものが好まし
い。本実施例では、２＋ｎｏ＋φのＭｏ材を用いた。

また、かかる金属線からなる四角錐台側面の拡がり角　
（θｔ）は、イオンビーム８の拡がり角（θＩ）が約３
０゜であるのに対して、３０゜に設定した。尚、かかる
拡がり角　（θ２）をイオンビーム８の拡がり角　（θ
１）に対して０．８θ１≦θ２≦１，２θ１の範囲で変
化させて装置を作動させたが、同様の電子放出特性等を
得ることができた。

さらに、電子放出フィラメント４の汚れを防止するため
に囲い（リベラー）を設け、これに電子引き出し用グリ
ッドに対して３０Ｖ相当の負の電圧を印加した。かかる
リペラー３を設置することにより、フィラメント４から
放出された電子を効率よくグリッド方向へ集めることが
できた。

以上のような構造にすることで、従来の装置では７〜１
４日毎にそのメンテナンスを行っていたちのを、２倍以
上の長期間に亘り、安定して装置を作動させることが可
能となった。

及血員ユ 本実施例においては、電子引き出し用グリッド５を第２
図（ｂ）に示すような金属線を縦方向に張った以外は、
実施例１と同様にして装置を作製した。

かかる装置においても実施例ｌ同様効果を得ることがで
きた。

叉』ｂ生旦 本実施例においては、電子引き出し用グリッド５を第２
図（Ｃ）に示すような金属線を網状に張った以外は、実
施例１と同様にして装置を作製した。

かかる装置においても実施例１同様効果を得ることがで
きた。

実１ｕ肪１ 第１図においてリペラー３を使用しないこと以外は、実
施例１〜３と同様にして装置を作製した。かかるリペラ
ー３は、フィラメント４より放出された電子を効率よく
グリッド５方向へ集める効果があるが、蒸発される物質
（クラスタ）によってはイオン化率が高くなり過ぎてし
まう場合がある。このような場合、リベラー３に印加す
る電圧を小さくする、あるいは零にすることが一般的に
行われるが、リペラー３を設置せずにグリッド５に印加
する電圧を変化させる方が望ましい。

これは、リペラーへの印加電圧を変化させることとグリ
ッド電圧を変化させることとは、ほぼ同等の効果がある
ため、リペラーを装置から取り外すことにより、リペラ
ーからの吸着ガスの放出や不純物の放出がなくなるから
である。

従って、電極放出フィラメント４への蒸発物質の付着は
防着装置２で防ぎ、電子引き出し用グリッド５への付着
はその形状と電圧を高くしてグリッド温度が上昇するこ
とを利用することにより防止できる。

以上の点から、処理される蒸着物質の性質等、その他の
要因を加味してリペラーを構成要素とするかしないかを
決定する必要がある。

［発明の効果］ 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、装置の安定動作時間を大幅に改善する
ことが可能となった。

また、放出電子による蒸発物質のイオン化率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置を示す概略断面図である。 第２図　（ａ）　，　（ｂ）　，　（ｃ）は、本発明に
係る電子引き出し用グリッドの概略断面図である。 第３図は、従来例を示す装置の概略断面図である。 １・・・蒸着物質 ２・・・肪着部材 ３・・・リペラー ４・・・電子放出フィラメント ５，１３・・・電子引き出し用グリッ ６・・・加速電極 ７・・・基板 ８・・・イオンビーム ９・・・るつぼ ｌＯ・・・ノズル １１・・・ヒーター ド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸着物質の加熱により発生したクラスタをイオン
   化し、基板まで飛翔させて該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おいて、クラスタのイオ
   ン化部に設けた電子引き出し用グリッドが、クラスタイ
   オンビームの拡がり角θ＿１に対して、 ０．８θ＿１≦θ＿２≦１．２θ＿１ なる条件を満足する拡がり角θ＿２なる傾斜を有してい
   る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
   おいて、電子引き出し用グリッドとクラスタ飛翔起点と
   の間に、前記グリッドへのクラスタ付着を防止する少な
   くともクラスタ飛翔起点から前記グリッドが直線視でき
   ない壁面を有する防着部材、及び／又は、電子放出フィ
   ラメントの周囲にクラスタ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）前記電子放出フィラメントの囲いが、負の電圧を
   印加する手段を有している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。