JPH0980200A - イオン発生装置 - Google Patents
イオン発生装置Info
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- JPH0980200A JPH0980200A JP23125895A JP23125895A JPH0980200A JP H0980200 A JPH0980200 A JP H0980200A JP 23125895 A JP23125895 A JP 23125895A JP 23125895 A JP23125895 A JP 23125895A JP H0980200 A JPH0980200 A JP H0980200A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面改質や成膜などのために用いられるイオ
ン蒸着薄膜形成装置で好適に用いられるイオン発生装置
１において、負イオンの引出を可能とし、前記薄膜形成
時におけるチャージアップによる絶縁破壊を未然に防止
する。 【解決手段】 窒素ガス供給系１４から供給された窒素
ガスをイオン生成室１７内でイオン化するにあたって、
ターゲット１３の仕事関数を下げるために、オーブン１
１から供給されたセシウムガスを高周波コイル１２によ
ってイオン化し、このセシウムイオンと窒素ガスとをタ
ーゲット１３で接触させる。このとき、ターゲット１３
を低温冷却装置３５からの冷媒によって窒素ガスの凝固
点以下に冷却しておく。したがって、電子親和力が高い
３原子分子の窒素分子が作成され、前記セシウムイオン
と電子をやり取りすることによって、容易に負イオンを
作成することができる。
ン蒸着薄膜形成装置で好適に用いられるイオン発生装置
１において、負イオンの引出を可能とし、前記薄膜形成
時におけるチャージアップによる絶縁破壊を未然に防止
する。 【解決手段】 窒素ガス供給系１４から供給された窒素
ガスをイオン生成室１７内でイオン化するにあたって、
ターゲット１３の仕事関数を下げるために、オーブン１
１から供給されたセシウムガスを高周波コイル１２によ
ってイオン化し、このセシウムイオンと窒素ガスとをタ
ーゲット１３で接触させる。このとき、ターゲット１３
を低温冷却装置３５からの冷媒によって窒素ガスの凝固
点以下に冷却しておく。したがって、電子親和力が高い
３原子分子の窒素分子が作成され、前記セシウムイオン
と電子をやり取りすることによって、容易に負イオンを
作成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面の改質や成膜
などのために用いられるイオン蒸着薄膜形成装置に好適
に用いられるイオン発生装置に関する。
などのために用いられるイオン蒸着薄膜形成装置に好適
に用いられるイオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン蒸着薄膜形成法は、電子ビーム加
熱やスパッタリングなどによって基材上に金属を蒸着す
ると同時に、イオンビームを照射して薄膜を作成するこ
とによって、基材表面の前記改質および基材表面への前
記成膜を可能とするものである。このようなイオン蒸着
薄膜形成法において、基材の耐磨耗性の向上や保護膜の
形成などのためにＢＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 などの窒化
物が形成される。このため典型的な従来技術では、窒素
ガスをイオン生成室に供給し、得られたプラズマ中のイ
オンを加速して前記基材に注入が行われている。
熱やスパッタリングなどによって基材上に金属を蒸着す
ると同時に、イオンビームを照射して薄膜を作成するこ
とによって、基材表面の前記改質および基材表面への前
記成膜を可能とするものである。このようなイオン蒸着
薄膜形成法において、基材の耐磨耗性の向上や保護膜の
形成などのためにＢＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 などの窒化
物が形成される。このため典型的な従来技術では、窒素
ガスをイオン生成室に供給し、得られたプラズマ中のイ
オンを加速して前記基材に注入が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにイオン生
成室には窒素ガスが供給されており、したがって得られ
るイオンは、Ｎ+ またはＮ2 + である。したがって窒化
物である成膜材料が基材に成膜されてゆくと、絶縁体で
ある該成膜材料の電位が上昇する、いわゆるチャージア
ップが発生する。このチャージアップによる電位と基材
の電位との差が大きくなると、成膜材料の電気的に弱い
部分で絶縁破壊が発生する。このため、局部的に高温に
なって、前記成膜材料が溶断し、ピンホールが発生して
しまうという問題がある。
成室には窒素ガスが供給されており、したがって得られ
るイオンは、Ｎ+ またはＮ2 + である。したがって窒化
物である成膜材料が基材に成膜されてゆくと、絶縁体で
ある該成膜材料の電位が上昇する、いわゆるチャージア
ップが発生する。このチャージアップによる電位と基材
の電位との差が大きくなると、成膜材料の電気的に弱い
部分で絶縁破壊が発生する。このため、局部的に高温に
なって、前記成膜材料が溶断し、ピンホールが発生して
しまうという問題がある。
【０００４】一方、上述のような不具合を防止するため
に窒素を負イオンで引出そうとしても、通常の負イオン
の引出方法では極めて困難である。
に窒素を負イオンで引出そうとしても、通常の負イオン
の引出方法では極めて困難である。
【０００５】本発明の目的は、負イオンを引出すことが
できるイオン発生装置を提供することである。
できるイオン発生装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るイオン発生
装置は、イオン化すべき気体が供給されるイオン生成室
と、前記気体に電子を供給することができる媒体物質を
イオン化するイオン化手段と、前記気体に、イオン化さ
れた媒体物質を接触させるステージと、前記ステージを
前記気体の凝固点以下に冷却する冷却手段とを含むこと
を特徴とする。
装置は、イオン化すべき気体が供給されるイオン生成室
と、前記気体に電子を供給することができる媒体物質を
イオン化するイオン化手段と、前記気体に、イオン化さ
れた媒体物質を接触させるステージと、前記ステージを
前記気体の凝固点以下に冷却する冷却手段とを含むこと
を特徴とする。
【０００７】上記の構成によれば、たとえばイオン蒸着
薄膜形成法で基材に照射される気体のイオンを作成する
にあたって、セシウムなどのプラスになる傾向が高い、
すなわち電子を放出し易いアルカリ金属などの媒体物質
をイオン化し、その媒体物質がステージにおいて前記気
体と接触し、該気体に電子が与えられる。このとき、前
記ステージは気体の凝固点以下に冷却されており、した
がって前記気体はファンデルワールス力によって結晶結
合し、たとえば前記窒素の場合では、３原子分子などの
電子親和力が高い、すなわち電子を取込みやすい状態と
なっている。したがって前記気体は、ステージ上で前記
媒体物質から電子を受取り、マイナスイオンとなる。こ
うして該イオン発生装置が前記イオン蒸着薄膜形成法に
使用されたときには、成膜材料の電位が不所望に上昇し
てしまうチャージアップを発生することはない。
薄膜形成法で基材に照射される気体のイオンを作成する
にあたって、セシウムなどのプラスになる傾向が高い、
すなわち電子を放出し易いアルカリ金属などの媒体物質
をイオン化し、その媒体物質がステージにおいて前記気
体と接触し、該気体に電子が与えられる。このとき、前
記ステージは気体の凝固点以下に冷却されており、した
がって前記気体はファンデルワールス力によって結晶結
合し、たとえば前記窒素の場合では、３原子分子などの
電子親和力が高い、すなわち電子を取込みやすい状態と
なっている。したがって前記気体は、ステージ上で前記
媒体物質から電子を受取り、マイナスイオンとなる。こ
うして該イオン発生装置が前記イオン蒸着薄膜形成法に
使用されたときには、成膜材料の電位が不所望に上昇し
てしまうチャージアップを発生することはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。
図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【０００９】図１は本発明の実施の一形態のイオン発生
装置１の構成を説明するための図であり、図２はそのイ
オン発生装置１を用いる成膜装置２を簡略化して示す断
面図である。成膜装置２は、イオン蒸着薄膜形成法によ
って、基材３の表面に蒸発源４で溶融・気化されたほう
素膜を形成するにあたって、イオン発生装置１からの窒
素イオンを前記ほう素膜に照射してＢＮ膜を合成してゆ
く。前記蒸発源４は、冷却された銅から成る容器５内に
投入されたほう素塊に、フィラメント６で発生された熱
電子が図示しない永久磁石によって引出されて照射され
ることによって、前記ほう素を溶融・気化する。前記Ｂ
Ｎ膜の優れた硬度および熱伝導率によって、基材３は優
れた耐磨耗性および耐蝕性などを備えることになる。
装置１の構成を説明するための図であり、図２はそのイ
オン発生装置１を用いる成膜装置２を簡略化して示す断
面図である。成膜装置２は、イオン蒸着薄膜形成法によ
って、基材３の表面に蒸発源４で溶融・気化されたほう
素膜を形成するにあたって、イオン発生装置１からの窒
素イオンを前記ほう素膜に照射してＢＮ膜を合成してゆ
く。前記蒸発源４は、冷却された銅から成る容器５内に
投入されたほう素塊に、フィラメント６で発生された熱
電子が図示しない永久磁石によって引出されて照射され
ることによって、前記ほう素を溶融・気化する。前記Ｂ
Ｎ膜の優れた硬度および熱伝導率によって、基材３は優
れた耐磨耗性および耐蝕性などを備えることになる。
【００１０】図１を参照して、イオン発生装置１は、大
略的に、オーブン１１で発生された媒体物質であるセシ
ウムのガスを高周波コイル１２によってプラズマ化し、
そのセシウムイオンがステージであるターゲット１３上
で窒素ガス供給系１４から導入された気体である窒素ガ
スを負イオン化し、磁石１５および引出電極１６によっ
て引出して、前記成膜装置２へ供給する。
略的に、オーブン１１で発生された媒体物質であるセシ
ウムのガスを高周波コイル１２によってプラズマ化し、
そのセシウムイオンがステージであるターゲット１３上
で窒素ガス供給系１４から導入された気体である窒素ガ
スを負イオン化し、磁石１５および引出電極１６によっ
て引出して、前記成膜装置２へ供給する。
【００１１】このため、イオン生成室１７へは、前記タ
ーゲット１３の仕事関数を下げるために、オーブン１１
において２００〜３００℃に加熱・気化されたセシウム
ガスが管路１８を介して供給される。また、イオン生成
室１７には、ボンベ１９内の窒素ガスがゲージ２０から
遮断弁２１および流量制御弁２２を介して導入される。
さらにまた、高周波コイル１２には、高周波電源回路２
５からの電力によって電力付勢されたマッチングボック
ス２６内の回路によって発生された、たとえば１３．５
６ＭＨｚの高周波信号が与えられる。
ーゲット１３の仕事関数を下げるために、オーブン１１
において２００〜３００℃に加熱・気化されたセシウム
ガスが管路１８を介して供給される。また、イオン生成
室１７には、ボンベ１９内の窒素ガスがゲージ２０から
遮断弁２１および流量制御弁２２を介して導入される。
さらにまた、高周波コイル１２には、高周波電源回路２
５からの電力によって電力付勢されたマッチングボック
ス２６内の回路によって発生された、たとえば１３．５
６ＭＨｚの高周波信号が与えられる。
【００１２】一方、前記ターゲット１３は、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ａｕ、ＡｇまたはＰｔ等の熱伝導率の大きい金属材
料から成り、保持部材３１によって管体３２に取付けら
れている。管体３２は二重筒構造を有しており、内筒３
３へは管路３４を介して低温冷却装置３５から液体ヘリ
ウムなどの冷媒が供給され、前記ターゲット１３を冷却
した冷媒は、外筒３６から管路３７を介して前記低温冷
却装置３５へ帰還される。管体３２および管路３４，３
７は、断熱材３８によって被覆されている。
ｕ、Ａｕ、ＡｇまたはＰｔ等の熱伝導率の大きい金属材
料から成り、保持部材３１によって管体３２に取付けら
れている。管体３２は二重筒構造を有しており、内筒３
３へは管路３４を介して低温冷却装置３５から液体ヘリ
ウムなどの冷媒が供給され、前記ターゲット１３を冷却
した冷媒は、外筒３６から管路３７を介して前記低温冷
却装置３５へ帰還される。管体３２および管路３４，３
７は、断熱材３８によって被覆されている。
【００１３】図１および図３を参照して、高周波コイル
１２は、高周波による交番磁場を発生し、これによる磁
束の周りに発生する渦電流によって加速された電子が前
記セシウム原子に衝突することによって、該セシウム原
子がＣｓ+ にイオン化される。ただし、初期状態ではプ
ラズマ電極３９，４０間の放電によって前記セシウムの
イオン化が行われる。また後述するように生成された窒
素イオンＮ3 - は、磁石１５によって発生された、たと
えば０．０３〜０．０８ｍＴの磁界および引出電源４１
によって引出電極１６とイオン生成室１７との間に印加
された引出電圧によって引出されて、前記成膜装置２へ
供給される。
１２は、高周波による交番磁場を発生し、これによる磁
束の周りに発生する渦電流によって加速された電子が前
記セシウム原子に衝突することによって、該セシウム原
子がＣｓ+ にイオン化される。ただし、初期状態ではプ
ラズマ電極３９，４０間の放電によって前記セシウムの
イオン化が行われる。また後述するように生成された窒
素イオンＮ3 - は、磁石１５によって発生された、たと
えば０．０３〜０．０８ｍＴの磁界および引出電源４１
によって引出電極１６とイオン生成室１７との間に印加
された引出電圧によって引出されて、前記成膜装置２へ
供給される。
【００１４】ところで、窒素の電子親和力は、表１で示
すようにその分子構造によって異なる。
すようにその分子構造によって異なる。
【００１５】
【表１】
【００１６】この表１から明らかなように、窒素は、１
原子状態および２原子状態では電子親和力が負であり、
電子が付着する確率が極めて小さいのに対して、３原子
分子状態では、前記電子親和力は２．６９ｅＶとなり、
正で、かつ大きく、したがって容易にマイナスイオンを
得ることができる。一方、窒素ガス供給系１４から供給
される窒素ガスは２原子分子Ｎ2 であり、したがって本
発明では、図３で示すように、ターゲット１３において
低温冷却装置３５からの冷媒によって前記窒素ガスＮ2
をその凝固点以下に冷却することによって、２原子分子
の窒素ガスＮ2をファンデルワールス力によって周囲の
分子同士で結合させ、３原子分子Ｎ3 を得るようにす
る。したがって、前記セシウムイオンＣｓ+ がこのター
ゲット１３上で窒素分子Ｎ3 と接触すると、電子のやり
取りが行なわれ、セシウムＣｓと窒素イオンＮ3 - とが
作成される。
原子状態および２原子状態では電子親和力が負であり、
電子が付着する確率が極めて小さいのに対して、３原子
分子状態では、前記電子親和力は２．６９ｅＶとなり、
正で、かつ大きく、したがって容易にマイナスイオンを
得ることができる。一方、窒素ガス供給系１４から供給
される窒素ガスは２原子分子Ｎ2 であり、したがって本
発明では、図３で示すように、ターゲット１３において
低温冷却装置３５からの冷媒によって前記窒素ガスＮ2
をその凝固点以下に冷却することによって、２原子分子
の窒素ガスＮ2をファンデルワールス力によって周囲の
分子同士で結合させ、３原子分子Ｎ3 を得るようにす
る。したがって、前記セシウムイオンＣｓ+ がこのター
ゲット１３上で窒素分子Ｎ3 と接触すると、電子のやり
取りが行なわれ、セシウムＣｓと窒素イオンＮ3 - とが
作成される。
【００１７】このようにして、通常のスパッタ型負イオ
ンと同様に、窒素分子の負イオンを引出すことができる
ようになり、成膜材料のチャージアップを抑えて結晶欠
陥の発生を未然に防止することができる。
ンと同様に、窒素分子の負イオンを引出すことができる
ようになり、成膜材料のチャージアップを抑えて結晶欠
陥の発生を未然に防止することができる。
【００１８】なお、本発明のイオン発生装置１は、窒素
ガスに限らず、通常の分子状態よりも凝固させることに
よって電子親和力が高くなるような他のガスにも好適に
実施することができる。さらにまたイオン発生装置１
は、イオン蒸着法による成膜装置２に限らず、負イオン
を発生させるイオン源として他の用途にも好適に実施す
ることができる。
ガスに限らず、通常の分子状態よりも凝固させることに
よって電子親和力が高くなるような他のガスにも好適に
実施することができる。さらにまたイオン発生装置１
は、イオン蒸着法による成膜装置２に限らず、負イオン
を発生させるイオン源として他の用途にも好適に実施す
ることができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明に係るイオン発生装置は、以上の
ように、イオン化された媒体物質をイオン化すべき気体
と接触させるとともに、その接触を行うステージを気体
の凝固点以下に冷却する。
ように、イオン化された媒体物質をイオン化すべき気体
と接触させるとともに、その接触を行うステージを気体
の凝固点以下に冷却する。
【００２０】それゆえ、ステージに付着した気体は、フ
ァンデルワールス力によって結晶結合をしている状態で
媒体物質と接触するので、たとえば窒素ガスの場合に
は、３原子分子の電子親和力の高い状態で前記媒体物質
と接触することになり、負イオンを作成することができ
る。これによって、基材の表面改質などのためにイオン
照射を行っても、チャージアップによる結晶欠陥の発生
を防止することができる。
ァンデルワールス力によって結晶結合をしている状態で
媒体物質と接触するので、たとえば窒素ガスの場合に
は、３原子分子の電子親和力の高い状態で前記媒体物質
と接触することになり、負イオンを作成することができ
る。これによって、基材の表面改質などのためにイオン
照射を行っても、チャージアップによる結晶欠陥の発生
を防止することができる。
【図１】本発明の実施の一形態のイオン発生装置の構成
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図２】図１で示すイオン発生装置が用いられる成膜装
置の概略的構成を示す断面図である。
置の概略的構成を示す断面図である。
【図３】前記イオン発生装置におけるターゲット上での
電子のやり取りを説明するための図である。
電子のやり取りを説明するための図である。
１ イオン発生装置 ２ 成膜装置 ３ 基材 ４ 蒸発源 １１ オーブン １２ 高周波コイル １３ ターゲット １４ 窒素ガス供給系 １５ 磁石 １６ 引出電極 １７ イオン生成室 ２５ 高周波電源回路 ２６ マッチングボックス ３２ 管体 ３５ 低温冷却装置 ４１ 引出電源
Claims (1)
- 【請求項１】イオン化すべき気体が供給されるイオン生
成室と、 前記気体に電子を供給することができる媒体物質をイオ
ン化するイオン化手段と、 前記気体に、イオン化された媒体物質を接触させるステ
ージと、 前記ステージを前記気体の凝固点以下に冷却する冷却手
段とを含むことを特徴とするイオン発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23125895A JPH0980200A (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | イオン発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23125895A JPH0980200A (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | イオン発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0980200A true JPH0980200A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16920803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23125895A Pending JPH0980200A (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | イオン発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0980200A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017014278A1 (ja) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 住友重機械工業株式会社 | 成膜装置 |
| JP2017025407A (ja) * | 2015-07-21 | 2017-02-02 | 住友重機械工業株式会社 | 成膜装置 |
| JP2018022698A (ja) * | 2012-09-04 | 2018-02-08 | トライ アルファ エナジー， インコーポレイテッド | 陰イオンに基づく中性ビーム入射器 |
-
1995
- 1995-09-08 JP JP23125895A patent/JPH0980200A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018022698A (ja) * | 2012-09-04 | 2018-02-08 | トライ アルファ エナジー， インコーポレイテッド | 陰イオンに基づく中性ビーム入射器 |
| WO2017014278A1 (ja) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 住友重機械工業株式会社 | 成膜装置 |
| JP2017025407A (ja) * | 2015-07-21 | 2017-02-02 | 住友重機械工業株式会社 | 成膜装置 |
| CN111364008A (zh) * | 2015-07-21 | 2020-07-03 | 住友重机械工业株式会社 | 负离子生成装置 |
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