JPS594045Y2 - 薄膜生成用イオン化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、蒸発した金属粒子をイオン化し、このイオ
ン化粒子によって基板上に金属の薄膜を生成する薄膜生
成装置で使用されるイオン化装置に関するもので、特に
金属の蒸発源とイオン化電極との間に熱電子放射用フィ
ラメントを設けることにより、イオン化の効率を著しく
高めたイオン化装置に関するものである。

従来のイオン化装置としては、デュオ・プラズマトロン
、クラスター・イオンビーム、高周波励起、あるいはプ
ラズマ・ビームを使用した装置、蒸発源の近傍にイオン
化電極を設けた装置等がある。

しかし、これらの装置はいずれも特定の蒸発用物質に対
しては有効であるが、任意の種類の蒸発物質を効率よく
イオン化することができないという欠点がある。

これは、物質の蒸発温度と所望量の熱電子放出を得るの
に必要な温度との間に大きな差があるためであると考え
られている。

この考案は、蒸発源の近傍に蒸発源の蒸発温度よりも高
温に保たれた熱電子放出用フィラメントを設けてこれか
ら多量の熱電子を放出させ、この熱電子によって蒸発粒
子を効率よくイオン化することを目的としたもので゛あ
る。

図はこの考案の一実施例で、１はアース電位に保たれた
蒸発源、２はその上面に設けられたるつぼ、３はグラフ
ァイト・ライナー、４は蒸発用金属、５は蒸発用の電子
ビーム発生源である。

蒸発源１の上方にはイオン化電極６が設けられており、
これにはイオン化電源７によって２５Ｖ乃至３００Ｖの
正電圧が印加されている。

イオン化電極６の電圧を上記の範囲に選ぶのは、２５■
以下になるとイオン化の効率が著しく低下し、３００Ｖ
以上になると、蒸発粒子がイオン化電極に流入し、薄膜
生成の効率が低下するからである。

イオン化電極６と蒸発源１との間には熱電子放出用フィ
ラメント８が設けられている。

フィラメント８は一例として直径が１ｍｍ、全長が５９
ｍｍ程度のタングステン線が使用される。

フィラメント８は電源９によって蒸発源１の温度よりも
高温に保たれている。

１０は薄膜生成基板で、ホルダ１１によって保持され、
また電源１２によって負の電圧が印加されている。

基板１０に負電圧を印加すると、後程説明するように、
正にイオン化された蒸発粒子が加速されて上記基板１０
に付着し、強力な被膜を形成することかできる。

基板１０がイオン化粒子の衝撃によって損傷を受ける心
配のあるときには、基板１０には正電圧あるいはアース
電圧が印加される。

上記の装置は１０−３乃至１Ｏ−５ｔ−−ル程度の真空
中に置かれるが、この程度の高真空になると、残留ガス
による放電は事実上起こらない。

電子ビーム発生源５が発生する電子ビーム１３により蒸
発用金属４を衝撃すると、金属４は蒸発する。

蒸発した金属の蒸気圧は、イオン化電極６の位置で放電
に充分な値を有しているので、蒸発用金属４またはフィ
ラメント８が放射する熱電子が引金になって、これらと
イオン化電極６との間で蒸発粒子を通してガス放電が起
り、この放電により蒸発粒子がイオン化される。

この場合、蒸発した金属粒子の一部はフィラメント８に
付着し、これから再蒸発する。

フィラメント８に蒸発粒子が付着すると一般に熱電子が
非常に多く放出される。

この熱電子は可及的にイオン化電極６に向って進むよう
に各電極が配置されている。

またフィラメント８は蒸発源の蒸発温度よりも高温に保
たれているので、蒸発粒子の連動は非常に活発になる。

蒸発用金属４より発生した蒸発粒子、フィラメント８か
ら再蒸発した粒子が上記イオン化電極６に向って進む間
に、上記熱電子がこれらの蒸発粒子に衝突して正にイオ
ン化する。

イオン化した粒子は、蒸発用金属４と基板１０とを直線
で結ぶ蒸気圧の高い蒸発粒子領域に入り、互いに衝突し
合ってさらにイオン化し、同時に電子を放出する。

これらのイオン化粒子と電子は同様な現象をくり返しつ
・多量のイオン化粒子が生成される。

この場合、電子は最終的にはイオン化電極に入り中和さ
れる。

正にイオン化された蒸発粒子は基板１０に導かれてこれ
に付着し、金属被膜が生成される。

次に上記の装置を使った実験結果を示す。

実験 ■ 蒸発源：図示の電子ビームによる蒸発源 圧 カニ３Ｘ１０−５）−ル 蒸発物：Ａ１ イオン化電極６への印加電圧：＋５０Ｖ電子ビ一ム発生
源５の出カニ ４ ＫＶ ｘ ３００ ｍＡフィラメン
ト８：１ｍｍφ、長さ６０ｍｍの白熱タングステン線、 フィラメント８を使用しないとき、イオン化電極６へ流
れる電流は１００ ｍＡ乃至１５０ ｍＡであったが、
上記の熱電子放出用フィラメント８を使用すると、その
電流は９Ａ乃至１０Ａとなった。

このことは、フィラメント８を使用したときイオン化電
極６へ流込む電子の量は著しく増大し、蒸発粒子のイオ
ン化がより盛んになったことを示している。

実験 ＩＩ 蒸発源：抵抗による加熱方式を使用 圧 カニ１Ｘ１０＝）−ル イオン化電極６への印加電圧：＋５０Ｖフィラメントｇ
： ｌ ｍｍφ、長さ５Ｑ ｍｍの白熱タングステン
線、 フィラメント８を使用しないときのイオン化電極６への
電流は、０．６グラム／分の蒸発速度で４Ａ乃至５Ａで
゛あったが、フィラメント８を使用すると、同じ蒸発速
度で３ＯＡ乃至６０Ａとなった。

このことは、フィラメント８を使用すると、蒸発粒子の
イオン化が著しく盛んになることを示している。

なお、ＡＩ以外の金属を使用した場合も実験Ｉ、ＩＩと
同様な傾向の結果が得られた。

以上のように、この考案によると、蒸発粒子のイオン化
が極めて効率よく行なわれ、しかも蒸発物質の種類には
関係なく適用することができ、任意の金属のイオン・ブ
レーティング装置、イオン化蒸着装置用のイオン化装置
として最適である。

【図面の簡単な説明】

図はこの考案による薄膜生成用イオン化装置の実施例の
主要部の概略構成図である。 １・・・・・・蒸発源、６・・・・・・イオン化電極、
８・・・・・・熱電子放射用フィラメント。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属の蒸発源と、該蒸発源から放出される蒸発粒子の進
   行方向に所定距離はなれて配置され、上記蒸発源に対し
   て２５Ｖ乃至３００■の正電圧が印加されるイオン化電
   極どミ上記蒸発源と上記イオン化電極との間に配置され
   、上記蒸発源とほぼ同電位に維持される熱電子放射用フ
   ィラメントとからなり、上記所定距離は、上記蒸発粒子
   の蒸気を通して十分なガス放電が行われる範囲内の値に
   選ばれ、上記熱電子放射用フィラメントの温度は上記蒸
   発源よりも高温でかつ熱電子放射を行う温度に選ばれて
   いることを特徴とする薄膜生成用イオン化装置。