JPS61157676A - イオン化機構 - Google Patents

イオン化機構

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JPS61157676A
JPS61157676A JP27450084A JP27450084A JPS61157676A JP S61157676 A JPS61157676 A JP S61157676A JP 27450084 A JP27450084 A JP 27450084A JP 27450084 A JP27450084 A JP 27450084A JP S61157676 A JPS61157676 A JP S61157676A
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ionization
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repeller
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Akira Tsuchiyataka
土谷高 陽
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Ulvac Inc
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    • 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

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  • Microwave Tubes (AREA)
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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】 るクラスタイオンビームを発生するのに使用され得るイ
オン化機構に関するものである。
従来の技術 例えば絶縁膜や半導体膜を形成する場合に、原子状、分
子状粒子をイオン化して打込む代りに多数の原子が互い
に緩く結合したクラスタ(塊状原子集団)を蒸発源の前
方に配置した加速電極組立体における電子放出フィラメ
ントからの電子の衝撃によってイオン化し、クラスタイ
オンを形成することによって空間電荷による影響なしに
数十eV以下の低速大容量のイオンビームを打込むこと
のできる、いわゆるクランタイオン源が有利に用いられ
ている。
このようなりラスタイオン源としては従来三極管式のも
のが知られており、そのような三極管式のものでは蒸発
源等から発生したイオン化すべき蒸気流にイオン化部に
おいてフィラメントより発生した熱電子を引出し加速さ
せて衝突させ、蒸気流をイオン化させているが、イオン
化効率が十分であるとは言えない。そこでイオン化効率
を十分に上けるため一般に高周波や′を磁場を与えたり
、或いは多段に構成したシしている。そのためイオン化
部の構成は必然的に複雑となる。
ところでこの種のイオン化機構においては、中性クラス
タの一価イオン数Gへの変換を大きくする必要がある。
即ち、 G=Ne=Ny*Q11ve(crn/ 5ec)  
     (1)の関係が成り立ち、ここで、 Ne 
は電子密度(>−’ ) 。
N、は中性分子密度(crn)、Qはm個イオン化衝突
断面積(m−2) 、 Veは電子の速度(cm/ s
ec )である。
そこでGを大きくするためには、上式(りかられかるよ
うに、 I)蒸着速度を大きくすること、 11)イオン化室内の中性ビームの軌道中の電子密度を
高くしかつ均一にすること、 111)クラスタの衝突断面積を大きくすること、IV
)  イオン化加速電圧を大きくすることが必要でおる
また電離能率Rは次式で表わされる。
n=Ny@Qm シ、r=aP(Ve−Vi)    
  (2)ここでPは中性ガス圧、Q:電離断面積、 
 Vi は電離電圧、Vi は電離周波数、aは曲線勾
配、τはイオン生成室内に電子が存在する時間、Veは
電子エネルギーである。
そして ν1τ=γ= R/N 、・Q(3) と表わされ、ここでγは原子密度で規格化した原子の単
位密度当りの電離能率、くγ〉はイオン生成室内の全電
子についてrの平均値、  f(V)は電子の速度分布
関数、dVは全速度空間における単位面積である。
ところで電離能率を上げればイオン化効率は上がること
になる。そこで(2)〜(弘)式より几を大きくするた
めには圧力依存性があり、イオン化室のクラスタと電子
との衝突空間を適当に大きくと9、そしてその空間の平
均電子密度を高める必要がある。
このような理論的背景に基いて本発明者は先に特願昭5
7一コO弘0♂1号において従来のように構造を複雑化
せずにイオン化効率を向上させるためフィラメントを非
対向配置し、その外側にフィラメントと同電位(負)に
維持したリング状のりペラ−を配置したイオン化機構を
提案した。
先に提案したイオン化機構はフィラメントを対向配置し
た従来構造のものに比べてイオン化効率に関し良好であ
ることが確認されたが高真空域ではイオン電流の絶対値
は少なくなる。
そこで本発明の目的は、先に提案したイオン化機構を改
良して少ないイオン化エネルギーで熱電子の中性分子(
本例ではグラスター)への衝突確率を上げ大きなイオン
電流を得ることができるようにすることにある。
問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本発明によるイオン化機
構は、蒸発源からの蒸気流を囲んで設けられたグリッド
の外側近傍に配置された各フィラメントを通るほぼ同一
周上で各フィラメントに対向し或いは複数のそれ自体対
向した位置に内側に凸状のリペラー板を設け、イオン化
部の中央域に貫通する中性ビームに熱電子が広範囲にか
つ繰返し衝突するようにしたことを特徴としている。
作    用 このように構成した本発明によるイオン化機構において
は、各フィラメントに対向させて配置した内側に凸状の
リペラー板はフィラメントより発生した熱電子を種々の
方向に反射しそして別のりペラ−板で反射されてきた熱
電子を繰返し反射する。こうして熱電子はイオン化室中
央域を貫通する中性ビームに対して広範囲にしかも繰返
し衝突することになる。その結果基板に入るイオン電流
域を円形で広範囲でしかもエネルギー密度を高くするこ
とができる。なおフィラメントおよび内側に凸状のリペ
ラー板の数向きおよび形態は任意に選択することができ
る。例えば内側に複数個の凸状部を備えていてもよく、
またその凸状部の形状も任意に設計することができる。
実施例 以下添附図面を参照して本発明の一実施例について説明
する。
第1,2図には本発明を実施しているクラスタイオン源
を概略的に示し、lは蒸発源(ルツゼ)で、その周囲に
は加熱用コイルλが配列されている。また蒸発源lおよ
び加熱用コイル2の外側には符号3で示すリフレクタと
冷却装置の組立体が設けられている。
蒸発源/の噴出ノズル/aの前方にはイオン化部≠が設
けられ、このイオン化部弘は図示したように、蒸発源l
からのクラスタの通路を囲んでイオン化用電子引出しグ
リッドよとイオン化用電子放出フィラメント6と、各フ
ィラメント乙の背側に配置されたりベラ−7と、各フィ
ラメント乙に対向して実質的に各フィラメント6を通る
円周上に位置決めされた内側に凸状のリペラー板♂とを
備えている。そしてこのイオン化部≠の前方には加速電
極りが配置され、その前方には処理(蒸着)すべさ基板
10の装着される基板ホルダー/lが示されている。
また第1図においてブロック/2は蒸発源lを加熱させ
るだめの加熱用電源で、加熱用コイル2に接続され、例
えば/3.!V、1A30にの交流電源から成9得る。
ブロック13はグリッド!にイオン化加速電流(Iex
 )およびイオン化加速電圧(Vex ) ’に供給す
るイオン化加速電源で、例えばVex =0−JKV、
Iex=300mAの直流電源から成り得る。ブロック
/44はイオン化電子放出フィラメント6を付勢するフ
ィラメント電流(If)およびフィラメント電圧(Vf
)を供給する電源で、Vf=0−!OV 、If = 
31h(D交流電源でおる。
そしてブロックlよは加速電極りにイオン加速電圧(V
a)およびイオン加速電流(Ia)を供給するイオン加
速電源でるり、θ〜/ OKV、 j mAの直流電源
から成り得る。
第2図に示すように、図示実施例においては、三つのフ
ィラメント6をグリッドjの周囲に等間隔に配置し、隣
接フイラメン)4間において残9の一つのフィラメント
6と対向させて内側に凸状のりペラ−板♂が配置されて
いる。しかし本発明はこの構成に限定されるものではな
く、フィラメント6および従って内側に凸状のリペラー
板rの数は適宜選択することができる。
また内側に凸状のリペラー板rの曲率および形状は各フ
ィラメント6から放出された熱電子を広範囲に種々の方
向に反射して空間内の電子密度を高くできるように設計
される。
さらに使用するフィラメントは当然熱変形のないものが
有利に用いられる。
このように構成した図示イオン化機構の動作において、
蒸発源/は加熱用コイル2を付勢することによって所望
の温度まで加熱される。それにより蒸発源/内の金属は
蒸発してその蒸気が噴出ノズル/aから高真空(例えば
八3X10  Pa)に保たれたイオン化部弘へ噴出さ
れる。そして断熱膨張によってクラスタが形成され、こ
うして形成されたクラスタは、イオン化用電子放出フィ
ラメント6゛から放出されグリッドjによって引き出さ
れそして内側に凸状のリペラー板rによって反射されて
密度の高くなった熱電子によってイオン化される。この
ようにして生成されたクラスタイオンは加速電極によっ
て加速され、そして負電位に保たれた基板10に引き付
けられ、基板10上に蒸着される。このように内側に凸
状のリペラー板によって熱電子を空間内で広範囲に拡散
させて空間内の電子密度を高くしているのでイオン化効
率の大幅の向上が期待できる。
例えば第3図および第≠図を参照すると、内側に凸状の
リペラー板を設けた場合(本発明)と設けない場合との
比較例が示されており、すなわち第3図には基板におけ
るイオン電流と圧力との関係を示し、グラフ■は本発明
による場合でメジ、グラフ■は三本のフィラメントを互
いにlλO0づつ間隔を置いて非対向配置した場合を示
し、グラフIの特性は従来構造における六本のフィラメ
ントを非対向配置したすなわちイオン化に必要なエネル
ギーを倍近く用いた場合にほぼ等しいことが認められた
第弘図にはイオン化加速電圧と基板イオン電流との関係
を示し、グラフIは本発明の場合を示し、グラフ■は三
本のフィラメントを/−200づつ間隔を置いて非対向
配置した従来の場合を示す。
第6.t、7図には本発明の別の実施例を示し、第6,
6図の実施例は長方形のイオン源に適用され、/Aはグ
リッド、/7はフィラメント、/Iはパックリペラー%
 /りは内側に凸状のリペラーを示している。第17図
は大型円型イオン源に適用した場合を示し、20はグリ
ッド1.21はフィラメント、22はバッタリペラーで
あり、各フィラメントλ/に対向した位置に多葉式リペ
ラー23が配置さnている。各多葉式リペラー23は一
体構成でも分離して構成してもよい。
効    果 以上説明してきたように本発明によれば、内側に凸状の
リペラー板を用いてイオど化室中央に貫流する中性ビー
ムに熱゛電子を広範囲にしかも繰返し衝突させるように
しているので、特別なイオン化効率を上げる電源を必要
とせずに少ないイオン化エネルギーで大きなイオン電流
を得ることができるだけでなく、基板に入るイオン電流
域を円形で広範囲にしかもエネルギー密度を大きくする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施しているクラスタイオン源の構成
を示し、第2図は第1図の装置のイオン化部の横断面図
であり、第3.弘図は従来例と比較した本発明のイオン
源の特性を示すグラフ、第!、lr、7図は本発明の別
の異なる実施例を示す概略図である。 図中、/:蒸発源、4L=イオン化部、jニゲリット、
6:フィラメント、7:リペラー、r:内側に凸状のリ
ペラー板。 第4図 イオソイヒカロ速1訟、圧<Ve) 第5図 第了図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. イオン化すべき蒸気流を発生する蒸発源、および蒸発源
    の前方に同軸に配置され、蒸発源からの蒸気流にイオン
    化用の電子を照射してイオン化するイオン化用電子放出
    フィラメントとグリッドとを備えたイオン化部を有する
    イオン化機構において、蒸発源からの蒸気流を囲んで設
    けられグリッドの外側近傍に配置された各フィラメント
    を通るほぼ同一周上で各フィラメントに対向し或は複数
    のそれ自体が対向した位置に内側に凸状のリペラー板を
    設け、イオン化部の中央域に貫通する中性ビームに熱電
    子が広範囲にかつ繰返し衝突するようにしたことを特徴
    とするイオン化機構。
JP27450084A 1984-12-28 1984-12-28 Ionkakiko Expired - Lifetime JPH0227432B2 (ja)

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JPH0227432B2 JPH0227432B2 (ja) 1990-06-18

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0224943A (ja) * 1988-07-14 1990-01-26 Teru Barian Kk イオン注入装置
EP1667198A3 (en) * 2004-12-03 2008-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Gas cluster ion beam emitting apparatus and method for ionization of gas cluster
JP2011041947A (ja) * 2003-11-25 2011-03-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 改質方法および改質装置

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US7855374B2 (en) 2004-12-03 2010-12-21 Canon Kabushiki Kaisha Gas cluster ion beam emitting apparatus and method for ionization of gas cluster

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JPH0227432B2 (ja) 1990-06-18

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