JPS6227563A - Apparatus for forming film with cluster ion beam - Google Patents
Apparatus for forming film with cluster ion beamInfo
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- JPS6227563A JPS6227563A JP16383785A JP16383785A JPS6227563A JP S6227563 A JPS6227563 A JP S6227563A JP 16383785 A JP16383785 A JP 16383785A JP 16383785 A JP16383785 A JP 16383785A JP S6227563 A JPS6227563 A JP S6227563A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、膜形成技術のひとつであるクラスタイオンビ
ーム成膜装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a cluster ion beam film forming apparatus, which is one of film forming techniques.
(従来の技術)
近年、膜形成法のひとつとして、クラスタイオンビーム
蒸着法が開発され、この方法により作製した薄膜の密度
や結晶性等の膜質が良好であることから注目されている
。即ち、クラスタイオンビーム蒸着法は、蒸着物質の蒸
気をノズルから真空中に噴出させ、その除虫じる塊状原
子集団(クラスタ)をイオン化し、更に電界加速するこ
とによって、クラスタに大きな運動エネルギーを与えて
、基板に付着させる膜形成法である。(Prior Art) In recent years, a cluster ion beam evaporation method has been developed as one of the film forming methods, and is attracting attention because the thin films produced by this method have good film quality such as density and crystallinity. In other words, in the cluster ion beam deposition method, the vapor of the vapor deposited material is ejected into a vacuum from a nozzle, ionizes the massed atomic groups (clusters) to be expelled, and then accelerates them with an electric field, thereby imparting large kinetic energy to the clusters. This is a film formation method in which the film is attached to a substrate.
しかしながら、従来のクラスタイオンビーム成膜装置で
は、クラスタを形成する原子の数が、1〜数千個の広い
範囲にわたって分布しており、特にクラスタを形成しな
い単原子或いは単分子も、蒸着物ビームの中に数多く含
まれる。これらの単原子或いは単分子のイオン化した粒
子は成膜に関して、次の様な悪影響をおよぼした。However, in conventional cluster ion beam deposition equipment, the number of atoms forming clusters is distributed over a wide range from 1 to several thousand, and single atoms or single molecules that do not form clusters are also Includes many. These monoatomic or monomolecular ionized particles had the following adverse effects on film formation.
(、) 単原子或いは単分子のイオンは、加速電圧を
10キロeルト程度まで高くすると、1粒子当りのエネ
ルギーが大きくなって、形成した膜や基板表面の破壊及
び欠陥の生成により膜質を低下させる。(,) For monoatomic or monomolecular ions, when the acceleration voltage is increased to about 10 kilohertz, the energy per particle increases, resulting in destruction of the formed film or substrate surface and generation of defects, resulting in a decrease in film quality. let
(b) 上記の様な高エネルギーの粒子は、膜表面を
ス・やツタする効果が大きいため蒸着率を低下させる。(b) High-energy particles such as those described above have a large effect of causing smoke and ivy on the film surface, thereby reducing the deposition rate.
(c)蒸着物ビーム中にイオン化した粒子が多くなると
、空間電荷同士の反発によってビーム径が拡大し、蒸着
率を低下させる。(c) When the number of ionized particles in the deposition beam increases, the beam diameter increases due to repulsion between space charges, reducing the deposition rate.
(d) M綴物や半導体材料の成膜時において、イオ
ンに起因する電荷蓄積が起こり、この電荷蓄積によりて
、IC等の半導体素子に動作不良が発生する。(d) During the film formation of M-bound materials and semiconductor materials, charge accumulation due to ions occurs, and this charge accumulation causes malfunctions in semiconductor elements such as ICs.
更に従来のクラスタイオンビーム蒸着装置では、クラス
タを構成する粒子数或いは粒子1個当りのエネルギーを
制御できないため、基板温度、加速電圧等の成膜条件の
最適値を見つけるのに時間を要し、また、再現性のある
安定した成膜を行うことは、極めて困難であった。Furthermore, with conventional cluster ion beam evaporation equipment, it is not possible to control the number of particles constituting a cluster or the energy per particle, so it takes time to find the optimal values for film formation conditions such as substrate temperature and acceleration voltage. Furthermore, it has been extremely difficult to form a stable film with reproducibility.
(発明が解決しようとする問題点)
本発明は、上記した従来の問題点を総て解決する目的で
なされ、クラスタ化していない単原子或いは単分子のイ
オン化した粒子による悪影響を防止し、更にクラスタを
構成する粒子数或いは粒子1個当りのエネルギーギ制御
できるクラスタイオンビーム成膜装置を提供しようとす
るものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made for the purpose of solving all of the above-mentioned conventional problems. The object of the present invention is to provide a cluster ion beam film forming apparatus in which the number of particles constituting the cluster ion beam or the energy per particle can be controlled.
(問題点を解決するための手段)
前記問題点を解決するための手段として、本発明は、ク
ラスタイオンガンと基体との間に、前記クラスタイオン
ガンから放出されるイオンビームの進行方向を、磁場に
よって偏向させる手段を設け、且つ前記基体の位置を移
動可能にすると共に前記磁場の強°さを変化できること
を要旨とするものである。(Means for Solving the Problems) As a means for solving the above problems, the present invention provides a method in which the traveling direction of the ion beam emitted from the cluster ion gun is controlled by a magnetic field between the cluster ion gun and the base. The gist of the present invention is to provide a means for deflecting the magnetic field, to make the position of the base body movable, and to change the strength of the magnetic field.
(作用)
上記の構成により、クラスタ化してない単原子或いは単
分子のイオンは、磁場によって大きな偏向を受けるので
、基体に到達することを防ぐことができ、更に基体に蒸
着すべきクラスタイオンの構成粒子数を選択して制御す
ることができる。(Function) With the above configuration, unclustered monoatomic or monomolecular ions are greatly deflected by the magnetic field, so they can be prevented from reaching the substrate, and the configuration of cluster ions to be deposited on the substrate can be prevented. The number of particles can be selected and controlled.
(実施例) 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to illustrated embodiments.
第1図は、本発明の一実施例を示すクラスタイオンビー
ム成膜装置の構成図である。この図において、1はペル
ジャーであり、この内部にはイオンビーム2を放出する
クラスタイオンガン3と、該クラスタイオンガン3と対
向するようにして、イオンビーム2を加速する加速電極
4と、基体5を保持する基体ホルダー6、及びイオンビ
ーム2を遮蔽するシャ、ターフが配置されている。この
際、クラスタイオンガン3と基体ホルダー6との距離は
約40備である。8は、前記クラスタイオンガン3とシ
ャッター7の間に設けた電磁石であり、この電磁石8の
磁極面は20c!11×20crRの大きさで、平行に
向い合っており、ギャップは5cInで、中心部での磁
速密度は約3000ガウス程度まで可変できる。9は、
前記加速電極4に接続されたイオンビーム2加速用の直
流電源であり、クラスタイオンガン3を接地して、加速
電極4に負電圧を約lOキロゲルトまで可変して印加で
きる。l。FIG. 1 is a configuration diagram of a cluster ion beam film forming apparatus showing an embodiment of the present invention. In this figure, numeral 1 is a Pelger, and inside it there is a cluster ion gun 3 that emits an ion beam 2, an acceleration electrode 4 that accelerates the ion beam 2 facing the cluster ion gun 3, and a base 5. A substrate holder 6 for holding the substrate, and a shield and a turf for shielding the ion beam 2 are arranged. At this time, the distance between the cluster ion gun 3 and the substrate holder 6 is approximately 40 mm. 8 is an electromagnet provided between the cluster ion gun 3 and the shutter 7, and the magnetic pole face of this electromagnet 8 is 20c! They have a size of 11 x 20 crR, are parallel to each other, have a gap of 5 cIn, and can vary the magnetic velocity density at the center up to about 3000 Gauss. 9 is
This is a DC power supply for accelerating the ion beam 2 connected to the accelerating electrode 4. The cluster ion gun 3 is grounded and a negative voltage can be applied to the accelerating electrode 4 in a variable range up to about 10 kg. l.
は、水晶振動子膜厚計センサーである。なお、図では省
略したが、真空排気装置がペルジャーlの外に接続され
ている。is a crystal oscillator film thickness sensor. Although not shown in the figure, a vacuum evacuation device is connected to the outside of the Pelger I.
本発明に係るクラスタイオンビーム成膜装置は上記のよ
うに構成されており、クラスタイオンガン3より放出さ
れたイオンビーム2は、1oo電子がルト程度までのエ
ネルギーを持ち、加速電極4によって基体ホルダー6に
保持された基体5に向って飛翔する。そして、電磁石8
によって、前記イオンビーム2の進行方向と略垂直方向
の磁場を加えると、イオンビーム2の進行方向が偏向さ
れる。いま、クラスタイオンガン3と加速電極4を結ぶ
方向をX軸、磁場の方向をY軸、X軸、Y軸に垂直の方
向を2軸とする直交3次元座標を取る。The cluster ion beam film forming apparatus according to the present invention is configured as described above, and the ion beam 2 emitted from the cluster ion gun 3 has an energy of about 100 electrons, and is transferred to the substrate holder 6 by the accelerating electrode 4. The robot flies toward the base 5 held by the robot. And electromagnet 8
Therefore, when a magnetic field is applied in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the ion beam 2, the traveling direction of the ion beam 2 is deflected. Now, orthogonal three-dimensional coordinates are taken in which the direction connecting the cluster ion gun 3 and the accelerating electrode 4 is the X axis, the direction of the magnetic field is the Y axis, and the two axes are the directions perpendicular to the X axis and the Y axis.
近似的な計算によれば、クラスタイオンの持つ運動エネ
ルギーをV電子ボルト、電磁石8中の磁束密度をB1磁
場のX軸方向の広がりを纂として、質IMのクラスタイ
オンが磁場中で曲げられて、電磁石8の上端において、
Z軸方向へ偏向する距離Rは、
RΣg四&/2B (1)
で与えられる。ここで、eは電荷製量である。According to an approximate calculation, the kinetic energy of the cluster ion is V electron volts, and the magnetic flux density in the electromagnet 8 is B1, and the spread of the magnetic field in the X-axis direction is the continuation of the IM cluster ion being bent in the magnetic field. , at the upper end of the electromagnet 8,
The distance R of deflection in the Z-axis direction is given by RΣg4&/2B (1). Here, e is the charge production amount.
−例として、■=100電子ゴルト、B=2500ガウ
スの時、前記(1)式より、銀の1価イオンAg+は、
この装置の磁場中で約5のだけZ軸方向に曲げられ、電
磁石8中の磁場を出た後も比較的大きなz軸方向の速度
成分を持ちながら飛行する。- For example, when ■ = 100 electron Gault and B = 2500 Gauss, from the above formula (1), the monovalent silver ion Ag+ is
In the magnetic field of this device, it is bent in the Z-axis direction by about 5 degrees, and even after leaving the magnetic field in the electromagnet 8, it flies with a relatively large velocity component in the Z-axis direction.
また、同じ条件で構成粒子数が1000個の銀のクラス
タイオンAg1000 の時は、前記1価イオンAg
+の約1/30の偏向を受けるのみで、Z軸方向の速度
成分は小さい。In addition, under the same conditions, when the number of constituent particles is 1000 silver cluster ions Ag1000, the monovalent ion Ag
It receives only about 1/30 of the + deflection, and the velocity component in the Z-axis direction is small.
更に前記実施例では、電磁石8の磁極面を正方形とした
が、磁極面の形はこれに限るものではなく、他の形とし
ては、長方形2台形1円形、長円形、扇形、三角形等も
可能である。また、クラスタイオンガン3及び電磁石8
の数は1個としたが、クラスタイオンガン3及び電磁石
8とも複数個ある場合も可能である。Further, in the above embodiment, the magnetic pole face of the electromagnet 8 is square, but the shape of the magnetic pole face is not limited to this.Other shapes include two rectangles, one trapezoid, one circle, an oval, a sector, and a triangle. It is. In addition, a cluster ion gun 3 and an electromagnet 8
Although the number of cluster ion guns 3 and electromagnets 8 is one, it is also possible to have a plurality of cluster ion guns 3 and electromagnets 8.
更にまた、前記実施例では、クラスタイオンがン3を接
地して、加速電極4に負電圧を印加したが、加速電極4
を接地して、クラスタイオンガン3に正電圧を印加する
こともできる。また、クラスタイオンの磁場中で6運動
計算を、銀のクラスタイオンについて行なったが、成膜
材料は銀に限るものではなく、すべての原子2分子、化
合物。Furthermore, in the above embodiment, the cluster ion gun 3 was grounded and a negative voltage was applied to the accelerating electrode 4; however, the accelerating electrode 4
It is also possible to ground the cluster ion gun 3 and apply a positive voltage to the cluster ion gun 3. In addition, six motion calculations were performed on silver cluster ions in a cluster ion magnetic field, but the film forming material is not limited to silver, but all atomic molecules and compounds.
錯体のクラスタについて可能である。Possible for clusters of complexes.
(発明の効果)
以上説明したように、本発明に係るクラスタイオンビー
ム成膜装置は、クラスタイオンがンから放出されるクラ
スタ化していない単原子或いは単分子のイオンビームの
進行方向を、電磁石による磁場によって偏向させること
ができるので、下記のようなすぐれた効果を奏する。(Effects of the Invention) As explained above, the cluster ion beam deposition apparatus according to the present invention uses an electromagnet to direct the traveling direction of an unclustered monoatomic or monomolecular ion beam emitted from a cluster ion. Since it can be deflected by a magnetic field, it has the following excellent effects.
(、) 粒子1個当りのエネルギーの大きな単原子或
いは単分子のイオンによって、形成した膜や基体表面の
破壊及び欠陥の生成がなくなり、結晶性のすぐれた良質
の薄膜が得られる。(,) By using monoatomic or monomolecular ions with high energy per particle, destruction of the formed film or substrate surface and generation of defects are eliminated, and a high-quality thin film with excellent crystallinity can be obtained.
(b) 上記の様な高エネルギーの粒子による膜表面
のスパッタ効果がなくなり、蒸着率が増加する。(b) The sputtering effect on the film surface caused by the high-energy particles as described above disappears, and the deposition rate increases.
(c)蒸着物ビーム中の空間電荷量が相対的に減少し、
電荷同士の反発によるビーム径の拡大が軽減され、蒸着
率が増加する。(c) the amount of space charge in the deposit beam is relatively reduced;
Enlargement of the beam diameter due to repulsion between charges is reduced, increasing the deposition rate.
(d) 絶縁物や半導体材料の成膜時において、イオ
ンに起因する電荷蓄積が少なくなり、IC等の半導体素
子の動作不良が減少する。(d) During film formation of insulators and semiconductor materials, charge accumulation due to ions is reduced, and malfunctions of semiconductor devices such as ICs are reduced.
また、基体を保持した基体ホルダーを移動可能にすると
共に、磁場の強さを変化できる構成により、基体に蒸着
すべきクラスタイオンの構成粒子数を選択して制御する
ことができるので、基体温度、加速電圧等の成膜条件の
最適値を見つけることが容易となり、更に再現性のある
安定した成膜を行5ことができる。In addition, by making the substrate holder holding the substrate movable and changing the strength of the magnetic field, it is possible to select and control the number of constituent particles of the cluster ions to be deposited on the substrate. It becomes easy to find the optimum values for film formation conditions such as acceleration voltage, and stable film formation with further reproducibility can be performed.
第1図は、本発明に係るクラスタイオンビーム成膜装置
の構成図である。
1・・・ペルジャー、2,21・・・イオンビーム、3
・・・クラスタイオンがン、4・・・加速電極、5・・
・基体、6・・・基体ホルダー、8・・・電磁石、9・
・・直流電源。FIG. 1 is a configuration diagram of a cluster ion beam film forming apparatus according to the present invention. 1...Pelger, 2,21...Ion beam, 3
...Cluster ion gun, 4...Acceleration electrode, 5...
・Base, 6...Base holder, 8...Electromagnet, 9.
...DC power supply.
Claims (3)
タイオンガンから放出されるイオンビームの進行方向を
、磁場によって偏向させる手段を設けたことを特徴とす
るクラスタイオンビーム成膜装置。(1) A cluster ion beam film forming apparatus characterized in that means is provided between the cluster ion gun and the substrate for deflecting the traveling direction of the ion beam emitted from the cluster ion gun using a magnetic field.
する特許請求の範囲第1項記載のクラスタイオンビーム
成膜装置。(2) The cluster ion beam film forming apparatus according to claim 1, wherein the position of the base is movable.
する特許請求の範囲第1項記載のクラスタイオンビーム
成膜装置。(3) The cluster ion beam film forming apparatus according to claim 1, wherein the strength of the magnetic field is variable.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16383785A JPS6227563A (en) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | Apparatus for forming film with cluster ion beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16383785A JPS6227563A (en) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | Apparatus for forming film with cluster ion beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6227563A true JPS6227563A (en) | 1987-02-05 |
Family
ID=15781687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16383785A Pending JPS6227563A (en) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | Apparatus for forming film with cluster ion beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6227563A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5185287A (en) * | 1990-02-22 | 1993-02-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for producing a quantum well structure |
-
1985
- 1985-07-26 JP JP16383785A patent/JPS6227563A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5185287A (en) * | 1990-02-22 | 1993-02-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for producing a quantum well structure |
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