JPS63290266A - Cluster ion beam device - Google Patents

Cluster ion beam device

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Publication number
JPS63290266A
JPS63290266A JP12113887A JP12113887A JPS63290266A JP S63290266 A JPS63290266 A JP S63290266A JP 12113887 A JP12113887 A JP 12113887A JP 12113887 A JP12113887 A JP 12113887A JP S63290266 A JPS63290266 A JP S63290266A
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JP
Japan
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ion beam
ions
substrate
cluster
slit
Prior art date
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Pending
Application number
JP12113887A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keisuke Yamamoto
敬介 山本
Yasuko Motoi
泰子 元井
Norio Kaneko
典夫 金子
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
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Priority to JP12113887A priority Critical patent/JPS63290266A/en
Publication of JPS63290266A publication Critical patent/JPS63290266A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent deterioration in the quality of a film on a substrate by monoatomic and monomolecular ions of large energy by providing a means for deflecting an ion beam and slit for shutting off the ion beam between a cluster ion gun and the substrate in a cluster ion beam device. CONSTITUTION:A crucible 3 with a heater in a bell-jar 1 is heated to melt the material in the crucible. The melt is ejected from a small hole of the crucible 3 and is ionized by an ionizing unit 4. The ions are accelerated as the ion beam 2 contg. clusters by an accelerating electrode 5. The cluster ions in the ion beam 2 are deflected to the central part and the monoatomic ions and monomolecular ions of the large energy are deflected off the center of the ion beam 2 by the electromagnetic effect of the accelerating electrode 5 in this case and, therefore, the said monoatomic ions and monomolecular ions are shut off by a slit 6 and are thereby prevented from arriving at the substrate 7. The breakdown of the thin film of the cluster ions on the substrate by the monoatomic and monomolecular ions of the large energy is prevented and the good-quality film is formed on the substrate 7.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は薄膜形成技術のひとつであるクラスターイオン
ビーム蒸着法の成膜装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a film forming apparatus for cluster ion beam evaporation, which is one of thin film forming techniques.

[従来の技術] 近年、薄膜形成法のひとつとしてクラスターイオンビー
ム蒸着法が開発され、この方法により作製されたg膜の
密度や結晶性といったW1質が良好であるため注目され
ている。
[Prior Art] In recent years, a cluster ion beam evaporation method has been developed as one of the thin film forming methods, and has attracted attention because the G film produced by this method has good W1 quality such as density and crystallinity.

クラスターイオンビーム蒸着法とは、蒸着物質の蒸気を
比較的高い圧力にしてノズルから真空中に噴出させると
吹き出してくる塊状原子(あるいは分子)集団(以下、
クラスターと称する)をイオン化し、更に電界加速して
クラスターに大きな連動エネルギーを与えて基板に付着
させる薄膜形成法である。
Cluster ion beam evaporation is a process in which a cluster of atoms (or molecules) (hereinafter referred to as
This is a thin film formation method in which clusters (referred to as clusters) are ionized and further accelerated by an electric field to give large interlocking energy to the clusters, causing them to adhere to a substrate.

[本発明が解決しようとする問題点] 従来のクラスターイオンビーム成膜装置で形成されるク
ラスターの原子あるいは分子(以下、粒子と称する)の
数は1〜数千個と広範囲であるが、これらの中でクラス
ターを形成しない単原子あるいは単分子、及び少数の粒
子から構成されるクラスターはイオン化して次の様な悪
影響をおよぼす。
[Problems to be Solved by the Present Invention] The number of atoms or molecules (hereinafter referred to as particles) in clusters formed by conventional cluster ion beam film deposition equipment varies widely from one to several thousand. Clusters consisting of single atoms or molecules that do not form clusters, and a small number of particles, are ionized and have the following negative effects.

(a)単原子や単分子、あるいは数ト個程度の粒子から
なるクラスターは加速電圧を5  kV程度まで高くす
ると単位粒子当りのエネルギーが大きくなり、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。
(a) For clusters consisting of single atoms, single molecules, or several particles, increasing the acceleration voltage to about 5 kV increases the energy per unit particle, causing destruction of the formed film or substrate surface and generation of defects. This reduces film quality.

(b) (a)の様な高エネルギーのクラスターは膜表
面のスパッタ効果も大きいため蒸着率を低下させる。
(b) High-energy clusters like those shown in (a) have a large sputtering effect on the film surface and therefore reduce the deposition rate.

(c)絶縁物や半導体材料の成膜時に、イオンに起因す
る電荷蓄積が起こりこれによってIC等の半導体素子に
動作不良が発生する。
(c) During film formation of insulators and semiconductor materials, charge accumulation due to ions occurs, which causes malfunctions in semiconductor devices such as ICs.

しかしながら従来のクラスターイオンビーム装置ではク
ラスター1個当りのエネルギーが制御できないため前述
の問題が解決できない。
However, in the conventional cluster ion beam device, the energy per cluster cannot be controlled, so the above-mentioned problem cannot be solved.

また、複数個のイオンガンを使用した際にも、基板上で
所望の組成を得るために各イオンガンからの蒸着ビーム
の流量を均一にすることは、極めて困難である。
Further, even when a plurality of ion guns are used, it is extremely difficult to make the flow rate of the deposition beam from each ion gun uniform in order to obtain a desired composition on the substrate.

[問題点を解決するための手段及び作用]本発明は前述
の問題点を解決したクラスターイオンビーム装置である
[Means and effects for solving the problems] The present invention is a cluster ion beam device that solves the above-mentioned problems.

本発明の装置にはクラスターイオンガンと基板の間に、
クラスター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と、偏向されたイ
オンビームを遮断できるスリットを設け、基板に蒸着す
べきクラスターを選択制御するものである。
The device of the present invention includes a device between the cluster ion gun and the substrate.
A means for deflecting the traveling direction of the ion beam emitted from the cluster ion gun using a magnetic field and a slit capable of blocking the deflected ion beam are provided to selectively control the clusters to be deposited on the substrate.

イオンビームに磁力を作用させると1粒子数の少ないク
ラスター程偏向の度合が大きく、イオンビームの中心か
らはずれてくるので、それをスリットで遮断し、基板へ
届かない様にすると、スリットを通過した一定数以上の
粒子数のクラスターでのみ膜を形成することになる。ス
リットは可変式であるから、所望の粒子数のクラスター
の偏向度によりスリットの大きさを変えて所望の膜を得
ることができる。
When a magnetic force is applied to an ion beam, the degree of deflection is greater for clusters with fewer particles, and the ion beam deviates from the center of the beam.If the ion beam is blocked by a slit to prevent it from reaching the substrate, the particles will pass through the slit. A film is formed only in clusters with a certain number of particles or more. Since the slit is variable, the size of the slit can be changed depending on the degree of deflection of clusters with a desired number of particles to obtain a desired film.

[実施例] 以下、本発明を第1図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 the embodiment shown in FIG.

第1図は本発明の一実施例を示すクラスターイオンビー
ム成膜装置のW成因であるel lはペルジャーで内部
にるつぼ及び加熱装置3と、るつぼから出た蒸発物質を
イオン化するイオン化ユニット4、更に加速電極を兼ね
備えた電磁石5.イオンビームを選択的に遮蔽するスリ
ット6、基板7を保持する基本ホルダー8が配置されて
いる。2はイオンビームである。この場合イオンビーム
の出るスリット6から基板7までの距離は10〜50c
膳程度である。電磁石5は直径50cm、高さ10c鵬
の円筒形で中心部の磁束密度は約500gauss程度
まで変えられる。9はるつぼ及び加熱装置3に接続され
たイオンビーム2加速用直流電源である。基板ホルダー
8及び電磁石5を接地してるつぼ及び加熱装置3に正の
電圧を約10 kVまで可変して印加できる。また10
は電磁石5に接続された磁石発生用の電源である。尚、
図では省略したが真空排気装置がペルジャー1の外に接
続されている。
FIG. 1 shows the W component of a cluster ion beam film forming apparatus showing an embodiment of the present invention. EL is a Pel jar with a crucible and a heating device 3 inside, an ionization unit 4 for ionizing the evaporated material coming out of the crucible, Furthermore, an electromagnet that also serves as an accelerating electrode5. A slit 6 for selectively shielding the ion beam and a basic holder 8 for holding the substrate 7 are arranged. 2 is an ion beam. In this case, the distance from the slit 6 from which the ion beam comes out to the substrate 7 is 10 to 50 cm.
It is about a meal. The electromagnet 5 has a cylindrical shape with a diameter of 50 cm and a height of 10 cm, and the magnetic flux density at the center can be varied up to about 500 gauss. 9 is a DC power supply for accelerating the ion beam 2 connected to the crucible and the heating device 3. By grounding the substrate holder 8 and the electromagnet 5, a positive voltage can be applied to the crucible and the heating device 3 in a variable manner up to about 10 kV. 10 more
is a power supply for magnet generation connected to the electromagnet 5. still,
Although omitted in the figure, a vacuum evacuation device is connected to the outside of the Pelger 1.

るつぼ及び熱源3から発生した蒸着物質然気はイオン化
ユニット4でイオン化され100eV程度のエネルギー
を持って電磁石5中を飛翔する。イオン化されたクラス
タービームは電磁石5によって偏向され更にスリット6
を所望のクラスターのみが通過して基板7に向かって飛
翔する。
The vapor deposition material generated from the crucible and the heat source 3 is ionized by the ionization unit 4 and flies through the electromagnet 5 with an energy of about 100 eV. The ionized cluster beam is deflected by an electromagnet 5 and further passed through a slit 6.
Only desired clusters pass through and fly toward the substrate 7.

いまイオン化ユニットから出たイオンビーム2′と基板
7を結ぶ方向をX軸、磁場の方向をY軸、X軸及びY軸
に垂直な方向をX軸とする直交座標を取る。近似的な計
算によるとクラスターイオンの持つ運動エネルギーを■
、電磁石5中の磁束密度をB、磁場のX軸方向の長さを
aとして質(ilHMのクラスターイオンが磁場中で曲
げられて電磁石5の上端においてX軸方向へ偏向する距
離Rは R=B−e−a3/n]τV   −・・・(I)で与
えられる。ここでeは電気素量である。
Orthogonal coordinates are taken in which the direction connecting the ion beam 2' emitted from the ionization unit and the substrate 7 is the X axis, the direction of the magnetic field is the Y axis, and the direction perpendicular to the X axis and the Y axis is the X axis. According to approximate calculations, the kinetic energy of cluster ions is
, the magnetic flux density in the electromagnet 5 is B, and the length of the magnetic field in the X-axis direction is a. Be-e-a3/n]τV - (I), where e is the elementary charge.

いまV = 100eV 、 B = 100gaus
s 、 a = 10cmとすると(I)式より銀の1
価イオンAg−はこの装置の磁場中で約33cIIZ軸
方向に曲げられるが、構成原子が1000個の銀のクチ
スターイオンAg 1000−は約1cmだけ曲げられ
る。この場合良包な膜を得るにはクラスターの構成原子
数は1000〜5000個であるので電磁石5直上でX
軸に垂直なスリット6に、ビームの中心から約0.5〜
IC!Iにt円状の窓を設け、所望の原子数のクラスタ
ーイオンのみを通過可能とする。この条件で第1図に示
した装置を用いて銀の蒸着を行なったところ、付着力も
強く電気特性も良好な薄膜が得られた。
Now V = 100eV, B = 100gaus
If s, a = 10 cm, then from formula (I), silver 1
The valence ion Ag- is bent in the magnetic field of this device in the direction of the Z-axis by about 33 cII, while the 1000-atom silver cutister ion Ag 1000- is bent by about 1 cm. In this case, in order to obtain a good film, the number of constituent atoms of the cluster is 1000 to 5000, so X
In the slit 6 perpendicular to the axis, about 0.5~ from the center of the beam
IC! A t-circular window is provided in I to allow only cluster ions of a desired number of atoms to pass through. When silver was deposited under these conditions using the apparatus shown in FIG. 1, a thin film with strong adhesion and good electrical properties was obtained.

蒸着材料は銀に限らずあらゆる種類の原子1分子、化合
物、錯体のクラスターについて蒸着可能である。
The vapor deposition material is not limited to silver, and can be vapor-deposited in the form of one molecule of atoms, compounds, and clusters of complexes of all types.

[発明の効果] 以上の様に本発明のクラスターイオンビーム装置はクラ
スターの粒子数を制御できるため、下記の様な優れた効
果を奏する。
[Effects of the Invention] As described above, since the cluster ion beam device of the present invention can control the number of particles in the cluster, it exhibits the following excellent effects.

(A)粒子1個当りのエネルギーの大きな単原子あるい
は単分子のイオンによる膜や基板表面の破壊及び欠陥の
生成が防止でき、良質のE[が得られる。
(A) Destruction of the film or substrate surface and generation of defects due to single atom or single molecule ions having high energy per particle can be prevented, and high quality E[ can be obtained.

(B) (A)の様な高エネルギーの粒子による膜表面
のスパッタ効果が防止でき、蒸着率が増加する。
(B) The sputtering effect on the film surface caused by high-energy particles as in (A) can be prevented, and the deposition rate can be increased.

CC)絶縁物や半導体材料の成膜時においてイオンに起
因する電荷蓄積が減少し、IC等半導体素、子の動作不
良が減少する。
CC) Charge accumulation caused by ions during film formation of insulators and semiconductor materials is reduced, and malfunctions of semiconductor elements and devices such as ICs are reduced.

またスリットの大きさが変えられるので、クラスターの
制御を行って、密度が均一で結晶性も良質な薄膜が再現
性良く得られる。
Furthermore, since the size of the slits can be changed, clusters can be controlled and thin films with uniform density and good crystallinity can be obtained with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例の一つを表すクラスターイオン
ビーム装置の構成図である。 l・・・ペルジャー。 2.2′・・・イオンビーム。 3・・・るつぼ及び加熱装置。 4・・・イオン化ユニット、 5・・・加速電極を兼ね備えた電磁石。 6・・・スリット。 7・・・基板、 8・・・基板ホルダー、 9.10・・・直流電源。
FIG. 1 is a block diagram of a cluster ion beam apparatus representing one embodiment of the present invention. l...Perger. 2.2'...Ion beam. 3... Crucible and heating device. 4... Ionization unit, 5... Electromagnet that also serves as an accelerating electrode. 6...Slit. 7... Board, 8... Board holder, 9.10... DC power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)クラスターイオンガンと基板との間で、イオンガン
から放出されたイオンビームの進行方向を磁場により偏
向させることを特徴とするクラスターイオンビーム装置
。 2)磁場により偏向されたイオンビームの進行途中にス
リットを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のクラスターイオンビーム装置。 3)第2項記載のスリットにおいて、スリット間隔が変
化可能であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のクラスターイオンビーム装置。
[Scope of Claims] 1) A cluster ion beam device characterized in that a traveling direction of an ion beam emitted from an ion gun is deflected by a magnetic field between a cluster ion gun and a substrate. 2) The cluster ion beam device according to claim 1, characterized in that a slit is provided in the course of the ion beam deflected by the magnetic field. 3) The cluster ion beam device according to claim 1, wherein in the slits according to claim 2, the slit interval can be changed.
JP12113887A 1987-05-20 1987-05-20 Cluster ion beam device Pending JPS63290266A (en)

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