JPS60244018A - Cluster ion beam evaporation device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To perform cluster ion beam evaporation of even a material of high boiling point or sublimating point by a method wherein an injection nozzle is opened in a partition wall isolating an evaporation chamber and a vaporization source chamber, and a valve to be used both as a shutter and to open and close the injection nozzle is provided to the partition wall. CONSTITUTION:A nozzle 7 provided between an evaporation chamber 14 and a vaporization source chamber 16 is closed according to a valve 12 to be used both as a shutter, the inside of the evaporation chamber 14 is exhausted up to a superhigh vacuum according to an exhaust system 11a, and the inside of the vaporization source chamber 16 is exhausted up to a high vacuum according to an exhaust system 11b. An electron beam is projected to an evaporating material 9 to vaporize the evaporating material, and when the valve 12 to be used both as the shutter is opened controlling the inside of a space part 15, the vaporized evaporating material in the space part 15 is drawn out to a superhigh vacuum passing through the nozzle 7, and the evaporating material forms a cluster according to a supercooling phenomenon to be generated according to adiabatic expansion. Because the electron beam is projected directly to the evaporating material like this, cluster ion beam evaporation can be performed even with a material of high boiling point and high sublimating point.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空蒸着装置、特にクラスタイオンビーム蒸着
装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a vacuum evaporation apparatus, particularly a cluster ion beam evaporation apparatus.

〔従来技術〕[Prior art]

クラスタイオンビーム蒸着装置は第２図に示すようにる
つぼ８で蒸着物質９を加熱、蒸気化し、るつぼのノズル
７から高真空中へ蒸気化した蒸着物質を噴射させること
により、蒸着物質の塊状原（１）　＋ 子集団（クラスタ）を形成する。これにイオン化用電子
放出フィラメント５及びイオン化用電子引き出しグリッ
ド６で電子を照射してクラスタを形成する原子のうち１
個の原子をイオン化してクラスタイオンとし、加速電極
４に印加した負電圧によりクラスタイオンを加速し、イ
オン化しなかったクラスタと共に基板２に衝突させ蒸着
を行なう装置である。この真空蒸着装置は蒸着速度を制
御できるのみならず、クラスタイオンとイオン化しない
中性のクラスタとの比（イオン化率）およびクラスタイ
オンや中性クラスタの運動エネルギーを制御でき、形成
される膜の物性や結晶学的諸性質を制御できるという特
長がある。ところが、クラスタを形成するために蒸着物
質をノズルから高真空中へ噴射させる必要があるので、
蒸着物質の蒸発の方法としては炭化ケイ素等でつくられ
たるつぼ８に蒸着物質９を入れ、るつほの外壁にるつぼ
加熱用電子放出フィラメント１０で電子を照射して加熱
し、蒸着物質を蒸発させる方法がとられている。このた
め、クラスタイオンビーム蒸着装置！７　（２） には多くの利点があるにもかかわらず、蒸着物質として
は沸点または昇華点がるつぼの融点よりも十分低い温度
の物質しか使用できないという制限がある。As shown in FIG. 2, the cluster ion beam evaporation apparatus heats and vaporizes a vapor deposition material 9 in a crucible 8, and injects the vaporized vapor deposition material into a high vacuum from a nozzle 7 of the crucible, thereby forming a lumpy source of the vapor deposition material. (1) + Form a child group (cluster). This is irradiated with electrons by the ionization electron emitting filament 5 and the ionization electron extraction grid 6, so that one of the atoms forming a cluster is
This device ionizes atoms into cluster ions, accelerates the cluster ions with a negative voltage applied to the accelerating electrode 4, and causes them to collide with the non-ionized clusters on the substrate 2 for vapor deposition. This vacuum evaporation equipment can not only control the deposition rate, but also the ratio of cluster ions to neutral clusters that do not ionize (ionization rate) and the kinetic energy of cluster ions and neutral clusters, and the physical properties of the formed film. It has the advantage of being able to control various crystallographic properties. However, in order to form clusters, it is necessary to inject the deposition material from a nozzle into a high vacuum.
The method for evaporating the vapor deposition material is to place the vapor deposition material 9 in a crucible 8 made of silicon carbide or the like, and heat the outer wall of the crucible by irradiating electrons with an electron emitting filament 10 for heating the crucible to evaporate the vapor deposition material. A method is being taken to For this reason, cluster ion beam evaporation equipment! Although 7(2) has many advantages, it has the limitation that only substances whose boiling point or sublimation point are sufficiently lower than the melting point of the crucible can be used as vapor deposition substances.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はクラスタイオンビーム蒸着装置のこの欠点を改
善することを目的としており、沸点または昇華点の高い
物質でもクラスタイオンビーム蒸着が行なうことができ
る装置を提供するものである。The present invention aims to improve this drawback of the cluster ion beam evaporation apparatus, and provides an apparatus capable of performing cluster ion beam evaporation even with substances having a high boiling point or sublimation point.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明は装置本体内に、蒸着用基板を収容する蒸着室と
、蒸発物質を蒸発させる電子ビーム加熱装置を設置した
蒸発源室とを区画形成し、両室を隔離する隔壁に蒸発物
質を蒸着室内に噴出する噴射ノズルを開口するとともに
、該噴射ノズルを開閉するシャッター兼用パルプを隔壁
に設けたことを特徴とするクラスタイオンビーム蒸着装
置である。In the present invention, an evaporation chamber that accommodates a substrate for evaporation and an evaporation source chamber that is equipped with an electron beam heating device that evaporates the evaporation material are formed in the main body of the apparatus, and the evaporation material is evaporated on a partition wall separating the two chambers. This cluster ion beam evaporation apparatus is characterized in that a partition wall is provided with pulp that also serves as a shutter for opening and closing an injection nozzle that ejects the injection nozzle into a room.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、本発明の一実施例を図により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は本実施例の真空蒸着装置の構造図である。蒸着
装置本体Ｍの内部は、蒸発源室１６と蒸着室１４とに隔
壁１７により分離されており、それぞれ別々の排気系１
１α、１１ｂが接続される。蒸発源室１６内には蒸発し
た蒸着物質９が散逸しないように壁で囲まれた空間部１
５が形成されているとともに、蒸着物質９を直接電子ビ
ームを当て加熱蒸発させる電子ビーム加熱装置１３が設
置されている。FIG. 1 is a structural diagram of the vacuum evaporation apparatus of this embodiment. The inside of the vapor deposition apparatus main body M is divided into an evaporation source chamber 16 and a vapor deposition chamber 14 by a partition wall 17, each of which has a separate exhaust system 1.
1α and 11b are connected. Inside the evaporation source chamber 16, there is a space 1 surrounded by a wall to prevent the evaporated deposition material 9 from escaping.
5 is formed, and an electron beam heating device 13 is installed to heat and evaporate the deposition material 9 by directly applying an electron beam to it.

空間部１５の上部の隔壁１７に蒸発物質を蒸着室内に噴
出する噴射ノズル７が開口されており、ノズル７を開閉
するシャッター兼用パルプ１２が隔壁１７に設けられて
いる。蒸着室にはイオン化用電子放出フィラメント６お
よびイオン化用電子引き出しグリッド５のイオン化部分
と、イオンの加速電極４、基板ホルダー１、基板２が従
来装置と同様に配置され、本発明ではシャッター３は空
間部１５内に設置される。An injection nozzle 7 for ejecting the evaporated substance into the deposition chamber is opened in a partition wall 17 at the upper part of the space 15, and a shutter-cum-pulp 12 for opening and closing the nozzle 7 is provided in the partition wall 17. In the deposition chamber, the ionization part of the ionization electron emitting filament 6 and the ionization electron extraction grid 5, the ion acceleration electrode 4, the substrate holder 1, and the substrate 2 are arranged in the same manner as in the conventional apparatus. It is installed in the section 15.

この装置を用いて蒸着は下記の様に行なわれる。Vapor deposition is performed using this apparatus as follows.

蒸着室１４と蒸発源室１６との間に設けられたノズル７
をシャッター兼用パルプ１２で閉じ、蒸着室１４内を排
気系１１αにより５　Ｘ　１０””９Ｔｏｒｒ以下の超
高真空まで排気するとともに、蒸発源室１６内を排気系
１１ｂによりＩ　Ｘ　１０　’−６Ｔｏｒｒ程度の高真
空まで排気する。つぎに蒸着物質９に電子ビームを照射
し蒸着物質を蒸発させ、空間部１５内を５　×１０−５
　Ｔｏｒｒ　〜５　ＸＩＯ’Ｔｏｒｒ程度に制御しなが
ら、シャッター兼用パルプ１２を開けると、空間部１５
内の蒸発した蒸着物質はノズル７を通して５　ｘｔｏ−
９Ｔｏｒｒ以下の超高真空中にひき出され、断熱膨張に
よる過冷現象により蒸着物質はクラスタを形成する。さ
らに、このクラスタに電子を照射しクラスタイオンとし
、加速電極に印加した電圧によりクラスタイオンを加速
し、基板に射突させて蒸着を行なうことは従来装置と同
様である。Nozzle 7 provided between vapor deposition chamber 14 and evaporation source chamber 16
is closed by the pulp shutter 12, and the inside of the evaporation chamber 14 is evacuated to an ultra-high vacuum of 5 X 10''9 Torr or less by the exhaust system 11α, and the inside of the evaporation source chamber 16 is evacuated to about I X 10'-6 Torr by the exhaust system 11b. Evacuate to high vacuum. Next, the vapor deposition material 9 is irradiated with an electron beam to evaporate the vapor deposition material, and the inside of the space 15 is 5×10−5
When the shutter pulp 12 is opened while controlling the pressure to about 5 XIO' Torr, the space 15
The evaporated material inside passes through the nozzle 7 to 5xto-
The deposited material is drawn out into an ultra-high vacuum of 9 Torr or less, and the deposited material forms clusters due to the supercooling phenomenon caused by adiabatic expansion. Further, the clusters are irradiated with electrons to form cluster ions, the cluster ions are accelerated by a voltage applied to an accelerating electrode, and the cluster ions are made to impinge on a substrate to perform vapor deposition, as in the conventional apparatus.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上説明したように、蒸着物質に電子ビームを
直接照射する為、高沸点、高昇華点の物質でもクラスタ
イオンビーム蒸着を行なうことができる。また本体内を
蒸着室と蒸発源室とに隔絶したので、別々の排気系で排
気を行なうことができ、超高真空中で蒸着を行なうこと
により蒸着膜成長に対して残留ガスの影響を少なくでき
る効果を有するものである。As explained above, since the present invention directly irradiates the deposition material with an electron beam, cluster ion beam deposition can be performed even on materials with high boiling points and high sublimation points. In addition, since the main body is separated into the evaporation chamber and the evaporation source chamber, exhaust can be performed using separate exhaust systems, and by performing evaporation in an ultra-high vacuum, the influence of residual gas on the growth of the deposited film is reduced. It has the effect that it can.

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

第１図は本発明のクラスタイオンビーム蒸着装置の構造
概念図、第２図は従来のクラスタイオンビーム蒸着装置
の構造概念図である。 １・・・基板ホルダー、２・・・基板、３・・・シャッ
ター、４・・・イオン加速用電極、５・・・イオン化用
電子放出フィラメント、６・・・イオン化用電子引き出
しグリッド、７・・・噴射ノズル、８・・・るつぼ、９
・・・蒸着物質、ｌＯ・・・るつぼ加熱用電子放出フィ
ラメント、１１・・・真空排気系、１２・・・シャッタ
ー兼用パルプ、１３・・・電子ビーム加熱装置、１４・
・・蒸着室、１５・・・空間部、１６・・・蒸発源室 特許出願人　日本電気株式会社FIG. 1 is a conceptual diagram of the structure of a cluster ion beam evaporation apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of the structure of a conventional cluster ion beam evaporation apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Substrate holder, 2... Substrate, 3... Shutter, 4... Electrode for ion acceleration, 5... Electron emission filament for ionization, 6... Electron extraction grid for ionization, 7... ... Injection nozzle, 8 ... Crucible, 9
. . . Vapor deposition substance, lO . . . Electron emitting filament for heating the crucible, 11.
... Vapor deposition chamber, 15... Space section, 16... Evaporation source chamber Patent applicant NEC Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）装置本体内に、蒸着用基板を収容する蒸着室と、
蒸発物質を蒸発させる電子ビーム加熱装置を設置した蒸
発源室とを区画形成し、両室を隔離する隔壁に蒸発物質
を蒸着室内に噴出する噴射ノズルを開口するとともに、
該噴射ノズルを開閉するシャッター兼用パルプを隔壁に
設けたことを特徴とするクラスタイオンビーム蒸着装置
。(1) A vapor deposition chamber that accommodates a substrate for vapor deposition within the apparatus main body;
An evaporation source chamber is partitioned into an evaporation source chamber in which an electron beam heating device for evaporating the evaporation material is installed, and an injection nozzle for ejecting the evaporation material into the evaporation chamber is opened in a partition wall separating both chambers.
A cluster ion beam evaporation apparatus characterized in that a partition wall is provided with a pulp that also serves as a shutter for opening and closing the injection nozzle.