JPS5920748B2 - Ion beam deposition device - Google Patents
Ion beam deposition deviceInfo
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Classifications
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、高純度被膜を形成することのできるイオン
・ビーム堆積装置に関するもので、特にイオン化電極と
金属蒸発源との間で金属蒸気を通して行われる放電によ
つてイオン化された金属のイオン化粒子を磁界あるいは
電界によつて偏向することによ杉、所望のイオン化粒子
のみを選択的に被膜形成基板に導くことにより高純度の
被膜を形成することのできるイオン・ビーム堆積装置に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion beam deposition apparatus capable of forming high-purity coatings, and in particular to an ion beam deposition apparatus capable of forming high-purity coatings. By deflecting the ionized metal particles using a magnetic or electric field, ion beam deposition can form a high-purity film by selectively guiding only the desired ionized particles to the film-forming substrate. It is related to the device.
従来、比較的厚いイオン堆積被膜を形成する装置として
、10−4〜10−2トール程度の不活性ガス雰囲気中
でグロー放電を起こさせ、生成され’ たガスイオンに
より蒸発源から蒸発する金属蒸気をイオン化させ、これ
を被膜しようとする材料の表面に堆積するものが知られ
ている。Conventionally, as an apparatus for forming a relatively thick ion deposition film, a glow discharge is caused in an inert gas atmosphere of about 10-4 to 10-2 Torr, and metal vapor is evaporated from an evaporation source by the generated gas ions. There is a known method that ionizes and deposits it on the surface of the material to be coated.
しかしこの装置では、材料の表面に堆積する金属蒸気の
10数%以下しかイオン化させ得ないために、堆積被;
膜の強度に難点があり、かつその堆積被膜に蒸発源や
その他の電極材料から持込まれる不純物が混入する難点
があつた。また、一方では、質量分析機の原理を応用し
て純粋な金属イオンだけを材料表面に導く装置が知o
られているが、材料表面に到達できる金属イオンの量が
僅少なため、非常に薄い被膜を形成する場合や、半導体
材料に不純物イオンを注入する場合にしか使用できなか
つた。However, this device can only ionize less than 10% of the metal vapor deposited on the surface of the material.
There were drawbacks to the strength of the film, and impurities introduced from the evaporation source and other electrode materials were mixed into the deposited film. On the other hand, there are devices that apply the principle of a mass spectrometer to guide only pure metal ions to the material surface.
However, because the amount of metal ions that can reach the material surface is small, it could only be used to form very thin films or to implant impurity ions into semiconductor materials.
この発明は、蒸発源から蒸発した金属蒸気を通s して
行う放電により、金属蒸気の大部分をイオン化し、その
上で質量分析の原理に基くイオンの選別を行うことによ
り、強度が大で、かつ純粋度が高い堆積被膜を能率よく
生成することを目的とする。In this invention, most of the metal vapor is ionized by an electric discharge that passes through the metal vapor evaporated from the evaporation source, and then the ions are selected based on the principle of mass spectrometry. , and to efficiently produce a deposited film with high purity.
以下図示の実施例によつてこの発明を詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to the illustrated embodiments.
第1図は磁界によるイオン化粒子選別装置を使用した実
施例である。FIG. 1 shows an example using an ionized particle sorting device using a magnetic field.
1は金属の蒸発装置で、2は蒸発される金属3が仕込ま
れたるつぼ、4は電子ビーム発生源である。1 is a metal evaporation device, 2 is a crucible containing a metal 3 to be evaporated, and 4 is an electron beam generation source.
実施例では蒸発装置1はアースされている。5はイオン
化電極で、これにはイオン化電源6により25〜300
Vの正電圧が印加されている。In the embodiment, the evaporator 1 is grounded. 5 is an ionization electrode, which is powered by an ionization power source 6 of 25 to 300
A positive voltage of V is applied.
イオン化電極5と蒸発装置1との間にあつて、上記イオ
ン化電極5の近くには熱フイラメント7が装置されてい
る。この熱フイラメント7は、金属3の蒸発温度が低く
、これから十分な量の熱電子が放射されない場合に使用
する。9は遮蔽板、10は該遮蔽板に形成されたイオン
化粒子の通過孔である。A thermal filament 7 is installed near the ionization electrode 5 and between the ionization electrode 5 and the evaporator 1 . This hot filament 7 is used when the evaporation temperature of the metal 3 is low and a sufficient amount of thermoelectrons cannot be emitted from it. 9 is a shielding plate, and 10 is a passage hole for ionized particles formed in the shielding plate.
11は磁界による偏向作用を利用したイオン化粒子選別
装置で、図では紙面に垂直な方向の磁界が形成されてい
る。Reference numeral 11 denotes an ionized particle sorting device that utilizes the deflection effect of a magnetic field, and in the figure, a magnetic field is formed in a direction perpendicular to the plane of the paper.
12は基板マスク、13は被膜形成基板、14は基板ホ
ルダである。12 is a substrate mask, 13 is a film forming substrate, and 14 is a substrate holder.
基板ホルダ14には基板用電源15により実施例では負
の電圧が印加されてお虱これによ勺被膜形成基板13は
蒸発装置1に対して負の電圧が印加されている。16は
基板加熱ヒータ、17は基板加熱用電源である。In this embodiment, a negative voltage is applied to the substrate holder 14 by a substrate power source 15, and thereby a negative voltage is applied to the film-forming substrate 13 with respect to the evaporator 1. 16 is a heater for heating the substrate, and 17 is a power source for heating the substrate.
上記の装置は通常10−5乃至10−1トールの真空中
に設置されている。The apparatus described above is typically placed in a vacuum of 10-5 to 10-1 Torr.
電子ビーム発生源4よシ発生した電子ビーム18はるつ
ぼ2中の蒸発金属3に衝突し、これを蒸発させる。蒸発
して生じた金属粒子はイオン化電極5と金属3または熱
フイラメント7との間の金属蒸気を通しての放電によつ
てその9096前後までがイオン化されるのであり1金
属3または熱フイラメント7が放射する熱電子がその放
電を助ける。イオン化された金属粒子19はイオン・ビ
ームとして遮蔽板9の通気孔10を通つてイオン化粒子
選別装置11に侵入する。イオン化粒子選別装置11で
は磁界の作用によつて各イオン化粒子は偏向される。こ
の場合、その偏向量は粒子の質量によつて決定されるか
ら、所定の質量をもつた金属のイオン化粒子のみが選別
され、基板マスク12を通つて被膜形成基板13に到達
し、これに堆積される。図示の実施例のように基板13
に負電圧を印加すると、イオン化粒子はこの負電圧によ
つてさらに加速されて高エネルギーをもつて基板に衝突
し、強力な被膜を形成することができる。基板13に衝
突するイオン化粒子により基板が損傷を受けるのを防止
する必要がある場合には、基板13に正電圧を印加する
か、あるいはアース電位に維持する。基板加熱ヒータ1
6は基板13上に形成される被膜の成長状態を制御する
ためのもので、この加熱温度と上記基板電圧とを適当に
制御することにより基板13上に例えばシリコンの単結
晶を成長させることもできる。ところで、第1図aに示
すような磁界による偏向作用を利用したときのイオン化
粒子の偏向距離は第1図bを参照して次式によつて表わ
すことができる。The electron beam 18 generated by the electron beam source 4 collides with the evaporated metal 3 in the crucible 2 to evaporate it. The metal particles generated by evaporation are ionized up to around 9096 by discharge through the metal vapor between the ionization electrode 5 and the metal 3 or the thermal filament 7, and the metal 3 or the thermal filament 7 radiates. Thermionic electrons assist in the discharge. The ionized metal particles 19 enter the ionized particle sorting device 11 through the ventilation hole 10 of the shielding plate 9 as an ion beam. In the ionized particle sorting device 11, each ionized particle is deflected by the action of a magnetic field. In this case, since the amount of deflection is determined by the mass of the particles, only ionized metal particles with a predetermined mass are selected, reach the film forming substrate 13 through the substrate mask 12, and are deposited thereon. be done. Substrate 13 as in the illustrated embodiment
When a negative voltage is applied to the substrate, the ionized particles are further accelerated by the negative voltage and collide with the substrate with high energy, forming a strong film. If it is necessary to prevent the substrate from being damaged by ionized particles striking the substrate 13, a positive voltage may be applied to the substrate 13 or it may be maintained at ground potential. Substrate heating heater 1
Reference numeral 6 is for controlling the growth state of the film formed on the substrate 13, and by appropriately controlling this heating temperature and the above-mentioned substrate voltage, it is also possible to grow, for example, a single crystal of silicon on the substrate 13. can. By the way, the deflection distance of ionized particles when utilizing the deflection effect of a magnetic field as shown in FIG. 1a can be expressed by the following equation with reference to FIG. 1b.
である。It is.
この式から明らかなように、偏向距離tはイオン化粒子
の質量によつて決定されるから、磁場の強さH1イオン
化電極の加速電圧V1あるいは基板13の設置位置を適
当に定めることによ)、基板13上に所定の質量をもつ
たイオン化粒子、さらに具体的に言えば所望材料のイオ
ン化粒子のみを被着させることができ、高純度で高強度
の被膜を成長させることができる。As is clear from this equation, the deflection distance t is determined by the mass of the ionized particles, so by appropriately determining the magnetic field strength H1, the acceleration voltage V1 of the ionization electrode, or the installation position of the substrate 13), Ionized particles having a predetermined mass, more specifically, only ionized particles of a desired material, can be deposited on the substrate 13, and a high-purity and high-strength film can be grown.
しかも、蒸発した金属粒子はその大部分がイオン化され
ているために、基板13に到達することができるから、
極めて高能率に被膜の堆積が行われる。第2図はこの発
明の第2の実施例で、選別装置115として電界による
偏向手段を利用したものである。Moreover, since most of the evaporated metal particles are ionized, they can reach the substrate 13.
The coating is deposited with extremely high efficiency. FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which deflection means using an electric field is used as the sorting device 115.
この選別装置1「は2枚の偏向板21,22からなV1
偏向用電源23によつて一方の偏向板21には正電圧が
、他方の偏向板22には負電圧が印加されている。他の
部分の構造は第1図の装置と全く同様であるから、それ
らに関する説明を省略する。この実施例では、イオン化
粒子をその質量によつて選別する能力は小さいが、イオ
ン化された粒子のみを偏向して基板13に導くことがで
きるから、所望のイオン・プレーテイングあるいはイオ
ン化蒸着を簡単に行なうことができる。以上の説明から
明らかなように、この発明によるイオン・ビーム堆積装
置では、金属の蒸発粒子を通して放電を行うことによる
高能率のイオン化手段に加えて、蒸発イオン化粒子を質
量分析の原理を応用して選別して基板に導いているため
、基板上に堆積する粒子はすべてイオン化された純粋な
金属からなつている。This sorting device 1 is made up of two deflection plates 21 and 22.
A positive voltage is applied to one deflection plate 21 and a negative voltage is applied to the other deflection plate 22 by a deflection power source 23 . The structure of the other parts is exactly the same as that of the apparatus shown in FIG. 1, so the explanation thereof will be omitted. In this embodiment, although the ability to sort ionized particles according to their mass is small, only ionized particles can be deflected and guided to the substrate 13, so desired ion plating or ionization vapor deposition can be easily performed. can be done. As is clear from the above description, in the ion beam deposition apparatus according to the present invention, in addition to highly efficient ionization means by performing discharge through evaporated metal particles, the ion beam deposition apparatus uses evaporated ionized particles by applying the principle of mass spectrometry. Since the particles are sorted and guided to the substrate, all particles deposited on the substrate are made of ionized pure metal.
従つて堆積された金属被膜は、高密度となつて高い強度
を示し、しかも極めて高純度であり1かつ、金属の蒸発
粒子の大部分が基板に到達できるので極めて高能率で被
膜を成長させることができる。Therefore, the deposited metal film has a high density and high strength, and is also extremely pure1, and since most of the evaporated metal particles can reach the substrate, the film can be grown with extremely high efficiency. Can be done.
第1図aはこの発明によるイオン・ビーム堆積装置の第
1の実施例の概略構成図、第1図bは第1図aのイオン
化粒子選別装置の動作を説明する図、第2図はこの発明
によるイオン・ビーム堆積装置の第2の実施例の概略構
成図である。
1・・・金属蒸発装置、5・・・イオン化電極、11・
・・イオン化金属選別装置、13・・・基板。FIG. 1a is a schematic diagram of a first embodiment of the ion beam deposition apparatus according to the present invention, FIG. 1b is a diagram explaining the operation of the ionized particle sorting device of FIG. 1a, and FIG. 1 is a schematic diagram of a second embodiment of an ion beam deposition apparatus according to the invention; FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Metal evaporator, 5... Ionization electrode, 11.
...Ionized metal sorting device, 13...Substrate.
Claims (1)
維持する真空槽と、該真空槽中に配置された金属の蒸発
源と、該蒸発源の近傍に配置され、上記蒸発源が発生し
た金属蒸気を通して上記蒸発源またはこれに併設した熱
陰極との間で放電を行うようにこれら蒸発源または熱陰
極に対して正電圧に維持されたイオン化電極と、上記放
電によりイオン化された金属蒸気粒子の通路中に配設さ
れ、偏向作用によつて所望の質量のイオン化粒子のみを
選別するイオン化粒子選別装置と、該イオン化粒子選別
装置によつて選別されたイオン化金属蒸気粒子のみが被
着される基板とからなるイオン・ビーム堆積装置。1. A vacuum chamber that maintains a high vacuum that virtually does not cause discharge due to atmospheric gas, a metal evaporation source placed in the vacuum chamber, and a metal vapor generated by the evaporation source placed near the evaporation source. an ionization electrode maintained at a positive voltage with respect to the evaporation source or the hot cathode so as to cause a discharge between the evaporation source or the hot cathode attached thereto, and a path for metal vapor particles ionized by the discharge; an ionized particle sorting device disposed therein that sorts out only ionized particles of a desired mass by a deflection action; and a substrate to which only ionized metal vapor particles sorted by the ionized particle sorting device are deposited. An ion beam deposition device consisting of:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6110079A JPS5920748B2 (en) | 1979-05-17 | 1979-05-17 | Ion beam deposition device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6110079A JPS5920748B2 (en) | 1979-05-17 | 1979-05-17 | Ion beam deposition device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55152177A JPS55152177A (en) | 1980-11-27 |
| JPS5920748B2 true JPS5920748B2 (en) | 1984-05-15 |
Family
ID=13161320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6110079A Expired JPS5920748B2 (en) | 1979-05-17 | 1979-05-17 | Ion beam deposition device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5920748B2 (en) |
-
1979
- 1979-05-17 JP JP6110079A patent/JPS5920748B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55152177A (en) | 1980-11-27 |
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