JPH0816265B2 - Cluster detector - Google Patents
Cluster detectorInfo
- Publication number
- JPH0816265B2 JPH0816265B2 JP62075732A JP7573287A JPH0816265B2 JP H0816265 B2 JPH0816265 B2 JP H0816265B2 JP 62075732 A JP62075732 A JP 62075732A JP 7573287 A JP7573287 A JP 7573287A JP H0816265 B2 JPH0816265 B2 JP H0816265B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cluster
- crucible
- clusters
- fluorescence
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 8
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007737 ion beam deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/221—Ion beam deposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/52—Means for observation of the coating process
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クラスタイオンビーム蒸着法(以下ICB法
という)におけるクラスタの生成を容易に検出できるク
ラスタ検出装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cluster detection apparatus capable of easily detecting cluster formation in a cluster ion beam deposition method (hereinafter referred to as ICB method).
各種基体上に、金属薄膜や半導体薄膜、あるいは磁性
体薄膜や誘電体薄膜を形成する手段として、各種の方法
が開発され、そして実用化されている。Various methods have been developed and put into practical use as means for forming metal thin films, semiconductor thin films, magnetic thin films, and dielectric thin films on various substrates.
そのなかで、イオンのもつ運動エネルギーや電界の効
果を利用して、密着性がよく、かつ粒界等の少ない緻密
な良質の薄膜形成手段として、特公昭54−9592号公報に
開示されているICB法がある。このICB法は、真空槽内に
おいて、蒸着しようとする物質を密閉形るつぼに入れて
加熱し、その物質のるつぼ内蒸気圧を10-2〜数Torrとし
てるつぼのノズルから10-7〜10-4Torr程度の真空領域に
噴出させる。この際、断熱膨張による過冷却現象によっ
て、100〜200個の原子が緩く結合したクラスタが形成さ
れる。そしてこのクラスタに電子シャワーを浴せてクラ
スタを構成する原子群のうちの一個の原子をイオン化し
てクラスタイオンとし適当な運動エネルギーを与えて、
中性のクラスタ、あるいはクラスタを形成しない原子と
ともに基体上に蒸着するものである。Among them, Japanese Patent Publication No. 54-9592 discloses a dense and high-quality thin film forming means having good adhesion and few grain boundaries by utilizing the effects of kinetic energy and electric field of ions. There is ICB method. The ICB method, the vacuum chamber was heated putting material to be deposited in the sealed crucible, the crucible vapor pressure of the substance 10 -2 to several Torr crucible 10 -7 from the nozzle 10 as a - Eject into a vacuum region of about 4 Torr. At this time, due to the supercooling phenomenon due to adiabatic expansion, a cluster in which 100 to 200 atoms are loosely bonded is formed. Then, an electron shower is bathed in this cluster to ionize one atom of the atomic group forming the cluster to form a cluster ion, and to give an appropriate kinetic energy,
It is vapor-deposited on a substrate together with neutral clusters or atoms that do not form clusters.
第4図は、ICB法を行なうための装置の概要を示す図
である。ベースプレート1上には、真空容器2が載置さ
れ、排気孔3を介して内部が10-7〜10-4Torr程度の真空
度に排気される。蒸着材料4は、るつぼ5に装填され、
るつぼ5は、ベースプレート1上の支持棒6によって坦
持される。FIG. 4 is a diagram showing an outline of an apparatus for performing the ICB method. A vacuum container 2 is placed on the base plate 1, and the inside is evacuated to a vacuum degree of about 10 −7 to 10 −4 Torr through an exhaust hole 3. The vapor deposition material 4 is loaded into the crucible 5,
The crucible 5 is carried by a support rod 6 on the base plate 1.
るつぼ5の加熱手段としては種々考えられるが、図の
実施例では、るつぼ5を包囲するフィラメントからなる
加熱手段7を用いている。そして、加熱されたるつぼ5
内の材料4が蒸発し、るつぼ5の上部に設けられたノズ
ル8を通して高真空雰囲気中に噴出されるとき、るつぼ
5内外の圧力差のため、材料原子が塊状原子集団、すな
わちクラスタを形成する。Although various heating means for the crucible 5 are conceivable, the heating means 7 composed of filaments surrounding the crucible 5 is used in the illustrated embodiment. And heated crucible 5
When the material 4 inside evaporates and is jetted into the high vacuum atmosphere through the nozzle 8 provided on the upper part of the crucible 5, the material atoms form a cluster of atomic atoms, that is, clusters due to the pressure difference inside and outside the crucible 5. .
形成されたクラスタ、あるいはクラスタを形成しない
原子は、るつぼ5からの噴出時の運動エネルギーにより
クラスタビーム12となって飛翔し、その一部は、フィラ
メント9とフィラメント9に隣接して配置されたグリッ
ド10とで構成されるイオン化部を通過する際にイオン化
される。そしてグリッド10の上部に設置された加速電極
11により、イオン化されたクラスタが加速され、加速さ
れたクラスタイオンは、中性のクラスタ、クラスタを形
成しない原子とともに、るつぼ5に対峙して設置された
基板13に被着する。The formed clusters or atoms that do not form clusters fly as a cluster beam 12 due to the kinetic energy at the time of ejection from the crucible 5, and a part of them fly to the filament 9 and the grid arranged adjacent to the filament 9. It is ionized when it passes through the ionization section consisting of 10. And an accelerating electrode installed on top of the grid 10.
The ionized clusters are accelerated by 11 and the accelerated cluster ions are deposited on the substrate 13 facing the crucible 5 together with the neutral clusters and the atoms that do not form the clusters.
このICB法は、前述したように100〜2000個の原子から
なるクラスタ中の一個の原子しかイオン化されないの
で、比電荷(e/m)が極めて小さく、空間電荷による障
害なしに等価的に数ev〜数+evの低速大容量のビームの
輸送ができ、工業的にもすぐれた蒸着法といえる。ま
た、基板射突時にクラスタが壊されて個々の原子粒子と
なり、横方向に転がる効果、すなわちマイグレーション
効果が大きいために、基板上での蒸着粒子の表面拡散エ
ネルギーが大きい。さらに、加速電圧を自由に変えるこ
とによって、運動エネルギーを自由に制御できる特長を
もち、付着力が強く、表面平坦性の高い膜が形成でき
る。Since this ICB method can ionize only one atom in the cluster of 100 to 2000 atoms as described above, the specific charge (e / m) is extremely small, and it is equivalent to several ev It can be said to be an industrially excellent vapor deposition method because it can transport a large-volume beam at a low speed of up to several + ev. In addition, the cluster is destroyed at the time of the collision with the substrate to become individual atomic particles, and the effect of rolling in the lateral direction, that is, the migration effect is large, so that the surface diffusion energy of the vapor deposition particles on the substrate is large. Further, by freely changing the accelerating voltage, it is possible to form a film having a feature that the kinetic energy can be freely controlled, a strong adhesive force and a high surface flatness.
ところで、第4図に示した実施例は、一個のるつぼ5
により材料4の蒸着を行っているが、例えば特公昭56−
41165号公報に開示されているように、複数個のるつぼ
内に各別に材料を装填して化合物薄膜を形成する。ある
いは、特公昭56−6333号公報に記載されているように、
真空槽内に反応性ガスを導入し、酸化物や窒化物薄膜の
形成にも、このICB法は利用されている。By the way, the embodiment shown in FIG. 4 has one crucible 5
Material 4 is vapor-deposited according to Japanese Patent Publication No. Sho 56-
As disclosed in Japanese Patent No. 41165, a plurality of crucibles are individually loaded with materials to form a compound thin film. Alternatively, as described in Japanese Patent Publication No. 56-6333,
This ICB method is also used for forming oxide and nitride thin films by introducing a reactive gas into a vacuum chamber.
ICB法は、前述したようにるつぼ5内外の圧力差を利
用して、材料4のクラスタビームを形成させているもの
である。そしてこの場合、クラスタを形成させるには、
るつぼ内蒸気圧をPo、るつぼ周囲の真空領域の圧力をP
とした場合、Po/P≧102以上であること、噴出粒子がノ
ズル領域を通過するとき、お互いに衝突を繰返してエネ
ルギーのやりとりを行い、十分な断熱現象を起して過冷
却状態になることなどの多くの条件がある。The ICB method uses the pressure difference between the inside and outside of the crucible 5 to form the cluster beam of the material 4 as described above. And in this case, to form clusters,
The vapor pressure in the crucible is Po and the pressure in the vacuum area around the crucible is P
If, then Po / P ≧ 10 2 or more, when the ejected particles pass through the nozzle area, they repeatedly collide with each other to exchange energy and cause a sufficient adiabatic phenomenon to become a supercooled state. There are many conditions such as that.
したがって、第4図に示す装置でICB法を実施するに
は、加熱装置7により加熱されるるつぼ5の温度を制御
し、るつぼ5内の材料4の蒸気圧やノズルの形状その他
が、前述した条件を満足するように設定している。Therefore, in order to carry out the ICB method with the device shown in FIG. 4, the temperature of the crucible 5 heated by the heating device 7 is controlled, and the vapor pressure of the material 4 in the crucible 5, the shape of the nozzle, and the like are as described above. It is set to satisfy the conditions.
この場合、ICB法においては、るつぼ5のノズル8か
ら噴出した材料4の原子がすべてクラスタを形成するの
が理想であるが、動作条件、構造によっては、必ずしも
完全にクラスタ化されているとは限らない。In this case, in the ICB method, it is ideal that all the atoms of the material 4 ejected from the nozzle 8 of the crucible 5 form clusters, but it is not always completely clustered depending on the operating conditions and structure. Not exclusively.
一方、クラスタの形成は、基板13上に被着される薄膜
の膜質に大きく影響し、クラスタが形成されているかど
うかをチェックすることは、ICB法を実施する上で重要
である。On the other hand, the formation of clusters has a great influence on the film quality of the thin film deposited on the substrate 13, and it is important to carry out the ICB method to check whether or not the clusters are formed.
しかしながら従来は、るつぼ内外の圧力差を十分とる
ことによってのみ、これを制御しているにすぎなかっ
た。However, heretofore, this was controlled only by ensuring a sufficient pressure difference between the inside and outside of the crucible.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであ
り、クラスタの生成を定性的に捉えることにより、確実
にICB法を実施できるクラスタ検出装置を得ることを目
的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to obtain a cluster detection apparatus that can reliably carry out the ICB method by qualitatively capturing the generation of clusters.
上述した目的を達成するため、本発明によるクラスタ
検出装置は、以下の構成を備えている。In order to achieve the above-mentioned object, the cluster detection device according to the present invention has the following configuration.
すなわち、真空槽内で加熱される密閉形るつぼのノズ
ルから噴出されるクラスタ流に、励起光を照射する光源
と、この光源の照射方向と直交する方向に配設され前記
光源によって励起されたクラスタ流中からの蛍光発光な
いしは励起発光の分光強度を検出する検出器とを備えた
構成になるものである。That is, a cluster flow ejected from a nozzle of a closed crucible heated in a vacuum chamber, a light source for irradiating excitation light, and a cluster excited by the light source arranged in a direction orthogonal to the irradiation direction of the light source. The detector is configured to detect the spectral intensity of fluorescence emission or excitation emission from the flow.
原子、あるいは分子等に光を照射すると、特定の波長
の光を吸収して励起される。この励起された原子は、放
射又は無放射の過程を通じてエネルギーを失うが、放射
過程によって放出される光は蛍光ないしは励起光とな
る。そしてこの蛍光の波長は元素に固有のものであり、
しかも元素が原子状であるか分子状であるかによっても
異なってくる。When light is applied to atoms or molecules, light of a specific wavelength is absorbed and excited. The excited atoms lose energy through the process of emission or non-emission, but the light emitted by the emission process becomes fluorescence or excitation light. And the wavelength of this fluorescence is unique to the element,
Moreover, it depends on whether the element is atomic or molecular.
したがって、クラスタビームを光照射し蛍光を分光分
析して、その元素の分子状態におけるスペクトル強度が
大きくなれば、クラスタが形成されていることが推定さ
れる。Therefore, if the cluster beam is irradiated with light and the fluorescence is spectrally analyzed and the spectral intensity in the molecular state of the element increases, it is estimated that clusters are formed.
本発明は、上述の動作原理に基づき、クラスタビーム
に光を照射してその蛍光分光分析を行い、クラスタの生
成を検出しようとするものである。The present invention is intended to detect the formation of clusters by irradiating the cluster beam with light and performing the fluorescence spectroscopic analysis based on the above-described operation principle.
第1図は、ICB装置に本発明によるクラスタ検出装置
を付設した原理構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a principle configuration in which a cluster detection device according to the present invention is attached to an ICB device.
ここで21は、ICB法を実施するための真空槽であり、
図示しない密閉形るつぼのノズルから噴出した材料の蒸
気流がクラスタビーム22を形成している。また、この真
空層21には、光源23からの励起光26が光学系24を介して
入射する窓部25と、クラスタビーム22からの蛍光27を検
出する窓部28を備えているものである。そして、励起光
26は、光学系24により、クラスタビーム22の中心に焦点
を結ぶよう調整される。Here, 21 is a vacuum chamber for carrying out the ICB method,
A vapor stream of material ejected from a nozzle of a closed crucible (not shown) forms a cluster beam 22. Further, the vacuum layer 21 is provided with a window portion 25 through which the excitation light 26 from the light source 23 enters through the optical system 24 and a window portion 28 for detecting the fluorescence 27 from the cluster beam 22. . And excitation light
26 is adjusted by the optical system 24 so as to focus on the center of the cluster beam 22.
窓部28を介して真空槽21外へ取出された蛍光27は、光
学系29を介して分光器30に入射され、スペクトル分析さ
れて記録計31に記録されるようになる。The fluorescence 27 taken out of the vacuum chamber 21 through the window 28 enters the spectroscope 30 through the optical system 29, is spectrally analyzed, and is recorded in the recorder 31.
励起光26と蛍光27の検出側とは、直角方向に配置され
ているが、これは励起光26と分光器30との干渉を最小に
するためである。また、実際には、分光器30の出力をフ
ォトマルで増幅し、光源23の前方に配置した光チョッパ
ーからの信号とともにロックインアップによって信号分
のみの増幅を行う等の手段も採用される。さらに、窓部
25、28にバッフルを配設し、るつぼからの迷光を防ぎ、
あるいは窓部の蒸発材料による汚れを防止するようにし
てもよい。光源23としては、高圧水銀灯を使用してい
る。その他、この光源としては、レーザ光を使用するこ
とも可能である。The excitation light 26 and the detection side of the fluorescence 27 are arranged at right angles, in order to minimize the interference between the excitation light 26 and the spectroscope 30. Further, in practice, means for amplifying the output of the spectroscope 30 with a photomultiplier and amplifying only the signal component by lock-in with the signal from the optical chopper arranged in front of the light source 23 is also adopted. Furthermore, the window
Baffles are placed on 25 and 28 to prevent stray light from the crucible,
Alternatively, the window portion may be prevented from being contaminated by the evaporation material. A high-pressure mercury lamp is used as the light source 23. In addition, it is also possible to use laser light as this light source.
次に、この第1図の原理構成に基づく本発明によるク
ラスタ検出装置による測定結果について述べる。Next, the measurement results by the cluster detecting apparatus according to the present invention based on the principle configuration of FIG. 1 will be described.
まず、蒸着材料として銀(Ag)を選定し、るつぼ内に
装填してICB法による蒸着を行った。このときのるつぼ
のノズル径は1mmφである。そしてるつぼの加熱温度、
したがってるつぼ内のAgの蒸気圧を変えていった場合の
各加熱温度におけるクラスタビームからの蛍光発光のス
ペクトル分布を第2図(a)〜(c)に示す。First, silver (Ag) was selected as a vapor deposition material, and it was loaded in a crucible and vapor deposition was performed by the ICB method. The nozzle diameter of the crucible at this time is 1 mmφ. And the heating temperature of the crucible,
Therefore, FIGS. 2A to 2C show spectral distributions of fluorescence emission from the cluster beam at various heating temperatures when the vapor pressure of Ag in the crucible was changed.
第2図(a)は、るつぼ温度が1305℃の場合であり、
この温度では328nm付近と338nm付近に鋭いスペクトラム
がみられる。この波長は、Ag単原子の蛍光スペクトルで
あることが知られており、ノズルから噴出したビームは
原子状態であることが判る。FIG. 2 (a) shows the case where the crucible temperature is 1305 ° C.,
At this temperature, a sharp spectrum is seen near 328 nm and 338 nm. It is known that this wavelength is the fluorescence spectrum of Ag single atom, and it can be seen that the beam ejected from the nozzle is in the atomic state.
るつぼ温度を上げて1510℃にした場合のスペクトル分
布が第2図(b)に示す結果である。この場合は、Ag単
原子からの蛍光(328nm付近及び338nm付近のスペクト
ル)が減じ、430〜450nmの間にスペクトル線をもつ蛍光
が生じている。Ag2の蛍光スペクトルは、447nm近辺をピ
ークとして、その前後の波長帯域に鋭いスペクトル分布
をもつことが知られており、この1510℃のるつぼ温度で
は、ビーム中に少なくとも分子状の粒子が多数生成され
ていることが判る。The spectrum distribution when the crucible temperature is raised to 1510 ° C. is the result shown in FIG. 2 (b). In this case, fluorescence from the Ag single atom (spectrum around 328 nm and around 338 nm) is reduced, and fluorescence having a spectral line between 430 and 450 nm is generated. It is known that the fluorescence spectrum of Ag 2 has a sharp spectral distribution in the wavelength band before and after the peak at around 447 nm, and at this crucible temperature of 1510 ° C, at least many molecular particles are generated in the beam. It is understood that it is done.
一方、形成されるクラスタは、お互いに緩く結合した
塊状原子集団であることは、例えば「I.Yamada et al
“The Formation and Kinetics of Ionized Cluster Be
ams"Z.Phys.D Atoms,Molecules and Clusters Vol.3−
2−3,134−142(1986)」等の論文に開示されているよ
うに、すでに解明されており、クラスタが、分子状態と
同様のスペクトルをもつことは、容易に理解できる。On the other hand, the fact that the clusters formed are clusters of massive atoms that are loosely bound to each other is described in, for example, “I. Yamada et al.
“The Formation and Kinetics of Ionized Cluster Be
ams "Z.Phys.D Atoms, Molecules and Clusters Vol.3−
It is already understood that the cluster has a spectrum similar to that of the molecular state, as disclosed in a paper such as “2-3, 134-142 (1986)”.
また、ノズルから噴出後、分子状に結合するだけでそ
れ以上の塊状集団に成長しないということは、理論解析
からみても不合理である(例えば「I.Yamada et al “S
tructure of Vapourized−Metal Clusters" Proceeding
s of the Sixth Symposium on Ion Sources and Ion As
sisted Technology,47−52(1982」参照)。In addition, it is unreasonable from a theoretical analysis that after the nozzle is ejected, it is only molecularly bonded and does not grow into a larger aggregate (eg, “I. Yamada et al“ S ”).
tructure of Vapourized-Metal Clusters "Proceeding
s of the Sixth Symposium on Ion Sources and Ion As
sisted Technology, 47-52 (1982).
さらに、クラスタの電子線回折像をみると、長距離秩
序をもたず短距離秩序しかみられない典型的なアモルフ
ァスの像が観察されることが確認され、これによっても
巨大クラスタは、分子状結合が支配的である、と考えら
れる。Furthermore, from the electron diffraction images of the clusters, it was confirmed that a typical amorphous image with no long-range order but only short-range order was observed. It is considered that binding is dominant.
すなわち、るつぼ温度を上げることによって、Agの分
子状態からの蛍光発光が観察され始めるということは、
クラスタが形成されている、と推定でき、これによりク
ラスタの生成が確認できる。That is, by increasing the crucible temperature, the fluorescence emission from the molecular state of Ag begins to be observed,
It can be estimated that clusters have been formed, which confirms the generation of clusters.
因に、この場合のるつぼ内外における圧力差Po/P≧10
4であり、クラスタが生成される条件としては十分であ
る。In this case, the pressure difference between the inside and outside of the crucible Po / P ≧ 10
4 , which is a sufficient condition for generating a cluster.
第2図(c)は、るつぼ温度をさらに上げて1770℃と
した場合のスペクトル分布である。この場合は、Ag単原
子からの蛍光発光に比し、分子状態からの蛍光発光が支
配的になっていることが判る。FIG. 2 (c) is a spectrum distribution when the crucible temperature is further raised to 1770 ° C. In this case, it can be seen that the fluorescence emission from the molecular state is dominant as compared with the fluorescence emission from the Ag single atom.
このように、クラスタビーム中に励起光を照射するこ
とによって生ずる蛍光発光を分光分析することにより、
分子状態からの発光を検出することによって、クラスタ
の生成を確認することが可能となるものである。Thus, by spectrally analyzing the fluorescence emission generated by irradiating the cluster beam with the excitation light,
The generation of clusters can be confirmed by detecting the light emission from the molecular state.
第2図に示す例は、蒸着材料としてAgを選定した場合
であるが、蒸着材料が金(Au)である場合の単原子から
の蛍光スペクトルと分子状態からの蛍光スペクトルを第
3図(a)に、またCuにおけるそれを第3図(b)に示
す。Auの場合は、単原子状態のスペクトルは242nm付近
及び267nm付近に生ずるのに対し、分子状態での発光
は、500nm〜535nm間にある。同様にCuでは、単原子状態
からの発光が325nm付近及び327nm付近であるのに対し、
これが分子状態となると485nm付近〜522nm付近にシフト
する。The example shown in FIG. 2 is a case where Ag is selected as the vapor deposition material, and the fluorescence spectrum from a single atom and the fluorescence spectrum from the molecular state when the vapor deposition material is gold (Au) are shown in FIG. ), And that for Cu is shown in Fig. 3 (b). In the case of Au, the spectra in the single atom state occur around 242 nm and 267 nm, while the emission in the molecular state is between 500 nm and 535 nm. Similarly, in Cu, while the emission from the single atom state is around 325 nm and 327 nm,
When this becomes a molecular state, it shifts to around 485 nm to around 522 nm.
このように各元素毎に、原子状態と分子状態とでは、
その蛍光発光スペクトルが異なることから、分子状態で
の蛍光スペクトルを検出し、これによりクラスタの生成
を確認することが可能となるものである。Thus, for each element, in the atomic state and the molecular state,
Since the fluorescence emission spectra are different, it is possible to detect the fluorescence spectrum in the molecular state and confirm the generation of clusters.
ところで、上述した第1図に示す実施例では、分光器
を用いてクラスタビーム中からの蛍光発光を分析してい
るが、この分光器に変え、蒸着材料の元素に応じてそれ
ぞれ原子状態及び分子状態からの蛍光発光に感応するセ
ンサ、例えば特性波長域の光を透過させるフイルタと光
電変換素子との組合せとからなるセンサを用いるように
してもよい。By the way, in the embodiment shown in FIG. 1 described above, the fluorescence emission from the cluster beam is analyzed by using the spectroscope. However, the spectroscope is changed to the atomic state and the molecule depending on the element of the vapor deposition material. A sensor sensitive to the fluorescence emission from the state, for example, a sensor including a combination of a filter that transmits light in a characteristic wavelength range and a photoelectric conversion element may be used.
そのほか本発明は、上述した実施例に限定されること
なく、例えば、波長の異なる複数の励起光を照射して、
検出する蛍光ないしは励起発光の波長を時間的に変化さ
せ、d/dt信号から識別するなど、種々変形して実施でき
ることは、もちろんである。Other than that, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, for example, by irradiating a plurality of excitation light having different wavelengths,
Needless to say, various modifications such as changing the wavelength of fluorescence or excitation light to be detected with time and distinguishing from the d / dt signal can be performed.
以上述べたように、本発明によるクラスタ検出装置
は、各元素を光励起した場合における原子状態からの蛍
光と分子状態からの蛍光のスペクトルが異なる点に着目
し、クラスタの生成を検出しているものである。As described above, the cluster detection device according to the present invention detects the generation of clusters, focusing on the difference in the spectra of the fluorescence from the atomic state and the fluorescence from the molecular state when each element is optically excited. Is.
したがって、単にるつぼ温度を調整してるつぼ内外の
圧力差を高めてICB法を行う従来方法に比し、クラスタ
の生成を確認することが可能となり、良質の薄膜形成を
行うことができる効果を有する。Therefore, as compared with the conventional method in which the ICB method is performed by simply adjusting the crucible temperature to increase the pressure difference between the inside and outside of the crucible, it becomes possible to confirm the formation of clusters, and it is possible to form a thin film of good quality. .
また、クラスタ流中からの蛍光発光ないしは励起発光
の分光強度を検出する検出器を、光源の照射方向と直交
する方向に配設した構成である。Further, a detector for detecting the spectral intensity of fluorescence emission or excitation emission from the cluster flow is arranged in a direction orthogonal to the irradiation direction of the light source.
そのため、光源から照射された励起光と、前記検出器
の干渉が最少に抑えられ、検出精度を高めることができ
る。Therefore, the interference between the excitation light emitted from the light source and the detector can be minimized, and the detection accuracy can be improved.
第1図は、本発明によるクラスタ検出装置の一実施例を
示す原理構成図、第2図は、同実施例における蛍光スペ
クトル分布を示す図、第3図は、各元素の蛍光スペクト
ル分布の一例を示す図、第4図は、ICB法を実施するた
めの装置を示す概略構成図である。 21……真空槽、22……クラスタビーム 23……光源、30……分光器FIG. 1 is a principle configuration diagram showing an embodiment of a cluster detection apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a fluorescence spectrum distribution in the embodiment, and FIG. 3 is an example of a fluorescence spectrum distribution of each element. And FIG. 4 are schematic configuration diagrams showing an apparatus for carrying out the ICB method. 21 ... vacuum chamber, 22 ... cluster beam 23 ... light source, 30 ... spectrometer
Claims (1)
つぼのノズルから噴出されるクラスタ流に、励起光を照
射する光源と、前記光源の照射方向と直交する方向に配
設され前記光源によって励起されたクラスタ流中からの
蛍光発光ないしは励起発光の分光強度を検出する検出器
とを備えた構成になるクラスタ検出装置。1. A light source for irradiating excitation light to a cluster flow ejected from a nozzle of a heated closed crucible disposed in a vacuum chamber and disposed in a direction orthogonal to the irradiation direction of the light source. A cluster detecting device having a detector for detecting the spectral intensity of fluorescence emission or excitation emission from a cluster flow excited by the light source.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075732A JPH0816265B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Cluster detector |
| DE3810312A DE3810312A1 (en) | 1987-03-27 | 1988-03-26 | Ionised cluster beam deposition monitoring - by scanning the beam with luminescence exciting light for intensity measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075732A JPH0816265B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Cluster detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241163A JPS63241163A (en) | 1988-10-06 |
| JPH0816265B2 true JPH0816265B2 (en) | 1996-02-21 |
Family
ID=13584736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62075732A Expired - Fee Related JPH0816265B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Cluster detector |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816265B2 (en) |
| DE (1) | DE3810312A1 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU473524B2 (en) * | 1972-08-04 | 1976-06-24 | Unisearch Limited | Improvements in or relating to atomic fluorescence spectrometers |
| CH584886A5 (en) * | 1974-10-09 | 1977-02-15 | Balzers Patent Beteilig Ag | |
| JPS5399762A (en) * | 1977-02-12 | 1978-08-31 | Futaba Denshi Kogyo Kk | Device for producing compound semiconductor film |
| JPS5413472A (en) * | 1977-07-04 | 1979-01-31 | Futaba Denshi Kogyo Kk | Crucible apparatus |
| JPS62230974A (en) * | 1986-04-01 | 1987-10-09 | Canon Inc | Crystal growing device |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62075732A patent/JPH0816265B2/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-03-26 DE DE3810312A patent/DE3810312A1/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3810312A1 (en) | 1988-10-06 |
| DE3810312C2 (en) | 1993-07-01 |
| JPS63241163A (en) | 1988-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Campbell et al. | Production and LDMS characterisation of endohedral alkalifullerene films | |
| Harilal et al. | Plume splitting and sharpening in laser-produced aluminium plasma | |
| Voevodin et al. | Plasma characterization during laser ablation of graphite in nitrogen for the growth of fullerene-like CNx films | |
| Chen et al. | Optical emission diagnostics of laser-induced plasma for diamond-like film deposition | |
| LeClair et al. | Selective detection of O (1 S) following electron impact dissociation of O2 and N2O using a XeO* conversion technique | |
| Hanabusa et al. | Dynamics of laser‐induced vaporization for ultrafast deposition of amorphous silicon films | |
| Wurz et al. | Surface enrichment of Li on LiF single crystal after cleaving or under electron bombardment | |
| Okada et al. | Investigations of behavior of particles generated from laser‐ablated YBa2Cu3O7− x target using laser‐induced fluorescence | |
| JPH0816265B2 (en) | Cluster detector | |
| Geohegan et al. | Species-resolved imaging and gated photon counting spectroscopy of laser ablation plume dynamics during KrF-and ArF-laser PLD of amorphous diamond films | |
| Martin et al. | The influence of single crystal structure on photon and secondary ion emission from Ar+ ion bombarded aluminium | |
| Joseph et al. | Boron isotope enrichment in nanosecond pulsed laser-ablation plume | |
| Sakurai et al. | Time-of-flight measurement of desorbed particles from solid rare gases using synchrotron radiation | |
| Pruett et al. | Cluster size and temperature measurement in a pure vapor source expansion | |
| Park et al. | Angular distributions of C2 and CN formed by laser ablation of graphite in a nitrogen atmosphere | |
| Van der Weg et al. | Optical excitation during ion bombardment of copper under channeling conditions | |
| Moore et al. | The reflection and thermal accommodation of helium beams on platinum | |
| Kowalski et al. | Towards monodisperse neutral clusters—concepts and recent developments | |
| Kanasaki et al. | Laser-induced electronic desorption from InP surfaces studied by femtosecond nonresonant ionization spectroscopy | |
| Voss et al. | Time-resolved diagnosis of processes in PLD of ceramics | |
| Diamant et al. | Plasma dynamics and its relationship with thin film properties of CdTe via pulsed laser deposition (PLD) | |
| Becker et al. | Investigation of laser-induced plasma deposition of boron nitride | |
| Auciello | A critical review of laser ablation-synthesis of high temperature superconducting films | |
| Mori | Laser purification of Ag using a time-division collection method | |
| Marine et al. | Pulsed Laser Deposition of Si Nanocluster Films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |