JPS585260B2 - デンシホウシヤガタジヨウハツゲン - Google Patents

デンシホウシヤガタジヨウハツゲン

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Publication number
JPS585260B2
JPS585260B2 JP50086973A JP8697375A JPS585260B2 JP S585260 B2 JPS585260 B2 JP S585260B2 JP 50086973 A JP50086973 A JP 50086973A JP 8697375 A JP8697375 A JP 8697375A JP S585260 B2 JPS585260 B2 JP S585260B2
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JP
Japan
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crucible
vapor
substrate
electron
vapor deposition
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JP50086973A
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JPS5210868A (en
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高木俊宜
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KOON DENKI KK
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KOON DENKI KK
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Publication date
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Priority to GB4345975A priority patent/GB1483966A/en
Priority to DE2547552A priority patent/DE2547552B2/de
Priority to US05/625,041 priority patent/US4152478A/en
Publication of JPS5210868A publication Critical patent/JPS5210868A/ja
Priority to US06/011,917 priority patent/US4217855A/en
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221Ion beam deposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、各種の元素や化合物の薄膜を、金属、半導
体、絶縁物等の各種の基板上に形成することができるば
かりでなく、基板表面処理や溶接に適した基板を形成す
ることのできる電子放射形蒸発源に関する。
従来、真空蒸着のようなP・V・D・(Physica
l Vapour Deposition)では、一端
開放のるつぼを高真空領域または低ガス圧領域に設け、
蒸着しようとする物質をるつぼ内に押入して加熱し、蒸
発蒸気を対向基板に蒸着する方法がとられている。
この方法では、るつぼの加熱によって、その温度に相当
する蒸気圧の蒸気が、るつぼの開放端から−せいに拡散
し、基板の置かれている領域も、るつぼ内の蒸着物質蒸
気によって真空度が低下し、蒸着膜の黒化現象や蒸着膜
粒子の粗大化などの問題が生じるばかりでなく、るつぼ
内の蒸着物質の沸騰による突沸現象によって蒸着物質の
飛沫がるつぼ外に散乱し、蒸着膜面にも付着するなどの
不都合を生じやすい。
そのためるつぼの加熱温度は、るつぼ内に挿入する蒸着
物質の物理的特性に応じて加熱温度が制約される欠点が
ある。
−取、これらの欠点をある程度容認して高温に加熱した
としても、熱エネルギーを運動エネルギー的にみれば極
めて小さい値にしかならない。
すなわち、KT/e=T/1.16×104の式から、
T(°K)に相当する熱エネルギーを運動エネルギーに
換算すると、たとえるつぼを2300°Kに加熱しても
わずかに0.2eVにしかならず、運動エネルギー的な
効果を従来の真空蒸着法に期待することは困難である。
この発明は、以上のような点に留意し、るつぼを電子放
射能力を有する物質で構成し、るつぼの噴射ノズルから
蒸着物質蒸気を噴射するとともに、るつぼ自体から電子
を放出させ、蒸着物質の蒸気流と電子ビーノとの相乗作
用により、結晶性のよい薄膜を基板上に形成することの
できる蒸発源を提供するものであり、以下この発明を、
その実施例を示した図面とともに、詳細に説明する。
第1図は蒸発源を抵抗加熱法で加熱する場合を示し、1
は噴射ノズル2,2,2,2を有する密閉形るつぼで、
タンタルあるいはタングステンなどの高温ですぐれた電
子放出能力を有する物質で作られている。
3は前記るつぼ1内に入れられた蒸着物質、4は前記蒸
着物質3の蒸気、5は前記蒸気4が噴射ノズル2より噴
射された噴射蒸気流、6は前記るつぼ1表面から放出さ
れた電子、7は前記蒸気流5および電子6のビームによ
り薄膜を形成しようとする基板、8,8は両端からるつ
ぼ1を支持するるつぼ支持棒、9は前記るつぼ支持棒8
,8間に接続されたるつぼ加熱用電源、10゜10はる
つぼ1の両側に接近して配置されたウェネルト電極、1
1は前記ウェネルト電極10゜10に0〜30V程度の
負電圧を供給する電源、12.12はウェネルト電極1
0.10の外側に配置され、るつぼ1から放出される電
子を誘引する陽極、13は前記陽極12.12に正電圧
を供給する電源、14は前記電源13とともに基板ホル
ダー15に正電圧を供給する電源である。
第2図は電子衝撃法により蒸発源を加熱する場合を示し
、第1図で用いた記号は8,8.9を除き第1図の場合
と同じものを示し、さらに16はるつば1の外周に巻回
されたるつぼ加熱用フィラメント、17は前記フィラメ
ント16の両端間に接続された電源、18は前記フィラ
メント16の一端とるつぼ1間に接続され、るつぼ1に
正電位を与える電源、19はるつぼ加熱用フィラメント
16から放出された電子である。
つぎに前記実施例の作動につき説明する。
まず、第1図の場合、1個あるいは複数個の噴射ノズル
2を有する密閉形るつぼ1に、蒸着しようとする物質3
を入れ、るつぼ1を抵抗加熱法により加熱し、るつぼ1
内に入れた物質3を10−1〜数Torr、場合によっ
ては数10Torr程度の蒸気圧を有する蒸気4とし、
るつぼ1の噴射ノズル2を通して10−6〜1O−4T
orrの高空真領域中に噴射させる。
このとき噴射蒸気流5は断熱膨張による過冷起現象によ
って原子状の粒子が集まり、お互いに引き合うファンデ
ルワールスの力によって一塊のクラスタと呼ばれる原子
集団を形成する。
この原子集団は強固に結合した塊状の巨大粒子ではなく
、極めてこわれやすいが一団となって運動する塊状原子
集団であり、基板に射突すると、直ちに分解して原子と
なり、蒸着層表面を移動するいわゆるマイグレーション
により蒸着膜を形成する。
ところで、るつぼ1は密閉形であるため、るつぽ1の加
熱温度を高くしてもるつぼ1内の蒸着物質3の沸騰によ
る突沸現象が起こらず、しかも蒸気4は噴射ノズル2を
通ってるつぽ1外部に噴射されるため、噴射ノズル2の
抵抗が大きく、るつぽ1内を数Torrの蒸気圧にして
も、るつぼ1外の基板6の置かれている真空領域は、1
0−6〜1O−4Torrのような高真空に保つことが
できる。
そのうえ、るつぼ1内外の圧力差が大きくなるほど噴射
速度が大きくなる。
るつぼ1内の高い蒸気圧を持った蒸着物質蒸気4は熱平
衡状態にあり、蒸着物質蒸気=4を構成する原子は、あ
らゆる方向に運動しているが、これが噴射ノズル2から
噴射されると、噴射方向にほぼ運動方向が揃い、基板7
に向かって飛翔中にクラスタを形成し、基板17に射突
する。
1個のクラスタを構成する原子の数は、実験結果より約
1000個が一番安定である。
噴射速度を持ち、クラスタとなった噴射蒸気法5の持つ
運動エネルギーが、基板7に噴突時に、結晶膜微細構造
に与える影響は極めて大きく、しかも、るつぼ2の温度
を制御することによって噴射時に得られる運動エネルギ
ーは相当広範囲に調整できる。
るつぼ1の加熱はるつぼ支持棒8,8の両端に接続した
、たとえば10VDC,最大100A等のるつぼ加熱用
電源9からの電力によって行なわれる。
この加熱により、るつぼ1の温度は2000〜2500
°に以上になり、るつぼ1を構成するタンタルまたはタ
ングステンが電子放出するのに適した温度となる。
したがって、るつぼ1の両側に配置されたウェネルト電
極10.10に、電源11より0〜−30V程度の負電
圧を供給し、その外側の陽極12.12に、電源13に
より数V〜数10V、場合によっては数KVの正電位を
供給すると、陰極であるるつぼ1、ウェネルト電極10
.10、陽極12.12とで構成される電子レンズ系に
よってるつぼ1から放出される電子6は、図示の如く集
束加速され、クラスタとなった噴射蒸気流5と重畳され
、基板7に向かって飛翔し射突する。
ファンデルワールスの力によって塊状原子集団、すなわ
ちクラスタとなった噴射蒸気流5は、前記のように基板
7に射突せると同時に分解し、蒸着層表面を移動するい
わゆるマイグレーションによって蒸着膜形成にあずかる
が、同時に高速の電子ビームも射突して蒸着層表面を加
熱するため、結晶性のよい膜が形成される。
この加熱効果をさらに有効にするために、基板7のホル
ダー15にも電源14により正電位を与えると、電子6
のビームガ噴射蒸気流5とともに同一方向に飛翔する間
に、電子6が噴射蒸気流5の各粒子と結合して負のイオ
ンとなり、この負イオンも正の加速電圧で加速されて基
板7に射突し、結晶膜の微細構造や付着力に影響を与え
ることができる。
つぎに、第2図の電子衝撃法による場合、るつぼ1の外
周に巻回された加熱用フィラメント16を電源17によ
り加熱し、さらに電源18によりるつぼ1にフィラメン
ト16に対し正電位を与え、フィラメント16から放出
された電子19によりるつぼ1を加熱しようとするもの
である。
ウエルネルト電極10,10、陽極12,12は第1図
の場合と同様の働きをする。
なお、第1図、第2図において、ともに噴射蒸気流5を
流体力学的に集束させるため、るつぼ1の一部を凹レン
ズ形としたが、用途によっては任意の形状にすることが
できる。
また、電子放出面としては、噴射蒸気流5の噴射する面
のみ使用した場合を示したが、るつぼ1の全面から電子
を放出させ、磁界などで集束させて噴射蒸気流と重畳さ
せてもよい。
また、この蒸発源をソルダー自動供給形のウエルダーと
して使用する場合は、電子ビームも噴射蒸気流も一点に
集束するようにし、電子ビームで到来した噴射蒸気を溶
解して溶接を行なう。
さらに、この蒸発源を負イオン源として使用する場合は
、放出された電子によってクラスタとなった噴射物質蒸
気をイオン化し、電子のみ磁界によって除去すればクラ
スタ負イオン源となる。
また、るつぼの加熱方法としては、高周波加熱法を適用
し得ることは勿論である。
以上のように、この発明の電子放射形蒸発源によると、
るつぼ自体をいわゆる電子管の陰極として使用するため
に、るつぼをタンタルやタングステンなど高温において
電子放出源となりつる材料で構成し、高温に加熱された
るつぼ表面の一部または大部分より電子を放出させ、電
界または磁界によりこれを加速集束し、噴射ノズルより
噴射される蒸気流と重畳して同時に基板に射突させ、電
子ビームによって基板および蒸着面を加熱しながら、噴
射蒸気流による堆積または蒸着を行なうことにより、結
晶性のよい薄膜を形成することができ、また前記電子ビ
ームによって局所加熱を行ない、ソルダーとして噴射物
質蒸気を射突させることにより、異種基板間または基板
と他の物質との溶接を容易に行なうことができ、さらに
噴射蒸気流と同一方向に高密度の電子流を走行させるこ
とにより、噴射した蒸着物質の負イオンを多数生成し、
前記負イオンを、電子をるつぼ表面から誘引した電界に
より加速して基板に射突させる。
すなわち、この発明の蒸発源を一種の負イオン源として
使用することにより、蒸着被膜の付着力を向上させると
ともに、結晶構造の制御を行なうこともでき、この発明
は、きわめて顕著な効果および広範囲の用途を有するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図a図はこの発明の電子放射形蒸発源の1実施例の
一部切断正面図、同す図は同a図の一部切断側面図、第
2図はこの発明の電子放射形蒸発源の他の実施例の一部
切断正面図である。 1・・・・・・るつぼ、2・・・噴射ノズル、3・・・
蒸着物質、4・・・蒸着物質蒸気、5・・・噴射蒸気流
、6・・・電子、7・・・基板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電子放射能力を有する物質で構成され、かつ噴射ノ
    ズルを有し内部に蒸着物質の納入されたるつぼと、前記
    るつぼを加熱して前記蒸着物質を蒸気化し、前記蒸気を
    前記噴射ノズルより噴射させて蒸気流を形成する加熱手
    段と、該加熱手段により前記るつぼ外周部より放出させ
    た電子を磁界または電界により加速集束し、前記蒸気流
    と同方向に重畳して放射し、基板表面に前記蒸気流と同
    時に射突させる手段とを備えたことを特徴とする電子放
    射形蒸発源。
JP50086973A 1974-10-23 1975-07-15 デンシホウシヤガタジヨウハツゲン Expired JPS585260B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP50086973A JPS585260B2 (ja) 1975-07-15 1975-07-15 デンシホウシヤガタジヨウハツゲン
GB4345975A GB1483966A (en) 1974-10-23 1975-10-22 Vapourized-metal cluster ion source and ionized-cluster beam deposition
DE2547552A DE2547552B2 (de) 1974-10-23 1975-10-23 Schichtaufdampfverfahren und -einrichtung
US05/625,041 US4152478A (en) 1974-10-23 1975-10-23 Ionized-cluster deposited on a substrate and method of depositing ionized cluster on a substrate
US06/011,917 US4217855A (en) 1974-10-23 1979-02-13 Vaporized-metal cluster ion source and ionized-cluster beam deposition device

Applications Claiming Priority (1)

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JP50086973A JPS585260B2 (ja) 1975-07-15 1975-07-15 デンシホウシヤガタジヨウハツゲン

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JPS5210868A JPS5210868A (en) 1977-01-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5643595B2 (ja) * 1972-07-29 1981-10-13

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JPS5210868A (en) 1977-01-27

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