(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源より引き出されたイオンビームを質量分離器で選択してから質量分離スリットを通過させ、この通過したイオンビームを偏向器で偏向させてから減速系で減速し、この滅遠したイオンビームを成長室内の試料の表面に入射して、試料の表面上に薄膜を形成するイオンビーム蒸着装置において、
質量分離スリットが、それぞれ質量分離器の偏向面に対して垂直に配置され、上端を真空回転導入端子又は直線導入端子に取り付け、下端をガイドレール上に自由にスライドできるように装着した２つのスリット板から成り、これら２つのスリット板のイオンビーム流の下流側にこれらスリット板の隙間から不必要なイオンビームが通過するのを防止するディファイニングアパーチャを設け、上記質量分離スリットの幅を真空を保持した状態で制御できるように構成したことを特徴とするイオンビーム蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は薄膜形成に用いるイオン種および作成する薄膜の種類、構造に適したイオンビームを供給することのできるイオンビーム蒸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のイオンビーム蒸着装置は図４に示されている。同図において、イオン源２１から引き出されたイオンビームは質量分離器２２で選択され、収束点付近に設置された質量分離スリット２３を通過して、ビーム搬送系２４に導入される。ビーム搬送系２４に導入されたイオンビームは偏向器２５で偏向され、イオンビームの中に含まれている高速中性粒子が除去される。偏向器２５で偏向されたイオンビームは減速系２６で例えば１００ｅＶ以下に減速されてから、成長室２７内に配置された試料２８の表面に入射され、試料２８の表面上に薄膜を形成するようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のイオンビーム蒸着装置は、上記のような構成をしているが、予め質量分解能を決定してから、設計および製作されていた。したがって、質量分解能が一定であるため、イオン種によっては質量分解能が不足したり、あるいは必要以上に大きくなったりする場合が生じた。そのため、質量分解能が不足した場合には、目的とするイオンの質量分離が困難になり、反対に、質量分解能が必要以上に大きくなった場合には、得られるイオン電流値が低下し、薄膜の成長効率が低下する問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、従来の問題を解決して、質量分解能の調整を可能にすることによって、薄膜形成に用いるイオン種および作成する薄膜の種類、構造に適したイオンビームを供給することのできるイオンビーム蒸着装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、イオン源より引き出されたイオンビームを質量分離器で選択してから質量分離スリットを通過させ、この通過したイオンビームを偏向器で偏向させてから減速系で減速し、この滅遠したイオンビームを成長室内の試料の表面に入射して、試料の表面上に薄膜を形成するイオンビーム蒸着装置において、
質量分離スリットが、それぞれ質量分離器の偏向面に対して垂直に配置され、上端を真空回転導入端子又は直線導入端子に取り付け、下端をガイドレール上に自由にスライドできるように装着した２つのスリット板から成り、これら２つのスリット板のイオンビーム流の下流側にこれらスリット板の隙間から不必要なイオンビームが通過するのを防止するディファイニングアパーチャを設け、上記質量分離スリットの幅を真空を保持した状態で制御できるように構成したことを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
この発明においては、真空回転導入端子あるいは直線導入端子を介して分割したスリット板を駆動させることによってスリット板の間隔が広くなったり、狭くなったりするようになる。このようにスリット板の間隔が広くなったり、狭くなったりすることを特徴とするものである。
【０００７】
このようにスリット板の間隔を広くしたり、狭くしたりすることによって、質量分解能を変化させることが可能になると共に、質量分離スリットを通過するビーム電流を変化させることが可能になる。
【０００８】
【実施例】
以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
この発明の実施例のイオンビーム蒸着装置を構成するイオン源、質量分離器、質量分離スリット、偏向器、減速系、成長室、試料等の配置は、第４図に示される従来のイオンビーム蒸着装置と同様につき、その説明を省略する。
【０００９】
しかしながら、この発明の実施例は質量分離スリットの構成が従来のものと異なっている。この発明の実施例に用いられる質量分離スリット２３は図１および図２に示されている。これらの図において、真空と大気とを隔てるビーム管１の大気側には回転導入端子２が取り付けられている。回転導入端子２の一端にはカップリング３を介して棒ネジ４が連結され、この棒ネジ４はビーム管１内の真空中に存在するようになっている。棒ネジ４はそのほぼ半分が右ネジに加工され、また、残りのほぼ半分が左ネジに加工されている。棒ネジ４の右ネジにはネジ孔付金具５が螺合し、そのネジ孔付金具５には一つのスリット板６の一端が取り付けられている。また、右ネジの場合と同様に、棒ネジ４の左ネジにもネジ孔付金具５が螺合し、そのネジ孔付金具５には他のスリット板６の一端が取り付けられている。２つのスリット板６は質量分離器の偏向面に対して垂直になっているとともに、２つのスリット板６間の中心はイオンビームの中心軸と一致するように位置決められている。２つのスリット板６はガイドレール７上を自由にスライドでききるようになっており、２つのスリット板６とガイドレール７との接触部分には転がり軸受等が配設され、摩擦が低減されるようになっている。なお、図中、８は質量分離スリット２３の隙間から不必要なイオンビームが通過するのを防止するディファイニングアパーチャである。
【００１０】
上記実施例に用いられる質量分離スリット２３においては、回転導入端子２を右に回転すると、棒ネジ４も右に回転し、２つのスリット板６が移動して、これらスリット板６間の間隔が狭くなる。反対に、回転導入端子２を左に回転すると、棒ネジ４も左に回転し、２つのスリット板６が移動して、これらスリット板６間の間隔が広くなる。
【００１１】
このように２つのスリット板６の間隔を広くしたり、狭くしたりすることによって、質量分解能を変化させることが可能になると共に、質量分離スリット２３を通過するビーム電流を変化させることが可能になる。
【００１２】
ところで、イオンビーム蒸着装置における質量分解能（ｍ／Δｍ）は次式で示される。
ｍ／Δｍ＝ｒ0 ／｛Ｓ1 ＋Ｓ2 ＋ｒ0 ・α2 ＋ｒ0 ・（ΔＶ／ＶA ）｝
ただし、
ｍ：イオンの質量
Δｍ：質量スペクトルのピークからピークの質量差
ｒ0 ：質量分離器の軌道曲率半径
Ｓ1 ：イオン源のスリット幅
Ｓ2 ：質量分離スリットの幅
α：引き出し後のイオンビーム発散半角（ｒａｄ．）
ΔＶ：ビームエネルギーの拡がり
ＶA ：ビームエネルギー
【００１３】
上式より、質量分離スリットの幅Ｓ2 を狭めると、質量分解能が大きくなり、反対に、質量分離スリットの幅Ｓ2 を広くすると、質量分解能が小さくなることがわかる。図３は横軸に質量分離スリットの幅Ｓ2 、左側の縦軸に質量分解能（ｍ／Δｍ）、右側の縦軸にイオンビーム電流Ｉをとったもので、曲線Ａは質量分離スリットの幅Ｓ2 を狭めると、質量分解能が大きくなり、反対に、質量分離スリットの幅Ｓ2 を広くすると、質量分解能が小さくなることを示している。一方、曲線Ｂは質量分離スリットの幅Ｓ2 を広くすると、質量分離スリットを通過するイオンビーム電流Ｉが増加することを示している。
【００１４】
曲線Ａと曲線Ｂから判るように、質量分解能（ｍ／Δｍ）とイオンビーム電流Ｉとは互いに相反する関係にある。したがって、薄膜形成に用いるイオン種あるいは作成する薄膜の種類、構造に応じて、必要最小限度の質量分解能（ｍ／Δｍ）になるように質量分離スリットの幅Ｓ2 の幅を設定することによって、最も効率的にイオンビームを供給することができる。
【００１５】
このように質量分解能（ｍ／Δｍ）を可変する質量分離スリットを用いることによって、要求される薄膜の質に応じた薄膜形成を効果的に行うことが可能になる。一例として、試料上にＦｅとＳｉを交互に堆積させて、多層膜を作成する場合について説明する。イオン源の動作圧力における飽和蒸気圧が１０００℃を超えるようなＦｅあるいはＳｉ等の物質では、しばしばＳｉＨ4 等のガスあるいはＦｅＣｌ3 等の蒸気圧の高い化合物がイオン化物質として用いられる。したがって、Ｓｉの薄膜を形成する場合には、目的とするＳｉ+ イオンの他にもＳｉＨ+ 、ＳｉＨ2 + 等のイオンが生成される。28Ｓｉの純度の高い薄膜が要求される場合には、質量分解能を高めに設定して、Ｓｉ+ とＳｉＨ+ を完全に分離することが要求される。一方、Ｆｅの薄膜を形成するときにイオン化物質としてＦｅＣｌ3 を用いた場合、Ｆｅ+ 以外にもＦｅＣｌ+ 、Ｃｌ2 + 等のイオンが生成され、これらの質量差が大きいため、質量分解能を低めに設定した方が薄膜成長速度が速くなり、効率的である。
【００１６】
なお、上記実施例に用いられる質量分離スリットは棒ネジ４の右ネジおよび左ネジにネジ孔付金具５を螺合させているが、ネジ孔付金具５の代わりに、スリット板６の一部を棒ネジ４の右ネジおよび左ネジに直接螺合させるものであってもよい。
また、上記実施例ではＦｅとＳｉの多層膜について説明したが、これ以外の物質および構造の薄膜全てについて適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、質量分離スリットが、それぞれ質量分離器の偏向面に対して垂直に配置され、上端を真空回転導入端子又は直線導入端子に取り付け、下端をガイドレール上に自由にスライドできるように装着した２つのスリット板から成っているので、質量分解能を変化させることが可能になると共に、質量分離スリットを通過するビーム電流を変化させることが可能になる。そのため、薄膜形成に用いるイオン種および作成する薄膜の種類、構造に適したイオンビームを供給することが可能になる。
また、スリット板のイオンビーム流の下流側にディファイニングアパーチャを設けているので、これらスリット板の隙間から不必要なイオンビームが通過するのを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に用いられる質量分離スリットの立面図
【図２】この発明の実施例に用いられる質量分離スリットの断面図
【図３】この発明の実施例による質量分解能およびイオンビーム電流を示すグラフ
【図４】従来のイオンビーム蒸着装置を示す説明図
【符号の説明】
１・・・・・・・ビーム管
２・・・・・・・回転導入端子
３・・・・・・・カップリング
４・・・・・・・棒ネジ
５・・・・・・・ネジ孔付金具
６・・・・・・・スリット板
７・・・・・・・ガイドレール
８・・・・・・・ディファイニングアパーチャ
２１・・・・・・・イオン源
２２・・・・・・・質量分離器
２３・・・・・・・質量分離スリット
２４・・・・・・・ビーム搬送系
２５・・・・・・・偏向器
２６・・・・・・・減速系
２７・・・・・・・成長室
２８・・・・・・・試料
【図１】
0003752257.tif 000002
【図２】
0003752257.tif 000003
【図３】
0003752257.tif 000004
【図４】
0003752257.tif 000005