JP2000017427A

JP2000017427A - ガスデポジション方法およびその装置

Info

Publication number: JP2000017427A
Application number: JP10205893A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwashige; 央岩重
Original assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Current assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高融点の金属材料や、活性な金属材料を安定
して蒸発させることが可能で、かつ純度および均一性の
高い超微粒子膜を長時間、安定して形成せることの可能
なガスデポジション方法およびその装置を提供するこ
と。【解決手段】垂直線上に位置させた超微粒子生成室２
１、搬送管３１、膜形成室４１と、ガス純化循環装置５
１とによってＨｅガスの循環回路を形成させ、超微粒子
生成室２１において、半球状のＴｉ・Ｎｉ合金１７を載
置した陽極としての水冷銅ハース１５と、その直上方の
負電極ホルダー１８に保持させた陰極としてのタングス
テン・チップ１９との間にアーク放電を生起させてＴｉ
・Ｎｉ合金１７の先端部を局所的に加熱し蒸発させる。
生成する超微粒子は搬送管３１を経由してノズル３２か
ら噴出され膜形成室４１内の基板４２に超微粒子膜を形
成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属の超微粒子によ
る膜を形成するためのガスデポジション方法およびその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属の超微粒子による膜を形成するため
のガスデポジション方法およびその装置について、本出
願人は特公平２−１６３７９号、特開平５−２９５５２
５号、特開平５−２９５５５０号、特開平６−５７４１
３号、特開平６−６５７５７号、特開平６−１０１０２
６号、特開平７−１６６３３２号、特開平８−４１６２
６号の各公報、および特願平９−３３１３１６号等にお
いて開示し提案している。それらの中で、特公平２−１
６３７９号はその実施例において金属材料を蒸発させて
超微粒子を生成させるのための加熱方法としてプラズマ
アーク加熱を例示すると共に、それ以外にアーク加熱、
高周波誘導加熱、抵抗加熱、レーザー加熱が可能なこと
を示している。また、その実施例には金属蒸気生成用容
器（超微粒子生成室）、超微粒子の搬送管、蒸着処理容
器（膜形成室）からなる装置を示しており、ガスデポジ
ション方法およびその装置についての先駆的な技術を開
示するものである。

【０００３】上記に続き、金属材料の加熱を高い精度で
制御することを目的として、特開平５−２９５５２５
号、特開平５−２９５５５０号、特開平６−６５７５７
号においてはルツボの抵抗加熱、特開平６−５７４１３
号においてはルツボの間接的加熱が採用され、その後の
特開平６−１０１０２６号、特開平７−１６６３３２
号、特開平８−４１６２６号、特願平９−３３１３１６
号においてはルツボおよびその内部に充填された金属材
料を高周波誘導加熱する方法が採用されている。

【０００４】しかし、高周波誘導加熱は例えばＴａ（タ
ンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）等の高融点金属材料を
蒸発させる場合に大出力の電源が必要となる。また、Ｔ
ｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウ
ム）等の他材料と反応し易い活性な金属材料の超微粒子
膜を形成させる場合には、ルツボ材料が制約される。例
えば、ルツボとして一般的な黒鉛のルツボを使用し、こ
れに充填したＡｌをルツボと共に高周波誘導加熱して蒸
発させる場合、溶湯状のＡｌとＣ（黒鉛）とが反応して
Ａｌ₄ Ｃ₃ （アルミニウムカーバイド）が生成し、滓と
なってＡｌの溶湯上に浮くようになるほか、甚だしい場
合にはＡｌの殆どはルツボとの反応に消費され、蒸発さ
れなくなる程である。

【０００５】高融点金属材料や活性な金属材料を蒸発さ
せる場合に、高周波誘導加熱に代り得る加熱方法とし
て、先述の特公平２−１６３７９号公報の実施例で採用
されているアーク加熱を検討した結果、以下に述べるよ
うな問題点が見い出された。

【０００６】図７は特開平２−１６３７９号公報に係る
「超微粒子膜の形成法並に装置」の実施例に示されてい
るガスデポジション装置の図である。すなわち、ガスデ
ポジション装置６０は、内部に水冷銅ハース６５と、こ
れに載置される金属材料６７の加熱装置としてのプラズ
マトーチ６８を持ち、ガス供給源７２からキャリヤガス
として例えばＡｒ（アルゴン）ガスが導入される超微粒
子生成室７１と、超微粒子生成室７１から導出され、途
中に開閉弁８３を備え先端部にノズル８２を持つ搬送管
８１と、内部に上記ノズル８２と基板保持装置９３によ
って移動自在に取り付けられた基板９２を備え、超微粒
子生成室７１で生成された超微粒子がキャリヤガスと共
に搬送管８１によって導入されるようにした膜形成室９
１と、超微粒子生成室７１と膜形成室９１とに接続され
た真空ポンプ９７とから成っている。なお、プラズマト
ーチ６８と水冷銅ハース６５とは高周波スタータ付きの
アーク用直流電源６２に接続されている。

【０００７】そして、このガスデポジション装置６０に
よる超微粒子膜の形成は次のようにして行われる。超微
粒子生成室７１内の陽極としての水冷銅ハース６５に蒸
発させるＮｉ（ニッケル）ブロック６７を載置し、真空
ポンプ９７によって超微粒子生成室７１内を高真空に排
気した後、ガス供給源７２からＡｒガスを標準状態に換
算して１リットル／ｍｉｎの流量で導入し、０．１ＭＰ
ａの圧力に保つ。次に膜形成室９１内の基板保持装置９
３に基板９２をセットして膜形成室９１内を真空ポンプ
９７によって真空排気して５Ｐａの圧力に保つ。アーク
用直流電源６２に接続したプラズマトーチ６８の陰極と
してのＷ（タングステン）チップ６９に高周波を印加し
てパイロットアークを発生させた後、Ｗチップ６９と水
冷銅ハース６５との間に直流電圧を印加し、例えば電圧
３２Ｖ、電流３０Ａのアーク放電を生起させて水冷銅ハ
ース６５の凹部内のＮｉブロック６７を加熱し溶解させ
る。溶解したＮｉは蒸発し超微粒子となってＡｒガスと
共に超微粒子生成室７１から搬送管８１を経由して膜形
成室９１へ搬送され、ノズル８２から噴出されることに
より、移動される基板９２上にＮｉの超微粒子膜が線状
に形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のガスデポジショ
ン装置６０を詳細に検討した結果、次のような問題点が
見い出された。

【０００９】水冷銅ハース６５と搬送管８１の吸入
口との間隔が２００〜５００ｍｍと大である。従って、
生成された超微粒子のなかで、超微粒子生成室７１内で
浮遊し滞留するものが多く、その間に超微粒子が凝集
し、これが搬送され噴出されるので基板９２に形成され
る超微粒子膜の膜質を低下させている。また、超微粒子
生成室７１内の不活性ガスの純度が例えば酸素ガスや窒
素ガス等によって低下している場合にも、超微粒子がそ
れら不純物ガスと反応し、超微粒子の表面に反応層が形
成されるようになる。反応層の形成された超微粒子が搬
送され噴出されて膜成分となっても同様に膜の質を低下
させる。アーク放電のアーク柱によってキャリヤガスとして
の不活性ガスの流れが乱されており、生成された超微粒
子が搬送管に吸入されず超微粒子生成室内に滞留する可
能性が高くなる。

【００１０】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、高融
点の金属材料や活性な金属材料などの蒸発に際し、金属
材料の保持部材による制約を受けることなく、超微粒子
を安定して生成させることができ、かつ、純度および均
一性の高い超微粒子膜を長時間、安定して形成させるこ
とのできるガスデポジション方法およびその装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の課題は、請求項１
および請求項５の構成によって解決されるが、その解決
手段を説明すれば、請求項１の発明は、少なくとも、金
属材料の蒸発源、蒸発源の上方に位置する搬送管の吸入
口、および不活性ガス導入部を備えた減圧可能な超微粒
子生成室と、直線状の搬送管と、搬送管の上端部、その
上端部に接続されるノズル、ノズルに対向して配置され
る基板、および不活性ガス排出部を備えた減圧可能な膜
形成室とからなり、かつ超微粒子生成室を下方にして、
超微粒子生成室と搬送管と膜形成室とがほぼ垂直線上に
配置された装置を使用して、蒸発源から加熱蒸発されて
生成する金属材料の超微粒子を不活性ガスと共に搬送管
によって搬送し、ノズルから噴出させて基板上に超微粒
子による膜または小塊を形成させるガスデポジション方
法において、蒸発源からの金属材料の蒸発を、冷却され
たハースに保持される金属材料を陽極とし、陽極とは一
定の間隔をあけて設けられた高融点金属チップを陰極と
して生起させるアーク放電によって金属材料を局所的に
加熱することによって行うガスデポジション方法であ
る。

【００１２】また、請求項５の発明は、少なくとも、金
属材料の蒸発源、蒸発源の上方に位置する搬送管の吸入
口、および不活性ガス導入部を備えた減圧可能な超微粒
子生成室と、直線状の搬送管と、搬送管の上端部、その
上端部に接続されるノズル、ノズルに対向して配置され
る基板、および不活性ガス排出部を備えた減圧可能な膜
形成室とからなり、かつ超微粒子生成室を下方にして、
超微粒子生成室と搬送管と膜形成室とがほぼ垂直線上に
配置されており、蒸発源から加熱蒸発されて生成する金
属材料の超微粒子を不活性ガスと共に搬送管によって搬
送しノズルから噴出させて、基板上に超微粒子による膜
または小塊を形成させるようにしたガスデポジション装
置において、蒸発源として、冷却されたハースに保持さ
れる金属材料を陽極とし、陽極とは一定の間隔をあけて
設けられた高融点金属チップを陰極とするアーク放電を
生起させて金属材料を局所的に加熱し蒸発させる機構が
設置されたガスデポジション装置である。

【００１３】上記のようなガスデポジション装置を使用
するガスデポジション方法によって、冷却されたハース
上の金属材料はその先端部が局所的に加熱され蒸発して
超微粒子を生成するが、それ以外の部分は伝導や輻射に
より加熱されても、溶融される迄には至らない。従っ
て、金属材料が高融点材料であっても、また他材料と反
応し易い活性な金属材料であっても、金属材料の溶湯が
保持部材に接触することはないので、保持部材による制
約を受けることなく、これらの金属材料を蒸発させるこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
ガスデポジション方法およびガスデポジション装置につ
いて図面を参照して具体的に説明する。

【００１５】本発明のガスデポジション装置１０は、図
１に示されているが、超微粒子生成室２１と、超微粒子
による膜または小塊を形成させる基板４２が配設された
膜形成室４１と、超微粒子生成室２１と膜形成室４１と
を連通させ、超微粒子を超微粒子生成室２１から膜形成
室４１へ不活性ガスと共に搬送する搬送管３１とからな
っており、これらはほぼ垂直方向に配置されている。

【００１６】超微粒子生成室２１においては、上方から
挿入された搬送管３１の下端の吸入口の直下約２５ｍｍ
の位置にアーク放電機構１１が設けられている。アーク
放電機構１１を拡大して示す図２も参照して、超微粒子
生成室２１には外径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円筒形状
で、その上面に底面の直径２０ｍｍ、深さ１０ｍｍの凹
部１６が形成された水冷銅ハース１５がその支柱１４と
共に図示を省略した機構によって昇降可能に設置されて
おり、その凹部１６に蒸発させるべき金属材料１７が載
置される。また、水冷銅ハース１５の斜め上方に位置し
て負電極ホルダー１８が図示しない支柱に固定されてお
り、陰極としての先端部の直径２．４ｍｍ、長さ約１５
ｍｍのＷ（タングステン）チップ１９が水冷銅ハース１
５の水平面に対して６０度の角度で保持されている。そ
して、超微粒子生成室２１の外部には、高周波スタータ
付きのアーク用直流電源１２が設置されており、その
（＋）極は水冷銅ハース１５に接続され、（−）極は負
電極ホルダー１８のＷチップ１９に接続されている。ま
た、超微粒子生成室２１には、バルブ２４を介して初期
排気用の排気ポンプ２５が接続され、圧力計２８が取り
付けられている。そして、運転時における圧力は通常の
場合は０．１ＭＰａ程度、高くとも０．３ＭＰａとされ
る。

【００１７】搬送管３１は内径４．３ｍｍのステンレス
製であり、上述したように、その下端の吸入口を超微粒
子生成室２１内に挿入されており、搬送管３１の上端部
は膜形成室４１ヘ挿入され、上端部にノズル３２が取り
付けられている。ノズル３２は長さ２５ｍｍで先端の噴
出口の内径１ｍｍとされている。また、搬送管３１の下
端の直ぐ上方から、搬送管３１を覆うように、軸心を共
有する大径の吸込管３４が二重管として設けられ、搬送
管３１との間に環状空間が形成されている。そして、吸
込管３４は超微粒子生成室２１の外側において搬送管３
１と分離され、バルブ３６、初期排気用の排気ポンプ３
７を介して後述のガス純化循環装置５１に接続されてい
る。

【００１８】膜形成室４１においては、超微粒子の膜又
は小塊を形成させる基板４２が搬送管３１の上端のノズ
ル３２に対向し、約２ｍｍ離れて配置されている。すな
わち、基板４２はステージ４３に取り付けられており、
ステージ４３はプログラムコントローラ４９によって、
ノズル３２の方向をＺ軸方向とするＸ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向の三方向に移動可能とされている。なお、
図示を省略したが、ステージ４３には基板４２を加熱す
るヒーターが内蔵されており、膜形成室４１の側壁には
基板４２の表面温度を測定するための接触式の温度測定
センサーが取り付けられている。膜形成室４１にはバル
ブ４４を介して排気ポンプ４５が接続されており、圧力
計４８が取り付けられている。そして運転時には１０^-3
Ｐａ以下の圧力とされる。また、膜形成室４１はバルブ
４６、排気ポンプ４７を介してガス純化循環装置５１に
接続されている。

【００１９】上記のガス純化循環装置５１は、特開平６
−５７４１３号公報に開示されているガス循環装置に相
当するものであり、このガス純化循環装置５１を通過す
ることによって、不活性ガスは超微粒子生成室２１内で
滞留し凝集した超微粒子やダスト、油分のミスト等の不
純物が除去され、かつ加圧されるようになっており、ガ
ス純化循環装置５１を通過した不活性ガスはバルブ５２
から後述の環状フィルター５３を経由して超微粒子生成
室２１へ戻される。なお、ガス純化循環装置５１には図
示せずとも不活性ガスの導入バルブが設けられ、不活性
ガスのボンベが接続されている。

【００２０】水冷銅ハース１５と環状フィルター５３と
の斜視図である図３を参照して、環状フィルタ５３は、
超微粒子生成室２１の底面上に、水冷銅ハース１５の支
柱１４の周囲に同心的に設置されている。すなわち、環
状フィルター５３は多孔体５４が外側リング５５と内側
リング５６とに挟持されて固定される構造となってお
り、外側リング５５の径は１３０ｍｍ、内側リング５６
の内径は６０ｍｍ、全体の高さは１３ｍｍ程度である。
この多孔体５４には約１μｍ径の微細な連通孔が多数に
形成されており、その上面は面積約８０ｃｍ² 、開孔率
約５０％とされている。そして、超微粒子生成室２１の
底面を挿通して設けられた不活性ガスの配管５７が外側
リング５５の外壁に挿入されている。

【００２１】上記のように構成されるガスデポジション
装置１０はそのアーク放電機構１１、すなわち、水冷銅
ハース１５、負電極ホルダー１８とそのＷチップ１９、
アーク用直流電源１２は加熱系として構造がシンプルで
低コストであり、印加電圧が低いほか、メンテナンスも
容易である等のメリットを有している。

【００２２】本実施の形態のガスデポジション装置１０
は以上のように構成されているが、次にその作用を説明
する。

【００２３】重量組成比がＴｉ（チタン）５０％、Ｎｉ
（ニッケル）５０％の超微粒子膜をガラス板上に形成さ
せるすることを目的として以下の作業を行った。ちなみ
に、Ｔｉ・Ｎｉ合金はその板材や線材が形状記憶性、超
弾性等の特性を利用して広い分野で利用されており、Ｔ
ｉ・Ｎｉ合金の超微粒子膜もその特性を生かした応用が
期待される膜である。なお、ＴｉとＮｉとは蒸気圧が近
似しているので、目的とする組成と同じ組成の合金を蒸
発させればよい。

【００２４】図１を参照して、先ず、金属材料としての
半球状に成形されたＴｉ／Ｎｉの重量組成比５０／５０
％、重量２０ｇのＴｉ・Ｎｉ合金１７を水冷銅ハース１
５の凹部１６内に載置する。次いで、排気ポンプ２５に
よって超微粒子生成室２１を、また排気ポンプ４５によ
って膜形成室４１を初期排気し、それぞれの圧力計２
８、４８によって圧力が０．１Ｐａ以下に到達したこと
が確認されると、バルブ２４を閉じて排気ポンプ２５を
停止し、バルブ４４を閉じて排気ポンプ４５を停止す
る。続いて、ガス純化循環装置５１の図示しないバルブ
を経由して純度９９．９９９９％のＨｅ（ヘリウム）ガ
スを導入し、排気ポンプ３７、４７を起動して、超微粒
子生成室２１、搬送管３１、膜形成室４１、ガス純化循
環装置５１を矢印で示す方向へ循環させる。すなわち、
ガス純化循環装置５１から超微粒子生成室２１へ流入さ
れるＨｅガスは、一つは搬送管３１を経由して膜形成室
４１へ流れ、排気ポンプ４７によってガス純化循環装置
５１へ送り込まれ、他は吸込管３４を経由し排気ポンプ
３７によってガス純化循環装置５１へ送り込まれる。

【００２５】排気ポンプ３７、４７、および各バルブの
開度を調整し、循環するＨｅガスの流量が標準状態に換
算して約４０リットル／ｍｉｎ、超微粒子生成室２１の
圧力が０．１ＭＰａ、膜形成室４１の圧力が１５０Ｐａ
となった状態を定常状態として、超微粒子生成室２１と
膜形成室４１との間のほぼ１ａｔｍの差圧が維持され
る。この時、環状フィルター５３を経由して超微粒子生
成室２１へ流入されるＨｅガスは水冷銅ハース１５の周
囲において流速約０．２ｍ／ｓｅｃの層流を形成して流
れる。なお、後述のＴｉ・Ｎｉ合金１７を蒸発させてい
る時の水冷銅ハース１５の近傍の自然熱対流によるＨｅ
ガスの流速は約１ｍ／ｓｅｃと実測されており、環状フ
ィルター５３から導入されるＨｅガスがこの自然熱対流
を乱すことはなく、Ｔｉ・Ｎｉ合金１７からの蒸気およ
び形成される超微粒子の流れは安定した状態で搬送管３
１内へ吸引される。

【００２６】上記のＨｅガスの流量は約４０リットル／
ｍｉｎのうち、搬送管３１を経由してノズル３２から噴
出されるＨｅガスは約８リットル／ｍｉｎ、吸込管３４
によってガス純化循環装置５１へ排出されるＨｅガスは
約３２リットル／ｍｉｎとするのことが好ましい。吸込
管３４へのＨｅガス量を大としているのは、超微粒子生
成室２１に残る超微粒子を可及的に早く排出するためで
ある。すなわち、超微粒子生成室２１内の超微粒子は滞
留中に凝集体を形成し、何時かは搬送管３１に吸引され
てノズル３２から噴出され、基板４２上に形成される膜
に悪影響を与えるからである。

【００２７】この状態において、高周波スターター内蔵
のアーク用直流電源１２をスイッチ・オンすることによ
り、高周波スターターによって、水冷銅ハース１５上の
Ｔｉ・Ｎｉ合金１７と負電極ホルダー１８のＷチップ１
９との間に高周波グロー放電が生起され、引き続いて水
冷銅ハース１５とＷチップ１９とに直流電圧が印加さ
れ、Ｔｉ・Ｎｉ合金１７を陽極としＷチップ１９を陰極
とするアーク放電に移行する。このアーク放電によって
Ｔｉ・Ｎｉ合金１７は、図２に示すように、先端部が局
所的に加熱されて部分的に溶湯Ｍを形成し蒸発する。超
微粒子生成室２１内は圧力０．１ＭＰａのＨｅガスであ
るので、Ｔｉ蒸気、Ｎｉ蒸気は直径０．１μｍ以下の超
微粒子となりスモークＳを形成して立ちのぼる。

【００２８】この時、アーク電流を６０Ａに固定して、
アーク放電のアーク柱と生成する超微粒子のスモークの
様子を見ながら、水冷銅ハース１５の昇降機構によっ
て、負電極ホルダー１８のＷチップ１９と水冷銅ハース
１５の上面との間隔ｇを変化させたところ、アーク電圧
が２０Ｖとなる間隔、図２における間隔ｇが目視で約２
〜３ｍｍとなった時に、超微粒子のスモークＳは最も好
ましい状態となった。すなわち、生成したＴｉ・Ｎｉの
超微粒子は、下方の環状フィルタ５３から流入されるＨ
ｅガスの流れに乗り、図２に破線で示すようなスモーク
Ｓを形成して搬送管３１の下端の吸入口へ完全に吸い込
まれ、微粒子生成室２１内に浮遊するものは認められな
くなる。間隔ｇが２〜３ｍｍより大になると、アーク柱
により不活性ガスの流れが乱され、スモークＳが搬送管
３１の下端に吸引されなくなる。２〜３ｍｍより小にな
ると、極端に蒸発量が少なくなる。この状態を継続させ
るために、Ｔｉ・Ｎｉ合金１７の形状変化や、Ｗチップ
１９の先端の形状変化による間隔ｇの変動に対しては、
アーク用直流電源１２においてアーク電圧を２０Ｖに維
持するように水冷銅ハース１５を上下に移動させること
によって自動制御させる。

【００２９】Ｈｅガスと共に搬送管３１に吸引されたＴ
ｉ・Ｎｉの超微粒子は超微粒子生成室２１と膜生成室４
１との間の約１ａｔｍの差圧によって膜生成室４１へ搬
送される。膜生成室４１内においては基板としてのガラ
ス板４２（縦２５ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）をス
テージ４３に取り付けて、あらかじめ１５０℃の温度に
加熱し、更にプログラムコントローラ４９によってＸ方
向へ０．０５ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させているが、
このガラス板４２に向けて搬送管３１の先端のノズル３
２からＴｉ・Ｎｉの超微粒子がほぼ音速に近い速度で噴
出されて衝突することにより、ガラス板４２上にＴｉ・
Ｎｉの超微粒子膜が膜厚５０μｍ、膜幅１ｍｍの線状に
形成される。上記ではガラス板４２をＸ軸方向のみに移
動させたが、勿論、Ｙ軸方向への移動も可能であり、ガ
ラス板が凹凸を有している場合には、Ｚ軸方向へも移動
させて三次元の面を有する超微粒子膜を形成させること
ができる。

【００３０】予定の超微粒子膜が形成されると、アーク
加熱を停止し、膜形成室４１、超微粒子生成室２１内の
Ｈｅガスをガス純化循環装置５１内へ回収して、Ｔｉ・
Ｎｉの超微粒子膜が形成されたガラス板４２、およびＴ
ｉ・Ｎｉ合金１７の温度低下を待ち、５０℃以下の温度
になってから膜形成室４１、超微粒子生成室２１を開放
して取り出すことにより、一連の作業が完了する。

【００３１】このようにして形成させたＴｉ・Ｎｉの超
微粒子膜は金属光沢を有する銀色を呈しており、従来の
プラズマアーク放電によるガスデポジション装置６０に
よる超微粒子膜が黒色であるに対して極めて純度の高い
膜であることを示す。また、得られた薄膜の断面を走査
型電子顕微鏡で観察したところ、従来のガスデポジショ
ン装置６０による薄膜と比較して、内部が極めて緻密に
なっていることが確認された。更には、得られた薄膜の
比抵抗は９０μΩｃｍであり、Ｔｉ・Ｎｉ合金のバルク
の比抵抗は６８μΩｃｍであることから純度の高い膜が
形成されていることを示す。ちなみに、従来の装置６０
による薄膜の比抵抗は５００μΩｃｍである。また、得
られた薄膜はガラス板４２への付着強度も０．３ＭＰａ
／ｍｍ²を示し、従来の装置６０による薄膜の付着強度
よりも一桁大きい値である。そして、得られたＴｉ・Ｎ
ｉ超微粒子膜の重量組成比はＴｉ５２％、Ｎｉ４８％で
あり、目的の組成比と比べて許容される範囲である。上
記のような結果は、Ｔｉ・Ｎｉ合金の蒸発面から最短距
離で搬送管３１へ吸引され、超微粒子の滞留による凝集
や不純ガスによって表面汚染を受けることなく搬送され
ることによると思われる。なお、純度９９．９９％のＨ
ｅガスを使用した場合には比抵抗がやや大きい膜となっ
た。

【００３２】本発明の実施の形態のガスデポジション方
法およびその装置は以上のように構成され作用するが、
勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３３】また本実施の形態においては、超微粒子の
搬送を断続させるシャッターについて特に説明しなかっ
たが、その一例を示すと、その側面図である図４を参照
してシャッター機構３３は、吸込管３４の下端から約５
０ｍｍ下方へ伸びる搬送管３１の下端部をフレキブルな
材質で作成して、その下端に近い部分に取付部材３７を
介してロッド３８が取り付けられ、そのロッド３８は超
微粒子生成室２１の外壁に固定された電磁ソレノイド３
９によって駆動されるようになっている。すなわち、搬
送管３１の下端部が下方から立ち上がる超微粒子を吸引
して搬送する実線位置と、超微粒子を吸引し得ない一点
鎖線位置との間をロッド３８によって移動されるように
なっている。指令によって電磁ソレノイド３９がロッド
３８を引き戻して搬送管３１の下端部を実線位置から一
点鎖線で示す位置へ撓ませることにより超微粒子の搬送
は停止され、一点鎖線位置から実線位置へ戻すことによ
り超微粒子の搬送が再開される。このようなシャッタ機
構３３によって基板４２への超微粒子膜の形成を任意に
断続することができる。なお、搬送管３１の下端部が一
点鎖線位置にある時も吸込管３４は超微粒子生成室２１
内のＨｅガスを吸引しており、金属材料の蒸発も継続さ
れる。そのほか、水冷銅ハース１５を搬送管３１の下端
部の直下から側方へ移動し戻すことによって超微粒子の
搬送を断続させるようなシャッター機構も可能である。

【００３４】また本実施の形態においては、搬送管３１
およびノズル３２を加熱するヒーターについて特に説明
しなかったが、図５はその電気的な加熱の一例を示す概
略的な配線図である。すなわち、搬送管３１自体を抵抗
体として発熱させるように、その上端部と下端部との間
に直流電源２９を接続し、ノズル３２は他の交流電源２
７と接続したシースヒータ２６をコイル状に巻いたもの
であり、実際に当たっては、搬送管３１の下端部で約３
００℃、ノズル３２で約５００℃の温度に加熱すること
により、金属材料の超微粒子が搬送管３１やノズル３２
の内壁に付着し、何かのきっかけによって脱落して正常
な超微粒子と共に搬送され、形成される超微粒子膜の質
を低下させるような問題を回避することが可能である。

【００３５】また本実施の形態においては、ノズル３２
の内部に付いても特に説明しなかったが、その断面図で
ある図６に示すように内径４．３ｍｍの入口端３２ａか
ら噴出口の内径１．０ｍｍに絞った位置３２ｂまでのノ
ズル３２の内壁の断面をトロコイド曲線に形成し、Ｈｅ
ガスに伴われる超微粒子の流れに乱れを発生させないよ
うにすることは望ましい選択である。

【００３６】また本実施の形態においては、基板４２を
交換するための装置を膜形成室４１に付設しなかった
が、超微粒子生成室２１および膜形成室４１を大気に解
放することなく、基板４２を交換し得るように、膜形成
室４１にロードロック機構を備えた基板交換室を設けて
もよい。また本実施の形態においては、特に設けなかっ
たが、基板４２の表面状態や、基板４２の位置を観察す
るためのＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを膜形成室４１
の側壁に取り付けてもてもよい。

【００３７】また本実施の形態においては、ガス純化循
環装置５１を組み込んだガスデポジション装置１０を説
明したが、ガス純化循環装置５１はＨｅガスの浪費を防
ぎ、かつ純化させるために有効な装置であるものの、超
微粒子膜の形成には必ずしも必要な装置ではなく、場合
によっては省略し得る。

【００３８】また本実施の形態においては、陽極に水冷
銅ハースを使用したが、冷却方法は水冷以外の方法であ
ってもよく、また使用する金属も導電性と伝熱性が良好
である銅以外の金属としてもよい。またプラズマトーチ
１８の高融点チップとしてＷチップ１９を使用したが、
Ｗ以外にＴａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）のチッ
プも採用し得る。

【００３９】また本実施の形態においては、蒸発させる
金属材料としてＴｉ・Ｎｉ合金を使用したが、Ｃｒ（ク
ロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ
（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｖ（バナジウム）
等の高融点の金属ないしはその合金や、Ｔｉ（チタ
ン）、Ａｌ（アルミニウム）等の活性な金属ないしはそ
の合金を蒸発させての超微粒子膜の形成も同様に可能で
ある。また本実施の形態においては、不活性ガスとして
高い純度のＨｅガスを使用したが、高純度である限りに
おいて、ＡｒガスやＮｅ（ネオン）ガス等を使用しても
同様な効果が得られる。

【００４０】また本実施の形態においては、環状フィル
タ５３から流入させるＨｅガスの流速を０．２ｍ／ｓｅ
ｃとしたが、１ｍ／ｓｅｃ程度以下であれば超微粒子の
スモークの立ちのぼりに大きい影響を与えることはな
い。

【００４１】また本実施の形態においては説明しなかっ
たが、基板４２を若干時間停止して超微粒子をノズル３
２から噴出させることにより、基板４２上に超微粒子に
よる小塊またはバンプを形成させることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実
施され、次ぎに記載するような効果を奏する。

【００４３】本発明のガスデポジション方法およびその
装置は蒸発させるべき金属材料を冷却されたハースに載
置しアーク加熱によってその先端部を局所的に加熱し溶
解、蒸発させるので、ハースが金属材料の溶湯に直接に
接触することはなく、高融点の金属材料や活性な金属材
料を長時間、安定して蒸発させ超微粒子を生成させるこ
とが可能である。更には、陽極としてのハースに昇降機
構を設け、陰極としての高融点金属チップとの間隔を調
整可能として超微粒子の流れがプラズマ放電のアーク柱
によって乱されないようにすると共に、キャリヤーガス
としての不活性ガスを、ハースの下方においてハースの
外径よりも外側に配置した環状フィルターから低い流速
で流入させるようにしているので、生成される金属材料
の超微粒子がそのまま搬送管内へ吸入され、純度の高い
超微粒子膜を長時間、安定して形成せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のガスデポジション装置の構成を示
す概略図である。

【図２】同装置のアーク放電機構を示す部分拡大図であ
る。

【図３】同装置の環状フィルターを水冷銅ハースと共に
示す斜視図である。

【図４】シャッター機構の一例を示す側面図である。

【図５】搬送管およびノズルを加熱するための電気回路
の一例を示す図である。

【図６】ノズルの断面図である。

【図７】従来のガスデポジション装置の構成を示す概略
図である。

【符号の説明】

１０ガスデポジション装置１５水冷銅ハース（陽極）１７金属材料１８負電極ホルダー１９タングステン・チップ（陰極）２１超微粒子生成室３１搬送管３４吸込管４１膜形成室４２基板５１ガス純化循環装置５３環状フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K029 AA09 BA02 BA03 BA07 BA11 BA16 BA17 BA21 BA25 BC03 CA01 DA01 DA02 DA05 DB17 DB21 DB23 DD06 EA03 EA07 EA09 4K044 AA13 BA02 BA06 BA10 BB01 BC14 CA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、金属材料の蒸発源、該蒸発
源の上方に位置する搬送管の吸入口、および不活性ガス
導入部を備えた減圧可能な超微粒子生成室と、直線状の
前記搬送管と、該搬送管の上端部、該上端部に接続され
るノズル、該ノズルに対向して配置される基板、および
不活性ガス排出部を備えた減圧可能な膜形成室とからな
り、かつ前記超微粒子生成室を下方にして、前記超微粒
子生成室と前記搬送管と前記膜形成室とがほぼ垂直線上
に配置された装置によって、前記蒸発源から加熱蒸発さ
れて生成する前記金属材料の超微粒子を前記不活性ガス
と共に前記搬送管によって搬送し前記ノズルから噴出さ
せて、前記基板上に前記超微粒子による膜または小塊を
形成させるガスデポジション方法において、前記蒸発源
からの前記金属の蒸発が、冷却されたハースに保持され
る前記金属材料を陽極とし、該陽極と一定の間隔を開け
て設けられた高融点金属チップを陰極としてアーク放電
を生起させて前記金属材料を局所的に加熱して蒸発させ
ることにより行われることを特徴とするガスデポジショ
ン方法。
【請求項２】アーク放電時におけるアーク電圧を一定
の値に維持するように制御して前記金属材料を加熱する
請求項１に記載のガスデポジション方法。
【請求項３】前記ハースと前記高融点金属チップとの
少なくとも何れか一方を上下方向に移動させて電極間距
離を適正に設定する請求項１または請求項２に記載のガ
スデポジション方法。
【請求項４】前記蒸発源の下方において、前記蒸発源
の外径よりも外側に、前記蒸発源と同心的な環状体とし
て設置され、その上面部に多数の小孔が形成されてなる
前記不活性ガス導入部から前記不活性ガスを、前記蒸発
源から蒸発する前記超微粒子の自然熱対流の速度よりも
小である流速で、前記超微粒子生成室内の上方へ向けて
流入させる請求項１から請求項３までの何れかに記載の
ガスデポジション方法。
【請求項５】少なくとも、金属材料の蒸発源、該蒸発
源の上方に位置する搬送管の吸入口、および不活性ガス
導入部を備えた減圧可能な超微粒子生成室と、直線状の
前記搬送管と、該搬送管の上端部、該上端部に接続され
るノズル、該ノズルに対向して配置される基板、および
不活性ガス排出部を備えた減圧可能な膜形成室とからな
り、かつ前記超微粒子生成室を下方にして、前記超微粒
子生成室と前記搬送管と前記膜形成室とがほぼ垂直線上
に配置されており、前記蒸発源から加熱蒸発されて生成する前記金属材料の
超微粒子を前記不活性ガスと共に前記搬送管によって搬
送し、前記ノズルから噴出させて、前記基板上に前記超
微粒子による膜または小塊を形成させるようにしたガス
デポジション装置において、前記蒸発源として、冷却されたハースに保持される前記
金属材料を陽極とし、該陽極と一定の間隔を開けて設け
られた高融点金属チップを陰極とするアーク放電を生起
させて前記金属材料を局所的に加熱して蒸発させる機構
が設置されていることを特徴とするガスデポジション装
置。
【請求項６】前記ハースと前記高融点金属チップとに
接続されるアーク用直流電源がアーク放電時におけるア
ーク電圧を一定の値に維持する機能を有している請求項
５に記載のガスデポジション装置。
【請求項７】前記ハースと前記高融点金属チップとの
少なくとも何れか一方を上下方向に移動させることによ
って、電極間距離の調節が可能とされている請求項５ま
たは請求項６に記載のガスデポジション装置。
【請求項８】前記不活性ガス導入部が、前記蒸発源の
下方において前記蒸発源の外径よりも外側に、前記蒸発
源と同心的な環状体として設置され、その上面部に多数
の小孔が形成されており、前記不活性ガスが、前記蒸発源から蒸発する前記超微粒
子の自然熱対流の速度よりも小である流速で、前記不活
性ガス導入部から前記超微粒子生成室の上方へ向けて流
入される請求項５から請求項７までの何れかに記載のガ
スデポジション装置。