JP2806548B2 - 熱プラズマ蒸発法による成膜方法 - Google Patents
熱プラズマ蒸発法による成膜方法Info
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- JP2806548B2 JP2806548B2 JP1086637A JP8663789A JP2806548B2 JP 2806548 B2 JP2806548 B2 JP 2806548B2 JP 1086637 A JP1086637 A JP 1086637A JP 8663789 A JP8663789 A JP 8663789A JP 2806548 B2 JP2806548 B2 JP 2806548B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱プラズマ中で微粉末を蒸発させ、該蒸気を
構成する原子又は分子とプラズマガスとの反応物をサブ
ストレート上に膜状に堆積させる熱プラズマ蒸発法によ
る成膜方法に関する。
構成する原子又は分子とプラズマガスとの反応物をサブ
ストレート上に膜状に堆積させる熱プラズマ蒸発法によ
る成膜方法に関する。
［従来の技術］ 粉末状の物質を蒸発させ、該蒸気をサブストレート上
に膜状に付着させる方法として、フラッシュ蒸着方法が
ある。この方法では、第２図に示す様に、バイブレータ
１でシュート２を震動させる事により該シュート２を通
じてホッパー３に収容された粉末状の物質を蒸発源４に
導いている。該蒸発源は蓋の無い金属容器4Aの周囲にヒ
ータ4Bが巻かれた構造のもので、該蒸発源により該粉末
状の物質を瞬間的に蒸発させ、該蒸気をサブストレート
５上に膜状に堆積させている。
に膜状に付着させる方法として、フラッシュ蒸着方法が
ある。この方法では、第２図に示す様に、バイブレータ
１でシュート２を震動させる事により該シュート２を通
じてホッパー３に収容された粉末状の物質を蒸発源４に
導いている。該蒸発源は蓋の無い金属容器4Aの周囲にヒ
ータ4Bが巻かれた構造のもので、該蒸発源により該粉末
状の物質を瞬間的に蒸発させ、該蒸気をサブストレート
５上に膜状に堆積させている。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、この方法では、蒸発源４の容器4Aを成す高融
点金属（通常、タングステン）が不純物としてターゲッ
ト５に堆積する問題がある。又、蒸発量が限定される
為、該蒸気と化学反応を行なう為の機構の導入が困難で
ある。
点金属（通常、タングステン）が不純物としてターゲッ
ト５に堆積する問題がある。又、蒸発量が限定される
為、該蒸気と化学反応を行なう為の機構の導入が困難で
ある。
さて、近時、粉末状の物質を誘導プラズマ中を通して
溶かし、該溶融した物質をサブストレート上に導き、該
サブストレート上に該物質の膜を形成する方法が実施さ
れ様としているが、この方法では誘導プラズマ中で溶融
した物質、即ち、液状の物質をサブストレート上に付着
させるという溶融凝縮を利用しており、実質的に数ミク
ロンの径の大きい粒子が付着する事になる。その為、形
成される膜の構造制御に限界があり、又、プラズマガス
との反応に基づく反応膜をターゲット上に形成する事が
出来ない。
溶かし、該溶融した物質をサブストレート上に導き、該
サブストレート上に該物質の膜を形成する方法が実施さ
れ様としているが、この方法では誘導プラズマ中で溶融
した物質、即ち、液状の物質をサブストレート上に付着
させるという溶融凝縮を利用しており、実質的に数ミク
ロンの径の大きい粒子が付着する事になる。その為、形
成される膜の構造制御に限界があり、又、プラズマガス
との反応に基づく反応膜をターゲット上に形成する事が
出来ない。
そこで、熱プラズマ中で粉末状の物質を蒸発させ（熱
プラズマ蒸発法）、該蒸気を構成する原子又は分子をサ
ブストレート上に堆積させる事により、ナノメータのレ
ベルで構造及び組成が制御された膜を形成する方法が提
案されている。しかし、該提案の方法は、大気圧中で行
なう様にしている為に、次の様な問題がある。
プラズマ蒸発法）、該蒸気を構成する原子又は分子をサ
ブストレート上に堆積させる事により、ナノメータのレ
ベルで構造及び組成が制御された膜を形成する方法が提
案されている。しかし、該提案の方法は、大気圧中で行
なう様にしている為に、次の様な問題がある。
則ち、例えば、第３図に示す様に、高周波熱コイル７
が巻かれたトーチ８内にシースガスと共にプラズマガス
を供給すると同時に、該高周波熱コイルに高周波を供給
する事により、該トーチ内に、高温の熱プラズマを発生
させ、該プラズマ中に、成膜用の粉末状の物質をキャリ
アガスと共に供給しているが、該トーチ８内及びサブス
トレート９が配置されたチャンバー10内が大気圧であれ
ば、発生する熱プラズマのフレームＦは、粉末状物質の
種類に限らず、図に示す様に、軸方向に短く、且つ先端
部が集束する傾向がある。所が、膜をサブストレート上
に堆積させるには該プラズマフレーム中に配置しなくて
はならないので、サブストレートの位置によっては、成
膜が行われない場合、成膜面積が極めて小さい場合、更
に、サブストレートが極めて高温に加熱されてしまい、
該サブストレートの温度制御が困難となる様な場合が発
生する。その為、サブストレートの配置位置が著しく制
限される。
が巻かれたトーチ８内にシースガスと共にプラズマガス
を供給すると同時に、該高周波熱コイルに高周波を供給
する事により、該トーチ内に、高温の熱プラズマを発生
させ、該プラズマ中に、成膜用の粉末状の物質をキャリ
アガスと共に供給しているが、該トーチ８内及びサブス
トレート９が配置されたチャンバー10内が大気圧であれ
ば、発生する熱プラズマのフレームＦは、粉末状物質の
種類に限らず、図に示す様に、軸方向に短く、且つ先端
部が集束する傾向がある。所が、膜をサブストレート上
に堆積させるには該プラズマフレーム中に配置しなくて
はならないので、サブストレートの位置によっては、成
膜が行われない場合、成膜面積が極めて小さい場合、更
に、サブストレートが極めて高温に加熱されてしまい、
該サブストレートの温度制御が困難となる様な場合が発
生する。その為、サブストレートの配置位置が著しく制
限される。
本発明はこの様な提案の方法や前記フラッシュ蒸着方
法の問題を解決する事を目的としたものである。
法の問題を解決する事を目的としたものである。
［課題を解決するための手段］ その為に、本発明の熱プラズマ蒸発法による成膜方法
は、大気圧より低い圧力下で熱プラズマを発生させ、該
熱プラズマ中で混合粉末を完全に蒸発させ、該混合粉末
の蒸気を構成する原子又は分子とプラズマガスとの反応
物をサブストレート上に膜状に堆積させる様にした。
は、大気圧より低い圧力下で熱プラズマを発生させ、該
熱プラズマ中で混合粉末を完全に蒸発させ、該混合粉末
の蒸気を構成する原子又は分子とプラズマガスとの反応
物をサブストレート上に膜状に堆積させる様にした。
［実施例］ 第１図は、本発明の熱プラズマ蒸発法による成膜方法
の一実施例として示した熱プラズマ成膜装置の概略図で
ある。図中、11はトーチで、例えば、石英管から成る。
該トーチの周囲には通水路が設けられており、下部導入
口12Aから該通水路を通して上部導入口12Bへと冷却水を
流す事により該トーチは冷却される。13は高周波誘導コ
イルで、該トーチの周囲に巻かれている。14は高周波電
源である。15はガスを導入する事が出来る構造のフラン
ジで、前記トーチ11の上部に固定されている。16は成膜
用粉末導入管で、該導入管には粉末供給機構（図示せ
ず）及びキャリアガス供給機構（図示せず）が繋がって
いる。17はプラズマ発生用ガス導入管、18はシースガス
導入管で共に同一のガス供給機構（図示せず）に繋がっ
ている。19はチャンバーで、排気管20を介して排気機構
21に繋がっている。22はサブストレート、23は支持台
で、該支持台には水冷機構（図示せず）が繋がってい
る。
の一実施例として示した熱プラズマ成膜装置の概略図で
ある。図中、11はトーチで、例えば、石英管から成る。
該トーチの周囲には通水路が設けられており、下部導入
口12Aから該通水路を通して上部導入口12Bへと冷却水を
流す事により該トーチは冷却される。13は高周波誘導コ
イルで、該トーチの周囲に巻かれている。14は高周波電
源である。15はガスを導入する事が出来る構造のフラン
ジで、前記トーチ11の上部に固定されている。16は成膜
用粉末導入管で、該導入管には粉末供給機構（図示せ
ず）及びキャリアガス供給機構（図示せず）が繋がって
いる。17はプラズマ発生用ガス導入管、18はシースガス
導入管で共に同一のガス供給機構（図示せず）に繋がっ
ている。19はチャンバーで、排気管20を介して排気機構
21に繋がっている。22はサブストレート、23は支持台
で、該支持台には水冷機構（図示せず）が繋がってい
る。
この様な装置を使用して、例えば、Y1Ba2Cu3O7-xの如
き高温酸化物超伝導膜をサブストレート上に成膜する場
合について以下に説明する。
き高温酸化物超伝導膜をサブストレート上に成膜する場
合について以下に説明する。
先ず、排気機構21によりチャンバー19及びトーチ11内
を、大気圧より低い圧力に排気する。この際、トーチ11
内は、ガス温度の低い、いわゆる低圧プラズマが発生す
る様な程度の低い圧力にはしない。該圧力の下限はトー
チ内に導入される物質にもよるが、大体100Torr前後程
度である。この状態で、ガス供給機構（図示せず）から
プラズマ発生用ガス導入管17,シースガス導入管18を通
じて酸素ガスをトーチ11内に供給する。同時に、高周波
電源14から高周波誘導コイル12に高周波を供給し、トー
チ内に１万度程度の熱プラズマを発生させるる。そし
て、粉末供給機構（図示せず）及びキャリアガス供給機
構（図示せず）から成膜用粉末導入管16を通じてY2O3，
BaCO3,CuOの混合粉末をキャリアガス（例えば、Ar）と
共にトーチ11内に供給する。
を、大気圧より低い圧力に排気する。この際、トーチ11
内は、ガス温度の低い、いわゆる低圧プラズマが発生す
る様な程度の低い圧力にはしない。該圧力の下限はトー
チ内に導入される物質にもよるが、大体100Torr前後程
度である。この状態で、ガス供給機構（図示せず）から
プラズマ発生用ガス導入管17,シースガス導入管18を通
じて酸素ガスをトーチ11内に供給する。同時に、高周波
電源14から高周波誘導コイル12に高周波を供給し、トー
チ内に１万度程度の熱プラズマを発生させるる。そし
て、粉末供給機構（図示せず）及びキャリアガス供給機
構（図示せず）から成膜用粉末導入管16を通じてY2O3，
BaCO3,CuOの混合粉末をキャリアガス（例えば、Ar）と
共にトーチ11内に供給する。
この際、該導入されたY2O3，BaCO3,CuOの混合粉末が
熱プラズマにより蒸発するか溶融するかは、上記高周波
電源14からの出力パワーの大きさ、粉末物質の粒径、粉
末物質の導入速度、粉末物質の物質値等により決定され
る。通常、粉末物質の粒径や粉末物質の導入速度等は途
中で変化させることは難しく、最初の段階で決まってし
まうので、粉末物質の粒径、粉末物質の導入速度及び粉
末物質の物性値等に応じて高周波電源14からの出力パワ
ーの大きさをコントロールする必要がある。実際には、
これらの高周波電源からの出力パワーの大きさ、粉末物
質の粒径、粉末物質の導入速度等は予め実験等により決
めておく。例えば、本実施例の様にY1Ba2Cu3O7-xの如き
高温酸化物超伝導膜をサブストレート上に成膜する場
合、Y2O3，BaCO3,CuOの混合粉末の粒径が30μｍ以下、
該混合粉末の導入速度が10〜1000mg/minの時、45KW程度
の高周波電力に対応した高周波電流が高周波誘導コイル
12に流される。さて、本実施例では、上記チャンバー19
及びトーチ11内が大体100Torr〜数100Torrまで排気され
ているので、熱プラズマのフレームＦ′は、トーチ11及
びチャンバー19内において、軸方向に長く、且つ先端部
に行くに従い広がる。この傾向は本実施例のようにY1Ba
2Cu3O7-xの如き高温酸化物超伝導膜の形成の場合に限ら
ず、他の物質の成膜の場合にも同じ様に現れる。この様
な熱プラズマ中で混合粉末の蒸気を構成する原子又は分
子と解離した酸素ガスとの反応が連続的に行われ、例え
ば、MgO製のサブストレート22上に構造及び組成の制御
されたY1Ba2Cu3O7-xの膜が形成される。
熱プラズマにより蒸発するか溶融するかは、上記高周波
電源14からの出力パワーの大きさ、粉末物質の粒径、粉
末物質の導入速度、粉末物質の物質値等により決定され
る。通常、粉末物質の粒径や粉末物質の導入速度等は途
中で変化させることは難しく、最初の段階で決まってし
まうので、粉末物質の粒径、粉末物質の導入速度及び粉
末物質の物性値等に応じて高周波電源14からの出力パワ
ーの大きさをコントロールする必要がある。実際には、
これらの高周波電源からの出力パワーの大きさ、粉末物
質の粒径、粉末物質の導入速度等は予め実験等により決
めておく。例えば、本実施例の様にY1Ba2Cu3O7-xの如き
高温酸化物超伝導膜をサブストレート上に成膜する場
合、Y2O3，BaCO3,CuOの混合粉末の粒径が30μｍ以下、
該混合粉末の導入速度が10〜1000mg/minの時、45KW程度
の高周波電力に対応した高周波電流が高周波誘導コイル
12に流される。さて、本実施例では、上記チャンバー19
及びトーチ11内が大体100Torr〜数100Torrまで排気され
ているので、熱プラズマのフレームＦ′は、トーチ11及
びチャンバー19内において、軸方向に長く、且つ先端部
に行くに従い広がる。この傾向は本実施例のようにY1Ba
2Cu3O7-xの如き高温酸化物超伝導膜の形成の場合に限ら
ず、他の物質の成膜の場合にも同じ様に現れる。この様
な熱プラズマ中で混合粉末の蒸気を構成する原子又は分
子と解離した酸素ガスとの反応が連続的に行われ、例え
ば、MgO製のサブストレート22上に構造及び組成の制御
されたY1Ba2Cu3O7-xの膜が形成される。
尚、本発明の成膜方法は蒸気Y1Ba2Cu3O7-xの膜形成に
限らす、種々の混合粉末の蒸気とプラズマガスとの反応
物の膜形成に応用可能である。
限らす、種々の混合粉末の蒸気とプラズマガスとの反応
物の膜形成に応用可能である。
［発明の効果］ 本発明は、大気圧より低い圧力下で熱プラズマを発生
させ、該熱プラズマ中で混合粉末を完全に蒸発させる様
にしているので、軸方向に長く且つ先端に行くに従って
広がる熱プラズマフレーム中で混合粉末を完全に蒸発さ
せることが出来る。その為、該混合粉末の蒸気を成す原
子又は分子とプラズマガスとの反応物が堆積されるサブ
ストレートの配置の自由度が極めて大きくなる。又、そ
れにより、サブストレートとの温度制御が可能となる。
させ、該熱プラズマ中で混合粉末を完全に蒸発させる様
にしているので、軸方向に長く且つ先端に行くに従って
広がる熱プラズマフレーム中で混合粉末を完全に蒸発さ
せることが出来る。その為、該混合粉末の蒸気を成す原
子又は分子とプラズマガスとの反応物が堆積されるサブ
ストレートの配置の自由度が極めて大きくなる。又、そ
れにより、サブストレートとの温度制御が可能となる。
第１図は本発明の成膜方法の一実施例として示した熱プ
ラズマ成膜装置の概略図、第２図は従来のフラッシュ蒸
着方法を説明する為のもの、第３図は最近提案された大
気圧中における高周波熱プラズ蒸発法を説明する為のも
のである。 11:トーチ、12A:下部導入口、12B:上部導入口、13:高周
波誘導コイル、14:高周波電源、15:フランジ、16:成膜
用粉末導入管、17:プラズマ発生用ガス導入管、18:シー
スガス導入管、19:チャンバー、20:排気管、21:排気機
構、22:サブストレート、23:支持台
ラズマ成膜装置の概略図、第２図は従来のフラッシュ蒸
着方法を説明する為のもの、第３図は最近提案された大
気圧中における高周波熱プラズ蒸発法を説明する為のも
のである。 11:トーチ、12A:下部導入口、12B:上部導入口、13:高周
波誘導コイル、14:高周波電源、15:フランジ、16:成膜
用粉末導入管、17:プラズマ発生用ガス導入管、18:シー
スガス導入管、19:チャンバー、20:排気管、21:排気機
構、22:サブストレート、23:支持台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 三浦 悟 審判官 高梨 操 審判官 能美 知康 (56)参考文献 特開 昭64−47850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−235466（ＪＰ，Ａ) 日本金属学会誌 第49巻 第６号 （1985） Ｐ．451−456
Claims (1)
- 【請求項１】大気圧より低い圧力下で熱プラズマを発生
させ、該熱プラズマ中で混合粉末を完全に蒸発させ、該
混合粉末の蒸気を構成する原子又は分子とプラズマガス
との反応物をサブストレート上に膜状に堆積させる熱プ
ラズマ成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086637A JP2806548B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | 熱プラズマ蒸発法による成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086637A JP2806548B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | 熱プラズマ蒸発法による成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02267259A JPH02267259A (ja) | 1990-11-01 |
| JP2806548B2 true JP2806548B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=13892536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1086637A Expired - Lifetime JP2806548B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | 熱プラズマ蒸発法による成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2806548B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19742619C1 (de) * | 1997-09-26 | 1999-01-28 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Einbringung pulverförmiger Feststoffe oder Flüssigkeiten in ein induktiv gekoppeltes Plasma |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6447850A (en) * | 1987-08-14 | 1989-02-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Manufacture of thermoelement |
-
1989
- 1989-04-05 JP JP1086637A patent/JP2806548B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本金属学会誌 第４９巻 第６号 （１９８５） Ｐ．４５１−４５６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02267259A (ja) | 1990-11-01 |
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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