JPH02267259A - 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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- JPH02267259A JPH02267259A JP1086637A JP8663789A JPH02267259A JP H02267259 A JPH02267259 A JP H02267259A JP 1086637 A JP1086637 A JP 1086637A JP 8663789 A JP8663789 A JP 8663789A JP H02267259 A JPH02267259 A JP H02267259A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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、若しくは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。
成する原子又は分子、若しくは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。
[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。
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ターゲット上に
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。
かし、該溶融した物質をサブストレートターゲット上に
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。
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。
即ち、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。
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。
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
プラズマ中で粉状の物質を蒸発させ、該蒸気を構成する
原子又は分子、若しくは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
堆積させる様にした。
、大気圧より低い圧力下で熱プラズマを発生させ、該熱
プラズマ中で粉状の物質を蒸発させ、該蒸気を構成する
原子又は分子、若しくは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。
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。
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。
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、TiN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。
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1
1内を、大気圧より低い圧力に排気する。
1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。
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1
7、シースガス導入管18を通じて窒素ガスをトーチ1
1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。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を通じて粉末Ti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
、該導入された粉末Ti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
質の物性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事は難しく
、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、TfNの蒸発粒子をターゲットに付着さ
せる場合、粉末Tiの粒径が30μm1該粉末Tiの導
入速度が20g/minの時、100KW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内が大体数100To r r前後程度に排
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
様にTiNの成膜の場合に限らず、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、粉末
Tiの蒸発と、該蒸発粒子と解離した窒素ガスとの反応
とが連続的に行なわれ、サブストレート22上にTiN
の膜が形成される。
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1
7、シースガス導入管18を通じて窒素ガスをトーチ1
1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。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を通じて粉末Ti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
、該導入された粉末Ti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
質の物性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事は難しく
、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、TfNの蒸発粒子をターゲットに付着さ
せる場合、粉末Tiの粒径が30μm1該粉末Tiの導
入速度が20g/minの時、100KW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内が大体数100To r r前後程度に排
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
様にTiNの成膜の場合に限らず、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、粉末
Tiの蒸発と、該蒸発粒子と解離した窒素ガスとの反応
とが連続的に行なわれ、サブストレート22上にTiN
の膜が形成される。
尚、本発明の成膜方法は上記TiNの膜形成に限らず、
種々の膜形成に応用可能である。例えば、Y、Ba2C
u、O□−エの如き高温酸化物超伝導膜を形成する場合
には、チャンバー19及びトーチ11内を、大体100
torr〜数100Torrまで排気しておき、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、45KW程度の高周波電力に対
応した高周波電流を高周波誘導コイル12に流し、軸方
向に長く、且つ先端部に行くに従い広がる形状の熱プラ
ズマをトーチ11及びチャンバー19内に発生させる。
種々の膜形成に応用可能である。例えば、Y、Ba2C
u、O□−エの如き高温酸化物超伝導膜を形成する場合
には、チャンバー19及びトーチ11内を、大体100
torr〜数100Torrまで排気しておき、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、45KW程度の高周波電力に対
応した高周波電流を高周波誘導コイル12に流し、軸方
向に長く、且つ先端部に行くに従い広がる形状の熱プラ
ズマをトーチ11及びチャンバー19内に発生させる。
そして、Y、O,、BaCo、、CuOの混合粉末(粒
径が30μm以下)を粉末供給機構(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。この際の混合粉末の導入速度は1
0〜1000mg/min程度である。この様にして、
前記熱プラズマ中で混合粉末の蒸気と、その蒸気を構成
する原子若しくは分子と解離した酸素ガスとの反応とが
連続的に行なわれ、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YI Ba2 Cu
s 07− xの膜が形成される。
径が30μm以下)を粉末供給機構(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。この際の混合粉末の導入速度は1
0〜1000mg/min程度である。この様にして、
前記熱プラズマ中で混合粉末の蒸気と、その蒸気を構成
する原子若しくは分子と解離した酸素ガスとの反応とが
連続的に行なわれ、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YI Ba2 Cu
s 07− xの膜が形成される。
[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、該熱プラズマ中で粉状の物質を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粉末状の物質を蒸発させる事が
出来る。その為、蒸気を成す原子又は分子、若しくは該
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、サブストレートの温度制御が可
能となる。
せ、該熱プラズマ中で粉状の物質を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粉末状の物質を蒸発させる事が
出来る。その為、蒸気を成す原子又は分子、若しくは該
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マ蒸発法を説明する為の
ものある。 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:支持台特許出願
人 吉 1)豊 信 日本電子株式会社
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マ蒸発法を説明する為の
ものある。 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:支持台特許出願
人 吉 1)豊 信 日本電子株式会社
Claims (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
ラズマ中で粉状の物質を蒸発させ、該蒸気を構成する原
子又は分子、若しくは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 true JPH02267259A (ja) | 1990-11-01 |
JP2806548B2 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) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999016922A1 (de) * | 1997-09-26 | 1999-04-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zur einbringung pulverförmiger feststoffe in ein plasma |
Citations (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
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2806548B2 (ja) | 1998-09-30 |
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