JPH05239654A - レーザ補助による化学蒸着法 - Google Patents
レーザ補助による化学蒸着法Info
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- JPH05239654A JPH05239654A JP4313872A JP31387292A JPH05239654A JP H05239654 A JPH05239654 A JP H05239654A JP 4313872 A JP4313872 A JP 4313872A JP 31387292 A JP31387292 A JP 31387292A JP H05239654 A JPH05239654 A JP H05239654A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 （部分的）真空内で行われるレーザ補助によ
る化学蒸着法に於て、被覆されるべきターゲット面を有
する物品の寸法に関する制約を低減し、同時に、生産速
度及び蒸着装置全体の利用効率を高める。 【構成】 蒸着装置(20)を、反応室容器(22)と、容器(2
2)を囲繞する環境制御室(24)で構成する。真空引き(50,
48) された容器(22)の内部に反応性気体(52,54,56)及び
レーザ光(42)が導入される。反応性気体雲(56)はレーザ
光(42)で励起されてイオン性反応生成物流(70)となり、
スカート(71)内の物品(26)のターゲット面(28)へ向けて
静電(64)的に加速される。スカート(71)内には、上記反
応生成物(70)と反応して析出する別種の気体(88,86) も
導入される。被覆析出は、部分的真空とされる反応室(2
2)外で行われ、物品の搬出入が容易となる。
る化学蒸着法に於て、被覆されるべきターゲット面を有
する物品の寸法に関する制約を低減し、同時に、生産速
度及び蒸着装置全体の利用効率を高める。 【構成】 蒸着装置(20)を、反応室容器(22)と、容器(2
2)を囲繞する環境制御室(24)で構成する。真空引き(50,
48) された容器(22)の内部に反応性気体(52,54,56)及び
レーザ光(42)が導入される。反応性気体雲(56)はレーザ
光(42)で励起されてイオン性反応生成物流(70)となり、
スカート(71)内の物品(26)のターゲット面(28)へ向けて
静電(64)的に加速される。スカート(71)内には、上記反
応生成物(70)と反応して析出する別種の気体(88,86) も
導入される。被覆析出は、部分的真空とされる反応室(2
2)外で行われ、物品の搬出入が容易となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、反応生成物を物体表面
上に析出する際のレーザ及び光子エネルギーの使用法に
関し、更に詳細には、反応性の種を生成しこれを析出す
る為の装置及びプロセスに関する。
上に析出する際のレーザ及び光子エネルギーの使用法に
関し、更に詳細には、反応性の種を生成しこれを析出す
る為の装置及びプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】反応性気体のレーザ誘起分解法は、物体
表面上に材料を析出する為の公知の手法である。この技
術に於ては、レーザ光線は化学反応性の種を含む蒸気を
貫く方向に導かれる。レーザ光線のエネルギーがこの反
応性の種の化学反応或いは分解を活性化することによ
り、反応生成物が形成される。条件が適切であれば、反
応生成物は対象となる表面の上に析出する。
表面上に材料を析出する為の公知の手法である。この技
術に於ては、レーザ光線は化学反応性の種を含む蒸気を
貫く方向に導かれる。レーザ光線のエネルギーがこの反
応性の種の化学反応或いは分解を活性化することによ
り、反応生成物が形成される。条件が適切であれば、反
応生成物は対象となる表面の上に析出する。
【０００３】この方法による被覆或いは被膜層の析出
は、典型的には析出容器の内部で達成される。ターゲッ
ト面を析出容器の内部に載置し、但し、析出を開始する
に先立ってこの容器を部分的真空にしておく。部分的真
空が通常必要とされるのは、周囲気圧があまりに高いと
析出以前に反応生成物が再結合してしまう可能性がある
からである。
は、典型的には析出容器の内部で達成される。ターゲッ
ト面を析出容器の内部に載置し、但し、析出を開始する
に先立ってこの容器を部分的真空にしておく。部分的真
空が通常必要とされるのは、周囲気圧があまりに高いと
析出以前に反応生成物が再結合してしまう可能性がある
からである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、レーザ誘
起析出法(laser-induced deposition)は大きな潜在的可
能性を持った一般的方法であるが、この方法に付随する
制約により、その可能性を十分生かしきることが出来な
かった。即ち、被覆しようとする表面或いは部分を真空
容器の内部に載置する必要があること、又、その真空容
器を排気する必要があることの故に、生産速度が遅くな
る。更には、その真空容器は表面を被覆しようとする部
材を収納するだけの十分な広さがなければならないの
で、実際の多くの現場では被覆すべき部材の寸法が事実
上制限されてしまう。しかも、この方法を用いた場合に
は反応性気体からの析出速度が遅くなる傾向にあること
が観察されており、生産速度及び装置の利用効率が更に
制限されてしまう。
起析出法(laser-induced deposition)は大きな潜在的可
能性を持った一般的方法であるが、この方法に付随する
制約により、その可能性を十分生かしきることが出来な
かった。即ち、被覆しようとする表面或いは部分を真空
容器の内部に載置する必要があること、又、その真空容
器を排気する必要があることの故に、生産速度が遅くな
る。更には、その真空容器は表面を被覆しようとする部
材を収納するだけの十分な広さがなければならないの
で、実際の多くの現場では被覆すべき部材の寸法が事実
上制限されてしまう。しかも、この方法を用いた場合に
は反応性気体からの析出速度が遅くなる傾向にあること
が観察されており、生産速度及び装置の利用効率が更に
制限されてしまう。
【０００５】レーザ誘起析出技術を用いた被膜、被膜
層、及び、薄膜の析出を行なう為の改良法が必要とされ
ている。本発明はこの必要性を十分に満たし、更には関
連した利点をも提供するものである。
層、及び、薄膜の析出を行なう為の改良法が必要とされ
ている。本発明はこの必要性を十分に満たし、更には関
連した利点をも提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面上へのレ
ーザ補助による被覆及び被膜層の析出を達成する為の方
法及び装置を提供する。本発明の方法は、反応条件及び
析出条件を最適化すると共に被覆しようとする物品の生
産能率（スループット）を高めることによって、優れた
プロセス利用効率及び経済性を提供するものである。
又、広範囲に亙る種類の被膜を析出することが可能であ
る。
ーザ補助による被覆及び被膜層の析出を達成する為の方
法及び装置を提供する。本発明の方法は、反応条件及び
析出条件を最適化すると共に被覆しようとする物品の生
産能率（スループット）を高めることによって、優れた
プロセス利用効率及び経済性を提供するものである。
又、広範囲に亙る種類の被膜を析出することが可能であ
る。
【０００７】本発明によると、ターゲット面での材料の
レーザ補助析出を実施する為の装置は、透過窓と、当該
反応室容器の器壁に設けられた反応生成物放出ノズルと
を有する反応室容器(reaction chamber enclosure)を備
えて成る。更にこの装置には、反応性気体を反応室容器
の内部に導入する手段、及び、反応室容器の内部を部分
的に真空化する手段が備えられている。レーザ装置は、
自らの発生した光線が上記窓を通じて反応室容器の内部
へと方向付けられるような位置に載置される。又、反応
室容器の内部から上記の反応生成物放出ノズルを通して
イオン化した気体状の反応生成物の流れを導き出す為の
手段も備えられている。
レーザ補助析出を実施する為の装置は、透過窓と、当該
反応室容器の器壁に設けられた反応生成物放出ノズルと
を有する反応室容器(reaction chamber enclosure)を備
えて成る。更にこの装置には、反応性気体を反応室容器
の内部に導入する手段、及び、反応室容器の内部を部分
的に真空化する手段が備えられている。レーザ装置は、
自らの発生した光線が上記窓を通じて反応室容器の内部
へと方向付けられるような位置に載置される。又、反応
室容器の内部から上記の反応生成物放出ノズルを通して
イオン化した気体状の反応生成物の流れを導き出す為の
手段も備えられている。
【０００８】本発明の方法によると、少なくとも一種の
反応物種のレーザ誘起化学反応は、反応室の内部に於て
達成されるが、反応生成物の析出は、反応室の外部に於
て生起する。少なくとも一種の反応物種は反応室容器の
内部に注入される。その他の種は必要に応じて気体混合
物としてターゲット面の近辺に導入され得る。反応物種
は、反応室に備わった窓を通って反応室内部に差し込む
レーザ光線のエネルギーにより励起される。選択による
が、望ましいものとして、レーザ補助による反応を加速
する為に、反応室中に当該反応用の触媒が提供される。
触媒を用いる場合は、これをレーザ光線或いは補助加熱
装置により加熱することが出来る。
反応物種のレーザ誘起化学反応は、反応室の内部に於て
達成されるが、反応生成物の析出は、反応室の外部に於
て生起する。少なくとも一種の反応物種は反応室容器の
内部に注入される。その他の種は必要に応じて気体混合
物としてターゲット面の近辺に導入され得る。反応物種
は、反応室に備わった窓を通って反応室内部に差し込む
レーザ光線のエネルギーにより励起される。選択による
が、望ましいものとして、レーザ補助による反応を加速
する為に、反応室中に当該反応用の触媒が提供される。
触媒を用いる場合は、これをレーザ光線或いは補助加熱
装置により加熱することが出来る。
【０００９】反応室は部分的真空状態に保たれる。部分
的真空によって反応生成物の再結合速度が遅くなり、故
に、ターゲット面上に析出すべき反応生成物の分圧が増
大する。但し、部分的真空にすると、反応生成物放出ノ
ズル（開口部）を通じて正味量の気体が反応室中に流入
することにもなり、故に、反応生成種が反応室の内部か
ら流出し得なくなる。
的真空によって反応生成物の再結合速度が遅くなり、故
に、ターゲット面上に析出すべき反応生成物の分圧が増
大する。但し、部分的真空にすると、反応生成物放出ノ
ズル（開口部）を通じて正味量の気体が反応室中に流入
することにもなり、故に、反応生成種が反応室の内部か
ら流出し得なくなる。
【００１０】そこで、イオン化した反応生成物を反応室
から流出させるには、反応室の内部とターゲット面との
間に電位差を加える。加えられる電圧は流出を達成する
のに必要なだけ高く設定してよいが、典型的には数百ボ
ルトか或いはそれ以下しか要求されない。内部側の電極
は簡便にはスクリーン或いは網状体として供給され、選
択的に触媒材料をこの上に析出しておく。一方、処理す
べき表面を有する物品を外部側の電極として使用する。
又、この物品に向けてイオン性反応生成物を加速し易く
する為に、反応室の内側の、内部側電極と物品との間の
位置に、スクリーン或いは網状の流出用電極を載置する
と好適である。
から流出させるには、反応室の内部とターゲット面との
間に電位差を加える。加えられる電圧は流出を達成する
のに必要なだけ高く設定してよいが、典型的には数百ボ
ルトか或いはそれ以下しか要求されない。内部側の電極
は簡便にはスクリーン或いは網状体として供給され、選
択的に触媒材料をこの上に析出しておく。一方、処理す
べき表面を有する物品を外部側の電極として使用する。
又、この物品に向けてイオン性反応生成物を加速し易く
する為に、反応室の内側の、内部側電極と物品との間の
位置に、スクリーン或いは網状の流出用電極を載置する
と好適である。
【００１１】ターゲット面を有する物品は反応室の外部
に載置される。好適具体例に於ては、レーザ装置、レー
ザ透過窓、及び、反応生成物放出ノズルを一直線上に並
べる。こうすると、化学分解反応を誘導したのと同じレ
ーザ光線が反応室を完全に通り抜けてターゲット面上に
当たりこれを加熱する。励起したイオン性反応生成物の
流れは、反応生成物放出ノズルから流出し、ターゲット
である加熱された表面に到り、その表面上に析出する。
に載置される。好適具体例に於ては、レーザ装置、レー
ザ透過窓、及び、反応生成物放出ノズルを一直線上に並
べる。こうすると、化学分解反応を誘導したのと同じレ
ーザ光線が反応室を完全に通り抜けてターゲット面上に
当たりこれを加熱する。励起したイオン性反応生成物の
流れは、反応生成物放出ノズルから流出し、ターゲット
である加熱された表面に到り、その表面上に析出する。
【００１２】ターゲット面の置かれた領域は、反応室の
内部の気圧よりも高圧に保たれる方が望ましい。という
のは、気圧が高い方が析出の速度及び効率は増大するか
らである。しかしながら多くの場合、析出の最中にはタ
ーゲット面が大気に晒されない方が望ましい。というの
は、析出しつつある反応種と空気中の酸素とが反応し
て、不都合な酸素含有被膜を形成する可能性があるから
である。そこで、ターゲット面上の雰囲気を制御する方
法が幾つか使用される。好適な技術の一つは、ターゲッ
ト面部、及び、反応室に設けられた反応生成物放出ノズ
ル部の周囲に、環境制御室を提供するというものであ
る。もう一つの方法として、反応生成気体の流れを囲繞
する囲い板(shroud)或いはスカート(skirt) を用いるも
のがある。
内部の気圧よりも高圧に保たれる方が望ましい。という
のは、気圧が高い方が析出の速度及び効率は増大するか
らである。しかしながら多くの場合、析出の最中にはタ
ーゲット面が大気に晒されない方が望ましい。というの
は、析出しつつある反応種と空気中の酸素とが反応し
て、不都合な酸素含有被膜を形成する可能性があるから
である。そこで、ターゲット面上の雰囲気を制御する方
法が幾つか使用される。好適な技術の一つは、ターゲッ
ト面部、及び、反応室に設けられた反応生成物放出ノズ
ル部の周囲に、環境制御室を提供するというものであ
る。もう一つの方法として、反応生成気体の流れを囲繞
する囲い板(shroud)或いはスカート(skirt) を用いるも
のがある。
【００１３】環境制御室（或いは囲い板）は、析出の地
点での更なる化学反応を一切回避する為に、アルゴンの
如き不活性ガスでこれを充填することが出来る。代わり
に、反応室からの反応生成物流中の励起イオン性種と析
出地点でそれ自身が反応し得る気体、例えば窒素、で囲
い板を充填することも出来る。例えば、本発明の応用例
の一つに於ては、励起した反応生成物はチタンイオンで
あり雰囲気は窒素である。チタンイオンは窒素原子と析
出地点に於て反応し、硬質表面被膜材料である窒化チタ
ンを形成しこれを析出する。仮りに窒素を反応ガス流の
一部として反応室の内部にて供給したとすると、窒化チ
タンが反応室の内側で形成されてしまい、これを静電的
に流出させることは出来なくなる。
点での更なる化学反応を一切回避する為に、アルゴンの
如き不活性ガスでこれを充填することが出来る。代わり
に、反応室からの反応生成物流中の励起イオン性種と析
出地点でそれ自身が反応し得る気体、例えば窒素、で囲
い板を充填することも出来る。例えば、本発明の応用例
の一つに於ては、励起した反応生成物はチタンイオンで
あり雰囲気は窒素である。チタンイオンは窒素原子と析
出地点に於て反応し、硬質表面被膜材料である窒化チタ
ンを形成しこれを析出する。仮りに窒素を反応ガス流の
一部として反応室の内部にて供給したとすると、窒化チ
タンが反応室の内側で形成されてしまい、これを静電的
に流出させることは出来なくなる。
【００１４】本発明の方法によれば、反応室を最適条件
下で連続的に運転することが可能になる。ターゲット面
を有する物品は、反応生成物放出ノズルに対向する位置
に運ばれて来て、必要な処理を受け、析出装置はそのま
まの状態で運転を続けながら物品の方を取り外すことが
出来る。物品の環境制御室中への搬入は容易に達成され
得る。というのは、環境制御室は真空ではないか、或い
は真空であっても穏やかなものなので、ターゲット面の
更新に際しても容易にこの状態を保ち得るからである。
実際の現場では囲い板を用いるとシステム効率が更に高
まる。本発明の他の特徴及び長所は、本発明の原理を例
示的方法により説明した添付図と併せて、好適具体例に
関する以下の詳細な記載内容から明らかとなろう。
下で連続的に運転することが可能になる。ターゲット面
を有する物品は、反応生成物放出ノズルに対向する位置
に運ばれて来て、必要な処理を受け、析出装置はそのま
まの状態で運転を続けながら物品の方を取り外すことが
出来る。物品の環境制御室中への搬入は容易に達成され
得る。というのは、環境制御室は真空ではないか、或い
は真空であっても穏やかなものなので、ターゲット面の
更新に際しても容易にこの状態を保ち得るからである。
実際の現場では囲い板を用いるとシステム効率が更に高
まる。本発明の他の特徴及び長所は、本発明の原理を例
示的方法により説明した添付図と併せて、好適具体例に
関する以下の詳細な記載内容から明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】本発明の方法の特徴に関し、ターゲット面上
に材料を析出する為の方法は、以下の各段階から成る。
即ち、ノズル開口部を有する反応室容器を準備し、次に
反応室容器の内部から部分的かつ連続的に排気し、次
に、部分的真空となった反応室容器に反応性の気体を導
入するのである。析出を達成するには、反応室容器の内
部で反応性の気体をレーザ光線により励起してイオン化
した反応生成気体を生成し、反応室容器の内部と反応室
外部に載置されたターゲット面との間に電圧をかける。
かける電圧は、イオンが十分に大きなエネルギーを得て
ターゲット面に向けて加速され、反応室容器を部分的真
空にした為に生ずる気体の流入に逆らってノズルを通過
するのに十分なだけ高い電圧とする。
に材料を析出する為の方法は、以下の各段階から成る。
即ち、ノズル開口部を有する反応室容器を準備し、次に
反応室容器の内部から部分的かつ連続的に排気し、次
に、部分的真空となった反応室容器に反応性の気体を導
入するのである。析出を達成するには、反応室容器の内
部で反応性の気体をレーザ光線により励起してイオン化
した反応生成気体を生成し、反応室容器の内部と反応室
外部に載置されたターゲット面との間に電圧をかける。
かける電圧は、イオンが十分に大きなエネルギーを得て
ターゲット面に向けて加速され、反応室容器を部分的真
空にした為に生ずる気体の流入に逆らってノズルを通過
するのに十分なだけ高い電圧とする。
【００１６】図１は上記方法の手順を図示したものであ
り、図２は該方法を実施する好適装置を図示したもので
ある。装置20は、反応生成物を形成する為の反応室22、
及び、環境制御室24を備えている。環境制御室24は、析
出の生ずるターゲット面28を有する物品26を受持収容す
る。図示した具体例に於ては、反応室22は環境制御室24
の内部に囲繞されているが、必ずしもこの様にする必要
はない。
り、図２は該方法を実施する好適装置を図示したもので
ある。装置20は、反応生成物を形成する為の反応室22、
及び、環境制御室24を備えている。環境制御室24は、析
出の生ずるターゲット面28を有する物品26を受持収容す
る。図示した具体例に於ては、反応室22は環境制御室24
の内部に囲繞されているが、必ずしもこの様にする必要
はない。
【００１７】反応室22は、器壁30を備えており、図では
これを円筒の形に示してある。円筒の片側の底面には、
レーザ装置34により生成されたエネルギーを透過する為
の窓32がある。レーザ装置34は、この応用法に適切なら
如何なる種類でもよいが、当該好適具体例に於ては出力
約 100ワットのエキシマー(excimer) レーザ装置として
いる。レーザ装置34は光線36を生成し、この光線36の進
路は、図ではレンズ38とされた適切な光学装置により調
節制御されている。そして、光線36は、図では反射鏡40
として模式的に表現された方向制御系により方向を定め
られる。レンズ系38及び方向制御系40はレーザ装置の技
術分野では公知である。系38及び40は、制御済レーザ光
線42を生成する。この光線の使用法については後述す
る。
これを円筒の形に示してある。円筒の片側の底面には、
レーザ装置34により生成されたエネルギーを透過する為
の窓32がある。レーザ装置34は、この応用法に適切なら
如何なる種類でもよいが、当該好適具体例に於ては出力
約 100ワットのエキシマー(excimer) レーザ装置として
いる。レーザ装置34は光線36を生成し、この光線36の進
路は、図ではレンズ38とされた適切な光学装置により調
節制御されている。そして、光線36は、図では反射鏡40
として模式的に表現された方向制御系により方向を定め
られる。レンズ系38及び方向制御系40はレーザ装置の技
術分野では公知である。系38及び40は、制御済レーザ光
線42を生成する。この光線の使用法については後述す
る。
【００１８】反応室22のもう片方の底面では、器壁30が
内側に向けて傾斜して行き、円錐形の反応生成物放出ノ
ズル44を形成している。このノズル44は、環境制御室24
の内部に向けて口を開けた開口部46を有している。ター
ゲット面28は、運転中はノズル44の開口部46に向かい合
って位置付けられる。望ましくは、図示した如く、レー
ザ光線42が窓32を通って反応室22の円筒の軸線に沿って
反応室を出てノズル44の開口部46を通るようにノズル44
及び開口部46を配置する。而る後に、レーザ光線42はタ
ーゲット面28に当たってこれを析出温度まで加熱する。
内側に向けて傾斜して行き、円錐形の反応生成物放出ノ
ズル44を形成している。このノズル44は、環境制御室24
の内部に向けて口を開けた開口部46を有している。ター
ゲット面28は、運転中はノズル44の開口部46に向かい合
って位置付けられる。望ましくは、図示した如く、レー
ザ光線42が窓32を通って反応室22の円筒の軸線に沿って
反応室を出てノズル44の開口部46を通るようにノズル44
及び開口部46を配置する。而る後に、レーザ光線42はタ
ーゲット面28に当たってこれを析出温度まで加熱する。
【００１９】図２では、レンズ系38及び反射鏡系40はレ
ーザ光線42の光線焦点が開口部46の付近になるように設
定されており、これによってレーザ光線の最大出力密度
がこの位置にて生ずる。レンズ系38は、焦点位置がもっ
と反応室22の内側に移動するような位置に調節してもよ
いし、或いは焦点位置が反応室22の外側の位置、更には
ターゲット面28上やもっとその先になるように調節して
もよい。
ーザ光線42の光線焦点が開口部46の付近になるように設
定されており、これによってレーザ光線の最大出力密度
がこの位置にて生ずる。レンズ系38は、焦点位置がもっ
と反応室22の内側に移動するような位置に調節してもよ
いし、或いは焦点位置が反応室22の外側の位置、更には
ターゲット面28上やもっとその先になるように調節して
もよい。
【００２０】反応室22の内部は真空ポンプ50に延びた真
空ライン48を通じて部分的かつ連続的に排気される。望
ましくは、真空ライン48はノズル44の内部或いは隣接位
置から排気を行う。反応室22内の真空度は部分的真空で
あり、典型的には約１乃至10Torr程度とし、ポンプ50と
しては機械的フォアポンプ(forepump)が使用され得る。
空ライン48を通じて部分的かつ連続的に排気される。望
ましくは、真空ライン48はノズル44の内部或いは隣接位
置から排気を行う。反応室22内の真空度は部分的真空で
あり、典型的には約１乃至10Torr程度とし、ポンプ50と
しては機械的フォアポンプ(forepump)が使用され得る。
【００２１】反応性気体は、反応性気体源54から延びた
反応性気体管52を通じて反応室22の内部に導入され、反
応性気体の雲体56を形成する。反応性気体管52は、望ま
しくは、反応室22の軸線の近くの、レーザ光線42の当た
る位置に反応性気体を導く。図示した具体例に於ては、
単一の反応性気体管52が示されている。しかし乍ら、気
体の流路を調節する為に複数本の気体管或いは多岐管を
使用することも可能であり、反応性気体を光線42の経路
に沿った何箇所もの位置に導入することが出来る。
反応性気体管52を通じて反応室22の内部に導入され、反
応性気体の雲体56を形成する。反応性気体管52は、望ま
しくは、反応室22の軸線の近くの、レーザ光線42の当た
る位置に反応性気体を導く。図示した具体例に於ては、
単一の反応性気体管52が示されている。しかし乍ら、気
体の流路を調節する為に複数本の気体管或いは多岐管を
使用することも可能であり、反応性気体を光線42の経路
に沿った何箇所もの位置に導入することが出来る。
【００２２】レーザ光線42のエネルギーによって、反応
性気体雲56中で化学反応が生ずる。この化学反応に於
て、反応物気体分子は反応生成物であるイオン性種に変
換される。化学反応を完了し易くする為に、個々の反応
に適した触媒が使用され得る。この触媒は、典型的に
は、白金の如き貴金属であり、細分割状或いは薄膜状形
態にて提供される。通常、最も簡便なのは、レーザ誘起
化学反応の最中に反応性気体雲56と接触出来るように、
網状スクリーン58の如き固体基材上に触媒を被覆する方
法である。
性気体雲56中で化学反応が生ずる。この化学反応に於
て、反応物気体分子は反応生成物であるイオン性種に変
換される。化学反応を完了し易くする為に、個々の反応
に適した触媒が使用され得る。この触媒は、典型的に
は、白金の如き貴金属であり、細分割状或いは薄膜状形
態にて提供される。通常、最も簡便なのは、レーザ誘起
化学反応の最中に反応性気体雲56と接触出来るように、
網状スクリーン58の如き固体基材上に触媒を被覆する方
法である。
【００２３】真空ライン48により引き起こされる気体流
により、図では矢印60として模式的に示した如く、反応
性気体雲56の気体が真空ライン48の方に引き寄せられ
る。又、矢印62に示した如く、反応室22の外部からも、
開口部46を通して気体が真空ライン48の方に引かれる。
気体流62は、その逆流によって、反応生成気体が反応室
22から開口部46を通って流出するのを防止する役割を果
たす。
により、図では矢印60として模式的に示した如く、反応
性気体雲56の気体が真空ライン48の方に引き寄せられ
る。又、矢印62に示した如く、反応室22の外部からも、
開口部46を通して気体が真空ライン48の方に引かれる。
気体流62は、その逆流によって、反応生成気体が反応室
22から開口部46を通って流出するのを防止する役割を果
たす。
【００２４】イオン性の反応生成気体を、反応室22の内
部から引き出してターゲット面28の付近に押しやるに
は、静電力を用いる。静電圧源64により、反応室22の内
部、詳細には気体雲56と、物品26上のターゲット面28と
の間に適正な静電位が加えられる。例えば、仮りに反応
生成種が正に荷電しているならば、ターゲット面28が反
応室22の内部に比して、より負に荷電するように、静電
位を加える。
部から引き出してターゲット面28の付近に押しやるに
は、静電力を用いる。静電圧源64により、反応室22の内
部、詳細には気体雲56と、物品26上のターゲット面28と
の間に適正な静電位が加えられる。例えば、仮りに反応
生成種が正に荷電しているならば、ターゲット面28が反
応室22の内部に比して、より負に荷電するように、静電
位を加える。
【００２５】反応室22の内部は、簡便にはスクリーン58
（もしあれば触媒を支持している）を内部電極として用
いることにより荷電される。必要に応じて１個以上の内
部電極を使用することも可能である。図示した具体例に
於ては、流出用電極としての役割を果たすべく、開口部
46の位置に、スクリーン58に比して、より負に荷電した
ドーナツ型円環66を配置すると共に、気体雲56が相対的
に細い流れに集束するように雲56の周囲に静電レンズ68
を配置する。これら種々の構成要素58、66、68は、静電
圧源64を通じて接続される。反応生成物が正にイオン化
した気体生成物であるとき、静電レンズ68の極性は第一
に荷電されるスクリーン58と同じく、より正に荷電すべ
きである。正に荷電した気体に関しては、スクリーン58
とレンズ68、そして円環66の相互関係により、気体が細
い気体流70或いは正イオンの線束として集束し、ノズル
44を通って加工片ターゲット面28に向けて加速される。
（もしあれば触媒を支持している）を内部電極として用
いることにより荷電される。必要に応じて１個以上の内
部電極を使用することも可能である。図示した具体例に
於ては、流出用電極としての役割を果たすべく、開口部
46の位置に、スクリーン58に比して、より負に荷電した
ドーナツ型円環66を配置すると共に、気体雲56が相対的
に細い流れに集束するように雲56の周囲に静電レンズ68
を配置する。これら種々の構成要素58、66、68は、静電
圧源64を通じて接続される。反応生成物が正にイオン化
した気体生成物であるとき、静電レンズ68の極性は第一
に荷電されるスクリーン58と同じく、より正に荷電すべ
きである。正に荷電した気体に関しては、スクリーン58
とレンズ68、そして円環66の相互関係により、気体が細
い気体流70或いは正イオンの線束として集束し、ノズル
44を通って加工片ターゲット面28に向けて加速される。
【００２６】イオン性生成気体流70は、ノズル44から出
て更に加速されてターゲット面28に向かう。この気体流
70の周囲に、ノズル44とターゲット面28との間の経路の
全体或いは一部に広がったスカート或いは囲い板71を設
置することによって、気体流70の流れ方を限定すると共
に所望されない気体の侵入を最小限にすることが出来
る。
て更に加速されてターゲット面28に向かう。この気体流
70の周囲に、ノズル44とターゲット面28との間の経路の
全体或いは一部に広がったスカート或いは囲い板71を設
置することによって、気体流70の流れ方を限定すると共
に所望されない気体の侵入を最小限にすることが出来
る。
【００２７】物品26及びターゲット面28は、必要に応じ
て軌道上か或いは他の機構により移動する支持台72の上
に搭載される。最も一般的な場合では、所望の析出角度
が如何なるものでも十分に対応出来る様に、ターゲット
面28は並進及び枢動の両様の動きを行う。支持台72は軌
道76に沿って移動する搬送台74の上に搭載され、環境制
御室24の器壁80に設けられた扉78から物品26が出入り出
来るものとする。ロック機構或いは連続的運搬系は、要
望に応じて提供され得る。重要なのは、環境制御室24の
内部に新しい物品を搬入し、被膜された物品を環境制御
室から取り出すことは、反応室22自体に物品の出し入れ
を行なうことよりも遥かに容易だということである。
て軌道上か或いは他の機構により移動する支持台72の上
に搭載される。最も一般的な場合では、所望の析出角度
が如何なるものでも十分に対応出来る様に、ターゲット
面28は並進及び枢動の両様の動きを行う。支持台72は軌
道76に沿って移動する搬送台74の上に搭載され、環境制
御室24の器壁80に設けられた扉78から物品26が出入り出
来るものとする。ロック機構或いは連続的運搬系は、要
望に応じて提供され得る。重要なのは、環境制御室24の
内部に新しい物品を搬入し、被膜された物品を環境制御
室から取り出すことは、反応室22自体に物品の出し入れ
を行なうことよりも遥かに容易だということである。
【００２８】環境制御室24中の雰囲気は、反応室22中の
雰囲気とは独立に制御され得る。環境制御室24の内部か
ら気体を除去する為に、真空ポンプ84に通ずる真空ライ
ン82が提供される。環境制御室24の内部に気体を導入
し、且つ／又は、囲い板71の内部に気体を導入する為
に、気体源88から延びた気体供給管86が配備される。タ
ーゲット面28は、好適にはレーザ光線42により加熱され
る。イオン性生成気体は加熱されたターゲット面28に接
触すると、面28上で固体として析出し、速やかに冷却し
て被覆或いは被膜層を形成する。ターゲット面28を加熱
する為のエネルギー源としてレーザ光線を使用すると、
表面の強く加熱された部分にだけイオン性生成気体の被
膜が析出する。斯くして、物品26と光線42との相対的位
置を制御することによって、析出する反応生成物を以て
ターゲット面28の上にパターンを描くことが出来る。
雰囲気とは独立に制御され得る。環境制御室24の内部か
ら気体を除去する為に、真空ポンプ84に通ずる真空ライ
ン82が提供される。環境制御室24の内部に気体を導入
し、且つ／又は、囲い板71の内部に気体を導入する為
に、気体源88から延びた気体供給管86が配備される。タ
ーゲット面28は、好適にはレーザ光線42により加熱され
る。イオン性生成気体は加熱されたターゲット面28に接
触すると、面28上で固体として析出し、速やかに冷却し
て被覆或いは被膜層を形成する。ターゲット面28を加熱
する為のエネルギー源としてレーザ光線を使用すると、
表面の強く加熱された部分にだけイオン性生成気体の被
膜が析出する。斯くして、物品26と光線42との相対的位
置を制御することによって、析出する反応生成物を以て
ターゲット面28の上にパターンを描くことが出来る。
【００２９】ターゲット面28上に析出した被膜層の組成
を決定するのは、反応性気体、（もしあれば）触媒、反
応室22内部の雰囲気、及び、囲い板71内部の雰囲気であ
る。従来のレーザ誘導析出システムに使用される斯かる
反応系は当技術分野では多数知られており、これらの反
応系は、本発明に於ても使用可能である。例示的具体例
は、本発明の方法を理解する参考となる。興味深い例の
一つに於ては、反応性気体管52を通して導入される反応
性気体は四塩化チタンである。白金触媒の存在下でエキ
シマーレーザ光線により励起され、四塩化チタンは分解
してチタンイオンＴｉ(+4)を生成する。このチタンイオ
ンは電源64の働きによりターゲット面28に向けて加速さ
れるが、このとき電源64は、物品26がスクリーン58より
も負に荷電するような電位を生成する。環境制御室24の
内部は、まず排気され、次に気体源88からの窒素ガス流
により充填される。加熱されたターゲット面28に於て、
窒素ガスはチタンイオンと反応し、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）がターゲット面の上に被膜として析出する。
を決定するのは、反応性気体、（もしあれば）触媒、反
応室22内部の雰囲気、及び、囲い板71内部の雰囲気であ
る。従来のレーザ誘導析出システムに使用される斯かる
反応系は当技術分野では多数知られており、これらの反
応系は、本発明に於ても使用可能である。例示的具体例
は、本発明の方法を理解する参考となる。興味深い例の
一つに於ては、反応性気体管52を通して導入される反応
性気体は四塩化チタンである。白金触媒の存在下でエキ
シマーレーザ光線により励起され、四塩化チタンは分解
してチタンイオンＴｉ(+4)を生成する。このチタンイオ
ンは電源64の働きによりターゲット面28に向けて加速さ
れるが、このとき電源64は、物品26がスクリーン58より
も負に荷電するような電位を生成する。環境制御室24の
内部は、まず排気され、次に気体源88からの窒素ガス流
により充填される。加熱されたターゲット面28に於て、
窒素ガスはチタンイオンと反応し、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）がターゲット面の上に被膜として析出する。
【００３０】その他の例示的具体例には、次の如きもの
がある。即ち、四塩化ケイ素とメタンガスとから炭化ケ
イ素を析出するもの；六フッ化タングステンとメタンガ
スとから炭化タングステンを析出するもの；三フッ化ホ
ウ素からホウ化物を析出するもの、等である。本発明
は、表面被覆技術の分野の進歩に大きく寄与するもので
ある。本発明を特定の具体例と関連させて記載したが、
関連分野の業者であれば、添付の請求項に示された本発
明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明に変更を
加え得ることを理解するだろう。
がある。即ち、四塩化ケイ素とメタンガスとから炭化ケ
イ素を析出するもの；六フッ化タングステンとメタンガ
スとから炭化タングステンを析出するもの；三フッ化ホ
ウ素からホウ化物を析出するもの、等である。本発明
は、表面被覆技術の分野の進歩に大きく寄与するもので
ある。本発明を特定の具体例と関連させて記載したが、
関連分野の業者であれば、添付の請求項に示された本発
明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明に変更を
加え得ることを理解するだろう。
【図１】本発明の方法のフローダイヤグラムである
【図２】本発明の析出装置の側断面図である
20 本発明による化学蒸着装置 22 反応生成物を形成する為の反応室容器 24 環境制御室 26 物品 28 ターゲット面 30 反応室の器壁 32 レーザ光線透過窓 34 レーザ装置 36 レーザ光線 38 レンズ 40 反射鏡 42 レーザ光線 44 反応生成物放出ノズル（円錐形） 46 開口部 48 真空ライン 50 真空ポンプ 52 反応性気体管 54 反応性気体源 56 反応性気体雲 58 スクリーン 60 真空ライン48への気体雲５６の運動方向 62 真空ライン48への雰囲気気体の運動方向 64 静電圧源 66 ドーナツ型円環 68 静電レンズ 70 イオン性生成気体流 71 スカート或いは囲い板 72 支持台 74 搬送台 76 軌道 78 扉 80 環境制御室24の器壁 82 真空ライン 84 真空ポンプ 86 気体供給管 88 環境制御室24用の気体源
Claims (17)
- 【請求項１】 レーザ補助により材料をターゲット面に
析出せしめる為の装置であって、 透過窓、及び、当該反応室容器の器壁に設けられた反応
生成物放出ノズルを備えた反応室容器と、 上記反応室容器の内部へ反応性気体を導入する手段と、 上記反応室容器の内部を部分的に真空化する手段と、 レーザ装置であって、これにより生成された光線が上記
窓を通じて上記反応室容器の内部へ導かれるように位置
決めされたレーザ装置と、 上記反応生成物放出ノズルを通じ、上記反応室容器の内
部からイオン化した気体状の反応生成物の流れを導出す
る手段と、 から成る装置。 - 【請求項２】 前記導入手段を通して前記反応室容器中
に導入された反応性気体中での化学反応を触媒する、上
記反応室容器中の触媒、を更に備えて成る請求項１の装
置。 - 【請求項３】 前記導出手段は前記反応室容器の内部と
前記ターゲット面との間の電位差生成手段を備えてい
る、請求項１の装置。 - 【請求項４】 前記反応生成物放出ノズルから前記ター
ゲット面に亙る析出経路を囲繞する密封型囲い板を更に
備えている、請求項１の装置。 - 【請求項５】 前記ターゲット面と、前記反応室容器の
少なくとも一部とを囲繞する環境制御室を更に備えた請
求項１の装置。 - 【請求項６】 前記ターゲット面の近傍に付加的な反応
性気体を導入する為の手段を更に備えた請求項１の装
置。 - 【請求項７】 前記窓から前記反応室容器の内部に導か
れた前記光線が、前記反応生成物放出ノズルを通って上
記反応室容器から出て行ける様に、上記窓及び上記反応
生成物放出ノズルは整列されている、請求項１の装置。 - 【請求項８】 前記ターゲット面を前記反応室容器の内
部より高い分圧に保持する手段を更に備えた請求項１の
装置。 - 【請求項９】 レーザ補助により材料をターゲット面に
析出せしめる為の装置であって、 窓を備えた反応室容器と、 上記反応室容器の内部へ反応性気体を導入する手段と、 上記反応室容器の内部を部分的に真空化する手段と、 レーザ装置であって、これにより生成された光線が上記
窓を通じて上記反応室容器の内部へ導かれるように位置
決めされたレーザ装置と、 上記反応室容器の内部から、イオン化した気体状反応生
成物の流れをターゲット面に向けて生起する為の手段で
あって、 上記反応室容器の器壁を貫通するノズルと、 上記反応室容器の内部の電極と、 上記反応室容器の内部のイオンを上記ターゲット面に向
けて加速すべく、上記電極と上記ターゲット面との間に
電位を加える電源と、から成る生起手段と、 を備えて成る装置。 - 【請求項１０】 前記電極上には触媒が支持されてい
る、請求項９の装置。 - 【請求項１１】 前記電極はスクリーンである、請求項
９の装置。 - 【請求項１２】 前記ターゲット面を囲繞する環境制御
室を更に備えた請求項９の装置。 - 【請求項１３】 前記イオン化気体の流れが前記反応室
容器を通過するときに、これを集束する為の手段を更に
備えた請求項９の装置。 - 【請求項１４】 前記レーザ装置の前記光線を集束する
為の手段を更に備えた請求項９の装置。 - 【請求項１５】 前記レーザ光線に対して前記ターゲッ
ト面を相対的に移動する為の手段を更に備えた請求項９
の装置。 - 【請求項１６】 前記反応室容器の内部に少なくとも第
二の電極を更に備えた請求項９の装置。 - 【請求項１７】 前記イオン化した反応生成物を集束さ
せる為の静電レンズを更に備えた請求項９の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US802987 | 1985-11-29 | ||
| US07/802,987 US5174826A (en) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | Laser-assisted chemical vapor deposition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05239654A true JPH05239654A (ja) | 1993-09-17 |
| JP2589033B2 JP2589033B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=25185259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4313872A Expired - Fee Related JP2589033B2 (ja) | 1991-12-06 | 1992-11-25 | レーザ補助による化学蒸着法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5174826A (ja) |
| JP (1) | JP2589033B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160135049A (ko) * | 2015-05-15 | 2016-11-24 | 고려대학교 산학협력단 | 국부 원자층 선택 박막 증착 장치 |
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| US5731046A (en) * | 1994-01-18 | 1998-03-24 | Qqc, Inc. | Fabrication of diamond and diamond-like carbon coatings |
| US5554415A (en) * | 1994-01-18 | 1996-09-10 | Qqc, Inc. | Substrate coating techniques, including fabricating materials on a surface of a substrate |
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