JPH062940B2 - 基材に対して薄膜を付着する方法 - Google Patents

基材に対して薄膜を付着する方法

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JPH062940B2
JPH062940B2 JP61220272A JP22027286A JPH062940B2 JP H062940 B2 JPH062940 B2 JP H062940B2 JP 61220272 A JP61220272 A JP 61220272A JP 22027286 A JP22027286 A JP 22027286A JP H062940 B2 JPH062940 B2 JP H062940B2
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三郎 岩間
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とする。
(産業上の利用分野)この発明は基材に対して薄膜を付
着する方法に関する。
(従来の技術)従来より基材に対し薄膜を付着させる方
法としては、蒸着法が知られている。
(発明が解決しようとする問題点)しかし、この方法で
は、金属単体の薄膜を形成することは可能であるが、化
合物の薄膜を形成することは非常に難しく、殆ど行われ
ていない。一方、化合物の薄膜を基材に付着させる方法
としては、CVD法(化学気相反応法)が知られてい
る。しかし、この蒸着方法では化学気相反応により生ず
る中間生成物(不純物)が薄膜中に取り込まれるため、
高純度の化合物薄膜を形成することは困難である。ま
た、この方法では基材に比較的高い耐熱度が要求される
為、耐熱度の低い基材を用いることができなかった。
この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもの
で、金属単体は勿論のこと化合物についても高純度の薄
膜を形成することができ、また、耐熱度の高い基材は勿
論のこと低い基材に対しても薄膜を付着させられる方法
を提供しようとするものである。
本願発明の構成は次の通りである。
(問題点を解決する為の手段)本願発明は、搬送ガスを
プラズマ化領域を通してから基材存置領域に至らしめる
過程において、上記プラズマ化領域を通る搬送ガスには
薄膜用の金属微粒子をのせて、該微粒子をプラズマ化領
域において加熱して蒸発させ、その蒸気は上記搬送ガス
にのせて上記基材存置領域に至らしめ、そこで予め存置
させる基材に付着させてその基材に金属又は金属化合物
の薄膜を付着させるようにしたものである。
(作用)搬送ガスはプラズマ化領域を通って基材存置領
域に至る。上記プラズマ化領域を通る搬送ガスに乗せら
れた微粒子は、プラズマ化領域において搬送ガスのプラ
ズマによって加熱され蒸発する。その蒸気は上記基材存
置領域に置かれた基材に接触し、その表面に薄膜となっ
て付着する。
(実施例)以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。第1図に示される装置において、Aは微粒子供給手
段を示す。これにおいて、1は真空容器、2は吸引口で
真空ポンプに接続される。3は弁を示す。4はガス受入
口である。5は原料支持具を示し、容器1に固定された
導電材製の支柱6,6とその上端に取付けた原料支持台
7とから成る。原料支持台7はタングステンの板体(タ
ングステンボードと称される)を用いて形成されてい
る。8は支持台7に乗せられた原料を示す。9は原料の
加熱手段として例示する通電加熱用の電源で、前記支柱
6に接続してある。
次に15は混合室で、弁12を介してガス受入口4に接
続してある。10は搬送ガス供給手段、13は化合物形成用
の反応性ガスの供給手段で、これらは夫々供給量調整用
の弁11,14を介して混合室15に接続してある。
次に16は容器1に一端を接続した流通管で、管内のガス
をプラズマ化する為のマイクロ波エネルギーを管外から
管内へ通すことのできる材料例えばガラス管、石英管等
でもって形成される。31は流通管16内において設定した
プラズマ化領域で、31aはその入口、31bは出口を夫々
示す。32はプラズマ化領域31の出口31bに隣接して設定
した基材存置領域を示す。26は基材支持具で、流通管16
の管壁に矢印方向への進退を自在に挿通してある。27は
シール部材で、上記管壁と支持具26との間のシールをす
る為のものである。28は支持具26の先端に取付けた基材
で、薄膜を付着させる対象物であり、上記基材存置領域
32に位置させてある。尚この基材28は金属或いは非金属
のいずれでもよい。29は流通管16の他端の吸引口で、真
空ポンプに接続される。30は弁を示す。尚上記流通管16
は上記プラズマ化領域31の周囲の部分のみを上記のよう
な材料で形成し、その他の部分は内部の気密の保持が可
能な任意の材料で形成してもよい。
次に17は、プラズマ化領域31に付設のプラズマ化手段と
して例示するマイクロ波印加装置である。これにおい
て、18は空洞共振器で、その大きさは内部においてマイ
クロ波の共振が生じそこに定在波が生ずることのできる
大きさ、例えばマイクロ波の波長と同程度乃至は2倍程
度の大きさに形成してある。20はパワーユニットで、マ
イクロ波発振器21やその発振器の出力を調節する為の出
力制御部22等が備わっている。上記マイクロ波発振器と
しては一例としてマグネトロンが用いてある。
23はアイソレータで、反射マイクロ波を吸収して発振器
21の破損を防止する為に設けられたものであり、水を矢
印で示す如く流通させ得るようになっている。24は電力
モニタで、発振器21から流通管16の側に向かう入射波と
その反対方向に向かう反射波の夫々の電力を監視する為
のものである。
25は整合器(スリースタブチューナと称される)で、空
洞共振器18における共振をとる為に設けられている。尚
マイクロ波発振器の発振周波数は例えば2.45 GHzであ
り、又空洞共振器の共振モードは例えばH01である。
次に上記構成の装置による基材28への薄膜付着処理の一
例として、アルミニウムの薄膜を基材28に付着させる処
理について説明する。この場合、金属の原料8としてア
ルミニウムが原料支持台7に置かれ、搬送ガス供給手段
10からの搬送ガスとしては、アルゴン又はヘリウム等の
不活性ガス若しくはそれらの混合ガスが用いられる。
次に処理の操作としては、先ず弁12,30を閉じる一方弁
3を開いて、真空容器1の内部を真空ポンプにより真空
排気する。次に所定の真空度になったならば弁3を閉じ
る一方弁30を開いて、吸引口29から真空ポンプによる吸
引を行うと共に、弁11,12を適切に開いて搬送ガス供給
手段10から搬送ガスを真空容器1の内部に連続的に供給
する。すると、供給手段10から送り出された搬送ガス
は、微粒子供給手段Aにおける容器1内を通って流通管
16内へ入る。そしてプラズマ化領域31をその入口31aか
ら出口31bへ向けて流通し、更に基材存置領域32を通っ
て吸引口29から真空ポンプへと引かれる。尚上記搬送ガ
スの供給量は、流通管16の内部での搬送ガスのガス圧が
例えば1〜数10Torrとなり、また流通管16の内部での搬
送ガスの流速が3〜30m/秒程度となるようにするのがよ
い。一方、マイクロ波発振器21を作動させてアンテナ21
aから空洞共振器18の内部にマイクロ波を与え、そのマ
イクロ波を流通管16の内部のプラズマ化領域31に及ぼ
す。その結果、プラズマ化領域31においては、そこを流
通する上記搬送ガスがプラズマ化される。尚本件明細書
中においてはプラズマ化手段17からのマイクロ波エネル
ギーによって搬送ガスがプラズマ化される領域をプラズ
マ化領域と呼ぶ。またその領域31において、搬送ガスの
流通方向に対してその最も上流側の箇所を入口31a、最
も下流側の箇所を出口31bと夫々呼ぶ。このプラズマ化
領域31はそこを流通するガスの種類、圧力や、プラズマ
化領域17から及ぼされるマイクロ波のエネルギーの大き
さに応じて、その大きさが大きかったり小さかったりす
る。上記共振器18の内部に与えるマイクロ波のエネルギ
ーは、モニタ24で監視しながら制御部22を調節すること
により、微粒子を搬送ガスのプラズマによって加熱し、
溶融させられるような値にする。他方、電源9から支柱
6,6を介して原料支持台7に通電し、支持台7をそれ
の有する電気抵抗によって発熱させて原料8を加熱す
る。
上記のような操作を行うことにより原料8はそれが置か
れた場所(微粒子生成領域)において順次蒸発し、その
近傍でその原料8の微粒子が生成される。生成された微
粒子(アルミニウムの微粒子)は上記搬送ガスに乗って
浮遊状態で流通管16内に流れ込み、プラズマ化領域31に
至る。このプラズマ化領域31においては、そこに印加さ
れるマイクロ波によってプラズマ密度が所定の密度まで
高くされているから、上記アルミニウムの微粒子はそれ
の融点以上の温度にまで上記搬送ガスのプラズマによっ
て加熱されて溶融し、その結果蒸発して原子状態とな
る。この場合、上記搬送ガスはプラズマ化領域31におい
てはプラズマ化されるが、ガス自体としてはさほど高温
化されていない。上記のようにアルミニウムの微粒子の
蒸発によってできたアルミニウムの蒸気は搬送ガスと共
に基材存置領域32に至り、そこで基材28に接触してその
表面にアルミニウムの薄膜33となって付着する。尚上記
基材存置領域32の場所は、上記のように微粒子の加熱に
よって生じた蒸気が、蒸気の状態を保っている領域内に
おいて設定すれば良いものである。そしてその蒸気の状
態を保っている領域は、原料の材質の違いによる凝固点
の高低の違いによって、プラズマ化領域31及びそこより
もより下流側(搬送ガスの流れの下流側)の領域を含む
場合と、プラズマ化領域31内に限られる場合とがある。
従って前者の場合には、基材存置領域32を本実施例のよ
うにプラズマ化領域31の出口31bに隣接して定めたり、
あるいは上記蒸気の状態を保っている領域を越えぬ範囲
で上記プラズマ化領域31の出口31bから離間した場所に
定めてもよい。また後者の場合には、基材存置領域32を
プラズマ化領域31内において定めれば良い。
次に上記装置により、基材28に対して化合物の薄膜(一
例として窒化アルミニウムAlN)を付着させる処理につい
て説明する。この場合には上記原料8としてアルミニウ
ムを用いる。また搬送ガス供給手段10からは化合物形成
用のガスを兼ねる搬送ガスとして、窒素又はアンモニア
を容器1に向け連続的に供給するか、又は、搬送ガス供
給手段10からは搬送ガスとしてアルゴン等の不活性ガス
を供給すると共に反応性ガス供給手段13からは化合物形
成用のガスとして窒素又はアンモニアを供給し、それら
を混合室6で混合し、その混合気を容器1に向け連続的
に供給する。この状態において前記と同様の操作を行な
う。尚プラズマ化領域31に与えるマイクロ波エネルギー
は、アルミニウムが溶融しかつ上記窒素又はアンモニア
等の反応性ガスがプラズマ化して分解するのに必要なエ
ネルギーにするが、この場合は前者の条件が満たされれ
ば後者の条件も必然的に満たされる。上記のような操作
により、プラズマ化領域においては、微粒子生成領域に
おいて生成されたアルミニウム微粒子が前記と同様に蒸
発すると共に、化合物形成用のガスはプラズマ化して分
解する。それらアルミニウムの蒸気と化合物形成用のガ
スのうちの窒素とは化合して化合物(窒化アルミニウ
ム)となり、その化合物が基材存置領域32において基材
28に薄膜33となって付着する。又はそれら蒸気と窒素と
が基材存置領域32に至った後基材28の表面上において化
合し、その表面に化合物(窒化アルミニウム)の薄膜を
形成する。
次に、上記実施例では、搬送ガス供給手段10を微粒子供
給手段Aを介してプラズマ化領域31に接続した例を示し
たが、搬送ガス供給手段10は第1図において符号Xで示
される箇所即ちプラズマ化領域31の入口31aに直接に接
続し、そこからプラズマ化領域31に搬送ガスを直接に供
給してもよい。その場合、微粒子供給手段Aにおけるガ
ス受入口4には、容器1内での雰囲気用及び、生成され
た微粒子を、上記搬送ガス供給手段からプラズマ化領域
に直接に供給される搬送ガスに乗せる為のガスを供給す
るようにすればよい。
また化合物の薄膜を付着させる場合は、化合物形成用の
ガスを兼ねる搬送ガスを上記符号Xの箇所に供給した
り、搬送ガスを受入口4に供給する一方、化合物形成用
のガスを符号Xの箇所又は容器1に設ける他のガス受入
口35に供給してもよい。
次に、上記微粒子供給手段としては、夫々周知の高周波
加熱、プラズマアークによる加熱、アーク放電による加
熱、電子ビームによる加熱など任意の加熱手段を用いた
微粒子生成装置を利用できる。
次に上記装置による薄膜付着処理の他の例を示せば次の
第1表の通りで、同表における原料を同表のガス及びマ
イクロ波エネルギーの条件のもとで前述と同様に処理す
ることによって、同表の薄膜を基材に付着させることが
できる。
注1) 化合物形成用のガスを兼ねる搬送ガスとして酸素
を単独で用いる。又は化合物形成用のガスとしての酸素
と、搬送ガスとしてのアルゴン等の不活性ガスとの両方
を用いる。
次に上記のように化合物の薄膜を付着させる場合、上記
原料8としてはその化合物の種類に応じて次のような物
質が適宜用いられる。即ち、Al、Ti、Zr、Hf、
V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、In、Si、Feな
ど。
また上記化合物形成用のガスとしては、形成すべき化合
物の種類に応じたものが用いられる。例えば、窒化物を
製造する場合には窒素、酸化物の場合には酸素、炭化物
の場合にはメタン(CH4)、硫化物の場合には硫化水素
(H2S)、ホウ化物の場合にはBCl3、B26などが用
いられる。
上記のようにして形成される化合物の薄膜としては次の
ようなものがある。
(イ)窒化物:AlN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、
Ta2N、CrN、Mo2N、W2N、InN、Si34、Fe
2-3N、Fe4N (ロ)炭化物:TiC、ZrC、HfC、VC、NbC、TaC、
Cr32、MoC、WC、SiC (ハ)酸化物:Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2 (ニ)硫化物:TiS2 (ホ)ホウ化物:TiB2,ZrB2 (発明の効果)以上のように本発明にあっては、薄膜用
の微粒子を搬送ガスにのせることにより、該微粒子をプ
ラズマ化領域において加熱して蒸発させ、その蒸気を搬
送ガスにのせて基材存置領域に至らしめるので、容易に
基材28に接触させることができ、簡単に基材28に金属又
は金属化合物の薄膜33を形成できる特長がある。
しかも上記微粒子の加熱は、搬送ガスがプラズマ化領域
を通るときに行なうから、搬送ガス自体としてはさほど
高温化されない特長がある。このことは上記蒸気を基材
28に接触させる場合、基材の回りに上記搬送ガスが存在
していても基材28を比較的低い温度に保つことができる
効果があり、その結果、耐熱度の高い基材は勿論のこ
と、低い基材にもそれを損傷あるいは変形させることな
く薄膜の付着を行ない得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本願の実施例を示すもので、第1図は薄膜付着処
理装置の縦断面略示図。 A・・・微粒子供給手段、10・・・搬送ガス供給手段、
31・・・プラズマ化領域、32・・・基材存置領域、28・
・・基材、33・・・薄膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】搬送ガスをプラズマ化領域を通してから基
    材存置領域に至らしめる過程において、上記プラズマ化
    領域を通る搬送ガスには薄膜用の金属微粒子をのせて、
    該微粒子をプラズマ化領域において加熱して蒸発させ、
    その蒸気は上記搬送ガスにのせて上記基材存置領域に至
    らしめ、そこで予め存置させる基材に付着させてその基
    材に金属又は金属化合物の薄膜を付着させることを特徴
    とする基材に対して薄膜を付着する方法。
JP61220272A 1986-09-18 1986-09-18 基材に対して薄膜を付着する方法 Expired - Lifetime JPH062940B2 (ja)

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JP2006299335A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Fujimori Gijutsu Kenkyusho:Kk 成膜方法及びその方法に使用する成膜装置並びに気化装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5741375A (en) * 1980-08-26 1982-03-08 Ulvac Corp Ion treating device

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