JPH06101026A - ガスデポジション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 蒸発源より蒸発する超微粒子の径を均一に
し、基板に形成される厚膜もしくは圧粉体の密度及び基
板との密着力を向上させること。 ［構成］ 超微粒子生成室１８内の蒸発材料１０を収容
したるつぼ３は高周波誘導コイル１の中に配設されてい
る。蒸発源Ａの直上方には蒸発源Ａから蒸発した超微粒
子を膜形成室１０へと搬送するための搬送管８がガス入
口８ａを蒸発源Ａに対向させて配設されている。蒸発材
料１０は高周波誘導加熱により均一な温度分布で加熱さ
れ、均一な粒子径の超微粒子となって蒸発し超微粒子生
成室１８内のキャリアガスと共に膜形成室１０へと搬送
され基板１１上で密度が高く密着力の強い膜が形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超微粒子をガスと共に
搬送しノズルより高速で噴射させ対向する基板上に超微
粒子の厚膜あるいは圧粉体を形成するガスデポジション
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスデポジション装置は、その全
体が図４に示されている。このガスデポジション装置で
は、まず超微粒子生成室１８内にニードルバルブ１６に
より導入した不活性ガスの雰囲気中で蒸発源２０内の蒸
発材料１４を加熱して蒸発させる。そしてこの蒸発して
超微粒子となった（エアロゾル状となる）蒸気は、膜形
成室２２がバルブ１３を介してこれに接続される真空ポ
ンプ１２により真空引きされるので、この膜形成室２２
と超微粒子生成室１８との間の差圧により不活性ガスを
キャリアガスとして搬送管１７のガス入口１７ａに吸い
込まれ、図において矢印ａで示すように膜形成室２２へ
と搬送される。これにより、搬送管１７の先端に取り付
けられたノズル１９から超微粒子が直下の基板１１へと
高速噴射されて、基板１１上に小塊状の圧粉体を形成し
たり、また基板１１を矢印ｂで示すように移動させるこ
とにより厚膜を形成したりするようにしている。

【０００３】また、このようなガスデポジション装置で
は、蒸発源２０として図示されているようなアルミナコ
ートのＷバスケットや、またＴａボート、Ｗボート、Ｂ
Ｎコンポジットボード等が用いられる。蒸発源２０内の
蒸発材料１４への加熱は、この蒸発源２０が導線２１を
介して交流電源１５に接続されているので、これにより
通電して電気抵抗により蒸発源を発熱させて行う、いわ
ゆる抵抗加熱である。したがってこのような加熱法で
は、まず蒸発源２０としてのアルミナコートのＷバスケ
ット等の電極部分が発熱し、そしてこの熱が蒸発材料１
４の外部から内部へと伝導することにより蒸発材料１４
が加熱される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のガ
スデポジション装置では、蒸発源が抵抗加熱により加熱
されていたので、溶湯となった蒸発材料の温度分布は不
均一となる。すなわち、バスケット等の電極部分は高温
であるのでその近傍の蒸発材料は高温であるが、この電
極部分から離れた蒸発材料の内部では低くなる。したが
って、高温部分の蒸発材料表面から蒸発する超微粒子の
径は低温部分の蒸発材料表面からのそれより大きくなる
ので、結果として膜形成室に搬送される超微粒子の径が
まちまちとなり、粒径分布の半値巾は大きくなる。ガス
デポジション法においては、このような超微粒子の径の
大きさの不均一が基板に堆積する膜の密度及び基板との
密着力を低下させるので問題となる。

【０００５】本発明は以上のような問題に鑑みてなさ
れ、蒸発すべき物質をその温度分布が均一になるように
加熱することによって、蒸発源から蒸発する超微粒子の
径を均一とし、基板に堆積する超微粒子の膜あるいは圧
粉体の密度及び密着力を向上させることができるガスデ
ポジション装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的は、超微粒子
生成室内に蒸発すべき物質を貯蔵する蒸発源と、前記超
微粒子生成室内に導入するキャリアガスによって前記蒸
発源から蒸発した物質を膜形成室内へ搬送するためのガ
ス入口を前記超微粒子生成室内に位置させた搬送管とを
備えたガスデポジション装置において、前記蒸発源の加
熱手段は高周波誘導加熱によることを特徴とするガスデ
ポジション装置によって達成される。

【０００７】

【作用】蒸発すべき物質は高周波誘導加熱により均一な
温度分布で加熱される。これにより蒸発源からは蒸発す
べき物質が径の大きさの均一な超微粒子となって蒸発
し、これが搬送管のガス入口に吸い込まれ膜形成室に搬
送される。よって膜形成室内の基板上には密度及び密着
力の高い厚膜もしくは圧粉体が形成される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例によるガスデポジショ
ン装置について図面を参照して説明する。なお、従来例
と同一の構成の部分については同一の符号を付し、その
詳細な説明は省略する。

【０００９】図１は本実施例のガスデポジション装置の
超微粒子生成室１８（図４参照）内の蒸発源Ａの詳細を
示す斜視図であり、蒸発源Ａ以外の構成については図示
されていないが、図４に示す従来例と同様である。本実
施例では蒸発材料１０は黒鉛でなる円筒形状（外径２１
ｍｍф、内径１５ｍｍф、高さ１５ｍｍＨ）のるつぼ３
に収容され、このるつぼ３は高周波誘導コイル１の中
に、アルミナでなる円筒形状の支持台４の上に載置され
て配設されている。なお、支持台４は支持部６ａにより
超微粒子生成室１８（図４）の底壁部に固定される水冷
銅板６に固定されている。高周波誘導コイル１とるつぼ
３とは同心的に配設され、かつ高周波誘導コイル１の内
径（４０ｍｍф）がるつぼ３の外径より充分に大きいの
で、互いに非接触でかつ全周にわたって等間隔を保って
いる。また、高周波誘導コイル１は公知のごとく水冷パ
イプと導線部分とからなり、この水冷パイプによって導
線の発する熱がるつぼ３やその近傍の空間に伝導しない
ようになっている。なお、導線は図示しない高周波電源
（最大出力５ｋＷ、周波数１５０ｋＨｚ）に接続されて
いる。蒸発源Ａはこれらるつぼ３と高周波誘導コイル１
とからなり、従来と異なりるつぼ３はこの高周波誘導コ
イル１によるいわゆる高周波誘導加熱により加熱される
ようになっている。

【００１０】蒸発源Ａの上方にはこれから立ち上る蒸気
を吸い込むための二重管７が図示するよう配設されてい
る。この二重管７は小径の搬送管８と大径の吸込管９と
からなり、それぞれガス入口８ａ及び搬送管８と吸込管
９との間の隙間である余分粒子吸込口９ａを蒸発源Ａに
対向させている。この二重管７は図４の搬送管１７と同
様に超微粒子生成室１８の側壁部で固定されているので
あるが、従来と異なりこの超微粒子生成室１８の外方で
搬送管８と吸込管９とに分岐し、搬送管８のみが図４で
の搬送管１７と同様に膜形成室１０内へと延び、吸込管
９は図示しない真空ポンプに接続されている。

【００１１】るつぼ３の底部には蒸発材料１０の温度を
計るためのＷ−Ｒｅ熱電対５が支持台４の上壁部を貫通
して取り付けられており、この導線５は図１に示すよう
に支持台４及び水冷銅板６の切欠きを通り、更に超微粒
子生成室１８外へと延びて図示しない温調器に接続され
ている。なお、この温調器は上述の高周波電源とも接続
関係にあり、熱電対５で測った温度に応じて高周波電源
の出力を自動制御するようになっている。

【００１２】本発明の実施例によるガスデポジション装
置は以上のように構成されるが、次にこの作用について
説明する。

【００１３】まず、二重管７のガス入口８ａを蒸発源Ａ
から立ち上る超微粒子のガス流の流路位置にセットし、
超微粒子生成室１８に不活性ガス（ヘリウムガス）を導
入し同時に膜形成室１０を真空引きして両室に所定の差
圧を生じさせる（超微粒子生成室１８は２ａｔｍ，膜形
成室１０は０．０２ｔｏｒｒ）。次に上述した図示しな
い温調器により出力を自動制御しながら高周波誘導コイ
ル１に上述の高周波電源から電流を流し、黒鉛製のるつ
ぼ３及びるつぼ３内の蒸発材料１０に対しこれを貫きか
つ時間変化する磁場を与えて、電磁誘導によりるつぼ３
及びるつぼ蒸発材料１０内に渦電流を生じさせる。した
がって、蒸発材料１０は渦電流損により内部から発熱し
均一な温度分布で温度上昇して溶解する。なお、この加
熱過程では上述したように高周波誘導コイル１が水冷パ
イプにより冷却されているので蒸発源Ａの外部からの熱
伝導はない。溶湯となった蒸発材料１０からは超微粒子
となったＡｕの蒸気が立ち上り、以後この蒸発温度が上
述の図示しない温調器により所定の温度に保持される。
また、蒸発材料１０内に発生した渦電流は上述の高周波
誘導コイル１による磁場中を流れることから、この渦電
流による磁束との相互作用により蒸発材料１０自体を攪
拌させる。これにより、蒸発材料１０の温度分布は更に
均一となり、この蒸発源Ａからは粒子径の均一な超微粒
子のガスが立ち上ることとなる。この粒子径が均一な超
微粒子のガスは上述の超微粒子生成室１８と膜形成室１
０との間の差圧により不活性ガスに同伴されて搬送管８
のガス入口８ａに吸い込まれ膜形成室１０へと搬送され
る。なお、蒸発源Ａから立ち上る超微粒子のガス流の外
周部に存在する余分な粒子は余分粒子吸込管９ａに吸い
込まれ、超微粒子生成室１８内での凝集体の発生が防止
される。

【００１４】膜形成室１０へと搬送された超微粒子は従
来と同様にノズル１９（内径０．１ｍｍ）により基板１
１上に吹きつけられ、厚膜あるいは圧粉体を形成するの
であるが、この超微粒子の粒子径は従来と異なり均一、
すなわち粒径分布の半値巾が小さいので密度が高く密着
力の強いものとなる。

【００１５】図２は以上のような装置及び設定条件で蒸
発材料１０としてＡｕを用い、溶湯温度を１４４０℃と
して、７．５ｍｍ／ｍｉｎで移動するＮｉ基板（２００
℃に加熱）にＡｕ膜を形成した場合のＡｕ膜のＳＥＭ写
真である。すなわち、図２のＡはＡｕ膜を５０倍に拡大
したＳＥＭ写真であり、Ｂは４００倍、Ｃは５００００
倍のＳＥＭ写真である。なお、図２のＡ及びＢでの堆積
した超微粒子は、Ｎｉ基板の移動を所定時間停止させた
ことにより小塊状をなしている。比較のため図４に示す
ように蒸発源にアルミナコートのＷバスケットを使用
し、抵抗加熱によりＡｕを蒸発させてＡｕ膜を形成した
場合のＳＥＭ写真を図３に示す。Ａは４００倍、Ｂは５
００００倍に拡大したものである。但しこの場合、Ａｕ
溶湯温度など他の設定条件は図２の高周波誘導加熱によ
る場合と同じである。この図２及び図３との比較から
（特に図２のＣと図３のＢとの比較）、明らかに高周波
誘導加熱により形成した膜の方が従来の抵抗加熱により
形成した膜より粒子径が均一であることがわかる。すな
わち図３では、基板の堆積粒子径が１０ｎｍから１００
ｎｍとばらつきがあり、また約１μｍの凝集体がある
が、図２ではそういったものは認められないことがわか
る。

【００１６】次に、図２に示すようなＡｕ膜の密着力を
測定した結果を下記の表１に示す。なお、表１での測定
値及び剪断強度は２００℃に加熱した７枚の基板に膜を
形成し、それぞれについて膜をはがして測定した結果の
もので、すべてＡｕ膜内で破断した。

【００１７】

【表１】

【００１８】以上の測定結果から、本実施例によるガス
デポジション装置によって形成される膜の剪断強度は２
０±５ｋｇｆであり、これは従来の１０±５ｋｇｆに比
べはるかに大きいことがわかる。

【００１９】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２０】例えば、以上の実施例においては、蒸発源
Ａの加熱源として高周波誘導コイル１を用いたが、蒸発
材料１０を均一な温度分布で加熱することができるもの
であれば、例えば平板状に巻いた誘導コイルをるつぼ３
に対向させこれによる電磁誘導により加熱するなど、他
の高周波誘導加熱源を用いてもよい。

【００２１】また、以上の実施例では蒸発すべき物質と
して導体であるＡｕを用いたが、他の導体物質でもよ
く、更に絶縁物質を用いてもよい。但しこの場合、絶縁
物質は誘電損失により発熱し、やはり均一な温度分布で
蒸発する。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、蒸発
源から蒸発する超微粒子の径を均一とし、基板に堆積す
る超微粒子の厚膜あるいは圧粉体の密度及び基板との密
着力を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるガスデポジション装置の
蒸発源の詳細を示す斜視図である。

【図２】Ａ、Ｂ及びＣは同装置により形成した膜の構造
を示す各倍率のＳＥＭ写真である。

【図３】Ａ及びＢは抵抗加熱により形成した膜の構造を
示す各倍率のＳＥＭ写真である。

【図４】従来例によるガスデポジション装置の全体を示
す該略図である。

【符号の説明】

１ 高周波誘導コイル ３ るつぼ ８ 搬送管 ８ａ ガス入口 １０ 蒸発材料 １８ 超微粒子生成室 ２２ 膜形成室 Ａ 蒸発源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超微粒子生成室内に蒸発すべき物質を貯
   蔵する蒸発源と、前記超微粒子生成室内に導入するキャ
   リアガスによって前記蒸発源から蒸発した物質を膜形成
   室内へ搬送するためのガス入口を前記超微粒子生成室内
   に位置させた搬送管とを備えたガスデポジション装置に
   おいて、前記蒸発源の加熱手段は高周波誘導加熱による
   ことを特徴とするガスデポジション装置。