JP3256741B2 - Ultra fine particle deposition method - Google Patents
Ultra fine particle deposition methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は高速の高エネルギー
ビームを用いた超微粒子の成膜法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming ultrafine particles using a high-speed high-energy beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属、セラミックス等の超微粒子をガス
デポジション法（加集誠一郎：金属，1989年1 月号 p.5
7 に記載）の様にガス攪拌などによりエアロゾル化し、
微小なノズルを通し加速したり、あるいは静電微粒子コ
ーティング法（井川 他：昭和52年度精機学会秋季大会
学術講演会前刷, p.191 に記載）の様に電気的に帯電さ
せ電場勾配を用いて加速し、これを基板上に噴射、衝突
させることで、強固な皮膜を形成する超微粒子の成膜技
術において、従来、機能性材料を成膜するとき、超微粒
子によっては被膜化した際に、その結晶構造を維持する
ことが困難で十分な機能を発現できない場合があった。
これは、上記従来の成膜手法では、運動エネルギーの一
部が基板へ衝突することにより熱エネルギーに変換され
て微粒子間あるいは基板−微粒子間を焼結させることを
基本原理にしていたからで、高い融点を有する酸化物材
料などの場合、溶融結合に十分な加熱温度を得るため
に、超微粒子を数１００ｍ／ｓｅｃ以上に加速すると、
超微粒子の結晶構造は基板に衝突すると同時に衝撃力な
どにより大きな歪みが入ったり、または粉砕されること
で大きく変化するという欠点があった。また、この時上
記歪みにより形成された膜内に大きな応力が発生し、膜
特性の低下や、基板からの剥離などの問題を招いてい
た。さらに、超微粒子材料が金属の場合、その表面は酸
化膜などが形成されやすく充分な導電率と基板への付着
力を有する皮膜を得ることは困難であった。また、酸化
物超微粒子材料の場合でも、その表面への水分子の付着
等があると超微粒子同士の結合力は低下し、特性の良い
膜を得ることは困難であった。[Prior Art] Ultrafine particles such as metals and ceramics are deposited by gas deposition method (Seiichiro Kashu: Metal, January 1989, p.5)
Aerosol by gas agitation etc.
Either accelerate through a small nozzle, or use an electric field gradient as in the electrostatic particle coating method (Ikawa et al .: Preprinted in the 1977 Autumn Meeting of the Seiki Society, Academic Lecture, p.191). In the technology of forming ultra-fine particles, which form a strong film by spraying and colliding it on the substrate, conventionally, when forming a functional material, when forming a film with some ultra-fine particles, In some cases, it is difficult to maintain the crystal structure, and a sufficient function cannot be exhibited.
This is because the basic principle of the conventional film forming method is that a part of the kinetic energy collides with the substrate and is converted into thermal energy to sinter between the particles or between the substrate and the particles. In the case of an oxide material having, for example, the ultrafine particles are accelerated to several hundred m / sec or more in order to obtain a heating temperature sufficient for fusion bonding,
The crystal structure of the ultrafine particles has a drawback in that the crystal structure collides with the substrate and at the same time undergoes a large distortion due to an impact force or the like, or is greatly changed by pulverization. Also, at this time, a large stress is generated in the film formed due to the above-mentioned strain, which causes problems such as deterioration of film characteristics and peeling from the substrate. Further, when the ultrafine particle material is a metal, an oxide film or the like is easily formed on the surface thereof, and it has been difficult to obtain a film having sufficient conductivity and adhesive force to a substrate. Further, even in the case of an oxide ultrafine particle material, if water molecules are attached to the surface of the material, the bonding force between the ultrafine particles is reduced, and it is difficult to obtain a film having excellent characteristics.
【０００３】一方、微粒子をプラズマガスを用いてノズ
ルから基板に向かって吹き付けて成膜する手法として、
プラズマ溶射法が知られている。これは、不活性ガスを
電離させて生じる高温、高速のプラズマジェットの中
に、ガスによって粒径数μｍ以上の微粒子を搬送、投入
して供給された微粒子を加熱すると同時に発生する高い
圧力でノズルから噴射、加速し基板に衝突させ成膜する
手法である。高温のプラズマジェットは、皮膜素材を噴
射するためのガンヘッド内に設けられた陰極と陽極の間
に高電圧を印加することでアーク放電を発生し、導入し
た大気圧近くのガスを高温のプラズマにすることにより
得られる。しかし、発生するプラズマジェットの温度は
高いところでは３００００℃に達し、堆積される微粒子
は、この高温プラズマにより融点近傍からそれ以上まで
加熱され半溶融あるいは溶融状態となり、基板に向け噴
射される。従って、ノズルから噴射される微粒子の結晶
構造は破壊され、材料によっては構成原子の蒸気圧の差
からその組成も変化し、さらに基板上に付着するときに
冷却され再結晶化する状態を制御することが困難で、堆
積された膜の結晶構造は元の微粒子の結晶構造から大き
く変化してしまうという問題点があった。On the other hand, as a method of spraying fine particles from a nozzle toward a substrate using a plasma gas to form a film,
Plasma spraying is known. This is because high-speed, high-speed plasma jets generated by ionizing an inert gas are used to transport fine particles with a particle size of several μm or more by the gas and heat the supplied fine particles. This is a method of spraying, accelerating, and colliding with a substrate to form a film. The high-temperature plasma jet generates an arc discharge by applying a high voltage between the cathode and anode provided in the gun head for injecting the coating material, and converts the introduced gas near atmospheric pressure into high-temperature plasma. It is obtained by doing. However, the temperature of the generated plasma jet reaches 30,000 ° C. in a high place, and the deposited fine particles are heated from the vicinity of the melting point to a temperature higher than the melting point by the high-temperature plasma to be in a semi-molten or molten state, and are sprayed toward the substrate. Therefore, the crystal structure of the fine particles ejected from the nozzle is destroyed, and depending on the material, the composition changes due to the difference in the vapor pressure of the constituent atoms, and further controls the state of cooling and recrystallization when adhering to the substrate. However, there is a problem that the crystal structure of the deposited film is greatly changed from the crystal structure of the original fine particles.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このため、従来では堆
積物を元の超微粒子材料の結晶構造にして特性を向上す
るためには、堆積された膜を堆積中あるいは堆積後に再
度高温で加熱する必要があり、この熱処理が微細な機能
部品やデバイス部品を形成するための機能性材料の成膜
や微細加工上の大きな問題になっていた。さらに、超微
粒子材料が金属の場合には、充分な導電率と基板への付
着力を有する皮膜を得ることは困難であった。For this reason, conventionally, in order to improve the characteristics by making the deposit a crystal structure of the original ultrafine particle material, the deposited film is heated again at a high temperature during or after the deposition. This heat treatment has been a major problem in forming a functional material for forming fine functional components and device components and in fine processing. Furthermore, when the ultrafine particle material is a metal, it has been difficult to obtain a film having sufficient conductivity and adhesive force to a substrate.
【０００５】さらに、超微粒子を用いないＰＶＤ，ＣＶ
Ｄによる薄膜形成手法の場合は、原子、分子状態からの
成長過程を経るため、酸化物セラミックス材料の場合な
ど、高温での熱処理が必要になることが多く、また、成
膜レートも上記超微粒子を用いた成膜過程より２桁以上
低いため、厚さが数μｍ以上の皮膜を得るのは実用上困
難であった。この発明は上記従来の欠点に鑑み提案され
たもので、その目的は、基板に超微粒子流が低速度で衝
突しても、低温状態で超微粒子と基板の強固な接合が実
現し、超微粒子の結晶性を保持して緻密で優れた物性と
良好な密着性を有する薄膜を形成する超微粒子の成膜法
を提供することにある。Further, PVD and CV without using ultrafine particles
In the case of the thin film forming method using D, a heat treatment at a high temperature is often required, such as in the case of an oxide ceramic material, since the growth process from an atomic or molecular state is required. Therefore, it was practically difficult to obtain a film having a thickness of several μm or more because the film thickness was lower by two orders of magnitude or more than that of the film forming process using. The present invention has been proposed in view of the above-mentioned conventional drawbacks, and its object is to realize strong bonding between the ultrafine particles and the substrate at a low temperature, even if the ultrafine particle stream collides with the substrate at a low speed, and to realize the ultrafine particles. It is an object of the present invention to provide a method for forming ultrafine particles which forms a thin film having dense and excellent physical properties and good adhesion while maintaining the crystallinity of the ultrafine particles.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、基板に向けて超微粒子を噴射し堆積させて
成膜するようにした超微粒子成膜法において、少なくと
も上記超微粒子の流れが上記基板に衝突する以前におい
てこれら超微粒子や基板に、イオン、原子、分子ビーム
や低温プラズマなどの高エネルギー原子、分子である高
速の高エネルギービームを照射することにより、粒子径
が１０ｎｍから５μｍの範囲にある金属及びセラミック
スの上記超微粒子材料を溶融或いは分解することなく、
上記超微粒子や基板の表面に付着した水分子等による汚
染層や酸化物層を除去したりアモルファス化することで
活性化し、超微粒子流が基板に低速度で衝突しても、低
温状態で超微粒子と基板若しくは超微粒子相互の強固な
接合を実現し、超微粒子の結晶性を保持して緻密で優れ
た物性と基板への良好な密着性を有する薄い皮膜を形成
するようにした超微粒子成膜法を提供するものである。
ここで、本発明において、高エネルギービームとは、イ
オン、原子、分子ビームや低温プラズマなどの高エネル
ギー原子、分子をいう。In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrafine particle deposition method in which ultrafine particles are sprayed toward a substrate and deposited to form a film. By irradiating these ultrafine particles and the substrate with high-energy atoms such as ions, atoms, and molecular beams and low-temperature plasma, and high-speed high-energy beams such as molecules before the flow collides with the substrate, the particle diameter is reduced from 10 nm. Without melting or decomposing the ultrafine particles of metal and ceramics in the range of 5 μm,
It is activated by removing or amorphizing the contaminant layer and oxide layer due to the ultrafine particles and water molecules attached to the surface of the substrate. Ultra-fine particle formation that realizes strong bonding between the fine particles and the substrate or ultra-fine particles, and maintains the crystallinity of the ultra-fine particles to form a thin film with dense and excellent physical properties and good adhesion to the substrate It provides a membrane method.
Here, in the present invention, the high-energy beam refers to high-energy atoms and molecules such as ion, atom, and molecular beams and low-temperature plasma.
【０００７】また本発明は、減圧チャンバー内に超微粒
子とイオン化ガスとが混合したエアロゾルを導入し、微
小なノズルを通し加速したり、あるいは上記超微粒子を
振動により分散、エアロゾル化した後、電気的に帯電さ
せ電場勾配を用いて加速することによって発生させた粒
子径が１０ｎｍから５μｍの範囲にある金属、セラミッ
クス等の高速の超微粒子流や高速の高エネルギービーム
を基板に照射して、上記超微粒子を溶融或いは分解する
ことなく少なくとも超微粒子の表面や基板表面を構成す
る原子や分子を活性化し、超微粒子と基板若しくは超微
粒子相互の低温状態での接合を実現し、それと同時に基
板を上記超微粒子流に対して相対的に移動させることに
よって、上記基板上に上記超微粒子からなる膜状或いは
任意の形状の堆積物を形成する超微粒子成膜法を提供す
るものである。Further, according to the present invention, an aerosol in which ultrafine particles and an ionized gas are mixed is introduced into a decompression chamber and accelerated through a fine nozzle, or the ultrafine particles are dispersed by vibration to form an aerosol, The substrate is irradiated with a high-speed high-energy beam or a high-speed ultra-fine particle flow of a metal or ceramic having a particle diameter in the range of 10 nm to 5 μm generated by being electrically charged and accelerated using an electric field gradient. Activating atoms and molecules constituting at least the surface of the ultrafine particles and the substrate surface without melting or decomposing the ultrafine particles, realizing bonding of the ultrafine particles to the substrate or the ultrafine particles at a low temperature, and at the same time, By moving relative to the ultra-fine particle flow, a film-like or arbitrary-shaped deposition of the ultra-fine particles is formed on the substrate. Forming a is to provide ultrafine particles deposition method.
【０００８】本発明において、上記超微粒子や基板の表
面は、高速のイオン、原子、分子ビームや低温プラズマ
などの高エネルギー原子、分子が照射されることで活性
化されているので、超微粒子材料の堆積において、超微
粒子の基板に対する垂直方向の相対速度は、上記微粒子
同志や基板との接触に必要な程度の衝撃圧が作用すれば
充分で、３ｍ／ｓｅｃ〜３００ｍ／ｓｅｃで基板上に高
い付着強度で緻密に堆積させることができる。これによ
り、堆積された超微粒子材料の結晶構造に入る機械的歪
みを大幅に低減できる。上記において、３ｍ／ｓｅｃ以
下では堆積物の密度が充分ではないし、３００ｍ／ｓｅ
ｃ以上では超微粒子の結晶構造に歪みが発生したり破壊
することがある。In the present invention, the surfaces of the ultrafine particles and the substrate are activated by irradiation with high-energy atoms and molecules such as high-speed ions, atoms, and molecular beams or low-temperature plasma. In the deposition of the particles, the relative velocity of the ultrafine particles in the vertical direction with respect to the substrate is sufficient if an impact pressure required to contact the fine particles and the substrate is sufficient, and is high on the substrate at 3 m / sec to 300 m / sec. It can be densely deposited with an adhesive strength. This can significantly reduce the mechanical strain that enters the crystalline structure of the deposited ultrafine particle material. In the above, if the density is 3 m / sec or less, the density of the sediment is not sufficient, and 300 m / sec.
Above c, the crystal structure of the ultrafine particles may be distorted or broken.
【０００９】上記超微粒子流の基板への噴射法は、例え
ばガスデポジション法や減圧溶射法のように、高圧容器
内で超微粒子とガスを混合し、加圧しながら真空排気さ
れた低圧チャンバー内に差圧を利用して搬送し、これを
ノズルを通して噴射することで発生することができる。
この時、超微粒子流の発生と加速方法は、上記超微粒子
をキャリアガスと混合し分散した後、上記ノズルから噴
射させる方法に限ったものでなく、上記超微粒子を超音
波振動や電磁振動、機械的振動などにより分散した後、
帯電させ静電的な加速を行い、さらに広い面積に一様な
超微粒子流の発生を行ってもよい。また、この様な電界
加速による方法の場合、原理的に成膜チャンバー内を高
真空（例えば１０−５Ｔｏｒｒ以上）にできるので、上
記高エネルギー原子、分子の照射を、汚染の少ない高真
空下で行え、良好な特性の厚膜を得ることができる。The method of injecting the flow of ultrafine particles onto a substrate is, for example, a method of mixing ultrafine particles with a gas in a high-pressure vessel and evacuating it while pressurizing it in a low-pressure chamber as in a gas deposition method or a reduced pressure spraying method. It can be generated by transporting by using a differential pressure and spraying this through a nozzle.
At this time, the method of generating and accelerating the ultrafine particle flow is not limited to the method of mixing and dispersing the ultrafine particles with the carrier gas and then jetting the same from the nozzle. After dispersion by mechanical vibration, etc.,
The charged particles may be electrostatically accelerated to generate a uniform ultrafine particle flow over a wider area. In addition, in the case of the method using such an electric field acceleration, the inside of the film formation chamber can be made high vacuum (for example, 10 −5 Torr or more) in principle. And a thick film having good characteristics can be obtained.
【００１０】また、上記高速の高エネルギービームは、
高速原子ビーム銃のように適当な容器内に閉じこめられ
た数Ｔｏｒｒ以下の圧力の適当なガスに高電圧を印加し
発生した低温プラズマを上記容器に設けられた細いノズ
ル或いは開口或いは加速電極から電圧を印加、上記イオ
ンを加速してイオンビームとして取り出し、上記超微粒
子流や基板に照射することができる。また、上記イオン
ビームをニュートライザー（電荷中和器）を通過させて
電気的に中和し利用することで、ビームの広がりを抑
え、さらに基板や超微粒子の帯電による活性化効果の低
下を防ぎ利用することも可能である。また、この時高速
の高エネルギービームを発生させるためのガス種は、目
的に応じて上記超微粒子流の発生に用いたキャリアガス
と同じものを用いてもよいし、異なったものを用いても
よい。また、この時、プラズマ発生を行う容器内のガス
圧が数Ｔｏｒｒ以上になると、プラズマ溶射の場合のよ
うに電圧印加による放電はアーク放電になりエネルギー
密度が高くなりすぎ、粒径が１０ｎｍから５μｍ程度の
範囲にある上記超微粒子は溶融、分解、蒸発してしま
う。[0010] The high-speed high-energy beam is:
A high-voltage is applied to an appropriate gas having a pressure of several Torr or less, which is confined in an appropriate container, such as a high-speed atom beam gun, and a low-temperature plasma generated is supplied from a thin nozzle or opening provided in the container or an accelerating electrode. Is applied, the ions are accelerated, extracted as an ion beam, and irradiated onto the ultrafine particle flow or the substrate. In addition, the ion beam is passed through a nutrizer (charge neutralizer) to be electrically neutralized and used, thereby suppressing the spread of the beam and preventing a reduction in the activation effect due to charging of the substrate and ultrafine particles. It is also possible to use it. At this time, the gas type for generating a high-speed high-energy beam may be the same as the carrier gas used for generating the ultrafine particle flow or a different gas type depending on the purpose. Good. Further, at this time, when the gas pressure in the vessel for generating plasma becomes several Torr or more, the discharge by voltage application becomes an arc discharge as in the case of plasma spraying, the energy density becomes too high, and the particle size becomes 10 nm to 5 μm. The ultrafine particles in the above range melt, decompose and evaporate.
【００１１】また、本発明では、減圧チャンバー内でノ
ズルを利用して超微粒子流を発生させる方法を用いた場
合、導電性を有する基板と導電性を有する上記ノズルと
に高圧電源を用いて直流の高電圧を印加し、超微粒子を
搬送するキャリアガスに上記超微粒子を搬送させ上記ノ
ズルから噴射させ高速の超微粒子流を発生させると同時
にこれをプラズマ発生のための種ガスとし、高速の高エ
ネルギービームを形成して、上記高速の高エネルギー原
子、分子が基板および超微粒子流を活性化することによ
り、上記基板上に超微粒子からなる膜状或いは任意の形
状の堆積物を形成することも可能である。この時、上記
ノズルから噴射されるガスにより形成されるプラズマを
低温化させるために、減圧チャンバー内は数Ｔｏｒｒ以
下に排気することが必要である。基板材料が非導電性の
場合は、基板材料の後方に電極を配置し、印加する高電
圧を交流とすることで上記導電性基板を用いる場合と同
様に高速の高エネルギービームとを形成、基板および超
微粒子流を活性化することすることが可能である。Further, in the present invention, when a method of generating a flow of ultrafine particles using a nozzle in a decompression chamber is used, a direct current is applied to the conductive substrate and the conductive nozzle by using a high-voltage power supply. A high voltage is applied, and the ultra-fine particles are transported to a carrier gas for transporting the ultra-fine particles and ejected from the nozzle to generate a high-speed ultra-fine particle flow. By forming an energy beam, the high-speed high-energy atoms and molecules activate the substrate and the flow of ultrafine particles, thereby forming a film-like or arbitrary-shaped deposit composed of ultrafine particles on the substrate. It is possible. At this time, it is necessary to exhaust the inside of the decompression chamber to several Torr or less in order to lower the temperature of the plasma formed by the gas injected from the nozzle. When the substrate material is non-conductive, an electrode is arranged behind the substrate material, and a high voltage to be applied is set to an alternating current to form a high-speed high-energy beam as in the case of using the conductive substrate. And it is possible to activate the flow of ultrafine particles.
【００１２】超微粒子の加速は、上記ノズルからの噴射
に限ったものでなく、静電的な加速を行い広い面積に一
様な超微粒子流の発生を行って、ノズルを電極に用いた
代わりに、上記超微粒子流が通過する近傍にもう一つの
電極を配置し上記方法と同様に高電圧を印加して低温プ
ラズマを発生させてもよい。この時、高速の高エネルギ
ービームを発生させるためのガス種は、別途供給する。The acceleration of the ultrafine particles is not limited to the injection from the nozzle. Instead of using the nozzle as an electrode, the electrostatic acceleration is performed to generate a uniform ultrafine particle flow over a wide area. Then, another electrode may be arranged in the vicinity of the passage of the ultrafine particle flow, and a high voltage may be applied to generate low-temperature plasma in the same manner as in the above method. At this time, a gas species for generating a high-speed high-energy beam is separately supplied.
【００１３】また、本発明は、基板と超微粒子流発生源
との間に高電圧を印加したプラズマ発生用コイルを設
け、該コイルに高周波高電圧信号を印加する高圧電源を
設けて低温プラズマガスを生じせしめ、かつ上記超微粒
子流発生源から超微粒子を噴射して上記低温プラズマガ
ス中を通過させることにより、少なくとも上記超微粒子
を活性化し、基板上に上記超微粒子からなる膜状或いは
任意の形状の堆積物を形成する超微粒子成膜法を提供す
るものである。この時、上記減圧チャンバー内に導入さ
れたガスにより形成されるプラズマを低温化させるため
に、減圧チャンバー内は数Ｔｏｒｒ以下の圧力にまで排
気することが必要である。これらの成膜法に用いる超微
粒子流の発生、加速方法は、上記超微粒子をキャリアガ
スと混合し分散した後、上記ノズルから噴射させる方法
に限ったものでなく、上記超微粒子を超音波振動や電磁
振動、機械的振動などにより分散した後、帯電させ静電
的な加速を行い広い面積に一様な超微粒子流の発生を行
ってもよい。この場合も、高速の高エネルギービームを
発生させるためのガス種は、別途供給する。The present invention also provides a plasma generating coil to which a high voltage is applied between a substrate and an ultrafine particle flow generating source, and a high-voltage power supply for applying a high-frequency high-voltage signal to the coil. And, by injecting the ultrafine particles from the ultrafine particle flow generation source and passing through the low-temperature plasma gas, at least the ultrafine particles are activated, and a film of the ultrafine particles or an arbitrary An object of the present invention is to provide an ultrafine particle deposition method for forming a deposit having a shape. At this time, in order to lower the temperature of the plasma formed by the gas introduced into the decompression chamber, it is necessary to exhaust the interior of the decompression chamber to a pressure of several Torr or less. The method of generating and accelerating the ultrafine particle flow used in these film forming methods is not limited to the method of mixing and dispersing the ultrafine particles with a carrier gas and then jetting the same from the nozzle. Alternatively, after dispersion by electromagnetic vibration, mechanical vibration, or the like, a uniform flow of ultrafine particles may be generated over a wide area by charging and electrostatically accelerating. Also in this case, a gas species for generating a high-speed high-energy beam is separately supplied.
【００１４】また、上記発明において、アルゴンやヘリ
ウムなどの不活性ガスを高速の高エネルギービームの発
生に用いることで、例えば超微粒子材料が金属の場合な
どその表面酸化を防ぐことができるので特に有効であ
る。In the above-mentioned invention, the use of an inert gas such as argon or helium for generating a high-speed high-energy beam can be particularly effective since the surface oxidation can be prevented when, for example, the ultrafine particle material is a metal. It is.
【００１５】また、本発明は、堆積物が酸化物である場
合には少なくとも空気や酸素などの酸化性ガスの原子、
分子を含むガスを高速の高エネルギービームの発生に用
いることで、堆積する超微粒子材料が酸化物である場合
に生じる、超微粒子堆積時の酸化物中の酸素欠損を補う
効果がある。In the present invention, when the deposit is an oxide, at least atoms of an oxidizing gas such as air or oxygen;
By using a gas containing molecules for generating a high-speed high-energy beam, there is an effect of supplementing oxygen vacancies in an oxide at the time of depositing ultrafine particles, which occurs when the ultrafine particle material to be deposited is an oxide.
【００１６】また、本発明は、堆積物が窒化物である場
合には少なくとも空気や窒素などの窒化性ガスの原子、
分子を含むガスを高速の高エネルギービームの発生に用
いることで、堆積する超微粒子材料が窒化物である場合
に生じる、超微粒子堆積時の窒化物中の窒素欠損を補う
効果がある。Further, according to the present invention, when the deposit is a nitride, at least atoms of a nitriding gas such as air or nitrogen;
By using a gas containing molecules for generating a high-speed high-energy beam, there is an effect of compensating for a nitrogen deficiency in nitride during deposition of ultrafine particles, which occurs when the ultrafine particle material to be deposited is nitride.
【００１７】本発明では、使用する超微粒子や基板にア
ルゴンやヘリウム、酸素などの高速のイオン、原子、分
子ビームや低温プラズマガスなどの高エネルギー原子、
分子を照射あるいは通過させ、少なくとも超微粒子表面
かあるいは基板の表面を活性化することで、超微粒子に
高い運動エネルギーを与えることなく、超微粒子−基板
間、超微粒子−超微粒子間の結合を促進させ、基板への
良好な密着性と超微粒子の結晶性を保持した緻密な膜を
得て堆積物の特性を向上させるものである。According to the present invention, ultra-fine particles or a substrate to be used are charged with high-speed ions or atoms such as argon, helium, or oxygen, or high-energy atoms such as a molecular beam or a low-temperature plasma gas.
By irradiating or passing molecules and activating at least the surface of the ultrafine particles or the surface of the substrate, the bonding between the ultrafine particles and the substrate and between the ultrafine particles and the ultrafine particles is promoted without giving high kinetic energy to the ultrafine particles In this way, a dense film having good adhesion to the substrate and crystallinity of ultrafine particles is obtained to improve the properties of the deposit.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１乃至図８に概要を示すよう
に、本発明では、エアロゾル化され気相状態で搬送され
ている超微粒子材料の表面を活性化し、基板上に噴射し
て堆積を行なうものである。そして機能発現に必要な結
晶構造をもっていれば、膜堆積中あるいは堆積後に高い
温度の加熱を行う必要も無く所望の結晶構造をもった膜
を形成できる。また、使用する微粒子が２次凝集などに
より広い粒径分布をもっている場合でも、高速の高エネ
ルギービームによるエネルギーアシストにより成膜可能
となる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As schematically shown in FIGS. 1 to 8, in the present invention, the surface of an ultra-fine particle material which is aerosolized and transported in a gaseous state is activated, and is sprayed onto a substrate to perform deposition. As long as the film has a crystal structure necessary for exhibiting the function, a film having a desired crystal structure can be formed without having to perform heating at a high temperature during or after film deposition. Further, even when the fine particles used have a wide particle size distribution due to secondary agglomeration or the like, a film can be formed by energy assist using a high-speed high-energy beam.
【００１９】図１は本発明の第１の実施の形態を示すも
ので、減圧チャンバー２０内において、陰極と陽極（図
示せず）を備えた高速の高エネルギービームを発生する
高エネルギービーム銃３にイオン化ガス２２を導入する
とともに、高エネルギービーム発生用高圧電源７により
高電圧を印加し、高速のイオン、原子、分子ビームや低
温プラズマなどの高エネルギー原子、分子である高エネ
ルギービーム２を高エネルギービーム銃３から発生す
る。次に、この様にして発生された上記高速の高エネル
ギービーム２を、少なくとも超微粒子流の発生源である
エアロゾル化チャンバー２１からノズル４を通して形成
された超微粒子流５が基板１に衝突する以前において、
これら超微粒子流５および基板１に照射し、超微粒子お
よび基板１の表面を活性化するものである。超微粒子流
５は、減圧チャンバー２０内が排気装置６により数Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力に排気されているために、前記ノズル４
を通して基板１に噴射される。この時、ノズルから噴射
される超微粒子流５の速度は、ノズルの開口断面積やエ
アロゾル化チャンバー２１の圧力で制御する。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. A high-energy beam gun 3 having a cathode and an anode (not shown) for generating a high-speed high-energy beam in a reduced-pressure chamber 20 is shown. In addition to the introduction of the ionized gas 22, a high voltage is applied by the high-energy beam generating high-voltage power supply 7, and the high-energy beam 2, which is a high-energy atom or molecule such as a high-speed ion, atom, or molecular beam, or a low-temperature plasma, is generated. Generated from the energy beam gun 3. Next, the high-speed high-energy beam 2 generated in this manner is applied at least before the ultra-fine particle flow 5 formed through the nozzle 4 from the aerosolization chamber 21 which is the source of the ultra-fine particle flow impinges on the substrate 1. At
The ultrafine particle flow 5 and the substrate 1 are irradiated to activate the ultrafine particles and the surface of the substrate 1. The ultra-fine particle flow 5 has several to-
rr or less, the nozzle 4
Through the substrate 1. At this time, the speed of the ultrafine particle stream 5 injected from the nozzle is controlled by the opening cross-sectional area of the nozzle and the pressure of the aerosolization chamber 21.
【００２０】この方法の場合、超微粒子材料の基板への
吹き付けによる成膜エネルギー（運動エネルギー）の供
給と、高速の高エネルギービーム２の照射による超微粒
子活性化エネルギーの供給が独立に行え、更に超微粒子
や基板だけを活性化したり、両方を同時に活性化したり
と空間的にも選択性のある精密なエネルギーの供給が可
能となるため、超微粒子材料を溶融することなく、その
結晶構造を維持したまま、超微粒子材料に応じた最適な
活性化条件、成膜条件が設定し易い。また成膜に用いる
ガス種も不活性ガスだけに限らず、酸化性、還元性など
異なった種類のものを混合して用いることができるの
で、反応性（酸化、還元、窒化、塩化、炭素化反応な
ど）の成膜も他の条件と独立して制御可能で、広い範囲
の超微粒子材料、基板材料の組み合わせに対し、有効に
適用することができる。In this method, the supply of film forming energy (kinetic energy) by spraying the ultrafine particle material onto the substrate and the supply of ultrafine particle activation energy by irradiation of the high-speed high energy beam 2 can be performed independently. Activating only the ultrafine particles and the substrate, or activating both at the same time, enables the supply of precise energy with spatial selectivity, maintaining the crystal structure without melting the ultrafine material As it is, optimum activation conditions and film forming conditions according to the ultrafine particle material can be easily set. In addition, the gas used for film formation is not limited to the inert gas, and a mixture of different types such as oxidizing and reducing properties can be used, so that the reactivity (oxidation, reduction, nitridation, chloride, carbonization, The film formation can be controlled independently of other conditions, and can be effectively applied to a wide range of combinations of ultrafine particle materials and substrate materials.
【００２１】さらに、成膜法に用いる超微粒子流の発
生、加速方法は、上記超微粒子をキャリアガスと混合し
分散した後、上記ノズルから噴射させる方法に限ったも
のでなく、上記超微粒子を超音波振動や電磁振動、機械
的振動などにより分散した後、帯電させ静電的な加速を
行い超微粒子流を発生することも可能である。図２は、
この様な電界加速による超微粒子流の発生を利用した本
発明の第２の実施の形態である。図２の中で、点線で囲
んだ領域が電磁振動式超微粒子流発生装置８を示してお
り、超微粒子チャンバー１１に蓄えられた超微粒子は、
超微粒子励振用電源１４から超微粒子励振コイル１２に
印加された交流電流により振動、攪拌され、さらに超微
粒子加速、収束用高圧電源１３からの印加電圧により帯
電され、超微粒子チャンバー１１の外に運ばれる。次に
電界レンズ用電極１０に印加された高電圧により超微粒
子流５は、適度に収束或いは拡散され、超微粒子加速、
収束用高圧電源１３から加速用電極９に印加された高電
圧により基板１に向けて加速され、またイオン化ガス２
２が導入された高エネルギービーム銃３から照射される
高エネルギービーム２を通過して基板に到達する。この
時、加速するための高電圧は、基板材料が導電体の場合
は、基板１に印加してもよい。この場合、超微粒子の搬
送、加速にガスを用いておらず減圧チャンバー２０内に
導入されれるプラズマ発生用のガス種だけなので、上記
超微粒子の加速制御と上記減圧チャンバー内の圧力制御
を独立して行い易いという利点がある。尚、減圧チャン
バー２０内は、図１と同様に排気装置６により数Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力に排気されている。The method of generating and accelerating the flow of the ultrafine particles used in the film forming method is not limited to the method of mixing and dispersing the ultrafine particles with a carrier gas and then jetting the mixture from the nozzle. After being dispersed by ultrasonic vibration, electromagnetic vibration, mechanical vibration, or the like, it is also possible to generate an ultrafine particle flow by charging and electrostatically accelerating. FIG.
This is a second embodiment of the present invention utilizing the generation of an ultrafine particle flow by such electric field acceleration. In FIG. 2, a region surrounded by a dotted line shows the electromagnetic vibration type ultrafine particle flow generator 8, and the ultrafine particles stored in the ultrafine particle chamber 11 are:
It is vibrated and agitated by the alternating current applied from the ultrafine particle excitation power supply 14 to the ultrafine particle excitation coil 12, and further charged by the applied voltage from the ultrafine particle acceleration and convergence high voltage power supply 13, and carried out of the ultrafine particle chamber 11. It is. Next, the ultrafine particle flow 5 is moderately converged or diffused by the high voltage applied to the electric field lens electrode 10, and the ultrafine particle flow 5 is accelerated.
It is accelerated toward the substrate 1 by the high voltage applied to the accelerating electrode 9 from the high-voltage power supply 13 for convergence.
2 passes through the high energy beam 2 emitted from the high energy beam gun 3 into which the substrate 2 has been introduced, and reaches the substrate. At this time, a high voltage for acceleration may be applied to the substrate 1 when the substrate material is a conductor. In this case, since the gas is not used for transporting and accelerating the ultrafine particles and only the gas type for plasma generation introduced into the decompression chamber 20, the acceleration control of the ultrafine particles and the pressure control in the decompression chamber are independent. There is an advantage that it is easy to perform. The inside of the decompression chamber 20 is several torr by the exhaust device 6 as in FIG.
It is exhausted to a pressure of r or less.
【００２２】図３は本発明の第３の実施の形態を示すも
ので、超微粒子を噴射するノズル４の手前に高速の高エ
ネルギービームを発生する高エネルギービーム銃３を設
けた超微粒子流減速チャンバー２４を設け、上記超微粒
子流減速チャンバー２４で流速の減速された超微粒子流
５’のみに高速の高エネルギービーム２を照射する。こ
の様に超微粒子流の流速を減速することで、高エネルギ
ー原子、分子と超微粒子の相互作用の時間を制御するこ
とができ、超微粒子流５の各超微粒子を適度に活性化し
て基板１に堆積させるものである。この時、上記超微粒
子流減速チャンバー２４は、その断面積を上記必要に応
じて変化させる機構を有し、上記相互作用の時間をノズ
ル４から噴射される超微粒子流の速度と独立かつ精密に
制御することが可能になる。また、この後、超微粒子流
５’が基板に到達する前に、図３に示すように、帯電電
極や加速電極９を用いて、減圧チャンバー２０内で加
速、その流速を調整することも可能である。また、図３
に示した超微粒子流減速チャンバー２４は、その断面積
を上記必要に応じて変化させる機構を有し、その内外に
低温プラズマ発生用の電極やコイルを設け、これに低温
プラズマ発生用の高圧電源１５から交流の高電圧を印加
することで、超微粒子流５を活性化することも可能であ
る。例えば、図４に示すように、超微粒子流減速チャン
バー２４の内側に低温プラズマ発生用の電極１０を設
け、これに低温プラズマ発生用の高圧電源１５から高電
圧を印加することで、超微粒子流減速チャンバー２４内
に低温プラズマ２を発生せしめ、この低温プラズマ中を
超微粒子流５が低速で通過することで、超微粒子と高エ
ネルギービームあるいは低温プラズマとの相互作用時間
を長くし、超微粒子を効率よく活性化することができ
る。また、図５に示すように、超微粒子とガスとを混
合、分散し超微粒子流５を発生するためのエアロゾル化
チャンバー３０を減速チャンバーとし、その外側に低温
プラズマ発生用の誘導コイル１８を設け、これに低温プ
ラズマ発生用の高圧電源１６から交流の高電圧を印加す
ることでエアロゾル化チャンバー３０内に低温プラズマ
２を発生せしめ、上記同様の効果を得ることも可能であ
る。エアロゾル化チャンバー３０に入れられた超微粒子
粉末３１は、ガスボンベ３２からエアロゾル化チャンバ
ー３０に導入されたガスと撹拌・混合することでエアロ
ゾル化し、誘導コイル１８近傍に形成された低温プラズ
マ２により活性化され、超微粒子流５を形成して、成膜
チャンバーに供給される。その後、活性化された超微粒
子流５は、本発明の実施形態である図１，３，６，８，
９に記載されているようなノズルを使う方法や図２，
７，１０に記載されている帯電させて静電的に加速する
方法などで必要な速度に加速し、基板に吹き付けられ低
温で緻密な膜を形成する。以上に述べたように、超微粒
子流５の減速機構を設けて超微粒子を活性化する方法の
場合、ノズルから噴射される超微粒子流５の速度とは独
立して、超微粒子と高エネルギービームの相互作用時間
は減速速度に応じて精密に制御でき、相互作用時間を長
くとることで、僅かなビームエネルギーでも効率よく超
微粒子を活性化することが可能となる。また、超微粒子
流５に照射する高エネルギービームは、図３に示した高
エネルギービーム銃から発生したものを用いるだけな
く、本発明の実施形態である図６，７，８，９，１０に
記載されているような、直流あるいは交流の高電圧印加
により発生したプラズマを用いてもよい。FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which a high-energy beam gun 3 for generating a high-speed high-energy beam is provided in front of a nozzle 4 for jetting ultra-fine particles. A chamber 24 is provided, and only the ultrafine particle flow 5 ′ whose flow velocity has been reduced by the ultrafine particle flow deceleration chamber 24 is irradiated with the high-speed high energy beam 2. By reducing the flow velocity of the ultrafine particle flow in this way, the time of interaction between the high-energy atoms and molecules and the ultrafine particles can be controlled. Is deposited on the surface. At this time, the ultrafine particle flow deceleration chamber 24 has a mechanism for changing its cross-sectional area as required, and the time of the interaction can be adjusted independently and precisely from the velocity of the ultrafine particle flow injected from the nozzle 4. It becomes possible to control. After that, before the ultrafine particle flow 5 ′ reaches the substrate, it is possible to accelerate the charged particles and the accelerating electrode 9 in the decompression chamber 20 and adjust the flow velocity thereof, as shown in FIG. It is. FIG.
The ultrafine particle flow deceleration chamber 24 shown in (1) has a mechanism for changing the cross-sectional area as required, and has electrodes and coils for low-temperature plasma generation inside and outside thereof, and a high-voltage power supply for low-temperature plasma generation It is also possible to activate the ultrafine particle flow 5 by applying an AC high voltage from 15. For example, as shown in FIG. 4, a low-temperature plasma generating electrode 10 is provided inside the ultra-fine particle flow deceleration chamber 24, and a high voltage is applied to the electrode 10 from the high-temperature power supply 15 for low-temperature plasma generation. The low-temperature plasma 2 is generated in the deceleration chamber 24, and the ultrafine particle flow 5 passes through the low-temperature plasma at a low speed, thereby increasing the interaction time between the ultrafine particles and the high-energy beam or the low-temperature plasma, and It can be activated efficiently. As shown in FIG. 5, the aerosolization chamber 30 for mixing and dispersing the ultrafine particles and the gas to generate the ultrafine particle flow 5 is a deceleration chamber, and an induction coil 18 for generating a low-temperature plasma is provided outside the deceleration chamber. By applying an AC high voltage from the high-voltage power supply 16 for generating a low-temperature plasma to the low-temperature plasma, the low-temperature plasma 2 is generated in the aerosolization chamber 30, and the same effect as described above can be obtained. The ultrafine powder 31 placed in the aerosolization chamber 30 is aerosolized by stirring and mixing with the gas introduced into the aerosolization chamber 30 from the gas cylinder 32 and activated by the low-temperature plasma 2 formed near the induction coil 18. Then, an ultrafine particle stream 5 is formed and supplied to the film forming chamber. Thereafter, the activated ultrafine particle stream 5 is applied to the embodiment of the present invention in FIGS.
The method using a nozzle as described in FIG.
It is accelerated to a required speed by the method of charging and electrostatically accelerating described in 7, 10 and is sprayed on the substrate to form a dense film at low temperature. As described above, in the case of the method of activating the ultra-fine particles by providing the deceleration mechanism of the ultra-fine particles flow 5, the ultra-fine particles and the high energy beam are independent of the velocity of the ultra-fine particle flow 5 injected from the nozzle. The interaction time can be precisely controlled according to the deceleration speed. By making the interaction time longer, it becomes possible to efficiently activate the ultrafine particles even with a small beam energy. The high-energy beam applied to the ultrafine particle stream 5 is not only the one generated from the high-energy beam gun shown in FIG. 3 but also used in the embodiments of the present invention shown in FIGS. As described, plasma generated by applying a high voltage of direct current or alternating current may be used.
【００２３】この方法の場合も、超微粒子材料の基板１
への吹き付けによる成膜エネルギー（運動エネルギー）
の供給と、高速の高エネルギービーム２の照射による超
微粒子活性化エネルギーの供給が独立に行え、更に超微
粒子や基板だけを活性化したり、両方を同時に活性化し
たりと空間的にも選択性のある精密なエネルギーの供給
が可能となるため、超微粒子材料を溶融することなく、
その結晶構造を維持したまま、超微粒子材料に応じた最
適な活性化条件、成膜条件が設定し易い。また成膜に用
いるガス種も異なったものを用いることができるので、
反応性（酸化、窒化、塩化、炭素化反応など）の成膜も
他の条件と独立して制御可能で、広い範囲の材料に有効
に適用することができる。In the case of this method as well, the substrate 1 of the ultrafine particle material is used.
Energy (kinetic energy) by spraying
And the supply of ultrafine particle activation energy by irradiating the high-speed high-energy beam 2 can be performed independently. Furthermore, only the fine particles and the substrate can be activated, or both can be activated simultaneously. Because it is possible to supply certain precise energy, without melting the ultrafine particle material,
Optimum activation conditions and film formation conditions according to the ultrafine particle material can be easily set while maintaining the crystal structure. Since different gas types can be used for film formation,
The film formation of reactivity (oxidation, nitridation, chloride, carbonization reaction, etc.) can be controlled independently of other conditions, and can be effectively applied to a wide range of materials.
【００２４】このとき、超微粒子材料表面かあるいは基
板表面は、高速の高エネルギービームの照射により、そ
の表面に付着した水分子等による汚染層や酸化物層を除
去したりアモルファス化することで活性化され、高温の
熱処理をおこなわなくても強固な結合が実現され、超微
粒子の飛行速度を上げなくとも、基板あるいは超微粒子
とのソフトな衝突で、超微粒子の結晶構造を壊すことな
く緻密な膜を形成することができる。At this time, the surface of the ultrafine particle material or the surface of the substrate is activated by irradiating a high-speed high-energy beam to remove a contaminant layer or an oxide layer due to water molecules or the like attached to the surface or to make the surface amorphous. Strong bonding is achieved without high-temperature heat treatment, and the dense particles can be formed without breaking the crystal structure of the ultrafine particles by soft collision with the substrate or ultrafine particles without increasing the flying speed of the ultrafine particles. A film can be formed.
【００２５】図６は本発明の第４の実施の形態であり、
導電性を有する基板１と導電性を有する上記ノズル４と
に低温プラズマ発生用高圧電源１５から高電圧を印加
し、上記ノズル４にイオン化ガスと超微粒子２３とを供
給して超微粒子の搬送に用いているイオン化ガスをプラ
ズマ化することにより基板に向かう高速の高エネルギー
ビーム２を発生させ、これを搬送中の超微粒子流５や基
板１の表面に照射する方法である。この時、上記ノズル
４から噴射されるガスにより形成されるプラズマを低温
化させるために、減圧チャンバー内は排気装置６によっ
て数Ｔｏｒｒ以下に排気し、電圧印加による放電は、グ
ロー放電にすることが必要である。この方法によれば堆
積に必要な運動エネルギーを得られない微粒子まで結合
可能になり、使用する微粒子材料の粒径分布の制限も緩
和される。このことは、実用上原材料の低コスト化に非
常に有効となる。FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
A high voltage is applied to the conductive substrate 1 and the conductive nozzle 4 from the high-voltage power supply 15 for low-temperature plasma generation, and an ionized gas and ultrafine particles 23 are supplied to the nozzle 4 to transport the ultrafine particles. This is a method in which a high-speed high-energy beam 2 directed toward the substrate is generated by turning the ionized gas used into plasma, and the high-energy beam 2 is irradiated onto the ultrafine particle flow 5 being transported or the surface of the substrate 1. At this time, in order to lower the temperature of the plasma formed by the gas injected from the nozzle 4, the inside of the decompression chamber is evacuated to several Torr or less by the exhaust device 6, and the discharge by voltage application may be glow discharge. is necessary. According to this method, it is possible to bond fine particles that cannot obtain the kinetic energy required for deposition, and the restriction on the particle size distribution of the fine particle material used is relaxed. This is very effective in reducing the cost of raw materials in practice.
【００２６】さらに、基板１が非導電性材料の場合は、
基板１の後方に図６に示す電極１７を配置し、印加する
高電圧を交流、高周波とすることで前記導電性基板を用
いる場合と同様に高速の高エネルギービームとを形成す
ることが可能である。Further, when the substrate 1 is a non-conductive material,
By arranging the electrode 17 shown in FIG. 6 behind the substrate 1 and applying a high voltage of alternating current or high frequency, a high-speed high-energy beam can be formed as in the case of using the conductive substrate. is there.
【００２７】図７は本発明の第５の実施の形態であり、
前記図２の本発明の２の実施の形態において、電磁振動
式超微粒子流発生装置８における超微粒子流５の噴射位
置と基板１とに、低温プラズマ発生用高圧電源１５によ
って高電圧が印加されるプラズマ発生用電極１７を設け
るとともに上記電磁振動式超微粒子流発生装置８と基板
１との間にイオン化ガス２２を導入するイオン化ガス導
入ノズル１９を位置させ、電磁振動式超微粒子流発生装
置８からの超微粒子流５に前記噴射位置に設けた電極１
７の開口部を通過させるとともに、ノズル１９からのイ
オン化ガス２２をプラズマ化して高速の高エネルギービ
ーム２を発生し、ビーム２で超微粒子２を照射し、この
超微粒子流５を基板１に噴射する方法である。この実施
の形態によれば、高速の高エネルギービーム２を発生さ
せるためのガス種は、イオン化ガス導入ノズル１９を用
いて、超微粒子の搬送、加速にガスを用いていないので
プラズマ発生用のガス種だけなので、上記超微粒子の加
速制御と上記減圧チャンバー内の圧力制御を独立して行
い易いという利点がある。FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2, a high voltage is applied to the jetting position of the ultrafine particle flow 5 and the substrate 1 in the electromagnetic vibration type ultrafine particle flow generating device 8 by the high-temperature power supply 15 for low-temperature plasma generation. A plasma generating electrode 17 is provided, and an ionized gas introduction nozzle 19 for introducing an ionized gas 22 is positioned between the electromagnetic vibration type ultrafine particle flow generator 8 and the substrate 1. Electrode 1 provided at the injection position on ultrafine particle flow 5 from
7, the ionized gas 22 from the nozzle 19 is turned into plasma to generate a high-speed high-energy beam 2, which irradiates the ultrafine particles 2 with the beam 2 and injects the ultrafine particle stream 5 onto the substrate 1. How to According to this embodiment, the gas type for generating the high-speed high-energy beam 2 uses the ionized gas introduction nozzle 19 and does not use the gas for transporting and accelerating the ultrafine particles. Since there is only one kind, there is an advantage that acceleration control of the ultrafine particles and pressure control in the decompression chamber can be easily performed independently.
【００２８】図８は本発明の第６の実施の形態であり、
図６の本発明の第４の実施の形態において、低温プラズ
マ発生用高圧電源１５から高電圧が印加される電極１７
を、基板１の下側に対向状に配置して、ノズル４から噴
射するイオン化ガスと超微粒子２３のイオン化ガスをプ
ラズマ化して高速の高エネルギービーム２とし、この高
エネルギービーム２を搬送中の超微粒子流５や基板１の
表面に照射する。この場合も、前記本発明の第４の実施
の形態と同様に、堆積に必要な運動エネルギーを得られ
ない微粒子まで結合可能になり、使用する微粒子材料の
粒径分布の制限も緩和される。このことは、実用上原材
料の低コスト化に非常に有効となる。しかも、基板１が
非導電性材料の場合でも有効である。FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 6, an electrode 17 to which a high voltage is applied from a high-voltage power supply 15 for generating a low-temperature plasma is used.
Are arranged under the substrate 1 so as to face each other, and the ionized gas ejected from the nozzle 4 and the ionized gas of the ultrafine particles 23 are turned into plasma to form a high-speed high-energy beam 2, and this high-energy beam 2 is being conveyed. Irradiate the ultrafine particle flow 5 and the surface of the substrate 1. Also in this case, similarly to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to bond even fine particles that cannot obtain the kinetic energy required for deposition, and the restrictions on the particle size distribution of the fine particle material used are relaxed. This is very effective in reducing the cost of raw materials in practice. Moreover, it is effective even when the substrate 1 is made of a non-conductive material.
【００２９】図９は本発明の第７の実施の形態であり、
イオン化ガスと超微粒子を噴射するノズル４と基板１と
の間に高周波プラズマ発生用電源１６に接続したプラズ
マ発生用コイル１８を設け、このコイル１８の高電圧、
高周波によって超微粒子の搬送に用いているイオン化ガ
スを高速の高エネルギービーム２とし、超微粒子流５を
この高エネルギービーム２のプラズマ空間の中を通過さ
せることにより、活性化して基板１上に堆積する。この
時、上記ノズル４から噴射されるガスにより形成される
プラズマを低温化させるために、減圧チャンバー内は数
Ｔｏｒｒ以下に排気し、電圧印加による放電は、グロー
放電にすることが必要である。さらに、超微粒子流の発
生は、上記ノズルから噴射させる方法に限ったものでな
く、静電的な加速を行い広い面積に一様な超微粒子流の
発生を行って、これを上記プラズマ発生コイル１８の形
成するプラズマ空間２を通過させることにより、活性化
して基板１上に堆積してもよい。この場合は、図７の実
施の形態と同様に、プラズマを発生させるための種ガス
をイオン化ガス導入ノズル１９を用いて別途供給するこ
とになる。この場合も、超微粒子の搬送、加速にガスを
用いていないので、減圧チャンバー内に導入されれるプ
ラズマ発生用のガス種だけなので、上記超微粒子の加速
制御と上記減圧チャンバー内の圧力制御を独立して行い
易いという利点がある。FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention.
A plasma generating coil 18 connected to a high-frequency plasma generating power supply 16 is provided between the substrate 1 and the nozzle 4 for injecting ionized gas and ultrafine particles.
The ionized gas used for transporting the ultrafine particles by the high frequency is converted into a high-speed high-energy beam 2, and the ultrafine particle stream 5 is activated and deposited on the substrate 1 by passing through the plasma space of the high-energy beam 2. I do. At this time, in order to lower the temperature of the plasma formed by the gas ejected from the nozzle 4, the inside of the decompression chamber must be evacuated to several Torr or less, and the discharge by voltage application must be a glow discharge. Further, the generation of the ultra-fine particle flow is not limited to the method of jetting from the above-described nozzle, and a uniform ultra-fine particle flow is generated over a wide area by performing an electrostatic acceleration, and this is generated by the plasma generation coil. It may be activated and deposited on the substrate 1 by passing through the plasma space 2 formed by 18. In this case, similarly to the embodiment of FIG. 7, a seed gas for generating plasma is separately supplied using the ionized gas introduction nozzle 19. Also in this case, since no gas is used for transporting and accelerating the ultrafine particles, only the gas type for plasma generation introduced into the decompression chamber is used, so the acceleration control of the ultrafine particles and the pressure control in the decompression chamber are independent. There is an advantage that it is easy to perform.
【００３０】図１０は本発明の第８の実施の形態であ
り、図３に示された第３の実施の形態の超微粒子発生源
に上記超微粒子を超音波振動や電磁振動、機械的振動な
どにより分散した後、帯電させ静電的な加速を行う手法
を用い、高エネルギービームの照射に高周波印加による
プラズマ発生を利用したものである。FIG. 10 shows an eighth embodiment of the present invention, in which the ultrafine particles are applied to the ultrafine particle generating source of the third embodiment shown in FIG. 3 by ultrasonic vibration, electromagnetic vibration, or mechanical vibration. The method uses a method of charging and electrostatic acceleration after being dispersed by using a method such as plasma generation by applying a high frequency to the irradiation of a high energy beam.
【００３１】即ち、超微粒子チャンバー１１に蓄えられ
た超微粒子は、超微粒子励振用電源１４から超微粒子励
振コイル１２に印加された交流電流により振動、攪拌さ
れ、さらに超微粒子加速、収束用高圧電源１３からの印
加電圧によって帯電され、超微粒子チャンバー１１の外
に運ばれる。そして電界レンズ用電極１０に印加される
高電圧により超微粒子流５は適度に拡散され、超微粒子
加速、収束用高圧電源１３から加速用電極９に印加され
た高電圧により基板１に向けて加速、噴射される。この
時、電界レンズ用電極１０による電界により広げられた
超微粒子流５の近傍にプラズマ発生用コイル１８を配置
し、高周波プラズマ発生用高圧電源１６から高周波電圧
を印加し、上記超微粒子流５に高エネルギーの原子、分
子を照射し、上記超微粒子表面を活性化する。その後、
活性化された上記超微粒子を加速用電極９と基板１の間
に形成された電界により加速して成膜を行う。この時、
図７の実施の形態と同様に、プラズマを発生させるため
の種ガスをイオン化ガス導入ノズル１９を用いて別途供
給する。この場合も、超微粒子の搬送、加速にガスを用
いていないので、減圧チャンバー内に導入されれるプラ
ズマ発生用のガス種だけなので、上記超微粒子の加速制
御と上記減圧チャンバー内の圧力制御を独立して行い易
いという利点がある。また、超微粒子加速、収束用電源
１３から電界レンズ用電極１０に印加する電圧を超微粒
子チャンバー１１に印加されている電圧に対して変化さ
せることで、プラズマ発生用コイル１８近傍を通過する
適度に拡散された超微粒子流５の速度を調整し、本発明
の実施形態である図３，４，５と同様に超微粒子流５と
高エネルギービームの相互作用時間を精密に制御し、相
互作用時間を長くとることで、僅かなビームエネルギー
でも効率よく超微粒子を活性化することが可能となる。
また、本発明の実施形態である図１乃至１１に示された
超微粒子成膜において、高エネルギービーム２の照射に
よって超微粒子が溶融しないためには、高エネルギービ
ーム２を発生させるために高エネルギービーム発生用高
圧電源７や低温プラズマ発生用高圧電源１５、高周波プ
ラズマ発生用電源１６から高エネルギービーム銃３や低
圧プラズマ発生用電極１０、プラズマ発生用コイル１８
に供給される電力は１ＫＷ以下であることが望ましい。That is, the ultra-fine particles stored in the ultra-fine particle chamber 11 are vibrated and agitated by the alternating current applied from the ultra-fine particle excitation power supply 14 to the ultra-fine particle excitation coil 12, and further, the ultra-fine particle acceleration and convergence high-voltage power supply It is charged by the applied voltage from 13 and is carried out of the ultrafine particle chamber 11. The ultrafine particle stream 5 is appropriately diffused by the high voltage applied to the electric field lens electrode 10 and accelerated toward the substrate 1 by the high voltage applied from the high voltage power supply 13 for accelerating and converging the ultrafine particles to the electrode 9 for acceleration. Is injected. At this time, a plasma generating coil 18 is arranged near the ultrafine particle flow 5 spread by the electric field by the electric field lens electrode 10, and a high frequency voltage is applied from a high frequency plasma generating high voltage power supply 16 to the ultrafine particle flow 5. The surface of the ultrafine particles is activated by irradiating high energy atoms and molecules. afterwards,
The activated ultrafine particles are accelerated by an electric field formed between the acceleration electrode 9 and the substrate 1 to form a film. At this time,
Similar to the embodiment of FIG. 7, a seed gas for generating plasma is separately supplied using the ionized gas introduction nozzle 19. Also in this case, since no gas is used for transporting and accelerating the ultrafine particles, only the gas type for plasma generation introduced into the decompression chamber is used, so the acceleration control of the ultrafine particles and the pressure control in the decompression chamber are independent. There is an advantage that it is easy to perform. Further, by changing the voltage applied from the power supply 13 for acceleration and convergence of the ultrafine particles to the electrode 10 for the electric field lens to the voltage applied to the ultrafine particle chamber 11, it is possible to appropriately pass the vicinity of the coil 18 for plasma generation. The velocity of the diffused ultra-fine particle stream 5 is adjusted, and the interaction time between the ultra-fine particle stream 5 and the high energy beam is precisely controlled as in the embodiments of FIGS. By setting the length to be long, it is possible to efficiently activate the ultrafine particles even with a small beam energy.
In the ultrafine particle deposition shown in FIGS. 1 to 11 according to the embodiment of the present invention, in order to prevent the ultrafine particles from being melted by the irradiation of the high energy beam 2, From the high-voltage power supply 7 for generating a beam, the high-voltage power supply 15 for generating a low-temperature plasma, and the power supply 16 for generating a high-frequency plasma, the high-energy beam gun 3, the electrode 10 for generating a low-pressure plasma, and the coil 18 for generating plasma
Is desirably 1 KW or less.
【００３２】これら方法によれば堆積に必要な運動エネ
ルギーを得られない微粒子まで結合可能になり、使用す
る微粒子材料の粒径分布の制限も緩和される。このこと
は、実用上原材料の低コスト化に非常に有効となる。
尚、各図の実施の形態において、同一部分は同一符号を
付して、一部説明が省略されている。According to these methods, it is possible to bond fine particles which cannot obtain the kinetic energy required for deposition, and the restriction on the particle size distribution of the fine particle material used is relaxed. This is very effective in reducing the cost of raw materials in practice.
In the embodiments of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
【００３３】[0033]
【実施例】具体的には図１に示された高エネルギー原
子、分子を発生する高速原子、分子ビーム銃を用いる方
法でおこなった。使用した超微粒子は、粒径が０．１〜
５μｍの圧電特性を有するペロブスカイト構造のＰＺＴ
（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ：圧電材料）、スピネル構造
を有するＭｎ−Ｚｎフェライト（Ｆｅ２Ｏ３（Ｍｎ，Ｚ
ｎ）Ｏ：高周波磁気材料）、アナターゼ、ルチル構造の
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ：抗菌材料）などの酸化物セラ
ミック超微粒子で、２００ｇをエアロゾル化チャンバー
２１にチャージし、図１１の構成に示す超微粒子搬送用
ガスボンベ２５から供給されるＨｅガスをキャリアガス
として用いた超微粒子成膜装置に、高エネルギー原子、
分子を発生する高速原子、分子ビーム銃３を図１の形で
取り付け、イオン化用ガスボンベ２６から供給される酸
素をソースガスにして、Ｓｉ基板やステンレス基板、ア
ルミナ基板上に室温の基板温度で高速の酸素原子ビーム
を照射しながら成膜を行った。この時、膜形状に応じて
Ｘ−Ｙ−Ｚステージ２７を用いて基板１をノズル４（開
口サイズ：１０ｍｍ×０．４ｍｍ）に対して走査した。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specifically, the method was carried out by using a high-energy atom, a high-speed atom for generating molecules, and a molecular beam gun shown in FIG. The ultrafine particles used have a particle size of 0.1 to
PZT with perovskite structure having piezoelectric characteristics of 5 μm
(Pb (Zr, Ti) O3: piezoelectric material), Mn-Zn ferrite having a spinel structure (Fe2O3 (Mn, Z
n) O: high-frequency magnetic material), oxide ceramic ultrafine particles such as anatase, rutile titanium dioxide (TiO2: antibacterial material), etc., 200 g is charged into the aerosolization chamber 21 and the ultrafine particle transport shown in the configuration of FIG. High-energy atoms and ultra-fine particle deposition equipment using He gas supplied from the
A high-speed atom generating molecule, the molecular beam gun 3 is attached in the form shown in FIG. 1, and oxygen supplied from the ionization gas cylinder 26 is used as a source gas, and a high-speed atomization is performed at a substrate temperature of room temperature on a Si substrate, a stainless steel substrate, or an alumina substrate. The film was formed while irradiating with an oxygen atom beam. At this time, the substrate 1 was scanned with respect to the nozzle 4 (opening size: 10 mm × 0.4 mm) using the XYZ stage 27 according to the film shape.
【００３４】超微粒子ガスの流速は約５０ｍ／ｓｅｃ以
下で成膜チャンバー２０内の真空度は廃棄装置６により
０．２ Ｔｏｒｒ〜２×１０−４Ｔｏｒｒの間で高速の
酸素原子ビームを発生する高速原子、分子銃への印加電
圧１〜２ＫＶ、２０〜５０ｍＡの条件でおこない、５〜
２０μｍ／分の成膜速度で１００〜５００μｍ厚の膜が
形成した。得られた膜のＸ線解析結果を、図１２（ａ）
に示す。比較のため、高速の酸素原子ビームを照射せず
に生成した膜のＸ線解析結果を図１２（ｂ）に示す。図
１２（ａ）に示すように、高速の酸素原子ビームを照射
して生成した膜の方が解析ピークはシャープになり、堆
積膜の結晶構造は、図１２（ｃ）にＸ線解析結果を示す
原料粉末のペロブスカイト構造と同じ結晶構造を維持し
た緻密な膜が得られた。The flow rate of the ultrafine particle gas is about 50 m / sec or less, and the degree of vacuum in the film forming chamber 20 is generated by the discarding device 6 to generate a high-speed oxygen atom beam at 0.2 Torr to 2 × 10 −4 Torr. It is performed under the condition of applied voltage of 1 to 2 KV to the fast atom and molecular gun and 20 to 50 mA.
A film having a thickness of 100 to 500 μm was formed at a deposition rate of 20 μm / min. The X-ray analysis result of the obtained film is shown in FIG.
Shown in For comparison, FIG. 12B shows an X-ray analysis result of a film formed without irradiation with a high-speed oxygen atom beam. As shown in FIG. 12A, the analysis peak of the film formed by irradiating a high-speed oxygen atom beam is sharper, and the crystal structure of the deposited film is shown in FIG. A dense film having the same crystal structure as the perovskite structure of the raw material powder shown was obtained.
【００３５】また、ＰＺＴ超微粒子の搬送ガスにＡＩＲ
（乾燥圧縮空気）を用い、図６に示すように噴射ガスと
基板との間に数１０〜１００Ｗ程度の高電圧を印加し、
空気プラズマを発生させながら成膜することにより、原
料粉末のペロブスカイト構造と同じ結晶構造を維持した
緻密な膜が得られ、圧電特性が向上することを確認でき
た。尚、各図の実施の形態において、説明していない符
号は他の図の同一符号と同一の構成であるから、具体的
説明を省略する。In addition, the carrier gas for PZT ultrafine particles is AIR.
Using (dry compressed air), a high voltage of about several tens to 100 W is applied between the injection gas and the substrate as shown in FIG.
By forming a film while generating air plasma, a dense film having the same crystal structure as the perovskite structure of the raw material powder was obtained, and it was confirmed that the piezoelectric characteristics were improved. Note that, in the embodiments of the respective drawings, reference numerals that are not described have the same configurations as the same reference numerals in other drawings, and thus detailed description thereof will be omitted.
【００３６】また、超微粒子材料として金属を利用する
ときには、金属超微粒子生成チャンバー２８に不活性ガ
スを導入し、ガス中で上記金属材料を蒸発させることで
金属超微粒子材料を生成し、生成された金属超微粒子
を、上記不活性ガスを搬送するガスとして用いて減圧チ
ャンバー２０に送り込み、高エネルギービーム銃３から
高速の不活性原子ビーム５ＫＶ、１０ｍＡを照射しなが
ら超微粒子を噴射ノズル４から基板１に向け噴射するこ
とで成膜を行った。超微粒子材料としてＮｉを、基板材
料としてポリイミドを用いて、基板を加熱しないで成膜
を行ったところ、膜厚１００μｍまで剥離しない密度９
５％以上の強固な皮膜を形成することができた。When a metal is used as the ultrafine particle material, an inert gas is introduced into the ultrafine metal particle generation chamber 28, and the above metal material is evaporated in the gas to generate the ultrafine metal material. The ultra-fine metal particles are sent to the decompression chamber 20 using the above-mentioned inert gas as a gas for carrying the above-mentioned inert gas. The film was formed by injecting the liquid toward No. 1. A film was formed using Ni as the ultrafine particle material and polyimide as the substrate material without heating the substrate.
A strong film of 5% or more could be formed.
【００３７】以上、本発明を図面に記載された実施の形
態に基づいて説明したが、本発明は上記した実施の形態
だけでなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しな
い限りどのようにでも実施することができる。As described above, the present invention has been described based on the embodiments described in the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be modified in any manner unless the structure described in the claims is changed. But it can be implemented.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上、要するに、本発明によれば、高温
で再結晶化する必要のある機能性材料であっても原料粉
微粒子が機能発現に必要な結晶構造をもっていれば、膜
堆積中あるいは堆積後に高い温度の加熱をおこなう必要
もなく所望の結晶構造をもった緻密な膜を高速に形成で
きる。As described above, in summary, according to the present invention, even if a functional material which needs to be recrystallized at a high temperature, if the raw material fine particles have a crystal structure necessary for exhibiting the function, it can be used during film deposition. A dense film having a desired crystal structure can be formed at high speed without the necessity of heating at a high temperature after the deposition.
【００３９】また堆積する超微粒子が酸化物材料である
場合、照射する高速の高エネルギービームのガスソース
に酸素ガスを用いることによって、堆積中に超微粒子の
衝突や基板の加熱に基づく酸素欠損を補充することがで
き、特性・機能の向上が図れる。When the ultra-fine particles to be deposited are an oxide material, the oxygen deficiency due to the collision of the ultra-fine particles or the heating of the substrate during the deposition is reduced by using oxygen gas as the gas source of the high-speed high-energy beam for irradiation. It can be replenished, and the characteristics and functions can be improved.
【００４０】更に、使用する微粒子が２次凝集などによ
り広い粒径分布をもっている場合でも、堆積に必要な運
動エネルギーを得られない微粒子までが結合可能にな
り、使用に供する微粒子材料の粒径分布の制限も緩和さ
れる等、多大な優れた効果を奏することができる。Furthermore, even when the fine particles used have a wide particle size distribution due to secondary agglomeration or the like, even fine particles that cannot obtain the kinetic energy required for deposition can be bonded, and the particle size distribution of the fine particle material to be used can be obtained. , A great effect can be achieved.
【図１】本発明の第１の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an ultrafine particle deposition method according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施形態の一部を変形した超微
粒子成膜法を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method in which a part of the third embodiment of the present invention is modified.
【図５】本発明の第３の実施形態の一部を更に変形した
超微粒子成膜法を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing an ultrafine particle deposition method in which a part of the third embodiment of the present invention is further modified.
【図６】本発明の第４の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第５の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to a fifth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第６の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to a sixth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第７の実施の形態における超微粒子成
膜法を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to a seventh embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第８の実施の形態における超微粒子
成膜法を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an ultrafine particle deposition method according to an eighth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の方法を実施するために用いた成膜装
置の概略図である。FIG. 11 is a schematic view of a film forming apparatus used to carry out the method of the present invention.
【図１２】本発明の実施例におけるＸ線解析の結果を示
す特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing a result of X-ray analysis in the example of the present invention.
１ 基板 ２ 高エネルギーの原子、分子ビーム ３ 高エネルギービーム銃 ４ 超微粒子噴射ノズル ５ 超微粒子流 ５’ 低速の超微粒子流 ６ 排気装置 ７ 高エネルギービーム発生用高圧電源 ８ 電磁振動式超微粒子流発生装置 ９ 加速用電極 １０ 電界レンズ用電極 １１ 超微粒子チャンバー １２ 超微粒子励振コイル １３ 超微粒子加速、収束用高圧電源 １４ 超微粒子励振用電源 １５ 低温プラズマ発生用高圧電源 １６ 高周波プラズマ発生用高圧電源 １７ プラズマ発生用電極 １８ プラズマ発生用コイル １９ イオン化ガス導入ノズル ２０ 減圧チャンバー ２１ エアロゾル化チャンバー ２２ イオン化ガス ２３ イオン化ガスと超微粒子 ２４ 超微粒子流減速チャンバー ２５ 超微粒子搬送用ガスボンベ ２６ イオン化用ガスボンベ ２７ ｘ−ｙ−ｚステージ ２８ 金属超微粒子生成チャンバー ３０ エアロゾールチャンバー ３１ 超微粒子粉末 ３２ ガスボンベ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 High energy atom and molecular beam 3 High energy beam gun 4 Ultrafine particle injection nozzle 5 Ultrafine particle flow 5 'Low speed ultrafine particle flow 6 Exhaust device 7 High voltage power supply for high energy beam generation 8 Electromagnetic vibration type ultrafine particle flow generation Apparatus 9 Electrode for acceleration 10 Electrode for electric field lens 11 Ultrafine particle chamber 12 Ultrafine particle excitation coil 13 High voltage power supply for ultrafine particle acceleration and convergence 14 Power supply for ultrafine particle excitation 15 High voltage power supply for low temperature plasma generation 16 High voltage power supply for high frequency plasma generation 17 Plasma Generation electrode 18 Plasma generation coil 19 Ionization gas introduction nozzle 20 Decompression chamber 21 Aerosolization chamber 22 Ionization gas 23 Ionization gas and ultrafine particles 24 Ultrafine particle flow deceleration chamber 25 Ultrafine particle transport gas cylinder 26 Ionization gas cylinder 27 xy- z Stage 28 Metal ultrafine particle generation chamber 30 Aerosol chamber 31 Ultrafine powder 32 Gas cylinder
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 14/28 Ｃ２３Ｃ 14/28 26/00 26/00 Ｅ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 24/04 B01J 19/12 C01G 23/04 C01G 25/00 C23C 14/08 C23C 14/28 C23C 26/00 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI C23C 14/28 C23C 14/28 26/00 26/00 E (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 24/04 B01J 19/12 C01G 23/04 C01G 25/00 C23C 14/08 C23C 14/28 C23C 26/00
Claims (5)
を加速し基板に衝突させて堆積するようにした超微粒子
の成膜法であって、少なくとも上記超微粒子の流れが上
記基板に衝突する以前においてこれら超微粒子や基板
に、イオン、原子、分子ビームや低温プラズマなどの高
エネルギー原子、分子である高速の高エネルギービーム
を照射することにより超微粒子や基板表面を溶融するこ
となく活性化し、上記超微粒子と基板若しくは超微粒子
相互の結合を促進させ、超微粒子の結晶性を保持したま
ま緻密で良好な膜物性と基板への良好な密着性を有する
堆積物を形成するとともに、上記超微粒子流の速度を制
御する機構を設け、少なくとも基板に超微粒子が到達す
る以前にイオン、原子、分子ビームや低温プラズマなど
の高エネルギービームを超微粒子に照射し、上記高エネ
ルギービームと超微粒子との相互作用時間を制御するよ
うにしたことを特徴とする超微粒子成膜法。1. A method of forming ultrafine particles by accelerating an ultrafine particle material in a reduced-pressure chamber and colliding the ultrafine particle material with a substrate to deposit the ultrafine particle material, wherein at least before the flow of the ultrafine particles collides with the substrate, By irradiating the ultrafine particles and the substrate with high-energy atoms such as ions, atoms, molecular beams and low-temperature plasma, and high-speed high-energy beams such as molecules, the ultrafine particles and the substrate surface are activated without melting, and the ultrafine particles are activated. Promotes the bonding between the particles and the substrate or the ultrafine particles, forms a dense and good deposit with good film properties and good adhesion to the substrate while maintaining the crystallinity of the ultrafine particles, and the speed of the ultrafine particle flow Control
Control mechanism so that the ultrafine particles reach at least the substrate.
Before ion, atom, molecular beam and low temperature plasma
Irradiates the ultrafine particles with the high energy beam of
A method for forming ultrafine particles, characterized in that the interaction time between the energy beam and the ultrafine particles is controlled .
超微粒子を噴射するための超微粒子流発生源と、上記超
微粒子流発生源から噴射される超微粒子流や上記基板に
対して上記高速の高エネルギービームを照射するための
ビーム発生源を配置し、上記超微粒子発生源から基板に
向かって発生し、噴射した超微粒子流や上記基板に上記
高速の高エネルギービームを照射することにより、上記
超微粒子流中の超微粒子や基板表面を活性化し、上記基
板を上記超微粒子流に対して相対的に移動させることに
よって、上記基板上に上記超微粒子からなる膜状或いは
任意の形状の堆積物を形成するようにしたことを特徴と
する請求項１に記載の超微粒子成膜法。2. An ultra-fine particle flow source for injecting ultra-fine particles to the substrate in a decompression chamber, and an ultra-fine particle flow ejected from the ultra-fine particle flow source or the high-speed flow to the substrate. By arranging a beam generation source for irradiating a high energy beam of the above, generated from the ultrafine particle generation source toward the substrate, and irradiating the jetted ultrafine particle flow and the high speed high energy beam to the substrate, By activating the ultrafine particles and the substrate surface in the ultrafine particle flow, and moving the substrate relative to the ultrafine particle flow, depositing a film or any shape of the ultrafine particles on the substrate The method for forming ultrafine particles according to claim 1, wherein an object is formed.
けられた二つの電極に直流或いは交流の高電圧を印加す
る高圧電源を設け、上記減圧チャンバー内にプラズマ発
生のためのガスを導入し、上記高速の高エネルギービー
ムを生じせしめ、上記高速の高エネルギービームが少な
くとも上記超微粒子流発生源から発生する上記超微粒子
を活性化することにより、基板上に上記超微粒子からな
る膜状或いは任意の形状の堆積物を形成するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の超微粒子成膜法。3. A high-voltage power supply for applying a DC or AC high voltage to the ultrafine particle flow or two electrodes provided near the substrate is provided, and a gas for generating plasma is introduced into the decompression chamber. The high-speed high-energy beam is generated, and the high-speed high-energy beam activates at least the ultra-fine particles generated from the ultra-fine particle flow source. The ultrafine particle deposition method according to claim 1, wherein a deposit having a shape is formed.
記超微粒子流発生源との間に高電圧を印加したプラズマ
発生用コイルを設け、上記減圧チャンバー内にプラズマ
発生のためのガスを導入し、該コイルに高周波高電圧信
号を印加するための高圧電源を設けて上記高速の高エネ
ルギービームを生じせしめ、上記高速の高エネルギービ
ームが少なくとも上記超微粒子流発生源から発生する上
記超微粒子を活性化し、基板上に上記超微粒子からなる
膜状或いは任意の形状の堆積物を形成するようにしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の超微粒子成膜法。4. A plasma generating coil to which a high voltage is applied is provided between the substrate and the ultrafine particle flow generating source in the decompression chamber, and a gas for plasma generation is introduced into the decompression chamber. Providing a high-voltage power supply for applying a high-frequency high-voltage signal to the coil to generate the high-speed high-energy beam, and the high-speed high-energy beam activates at least the ultrafine particles generated from the ultrafine particle flow source. 2. The ultrafine particle deposition method according to claim 1, wherein the film is formed of the ultrafine particles or a deposit of an arbitrary shape is formed on the substrate.
に供給するエネルギーは１ＫＷ以下とする ことを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超微粒子成
膜法。 5. The method for generating the high energy beam.
The method for forming ultrafine particles according to any one of claims 1 to 4 , wherein the energy supplied to the substrate is 1 KW or less .
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