(57)【要約】【課題】生成するクラスター量を増大しかつ大きなクラスターを生成することのできるマグネトロンスパッタ法による方法と装置を提供すること。【解決手段】スパッタリング後のスパッタガスの少なくとも一部を、クラスター生成室のクラスター取出口よりもガス流に対して上流側で排出することにより、該取出口から排出されるガス中に含まれるスパッタガスの量を、クラスター生成室に導入した量より少なくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタガスおよび冷却ガスを導入しながら、マグネトロンスパッタ法によってクラスター生成室でクラスターを生成する方法において、スパッタリング後のスパッタガスの少なくとも一部を、クラスター生成室のクラスター取出口よりもガス流に対して上流側で排出することにより、該取出口から排出されるガス中に含まれるスパッタガスの量を、クラスター生成室に導入した量より少なくすることを特徴とするクラスター生成方法。
【請求項２】
一端に出口を有し、他端が封止壁体に密封固定された筒状体によって形成されるクラスター生成室と、クラスター生成室に冷却ガスを導入するための冷却ガス導入口と、該封止壁体を通って筒状体内に配置されたマグネトロンスパッタガンとを含んで構成されるマグネトロンスパッタ法によるクラスター生成装置において、スパッタリング後のスパッタガスの少なくとも一部を排出するための排出口を、クラスター生成室のクラスター取出口よりもガス流に対して上流側に設けたことを特徴とするクラスター生成装置。
【請求項３】
スッパタガスの該排出口をマグネトロンスパッタガンの近傍に設けたことを特徴とする請求項２に記載したクラスター生成装置。
【請求項４】
冷却ガス導入口をガス流に対してマグネトロンスパッタガンより上流側に開口させ、かつスッパタガスの該排出口をマグネトロンスパッタガンの下流側の近傍に設けたことを特徴とする請求項２または請求項３いずれかに記載したクラスター生成装置。
【請求項５】
冷却ガスの導入口をガス流に対してマグネトロンスパッタガンより下流側に開口させ、かつスッパタガスの該排出口をマグネトロンスパッタガンの上流側の近傍に設けたことを特徴とする請求項２または請求項３いずれかに記載したクラスター生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクラスターの生成方法と装置、特にマグネトロンスパッタ法によってクラスターを生成する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスターは、数個ないし数百個、あるいは数千個の原子が凝集して形成された塊状集合体である。
【０００３】
クラスターの生成方法として、一般にマグネトロンスパッタ法が用いられる。マグネトロンスパッタ法は、真空中で微量の不活性ガス（アルゴンあるいはキセノンガス）を導入しながら、マグネトロンスパッタガン上のターゲット表面に磁場を印加し、発生する二次電子で、例えばアルゴンガスをイオン化し、これをターゲット表面に衝突させ、そこから原子を叩き出す（スパッタリング）方法である。この方法はターゲット付近での電子密度が高く、高密度プラズマが発生するため、スパッタ効率に優れているという特徴がある。
【０００４】
このようなスパッタリングは、一般に、金属製の筒状体とマグネトロンスパッタガンとを含んで構成されるクラスター生成装置で行われる。筒状体は一端に出口を有し、他端が、装置躯体に支持された封止壁体に密封固定されている。壁体と筒状体とによって形成される筒状空間によってクラスター生成室が形成される。マグネトロンスパッタガンは、封止壁体を通ってクラスター生成室に配置される。
【０００５】
クラスター生成室で、叩き出されたターゲット材料原子は、高いエネルギーを有しており、クラスター化するにはこのエネルギーを奪うことが必要である。このためクラスター生成室に冷却ガスを導入し、発生したターゲット原子を含む蒸気からエネルギーを奪って冷却することが行われる。冷却ガスとして軽量な不活性ガス、通常ヘリウムガスが用いられる。
【０００６】
マグネトロンスパッタ法による、改良されたクラスターを生成する方法あるいは装置としては、従来例えばクラスター生成室の出口とスパッタ部との距離を調整可能にし、またクラスター出口にスキマーを配置して出口から放出されるクラスターのサイズ分布を狭くすることが提案されている（例えば特許文献1参照）。
【０００７】
また、他の改良例として、金属蒸気発生室内、すなわちクラスター生成室内で複数種のターゲットから異種金属上記を発生・反応させて合金又は化合物のクラスター粒子を製造する方法と装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、これらの方法あるいは装置は、叙述した従来の一般的なクラスター生成装置と同様に、いずれもクラスター生成室から取り出すことのできるクラスターの量が少ないという問題がある。また、大きなクラスターを生成することが難しいという問題がある。この理由は、スパッタリングのためクラスター生成室に導入されるアルゴンあるいはキセノンのようなスパッタガスは、ターゲットをスパッタするには必須であるが、クラスター化には有害であって、発生する原子のクラスター化を阻害するように作用する。アルゴンやキセノンの原子あるいはイオンは、冷却のため導入されるヘリウムガスの原子にくらべて質量が大きく、より大きなエネルギーをもっているので、これらの原子あるいはイオンが、生成したクラスターに衝突すると、クラスターを崩壊してしまうためである。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３０７００２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、クラスター量を増大することのできるマグネトロンスパッタ法によるクラスター生成方法および装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、大きなクラスターを生成することのできるマグネトロンスパッタ法によるクラスター生成方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を達成するため、請求項１に記載したクラスター生成方法は、スパッタガスおよび冷却ガスを導入しながら、マグネトロンスパッタ法によってクラスター生成室でクラスターを生成する方法において、スパッタリング後のスパッタガスの少なくとも一部を、クラスター生成室のクラスター取出口よりもガス流に対して上流側で排出することにより、該取出口から排出されるガス中に含まれるスパッタガスの量を、クラスター生成室に導入した量より少なくすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載したクラスター生成装置は、一端に出口を有し、他端が封止壁体に密封固定された筒状体によって形成されるクラスター生成室と、クラスター生成室に冷却ガスを導入するための冷却ガス導入口と、該封止壁体を通って筒状体内に配置されたマグネトロンスパッタガンとを含んで構成されるマグネトロンスパッタ法によるクラスター生成装置において、スパッタリング後のスパッタガスの少なくとも一部を排出するための排出口を、クラスター生成室のクラスター取出口よりもガス流に対して上流側に設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載したクラスター生成装置は、請求項２に記載した装置において、スッパタガスの該排出口をマグネトロンスパッタガンの近傍に設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載したクラスター生成装置は、請求項２または請求項３いずれかに記載した装置において、冷却ガス導入口をガス流に対してマグネトロンスパッタガンより上流側に開口させ、かつスッパタガスの該排出口をマグネトロンスパッタガンの下流側の近傍に設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載したクラスター生成装置は、請求項２または請求項３いずれかに記載した装置において、冷却ガスの導入口をガス流に対してマグネトロンスパッタガンより下流側に開口させ、かつスッパタガスの該排出口をマグネトロンスパッタガンの上流側の近傍に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のクラスター生成方法および装置によれば、スパッタガンから出たスパッタリグ後のスパッタガスの少なくとも一部は、すみやかにクラスター生成室から排出される。この結果、クラスター化を阻害しあるいは生成したクラスターを破壊する原因となる、該生成室に残存するスパッタガスの濃度を低く抑えることができるので、生成するクラスターの量は増加し、またクラスターの大きさも大きく保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るクラスター生成方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るマグネトロンスパッタ法によるクラスターの生成装置の一例を示す概念図である。
【００１８】
クラスターの生成装置１は、筒状体２と冷却ガスを導入するための冷却ガス導入通路１１とマグネトロンスパッタガン３とを含んで構成される。筒状体２は、ステンレス鋼のような金属材料から作られており、その一端に出口４を有し、他端は装置躯体６に固定された封止壁体５に密封固定されている。封止壁体５と筒状体出口４との間に規定される筒状空間によってクラスター生成室７が形成される。したがっては、筒状体2の出口４は、クラスター生成室７で生成したクラスターの取出口および導入した冷却ガスやスパッタガスの排出口を構成することになる。筒状体２は、一般に円筒形状をしているが、多角形筒状体であってもよい。
【００１９】
マグネトロンスパッタガン３は封止壁体５を通ってクラスター生成室７に配置されている。スパッタガン３の磁石にはターゲット８、すなわち生成しようとするクラスターの材料、たとえば白金、ロジウム、金、あるいはパラジウムのような貴金属で作くられた板が取り付けられている。生成しようとするクラスターの種類に応じて鉄、ニッケル、シリコンなど卑金属あるいはこれらの酸化物であってもよい。スパッタガン３には通路１１を通ってスパッタガスが供給され、ガン３とターゲット８とによって形成される隙間に放出される。スパッタガスとしてはアルゴン、キセノンのような不活性ガスが使用されるが、一般的にはアルゴンガスが用いられる。
【００２０】
筒状体の出口４には、他の装置要素（図示せず）を介して吸気ポンプが接続され、クラスター生成室７を真空に維持するとともに生成したクラスターの取出口となっている。
【００２１】
またクラスター生成室７には、生成したクラスターを冷却するための冷却ガスを導入するための導入口１０を備えた管９が、封止壁体５を通って配設されている。したがって、筒状体内すなわちクラスター生成室７には、常に出口４の方向に向かってガスの流れが形成されており、生成したクラスターはこのガスの流れに乗って出口４から回収される。
【００２２】
上記したクラスター生成装置の基本的構成は従来公知のものと同じであるが、本発明の装置においては、この従来装置の構成に加えて、さらにクラスター生成室７に開口した排出口１３を備えた排気管１２が、出口４よりもガス流に対して上流側に配設される。排出管１２には吸気ポンプが接続されている。したがって、スパッタリングを終えたスパッタガスの多くは、この排出口１３から排気管１２を通って排出される。クラスター生成室７では、スパッタガスと冷却ガスを分離することはできないので、少量の冷却ガスは、スパッタガスに混じって排出口１３からも排出される。また、同様にスパッタリング後のスパッタガスを完全に排出口１３から排出することが困難であり、その一部は冷却ガスとともに出口４からも排出されることになる。
【００２３】
本発明の装置はこのように構成されているので、クラスター取出口４からから排出されるガス中に含まれるスパッタガスの量は、クラスター生成室に導入した量より少なくなる。
換言すると、クラスター生成室７におけるスパッタリング後の、不要かつクラスター化に有害なスパッタガスの濃度を低く抑えることができる。
【００２４】
本発明の装置において、排気口１３から、スパッタリング後のスパッタガスをできるだけ多く排気しかつ冷却ガスの排出を可能な限り少量に抑えるためには、排気口１３は出口４より上流側でかつスパッタガン３の下流側の近傍に設けることが好ましい。排気口１３を、スパッタガン３より上流側の位置に配置すると、導入口１０からクラスター生成室７に導入した冷却ガスが、クラスターの冷却に使われる前に該排気口１３から排出されてしまうからである。
【００２５】
次に、図２は本発明に係るマグネトロンスパッタ法によるクラスター生成装置の別の例を示す概念図である。この態様の装置では、スパッタガン２３に対する冷却ガス導入口３０とスパッタガス排出口３４との位置関係が、図1の装置と異なっていることを除き、両者の基本的構成に違いはない。すなわち、冷却ガス導入口３０が、ガス流に対してスパッタガン２３より下流側の位置に開口し、ここから冷却ガスがクラスター生成室２７に導入される。他方、スパッタガスの排出口３４はスパッタガン２３の上流側近傍に設けられ、スパッタリング後のスパッタガスの多くは、ここから排出される。もしスパッタガスの排出口３４を、図1のようにスパッタガンの下流側近傍に配設した場合には、クラスター生成室１７に導入した冷却ガスがスパッタリングによって発生した蒸気に対し冷却機能を果たさないうちに、その排気口から排出されてしまうので、本発明の目的を達成することができない。
【００２６】
以上述べたように、スッパタガスの該排出口１３および３４がマグネトロンスパッタガン３および２３の近傍に設けられているので、スパッタリング後のスパッタガスは速やかにクラスター生成室から排出され、この結果クラスター化が促進され、大きなクラスターを生成することができる。またクラスターの崩壊が防止できるので、それだけ得られるクラスターの量も多くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るマグネトロンスパッタ法によるクラスターの生成装置の一例を示す概念図である。
【図２】本発明に係るマグネトロンスパッタ法によるクラスター生成装置の別の例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    クラスターの生成装置
２    筒状体
３    スパッタガン
４    出口
５    封止壁体
７    クラスター生成室
１０、３０    冷却ガス導入口
１３、３４    スパッタガス排出口
【図１】
2008260999.tif 000003
【図２】
2008260999.tif 000004