クラスター製造装置及びクラスター製造方法
【課題】所望のサイズのクラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるクラスター製造装置及びクラスター製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係るクラスター製造装置及びクラスター製造方法は、一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向すると共に下流側に向いて傾斜するように対向配置し、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置されると共に、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが５００≦Ｌ／ｄとなるように構成されるプラズマ源ガス供給手段によって、プラズマ源ガスを前記一対のターゲット間にシート状気流にして供給し、該供プラズマ源ガスをプラズマ状態にしつつ、前記一対のターゲットから蒸気を発生させ、クラスター発生部とクラスター成長部とが連通する連通部に配設されると共に、軸芯方向において、径が漸減する中空筒状の捕集筒によって、前記蒸気を捕集してクラスター成長部へ導入することを特徴とする。
【解決手段】本発明に係るクラスター製造装置及びクラスター製造方法は、一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向すると共に下流側に向いて傾斜するように対向配置し、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置されると共に、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが５００≦Ｌ／ｄとなるように構成されるプラズマ源ガス供給手段によって、プラズマ源ガスを前記一対のターゲット間にシート状気流にして供給し、該供プラズマ源ガスをプラズマ状態にしつつ、前記一対のターゲットから蒸気を発生させ、クラスター発生部とクラスター成長部とが連通する連通部に配設されると共に、軸芯方向において、径が漸減する中空筒状の捕集筒によって、前記蒸気を捕集してクラスター成長部へ導入することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットをスパッタリングして得たスパッタ粒子からクラスターを製造するためのクラスター製造装置及びクラスター製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基材（基板）上に所望する金属その他の原材料（ターゲット）の蒸気（スパッタ粒子）を堆積させて薄膜を形成するために、種々のスパッタリング装置が用いられている。例えば、容器内にプラズマ源ガス（プラズマ状態化されるガス）としてアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、その中で放電を行ってアルゴンガスをプラズマ化する。そして、プラズマ化したアルゴンがターゲットに（金属材料等）に衝突するとターゲットを構成する原子が飛び出す。かかるスパッタリングによってターゲットから飛び出したスパッタ粒子（ターゲット原子）を例えば１０2Ｐａ程度又はそれ以下の低圧雰囲気中で凝縮させることにより粒径数ｎｍのクラスターとし、それを所定の位置に配置された基材上に堆積する。このようにして、基材上に飛散粒子（スパッタ粒子）と同成分のクラスターが堆積して薄膜が形成される。
【０００３】
しかし、上述のようなクラスター製造装置では、単位時間あたり或いはプラズマ源ガス単位供給量あたりのクラスター生産効率が十分に高いものではなかった。
【０００４】
そこで、金属で構成される一対のターゲットを平行に配置した、平行型対向ターゲット式スパッタリング装置を備え、該スパッタリング装置の平行ターゲット式スパッタカソード間にプラズマ源ガスを供給しつつスパッタリングを行い、該スパッタリングによってスパッタ粒子（以下、「金属蒸気」と言うことがある。）を発生させ、該スパッタ粒子をキャリアガスと共に流通させつつ加熱してエネルギーを与え、その平均粒径（サイズ）を制御して所望するサイズのクラスターを効率良く得ることができるクラスター製造装置及び製造方法が提供されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２０４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のようなクラスター製造装置においては、所望するサイズのクラスターを効率良く得ることができるが、平行型対向ターゲット式スパッタカソードによるスパッタリングでは、スパッタ粒子が全方位（３６０°）に向かって飛散するため、クラスターを堆積させるための基材を設置しているクラスター堆積部方向へ飛散するスパッタ粒子が少なく、クラスターを基材上に堆積させて必要な膜厚を得るのに時間がかかるため、より効率良く必要な膜厚を得るためのクラスター製造装置及び製造方法が求められた。
【０００７】
そこで、本発明は、所望のサイズのクラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるクラスター製造装置及びクラスター製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係るクラスター製造装置は、内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、中空筒状の捕集筒が前記連通部に配設され、該捕集筒は、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部をクラスター発生部からクラスター成長部に向かって径が漸減するように形成されることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくとも一部がクラスター発生部からクラスター成長部に向かって（クラスターの流れに対して上流側から下流側に向かって）径が漸減するように形成されている中空筒状の捕集筒がクラスター発生部とクラスター成長部との連通部に配設されているため、クラスター発生部で発生するクラスターを、より多く下流側のクラスター成長部へ導入（案内）することができる。
【００１０】
即ち、クラスター発生部内の一対のターゲットからスパッタリングによって発生したスパッタ粒子は、全方位に向かって飛散するが、下流側へ向かって少なくともその一部の径が漸減する捕集筒を前記連通部に設けることで、該捕集筒が漏斗のように働き、ターゲットから全方位に向かって飛散するスパッタ粒子（金属蒸気）を、より多くクラスター成長部（下流側）へ導入することができるようになる。
【００１１】
尚、本発明において、「プラズマ状態のガス」とは、当該ガス分子の少なくとも一部が放電等により励起分子、ラジカル、イオン等の形態で存在している状態を言う。また、「クラスター」とは、複数の原子、イオン等が凝集している集合物を言い、個々のクラスターの形状や質量を限定するものではない。例えば、粒径が５０ｎｍ程度又はそれ以下の金属微粒子等を言う。
【００１２】
また、前記捕集筒は、クラスター発生部側に設けられる円錐筒である構成とすることが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、捕集筒は、その一端から他端（クラスター発生部側（上流側）端部からクラスター成長部側（下流側）端部）へ向かって、一定の割合で縮径するような形状であるため、軸芯方向において、その一部だけが下流側に向かって縮径（径が漸減）するものに比べ、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部へ導入することができる。
【００１４】
このようにしてクラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子は、クラスター成長部内のクラスター流路をキャリアガスと共に流通する間に凝縮され、所望のサイズのクラスターに成長（集合している原子数が増加）し、基材の被成膜面に向けて流通する。
【００１５】
従って、クラスター成長部を流通するクラスター（スパッタ粒子）の数（量）が多くなり、それに伴って、基材へ到達するクラスターの数も多くなる。その結果、クラスター成長部で所望のサイズに成長したクラスターを基材へ効率良く堆積することができるようになる。
【００１６】
また、前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されている構成とすることが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、前記連通部からクラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子の量を多くすることができる。
【００１８】
即ち、ターゲットの対向面からスパッタされるスパッタ粒子の密度は、ターゲットの法線方向（ターゲットの対向面と直交する方向）で最大となるため、対向面をクラスター成長部側（前記連通部側）に向いて傾斜するように配置することによって、連通部方向のスパッタ粒子の密度を大きくすることができ、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部へ導入することができる。
【００１９】
その結果、前述の如く、クラスター成長部で所望のサイズに成長したクラスターを基材へ効率良く堆積することができるようになる。
【００２０】
また、内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されている構成としても良い。
【００２１】
かかる構成によっても、一対のターゲットの対向面がクラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されていることから、前述の如く、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部へ送ることができる。
【００２２】
また、前記プラズマ源ガス供給手段は、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスによるシート状気流を形成すべく、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置される構成としても良い。
【００２３】
かかる構成によれば、間隔をおいて同一平面上に配置される複数のガス供給用毛細管によって、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスをシート状気流（面状の気流）にして供給することにより、該プラズマ源ガスを均一にターゲット近傍に拡散させることができる。
【００２４】
そのため、より効率的且つ高速にスパッタリングを行うことができ、飛散するスパッタ粒子をより効率的且つより多く発生させることができる。
【００２５】
その結果、クラスター成長部を経て所望のサイズに成長し、基材へ到達するクラスターの量が増加し、効率良く基材へ堆積できるようになる。
【００２６】
また、前記ガス供給用毛細管は、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが、５００≦Ｌ／ｄとなるように形成されていると共に、前記シート状気流が前記連結部方向に向かって形成されるように配置される構成とすることが好ましい。
【００２７】
かかる構成によれば、前記ガス供給用毛細管の径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比（アスペクト比）Ｌ／ｄを５００以上とすることで、該ガス供給用毛細管から供給されるプラズマ源ガスの指向性が高くなる。さらに、ガス供給用毛細管は、該プラズマ源ガスが前記連通部へ向けて供給されるように配置されている。そのため、スパッタリングによって発生した飛散粒子（スパッタ粒子）が該プラズマ源ガスによって前記連結部へ搬送され、クラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子の量が増加する。
【００２８】
その結果、上述の如く、クラスター成長部を経て所望のサイズに成長し、基材へ到達するクラスターの量が増加し、効率良く基材へ堆積できるようになる。
【００２９】
また、前記プラズマ発生手段は、前記一対のターゲット間に磁場空間を発生させる磁場発生手段を備える構成としても良い。
【００３０】
かかる構成によれば、一対のターゲット間に磁場空間を発生させることにより、ターゲットの対向面周辺のプラズマ密度（例えば、イオン化したガス分子密度）を上げることができる。そのため、より効率良く且つ高速にスパッタリングを行うことができるようになる。さらに、ターゲットが磁性材によって形成されていても、安定してスパッタリングを行うことができるようになる。
【００３１】
従って、ターゲットからのスパッタ粒子の量が増加し、それに伴って、クラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子の量も増加する。そのため、上述の如く、基材の成膜面に効率良くクラスターを堆積することができるようになる。
【００３２】
また、前記クラスター成長部は、内部をキャリアガスと共に流通するクラスターを加熱すべく、クラスター加熱手段を備える構成としても良い。
【００３３】
かかる構成によれば、内部を流通するクラスター（又はスパッタ粒子）がクラスター加熱手段によって加熱されることで、該クラスター（又はスパッタ粒子）にエネルギーが供給され、そのサイズ（平均粒径）を制御することができる。即ち、クラスター加熱手段を備えることによって、所望するサイズ（粒径）のクラスターを得ることが、より容易になる。
【００３４】
また、基材を配置するための基材配置部を備え、該基材配置部に配置される基材に前記クラスター発生部からのクラスターを堆積すべく、クラスター成長部と連通するよう配設されているクラスター堆積部を更に有する構成としても良い。
【００３５】
かかる構成によれば、クラスター堆積部の基材配置部に基材を配置することで、基材の被成膜面に効率良くクラスターを堆積することができるようになる。
【００３６】
即ち、クラスターを堆積すべくクラスター発生部からクラスター成長部を経てクラスター堆積部へ流通するクラスターの流通経路上に基材配置部を備え、該基材配置部に基材を配置することで、前記クラスターが効率良く基材の被成膜面に衝突する。その結果、効率良くクラスターが基材に堆積し所望の厚さの薄膜が形成される。
【００３７】
また、前記クラスター堆積部は、前記クラスター発生部とクラスター成長部とで構成されるクラスター製造部が複数連接される構成としても良い。
【００３８】
かかる構成によれば、各クラスター製造部で異なる組成のクラスターを同時に製造する（発生及び成長させる）ことができ、該異なる組成のクラスターを同時に基材に流通させることで、複数の成分を含むクラスターで構成されるクラスター集合体（薄膜）を基材に堆積することができる。
【００３９】
即ち、各クラスター発生部にそれぞれ異なる組成からなるターゲットを配置し、同時にスパッタリングすることで、各クラスター発生部ごとにターゲットを組成する原子からなるスパッタ粒子が発生し、該スパッタ粒子がクラスター成長部を流通する間に所望のサイズのクラスターに成長する。そのため、各クラスター製造部毎に異なる組成のクラスターが同時に製造される（発生及び成長する）。
【００４０】
従って、同時に異なる組成のクラスターがクラスター堆積部に流入し、上述の如く、複数の成分を含むクラスターで構成される薄膜が基材の被成膜面上に形成される。
【００４１】
また、本発明は、減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向すると共に下流側に向いて傾斜するように対向配置する工程と、前記ケーシング内を減圧する工程と、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置されると共に、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが５００≦Ｌ／ｄとなるように構成されるプラズマ源ガス供給手段によって、プラズマ源ガスを前記一対のターゲット間にシート状気流にして供給する工程と、該プラズマ源ガスをプラズマ状態にしつつ、該プラズマ状態のプラズマ源ガスによって、前記一対のターゲットから蒸気を発生させる工程と、クラスター発生部とクラスター成長部とが連通する連通部に配設されると共に、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部は、下流側に向かって径が漸減する中空筒状の捕集筒によって、前記蒸気を捕集してクラスター成長部へ導入する工程と、前記クラスター成長部へ導入される蒸気からクラスターを生成する工程と、を備えることを特徴とするクラスター製造方法を提供する。
【００４２】
かかる方法によれば、プラズマ源ガスを均一にターゲット近傍に拡散させることができることからより効率的且つ高速にスパッタリングを行うことができ、飛散するスパッタ粒子（金属蒸気）をより効率的且つより多く発生させることができる。
【００４３】
そして、発生したスパッタ粒子は、一対のターゲットの対向面がスパッタ粒子を流通させる方向（下流側方向）、即ち、製造されるクラスターの流通する方向に向いて傾斜するように対向配置されることで、下流側に飛散するスパッタ粒子が増加する。
【００４４】
また、前記ガス供給用毛細管のアスペクト比を５００以上とすることで、該ガス供給用毛細管から供給されるプラズマ源ガスの指向性が高くなると共に、ガス供給用毛細管は、該プラズマ源ガスが前記連通部へ向けて供給されるように配置されているため、該プラズマ源ガスによって下流側へ搬送されるスパッタ粒子の量が増加する。
【００４５】
さらに、下流側に向かって少なくともその一部の径が漸減する捕集筒を設けることで、該捕集筒が漏斗のように働き、ターゲットから全方位に向かって飛散するスパッタ粒子をより多く下流側のクラスター成長部へ導入することができるようになる。
【００４６】
その結果、クラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるようになる。
【発明の効果】
【００４７】
以上より、本発明によれば、所望のサイズのクラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるクラスター製造装置及びクラスター製造方法を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００４９】
図１に示すように、本実施形態に係るクラスター製造装置１は、クラスター発生部１０及びクラスター成長部３０（以下、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０とをまとめて、単に「クラスター製造部５０」と言うことがある。）とクラスター堆積部４０とを有している。
【００５０】
クラスター発生部１０は、減圧可能なケーシング１１内部にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段１２と、供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段１３と、後述するスパッタリングによって発生したスパッタ粒子（金属蒸気）を捕集するための捕集筒１４と、ケーシング１１内部の予備排気をするために外部ポンプ（真空ポンプ：図示しない）に連通する排気管１５が設けられ、該排気管１５には、バルブ１６が設けられている。
【００５１】
プラズマ源ガス供給手段１２は、プラズマ源ガス導入管（以下、単に「ガス導入管」と言うことがある。）１２Ａとプラズマ源ガス供給用毛細管（以下、単に「ガス供給用毛細管」と言うことがある。）１２Ｂとを備える。ガス導入管１２Ａは、ケーシング１１の外部に設けられるプラズマ源ガス供給源（図示せず）と接続され、該プラズマ源ガス供給源から供給されるプラズマ源ガスを、その先端部に備えられるプラズマ源ガス供給用毛細管群（以下、単に「ガス供給用毛細管群」と言うことがある。）１２Ｂ’（図２参照）へ流通させる中空筒状の管である。
【００５２】
図２に示すように、ガス供給用毛細管群１２Ｂ’は、平面視、複数の毛細管状のガス供給用毛細管１２Ｂが並列することで構成されている。ガス供給用毛細管１２Ｂの先端は、対向する金属材料（ターゲット）２０Ａ，２０Ｂ間のほぼ中央に向かって伸びている（図１参照）。そして、その先端には、開口が設けられており、該開口からプラズマ源ガスを吹き出すことでターゲット２０Ａ，２０Ｂ間にプラズマ源ガスが供給される。該供給されたプラズマ源ガスは、並列しているガス供給用毛細管１２Ｂの先端からそれぞれ吹き出されることから、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間には、シート状の気流（面上の気流）として供給される。
【００５３】
図１に戻って、プラズマ発生手段１３は、直流電源１７に接続されると共にケーシング１１内に対向するように配置された一対のカソード１８Ａ，１８Ｂ及びターゲットシールドカバー１９Ａ，１９Ｂを備えている。尚、本実施形態においては、ターゲットシールドカバー１９Ａ，１９Ｂは、アノードとして機能する。
【００５４】
カソード１８Ａ，１８Ｂは、その間にプラズマ源ガスが導入される空間が形成されるように配置されている。そして、カソード１８Ａ，１８Ｂの互いに対向する位置には、ターゲットとなる金属材料２０Ａ，２０Ｂを対向して固定することができるターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂがそれぞれ設けられている。また、カソード１８Ａ，１８Ｂの内部（ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂの近傍）には、磁場発生手段２２Ａ，２２Ｂが設けられている。
【００５５】
ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂに固定された、一対のターゲット２０Ａ，２０Ｂは、前記ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂによって、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’がいずれもクラスター発生部１０とクラスター成長部３０とが連通している部分（連通部）に向くよう、傾斜して配置されている。
【００５６】
具体的には、図３にも示すように、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’のなす角α、さらに言えば、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’に沿う方向に伸びる面のなす角度αが０°よりも大きく且つ９０°以下である。尚、本実施形態においては、前記なす角度αは、２０°〜３０°である。このように、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’が略Ｖ字状になる配置のターゲット２０Ａ，２０Ｂを「Ｖ型対向ターゲット」と呼ぶことにする。
【００５７】
磁場発生手段２２Ａ，２２Ｂは、ここではいずれも永久磁石であり、それぞれターゲット２０Ａ，２０Ｂの外側（対向面２０Ａ’，２０Ｂ’の反対側）に配置されている。該永久磁石２２Ａ，２２Ｂは、それぞれＮ極とＳ極とが互いに対向するようにカソード１８Ａ，１８Ｂに内蔵され、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間に磁場を発生可能としている。
【００５８】
カソード１８Ａ，１８Ｂには、モータやソレノイド等の位置変更手段２３が設けられており、位置変更手段２３を作動させることにより、カソード１８Ａ，１８Ｂとターゲットシールドカバー１９Ａ、１９Ｂとの間の距離（間隙）及びターゲット２０Ａ，２０Ｂの距離（ターゲット２０Ａ，２０Ｂの中心間の間隔）Ｌを適宜調節することができる。
【００５９】
尚、本実施形態において、プラズマ発生手段１３は、電極間に適当な電圧を印加することによって、カソード１８Ａ，１８Ｂ周辺において好適なグロー放電を形成することができる。また、永久磁石２２Ａ，２２Ｂにより、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間の中央部２０Ｃにおける磁場の強さを調節可能としている。
【００６０】
また、本実施形態においては、ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂによって、ターゲット２０Ａ，２０Ｂの対向面２０Ａ’，２０Ｂ’は、互いに傾斜するように固定されているが、これに限定される必要もなく、カソード１８Ａ，１８Ｂ自体を互いに傾斜するように配置することで、ターゲット２０Ａ，２０Ｂの対向面２０Ａ’，２０Ｂ’が互いに傾斜するように配置しても良い。
【００６１】
捕集筒１４は、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０とが連通している部分（連通部）に設けられた筒状体である。該捕集筒１４は、上流側から下流側に向かって（クラスター発生部１０からクラスター成長部３０へ向かって）径が漸減している筒状体である。より具体的には、上流側端部から下流側端部に向かって一定の割合で縮径している筒状体、即ち、円錐筒形状に形成されている。尚、ケーシング１１の内径やターゲット２０Ａ，２０Ｂから連通部までの距離によって異なるが、円錐筒の対向する側壁（周側面）のなす角βは、７５°〜１２０°（本実施形態においては、図３に示すように、７５°）が好ましい。
【００６２】
また、捕集筒１４は、電気的にアース電位（ケーシング１１壁等の電位）よりフローティングでなければならない。従って、捕集筒１４は、テフロン（登録商標）等の絶縁物、または金属の表面をテフロン（登録商標）等の絶縁物でコーティングしたもので形成されている。
【００６３】
クラスター成長部３０は、クラスター発生部１０と連通するように隣接すると共に筒状に形成され、その中心部を貫通するようにクラスター発生部１０とクラスター堆積部４０とを連通するクラスター流路３１が設けられている。
【００６４】
また、クラスター成長部３０内のガスを排出して該成長部３０内をクラスター発生部１０よりも陰圧にするための外部ポンプ（真空ポンプ：図示しない）に連通する排気管３２Ａ，３２Ｂが設けられ、該排気管３２Ａ，３２Ｂには、バルブ３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ設けられている。また、クラスター堆積部４０との境界部分には、クラスター成長部３０からクラスター堆積部４０へのガス流路を規制するためのバルブ３４が設けられている。
【００６５】
クラスター成長部３０には、本実施形態においては、透明石英硝子製の円筒管３５（或いは金属製の導波管）と、スキマー３６，３７が設けられている。スキマー３６，３７は、クラスター流路３１の上流から下流（クラスター発生部１０からクラスター堆積部４０へ向かう方向）に向かって設けられている。
【００６６】
円筒管３５は、その外周に高周波印加コイル３８が巻回されている。該高周波印加コイル３８は、高周波マッチングボックス３８Ａと高周波電源３８Ｂとに接続されている。該高周波マッチングボックス３８Ａ及び高周波電源３８Ｂによって、高周波印加コイル３８（或いは導波管）に高周波（或いはマイクロ波）を印加することにより、円筒管３５内を加熱することができる。その結果、熱交換により、成長部３０を流通するクラスターの加熱を行うことができる。
【００６７】
尚、加熱手段としては、高周波印加コイル３８に限定される必要はなく、他の手段であっても良い。また、高周波印加コイル３８の少なくともその一部周辺に、冷却水供給口３８Ｃから供給された冷却水を循環させることにより、円筒管３５を冷却して、所望の温度に調節することができる。
【００６８】
円筒管３５の下流方向先端部には、円筒管３５の本体部分の開口面積よりも小さなノズル３５Ａが設けられている。該ノズル３５Ａとスキマー３６，３７の開口部３６Ａ，３７Ａの形成位置とがクラスター製造装置１の軸芯方向に沿って一致するように配設されることによって、クラスター流路３１を流通する（流れる）クラスターをビーム状にして後述する基材に供給することができるようになる。
【００６９】
さらに、クラスター成長部３０には、外部の反応性ガス供給源（図示せず）と接続し、例えば、酸素（Ｏ2）ガス、空気、アンモニア（ＮＨ3）ガス、炭化水素ガス（ＨＣ）ガス等の反応性ガスを供給するための反応性ガス供給管３９が、前記円筒管３５よりも下流側に設けられている。
【００７０】
反応性ガス供給管３９は、クラスター流路３１を挟んで互いに対向するように二箇所に設けられている。図１及び図４に示すように、反応性ガス供給管３９の先端部には、それぞれクラスター流路３１内を流通するクラスターの進行方向に延びる複数の反応性ガス供給用毛細管３９Ａが、クラスター流路３１の幅方向に並列するように形成されている。本実施形態においては、同一平面上に一定の距離をおいて並列するように形成されている。
【００７１】
該反応性ガス供給用毛細管３９Ａは、その先端開口部３９Ｂから反応性ガスｇを放出する。このことにより、反応性ガスｇより構成されるシート状気流をクラスター流路３１内に形成することができる。即ち、互いに対向する反応性ガス供給管３９からクラスター流路３１に気流を供給することによって、クラスター流路３１の少なくとも一部に高濃度の反応性ガスで充たされたガス帯が形成される。
【００７２】
また、反応性ガス供給管３９から供給される反応性ガスｇは、クラスターをクラスター体積部４０に移送するキャリアガスとして利用することができる。即ち、所定のガス圧で反応性ガス供給管３９から所望の反応性ガスｇをクラスター流路３１に供給することによって、クラスター流路３１を流れるクラスター表面を改変しつつ（例えば、酸化被膜の形成）、該クラスターを迅速にクラスター堆積部４０へ移送することができる。
【００７３】
クラスター体積部４０は、基材を保持するためのホルダー４１がケーシング４２内に配置されている。本実施形態において、ホルダー４１は、板状基材（基板）を保持するように構成されているが、これに限定される必要はない。
【００７４】
ホルダー４１は、クラスター供給方向、即ち、クラスター成長部３０からビーム状クラスターが供給される方向と基材の被成膜面とが直交するように配置されている。このように配置されることでホルダー４１に保持された基材の被成膜面に効率良くクラスターが堆積される。
【００７５】
ホルダー４１には、モータやソレノイド等の位置変更手段４３が取り付けられている。該位置変更手段４３を作動することによって、ホルダーを動かすことができ、供給されるクラスター、即ち、成長部３０から供給されてくるビーム状のクラスターに対し、基材を相対移動させることができる。その結果、クラスター成長部３０のスキマー３６，３７を通ってビーム状に供給されるクラスターの基材上（被成膜面）における衝突位置を適宜調節することができるようになる（図１の矢印Ａ参照）。
【００７６】
さらに、クラスター堆積部４０には、ケーシング４２内のガスを排出して該ケーシング４２内をクラスター成長部３０よりも陰圧とするための外部ポンプ（真空ポンプ：図示せず）に連通する排気管４３が設けられ、該排気管４３にはバルブ４４が設けられている。
【００７７】
また、ケーシング４２内には、可動式の水晶振動子４５が配置されている。該水晶振動子４５によって、基材の被成膜面（表面）に堆積するクラスターによって構成される薄膜の膜厚をモニタリングすることができる。
【００７８】
また、図５に示すように、クラスター製造装置１’は、一つのクラスター堆積部４０に、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０とで構成されるクラスター製造部５０，５０，…が複数接続されても良い。かかる実施形態においては、クラスター堆積部４０に、二つのクラスター製造部５０，５０が、平面視、Ｖ字状となるように接続されているが、これに限定される必要はない。
【００７９】
このように、一つのクラスター堆積部４０に複数のクラスター製造部５０，５０，…が接続されたクラスター製造装置１においては、それぞれのクラスター発生部１０に設けられたターゲット２０Ａ，２０Ｂの材質を相互に異ならせることによって、複数のクラスター発生部１０，１０，…ではそれぞれ異なる性状（組成）のクラスターを発生させることができる。これら性状の異なるクラスターを同時に一つのクラスター堆積部４０に導入することによって、複数種のクラスターから構成される薄膜を、基材の被成膜面上に堆積することができるようになる。
【００８０】
本実施形態に係るクラスター製造装置は、以上の構成からなり、次に、クラスター製造装置の使用状態について図１乃至図４を参照しつつ説明する。
【００８１】
クラスター発生部１０内に設けられたカソード１８Ａ，１８Ｂのターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂに、ターゲット２０Ａ，２０Ｂをその対向面２０Ａ’，２０Ｂ’が下流側に向かって傾斜するように配置する。本実施形態の場合、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’のなす角α、さらに言えば、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’に沿う方向に伸びる面のなす角度αが２０°〜３０°となるように配置する。
【００８２】
磁性クラスター（又は該クラスターの堆積物である薄膜状の磁性材料）を製造する場合、ターゲット２０Ａ，２０Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料であることが好ましい。
【００８３】
尚、使用する金属材料は、上記金属材料に限定される必要はなく、クラスター源として金属蒸気（スパッタ粒子）を発生させ得るものであれば良い。例えば、ＦｅとＣｏ、又はＦｅとＮｉの合金であっても良い。
【００８４】
また、合金クラスターを製造する場合には、２種類以上の金属材料を使用する。例えば、ＦｅとＣｏ及び／又はＮｉとを使用し、Ｆｅ蒸気（スパッタ粒子）とＣｏ蒸気（スパッタ粒子）及び／又はＮｉ蒸気（スパッタ粒子）とを発生させ、これら蒸気（スパッタ粒子）よりＦｅとＣｏとの合金クラスター、ＦｅとＮｉとの合金クラスター又はＦｅとＣｏとＮｉとの合金クラスターを製造することができる。即ち、一対のターゲット２０Ａ，２０Ｂは、共に同一の金属材料であっても良く、それぞれが異なる金属材料であっても良い。
【００８５】
また、使用する材料の形状は、特に限定されず、スパッタ粒子を発生させる種々の条件や使用する装置に応じて適宜変更しても良い。
【００８６】
ターゲット２０Ａ，２０Ｂをターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂに配置後、バルブ１６を開け、外部の真空ポンプ（メカニカルブースターポンプ等：図示せず）を作動させて、１×１０-5Ｐａ程度までケーシング１１内を減圧する（予備排気）。
【００８７】
次に、Ａｒガス、Ｈｅ／Ａｒ混合ガス、或いはＡｒ以外の希ガス（Ｎｅガス、Ｘｅガス等）等のプラズマ源ガス（本実施形態においてはＡｒガス）をクラスター発生部１０内において、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間にシート状気流として供給する。尚、ケーシング１１の一部に別のガス導入口（図示せず）を設け、キャリアガス（Ｈｅ、Ａｒ等）を低圧で導入しても良い。この場合、スパッタリングによって生じたスパッタ粒子（金属蒸気）は、その周囲にあるキャリアガスによってエネルギーを奪われ凝縮、即ち、クラスター生成が促進される。
【００８８】
次に、クラスター成長部３０のバルブ３３Ａ，３３Ｂを開け、外部の真空ポンプを作動させると共に前記バルブ１６を閉める。これにより、ガス導入管１２Ａからクラスター発生部１０に導入されたプラズマ源ガスは、金属材料（ターゲット）２０Ａ，２０Ｂ間にシート状に拡散して集中的に、即ち、高濃度で金属材料２０Ａ，２０Ｂ周辺に存在する。そして、クラスター成長部３０へと所定の流速で流通する。
【００８９】
好ましくは、クラスター発生部１０内における平均プラズマ源ガス圧がおよそ１×１０-2〜１×１０3Ｐａ程度となるようにプラズマ源ガス供給量及び真空ポンプの仕事量を調節する。
【００９０】
このような条件下で、例えば３００〜４００Ｗ程度の電力をプラズマ発生用電極（カソード）１８Ａ，１８Ｂに印加し、生じたグロー放電によってプラズマ源ガス（Ａｒ等）をプラズマ状態とし（Ａｒ等をイオン化し）、金属材料（ターゲット）２０Ａ，２０Ｂの表面をスパッタリングする。これによって、スパッタ粒子（金属蒸気）を発生させることができる。即ち、金属材料２０Ａ，２０Ｂ周辺をプラズマ状態とし、該雰囲気中に含まれるＡｒイオン等によって金属材料２０Ａ，２０Ｂをスパッタリングすることができる。
【００９１】
この方法では、プラズマ放電に投入する電力、プラズマ源ガスの種類又は濃度、ガス圧、或いは処理温度を適宜調節することによって、スパッタ粒子の発生量や発生したスパッタ粒子のイオン化の程度を制御することができ、その結果、クラスターの生成効率及びイオン化効率を容易に制御することができる。
【００９２】
発生したスパッタ粒子は、プラズマ源ガスとして導入されたＡｒガスと共に（導入されたＨｅ等のキャリアガスと共にであっても良い）流通して成長室３０のクラスター流路３１に導入される。
【００９３】
その際、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０との連通部には円錐筒状の捕集筒１４が、径の大きい方の端部をターゲット２０Ａ，２０Ｂ側に向けると共に、径の小さい方の端部をクラスター成長部３０側に向くように設けられている。そのため、該捕集筒１４は、漏斗のように働き、より多くのスパッタ粒子がクラスター成長部３０へ導入（案内）される。
【００９４】
スパッタ粒子（金属蒸気或いは気化原子）は、クラスター成長部３０内で流通する際にキャリアガス種（Ｈｅ、Ａｒ等）と衝突し、運動エネルギーを失い、即ち、冷却され、相互の衝突を繰り返す結果、凝集してクラスターの核生成及び成長が行われる。
【００９５】
このとき、高周波印加コイル３８（或いは前記導波管）に高周波（或いはマイクロ波）を印加することによって、円筒管３５の内壁に接触するキャリアガス及びクラスターをより効率良く加熱することができる。
【００９６】
印加する高周波の周波数、投入電力を変化させることにより、クラスターの粒子サイズ、構造、組成及び表面改変の程度（例えば酸化度、窒化度）を制御することができる。特に限定するものではないが、好適に使用可能な印加高周波の周波数は、１０〜１００ＭＨｚ（或いは周波数１〜１０ＧＨｚのマイクロ波）である。
【００９７】
以上のようにクラスターを加熱することによって、クラスターの成長速度及び最終的なクラスターのサイズを調整することができる。このようにして、単分散性の比較的粒径の小さいナノレベルのクラスターが生成される。
【００９８】
生成（粒成長を含む。）されるクラスターのサイズ（即ちスパッタ粒子の集合化の程度）は、クラスター流路３１の長さ、クラスター生成空間のガス圧、スパッタ粒子の発生量等を制御することによって適宜調整することができる。例えば平均粒径（顕微鏡観察に基づく粒径）１〜５０ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜３０ｎｍ、より好ましくは３〜２０ｎｍ、特に好ましくは５ｎｍ〜１５ｎｍのクラスターを効率よく生成することができる。
【００９９】
このような粒径範囲のクラスター（前記いずれかの粒径範囲内に平均粒径の値が含まれる単分散系クラスター）を使用することにより、クラスターの崩壊を防止すると共に充填率の向上した緻密な金属薄膜を製造することができる。
【０１００】
また、所望する場合は、反応性ガス供給管３９から反応性ガス、例えば酸素ガス若しくは酸化剤として作用し得る所定の流量のガスを導入する。これにより、クラスター堆積部４０に導入される前のクラスターの表面の改変処理（例えば酸化被膜形成）を容易に行うことができる。例えば、かかる処理によってクラスターの電気抵抗を高くすることにより、該クラスターが堆積（集合）して構成される高電気抵抗と低保磁力（高透磁率）及び／又は高飽和磁束密度とを備えた、高周波領域での使用に優れる軟磁性材料を製造することができる。
【０１０１】
反応性ガスによる処理は、クラスターの機能、特に電気抵抗を高め得るものが好適である。例えばクラスターの表面を酸化物或いは非磁性体によって被覆する処理が好ましい。或いは、クラスターの表面を酸化物、窒化物、炭化物等の化合物で被覆することが好適である。特に好ましい処理は、クラスターの表面に酸化物から成る膜（酸化被膜）を形成する処理である。酸化被膜が形成されたクラスター（好ましくは単分散系クラスター）をその形状を破壊することなく緻密に堆積（集合）させることによって、酸化被膜が形成されていないクラスターを用いた場合よりも高い電気抵抗値を有するクラスター集合体（軟磁性材料）を得ることができる。
【０１０２】
反応性ガスによる処理は、クラスターの機能、特に電気抵抗を高め得るものが好適である。例えばクラスターの表面を酸化物或いは非磁性体によって被覆する処理が好ましい。或いは、クラスターの表面を酸化物，窒化物，炭化物等の化合物で被覆することが好適である。特に好ましい処理は、クラスターの表面に酸化物から成る膜（酸化被膜）を形成する処理である。酸化被膜が形成されたクラスター（好ましくは単分散系クラスター）をその形状を破壊することなく緻密に堆積（集合）させることによって、酸化被膜が形成されていないクラスターを用いた場合よりも高い電気抵抗値を有するクラスター集合体（軟磁性材料）を得ることができる。
【０１０３】
例えば、適当な温度条件下（好ましくは酸化は常温又は高温域、窒化及び炭化は高温域で行う）、ケーシング１１及びクラスター流路３１内の減圧状態（例えば１０-4〜１０-1Ｐａ程度）を維持しつつ、Ｏ2ガス、ＮＨ3ガス、ＨＣガス等を反応性ガス供給管３９から導入する。これにより、クラスター表面の金属原子と導入ガス種とが反応し、反応生成物である酸化物、窒化物、炭化物等の化合物でクラスター表面が被覆された状態となる。
【０１０４】
このようにして得られたクラスター（イオンを含む）は、円筒管３５（或いは導波管）のノズル３５Ａ及びスキマー３６，３７の開口部３６Ａ、３７Ａを通過しつつ、クラスター堆積部４０に供給される。このとき、バルブ４７を開けて真空ポンプによってクラスター堆積部４０（ケーシング４２）内をクラスター成長部３０よりも真空度の高い雰囲気（好ましくは１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ）にしておくことによって、クラスターを含むキャリアガスをスキマー３７からホルダー４１方向にビーム状に噴出させることができる。例えば、１〜５０ｍ／ｓ程度の流速（好ましくは５〜２０ｍ／ｓ）で、クラスターが分散しているキャリアガスをノズルから基材に向けて噴出させることによって、クラスターをビーム状にして基材に供給することを実現することができる。
【０１０５】
また、カーボン、異種金属、半導体等でクラスターの表面を修飾する場合には、クラスター堆積部４０に別のスパッタリング装置を付設し、所定の材料（ターゲット）をスパッタリングし、得られたカーボン、異種金属、半導体等のスパッタ粒子をクラスターと反応させても良い。このことによって、クラスター表面をカーボン、異種金属、半導体等によって被覆することができる。
【０１０６】
尚、これら材料をスパッタリングする方法は、従来より公知の方法で良い。例えば高周波電源を備えたプラズマ発生装置を使用してスパッタリングを行うことができる。さらに、図５に示すように、クラスター発生部５０，５０，…を複数設けても良い。かかる実施形態の場合は２つである。この場合、性状（組成）の異なる２種以上のクラスターから成る複合クラスター集合体（堆積物）を基材に堆積させることができる。
【０１０７】
基材としては、用途に応じて適宜その材料を選択することができる。例えば、シリコン基板、金属基板、セラミック基板、ガラス基板等を用いることができる。基材は、ホルダー４１の位置変更手段４３を作動させてクラスター供給方向（クラスター流路３１）に対して相対位置を移動させる。このことによって、基材におけるクラスターの衝突位置を変化させることができる。この結果、基材上の全体に亘って均質で緻密なクラスター堆積層（薄膜状にクラスターが堆積して構成される軟磁性材料）を形成することができる。
【０１０８】
以上より、本実施形態にかかるクラスター製造装置１によれば、捕集筒１４がクラスター発生部１０とクラスター成長部３０との連通部に配設されているため、クラスター発生部１０で発生するクラスターを、より多く下流側のクラスター成長部３０へ導入（案内）することができる。
【０１０９】
また、クラスター発生部１０のターゲット２０Ａ，２０Ｂの対向面２０Ａ’，２０Ｂ’をクラスター成長部３０側に傾斜するように配置されることから、連通部方向のスパッタ粒子の密度を大きくすることができ、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部３０へ導入することができる。
【０１１０】
また、ガス供給用毛細管１２Ｂのアスペクト比を５００以上とすることで、該ガス供給用毛細管１２Ｂから供給されるプラズマ源ガスの指向性が高くなる。さらに、ガス供給用毛細管１２Ｂは、該プラズマ源ガスが連通部へ向けて供給されるように配置されている。そのため、スパッタリングによって発生したスパッタ粒子が該プラズマ源ガスによって前記連通部へ搬送され、クラスター成長部３０へ導入されるスパッタ粒子の量が増加する。
【０１１１】
このように、クラスター成長部３０へ導入されるスパッタ粒子の量が増加するのに伴い、クラスター成長部３０を経て（流通し）基材へ到達するクラスターの量も増加し、基材へのクラスターの堆積効率が向上する。
【０１１２】
尚、本発明のクラスター製造装置及びクラスター製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１１３】
例えば、本実施形態において、捕集筒１４は、円錐筒形状に形成されているが、これに限定される必要はなく、径が一端から他端に向かって縮径する角筒形状であっても良い。
【０１１４】
また、クラスター発生部１０に、捕集筒１４の内周面に沿ってクラスター発生部１０側からクラスター成長部３０側へ反応性ガスを供給するための反応性ガス供給手段を、さらに設けても良い。このようにすることで、該反応性ガスがキャリアガスとしてスパッタリングによって発生したスパッタ粒子を、より多く下流側のクラスター成長部３０へ移送（導入）することができるようになる。
【実施例】
【０１１５】
以下に、本実施形態に係るクラスター製造装置１を用い、各種条件を変更して基材上にクラスター薄膜を成膜した結果を示す。
【０１１６】
まず、第一に、Ｖ型対向ターゲット（α＝２０°）、ターゲットの材質はタングステン、ターゲットの大きさは、直径８０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤形状で、中心部間の距離を１２０ｍｍとし、プラズマ源ガス供給用毛細管のアスペクト比は５００、捕集筒の角度β＝１２０°とし、放電条件として、スパッタ室（クラスター発生部のケーシング内）は４００Ｐａ、ターゲットへの印加は０．５〜１．５Ａとし、
１）第一比較例としてターゲットを平行型対向ターゲット（α＝０°）とし、捕集筒 を設けないもの、
２）第一実施例としてＶ型対向ターゲット（α＝２０°）とし、捕集筒を設けないも の、
３）第二実施例としてＶ型対向ターゲット（α＝２０°）とし、捕集筒を設けたものとした場合にプラズマ源ガスの供給量を変化させてクラスター堆積速度を測定し（水晶振動式膜厚計で測定した換算膜厚）、得られた結果を図６に示す。
【０１１７】
図６から、第一比較例と比べ、第一実施例では、プラズマ源ガスの流量が４００ｓｃｃｍ，６００ｓｃｃｍの場合において、堆積速度が大きくなっている。また、第二実施例では、全ての流量において、第一比較例と比べて大きくなっており、さらに、第一実施例よりも堆積速度が大きくなっている。
【０１１８】
従って、ターゲットが平行に配置された平行型対向ターゲットよりもＶ型対向ターゲットの方がより堆積速度が大きくなっていることから、Ｖ型対向ターゲットを備えることによって、クラスター製造装置は、クラスター発生部で発生したクラスターがより多く、クラスター成長部へ（被成膜対象である基材へ）導入されていることが推測される。
【０１１９】
また、第一実施例に対し第二実施例の方が、全ての流量において、堆積速度が大きくなっていることから、クラスター発生部とクラスター成長部との連通部に捕集筒を備えることによって、クラスター製造装置は、クラスター発生部で発生したクラスターがより多く、クラスター成長部へ導入されていることが推測される。
【０１２０】
第二に、上記同様、Ｖ型対向ターゲット（α＝２０°）、ターゲットの材質はタングステン、ターゲットの大きさは、直径８０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤形状で、中心部間の距離を１２０ｍｍとし、捕集筒の角度β＝１２０°とし、放電条件として、ターゲットへの印加は１．５Ａとし、さらに、スパッタ室の気圧を変化させてクラスター堆積速度を測定し、得られた結果を図７に示す。
【０１２１】
図７から、第一比較例に対し、第一及び第二実施例の方が、クラスター堆積速度が大きくなっていることから、Ｖ型対向ターゲットを備えることによって、クラスター製造装置は、クラスター発生部で発生したクラスターがより多く、クラスター成長部へ導入されていることが推測される。
【０１２２】
また、図７においても、第一実施例に対し第二実施例の方が、全てのスパッタ室の気圧において、堆積速度が大きくなっていることから、クラスター発生部とクラスター成長部との連通部に捕集筒を備えることによって、クラスター製造装置は、より多くのクラスター発生部で発生したクラスターがクラスター成長部へ導入されていることが推測される。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本実施形態に係るクラスター製造装置の概略構成図を示す。
【図２】同実施形態に係るクラスター製造装置における、プラズマ源ガス供給管の構成の概略平面図を示す。
【図３】同実施形態に係るクラスター製造装置の概略構成図におけるプラズマ発生手段及び捕集筒部分の一部拡大図を示す。
【図４】同実施形態に係るクラスター製造装置における、反応性ガス供給管の構成の概略平面図を示す。
【図５】複数のクラスター製造部を備えるクラスター製造装置の平面方向からのブロック図を示す。
【図６】プラズマ源ガスの供給量を変化させて測定した、基材へのクラスター堆積速度の比較図を示す。
【図７】スパッタ室の気圧を変化させて測定した、基材へのクラスター堆積速度の比較図を示す。
【符号の説明】
【０１２４】
１…クラスター製造装置、１０…クラスター発生部、１１…ケーシング、１２…プラズマ源ガス供給手段、１３…プラズマ発生手段、１４…捕集筒、１８Ａ、１８Ｂ…カソード、１９Ａ、１９Ｂ…ターゲットシールドカバー、２０Ａ、２０Ｂ…ターゲット、２０Ａ’、２０Ｂ’…対向面、２０Ｃ…一対のターゲット間の中央部、２１Ａ、２１Ｂ…ターゲットホルダー、２２Ａ、２２Ｂ…永久磁石（磁場発生手段）、３０…クラスター成長部、３１…クラスター流路、３５…円筒管（金属製の導波管）、３６…スキマー、３７…スキマー、３８…高周波印加コイル、３９…反応性ガス供給管、３９Ａ…反応性ガス供給用毛細管、４０…クラスター堆積部、４１…ホルダー、４２…ケーシング、４５…水晶振動子、α…一対のターゲットの対向面のなす角度、β…捕集筒の対向する周側面のなす角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットをスパッタリングして得たスパッタ粒子からクラスターを製造するためのクラスター製造装置及びクラスター製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基材（基板）上に所望する金属その他の原材料（ターゲット）の蒸気（スパッタ粒子）を堆積させて薄膜を形成するために、種々のスパッタリング装置が用いられている。例えば、容器内にプラズマ源ガス（プラズマ状態化されるガス）としてアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、その中で放電を行ってアルゴンガスをプラズマ化する。そして、プラズマ化したアルゴンがターゲットに（金属材料等）に衝突するとターゲットを構成する原子が飛び出す。かかるスパッタリングによってターゲットから飛び出したスパッタ粒子（ターゲット原子）を例えば１０2Ｐａ程度又はそれ以下の低圧雰囲気中で凝縮させることにより粒径数ｎｍのクラスターとし、それを所定の位置に配置された基材上に堆積する。このようにして、基材上に飛散粒子（スパッタ粒子）と同成分のクラスターが堆積して薄膜が形成される。
【０００３】
しかし、上述のようなクラスター製造装置では、単位時間あたり或いはプラズマ源ガス単位供給量あたりのクラスター生産効率が十分に高いものではなかった。
【０００４】
そこで、金属で構成される一対のターゲットを平行に配置した、平行型対向ターゲット式スパッタリング装置を備え、該スパッタリング装置の平行ターゲット式スパッタカソード間にプラズマ源ガスを供給しつつスパッタリングを行い、該スパッタリングによってスパッタ粒子（以下、「金属蒸気」と言うことがある。）を発生させ、該スパッタ粒子をキャリアガスと共に流通させつつ加熱してエネルギーを与え、その平均粒径（サイズ）を制御して所望するサイズのクラスターを効率良く得ることができるクラスター製造装置及び製造方法が提供されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２０４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のようなクラスター製造装置においては、所望するサイズのクラスターを効率良く得ることができるが、平行型対向ターゲット式スパッタカソードによるスパッタリングでは、スパッタ粒子が全方位（３６０°）に向かって飛散するため、クラスターを堆積させるための基材を設置しているクラスター堆積部方向へ飛散するスパッタ粒子が少なく、クラスターを基材上に堆積させて必要な膜厚を得るのに時間がかかるため、より効率良く必要な膜厚を得るためのクラスター製造装置及び製造方法が求められた。
【０００７】
そこで、本発明は、所望のサイズのクラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるクラスター製造装置及びクラスター製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係るクラスター製造装置は、内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、中空筒状の捕集筒が前記連通部に配設され、該捕集筒は、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部をクラスター発生部からクラスター成長部に向かって径が漸減するように形成されることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくとも一部がクラスター発生部からクラスター成長部に向かって（クラスターの流れに対して上流側から下流側に向かって）径が漸減するように形成されている中空筒状の捕集筒がクラスター発生部とクラスター成長部との連通部に配設されているため、クラスター発生部で発生するクラスターを、より多く下流側のクラスター成長部へ導入（案内）することができる。
【００１０】
即ち、クラスター発生部内の一対のターゲットからスパッタリングによって発生したスパッタ粒子は、全方位に向かって飛散するが、下流側へ向かって少なくともその一部の径が漸減する捕集筒を前記連通部に設けることで、該捕集筒が漏斗のように働き、ターゲットから全方位に向かって飛散するスパッタ粒子（金属蒸気）を、より多くクラスター成長部（下流側）へ導入することができるようになる。
【００１１】
尚、本発明において、「プラズマ状態のガス」とは、当該ガス分子の少なくとも一部が放電等により励起分子、ラジカル、イオン等の形態で存在している状態を言う。また、「クラスター」とは、複数の原子、イオン等が凝集している集合物を言い、個々のクラスターの形状や質量を限定するものではない。例えば、粒径が５０ｎｍ程度又はそれ以下の金属微粒子等を言う。
【００１２】
また、前記捕集筒は、クラスター発生部側に設けられる円錐筒である構成とすることが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、捕集筒は、その一端から他端（クラスター発生部側（上流側）端部からクラスター成長部側（下流側）端部）へ向かって、一定の割合で縮径するような形状であるため、軸芯方向において、その一部だけが下流側に向かって縮径（径が漸減）するものに比べ、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部へ導入することができる。
【００１４】
このようにしてクラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子は、クラスター成長部内のクラスター流路をキャリアガスと共に流通する間に凝縮され、所望のサイズのクラスターに成長（集合している原子数が増加）し、基材の被成膜面に向けて流通する。
【００１５】
従って、クラスター成長部を流通するクラスター（スパッタ粒子）の数（量）が多くなり、それに伴って、基材へ到達するクラスターの数も多くなる。その結果、クラスター成長部で所望のサイズに成長したクラスターを基材へ効率良く堆積することができるようになる。
【００１６】
また、前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されている構成とすることが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、前記連通部からクラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子の量を多くすることができる。
【００１８】
即ち、ターゲットの対向面からスパッタされるスパッタ粒子の密度は、ターゲットの法線方向（ターゲットの対向面と直交する方向）で最大となるため、対向面をクラスター成長部側（前記連通部側）に向いて傾斜するように配置することによって、連通部方向のスパッタ粒子の密度を大きくすることができ、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部へ導入することができる。
【００１９】
その結果、前述の如く、クラスター成長部で所望のサイズに成長したクラスターを基材へ効率良く堆積することができるようになる。
【００２０】
また、内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されている構成としても良い。
【００２１】
かかる構成によっても、一対のターゲットの対向面がクラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されていることから、前述の如く、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部へ送ることができる。
【００２２】
また、前記プラズマ源ガス供給手段は、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスによるシート状気流を形成すべく、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置される構成としても良い。
【００２３】
かかる構成によれば、間隔をおいて同一平面上に配置される複数のガス供給用毛細管によって、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスをシート状気流（面状の気流）にして供給することにより、該プラズマ源ガスを均一にターゲット近傍に拡散させることができる。
【００２４】
そのため、より効率的且つ高速にスパッタリングを行うことができ、飛散するスパッタ粒子をより効率的且つより多く発生させることができる。
【００２５】
その結果、クラスター成長部を経て所望のサイズに成長し、基材へ到達するクラスターの量が増加し、効率良く基材へ堆積できるようになる。
【００２６】
また、前記ガス供給用毛細管は、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが、５００≦Ｌ／ｄとなるように形成されていると共に、前記シート状気流が前記連結部方向に向かって形成されるように配置される構成とすることが好ましい。
【００２７】
かかる構成によれば、前記ガス供給用毛細管の径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比（アスペクト比）Ｌ／ｄを５００以上とすることで、該ガス供給用毛細管から供給されるプラズマ源ガスの指向性が高くなる。さらに、ガス供給用毛細管は、該プラズマ源ガスが前記連通部へ向けて供給されるように配置されている。そのため、スパッタリングによって発生した飛散粒子（スパッタ粒子）が該プラズマ源ガスによって前記連結部へ搬送され、クラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子の量が増加する。
【００２８】
その結果、上述の如く、クラスター成長部を経て所望のサイズに成長し、基材へ到達するクラスターの量が増加し、効率良く基材へ堆積できるようになる。
【００２９】
また、前記プラズマ発生手段は、前記一対のターゲット間に磁場空間を発生させる磁場発生手段を備える構成としても良い。
【００３０】
かかる構成によれば、一対のターゲット間に磁場空間を発生させることにより、ターゲットの対向面周辺のプラズマ密度（例えば、イオン化したガス分子密度）を上げることができる。そのため、より効率良く且つ高速にスパッタリングを行うことができるようになる。さらに、ターゲットが磁性材によって形成されていても、安定してスパッタリングを行うことができるようになる。
【００３１】
従って、ターゲットからのスパッタ粒子の量が増加し、それに伴って、クラスター成長部へ導入されるスパッタ粒子の量も増加する。そのため、上述の如く、基材の成膜面に効率良くクラスターを堆積することができるようになる。
【００３２】
また、前記クラスター成長部は、内部をキャリアガスと共に流通するクラスターを加熱すべく、クラスター加熱手段を備える構成としても良い。
【００３３】
かかる構成によれば、内部を流通するクラスター（又はスパッタ粒子）がクラスター加熱手段によって加熱されることで、該クラスター（又はスパッタ粒子）にエネルギーが供給され、そのサイズ（平均粒径）を制御することができる。即ち、クラスター加熱手段を備えることによって、所望するサイズ（粒径）のクラスターを得ることが、より容易になる。
【００３４】
また、基材を配置するための基材配置部を備え、該基材配置部に配置される基材に前記クラスター発生部からのクラスターを堆積すべく、クラスター成長部と連通するよう配設されているクラスター堆積部を更に有する構成としても良い。
【００３５】
かかる構成によれば、クラスター堆積部の基材配置部に基材を配置することで、基材の被成膜面に効率良くクラスターを堆積することができるようになる。
【００３６】
即ち、クラスターを堆積すべくクラスター発生部からクラスター成長部を経てクラスター堆積部へ流通するクラスターの流通経路上に基材配置部を備え、該基材配置部に基材を配置することで、前記クラスターが効率良く基材の被成膜面に衝突する。その結果、効率良くクラスターが基材に堆積し所望の厚さの薄膜が形成される。
【００３７】
また、前記クラスター堆積部は、前記クラスター発生部とクラスター成長部とで構成されるクラスター製造部が複数連接される構成としても良い。
【００３８】
かかる構成によれば、各クラスター製造部で異なる組成のクラスターを同時に製造する（発生及び成長させる）ことができ、該異なる組成のクラスターを同時に基材に流通させることで、複数の成分を含むクラスターで構成されるクラスター集合体（薄膜）を基材に堆積することができる。
【００３９】
即ち、各クラスター発生部にそれぞれ異なる組成からなるターゲットを配置し、同時にスパッタリングすることで、各クラスター発生部ごとにターゲットを組成する原子からなるスパッタ粒子が発生し、該スパッタ粒子がクラスター成長部を流通する間に所望のサイズのクラスターに成長する。そのため、各クラスター製造部毎に異なる組成のクラスターが同時に製造される（発生及び成長する）。
【００４０】
従って、同時に異なる組成のクラスターがクラスター堆積部に流入し、上述の如く、複数の成分を含むクラスターで構成される薄膜が基材の被成膜面上に形成される。
【００４１】
また、本発明は、減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向すると共に下流側に向いて傾斜するように対向配置する工程と、前記ケーシング内を減圧する工程と、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置されると共に、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが５００≦Ｌ／ｄとなるように構成されるプラズマ源ガス供給手段によって、プラズマ源ガスを前記一対のターゲット間にシート状気流にして供給する工程と、該プラズマ源ガスをプラズマ状態にしつつ、該プラズマ状態のプラズマ源ガスによって、前記一対のターゲットから蒸気を発生させる工程と、クラスター発生部とクラスター成長部とが連通する連通部に配設されると共に、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部は、下流側に向かって径が漸減する中空筒状の捕集筒によって、前記蒸気を捕集してクラスター成長部へ導入する工程と、前記クラスター成長部へ導入される蒸気からクラスターを生成する工程と、を備えることを特徴とするクラスター製造方法を提供する。
【００４２】
かかる方法によれば、プラズマ源ガスを均一にターゲット近傍に拡散させることができることからより効率的且つ高速にスパッタリングを行うことができ、飛散するスパッタ粒子（金属蒸気）をより効率的且つより多く発生させることができる。
【００４３】
そして、発生したスパッタ粒子は、一対のターゲットの対向面がスパッタ粒子を流通させる方向（下流側方向）、即ち、製造されるクラスターの流通する方向に向いて傾斜するように対向配置されることで、下流側に飛散するスパッタ粒子が増加する。
【００４４】
また、前記ガス供給用毛細管のアスペクト比を５００以上とすることで、該ガス供給用毛細管から供給されるプラズマ源ガスの指向性が高くなると共に、ガス供給用毛細管は、該プラズマ源ガスが前記連通部へ向けて供給されるように配置されているため、該プラズマ源ガスによって下流側へ搬送されるスパッタ粒子の量が増加する。
【００４５】
さらに、下流側に向かって少なくともその一部の径が漸減する捕集筒を設けることで、該捕集筒が漏斗のように働き、ターゲットから全方位に向かって飛散するスパッタ粒子をより多く下流側のクラスター成長部へ導入することができるようになる。
【００４６】
その結果、クラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるようになる。
【発明の効果】
【００４７】
以上より、本発明によれば、所望のサイズのクラスターを効率良く得ると共に得られたクラスターを基材へ効率良く堆積させることができるクラスター製造装置及びクラスター製造方法を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００４９】
図１に示すように、本実施形態に係るクラスター製造装置１は、クラスター発生部１０及びクラスター成長部３０（以下、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０とをまとめて、単に「クラスター製造部５０」と言うことがある。）とクラスター堆積部４０とを有している。
【００５０】
クラスター発生部１０は、減圧可能なケーシング１１内部にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段１２と、供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段１３と、後述するスパッタリングによって発生したスパッタ粒子（金属蒸気）を捕集するための捕集筒１４と、ケーシング１１内部の予備排気をするために外部ポンプ（真空ポンプ：図示しない）に連通する排気管１５が設けられ、該排気管１５には、バルブ１６が設けられている。
【００５１】
プラズマ源ガス供給手段１２は、プラズマ源ガス導入管（以下、単に「ガス導入管」と言うことがある。）１２Ａとプラズマ源ガス供給用毛細管（以下、単に「ガス供給用毛細管」と言うことがある。）１２Ｂとを備える。ガス導入管１２Ａは、ケーシング１１の外部に設けられるプラズマ源ガス供給源（図示せず）と接続され、該プラズマ源ガス供給源から供給されるプラズマ源ガスを、その先端部に備えられるプラズマ源ガス供給用毛細管群（以下、単に「ガス供給用毛細管群」と言うことがある。）１２Ｂ’（図２参照）へ流通させる中空筒状の管である。
【００５２】
図２に示すように、ガス供給用毛細管群１２Ｂ’は、平面視、複数の毛細管状のガス供給用毛細管１２Ｂが並列することで構成されている。ガス供給用毛細管１２Ｂの先端は、対向する金属材料（ターゲット）２０Ａ，２０Ｂ間のほぼ中央に向かって伸びている（図１参照）。そして、その先端には、開口が設けられており、該開口からプラズマ源ガスを吹き出すことでターゲット２０Ａ，２０Ｂ間にプラズマ源ガスが供給される。該供給されたプラズマ源ガスは、並列しているガス供給用毛細管１２Ｂの先端からそれぞれ吹き出されることから、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間には、シート状の気流（面上の気流）として供給される。
【００５３】
図１に戻って、プラズマ発生手段１３は、直流電源１７に接続されると共にケーシング１１内に対向するように配置された一対のカソード１８Ａ，１８Ｂ及びターゲットシールドカバー１９Ａ，１９Ｂを備えている。尚、本実施形態においては、ターゲットシールドカバー１９Ａ，１９Ｂは、アノードとして機能する。
【００５４】
カソード１８Ａ，１８Ｂは、その間にプラズマ源ガスが導入される空間が形成されるように配置されている。そして、カソード１８Ａ，１８Ｂの互いに対向する位置には、ターゲットとなる金属材料２０Ａ，２０Ｂを対向して固定することができるターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂがそれぞれ設けられている。また、カソード１８Ａ，１８Ｂの内部（ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂの近傍）には、磁場発生手段２２Ａ，２２Ｂが設けられている。
【００５５】
ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂに固定された、一対のターゲット２０Ａ，２０Ｂは、前記ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂによって、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’がいずれもクラスター発生部１０とクラスター成長部３０とが連通している部分（連通部）に向くよう、傾斜して配置されている。
【００５６】
具体的には、図３にも示すように、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’のなす角α、さらに言えば、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’に沿う方向に伸びる面のなす角度αが０°よりも大きく且つ９０°以下である。尚、本実施形態においては、前記なす角度αは、２０°〜３０°である。このように、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’が略Ｖ字状になる配置のターゲット２０Ａ，２０Ｂを「Ｖ型対向ターゲット」と呼ぶことにする。
【００５７】
磁場発生手段２２Ａ，２２Ｂは、ここではいずれも永久磁石であり、それぞれターゲット２０Ａ，２０Ｂの外側（対向面２０Ａ’，２０Ｂ’の反対側）に配置されている。該永久磁石２２Ａ，２２Ｂは、それぞれＮ極とＳ極とが互いに対向するようにカソード１８Ａ，１８Ｂに内蔵され、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間に磁場を発生可能としている。
【００５８】
カソード１８Ａ，１８Ｂには、モータやソレノイド等の位置変更手段２３が設けられており、位置変更手段２３を作動させることにより、カソード１８Ａ，１８Ｂとターゲットシールドカバー１９Ａ、１９Ｂとの間の距離（間隙）及びターゲット２０Ａ，２０Ｂの距離（ターゲット２０Ａ，２０Ｂの中心間の間隔）Ｌを適宜調節することができる。
【００５９】
尚、本実施形態において、プラズマ発生手段１３は、電極間に適当な電圧を印加することによって、カソード１８Ａ，１８Ｂ周辺において好適なグロー放電を形成することができる。また、永久磁石２２Ａ，２２Ｂにより、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間の中央部２０Ｃにおける磁場の強さを調節可能としている。
【００６０】
また、本実施形態においては、ターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂによって、ターゲット２０Ａ，２０Ｂの対向面２０Ａ’，２０Ｂ’は、互いに傾斜するように固定されているが、これに限定される必要もなく、カソード１８Ａ，１８Ｂ自体を互いに傾斜するように配置することで、ターゲット２０Ａ，２０Ｂの対向面２０Ａ’，２０Ｂ’が互いに傾斜するように配置しても良い。
【００６１】
捕集筒１４は、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０とが連通している部分（連通部）に設けられた筒状体である。該捕集筒１４は、上流側から下流側に向かって（クラスター発生部１０からクラスター成長部３０へ向かって）径が漸減している筒状体である。より具体的には、上流側端部から下流側端部に向かって一定の割合で縮径している筒状体、即ち、円錐筒形状に形成されている。尚、ケーシング１１の内径やターゲット２０Ａ，２０Ｂから連通部までの距離によって異なるが、円錐筒の対向する側壁（周側面）のなす角βは、７５°〜１２０°（本実施形態においては、図３に示すように、７５°）が好ましい。
【００６２】
また、捕集筒１４は、電気的にアース電位（ケーシング１１壁等の電位）よりフローティングでなければならない。従って、捕集筒１４は、テフロン（登録商標）等の絶縁物、または金属の表面をテフロン（登録商標）等の絶縁物でコーティングしたもので形成されている。
【００６３】
クラスター成長部３０は、クラスター発生部１０と連通するように隣接すると共に筒状に形成され、その中心部を貫通するようにクラスター発生部１０とクラスター堆積部４０とを連通するクラスター流路３１が設けられている。
【００６４】
また、クラスター成長部３０内のガスを排出して該成長部３０内をクラスター発生部１０よりも陰圧にするための外部ポンプ（真空ポンプ：図示しない）に連通する排気管３２Ａ，３２Ｂが設けられ、該排気管３２Ａ，３２Ｂには、バルブ３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ設けられている。また、クラスター堆積部４０との境界部分には、クラスター成長部３０からクラスター堆積部４０へのガス流路を規制するためのバルブ３４が設けられている。
【００６５】
クラスター成長部３０には、本実施形態においては、透明石英硝子製の円筒管３５（或いは金属製の導波管）と、スキマー３６，３７が設けられている。スキマー３６，３７は、クラスター流路３１の上流から下流（クラスター発生部１０からクラスター堆積部４０へ向かう方向）に向かって設けられている。
【００６６】
円筒管３５は、その外周に高周波印加コイル３８が巻回されている。該高周波印加コイル３８は、高周波マッチングボックス３８Ａと高周波電源３８Ｂとに接続されている。該高周波マッチングボックス３８Ａ及び高周波電源３８Ｂによって、高周波印加コイル３８（或いは導波管）に高周波（或いはマイクロ波）を印加することにより、円筒管３５内を加熱することができる。その結果、熱交換により、成長部３０を流通するクラスターの加熱を行うことができる。
【００６７】
尚、加熱手段としては、高周波印加コイル３８に限定される必要はなく、他の手段であっても良い。また、高周波印加コイル３８の少なくともその一部周辺に、冷却水供給口３８Ｃから供給された冷却水を循環させることにより、円筒管３５を冷却して、所望の温度に調節することができる。
【００６８】
円筒管３５の下流方向先端部には、円筒管３５の本体部分の開口面積よりも小さなノズル３５Ａが設けられている。該ノズル３５Ａとスキマー３６，３７の開口部３６Ａ，３７Ａの形成位置とがクラスター製造装置１の軸芯方向に沿って一致するように配設されることによって、クラスター流路３１を流通する（流れる）クラスターをビーム状にして後述する基材に供給することができるようになる。
【００６９】
さらに、クラスター成長部３０には、外部の反応性ガス供給源（図示せず）と接続し、例えば、酸素（Ｏ2）ガス、空気、アンモニア（ＮＨ3）ガス、炭化水素ガス（ＨＣ）ガス等の反応性ガスを供給するための反応性ガス供給管３９が、前記円筒管３５よりも下流側に設けられている。
【００７０】
反応性ガス供給管３９は、クラスター流路３１を挟んで互いに対向するように二箇所に設けられている。図１及び図４に示すように、反応性ガス供給管３９の先端部には、それぞれクラスター流路３１内を流通するクラスターの進行方向に延びる複数の反応性ガス供給用毛細管３９Ａが、クラスター流路３１の幅方向に並列するように形成されている。本実施形態においては、同一平面上に一定の距離をおいて並列するように形成されている。
【００７１】
該反応性ガス供給用毛細管３９Ａは、その先端開口部３９Ｂから反応性ガスｇを放出する。このことにより、反応性ガスｇより構成されるシート状気流をクラスター流路３１内に形成することができる。即ち、互いに対向する反応性ガス供給管３９からクラスター流路３１に気流を供給することによって、クラスター流路３１の少なくとも一部に高濃度の反応性ガスで充たされたガス帯が形成される。
【００７２】
また、反応性ガス供給管３９から供給される反応性ガスｇは、クラスターをクラスター体積部４０に移送するキャリアガスとして利用することができる。即ち、所定のガス圧で反応性ガス供給管３９から所望の反応性ガスｇをクラスター流路３１に供給することによって、クラスター流路３１を流れるクラスター表面を改変しつつ（例えば、酸化被膜の形成）、該クラスターを迅速にクラスター堆積部４０へ移送することができる。
【００７３】
クラスター体積部４０は、基材を保持するためのホルダー４１がケーシング４２内に配置されている。本実施形態において、ホルダー４１は、板状基材（基板）を保持するように構成されているが、これに限定される必要はない。
【００７４】
ホルダー４１は、クラスター供給方向、即ち、クラスター成長部３０からビーム状クラスターが供給される方向と基材の被成膜面とが直交するように配置されている。このように配置されることでホルダー４１に保持された基材の被成膜面に効率良くクラスターが堆積される。
【００７５】
ホルダー４１には、モータやソレノイド等の位置変更手段４３が取り付けられている。該位置変更手段４３を作動することによって、ホルダーを動かすことができ、供給されるクラスター、即ち、成長部３０から供給されてくるビーム状のクラスターに対し、基材を相対移動させることができる。その結果、クラスター成長部３０のスキマー３６，３７を通ってビーム状に供給されるクラスターの基材上（被成膜面）における衝突位置を適宜調節することができるようになる（図１の矢印Ａ参照）。
【００７６】
さらに、クラスター堆積部４０には、ケーシング４２内のガスを排出して該ケーシング４２内をクラスター成長部３０よりも陰圧とするための外部ポンプ（真空ポンプ：図示せず）に連通する排気管４３が設けられ、該排気管４３にはバルブ４４が設けられている。
【００７７】
また、ケーシング４２内には、可動式の水晶振動子４５が配置されている。該水晶振動子４５によって、基材の被成膜面（表面）に堆積するクラスターによって構成される薄膜の膜厚をモニタリングすることができる。
【００７８】
また、図５に示すように、クラスター製造装置１’は、一つのクラスター堆積部４０に、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０とで構成されるクラスター製造部５０，５０，…が複数接続されても良い。かかる実施形態においては、クラスター堆積部４０に、二つのクラスター製造部５０，５０が、平面視、Ｖ字状となるように接続されているが、これに限定される必要はない。
【００７９】
このように、一つのクラスター堆積部４０に複数のクラスター製造部５０，５０，…が接続されたクラスター製造装置１においては、それぞれのクラスター発生部１０に設けられたターゲット２０Ａ，２０Ｂの材質を相互に異ならせることによって、複数のクラスター発生部１０，１０，…ではそれぞれ異なる性状（組成）のクラスターを発生させることができる。これら性状の異なるクラスターを同時に一つのクラスター堆積部４０に導入することによって、複数種のクラスターから構成される薄膜を、基材の被成膜面上に堆積することができるようになる。
【００８０】
本実施形態に係るクラスター製造装置は、以上の構成からなり、次に、クラスター製造装置の使用状態について図１乃至図４を参照しつつ説明する。
【００８１】
クラスター発生部１０内に設けられたカソード１８Ａ，１８Ｂのターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂに、ターゲット２０Ａ，２０Ｂをその対向面２０Ａ’，２０Ｂ’が下流側に向かって傾斜するように配置する。本実施形態の場合、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’のなす角α、さらに言えば、両対向面２０Ａ’，２０Ｂ’に沿う方向に伸びる面のなす角度αが２０°〜３０°となるように配置する。
【００８２】
磁性クラスター（又は該クラスターの堆積物である薄膜状の磁性材料）を製造する場合、ターゲット２０Ａ，２０Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料であることが好ましい。
【００８３】
尚、使用する金属材料は、上記金属材料に限定される必要はなく、クラスター源として金属蒸気（スパッタ粒子）を発生させ得るものであれば良い。例えば、ＦｅとＣｏ、又はＦｅとＮｉの合金であっても良い。
【００８４】
また、合金クラスターを製造する場合には、２種類以上の金属材料を使用する。例えば、ＦｅとＣｏ及び／又はＮｉとを使用し、Ｆｅ蒸気（スパッタ粒子）とＣｏ蒸気（スパッタ粒子）及び／又はＮｉ蒸気（スパッタ粒子）とを発生させ、これら蒸気（スパッタ粒子）よりＦｅとＣｏとの合金クラスター、ＦｅとＮｉとの合金クラスター又はＦｅとＣｏとＮｉとの合金クラスターを製造することができる。即ち、一対のターゲット２０Ａ，２０Ｂは、共に同一の金属材料であっても良く、それぞれが異なる金属材料であっても良い。
【００８５】
また、使用する材料の形状は、特に限定されず、スパッタ粒子を発生させる種々の条件や使用する装置に応じて適宜変更しても良い。
【００８６】
ターゲット２０Ａ，２０Ｂをターゲットホルダー２１Ａ，２１Ｂに配置後、バルブ１６を開け、外部の真空ポンプ（メカニカルブースターポンプ等：図示せず）を作動させて、１×１０-5Ｐａ程度までケーシング１１内を減圧する（予備排気）。
【００８７】
次に、Ａｒガス、Ｈｅ／Ａｒ混合ガス、或いはＡｒ以外の希ガス（Ｎｅガス、Ｘｅガス等）等のプラズマ源ガス（本実施形態においてはＡｒガス）をクラスター発生部１０内において、ターゲット２０Ａ，２０Ｂ間にシート状気流として供給する。尚、ケーシング１１の一部に別のガス導入口（図示せず）を設け、キャリアガス（Ｈｅ、Ａｒ等）を低圧で導入しても良い。この場合、スパッタリングによって生じたスパッタ粒子（金属蒸気）は、その周囲にあるキャリアガスによってエネルギーを奪われ凝縮、即ち、クラスター生成が促進される。
【００８８】
次に、クラスター成長部３０のバルブ３３Ａ，３３Ｂを開け、外部の真空ポンプを作動させると共に前記バルブ１６を閉める。これにより、ガス導入管１２Ａからクラスター発生部１０に導入されたプラズマ源ガスは、金属材料（ターゲット）２０Ａ，２０Ｂ間にシート状に拡散して集中的に、即ち、高濃度で金属材料２０Ａ，２０Ｂ周辺に存在する。そして、クラスター成長部３０へと所定の流速で流通する。
【００８９】
好ましくは、クラスター発生部１０内における平均プラズマ源ガス圧がおよそ１×１０-2〜１×１０3Ｐａ程度となるようにプラズマ源ガス供給量及び真空ポンプの仕事量を調節する。
【００９０】
このような条件下で、例えば３００〜４００Ｗ程度の電力をプラズマ発生用電極（カソード）１８Ａ，１８Ｂに印加し、生じたグロー放電によってプラズマ源ガス（Ａｒ等）をプラズマ状態とし（Ａｒ等をイオン化し）、金属材料（ターゲット）２０Ａ，２０Ｂの表面をスパッタリングする。これによって、スパッタ粒子（金属蒸気）を発生させることができる。即ち、金属材料２０Ａ，２０Ｂ周辺をプラズマ状態とし、該雰囲気中に含まれるＡｒイオン等によって金属材料２０Ａ，２０Ｂをスパッタリングすることができる。
【００９１】
この方法では、プラズマ放電に投入する電力、プラズマ源ガスの種類又は濃度、ガス圧、或いは処理温度を適宜調節することによって、スパッタ粒子の発生量や発生したスパッタ粒子のイオン化の程度を制御することができ、その結果、クラスターの生成効率及びイオン化効率を容易に制御することができる。
【００９２】
発生したスパッタ粒子は、プラズマ源ガスとして導入されたＡｒガスと共に（導入されたＨｅ等のキャリアガスと共にであっても良い）流通して成長室３０のクラスター流路３１に導入される。
【００９３】
その際、クラスター発生部１０とクラスター成長部３０との連通部には円錐筒状の捕集筒１４が、径の大きい方の端部をターゲット２０Ａ，２０Ｂ側に向けると共に、径の小さい方の端部をクラスター成長部３０側に向くように設けられている。そのため、該捕集筒１４は、漏斗のように働き、より多くのスパッタ粒子がクラスター成長部３０へ導入（案内）される。
【００９４】
スパッタ粒子（金属蒸気或いは気化原子）は、クラスター成長部３０内で流通する際にキャリアガス種（Ｈｅ、Ａｒ等）と衝突し、運動エネルギーを失い、即ち、冷却され、相互の衝突を繰り返す結果、凝集してクラスターの核生成及び成長が行われる。
【００９５】
このとき、高周波印加コイル３８（或いは前記導波管）に高周波（或いはマイクロ波）を印加することによって、円筒管３５の内壁に接触するキャリアガス及びクラスターをより効率良く加熱することができる。
【００９６】
印加する高周波の周波数、投入電力を変化させることにより、クラスターの粒子サイズ、構造、組成及び表面改変の程度（例えば酸化度、窒化度）を制御することができる。特に限定するものではないが、好適に使用可能な印加高周波の周波数は、１０〜１００ＭＨｚ（或いは周波数１〜１０ＧＨｚのマイクロ波）である。
【００９７】
以上のようにクラスターを加熱することによって、クラスターの成長速度及び最終的なクラスターのサイズを調整することができる。このようにして、単分散性の比較的粒径の小さいナノレベルのクラスターが生成される。
【００９８】
生成（粒成長を含む。）されるクラスターのサイズ（即ちスパッタ粒子の集合化の程度）は、クラスター流路３１の長さ、クラスター生成空間のガス圧、スパッタ粒子の発生量等を制御することによって適宜調整することができる。例えば平均粒径（顕微鏡観察に基づく粒径）１〜５０ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜３０ｎｍ、より好ましくは３〜２０ｎｍ、特に好ましくは５ｎｍ〜１５ｎｍのクラスターを効率よく生成することができる。
【００９９】
このような粒径範囲のクラスター（前記いずれかの粒径範囲内に平均粒径の値が含まれる単分散系クラスター）を使用することにより、クラスターの崩壊を防止すると共に充填率の向上した緻密な金属薄膜を製造することができる。
【０１００】
また、所望する場合は、反応性ガス供給管３９から反応性ガス、例えば酸素ガス若しくは酸化剤として作用し得る所定の流量のガスを導入する。これにより、クラスター堆積部４０に導入される前のクラスターの表面の改変処理（例えば酸化被膜形成）を容易に行うことができる。例えば、かかる処理によってクラスターの電気抵抗を高くすることにより、該クラスターが堆積（集合）して構成される高電気抵抗と低保磁力（高透磁率）及び／又は高飽和磁束密度とを備えた、高周波領域での使用に優れる軟磁性材料を製造することができる。
【０１０１】
反応性ガスによる処理は、クラスターの機能、特に電気抵抗を高め得るものが好適である。例えばクラスターの表面を酸化物或いは非磁性体によって被覆する処理が好ましい。或いは、クラスターの表面を酸化物、窒化物、炭化物等の化合物で被覆することが好適である。特に好ましい処理は、クラスターの表面に酸化物から成る膜（酸化被膜）を形成する処理である。酸化被膜が形成されたクラスター（好ましくは単分散系クラスター）をその形状を破壊することなく緻密に堆積（集合）させることによって、酸化被膜が形成されていないクラスターを用いた場合よりも高い電気抵抗値を有するクラスター集合体（軟磁性材料）を得ることができる。
【０１０２】
反応性ガスによる処理は、クラスターの機能、特に電気抵抗を高め得るものが好適である。例えばクラスターの表面を酸化物或いは非磁性体によって被覆する処理が好ましい。或いは、クラスターの表面を酸化物，窒化物，炭化物等の化合物で被覆することが好適である。特に好ましい処理は、クラスターの表面に酸化物から成る膜（酸化被膜）を形成する処理である。酸化被膜が形成されたクラスター（好ましくは単分散系クラスター）をその形状を破壊することなく緻密に堆積（集合）させることによって、酸化被膜が形成されていないクラスターを用いた場合よりも高い電気抵抗値を有するクラスター集合体（軟磁性材料）を得ることができる。
【０１０３】
例えば、適当な温度条件下（好ましくは酸化は常温又は高温域、窒化及び炭化は高温域で行う）、ケーシング１１及びクラスター流路３１内の減圧状態（例えば１０-4〜１０-1Ｐａ程度）を維持しつつ、Ｏ2ガス、ＮＨ3ガス、ＨＣガス等を反応性ガス供給管３９から導入する。これにより、クラスター表面の金属原子と導入ガス種とが反応し、反応生成物である酸化物、窒化物、炭化物等の化合物でクラスター表面が被覆された状態となる。
【０１０４】
このようにして得られたクラスター（イオンを含む）は、円筒管３５（或いは導波管）のノズル３５Ａ及びスキマー３６，３７の開口部３６Ａ、３７Ａを通過しつつ、クラスター堆積部４０に供給される。このとき、バルブ４７を開けて真空ポンプによってクラスター堆積部４０（ケーシング４２）内をクラスター成長部３０よりも真空度の高い雰囲気（好ましくは１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ）にしておくことによって、クラスターを含むキャリアガスをスキマー３７からホルダー４１方向にビーム状に噴出させることができる。例えば、１〜５０ｍ／ｓ程度の流速（好ましくは５〜２０ｍ／ｓ）で、クラスターが分散しているキャリアガスをノズルから基材に向けて噴出させることによって、クラスターをビーム状にして基材に供給することを実現することができる。
【０１０５】
また、カーボン、異種金属、半導体等でクラスターの表面を修飾する場合には、クラスター堆積部４０に別のスパッタリング装置を付設し、所定の材料（ターゲット）をスパッタリングし、得られたカーボン、異種金属、半導体等のスパッタ粒子をクラスターと反応させても良い。このことによって、クラスター表面をカーボン、異種金属、半導体等によって被覆することができる。
【０１０６】
尚、これら材料をスパッタリングする方法は、従来より公知の方法で良い。例えば高周波電源を備えたプラズマ発生装置を使用してスパッタリングを行うことができる。さらに、図５に示すように、クラスター発生部５０，５０，…を複数設けても良い。かかる実施形態の場合は２つである。この場合、性状（組成）の異なる２種以上のクラスターから成る複合クラスター集合体（堆積物）を基材に堆積させることができる。
【０１０７】
基材としては、用途に応じて適宜その材料を選択することができる。例えば、シリコン基板、金属基板、セラミック基板、ガラス基板等を用いることができる。基材は、ホルダー４１の位置変更手段４３を作動させてクラスター供給方向（クラスター流路３１）に対して相対位置を移動させる。このことによって、基材におけるクラスターの衝突位置を変化させることができる。この結果、基材上の全体に亘って均質で緻密なクラスター堆積層（薄膜状にクラスターが堆積して構成される軟磁性材料）を形成することができる。
【０１０８】
以上より、本実施形態にかかるクラスター製造装置１によれば、捕集筒１４がクラスター発生部１０とクラスター成長部３０との連通部に配設されているため、クラスター発生部１０で発生するクラスターを、より多く下流側のクラスター成長部３０へ導入（案内）することができる。
【０１０９】
また、クラスター発生部１０のターゲット２０Ａ，２０Ｂの対向面２０Ａ’，２０Ｂ’をクラスター成長部３０側に傾斜するように配置されることから、連通部方向のスパッタ粒子の密度を大きくすることができ、より多くのスパッタ粒子をクラスター成長部３０へ導入することができる。
【０１１０】
また、ガス供給用毛細管１２Ｂのアスペクト比を５００以上とすることで、該ガス供給用毛細管１２Ｂから供給されるプラズマ源ガスの指向性が高くなる。さらに、ガス供給用毛細管１２Ｂは、該プラズマ源ガスが連通部へ向けて供給されるように配置されている。そのため、スパッタリングによって発生したスパッタ粒子が該プラズマ源ガスによって前記連通部へ搬送され、クラスター成長部３０へ導入されるスパッタ粒子の量が増加する。
【０１１１】
このように、クラスター成長部３０へ導入されるスパッタ粒子の量が増加するのに伴い、クラスター成長部３０を経て（流通し）基材へ到達するクラスターの量も増加し、基材へのクラスターの堆積効率が向上する。
【０１１２】
尚、本発明のクラスター製造装置及びクラスター製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１１３】
例えば、本実施形態において、捕集筒１４は、円錐筒形状に形成されているが、これに限定される必要はなく、径が一端から他端に向かって縮径する角筒形状であっても良い。
【０１１４】
また、クラスター発生部１０に、捕集筒１４の内周面に沿ってクラスター発生部１０側からクラスター成長部３０側へ反応性ガスを供給するための反応性ガス供給手段を、さらに設けても良い。このようにすることで、該反応性ガスがキャリアガスとしてスパッタリングによって発生したスパッタ粒子を、より多く下流側のクラスター成長部３０へ移送（導入）することができるようになる。
【実施例】
【０１１５】
以下に、本実施形態に係るクラスター製造装置１を用い、各種条件を変更して基材上にクラスター薄膜を成膜した結果を示す。
【０１１６】
まず、第一に、Ｖ型対向ターゲット（α＝２０°）、ターゲットの材質はタングステン、ターゲットの大きさは、直径８０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤形状で、中心部間の距離を１２０ｍｍとし、プラズマ源ガス供給用毛細管のアスペクト比は５００、捕集筒の角度β＝１２０°とし、放電条件として、スパッタ室（クラスター発生部のケーシング内）は４００Ｐａ、ターゲットへの印加は０．５〜１．５Ａとし、
１）第一比較例としてターゲットを平行型対向ターゲット（α＝０°）とし、捕集筒 を設けないもの、
２）第一実施例としてＶ型対向ターゲット（α＝２０°）とし、捕集筒を設けないも の、
３）第二実施例としてＶ型対向ターゲット（α＝２０°）とし、捕集筒を設けたものとした場合にプラズマ源ガスの供給量を変化させてクラスター堆積速度を測定し（水晶振動式膜厚計で測定した換算膜厚）、得られた結果を図６に示す。
【０１１７】
図６から、第一比較例と比べ、第一実施例では、プラズマ源ガスの流量が４００ｓｃｃｍ，６００ｓｃｃｍの場合において、堆積速度が大きくなっている。また、第二実施例では、全ての流量において、第一比較例と比べて大きくなっており、さらに、第一実施例よりも堆積速度が大きくなっている。
【０１１８】
従って、ターゲットが平行に配置された平行型対向ターゲットよりもＶ型対向ターゲットの方がより堆積速度が大きくなっていることから、Ｖ型対向ターゲットを備えることによって、クラスター製造装置は、クラスター発生部で発生したクラスターがより多く、クラスター成長部へ（被成膜対象である基材へ）導入されていることが推測される。
【０１１９】
また、第一実施例に対し第二実施例の方が、全ての流量において、堆積速度が大きくなっていることから、クラスター発生部とクラスター成長部との連通部に捕集筒を備えることによって、クラスター製造装置は、クラスター発生部で発生したクラスターがより多く、クラスター成長部へ導入されていることが推測される。
【０１２０】
第二に、上記同様、Ｖ型対向ターゲット（α＝２０°）、ターゲットの材質はタングステン、ターゲットの大きさは、直径８０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤形状で、中心部間の距離を１２０ｍｍとし、捕集筒の角度β＝１２０°とし、放電条件として、ターゲットへの印加は１．５Ａとし、さらに、スパッタ室の気圧を変化させてクラスター堆積速度を測定し、得られた結果を図７に示す。
【０１２１】
図７から、第一比較例に対し、第一及び第二実施例の方が、クラスター堆積速度が大きくなっていることから、Ｖ型対向ターゲットを備えることによって、クラスター製造装置は、クラスター発生部で発生したクラスターがより多く、クラスター成長部へ導入されていることが推測される。
【０１２２】
また、図７においても、第一実施例に対し第二実施例の方が、全てのスパッタ室の気圧において、堆積速度が大きくなっていることから、クラスター発生部とクラスター成長部との連通部に捕集筒を備えることによって、クラスター製造装置は、より多くのクラスター発生部で発生したクラスターがクラスター成長部へ導入されていることが推測される。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本実施形態に係るクラスター製造装置の概略構成図を示す。
【図２】同実施形態に係るクラスター製造装置における、プラズマ源ガス供給管の構成の概略平面図を示す。
【図３】同実施形態に係るクラスター製造装置の概略構成図におけるプラズマ発生手段及び捕集筒部分の一部拡大図を示す。
【図４】同実施形態に係るクラスター製造装置における、反応性ガス供給管の構成の概略平面図を示す。
【図５】複数のクラスター製造部を備えるクラスター製造装置の平面方向からのブロック図を示す。
【図６】プラズマ源ガスの供給量を変化させて測定した、基材へのクラスター堆積速度の比較図を示す。
【図７】スパッタ室の気圧を変化させて測定した、基材へのクラスター堆積速度の比較図を示す。
【符号の説明】
【０１２４】
１…クラスター製造装置、１０…クラスター発生部、１１…ケーシング、１２…プラズマ源ガス供給手段、１３…プラズマ発生手段、１４…捕集筒、１８Ａ、１８Ｂ…カソード、１９Ａ、１９Ｂ…ターゲットシールドカバー、２０Ａ、２０Ｂ…ターゲット、２０Ａ’、２０Ｂ’…対向面、２０Ｃ…一対のターゲット間の中央部、２１Ａ、２１Ｂ…ターゲットホルダー、２２Ａ、２２Ｂ…永久磁石（磁場発生手段）、３０…クラスター成長部、３１…クラスター流路、３５…円筒管（金属製の導波管）、３６…スキマー、３７…スキマー、３８…高周波印加コイル、３９…反応性ガス供給管、３９Ａ…反応性ガス供給用毛細管、４０…クラスター堆積部、４１…ホルダー、４２…ケーシング、４５…水晶振動子、α…一対のターゲットの対向面のなす角度、β…捕集筒の対向する周側面のなす角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、
前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、
中空筒状の捕集筒が前記連通部に配設され、該捕集筒は、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部をクラスター発生部からクラスター成長部に向かって径が漸減するように形成されることを特徴とするクラスター製造装置。
【請求項２】
前記捕集筒は、クラスター発生部側に設けられる円錐筒である請求項１に記載のクラスター製造装置。
【請求項３】
前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されている請求項１又は２に記載のクラスター製造装置。
【請求項４】
内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、
前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、
前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されていることを特徴とするクラスター製造装置。
【請求項５】
前記プラズマ源ガス供給手段は、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスによるシート状気流を形成すべく、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置される請求項１乃至４の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項６】
前記ガス供給用毛細管は、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが、５００≦Ｌ／ｄとなるように形成されていると共に、前記シート状気流が前記連結部方向に向かって形成されるように配置される請求項５に記載のクラスター製造装置。
【請求項７】
前記プラズマ発生手段は、前記一対のターゲット間に磁場空間を発生させる磁場発生手段を備える請求項１乃至６の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項８】
前記クラスター成長部は、内部をキャリアガスと共に流通するクラスターを加熱すべく、クラスター加熱手段を備える請求項１乃至７の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項９】
基材を配置するための基材配置部を備え、該基材配置部に配置される基材に前記クラスター発生部からのクラスターを堆積すべく、クラスター成長部と連通するよう配設されているクラスター堆積部を更に有する請求項１乃至８の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項１０】
前記クラスター堆積部は、前記クラスター発生部とクラスター成長部とで構成されるクラスター製造部が複数連接される請求項１乃至９の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項１１】
減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向すると共に下流側に向いて傾斜するように対向配置する工程と、
前記ケーシング内を減圧する工程と、
複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置されると共に、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが５００≦Ｌ／ｄとなるように構成されるプラズマ源ガス供給手段によって、プラズマ源ガスを前記一対のターゲット間にシート状気流にして供給する工程と、
該プラズマ源ガスをプラズマ状態にしつつ、該プラズマ状態のプラズマ源ガスによって、前記一対のターゲットから蒸気を発生させる工程と、
クラスター発生部とクラスター成長部とが連通する連通部に配設されると共に、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部は、下流側に向かって径が漸減する中空筒状の捕集筒によって、前記蒸気を捕集してクラスター成長部へ導入する工程と、
前記クラスター成長部へ導入される蒸気からクラスターを生成する工程と、
を備えることを特徴とするクラスター製造方法。
【請求項１】
内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、
前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、
中空筒状の捕集筒が前記連通部に配設され、該捕集筒は、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部をクラスター発生部からクラスター成長部に向かって径が漸減するように形成されることを特徴とするクラスター製造装置。
【請求項２】
前記捕集筒は、クラスター発生部側に設けられる円錐筒である請求項１に記載のクラスター製造装置。
【請求項３】
前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されている請求項１又は２に記載のクラスター製造装置。
【請求項４】
内部が減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットと、該一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向するように保持するターゲット保持手段と、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスを供給するためのプラズマ源ガス供給手段と、前記一対のターゲット間に供給されたプラズマ源ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ発生手段とを備えるクラスター発生部と、
前記クラスター発生部と連通部で連通し、前記クラスター発生部において発生するクラスターをキャリアガスと共に流通させるためのクラスター流路を備えるクラスター成長部とを有するクラスター製造装置において、
前記一対のターゲットは、それぞれの対向面が前記クラスター成長部側に向いて傾斜するように配置されていることを特徴とするクラスター製造装置。
【請求項５】
前記プラズマ源ガス供給手段は、前記一対のターゲット間にプラズマ源ガスによるシート状気流を形成すべく、複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置される請求項１乃至４の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項６】
前記ガス供給用毛細管は、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが、５００≦Ｌ／ｄとなるように形成されていると共に、前記シート状気流が前記連結部方向に向かって形成されるように配置される請求項５に記載のクラスター製造装置。
【請求項７】
前記プラズマ発生手段は、前記一対のターゲット間に磁場空間を発生させる磁場発生手段を備える請求項１乃至６の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項８】
前記クラスター成長部は、内部をキャリアガスと共に流通するクラスターを加熱すべく、クラスター加熱手段を備える請求項１乃至７の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項９】
基材を配置するための基材配置部を備え、該基材配置部に配置される基材に前記クラスター発生部からのクラスターを堆積すべく、クラスター成長部と連通するよう配設されているクラスター堆積部を更に有する請求項１乃至８の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項１０】
前記クラスター堆積部は、前記クラスター発生部とクラスター成長部とで構成されるクラスター製造部が複数連接される請求項１乃至９の何れか一項に記載のクラスター製造装置。
【請求項１１】
減圧可能なケーシング内に、一対のターゲットを間隔をおいて互いに対向すると共に下流側に向いて傾斜するように対向配置する工程と、
前記ケーシング内を減圧する工程と、
複数のガス供給用毛細管が間隔をおいて同一平面上に配置されると共に、その径ｄｍｍと長さＬｍｍとの比Ｌ／ｄが５００≦Ｌ／ｄとなるように構成されるプラズマ源ガス供給手段によって、プラズマ源ガスを前記一対のターゲット間にシート状気流にして供給する工程と、
該プラズマ源ガスをプラズマ状態にしつつ、該プラズマ状態のプラズマ源ガスによって、前記一対のターゲットから蒸気を発生させる工程と、
クラスター発生部とクラスター成長部とが連通する連通部に配設されると共に、軸芯方向において、クラスター発生部側の少なくともその一部は、下流側に向かって径が漸減する中空筒状の捕集筒によって、前記蒸気を捕集してクラスター成長部へ導入する工程と、
前記クラスター成長部へ導入される蒸気からクラスターを生成する工程と、
を備えることを特徴とするクラスター製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３３２４０５（Ｐ２００７−３３２４０５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６３２８４（Ｐ２００６−１６３２８４）
【出願日】平成１８年６月１３日（２００６．６．１３）
【出願人】（０００１４９１７０）株式会社大阪真空機器製作所 (38)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１３日（２００６．６．１３）
【出願人】（０００１４９１７０）株式会社大阪真空機器製作所 (38)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
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