JP2002263473A

JP2002263473A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2002263473A
Application number: JP2001065630A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sato; 達哉佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ条件とノズル条件とを独立して制御
できる超微粒子用の成膜装置を提供する。【解決手段】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置で、ガスが導入される減圧可能な成膜室と、
該成膜室に接続され前記エアロゾルの流れを形成するノ
ズルを配備した減圧可能なノズル室とを含み、成膜室と
ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は成膜室とノズ
ル室との圧力差を維持しかつ前記ノズルから放出される
超微粒子を通過させ得る開口部を有し、成膜室内には基
板をノズルと対向するように保持しかつノズルに対して
相対位置を変位可能な基板ホルダを配備し、基板に向か
う超微粒子の飛行を妨げないプラズマ発生手段として、
基板ホルダにプラズマ発生用電圧を印加するための電源
手段を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超微粒子を基板上に
成膜させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ジェットプリンティングシス
テムと称され、金属、セラミックス等の超微粒子をエア
ロゾル化し、微小なノズルを通して高速ビーム化し、こ
れを基板に向けて照射、衝突させることで、強固な皮膜
を形成する方法が知られている。この方法は、機能性材
料を成膜するとき、超微粒子の種類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あり十分
な機能を発現できない場合があった。

【０００３】上記成膜手法は、超微粒子のもつ運動エネ
ルギーの一部が基板へ衝突した際に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る。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以上の高速に加速する
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、又は粉砕されるこ
とで大きく変化するという欠点があった。

【０００４】また、上記歪みを有する膜内に大きな応力
が発生して残留し、膜特性の低下や、基板からの剥離な
どの問題を招来した。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。

【０００５】また、従来からプラズマ溶射法という技術
も知られている。この技術は高温プラズマガスを用いて
ノズルから基板に向かって微粒子を吹き付けて成膜する
手法である。この方法では、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て成膜させる。上記高温
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。

【０００６】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。

【０００７】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、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。

【０００８】さらに、従来から超微粒子を用いないＰＶ
Ｄ、ＣＶＤによる薄膜形成方法も知られている。この方
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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題点を解決す
る技術として、例えば、特許第２９６３９９３号では基
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を開示している。この方法は、少な
くとも超微粒子が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
している。

【００１０】しかしながら、上記方法に用いる成膜装置
は成膜室内にノズルが配備され、同一の排気系により減
圧状態を維持しているため、プラズマ状態がノズル条件
によって大幅に左右されるので制御が非常に困難であっ
た。

【００１１】また、プラズマ発生用の放電電極がノズル
からの超微粒子が基板に入射するまでの経路内にある
と、超微粒子の衝撃により放電電極がブラストされ、汚
染物質として膜中に混入する虞がある。また、超微粒子
が付着した電極を定期的に取り出しメンテナンスするこ
とが必要となる。

【００１２】本発明は、プラズマを発生させる成膜室と
ノズル条件を設定するノズル室を別々とし、かつ成膜室
とノズル室との圧力差を維持できるようにし、ノズル条
件とは独立してプラズマ条件を制御可能とした成膜装置
を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の如く、エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜する成
膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、
これら両者の混合ガスが導入される減圧可能な成膜室
と、該成膜室に接続され前記エアロゾルの流れを形成す
るノズルを配備した減圧可能なノズル室とを含み、前記
成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は
前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ前記
ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る開口
部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対
向するように保持しかつノズルに対して相対位置を変位
可能な基板ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微
粒子の飛行を妨げないプラズマ発生手段として、前記基
板ホルダにプラズマ発生用電圧を印加するための電源手
段を設けた成膜装置により達成することができる。

【００１４】また、上記目的は請求項２に記載の如く、
エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜する成膜装置であ
って、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者
の混合ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室
に接続され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配
備した減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記
ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は前記成膜室と
前記ノズル室との圧力差を維持しかつ前記ノズルから放
出される前記超微粒子を通過させ得る開口部を有し、前
記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するように
保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板ホ
ルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を
妨げないプラズマ発生手段として、前記成膜室の周囲に
高周波誘導コイルが巻装されている成膜装置によっても
達成することができる。

【００１５】また、上記目的は請求項３に記載の如く、
エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜する成膜装置であ
って、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者
の混合ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室
に接続され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配
備した減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記
ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は前記成膜室と
前記ノズル室との圧力差を維持しかつ前記ノズルから放
出される前記超微粒子を通過させ得る開口部を有し、前
記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するように
保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板ホ
ルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を
妨げないプラズマ発生手段として、前記成膜室の周囲に
アンテナと該アンテナの外側に、電磁コイルを巻装した
ヘリコン波放電装置を併設した成膜装置によっても達成
することができる。

【００１６】また、上記目的は請求項４に記載の如く、
エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜する成膜装置であ
って、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者
の混合ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室
に接続され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配
備した減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記
ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は前記成膜室と
前記ノズル室との圧力差を維持しかつ前記ノズルから放
出される前記超微粒子を通過させ得る開口部を有し、前
記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するように
保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板ホ
ルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を
妨げないプラズマ発生手段として、前記成膜室側にマイ
クロ波導入用の窓を設けた成膜装置によっても達成する
ことができる。

【００１７】また、上記目的は請求項５に記載の如く、
エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜する成膜装置であ
って、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者
の混合ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室
に接続され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配
備した減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記
ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は前記成膜室と
前記ノズル室との圧力差を維持しかつ前記ノズルから放
出される前記超微粒子を通過させ得る開口部を有し、前
記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するように
保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板ホ
ルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を
妨げないプラズマ発生手段として、前記成膜室の周囲に
共鳴磁場を設けると共に該成膜室にマイクロ波放射装置
が接続されている成膜装置によって達成することができ
る。

【００１８】また、上記目的は請求項６に記載の如く、
エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜する成膜装置であ
って、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者
の混合ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室
に接続され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配
備した減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記
ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔壁は前記成膜室と
前記ノズル室との圧力差を維持しかつ前記ノズルから放
出される前記超微粒子を通過させ得る開口部を有し、前
記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するように
保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板ホ
ルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を
妨げないプラズマ発生手段として、前記成膜室の周囲に
リング状電極を設け該リング状電極に高周波電源が接続
されている成膜装置によっても達成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を説明する。

【００２０】図１は、第１実施例の成膜装置１００につ
いて示している。本成膜装置１００はエアロゾル中の超
微粒子を基板上に成膜させれる装置である。この成膜装
置１００の成膜室２は、活性ガス若しくは不活性ガス、
又は、これら両者の混合ガスを導入するガス導入管１を
有すると共に、排気装置１１により減圧可能とされてい
る。

【００２１】上記成膜室２にはノズル室４が接続されて
いる。このノズル室４は上記エアロゾルの流れを形成す
るノズル３を配備し、排気装置１２により減圧可能とさ
れている。

【００２２】上記成膜室２とノズル室４との間には隔壁
５が形成されている。この隔壁５には、上記成膜室２と
上記ノズル室４の圧力差を維持し、かつノズル３から放
出される超微粒子流６を通過させることができる開口部
７が形成されている。

【００２３】上記成膜室２内には、基板８を上記ノズル
３と対向するように保持し、さらにノズル３に対して基
板８の相対位置を変位可能とすることができる基板ホル
ダ９が配備されている。

【００２４】上記基板８に向かう超微粒子流６の飛行を
妨げないプラズマ発生手段として、上記基板ホルダ９に
プラズマ発生用電圧を印加するための電源手段１０を有
している。

【００２５】なお、電源手段１０から基板ホルダ９に印
加される電圧は、放電開始電圧以上の電圧であれば、直
流、交流、中周波及び高周波、並びにこれらの重畳され
た電圧のいずれも用いることができる。

【００２６】例えば、上記電源手段１０を高周波電源と
し、導入ガスをＡｒ等の不活性ガスとする。このとき、
成膜室２内は予め１０^−５Ｔｏｒｒ以下の圧力に真空排
気し、その後、Ａｒ等の不活性ガスを１０^−４〜１０
^−３Ｔｏｒｒの圧力で導入する。また、ノズル室４は超
微粒子を放出する前に、予め数Ｔｏｒｒ以下の圧力に真
空排気する。

【００２７】上記成膜室２とノズル室４との間の隔壁５
の開口部７は、ノズル３から放出される超微粒子流６を
通過させ得る程度の小さなものであり、成膜室２とノズ
ル室４の圧力差は充分に維持できるように形成されてい
る。

【００２８】ここで、上記電源手段１０からの電圧を基
板ホルダ９に印加すると高周波プラズマＰを発生させる
ことができる。その後、ノズル３を通してエアロゾル化
チャンバー１３で発生させたエアロゾルを放出させて超
微粒子流６を形成する。このとき、超微粒子流６が基板
８に衝突する以前において、上記プラズマＰからこれら
超微粒子流６および基板８にＡｒイオンが照射され、超
微粒子流６の超微粒子および基板８の表面が活性化され
る。

【００２９】活性化された超微粒子流６は、基板８に噴
射されて堆積膜を形成する。この時、ノズル３から噴射
される超微粒子流６の速度は、ノズル３の開口断面積や
エアロゾル化チャンバー１３内の圧力で制御することが
できる。

【００３０】本装置での成膜に際しては、基板ホルダ９
が図示されない駆動手段によりノズルに対して相対位置
を変位可能となっており超微粒子の入射位置をスキャン
することにより基板面内に均一な膜を作製することが可
能となる。

【００３１】なお、前述のように成膜室２とノズル室４
の間には隔壁５が存在し、かつこの隔壁５の開口部７は
ノズル３から放出される超微粒子流６を通過させ得る程
度の小さなものであればよく、成膜室２とノズル室４と
の圧力差が充分に維持されエアロゾル化チャンバー１３
の圧力を変えてノズル３からの超微粒子流６を制御して
も、成膜室２内の圧力は大幅な変化を起こさない開口サ
イズとされているため、安定したプラズマ状態を維持す
ることができる。

【００３２】本第１実施例の成膜装置によれば、超微粒
子材料の基板８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、プラズマＰによる超微粒子活
性化エネルギーの供給が独立に行えるため、超微粒子材
料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ことができる。

【００３３】本実施例による成膜装置１００は、例え
ば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタンやＰＺＴなどのセ
ラミックスのエアロゾルを使用して成膜する際に特に有
利である。また、導入するガス種は不活性ガスに限ら
ず、酸化性、還元性などの活性ガスや、不活性ガスと活
性ガスの混合ガスを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、超微粒子表面に反応層
を形成した後に堆積させて成膜することも可能である。

【００３４】すなわち、図２に例示した素子の如く、本
装置で例えばＡｌのエアロゾルを用いて、酸化物層１１
１（Ａｌ_２Ｏ_３）を表面に形成したＡｌ超微粒子１１２
の堆積によるＭＩＭ素子を好適に作製できる。また、Ｓ
ｉのエアロゾルを使用して、酸化物層（ＳｉＯ_２）を表
面に形成したＳｉ超微粒子の堆積によるＭＩＳ素子の作
製にも適用できる。

【００３５】次に、図３は本発明の第２実施例の成膜装
置２００について示している。本成膜装置２００は図１
の成膜装置１００に加えて、基板ホルダ９の背面側に磁
界発生手段２１を配備しており、これにより超微粒子流
の経路上に直交電磁界が発生するように構成されてい
る。

【００３６】なお、図１と同一部位には同一符号を付し
て、重複する説明は省略する。さらに、以下において実
施例で示す成膜装置の符号についても同様である。

【００３７】電子は常に電界と磁界の両方に直行する方
向に運動しドリフト運動を行うため、電極に到達するま
での電子の移動距離を長くすることができる。このた
め、本成膜装置２００では１個の電子によるガス分子へ
の衝突の機会を増すことによりプラズマを高密度化し、
これにより、活性化に必要なイオン密度を増すことがで
きる。

【００３８】上記磁界発生手段２１として、永久磁石、
電磁石のいずれも使用可能である。さらに、磁石の配置
を電子のドリフト運動の軌跡が１つの無終端の閉じた経
路を描くように配置した、いわゆるマグネトロン式にす
ると、プラズマ密度をより高密度化し活性化の効果を高
めることができる上に電子衝撃による基板温度の上昇を
防ぐことができる。

【００３９】なお、このとき、磁界発生手段２１はノズ
ルからの超微粒子の飛行を妨げない位置に配置される。
このように構成することで、ノズルからの超微粒子は磁
界発生手段２１に直接入射することがないため、磁界発
生手段２１が超微粒子流６の衝撃により損傷することを
抑制することができる。

【００４０】図４は、第３実施例の成膜装置３００につ
いて示している。本成膜装置３００では、成膜室２内の
プラズマ発生領域に、高周波誘導コイル３１が巻装され
て高周波電源３２に接続され、１〜５０ＭＨｚ、例え
ば、通常の商用周波数である１３．５６ＭＨｚを印加し
てガス導入管１から供給されるガスにプラズマを発生さ
せるようにされている。

【００４１】そして、プラズマ中のイオンがノズル３か
らの超微粒子に照射されて、その表面を活性化若しくは
表面への化合物被膜（酸化膜、窒化膜など）を形成する
ようになっている。

【００４２】本第３実施例の成膜装置３００では、成膜
室２内には放電用電極が設けられておらず、即ち、電極
による超微粒子の散乱や電極汚れによるプラズマの不安
定化を抑制できる。

【００４３】図５は、第４実施例の成膜装置４００につ
いて示している。本成膜装置４００では、成膜室２の外
側にアンテナ４２を配設すると共に、更にその外側に電
磁コイル４１を軸方向に連装させ、１〜５０ＭＨｚ、例
えば、１３．５６ＭＨｚの高周波をこのアンテナ４２
、及び電磁コイル４１に付与してヘリコン波を発生さ
せ、このヘリコン波の生起を介しガス導入管１から供給
されるガスに電離を生じさる。これによりプラズマを発
生させ、このプラズマ発生領域に於てプラズマ中のイオ
ンがノズル３からの超微粒子に照射されて、その表面を
活性化若しくは表面への化合物被膜（酸化膜、窒化膜な
ど）を形成するようしている。

【００４４】本第４実施例の成膜装置４００でも、成膜
室２内には放電用電極が設けられておらず、即ち、電極
による超微粒子の散乱や電極汚れによるプラズマの不安
定化を抑制することができる。

【００４５】図６は、第５実施例の成膜装置５００につ
いて示している。本成膜装置５００では、成膜室２には
アルミナ・セラミックス又は石英等のマイクロ波導入用
の誘電体窓５１、５２が設けられている。

【００４６】ガス導入管１からガスが成膜室２内に放出
されと同時併行的に、マイクロ波電源（図示せず）から
の周波数５００ＭＨｚ以上の、好ましくは２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を導波部（図示せず）に通し、ついで誘
電体窓５１を介して成膜室２内に導入する。かくして、
成膜室２内に導入されたガスは、マイクロ波のエネルギ
ーにより励起されて解離し、中性ラジカル粒子、イオン
粒子、電子等が生成され、ガスにプラズマを発生させる
ようにされている。

【００４７】そして、プラズマ中のイオンがノズル３か
らの超微粒子に照射されて、その表面を活性化若しくは
表面への化合物被膜（酸化膜、窒化膜など）を形成する
ようにされている。

【００４８】本第５実施例の成膜装置５００でも、成膜
室２内には放電用電極が設けられておらず、即ち、電極
による超微粒子の散乱や電極汚れによるプラズマの不安
定化を抑制できる。

【００４９】図７は、第６実施例の成膜装置６００につ
いて示している。本成膜装置６００では、成膜室２にマ
イクロ波放射装置６２を接続して、例えば、２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を発生させ、更に、成膜室の外側に共
鳴磁場６１の電磁コイルにより、例えば８７５ガウス等
の共鳴磁場を付与してプラズマを発生させる。このプラ
ズマ発生領域に於てプラズマ中のイオンがノズル３から
の超微粒子に照射されて、その表面を活性化若しくは表
面への化合物被膜（酸化膜、窒化膜など）を形成するよ
うにされている。

【００５０】本第６実施例の成膜装置６００でも、成膜
室２内には放電用電極が設けられておらず、即ち、電極
による超微粒子の散乱や電極汚れによるプラズマの不安
定化を抑制することができる。

【００５１】図８は、第７実施例の成膜装置７００につ
いて示している。本成膜装置７００では、成膜室２の外
側にリング状の電極７１、７２を長手方向に連装して遊
嵌し、各々高周波電源７３に接続して１〜５０ＭＨｚ、
例えば１３．５６ＭＨｚの商用周波数の通電を印加する
ように構成している。このようにすることにより、プラ
ズマを発生させ、このプラズマ発生領域に於てプラズマ
中のイオンがノズル３からの超微粒子に照射されて、そ
の表面を活性化若しくは表面への化合物被膜（酸化膜、
窒化膜など）を形成するようにされている。

【００５２】本第７実施例の成膜装置７００でも、成膜
室２内には放電用電極が設けられておらず、即ち、電極
による超微粒子の散乱や電極汚れによるプラズマの不安
定化を抑制することができる。

【００５３】図９は、第８実施例の成膜装置８００につ
いて示している。本成膜装置８００では、成膜室２とノ
ズル室４との間に排気装置８２により減圧可能な中間室
８１を形成し、成膜室２と中間室８１との間の隔壁５お
よび隔壁８３には成膜室２とノズル室４の圧力差を維持
し、かつノズル３から放出される超微粒子流６を通過さ
せ得る開口部７および開口部８４を形成している。ま
た、中間室８１と排気装置８２の間にはコンダクタンス
バルブなどの排気速度制御用手段８５を備えている。

【００５４】このように中間室８１を成膜室２とノズル
室４の間に設けることにより、エアロゾル化チャンバー
１３の圧力を変えてノズル３からの超微粒子流６を制御
しても、中間室８１における排気速度を調整することに
より、成膜室２内の圧力の大幅な変化を回避でき、安定
したプラズマ状態を維持することができようになる。

【００５５】本実施例による中間室を設ける構成は、前
述した実施例で示した成膜装置に適用することができ
る。

【００５６】さらに、図１０は前記実施例の成膜装置に
適用できる速度選別器９０について示している。速度選
別器９０は、幅Ｗのスリット９２を有する半径ｒ_０の円
板９１と、幅Ｗのスリット９４を有する半径ｒ_０の円板
９３が図１１のごとく位相角φ_０で距離Ｌを隔てて同一
の回転軸９５に結合されており、角速度ωで回転するも
のである。

【００５７】図１２は、図５に示した第４実施例の成膜
装置４００に、上記速度選別器９０を適用した例を示し
ている。この成膜装置４００で成膜時には、図１２に示
すように、ノズル室４内において回転軸９５は超微粒子
流６とは平行となるように設定され、図示されない回転
導入手段により回転される。ここで、スリット９２を通
過した超微粒子流６は、時間ｔ後に円板９３のところに
到達する。そのときスリット９４がちょうどそこに来て
いれば超微粒子流６はスリット９４を通過することがで
きる。

【００５８】超微粒子流６の速度をＶ、円板間の距離を
Ｌ、円板９１と円板９３がなす位相角をφ_０、円板の回
転角速度をωとすると、ｔ＝Ｌ／Ｖ＝φ_０／ω の関係が成り立つ。

【００５９】実際にはスリット９４には幅Ｗがあるの
で、φにもある幅が生じて、通過する速度Ｖには、（ωＬ／φ_ｍａｘ）＜ｖ＜（ωＬ／φ_ｍｉｎ）（１）の範囲のものが入ってくる。

【００６０】円板の半径をｒ_０とすると、 φ_ｍｉｎ＝φ_０−（Ｗ／ｒ_０）、および、φ_ｍａｘ＝φ
_０＋（Ｗ／ｒ_０）となる。

【００６１】これにより、上記（１）式の範囲の速度に
限定された超微粒子流がプラズマ中を通過するため、プ
ラズマとの相互作用時間は速度範囲に相当する時間範囲
に限定される。これは、超微粒子表面にプラズマ反応に
より反応層を一定の厚さだけ形成する場合に都合が良
い。

【００６２】特に、Ａｌのエアロゾルを使用し、酸化物
層（Ａｌ_２Ｏ_３）を表面に形成したＡｌ超微粒子の堆積
によるＭＩＭ素子の作製、あるいはＳｉのエアロゾルを
使用し、酸化物層（ＳｉＯ_２）を表面に形成したＳｉ超
微粒子の堆積によるＭＩＳ素子の作製において有効であ
る。

【００６３】なお、成膜の効率を上げるために、円板に
複数のスリットを設けて超微粒子流が通過できる箇所を
複数にしても、勿論よい。

【００６４】また、ここではノズル室４内に本速度選別
器９０を配置する場合について説明したが、成膜室２内
に配置した場合でも充分に機能させることができる。

【００６５】さらに、図１３も実施例の成膜装置に適用
できる他の速度選別器９００について示している。この
速度選別器９００は、幅Ｗのスリット１０２を有する半
径ｒ _０の円板１０１を結合した回転円筒１０５と、幅Ｗ
のスリット１０４を有する半径ｒ_０の円板１０３を結合
した回転軸１０６が、図１４のごとく円板同士の位相角
φ_０の状態で、距離Ｌを隔てて同軸上に配置されてお
り、同一方向に角速度ωで回転するものである。

【００６６】また、回転円筒１０５と回転軸１０６は図
示されない別々の回転導入手段により回転しており独立
して駆動することができるようになっている。

【００６７】図１５は、図５に示した第４実施例の成膜
装置４００に上記速度選別器９００を適用した例を示し
ている。この成膜装置４００で成膜時には、図１５に示
すように、ノズル室４内において回転円筒１０５および
回転軸１０６は超微粒子流６とは平行となるように設定
され、図示されない回転導入手段により回転される。こ
こで、スリット１０２を通過した超微粒子流６は、時間
ｔ後に円板１０３のところに到達する。そのときスリッ
ト１０４がちょうどそこに来ていれば超微粒子流６はス
リット１０４を通過することができる。

【００６８】超微粒子流６の速度をＶ、円板間の距離を
Ｌ、円板９１と円板９３がなす位相角をφ_０、円板の回
転角速度をωとするとｔ＝Ｌ／ｖ＝φ_０／ω の関係が成り立つ。

【００６９】実際にはスリット１０４には幅Ｗがあるの
で、φにもある幅が生じて、通過する速度Ｖは、（ωＬ／φ_ｍａｘ）＜ｖ＜（ωＬ／φ_ｍｉｎ）（２）の範囲のものが入ってくる。

【００７０】円板の半径をｒ_０とすると、 φ_ｍｉｎ＝φ_０−（Ｗ／ｒ_０）、および、φ_ｍａｘ＝φ
_０＋（Ｗ／ｒ_０）となる。

【００７１】これにより、上記（２）式の範囲の速度に
限定された超微粒子流がプラズマ中を通過するため、プ
ラズマとの相互作用時間は速度範囲に相当する時間範囲
に限定される。これは、超微粒子表面にプラズマ反応に
より反応層を一定の厚さだけ形成する場合に都合が良
い。

【００７２】特に、Ａｌのエアロゾルを使用し、酸化物
層（Ａｌ_２Ｏ_３）を表面に形成したＡｌ超微粒子の堆積
によるＭＩＭ素子の作製、あるいはＳｉのエアロゾルを
使用し、酸化物層（ＳｉＯ_２）を表面に形成したＳｉ超
微粒子の堆積によるＭＩＳ素子の作製において有効であ
る。

【００７３】ここで本速度選別器９００の場合は、回転
円筒と回転軸は独立しており別々の回転導入手段で回転
させることが可能であるため、円板同士の位相角φ_０を
任意に設定できる。これにより、設定したい速度範囲毎
に装置内を大気圧として速度選別器を交換する必要がな
く、１つの速度選別器でプラズマ中を通過する時間範囲
を自由に選択することが可能となる。

【００７４】なお、成膜の効率を上げるために、円板に
複数のスリットを設けて超微粒子流が通過できる箇所を
複数にしても、勿論よい。

【００７５】また、ここではノズル室４内に本速度選別
器９００を配置する場合について説明したが、成膜室２
内に配置した場合でも充分に機能させることができる。

【００７６】以上本発明の好ましい実施例について詳述
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、本発明によれば、超微粒子材料を基板へ吹き付ける
際の成膜エネルギーの供給と、プラズマによる超微粒子
活性化エネルギーの供給を独立して制御できる。よっ
て、超微粒子材料を溶融することなく活性化し、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基板上に形成でき
る成膜装置として提供できる。

【００７８】さらに、成膜室内に放電用電極を設けない
構成とした場合には、電極による超微粒子の散乱や電極
汚れによるプラズマの不安定化を抑制した成膜装置とし
て提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図２】ＭＩＭ素子について説明している図である。

【図３】第２実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図４】第３実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図５】第４実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図６】第５実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図７】第６実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図８】第７実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図９】第８実施例の成膜装置について示している図で
ある。

【図１０】実施例の成膜装置に適用できる速度選別器に
ついて示している図である。

【図１１】図１０の速度選別器の円板について示す図で
ある。

【図１２】第４実施例の成膜装置に速度選別器を適用し
た例を示す図である。

【図１３】実施例の成膜装置に適用できる他の速度選別
器について示している図である。

【図１４】図１３の速度選別器の円板について示す図で
ある。

【図１５】第４実施例の成膜装置に他の速度選別器を適
用した例を示す図である。

【符号の説明】

１ガス導入管２成膜室３ノズル４ノズル室５隔壁６超微粒子流７開口部８基板９基板ホルダ１０電源手段１１排気装置１２排気装置１００成膜装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者の混合
ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室に接続
され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配備した
減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔
壁は前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ
前記ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る
開口部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するよう
に保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板
ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を妨げないプラズ
マ発生手段として、前記基板ホルダにプラズマ発生用電
圧を印加するための電源手段を設けた、ことを特徴とす
る成膜装置。
【請求項２】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者の混合
ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室に接続
され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配備した
減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔
壁は前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ
前記ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る
開口部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するよう
に保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板
ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を妨げないプラズ
マ発生手段として、前記成膜室の周囲に高周波誘導コイ
ルが巻装されている、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項３】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者の混合
ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室に接続
され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配備した
減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔
壁は前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ
前記ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る
開口部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するよう
に保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板
ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を妨げないプラズ
マ発生手段として、前記成膜室の周囲にアンテナと該ア
ンテナの外側に、電磁コイルを巻装したヘリコン波放電
装置を併設した、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項４】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者の混合
ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室に接続
され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配備した
減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔
壁は前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ
前記ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る
開口部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するよう
に保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板
ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を妨げないプラズ
マ発生手段として、前記成膜室側にマイクロ波導入用の
窓を設けた、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項５】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者の混合
ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室に接続
され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配備した
減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔
壁は前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ
前記ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る
開口部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するよう
に保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板
ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を妨げないプラズ
マ発生手段として、前記成膜室の周囲に共鳴磁場を設け
ると共に該成膜室にマイクロ波放射装置が接続されてい
る、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項６】エアロゾル中の超微粒子を基板に成膜す
る成膜装置であって、活性ガス若しくは不活性ガス、又は、これら両者の混合
ガスが導入される減圧可能な成膜室と、該成膜室に接続
され前記エアロゾルの流れを形成するノズルを配備した
減圧可能なノズル室とを含み、前記成膜室と前記ノズル室との間に隔壁を形成し、該隔
壁は前記成膜室と前記ノズル室との圧力差を維持しかつ
前記ノズルから放出される前記超微粒子を通過させ得る
開口部を有し、前記成膜室内には前記基板を前記ノズルと対向するよう
に保持しかつノズルに対して相対位置を変位可能な基板
ホルダを配備し、前記基板に向かう前記超微粒子の飛行を妨げないプラズ
マ発生手段として、前記成膜室の周囲にリング状電極を
設け該リング状電極に高周波電源が接続されている、こ
とを特徴とする成膜装置。