JP2005290462A

JP2005290462A - エアロゾルデポジション装置

Info

Publication number: JP2005290462A
Application number: JP2004106104A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Imanaka; 佳彦今中; Masatoshi Takenochi; 正寿竹野内; Hiromi Ogawa; 弘美小川; Jun Aketo; 純明渡
Original assignee: Fujitsu Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Fujitsu Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4371884B2

Abstract

【課題】エアロゾルデポジション装置に関し、安定したエアロゾルの濃度を維持しつつ成膜を行うことのできるエアロゾルデポジション装置を提供することを目的とする。
【解決手段】エアロゾルデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器１４と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズル１６を有するチャンバ１８と、エアロゾルをイオン化する手段６６と、基板３６にエアロゾルのイオンとは反対符号のバイアス電圧をかける手段６８とを備えた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明はエアロゾルデポジション装置に関する。

電子機器やこれを構成する電子部品の小型化、高性能化、多機能化が要求され、その特性を実現していくには、種々の機能をもった材料を同じ空間内に集積化して形成するのが重要になっている。これまで、回路基板や半導体素子、受動電子部品の開発の中で、樹脂材料と金属材料、セラミック材料と金属材料との組み合わせによる構造体を形成することにより、要求に見合ったデバイスの開発が行われている。

また、樹脂材料とセラミック材料との組み合わせを含む構造体が求められている。しかし、樹脂材料とセラミック材料はそれぞれのプロセス温度が大きく異なるためにその複合化に制限があり、双方の特性を十分に生かしきった構造体が存在しなかった。現在、樹脂材料とセラミック材料との組み合わせを含む構造体を得るために、樹脂中にセラミック粉末等を混ぜ合わせて複合化する方法が試みられているが、要求特性を十分に満たしていないのが現状である。例えば、高誘電率化を達成するための高誘電率セラミックスと樹脂との組み合わせにおいて、樹脂中のセラミックスの充填率が制限され、数１０程度の誘電率をもった材料しか得られていない。

最近、微粒子、例えばセラミックス等の無機材料微粒子を低いプロセス温度で成膜することができるエアロデポジション法（ＡＤ法）及びそれに使用するエアロデポジション装置が開発されている（例えば、特許文献１，２，３，４，５，６参照）。

エアロデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバとを備える。

微粒子がガスに分散されたエアロゾルはノズルから基板へ向かって噴出し、基板に衝突することにより、無機材料微粒子が基板の表面に密着堆積され、無機材料の膜が基板に形成される。ＡＤ法では、セラミック膜等の無機材料の膜を常温付近で形成できるので、材料本来の特性を損なうことなく、薄い膜の形成や樹脂材料との複合が可能である。

ＡＤ法では、エアロゾルの濃度が安定しにくい問題がある。すなわち、エアロゾルは、容器に導入されたガスが微粒子を吹き散らして微粒子を舞い上がらせ、その微粒子とともに流れるものである。従って、微粒子の粒径や水分含有状態が変化したり、微粒子の舞い上がり状態が変化したり、エアロゾルの流れの状態が変化したりすると、エアロゾルの濃度が安定しにくい。

例えば、エアロゾルが基板に向かって進み、微粒子が基板に付着するが、その際に、基板から逸れるように流れるエアロゾルの量が増加すると、基板に到着するエアロゾルの量が変化し、安定した成膜を実施するのが難しくなる。また、基板に付着しなかった微粒子はチャンバ底壁に落下し、あるいはチャンバ内壁に付着し、成膜の効率が低下する。

また、容器内でエアロゾルが形成される際に、ガスは一部の微粒子によく接触し、他の一部の微粒子にはよく接触しないと、エアロゾルの濃度が安定しない。また、容器からチャンバへ向かって管の中を進むエアロゾルでは、微粒子は管の壁に衝突しながらガスによって搬送される。この場合、微粒子が管の壁に衝突すると、管内のエアロゾルの流れに圧損が生じる。また、微粒子はできるだけ小さい粒径のままでガスによって搬送され、基板に衝突するのが好ましいが、微粒子同士が固まって微粒子の粒径が大きくなることがある。また、微粒子には水分が含まれており、水分の含有量が多いと、エアロゾルの濃度が安定しない。

さらに、成膜終了後、基板に付着しなかった微粒子はチャンバ内壁に付着したり、チャンバ底壁に堆積する。チャンバ内に残留した微粒子は、次の成膜時（減圧環境下）にチャンバ内で舞い上がり、チャンバ内の雰囲気を変化させ、新しく供給されたエアロゾルの濃度が安定しなくなる。場合によっては、チャンバ内に残留した微粒子は次の成膜時に汚染成分として基板に付着する。そこで、成膜を開始する前に、チャンバ内に残留する微粒子を清掃する必要がある。清掃に要する時間が長くなると、スループットが低下する。

また、成膜時には、真空ポンプでチャンバ内を排気減圧しながらエアロゾルをチャンバに導入する。従って、微粒子の一部がチャンバから真空ポンプに流れ、微粒子が真空ポンプ内に溜まると真空ポンプの能力が変動するので、チャンバに供給されるエアロゾルの濃度が安定しなくなる。また、真空ポンプのオイルに微粒子が入り、真空ポンプの排気能力が低下するので、頻繁にオイル交換を行う必要があった。

特開平１１−２１６７７号公報特開２００３−２９３１５９号公報特開平７−１５０３４９号公報特開２００３−１６６０７６号公報特開２００３−１１９５７３号公報特開平１１−３０２７０２号公報

本発明の目的は、上記問題点を解決するために、安定したエアロゾルの濃度を維持しつつ成膜を行うことのできるエアロゾルデポジション装置を提供することである。

本発明によるエアロゾルデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、エアロゾルをイオン化する手段と、基板にエアロゾルのイオンとは反対符号のバイアス電圧をかける手段とを備えたことを特徴とする。

この構成においては、イオン化したエアロゾルが基板に向かって進み、逆の電気を帯びた基板に引き寄せられるので、基板から逸れるように流れるエアロゾルの量が減少し、より多くの微粒子が基板に向かって進み、基板に付着する。このように、基板から逸れるように流れるエアロゾルの量が減少するので、より安定した濃度のエアロゾルが基板に向かって供給される。

また、本発明によるエアロゾルデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、該容器に複数の方向から振動数を変えて振動を与えるための振動手段とを備えたことを特徴とする。

この構成においては、容器は複数の方向から振動数を変えて振動を与えられるので、容器内において、ガスは微粒子とよく混ざり合い、より安定した濃度のエアロゾルがチャンバに導入される。

また、本発明によるエアロゾルデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバとを備え、該容器は二重壁構造に構成され、微粒子は内壁の内部に配置され、ガスは内壁と外壁の間の空間に供給され、内壁は複数のガス通過孔を有することを特徴とする。

この構成においては、ガスは内壁の周囲全体から複数のガス通過孔を通って微粒子に導入されるので、ガスは微粒子とよく混ざり合い、より安定した濃度のエアロゾルがチャンバに導入される。

また、本発明によるエアロゾルデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、該容器の微粒子を予乾燥する予乾燥手段とを備えることを特徴とする。

この構成においては、容器の微粒子を予乾燥し、ガスが粒径や水分含有量の変動の少ない状態の微粒子に導入され、より安定した濃度のエアロゾルとなってチャンバに供給される。予乾燥手段は、容器を真空引きしながら、５０℃以上の温風を送る粉末乾燥機能および水分除去機能を有する。粉末乾燥および水分除去時に、容器をヒータで加熱する機能、マイクロ波で加熱する機能を有する。また、粉末乾燥および水分除去時に、容器を振動させる機能およびサイクロン気流および粉末攪拌用羽根を有する。

また、本発明によるエアロゾルデポジション装置は、ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、該チャンバを真空引きするための真空導入手段と、該チャンバに残った微粒子を集塵するための集塵装置と、該チャンバと該真空導入手段を結ぶ系及び該チャンバと該集塵装置を結ぶ系の少なくとも一方に設けられたサイクロン式の集塵器とを備えることを特徴とする。

この構成においては、サイクロン式の集塵器は、チャンバ内の不要粉末を除去し、清掃をし、あるいはチャンバの真空雰囲気を制御するために設けられる。微粒子がサイクロン式の集塵器でトラップされ、真空導入手段（真空ポンプ）や集塵装置に入るのが防止される。従って、真空導入手段（真空ポンプ）の能力が変動しなくなり、チャンバに供給されるエアロゾルの濃度が安定する。

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。

エアロゾルデポジション装置１０は、ガスボンベ（ガス供給手段）１２と、該ガスボンベ１２に接続され、微粒子Ｐが入っていて微粒子Ｐがガスに分散したエアロゾルＡＳを形成する容器１４と、エアロゾルを基板３６に向かって噴出するノズル１６を有するチャンバ１８と、チャンバ１８を真空引きするための真空ポンプ（真空導入手段）２０と、チャンバ１８に残った微粒子を集塵するための集塵装置２２とを備える。微粒子Ｐは例えば粒径１μｍ以下の微小な粉末であり、例えばセラミック等の無機材料の微粒子（粉末）である。容器１４は振動付与装置２４に取付けられている。

管２６がガスボンベ１２と容器１４とを接続し、マスフローメータ２８およびバルブ３０が管２６に配置される。管２６の一端部は容器１４内に突出し、微粒子Ｐの内部に貫入している。管３２が容器１４とチャンバ１８を接続し、バルブ３４が管３２に配置される。管３２の一端部は容器１４内に突出し、微粒子Ｐの上部に開口している。管３２の他端部はチャンバ１８内のノズル１６に接続される。

ガスボンベ１２は窒素や酸素等のガスを充填されており、マスフローメータ２８によって制御された流量のガスが容器１４に導入される。ガスは容器１４内において微粒子Ｐ内に吹き出し、微粒子Ｐを舞い上がらせながら微粒子Ｐに混ざり、微粒子Ｐがガスに分散したエアロゾルＡＳが形成される。形成されたエアロゾルは管３２を介してチャンバ１８内のノズル１６に流れる。

基板３６を保持する基板ホルダ３８がチャンバ１８内に配置されている。基板ホルダ３８はＸＹステージ４０に取付けられる。ノズル１６は基板ホルダ３８に保持された基板３６と対向し、基板ホルダ３８に保持された基板３６はＸＹステージ４０によって少なくともＸＹ方向に移動される。

管４２がチャンバ１８と真空ポンプ２０とを接続し、バルブ４４及びメカニカルブースタ４６が管４２に配置される。バイパス管４８が容器１４と管４２を接続し、バルブ５０が管４８に配置される。

さらに、管５２がチャンバ１８と集塵装置２２を接続する。バルブ５４が管５２に配置される。集塵装置２２は真空ポンプ５６に接続される。さらに、清掃装置５８がチャンバ１８に設けられ、清掃装置５８は管６０を介して清掃用流体供給装置６２に接続される。ヒータ６４がチャンバ１８に設けられる。

以上の基本的な構成をもつエアロゾルデポジション装置１０の作動について簡単に説明する。成膜プロセスに先立って、エアロゾルを形成する。バイパス管４８のバルブ５０を開き、バルブ３０，３４，４４，５４を閉じる。振動付与装置２４を作動させて容器１４を振動させながら、真空ポンプ２０を作動させて容器１４を排気し（真空を導入し）、微粒子Ｐに付着している水分を除去する。容器１４にヒータが付属している場合には、ヒータも作動させる。また、このときに５０℃以上のガスを流してもよい。それから、バルブ３０を開き、ガスをガスボンベ１２から容器１４に導入する。ガスは微粒子Ｐの内部に吹き出し、舞い上がった微粒子Ｐがガスに分散しながらエアロゾルＡＳを形成する。振動付与装置２４及びヒータは適当な時期に停止する。

次に、成膜プロセスを行う。バルブ５０，５４を閉じ、バルブ３０，３４，４４を開く。基板３６をノズル１６に対して対向配置させ、真空ポンプ２０を作動させて容器１４を真空に排気し、エアロゾルをノズル１６から基板３６に向かって噴出させる。エアロゾルは基板３６に向かって進み、基板３６に衝突して、エアロゾルに含まれる微粒子Ｐは基板３６に付着、堆積する。従って、微粒子Ｐの材料の膜が基板３６に形成される。

成膜プロセスが終了したら、バルブ３０，３４，４４，５０を閉じ、バルブ５４を開く。清掃用流体供給装置６２を作動させ、清掃装置５８から清掃用流体を供給するとともに、ヒータ６４を作動させる。それから、真空ポンプ５６を作動させる。清掃用流体はチャンバ１８の内部を清掃し、チャンバ１８内に残留していた微粒子を集塵装置２４に搬送する。

図２は本発明の一つの特徴を示す図である。図２において、エアロゾルをイオン化する手段６６が管２６に配置され、基板３６にエアロゾルのイオンとは反対符号のバイアス電圧をかける手段６８が設けられる。バイアス電圧をかける手段６８は基板ホルダ３８に接続される。エアロゾルをイオン化する手段６６は、不平等電界を形成する高電圧装置を含み、好ましくはマグネトロンを用いてイオン濃度を高める。例えば、ガスボンベ１２から容器１４へ向かって管２６内を流れるガスはマイナスにイオン化される。ただし、ガスをプラスにイオン化することもできる。イオン化したガスは容器１４において微粒子に混合され、微粒子を搬送しつつエアロゾルとなる。こうして、イオン化したエアロゾルがチャンバ１８のノズル１６へ向かって進み、ノズル１６から噴出する。

従って、イオン化したエアロゾルはガスの圧力及び真空ポンプ２０の真空吸引力、並びに電気力によって基板３６に向かって進む。より多くのエアロゾルが基板３６に向かって流れ、基板３６から逸れるように流れるエアロゾルの量が減少する。従って、より安定した所定の濃度のエアロゾルが基板３６に衝突し、より多くの微粒子が基板３６に付着する。

さらに、図２においては、管２６、容器１４、管３２の全て又はその少なくとも一部がエアロゾルのイオンと同符号の電荷を形成するようにバイアス電圧をかけられている。従って、管２６，３２の中を流れるエアロゾルは管２６，３２の壁とは反発し、管２６，３２の壁に付着しなくなる。このために、管２６，３２の中を流れるエアロゾルの圧力損失の発生が減少する。

さらに、図１に示す振動付与装置２４は容器１４に複数の方向から振動数を変えて振動を与えるための振動手段として構成されている。例えば、図２に矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示されるように、容器１４に横揺れ、縦揺れ、その他の角度をつけた振動を与え、かつ、その振動周波数を変えることができる。このように、容器１４は複数の方向から振動数を変えて振動を与えられるので、容器１４内において、ガスは微粒子とよく混ざり合い、より安定した濃度のエアロゾルがチャンバ１８に供給される。

図３は図２の変形例を示す図である。図３においては、エアロゾルをイオン化する手段６６が管３２に配置され、基板３６にエアロゾルのイオンとは反対符号のバイアス電圧をかける手段６８が設けられる。この例の作用は図２の例の作用と同様である。さらに、エアロゾルをイオン化するとともに、エアロゾルの微粒子をさらにイオン化するように高電圧をかける手段７０が設けられる。これによって、エアロゾル及び微粒子はさらに強く基板３６に引き寄せられる。手段７０は図２の実施例でも設けられることができる。

図４は本発明の一つの特徴を示す図である。図４において、容器１４は内壁１４Ａと外壁１４Ｂとからなる二重壁構造に構成され、微粒子は内壁１４Ａの内部に配置され、ガスは内壁１４Ａと外壁１４Ｂの間の空間に供給される。内壁１４Ａは複数のガス通過孔１４Ｃを有する。また、管２６は複数の枝管として容器１４の内壁１４Ａと外壁１４Ｂの間の空間に開口する。

この構成においては、ガスは複数のガス通過孔１４Ｃから多方向から微粒子に導入されるので、ガスは微粒子とよく混ざり合い、より安定した濃度のエアロゾルがチャンバ１８に導入される。

図５は本発明の一つの特徴を示す図である。図５において、容器１４には、容器１４の微粒子を予乾燥する予乾燥手段が設けられている。予乾燥手段は例えばヒータ７２からなる。種々のヒータ７２を使用することができ、例えば電気ヒータ、赤外線ヒータ、ミリ波やマイクロ波を用いたヒータ等とすることができる。また、管２６から５０℃以上のガスを微粒子に導入し、微粒子の乾燥を助けることもできる。さらに、攪拌手段７４が容器１４内に設けられ、微粒子を攪拌してガスと微粒子の混合を助けるようにしている。このようにして、容器１４の微粒子を予乾燥し、より安定した濃度のエアロゾルとなった後で、エアロゾルがチャンバ１８に導入される。

図６は本発明の一つの特徴で使用されるサイクロン式の集塵器を示す図である。サイクロン式の集塵器７４は、二重管状の本体部７４Ａと、入口７４Ｂと、出口７４Ｃとからなる。二重管状の本体部７４Ａは外管７４Ｄと内管７４Ｅとからなり、外管７４Ｄの内壁に螺旋状の突条７４Ｆが形成されている。入口７４Ｂから入ったエアロゾルは、本体部７４Ａの外管７４Ｄの内壁の突条７４Ｆに沿って回転しながら進み、内管７４Ｅを通って出口７４Ｃから出る。エアロゾルが本体部７４Ａの内部を回転しながら進むときに、微粒子は遠心力によって半径方向外方へ押し出され、本体部７４Ａの外管７４Ｄの内壁に付着、捕捉される。従って、微粒子がかなり除去されたエアロゾルが出口７４Ｃから出る。

このサイクロン式の集塵器７４は、図１のチャンバ１８と集塵装置２２を結ぶ系に配置される。端的には、サイクロン式の集塵器７４は集塵装置２２に配置される。さらに、このサイクロン式の集塵器７４は、図１のチャンバ１８と真空ポンプ２０を結ぶ系に配置される。例えば、サイクロン式の集塵器７４は、図１に７４Ｘで示されるように、チャンバ１８とメカニカルブースタ４６の間に配置されることができ、あるいは、７４Ｙで示されるように、メカニカルブースタ４６と真空ポンプ２０の間に配置されることができる。サイクロン式の集塵器７４は、上記した位置の少なくとも一箇所に設けることができる。

この構成においては、微粒子がサイクロン式の集塵器７４でトラップされ、真空ポンプ２０，５６に入るのが防止される。従って、真空ポンプ２０，５６の能力が変動しなくなり、チャンバ１８に供給されるエアロゾルの濃度が安定する。

図７は本発明の一つの特徴を示す図である。図７の例は図２及び図３の例に類似している。図７においては、エアロゾルをイオン化する手段６６が管６０に配置されるとともに、集塵装置２２の壁にエアロゾルのイオンとは反対符号のバイアス電圧をかける手段７６が設けられる。従って、エアロゾルの微粒子は集塵装置２２の壁により付着しやすくなる。

以上は本発明の幾つかの特徴について説明したが、それらの特徴を組み合わせて構成することができることは言うまでもない。

次に、本発明によるエアロゾルデポジション装置を使用して実施した具体的な例について説明する。

例１
前処理として、平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ₃粉末を原料粉末（微粒子Ｐ）としてエアロゾル発生容器１４に入れ、容器１４に全体的に超音波を加えた（超音波振動プロファイル、１０kHz １分、１０kHz ３０分、５kHz １分、５kHz ３０分、５０kHz ５分、振動方向は水平、垂直、４５度傾斜の３方向をランダムに）。約１５０℃で加熱しながら、３０分真空脱気して、粉末表面に形成した水分を除去した。この際、容器１４内には、粉末内部に３本の羽根を挿入し、回転させた。（回転数プロファイル、５０rpm １分、１００rpm ３０分、１０rpm １分、５０rpm ３０分、３０rpm ５分）。容器内にガス導入口を５本設け、粉末中に送気した。（各管への送気量は５ｌ／分）。また、粉末表面からマイクロ波で加熱した。

次に、前処理を施した原料粉末を含むエアロゾル発生容器１４に、高純度窒素ガス（ガス圧２kg／cm²、ガス流量４ｌ／分）を導入し、原料をエアロゾルＡＳとした。このエアロゾルを管３２を通して、チャンバ１８のノズル１６に供給した。

ノズル１６は、内側に螺旋状の溝を形成したものを使用した。チャンバ１８は予め真空に引き、圧力１０Pa以下にする。エアロゾルをノズル１６からガラス基板３６に向けて２０分間噴射を行った。このときのチャンバ１８の中の圧力は２００Paと一定であった。ガラス基板３６には厚さ１００μｍのＢａＴｉＯ₃膜が形成された。膜の吸水率は０．１％以下であり、膜の基板間密着強度は５kg／mm²以上と強固であった。

従来、エアロゾルの濃度は５％とし、２％から１０％の間で濃度のばらつきがあったが、本発明のように前処理を行うことにより、エアロゾルの濃度を１２〜１５％とすることができ、安定したエアロゾルの形成が可能になった。成膜速度も再現性よく、５±０．２μｍ／分を得た（従来は２±１μｍ／分）。膜の表面粗さは、Ra０．１μｍ以下であった（従来はRa０．８±０．５μｍ）。

例２
前処理として、平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ₃粉末を原料粉末（微粒子Ｐ）としてエアロゾル発生容器１４に入れ、容器１４を全体的に約１５０℃で加熱しながら、３０分真空脱気して、粉末表面に形成した水分を除去した。

次に、前処理を施した原料粉末を含むエアロゾル発生容器１４に、高純度酸素ガス（ガス圧２kg／cm²、ガス流量４ｌ／分）を導入し、ガスをイオン化するために、高電圧を印加し、プラスイオンをアースし、マイナスイオンのみを形成した。送気する管２６，３２、ノズル１６にはマイナス電圧を印加し、基板３６にはプラス電圧を印加した。このようにして形成したエアロゾルをチャンバ１８のノズル１６に送り込む。

ノズル１６は、内側に螺旋状の溝を形成したものを使用した。チャンバ１８は予め真空に引き、圧力を１０Pa以下にする。エアロゾルをノズル１６からガラス基板３６に向けて１０分間噴射を行った。このときのチャンバ１８の圧力は２００Paと一定であった。ガラス基板３６には厚さ１００μｍのＢａＴｉＯ₃の膜が形成された。膜の吸水率は０．１％以下であり、膜の基板間密着強度は５kg／mm²以上と強固であった。

従来、エアロゾルの濃度は５％とし、２％から１０％の間で濃度のばらつきがあったが、本発明のように前処理を行うことにより、エアロゾルの濃度を１５〜１８％とすることができ、安定したエアロゾルの形成が可能になった。成膜速度も再現性よく、１０±０．２μｍ／分を得た（従来は２±１μｍ／分）。膜の表面粗さは、Ra０．２μｍ以下であった（従来はRa０．８±０．５μｍ）。

例３
前処理として、平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ₃粉末を原料粉末（微粒子Ｐ）としてエアロゾル発生容器１４に入れ、容器１４を全体的に約１５０℃で加熱しながら、３０分真空脱気して、粉末表面に形成した水分を除去した。

次に、前処理を施した原料粉末をエアロゾル発生容器に入れた。

この後、原料粉末全体に対して、高電圧を印加し、プラスに帯電させる。

次に、高純度窒素ガス（ガス圧２kg／cm²、ガス流量４ｌ／分）を導入し、基板３６には、マイナス電圧を印加した。

このガスを導入し、原料をエアロゾル化した。このようにして形成したエアロゾルを管３２を通してチャンバ１８のノズル１６に送り込む。

ノズル１６は、内側に螺旋状の溝を形成したものを使用した。チャンバ１８は予め真空に引き、圧力を１０Pa以下にする。エアロゾルをノズル１６からガラス基板３６に向けて１０分間噴射を行った。このときのチャンバ１８の圧力は２００Paと一定であった。

ガラス基板３６には厚さ１００μｍのＢａＴｉＯ₃の膜が形成された。膜の吸水率は０．１％以下であり、膜の基板間密着強度は５kg／mm²以上と強固であった。

従来、エアロゾルの濃度は５％とし、２％から１０％の間で濃度のばらつきがあったが、本発明のように前処理を行うことにより、エアロゾルの濃度を１０〜１５％とすることができ、安定したエアロゾルの形成が可能になった。成膜速度も再現性よく、１０±０．３μｍ／分を得た（従来は２±１μｍ／分）。膜の表面粗さは、Ra０．２５μｍ以下であった（従来はRa０．８±０．５μｍ）。

以上をまとめると、下記の表１に示した結果が得られた。

例４
集塵装置２２を作動させるに際して、バルブ３４，４４を閉じる。清掃用流体供給装置６２を作動させ、清掃装置５８から清掃用流体を供給する。例えば、チャンバ１８内にアルコール等の揮発性溶剤がチャンバ内壁に向かって多方向に噴射され、チャンバ１８内を濡らす。それから、チャンバ内壁に温風を送気するか、チャンバ全体に装着したヒータにより内壁を乾燥させ（設定温度２００℃）、溶剤を揮発させる。次にチャンバ１８に設置された超音波振動子を作動させ（５０kHz）、装置全体を振動させ、チャンバ内壁に付着した粉末をチャンバの内側に落とす。

集塵装置２２に通じる管５２のバルブ４４を開く。真空ポンプ５６が作動し、チャンバ内が減圧環境になり、チャンバ内の不要粉末が集塵装置２２に向かう。サイクロン式の集塵器７４が不要粉末を捕捉する。サイクロン式の集塵器７４の内壁はテフロン（登録商標）でコートした。この一連の動作を数回連続して行う。

また、オプションとして次の動作を行う。温風ガスは予めイオン化し、チャンバ１８からサイクロン式の集塵器７４までの間の配管はイオン化されたガスと同符号の電荷をもたせる。そして、サイクロン式の集塵器７４のイオン符号をガスと反対方向にし、引き合うようにする。また、温風ガスイオン発生部にマグネトロンを設置し、イオン密度を向上させることもできる。イオン化したガスを用いない場合、サイクロン式の集塵器７４の材質に絶縁材料を用い、静電気による付着効果を加味させる。

不要粉末の収拾が容易になったために、粉末除去清掃時間が従来の１／２に短縮できた。また、不要粉末を除去せずに、続けて成膜動作を行う場合は、成膜時の圧力が不安定である。２回目の成膜時の圧力は２５０Paであった。この処理を行った後の成膜時の圧力は２００Paと初回の成膜時の圧力と同じであった。また、圧力損失の影響のために、エアロゾルの速度の低下がみられた。（初回成膜時は２００ｍ／秒、２回目成膜時は１５０ｍ／秒）。このために、成膜速度が低下し、初回と同等の１００μｍの膜の厚さを得るためには、４０分要した。また、従来方法では、累計運転時間が１０００時間程度でベース真空圧力は２０Paまで上昇し、真空ポンプのオイルの全面交換及びオーバーホールが必要であった。本発明では、５倍の５０００時間経過後にベース真空圧力は１５Paまで上昇する現象がみられ、オイル交換まで７０００時間運転が可能であった。

例５
洗浄用ガスとして酸素を用い、ボンベから送られた酸素に対し、高電圧印加で形成された電子が結合し、マイナスイオンの酸素気流をつくり出す。管、チャンバにマイナス電極を接触させて、電圧を印加させる。プラス側はアースする。集塵装置の先の部品にプラスの電圧を印加する。上記例４と同様の手順を繰り返す。

不要粉末の収拾が容易になったために、粉末除去清掃時間が従来の１／３に短縮できた。

以上をまとめると、下記の表２に示した結果が得られた。

以上説明したように、本発明によれば、エアロゾルの濃度のばらつきを減少させ、エアロゾルの濃度を高くすることができるようになる。また、エアロゾルの濃度の再現性よく、成膜速度も速くなり、エアロゾルの速度のばらつきを小さくすることができる。さらに、膜の表面粗さの低減に効果的である。

図１は本発明の実施例のエアロゾルデポジション装置の基本的な特徴を示す図である。図２は本発明の一つの特徴を示す図である。図３は図２の変形例を示す図である。図４は本発明の一つの特徴を示す図である。図５は本発明の一つの特徴を示す図である。図６は本発明の一つの特徴で使用されるサイクロン式の集塵器を示す図である。図７は本発明の一つの特徴を示す図である。

符号の説明

１０…エアロゾルデポジション装置
１２…ガスボンベ
１４…容器
１６…ノズル
１８…チャンバ
２０…真空ポンプ
２２…集塵装置
２４…振動付与装置
３６…基板
３８…基板ホルダ
４０…ＸＹステージ
６６…イオン化する手段
６８…バイアス電圧をかける
７２…ヒータ
７４…サイクロン式の集塵器

Claims

ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、エアロゾルをイオン化する手段と、基板にエアロゾルのイオンとは反対符号のバイアス電圧をかける手段とを備えたことを特徴とするエアロゾルデポジション装置。
ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、該容器に複数の方向から振動数を変えて振動を与えるための振動手段とを備えたことを特徴とするエアロゾルデポジション装置。
ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバとを備え、該容器は二重壁構造に構成され、微粒子は内壁の内部に配置され、ガスは内壁と外壁の間の空間に供給され、内壁は複数のガス通過孔を有することを特徴とするエアロゾルデポジション装置。
ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、該容器の微粒子を予乾燥する予乾燥手段とを備えることを特徴とするエアロゾルデポジション装置。
ガス供給手段と、該ガス供給手段に接続され、微粒子が入っていて微粒子がガスに分散したエアロゾルを形成する容器と、該容器に接続され、エアロゾルを基板に向かって噴出するノズルを有するチャンバと、該チャンバを真空引きするための真空導入手段と、該チャンバに残った微粒子を集塵するための集塵装置と、該チャンバと該真空導入手段を結ぶ系及び該チャンバと該集塵装置を結ぶ系の少なくとも一方に設けられたサイクロン式の集塵器とを備えることを特徴とするエアロゾルデポジション装置。