JPH09184080A - 超微粒子による薄膜形成方法、およびその薄膜形成装置 - Google Patents
超微粒子による薄膜形成方法、およびその薄膜形成装置Info
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- JPH09184080A JPH09184080A JP7352655A JP35265595A JPH09184080A JP H09184080 A JPH09184080 A JP H09184080A JP 7352655 A JP7352655 A JP 7352655A JP 35265595 A JP35265595 A JP 35265595A JP H09184080 A JPH09184080 A JP H09184080A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基体の有する直径２μｍの以下でアスペクト
比１以上の微細な孔、溝の内壁面に均一に薄膜を形成し
得る薄膜形成方法、およびその薄膜形成装置を提供する
こと。 【解決手段】 孔径０．２μｍ、アスペクト比５のビヤ
ホール７を有する基体Ｓを薄膜形成装置１０における成
膜容器１１内の基体保持台１４にセットし２００℃に加
熱すると共に真空排気系１２によって真空排気する。次
いで、平均粒子径５ｎｍのアルミニウムの超微粒子をヘ
リウムガス中に分散され浮遊させたエアロゾルをエアロ
ゾル生成室２１から導入し圧力を５ａｔｍに保つことに
より、エアロゾルをビヤホール７内へ侵入させる。アル
ミニウムの超微粒子は拡散してビヤホール７の内壁面に
吸着され薄膜が形成される。
比１以上の微細な孔、溝の内壁面に均一に薄膜を形成し
得る薄膜形成方法、およびその薄膜形成装置を提供する
こと。 【解決手段】 孔径０．２μｍ、アスペクト比５のビヤ
ホール７を有する基体Ｓを薄膜形成装置１０における成
膜容器１１内の基体保持台１４にセットし２００℃に加
熱すると共に真空排気系１２によって真空排気する。次
いで、平均粒子径５ｎｍのアルミニウムの超微粒子をヘ
リウムガス中に分散され浮遊させたエアロゾルをエアロ
ゾル生成室２１から導入し圧力を５ａｔｍに保つことに
より、エアロゾルをビヤホール７内へ侵入させる。アル
ミニウムの超微粒子は拡散してビヤホール７の内壁面に
吸着され薄膜が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超微粒子を気体中に
分散させ浮遊させたエアロゾルを基体に適用して薄膜を
形成させる方法、およびその装置に関するものであり、
更に詳しくは基体の有する孔径が２μｍ以下でアスペク
ト比が１以上の孔や溝の内壁面に薄膜を均一に形成させ
る方法、およびその装置に関するものである。
分散させ浮遊させたエアロゾルを基体に適用して薄膜を
形成させる方法、およびその装置に関するものであり、
更に詳しくは基体の有する孔径が２μｍ以下でアスペク
ト比が１以上の孔や溝の内壁面に薄膜を均一に形成させ
る方法、およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】薄膜を形成する方法としてスパッタリン
グ、蒸着、イオンビーム蒸着などのＰＶＤ（物理的気相
成膜）法、ＣＶＤ（化学的気相成膜）法や鍍金その他の
液相成膜法がある。ＰＶＤ法では成膜物質の原子（分
子）はその発生源から直線状にしか飛行しないので、発
生源と薄膜を形成させるべき基体（基板を含む）との間
の幾何学的配置、機械的配置によって成膜される場所が
決定されてしまい、飛行線に隠れる基体上の微細でアス
ペクト比の大きい孔や溝の内壁面に均一に成膜すること
は殆ど不可能である。また、ＣＶＤ法や液相成膜法では
上記の微細な孔、溝に対して比較的均一な成膜が可能で
あるが、形成される薄膜中に不純物が混入することを避
け得ない。
グ、蒸着、イオンビーム蒸着などのＰＶＤ（物理的気相
成膜）法、ＣＶＤ（化学的気相成膜）法や鍍金その他の
液相成膜法がある。ＰＶＤ法では成膜物質の原子（分
子）はその発生源から直線状にしか飛行しないので、発
生源と薄膜を形成させるべき基体（基板を含む）との間
の幾何学的配置、機械的配置によって成膜される場所が
決定されてしまい、飛行線に隠れる基体上の微細でアス
ペクト比の大きい孔や溝の内壁面に均一に成膜すること
は殆ど不可能である。また、ＣＶＤ法や液相成膜法では
上記の微細な孔、溝に対して比較的均一な成膜が可能で
あるが、形成される薄膜中に不純物が混入することを避
け得ない。
【０００３】超微粒子による成膜方法としては輸送管と
輸送用気体ジェットを使用して局所的に成膜を行なう、
いわゆるガス・デポジション法、またはジェット・プリ
ンティング法があり、イオン化した粒子ビームを使用す
るクラスタ・イオンビーム法がある。しかし、これらの
方法も成膜物質の発生源と基体との間の幾何学的配置、
機械的配置からくる成膜上の制限を避けることはできな
い。また、超微粒子を液相中から沈着させる方法もある
が、この方法では孔、溝の内壁面と液体との間に作用す
る表面張力の影響を受けるので均一な成膜が困難であり
汎用性にかける。
輸送用気体ジェットを使用して局所的に成膜を行なう、
いわゆるガス・デポジション法、またはジェット・プリ
ンティング法があり、イオン化した粒子ビームを使用す
るクラスタ・イオンビーム法がある。しかし、これらの
方法も成膜物質の発生源と基体との間の幾何学的配置、
機械的配置からくる成膜上の制限を避けることはできな
い。また、超微粒子を液相中から沈着させる方法もある
が、この方法では孔、溝の内壁面と液体との間に作用す
る表面張力の影響を受けるので均一な成膜が困難であり
汎用性にかける。
【０００４】以上のように、従来の薄膜形成方法では微
細な孔、溝の内壁面へ不純物を含まない均一な成膜を行
なうことは困難であり、このことは、一層の高集積化が
進められている半導体デバイス、すなわち、線幅をμｍ
単位またはそれ以下とし、かつアスペクト比が１以上の
ビヤホールを設けて多層配線する半導体デバイスの製
造、ないしは担体中の微細な孔の内壁面に活性金属膜を
形成させる高性能な触媒の製造に制限を与えている。
細な孔、溝の内壁面へ不純物を含まない均一な成膜を行
なうことは困難であり、このことは、一層の高集積化が
進められている半導体デバイス、すなわち、線幅をμｍ
単位またはそれ以下とし、かつアスペクト比が１以上の
ビヤホールを設けて多層配線する半導体デバイスの製
造、ないしは担体中の微細な孔の内壁面に活性金属膜を
形成させる高性能な触媒の製造に制限を与えている。
【０００５】例えば、図１は微細な孔、溝を有する基体
Ｓを模式的に示す部分拡大斜視図であり、シリコン基板
１の表面に絶縁体としての酸化シリコン膜２が成膜さ
れ、その上にはアルミニウム膜３がシリコン基板１に達
する溝４を埋めて成膜されている。更に、アルミニウム
膜３の上へ酸化シリコン膜５が成膜されて溝６が設けら
れ、溝６には溝４に達する有底孔としてのビヤホール７
が設けられている。そして、溝６は巾０．１μｍ、深さ
０．３μｍ、ビヤホール７は孔径０．２μｍ、深さ１μ
ｍとなっている。このアスペクト比３の溝６や、アスペ
クト比５のビヤホール７の内壁面に対し、従来のＰＶＤ
法によっては金属、特に高融点の金属やセラミックスを
成膜することは難しい。
Ｓを模式的に示す部分拡大斜視図であり、シリコン基板
１の表面に絶縁体としての酸化シリコン膜２が成膜さ
れ、その上にはアルミニウム膜３がシリコン基板１に達
する溝４を埋めて成膜されている。更に、アルミニウム
膜３の上へ酸化シリコン膜５が成膜されて溝６が設けら
れ、溝６には溝４に達する有底孔としてのビヤホール７
が設けられている。そして、溝６は巾０．１μｍ、深さ
０．３μｍ、ビヤホール７は孔径０．２μｍ、深さ１μ
ｍとなっている。このアスペクト比３の溝６や、アスペ
クト比５のビヤホール７の内壁面に対し、従来のＰＶＤ
法によっては金属、特に高融点の金属やセラミックスを
成膜することは難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされ、成膜物質の発生源と薄膜を形成させるべ
き基体との間の幾何学的配置、機械的配置とは無関係に
均一に薄膜が形成され、基体の有する孔径がμｍ単位ま
たはそれ以下で、アスペクト比が１より大きい微細な孔
や同等の溝の内壁面に対して均一な成膜が可能であり、
かつＣＶＤ法や液相成膜法におけるような薄膜中への不
純物の混入が起こらない薄膜の形成方法、およびその薄
膜形成装置を提供することを目的とする。
鑑みてなされ、成膜物質の発生源と薄膜を形成させるべ
き基体との間の幾何学的配置、機械的配置とは無関係に
均一に薄膜が形成され、基体の有する孔径がμｍ単位ま
たはそれ以下で、アスペクト比が１より大きい微細な孔
や同等の溝の内壁面に対して均一な成膜が可能であり、
かつＣＶＤ法や液相成膜法におけるような薄膜中への不
純物の混入が起こらない薄膜の形成方法、およびその薄
膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の目的は、真空下に
ある基体の有する孔径２μｍ以下でアスペクト比１以上
の有底孔、貫通孔、または同等の溝の内壁面に対し、粒
子径０．１μｍ以下の超微粒子を圧力１０2 Ｐａ以上の
気体中に分散させ浮遊させたエアロゾルを適用し、前記
超微粒子を拡散、吸着させることを特徴とする超微粒子
による薄膜形成方法、によって達成される。
ある基体の有する孔径２μｍ以下でアスペクト比１以上
の有底孔、貫通孔、または同等の溝の内壁面に対し、粒
子径０．１μｍ以下の超微粒子を圧力１０2 Ｐａ以上の
気体中に分散させ浮遊させたエアロゾルを適用し、前記
超微粒子を拡散、吸着させることを特徴とする超微粒子
による薄膜形成方法、によって達成される。
【０００８】また以上の目的は、蒸発された原料物質を
粒子径０．１μｍ以下の超微粒子として気体中に分散さ
せ浮遊させるエアロゾル生成装置と真空排気系とが接続
されており、かつ薄膜を形成させるべき孔径２μｍ以下
でアスペクト比１以上の有底孔、貫通孔、または同等の
溝を有する基体の保持機構及び加熱機構と、導入される
エアロゾルを所定の圧力に維持する圧力調整機構とを備
えた薄膜形成容器からなることを特徴とする超微粒子に
よる薄膜形成装置、によって達成される。
粒子径０．１μｍ以下の超微粒子として気体中に分散さ
せ浮遊させるエアロゾル生成装置と真空排気系とが接続
されており、かつ薄膜を形成させるべき孔径２μｍ以下
でアスペクト比１以上の有底孔、貫通孔、または同等の
溝を有する基体の保持機構及び加熱機構と、導入される
エアロゾルを所定の圧力に維持する圧力調整機構とを備
えた薄膜形成容器からなることを特徴とする超微粒子に
よる薄膜形成装置、によって達成される。
【０００９】以上の構成により、エアロゾル生成装置に
おいて粒子径０．１μｍ以下の超微粒子が気体中に分散
され浮遊されて生成されるエアロゾルは真空排気された
薄膜形成容器内へ導入され、圧力１０2 Ｐａ以上に維持
される。この間、エアロゾルは薄膜形成容器内の基体に
接触し基体の有する孔径２μｍ以下でアスペクト比１以
上の有底孔、貫通孔、または同等の溝の内部へ侵入し、
エアロゾル中の超微粒子は拡散して内壁面へ吸着され均
一な薄膜を形成する。
おいて粒子径０．１μｍ以下の超微粒子が気体中に分散
され浮遊されて生成されるエアロゾルは真空排気された
薄膜形成容器内へ導入され、圧力１０2 Ｐａ以上に維持
される。この間、エアロゾルは薄膜形成容器内の基体に
接触し基体の有する孔径２μｍ以下でアスペクト比１以
上の有底孔、貫通孔、または同等の溝の内部へ侵入し、
エアロゾル中の超微粒子は拡散して内壁面へ吸着され均
一な薄膜を形成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態として
の超微粒子による薄膜形成法、およびその薄膜形成装置
を説明するが、本発明は従来のＰＶＤ法等では実現が極
めて困難であった微細でアスペクト比の大きい孔、溝の
内壁面への薄膜形成を気相中での超微粒子の等方拡散、
吸着という流体力学的な全く新しい方法で行なうもので
あるから、まずその方法の要点と、その方法が基づく原
理について述べる。
の超微粒子による薄膜形成法、およびその薄膜形成装置
を説明するが、本発明は従来のＰＶＤ法等では実現が極
めて困難であった微細でアスペクト比の大きい孔、溝の
内壁面への薄膜形成を気相中での超微粒子の等方拡散、
吸着という流体力学的な全く新しい方法で行なうもので
あるから、まずその方法の要点と、その方法が基づく原
理について述べる。
【００１１】『方法』１）超微粒子を気体中に分散させ
浮遊させたエアロゾルを生成させる。例えば、分散媒と
しての気体中へ超微粒子の原料物質の蒸気を発生させる
ことにより生成させ得る。
浮遊させたエアロゾルを生成させる。例えば、分散媒と
しての気体中へ超微粒子の原料物質の蒸気を発生させる
ことにより生成させ得る。
【００１２】２）微細な孔、溝を持つ基体（または基
板）を清浄化処理し、必要な場合には活性化処理も加え
て薄膜形成容器内に収容し保持する。基体は例えばセラ
ミック多孔質のような３次元物体であってもよい。
板）を清浄化処理し、必要な場合には活性化処理も加え
て薄膜形成容器内に収容し保持する。基体は例えばセラ
ミック多孔質のような３次元物体であってもよい。
【００１３】３）薄膜形成容器を真空排気し、基体の有
する微細な孔、溝の内部を真空にする。
する微細な孔、溝の内部を真空にする。
【００１４】４）超微粒子を分散、浮遊させたエアロゾ
ルを薄膜形成容器内へ導入して基体に接触させ、微細な
孔、溝の内部へ侵入させる。
ルを薄膜形成容器内へ導入して基体に接触させ、微細な
孔、溝の内部へ侵入させる。
【００１５】５）適切な時間を経過させた後に、あるい
は更に付加的な操作を加えた後に成膜された基体を薄膜
形成容器から取り出す。
は更に付加的な操作を加えた後に成膜された基体を薄膜
形成容器から取り出す。
【００１６】薄膜の形成は基本的には以上のようにして
行われるが、この方法は超微粒子の等方的拡散によって
行われる準静的なプロセスであり、搬送気体の動的流れ
のエネルギを利用するガス・デポジション法とは根本的
に異なる。また、この成膜方法は機械的、巨視的に行わ
れているケーブル等への油含浸と類似しているが、通常
の含浸方法では高融点の金属やセラミックスを成膜（含
浸）することはできない。
行われるが、この方法は超微粒子の等方的拡散によって
行われる準静的なプロセスであり、搬送気体の動的流れ
のエネルギを利用するガス・デポジション法とは根本的
に異なる。また、この成膜方法は機械的、巨視的に行わ
れているケーブル等への油含浸と類似しているが、通常
の含浸方法では高融点の金属やセラミックスを成膜（含
浸）することはできない。
【００１７】６）付加的な操作として以下のものがあ
る。
る。
【００１８】熱処理；基体の温度を上昇させて吸着さ
れる超微粒子を活性化し、ａ．表面拡散させるか（物理
的な安定化処理であり、代表的な温度は５０〜３００
℃）、または、ｂ．基体に化学吸着させる（化学反応処
理であり、代表的な温度は２００〜８００℃）。
れる超微粒子を活性化し、ａ．表面拡散させるか（物理
的な安定化処理であり、代表的な温度は５０〜３００
℃）、または、ｂ．基体に化学吸着させる（化学反応処
理であり、代表的な温度は２００〜８００℃）。
【００１９】表面修飾；必要に応じて薄膜形成容器を
真空排気した後、反応性ガスを導入して超微粒子の表面
または／および下地壁の表面と化学反応させ、表面の清
浄化または修飾をする。代表的な反応は水素化、酸化、
窒化、ハロゲン化、炭素添加などである。
真空排気した後、反応性ガスを導入して超微粒子の表面
または／および下地壁の表面と化学反応させ、表面の清
浄化または修飾をする。代表的な反応は水素化、酸化、
窒化、ハロゲン化、炭素添加などである。
【００２０】多層成膜；熱処理、表面修飾を含めて同
種または異種の超微粒子による成膜を繰り返す。
種または異種の超微粒子による成膜を繰り返す。
【００２１】表面保護；保護用のガスまたは液体を導
入し、例えば昇温時に超微粒子と下地壁面を保護する。
孔径が０．１μｍの桁では重い気体は容易には出て行か
ないので、短時間の保護は可能である。
入し、例えば昇温時に超微粒子と下地壁面を保護する。
孔径が０．１μｍの桁では重い気体は容易には出て行か
ないので、短時間の保護は可能である。
【００２２】『原理』本発明による薄膜の形成は超微粒
子を流体力学的に等方拡散させ、吸着させて行なうもの
であるから、流体力学的な制限条項を明らかにし、それ
らの条件を充たすようなプロセスと装置を用意しなけれ
ばならない。
子を流体力学的に等方拡散させ、吸着させて行なうもの
であるから、流体力学的な制限条項を明らかにし、それ
らの条件を充たすようなプロセスと装置を用意しなけれ
ばならない。
【００２３】（１）通常の大きさの薄膜形成容器（例え
ば直径が１０ｃｍ以上）内において、成膜操作の間（例
えば１０分間以内）、粒子径５ｎｍの超微粒子が気体中
で重力の影響を受けることなく浮遊し得るには、例えば
ヘリウム（Ｈｅ）では２６０Ｐａ以上、アルゴン（Ａ
ｒ）では１３０Ｐａ以上の圧力が必要である。超微粒子
の浮遊は気体分子（原子）の衝突による散乱運動によっ
て支えられ、上記の圧力は使用する気体の平均自由行程
に反比例して定まる。なお、０．１μｍの超微粒子を安
定に浮遊させるには、気体の圧力として１０2 Ｐａ以上
が必要である。
ば直径が１０ｃｍ以上）内において、成膜操作の間（例
えば１０分間以内）、粒子径５ｎｍの超微粒子が気体中
で重力の影響を受けることなく浮遊し得るには、例えば
ヘリウム（Ｈｅ）では２６０Ｐａ以上、アルゴン（Ａ
ｒ）では１３０Ｐａ以上の圧力が必要である。超微粒子
の浮遊は気体分子（原子）の衝突による散乱運動によっ
て支えられ、上記の圧力は使用する気体の平均自由行程
に反比例して定まる。なお、０．１μｍの超微粒子を安
定に浮遊させるには、気体の圧力として１０2 Ｐａ以上
が必要である。
【００２４】（２）超微粒子を分散、浮遊させたエアロ
ゾルが孔径０．２μｍの深い孔（例えばアスペクト比５
として深さ１μｍ）の内部へ侵入し、超微粒子が孔の内
壁面に均一に分布して吸着されるには次のことを必要と
する。
ゾルが孔径０．２μｍの深い孔（例えばアスペクト比５
として深さ１μｍ）の内部へ侵入し、超微粒子が孔の内
壁面に均一に分布して吸着されるには次のことを必要と
する。
【００２５】（ｉ）エアロゾル中で超微粒子同士の衝突
による凝集が起こらないこと。
による凝集が起こらないこと。
【００２６】（ｉｉ）超微粒子と孔の内壁面との衝突に
よる吸着（付着）が例えば孔の入口付近に局限されない
こと。
よる吸着（付着）が例えば孔の入口付近に局限されない
こと。
【００２７】（ｉ）の条件を充たすには超微粒子同士の
第１の衝突から次の第２の衝突までの平均所要時間が超
微粒子の孔の内壁面との衝突に要する時間に比べてずっ
と大きければよいが、これは下記の数式１によっておよ
その見当が付けられる。
第１の衝突から次の第２の衝突までの平均所要時間が超
微粒子の孔の内壁面との衝突に要する時間に比べてずっ
と大きければよいが、これは下記の数式１によっておよ
その見当が付けられる。
【００２８】
【数１】
【００２９】上記の式において、σ：超微粒子の平均粒
子径、ｎｐ：超微粒子の粒子密度、ｃ：孔の容積、ａ：
孔の内表面積、である。
子径、ｎｐ：超微粒子の粒子密度、ｃ：孔の容積、ａ：
孔の内表面積、である。
【００３０】（ｉｉ）の条件を充たすには、下記の数式
２が成立すればよい。
２が成立すればよい。
【００３１】
【数２】
【００３２】上記数式２において、λ：超微粒子と気体
原子（分子）との衝突における平均自由行程、λｐ超微
粒子同士の衝突における平均自由行程、ｒ：孔径、ｌ
（エル）：孔の深さ、β：孔の内壁面の単位面積当りの
吸着粒子数、ｎｇ：気体の原子（分子）数密度、ｕ：超
微粒子を分散、浮遊させたエアロゾルの孔内への侵入速
度、〈Ｖｐ〉：超微粒子の熱運動速度、〈Ｖｇ〉：気体
原子（分子）の熱運動速度、ｍｐ：超微粒子の質量、ｍ
ｇ：気体原子（分子）の質量である。
原子（分子）との衝突における平均自由行程、λｐ超微
粒子同士の衝突における平均自由行程、ｒ：孔径、ｌ
（エル）：孔の深さ、β：孔の内壁面の単位面積当りの
吸着粒子数、ｎｇ：気体の原子（分子）数密度、ｕ：超
微粒子を分散、浮遊させたエアロゾルの孔内への侵入速
度、〈Ｖｐ〉：超微粒子の熱運動速度、〈Ｖｇ〉：気体
原子（分子）の熱運動速度、ｍｐ：超微粒子の質量、ｍ
ｇ：気体原子（分子）の質量である。
【００３３】上記の数式２における（２）式はアスペク
ト比５の場合を想定するものであり、（３）式はエアロ
ゾルが孔の入口から底面へ到達するまでの時間（ｌ／
ｕ）内では、孔の内部にある全超微粒子数に比して孔の
内壁面に吸着される超微粒子数は小さいという条件であ
る。
ト比５の場合を想定するものであり、（３）式はエアロ
ゾルが孔の入口から底面へ到達するまでの時間（ｌ／
ｕ）内では、孔の内部にある全超微粒子数に比して孔の
内壁面に吸着される超微粒子数は小さいという条件であ
る。
【００３４】以上の諸因子のうち、ｒ、ｌ（従ってａ、
ｃも）、〈Ｖｐ〉、〈Ｖｇ〉は最初から決まっている
（与えられる）ので、選ぶことのできる因子はσ、ｎ
ｐ、ｎｇ、ｕ、βである。なお、λ、λｐ、はｎｐ、ｎ
ｇ、σと使用する気体の種類が与えられれば決まって終
う。（ｉ）の条件と（ｉｉ）の条件とを合わせて５個の
不等式に対して変数は５個である。
ｃも）、〈Ｖｐ〉、〈Ｖｇ〉は最初から決まっている
（与えられる）ので、選ぶことのできる因子はσ、ｎ
ｐ、ｎｇ、ｕ、βである。なお、λ、λｐ、はｎｐ、ｎ
ｇ、σと使用する気体の種類が与えられれば決まって終
う。（ｉ）の条件と（ｉｉ）の条件とを合わせて５個の
不等式に対して変数は５個である。
【００３５】実際にはσとβは最後に決まる量である
が、超微粒子の粒子径σは既に仮定している浮遊条件を
充たすためにはσ＜０．１μｍ、更に、孔径ｒに比べて
ずっと小さくなければならないことは明白であるから、
例えば孔径ｒ＝０．２μｍに対しては粒子径σ≦０．０
１μｍとすべきである。
が、超微粒子の粒子径σは既に仮定している浮遊条件を
充たすためにはσ＜０．１μｍ、更に、孔径ｒに比べて
ずっと小さくなければならないことは明白であるから、
例えば孔径ｒ＝０．２μｍに対しては粒子径σ≦０．０
１μｍとすべきである。
【００３６】また、孔径ｒを０．２μｍとすると、アス
ペクト比５の時、数式２からλ＜０．０４μｍとなる
が、λ＝０．０４μｍに対応する気体の圧力はヘリウム
で５ａｔｍ、アルゴンの場合は１．５ａｔｍである（１
ａｔｍは大気圧の１０5 Ｐａとする）。孔径ｒが０．１
μｍの場合に同じ関係を仮定するとヘリウムの場合１０
ａｔｍ、アルゴンの場合は３ａｔｍとなる。すなわち、
孔径ｒが小さい程、大きい圧力を必要とする。
ペクト比５の時、数式２からλ＜０．０４μｍとなる
が、λ＝０．０４μｍに対応する気体の圧力はヘリウム
で５ａｔｍ、アルゴンの場合は１．５ａｔｍである（１
ａｔｍは大気圧の１０5 Ｐａとする）。孔径ｒが０．１
μｍの場合に同じ関係を仮定するとヘリウムの場合１０
ａｔｍ、アルゴンの場合は３ａｔｍとなる。すなわち、
孔径ｒが小さい程、大きい圧力を必要とする。
【００３７】また、孔の内壁面に形成される薄膜が少な
くとも単一原子（分子）層以上でなければならないとす
ると、β×〔単一の超微粒子の持つ原子（分子）数〕
は、単一原子（分子）層の場合の単位面積当りの原子
（分子）数よりも大きくなければならない。しかし、β
は上述の（ｉ）、（ｉｉ）の条件によって制限された範
囲の値になるから、常に満足する値を選べるとは限らな
い。この場合には成膜操作を必要な回数だけ繰り返さね
ばならない。そのほか、同種または異種の超微粒子によ
る多層膜の形成を目的とする場合にも成膜操作を繰り返
す。
くとも単一原子（分子）層以上でなければならないとす
ると、β×〔単一の超微粒子の持つ原子（分子）数〕
は、単一原子（分子）層の場合の単位面積当りの原子
（分子）数よりも大きくなければならない。しかし、β
は上述の（ｉ）、（ｉｉ）の条件によって制限された範
囲の値になるから、常に満足する値を選べるとは限らな
い。この場合には成膜操作を必要な回数だけ繰り返さね
ばならない。そのほか、同種または異種の超微粒子によ
る多層膜の形成を目的とする場合にも成膜操作を繰り返
す。
【００３８】従来のＰＶＤ法であっても成膜物質の発生
源と基体との間の幾何学的配置、機械的配置において障
害となるものがなく孔径ｒが大きい場合には、アスペク
ト比５程度の孔に対して内壁面に均一に薄膜を形成させ
ることはできるので、実際上は経済性を比較して何れか
の方法を選択することになるが、孔径ｒが２μｍ程度以
下の場合にはＰＶＤ法では均一な成膜は困難である。す
なわち、孔径が２μｍ以下であることは必要な条件では
ない。従って、本特許に記載の方法は孔径２μｍ以上の
場合でも使用できる。しかし、孔径２μｍ以上ならば、
他の方法が経済的に有利と考えられる。
源と基体との間の幾何学的配置、機械的配置において障
害となるものがなく孔径ｒが大きい場合には、アスペク
ト比５程度の孔に対して内壁面に均一に薄膜を形成させ
ることはできるので、実際上は経済性を比較して何れか
の方法を選択することになるが、孔径ｒが２μｍ程度以
下の場合にはＰＶＤ法では均一な成膜は困難である。す
なわち、孔径が２μｍ以下であることは必要な条件では
ない。従って、本特許に記載の方法は孔径２μｍ以上の
場合でも使用できる。しかし、孔径２μｍ以上ならば、
他の方法が経済的に有利と考えられる。
【００３９】（３）超微粒子を浮遊させた系においては
熱泳動方法を適用して膜厚を制御できるが、この方法は
超微粒子の浮遊系ににみ可能な方法であり、本発明の基
本的な部分である。
熱泳動方法を適用して膜厚を制御できるが、この方法は
超微粒子の浮遊系ににみ可能な方法であり、本発明の基
本的な部分である。
【００４０】例えば、基体の各部分間に実質的に１℃以
上の温度勾配を付け得る程度に基体の寸法が大きい場
合、分散され浮遊する超微粒子は気体の熱運動速度の効
果を受けて高温側から低温側へ押される。図２を参照
し、孔Ｓｈを有する基体Ｓの上面Ｓ1 の温度Ｔ1 、下面
Ｓ2 の温度Ｔ2 、分散媒としての気体Ｇの温度Ｔｇ、上
面Ｓ1 における熱泳動力Ｋ1 、下面Ｓ2 における熱泳動
力Ｋ2 とすると、Ｋ1 ＝α（Ｔ1 −Ｔｇ）、Ｋ2 ＝α
（Ｔ2 −Ｔｇ）の関係があり、上面Ｓ1 における成膜速
度Ｒ1 、下面Ｓ2 における成膜速度Ｒ2 とすると、Ｒ1
／Ｒ2 ＝ｆ（Ｋ2 ／Ｋ1 ）となるので、Ｔ1 ＞Ｔ2 の温
度勾配があると、Ｋ1 ＞Ｋ2 、従ってＲ1 ＜Ｒ2 とな
り、下面Ｓ2 の成膜速度Ｒ2 の方が上面Ｓ1 の成膜速度
Ｒ1 より大になる。このことはミリ秒（ｍｓｅｃ）の桁
の効果として現れるので、準静的な気相においては実際
上有効である。すなわち、基体に温度勾配ないしは温度
分布を与えて微細な孔の内壁面における成膜速度を制御
することができるので、均一な膜厚を得るために、ある
いは逆に意図的に膜厚に差を付けるために熱泳動を利用
し得る。
上の温度勾配を付け得る程度に基体の寸法が大きい場
合、分散され浮遊する超微粒子は気体の熱運動速度の効
果を受けて高温側から低温側へ押される。図２を参照
し、孔Ｓｈを有する基体Ｓの上面Ｓ1 の温度Ｔ1 、下面
Ｓ2 の温度Ｔ2 、分散媒としての気体Ｇの温度Ｔｇ、上
面Ｓ1 における熱泳動力Ｋ1 、下面Ｓ2 における熱泳動
力Ｋ2 とすると、Ｋ1 ＝α（Ｔ1 −Ｔｇ）、Ｋ2 ＝α
（Ｔ2 −Ｔｇ）の関係があり、上面Ｓ1 における成膜速
度Ｒ1 、下面Ｓ2 における成膜速度Ｒ2 とすると、Ｒ1
／Ｒ2 ＝ｆ（Ｋ2 ／Ｋ1 ）となるので、Ｔ1 ＞Ｔ2 の温
度勾配があると、Ｋ1 ＞Ｋ2 、従ってＲ1 ＜Ｒ2 とな
り、下面Ｓ2 の成膜速度Ｒ2 の方が上面Ｓ1 の成膜速度
Ｒ1 より大になる。このことはミリ秒（ｍｓｅｃ）の桁
の効果として現れるので、準静的な気相においては実際
上有効である。すなわち、基体に温度勾配ないしは温度
分布を与えて微細な孔の内壁面における成膜速度を制御
することができるので、均一な膜厚を得るために、ある
いは逆に意図的に膜厚に差を付けるために熱泳動を利用
し得る。
【００４１】（４）上記の成膜では吸着された超微粒子
が内壁面上に原子（分子）が表面拡散して広がることを
予想しているが、この種の表面拡散は自動的に起こると
は限らないので『方法』の項に述べたように、必要に応
じて熱処理、各種ガスを導入しての表面修飾等の付加的
な処理を加える。図３、図４は成膜過程および熱処理の
効果を概念的に示す図である。図３のＡは成膜初期にお
いて、基体Ｓの孔Ｓｈの内壁面に対しての超微粒子Ｐの
物理的な吸着を示し。図３のＢはこの吸着についての原
子（分子）レベルの拡大図であり、黒丸で示す原子（分
子）で構成される基体Ｓの孔Ｓｈの内壁面に吸着した白
丸で示す原子（分子）で構成される一個の超微粒子Ｐを
示す。物理的に吸着した超微粒子Ｐは加熱昇温されるこ
とによってその原子（分子）の一部は飛び出して内壁面
へ表面拡散し、捕獲されて核を形成し、更には成長して
図４のＡに示すように、孔Ｓｈの内壁面に島状構造の膜
Ｆi が形成され、続いて図４のＢに示すように、孔Ｓｈ
の内壁面に緻密な膜Ｆが形成される。この時、温度が高
いと原子（分子）の一部は基体Ｓ内へ拡散して化学吸着
される。図４のＣは図３のＢに対応する図であり、吸着
した超微粒子Ｐの原子（分子）ｑの表面拡散による膜成
長核形成と、原子（分子）ｒによる基体Ｓ内への拡散を
示す。なお、この基体Ｓの温度を上昇させる熱処理は必
要に応じて表面修飾の水素化、酸化、窒化、ハロゲン
化、炭素添加などと組み合わされる。また、昇温とガス
導入とは成膜前の基体表面の清浄化や、成膜後の表面安
定化、あるいは活性化にも採用される。
が内壁面上に原子（分子）が表面拡散して広がることを
予想しているが、この種の表面拡散は自動的に起こると
は限らないので『方法』の項に述べたように、必要に応
じて熱処理、各種ガスを導入しての表面修飾等の付加的
な処理を加える。図３、図４は成膜過程および熱処理の
効果を概念的に示す図である。図３のＡは成膜初期にお
いて、基体Ｓの孔Ｓｈの内壁面に対しての超微粒子Ｐの
物理的な吸着を示し。図３のＢはこの吸着についての原
子（分子）レベルの拡大図であり、黒丸で示す原子（分
子）で構成される基体Ｓの孔Ｓｈの内壁面に吸着した白
丸で示す原子（分子）で構成される一個の超微粒子Ｐを
示す。物理的に吸着した超微粒子Ｐは加熱昇温されるこ
とによってその原子（分子）の一部は飛び出して内壁面
へ表面拡散し、捕獲されて核を形成し、更には成長して
図４のＡに示すように、孔Ｓｈの内壁面に島状構造の膜
Ｆi が形成され、続いて図４のＢに示すように、孔Ｓｈ
の内壁面に緻密な膜Ｆが形成される。この時、温度が高
いと原子（分子）の一部は基体Ｓ内へ拡散して化学吸着
される。図４のＣは図３のＢに対応する図であり、吸着
した超微粒子Ｐの原子（分子）ｑの表面拡散による膜成
長核形成と、原子（分子）ｒによる基体Ｓ内への拡散を
示す。なお、この基体Ｓの温度を上昇させる熱処理は必
要に応じて表面修飾の水素化、酸化、窒化、ハロゲン
化、炭素添加などと組み合わされる。また、昇温とガス
導入とは成膜前の基体表面の清浄化や、成膜後の表面安
定化、あるいは活性化にも採用される。
【００４２】以下、超微粒子による薄膜形成法、及びそ
の薄膜形成装置について、図面を参照して具体的に説明
する。
の薄膜形成装置について、図面を参照して具体的に説明
する。
【００４３】図５は薄膜形成装置１０の模式断面図であ
り、気密な耐圧構造の成膜容器１１の底部には真空排気
系１２が接続されている。上部には超微粒子を気体中に
分散させ浮遊させるエアロゾル生成室２１からの搬送パ
イプ２２が挿入されており、搬送パイプ２２にはエアロ
ゾルの供給を制御するための制御バルブ２７がバイパス
２７ｂと共に設けられている。エアロゾル生成室２１に
は分散媒としてのヘリウムガスのボンベ２８が制御バル
ブ２９を介して接続されており、制御バルブ２９はエア
ロゾル生成室２１および成膜容器１１内を所定の圧力に
制御する。また、成膜容器１１にはガス供給系３１、３
３がそれぞれの制御バルブ３２、３４を介して接続され
ており、成膜前の基体Ｓの清浄化や活性化のため、また
表面修飾、成膜前の熱処理時における表面保護、表面の
安定化や活性化のためのガスが必要に応じて使い分けて
使用される。本発明の実施の形態においては、ガス供給
系３１には基体洗浄用のオゾンガスあるいは酸素ラジカ
ル発生装置、ガス供給系３３には成膜後の安定化処理時
における表面保護用のアルゴンガス供給装置が設置され
ているものとする。
り、気密な耐圧構造の成膜容器１１の底部には真空排気
系１２が接続されている。上部には超微粒子を気体中に
分散させ浮遊させるエアロゾル生成室２１からの搬送パ
イプ２２が挿入されており、搬送パイプ２２にはエアロ
ゾルの供給を制御するための制御バルブ２７がバイパス
２７ｂと共に設けられている。エアロゾル生成室２１に
は分散媒としてのヘリウムガスのボンベ２８が制御バル
ブ２９を介して接続されており、制御バルブ２９はエア
ロゾル生成室２１および成膜容器１１内を所定の圧力に
制御する。また、成膜容器１１にはガス供給系３１、３
３がそれぞれの制御バルブ３２、３４を介して接続され
ており、成膜前の基体Ｓの清浄化や活性化のため、また
表面修飾、成膜前の熱処理時における表面保護、表面の
安定化や活性化のためのガスが必要に応じて使い分けて
使用される。本発明の実施の形態においては、ガス供給
系３１には基体洗浄用のオゾンガスあるいは酸素ラジカ
ル発生装置、ガス供給系３３には成膜後の安定化処理時
における表面保護用のアルゴンガス供給装置が設置され
ているものとする。
【００４４】成膜容器１１の内部には、図示しないゲー
トから導入される図１に示した基体Ｓを保持する基体保
持台が設けられており、この基体保持台１４には基体Ｓ
を昇温させる加熱装置が内蔵されている。また、基体Ｓ
の上方近傍には基体Ｓのダミーとしての膜厚モニタ１５
が取り付けられている。成膜容器１１の上部に設けた取
り付けフランジには膜厚モニタ１５に形成される薄膜の
膜厚を極端紫外線によって光学的に測定し、その測定結
果によって制御バルブ２７、２９の開閉を制御するため
の測定制御装置１６が取り付けられており、膜厚測定用
プローブ１７が膜厚モニタ１５の上方まで挿入されてい
る。ここでは光学的に膜厚を測定するようにしたが電子
的に測定してもよい。なお、測定制御装置１６はこのほ
か真空排気系１２の起動と停止、およびエアロゾル生成
室２１内の後述のルツボ２３のシャッタの開閉も制御す
るようになっている。
トから導入される図１に示した基体Ｓを保持する基体保
持台が設けられており、この基体保持台１４には基体Ｓ
を昇温させる加熱装置が内蔵されている。また、基体Ｓ
の上方近傍には基体Ｓのダミーとしての膜厚モニタ１５
が取り付けられている。成膜容器１１の上部に設けた取
り付けフランジには膜厚モニタ１５に形成される薄膜の
膜厚を極端紫外線によって光学的に測定し、その測定結
果によって制御バルブ２７、２９の開閉を制御するため
の測定制御装置１６が取り付けられており、膜厚測定用
プローブ１７が膜厚モニタ１５の上方まで挿入されてい
る。ここでは光学的に膜厚を測定するようにしたが電子
的に測定してもよい。なお、測定制御装置１６はこのほ
か真空排気系１２の起動と停止、およびエアロゾル生成
室２１内の後述のルツボ２３のシャッタの開閉も制御す
るようになっている。
【００４５】図６は上記におけるエアロゾル生成室２１
の模式断面図であり、その内部にはルツボ２３が図示し
ないシャッタと共に設けられ、その周囲には高周波電源
２４からの高周波コイル２５が巻装されている。ルツボ
２３内にはアルミニウム２６が収容され、所定の温度で
溶解され蒸発される。ヘリウムガスのボンベ２８、制御
バルブ２９、制御バルブ２７については既に説明した通
りである。
の模式断面図であり、その内部にはルツボ２３が図示し
ないシャッタと共に設けられ、その周囲には高周波電源
２４からの高周波コイル２５が巻装されている。ルツボ
２３内にはアルミニウム２６が収容され、所定の温度で
溶解され蒸発される。ヘリウムガスのボンベ２８、制御
バルブ２９、制御バルブ２７については既に説明した通
りである。
【００４６】本発明の実施の形態による薄膜形成装置１
０は、例えば以上のように構成されるが、次にこの薄膜
形成装置１０を使用しての薄膜形成方法について説明す
る。先ず、成膜容器１１の基体保持台１４に基体Ｓをセ
ットし、基体保持台１４に内蔵されている加熱装置によ
って２００℃の温度に加熱すると共に、真空排気系１２
によって成膜容器１１内を真空排気する。続いて所定の
時間だけ制御バルブ３２が開けられガス供給系３１から
オゾンガスまたは酸素ラジカルが導入されて、基体Ｓに
付着している微量な有機物が酸化除去される。同時に基
体Ｓの溝６、ビヤホール７の内部も真空になる。続いて
制御バルブ２７が開かれてエアロゾル生成室２１を真空
排気した後、真空排気系１２は停止され、制御バルブ２
７は閉じられる。
０は、例えば以上のように構成されるが、次にこの薄膜
形成装置１０を使用しての薄膜形成方法について説明す
る。先ず、成膜容器１１の基体保持台１４に基体Ｓをセ
ットし、基体保持台１４に内蔵されている加熱装置によ
って２００℃の温度に加熱すると共に、真空排気系１２
によって成膜容器１１内を真空排気する。続いて所定の
時間だけ制御バルブ３２が開けられガス供給系３１から
オゾンガスまたは酸素ラジカルが導入されて、基体Ｓに
付着している微量な有機物が酸化除去される。同時に基
体Ｓの溝６、ビヤホール７の内部も真空になる。続いて
制御バルブ２７が開かれてエアロゾル生成室２１を真空
排気した後、真空排気系１２は停止され、制御バルブ２
７は閉じられる。
【００４７】次に、エアロゾル生成室２１において、ヘ
リウムガス中にアルミニウムの超微粒子を分散、浮遊さ
せたエアロゾルを生成させるが、超微粒子の粒子径は蒸
発時のアルミニウムの温度、使用するガスの種類、ガス
の圧力によってほぼ決定される。図６を参照し、制御バ
ルブ２９を開いてボンベ２８からヘリウムガスを導入し
てエアロゾル生成室２１内を２６０Ｐａの圧力に維持す
る。同時にアルミニウム２６をルツボ２３と共に高周波
誘導加熱して１１００℃の温度とし、ルツボ２３のシャ
ッタが開けられてアルミニウム２６が蒸発されることに
より、平均粒子径５ｎｍの超微粒子がヘリウムガス中に
分散し浮遊した状態で生成される。続いて、制御バルブ
２７を開け、アルミニウムの超微粒子をヘリウムガスに
分散、浮遊させたエアロゾルが成膜容器１１内へ導入さ
れる。所定量のアルミニウムを蒸発させた後、ルツボ２
３のシャッタが閉じられ、制御バルブ２９を開度調整し
て、成膜容器１１内がエアロゾル生成室２１と共に昇圧
され、圧力５ａｔｍに維持される。この間、エアロゾル
は基体Ｓの有する溝６、ビヤホール７の内部へ侵入し、
アルミニウムの超微粒子は拡散して溝６、ビヤホール７
の加熱されている内壁面に吸着されてアルミニウムの薄
膜が形成される。
リウムガス中にアルミニウムの超微粒子を分散、浮遊さ
せたエアロゾルを生成させるが、超微粒子の粒子径は蒸
発時のアルミニウムの温度、使用するガスの種類、ガス
の圧力によってほぼ決定される。図６を参照し、制御バ
ルブ２９を開いてボンベ２８からヘリウムガスを導入し
てエアロゾル生成室２１内を２６０Ｐａの圧力に維持す
る。同時にアルミニウム２６をルツボ２３と共に高周波
誘導加熱して１１００℃の温度とし、ルツボ２３のシャ
ッタが開けられてアルミニウム２６が蒸発されることに
より、平均粒子径５ｎｍの超微粒子がヘリウムガス中に
分散し浮遊した状態で生成される。続いて、制御バルブ
２７を開け、アルミニウムの超微粒子をヘリウムガスに
分散、浮遊させたエアロゾルが成膜容器１１内へ導入さ
れる。所定量のアルミニウムを蒸発させた後、ルツボ２
３のシャッタが閉じられ、制御バルブ２９を開度調整し
て、成膜容器１１内がエアロゾル生成室２１と共に昇圧
され、圧力５ａｔｍに維持される。この間、エアロゾル
は基体Ｓの有する溝６、ビヤホール７の内部へ侵入し、
アルミニウムの超微粒子は拡散して溝６、ビヤホール７
の加熱されている内壁面に吸着されてアルミニウムの薄
膜が形成される。
【００４８】基体Ｓの溝６、ビヤホール７の内壁面に形
成されるアルミニウム膜の膜厚は、膜厚モニタ１５に形
成される薄膜の膜厚を光学的に測定して決定される。測
定制御装置１６は時間と共に連続的に膜厚を測定してお
り、所定の膜厚が得られると、制御バルブ２７、２９が
閉じられる。
成されるアルミニウム膜の膜厚は、膜厚モニタ１５に形
成される薄膜の膜厚を光学的に測定して決定される。測
定制御装置１６は時間と共に連続的に膜厚を測定してお
り、所定の膜厚が得られると、制御バルブ２７、２９が
閉じられる。
【００４９】形成せんとする膜厚が大である場合や、そ
の他エアロゾル１回の適用で所定の膜厚が得られない場
合は、上述の基体Ｓの清浄化以外の操作が繰り返して行
われるが、この間、制御バルブ２７、２９の開閉、ルツ
ボ２３のシャッタの開閉、真空排気系１２の起動と停止
とは測定制御装置１６によって行われる。
の他エアロゾル１回の適用で所定の膜厚が得られない場
合は、上述の基体Ｓの清浄化以外の操作が繰り返して行
われるが、この間、制御バルブ２７、２９の開閉、ルツ
ボ２３のシャッタの開閉、真空排気系１２の起動と停止
とは測定制御装置１６によって行われる。
【００５０】所定の膜厚のアルミニウム薄膜が形成され
ると、真空排気系１２が起動されて成膜容器１１内が真
空排気され、次いで、制御バルブ３４を開けてアルゴン
ガスが導入されると共に保持台１４の加熱装置によって
基体Ｓを３００℃の温度として所定の時間加熱される。
この加熱によってアルミニウム膜の応力緩和と安定化が
行われて成膜の一連の操作が完了し、溝６、孔７の内壁
面に均一にアルミニウム薄膜の形成された基体Ｓが成膜
容器１１の外へ取り出される。
ると、真空排気系１２が起動されて成膜容器１１内が真
空排気され、次いで、制御バルブ３４を開けてアルゴン
ガスが導入されると共に保持台１４の加熱装置によって
基体Ｓを３００℃の温度として所定の時間加熱される。
この加熱によってアルミニウム膜の応力緩和と安定化が
行われて成膜の一連の操作が完了し、溝６、孔７の内壁
面に均一にアルミニウム薄膜の形成された基体Ｓが成膜
容器１１の外へ取り出される。
【００５１】なお、上述の例では平均粒子系５ｎｍのア
ルミニウムの超微粒子によって幅０．１μｍ、アスペク
ト比３の溝６、孔径０．２μｍ、アスペクト比５のビヤ
ホール７の内壁面へ成膜するために、エアロゾル生成時
には圧力２６０Ｐａ、成膜時には圧力５ａｔｍと圧力を
二段に変えたが、例えば孔径が２μｍでアスペクト比１
のような孔に対しては、エアロゾル生成時の圧力と成膜
時の圧力を１０3 〜１０4 Ｐａに共通させ得る。
ルミニウムの超微粒子によって幅０．１μｍ、アスペク
ト比３の溝６、孔径０．２μｍ、アスペクト比５のビヤ
ホール７の内壁面へ成膜するために、エアロゾル生成時
には圧力２６０Ｐａ、成膜時には圧力５ａｔｍと圧力を
二段に変えたが、例えば孔径が２μｍでアスペクト比１
のような孔に対しては、エアロゾル生成時の圧力と成膜
時の圧力を１０3 〜１０4 Ｐａに共通させ得る。
【００５２】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
たが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５３】例えば本発明の実施の形態においては、成
膜容器１１には基体Ｓを１枚のみ保持する基体保護台１
４を設けたが、勿論、図７のＡに示すように複数枚の基
体Ｓを保持し得る基体保持台１４’を設けて同時に成膜
するようにしてもよく、図７のＢに示すように複数枚の
基体Ｓ’を角筒ドラム１８の周囲に取り付けて軸心の廻
りに回転するような基体保護台１４”を設けてもよい。
膜容器１１には基体Ｓを１枚のみ保持する基体保護台１
４を設けたが、勿論、図７のＡに示すように複数枚の基
体Ｓを保持し得る基体保持台１４’を設けて同時に成膜
するようにしてもよく、図７のＢに示すように複数枚の
基体Ｓ’を角筒ドラム１８の周囲に取り付けて軸心の廻
りに回転するような基体保護台１４”を設けてもよい。
【００５４】また本発明の実施の形態においては、１基
の成膜容器１１からなる薄膜形成装置１０を示したが、
図８に示すように仕切り弁を介して複数の成膜容器１１
1 、１１2 、・・・・・、１１n を連設し、基板Ｓを順
次移動させて多層成膜を行なうような薄膜形成装置とし
てもよい。連設の方式としては図８のＡに示すように直
線状に配置するインライン方式、図８のＢに示すように
円環状に配置するロータリ方式、図８のＣに示すように
中央の分配センタ１１ｃの周囲に放射状に配置するクラ
スター方式が可能である。何れの方式においても各成膜
容器１１1 、１１2 、・・・・・、１１n 毎に真空排気
系、エアロゾル生成室、ガス供給系、測定制御装置が一
体的に設けられているが、図８においてはこれらは省略
している。また、何れの方式においても系内に基体を出
し入れするための仕込・取出室１１0 が設けられる。図
８のＡのインライン方式においては一端に仕込室１１
0 ’、他端に取出室１１0 ”が設けられる。この場合、
仕込室１１0 ’を基体Ｓの清浄化室とすることも可能で
ある。図８のＢのロータリ方式においては基体Ｓは例え
ば矢印ｍの方向へ移動されるが、各成膜容器１１1 、１
１2 、・・・・・、１１6 も矢印ｎの方向へ回転可能と
なっている。図８のＣのクラスター方式においては中央
の分配センタ１１ｃの中心に回転し、アームを伸縮させ
るロボットＲが設けられ、各成膜容器１１1 、１１2 と
基体Ｓの出し入れを行なう。
の成膜容器１１からなる薄膜形成装置１０を示したが、
図８に示すように仕切り弁を介して複数の成膜容器１１
1 、１１2 、・・・・・、１１n を連設し、基板Ｓを順
次移動させて多層成膜を行なうような薄膜形成装置とし
てもよい。連設の方式としては図８のＡに示すように直
線状に配置するインライン方式、図８のＢに示すように
円環状に配置するロータリ方式、図８のＣに示すように
中央の分配センタ１１ｃの周囲に放射状に配置するクラ
スター方式が可能である。何れの方式においても各成膜
容器１１1 、１１2 、・・・・・、１１n 毎に真空排気
系、エアロゾル生成室、ガス供給系、測定制御装置が一
体的に設けられているが、図８においてはこれらは省略
している。また、何れの方式においても系内に基体を出
し入れするための仕込・取出室１１0 が設けられる。図
８のＡのインライン方式においては一端に仕込室１１
0 ’、他端に取出室１１0 ”が設けられる。この場合、
仕込室１１0 ’を基体Ｓの清浄化室とすることも可能で
ある。図８のＢのロータリ方式においては基体Ｓは例え
ば矢印ｍの方向へ移動されるが、各成膜容器１１1 、１
１2 、・・・・・、１１6 も矢印ｎの方向へ回転可能と
なっている。図８のＣのクラスター方式においては中央
の分配センタ１１ｃの中心に回転し、アームを伸縮させ
るロボットＲが設けられ、各成膜容器１１1 、１１2 と
基体Ｓの出し入れを行なう。
【００５５】また本発明の実施の形態においては、エア
ロゾル生成室２１内でのアルミニウムの蒸発に高周波誘
導加熱を採用したが、これ以外の電子ビーム加熱、レー
ザ加熱、アーク放電加熱とすることもできる。
ロゾル生成室２１内でのアルミニウムの蒸発に高周波誘
導加熱を採用したが、これ以外の電子ビーム加熱、レー
ザ加熱、アーク放電加熱とすることもできる。
【００５６】また本発明の実施の形態においては、成膜
容器１１の真空排気系１２を兼用してエアロゾル生成室
２１の真空排気も行なったが、エアロゾル生成室２１専
用の真空排気系を別に設けてもよく、また、成膜容器１
１の加圧、圧力保持にエアロゾル生成室２１の制御バル
ブ２９を使用したが、成膜容器１１専用の圧力制御バル
ブとガスボンベとを別に設けてもよい。
容器１１の真空排気系１２を兼用してエアロゾル生成室
２１の真空排気も行なったが、エアロゾル生成室２１専
用の真空排気系を別に設けてもよく、また、成膜容器１
１の加圧、圧力保持にエアロゾル生成室２１の制御バル
ブ２９を使用したが、成膜容器１１専用の圧力制御バル
ブとガスボンベとを別に設けてもよい。
【００５７】また本発明の実施の形態に使用した基体Ｓ
は貫通孔を持たないものであったが、微細でアスペクト
比の大きい貫通孔の内壁面にも有底孔と同様に薄膜を形
成させ得る。
は貫通孔を持たないものであったが、微細でアスペクト
比の大きい貫通孔の内壁面にも有底孔と同様に薄膜を形
成させ得る。
【００５８】また本発明の実施の形態においては、シリ
コン基板１をベースとする基体Ｓにアルミニウムの薄膜
を形成させたが、微細な孔を多数に有する３次元のセラ
ミックスを担体とし、この微細な孔の内壁面に触媒能を
有する金属、例えばパラジウムを成膜し、成膜後に活性
化させるような場合にも本発明の微粒子による薄膜形成
方法とその薄膜形成装置は好適に利用し得る。
コン基板１をベースとする基体Ｓにアルミニウムの薄膜
を形成させたが、微細な孔を多数に有する３次元のセラ
ミックスを担体とし、この微細な孔の内壁面に触媒能を
有する金属、例えばパラジウムを成膜し、成膜後に活性
化させるような場合にも本発明の微粒子による薄膜形成
方法とその薄膜形成装置は好適に利用し得る。
【００５９】また本発明の実施の形態においては、アル
ミニウムの超微粒子による成膜を例示したが、アルミニ
ウム以外の金属、例えば金、銀、白金、その他各種の金
属を超微粒子として薄膜を形成させることができる。更
にはＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＴｉＮ（窒化チタ
ン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＯ2 （酸化シ
リコン）、Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）のようなセラミック
ス類も超微粒子として薄膜を形成させ得る。また、本発
明の実施の形態においては超微粒子の分散媒としてヘリ
ウムガスを例示したが、アルゴンガス、水素ガス、窒素
ガス、酸素ガスでよく、またはそれらの混合ガスでもよ
い。
ミニウムの超微粒子による成膜を例示したが、アルミニ
ウム以外の金属、例えば金、銀、白金、その他各種の金
属を超微粒子として薄膜を形成させることができる。更
にはＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＴｉＮ（窒化チタ
ン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＯ2 （酸化シ
リコン）、Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）のようなセラミック
ス類も超微粒子として薄膜を形成させ得る。また、本発
明の実施の形態においては超微粒子の分散媒としてヘリ
ウムガスを例示したが、アルゴンガス、水素ガス、窒素
ガス、酸素ガスでよく、またはそれらの混合ガスでもよ
い。
【００６０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の超微粒子に
よる薄膜形成方法、およびその薄膜形成装置によれば、
従来のＰＶＤ法では成膜し得ないような孔径が２μｍ以
下でアスペクト比が１以上の有底孔、貫通孔、または同
等の溝の内壁面に均一に薄膜を形成させることができ
る。このことにより線幅をμｍ単位またはそれ以下とし
て多層配線する集積度の高い半導体デバイスの製造にも
十分に対応して薄膜を形成させ得るし、また、微細な孔
の内壁面に触媒の薄膜を形成させることが要求される高
性能触媒の製造も可能となる。
よる薄膜形成方法、およびその薄膜形成装置によれば、
従来のＰＶＤ法では成膜し得ないような孔径が２μｍ以
下でアスペクト比が１以上の有底孔、貫通孔、または同
等の溝の内壁面に均一に薄膜を形成させることができ
る。このことにより線幅をμｍ単位またはそれ以下とし
て多層配線する集積度の高い半導体デバイスの製造にも
十分に対応して薄膜を形成させ得るし、また、微細な孔
の内壁面に触媒の薄膜を形成させることが要求される高
性能触媒の製造も可能となる。
【００６１】加えて、適用されるエアロゾル中の超微粒
子による薄膜の形成は超微粒子の発生源と基体との間の
幾何学的配置、機械的配置に影響されず均一な薄膜が形
成され、薄膜形成装置を設計する場合の自由度が大き
い。また、液相成膜法、ＣＶＤ法による成膜のように薄
膜中に不純物を含まない。
子による薄膜の形成は超微粒子の発生源と基体との間の
幾何学的配置、機械的配置に影響されず均一な薄膜が形
成され、薄膜形成装置を設計する場合の自由度が大き
い。また、液相成膜法、ＣＶＤ法による成膜のように薄
膜中に不純物を含まない。
【図１】微細な孔、溝を有する基体の部分拡大斜視図で
ある。
ある。
【図２】基体に与えた温度勾配によって発生する熱泳動
力の方向を示す図である。
力の方向を示す図である。
【図３】図４と共に超微粒子による薄膜の形成を概念的
に示す図であり、Ａは成膜初期における超微粒子の吸着
を示し、Ｂは吸着された超微粒子１個についての原子
（分子）レベルの拡大図である。
に示す図であり、Ａは成膜初期における超微粒子の吸着
を示し、Ｂは吸着された超微粒子１個についての原子
（分子）レベルの拡大図である。
【図４】図３と共に超微粒子による薄膜の形成を概念的
に示す図であり、Ａは核の成長した島構造の膜、Ｂは成
長した緻密な膜である。また、Ｃは図３のＢに対応する
原子（分子）レベルの拡大図であり、原子（分子）の核
形成と内部への化学吸着を示す。
に示す図であり、Ａは核の成長した島構造の膜、Ｂは成
長した緻密な膜である。また、Ｃは図３のＢに対応する
原子（分子）レベルの拡大図であり、原子（分子）の核
形成と内部への化学吸着を示す。
【図５】薄膜形成装置の模式断面図である。
【図６】エアロゾル生成室の模式断面図である。
【図７】複数の基板を保持し得る基体保持台を示す模式
側面図であり、Ａは固定式、Ｂは回転式である。
側面図であり、Ａは固定式、Ｂは回転式である。
【図８】複数の成膜容器の連設を示す模式平面図であ
り、Ａはインライン方式、Ｂはロータリ方式、Ｃはクラ
スタ方式である。
り、Ａはインライン方式、Ｂはロータリ方式、Ｃはクラ
スタ方式である。
６ 溝 ７ ビヤホール １０ 薄膜形成装置 １１ 成膜容器 １２ 真空排気系 １４ 基板保持台 １５ 膜厚モニタ １６ 測定制御装置 ２１ エアロゾル生成室 ２７ 制御バルブ（供給制御用） ２８ ボンベ（ヘリウムガス） ２９ 制御バルブ（圧力制御用） ３１ ガス供給系 ３３ ガス供給系 Ｓ 基体
Claims (17)
- 【請求項１】 真空下にある基体の有する孔径２μｍ以
下でアスペクト比１以上の有底孔、貫通孔、または同等
の溝の内壁面に対し、粒子径０．１μｍ以下の超微粒子
を圧力１０2 Ｐａ以上の気体中に分散させ浮遊させたエ
アロゾルを適用し、前記超微粒子を拡散、吸着させるこ
とを特徴とする超微粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記基体における前記有底孔、前記貫通
孔、または前記溝の周辺部に温度分布または温度勾配を
与えて、形成される薄膜の厚さを制御する請求項１に記
載の超微粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項３】 前記基体の温度を上昇させて吸着される
前記超微粒子を活性化し、前記基体の前記内壁面へ表面
拡散させるか、または前記基体に化学吸着させる請求項
１に記載の超微粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項４】 吸着される前記超微粒子に対して水素、
酸素、窒素、ハロゲン、炭化水素などのガスを反応させ
て前記超微粒子の表面を修飾する請求項１から請求項４
までの何れかに記載の超微粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項５】 前記エアロゾルの適用を複数回繰り返し
て前記超微粒子による前記薄膜を積層する請求項１から
請求項４までに何れかに記載の超微粒子による薄膜形成
方法。 - 【請求項６】 それぞれ種類の異なる前記超微粒子を分
散させ浮遊させた複数の前記エアロゾルを順次適用し
て、前記種類の異なる前記超微粒子による前記薄膜を積
層する請求項１から請求項５までの何れかに記載の超微
粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項７】 種類の異なる前記超微粒子が混合して分
散され浮遊された前記エアロゾルを適用して、混合され
た前記超微粒子による前記薄膜を形成させる請求項１か
ら請求項６までの何れかに記載の超微粒子による薄膜形
成方法。 - 【請求項８】 形成された前記超微粒子による前記薄膜
を保護用気体または保護用液体で被覆して保護する請求
項１から請求項７までの何れかに記載の超微粒子による
薄膜形成方法。 - 【請求項９】 前記超微粒子が金属またはセラミックス
の超微粒子である請求項１から請求項８までの何れかに
記載の超微粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項１０】 前記気体がヘリウムガス、アルゴンガ
ス、水素ガス、窒素ガス、酸素ガスのいずれか、または
それらの混合ガスである請求項１から請求項９までの何
れかに記載の超微粒子による薄膜形成方法。 - 【請求項１１】 蒸発された原料物質を粒子径０．１μ
ｍ以下の超微粒子として気体中に分散させ浮遊させるエ
アロゾル生成装置と真空排気系とが接続されており、か
つ薄膜を形成させるべき孔径２μｍ以下でアスペクト比
１以上の有底孔、貫通孔または同等の溝を有する基体の
保持機構及び加熱機構と、導入されるエアロゾルを所定
の圧力に維持する圧力調整機構とを備えた薄膜形成容器
からなることを特徴とする超微粒子による薄膜形成装
置。 - 【請求項１２】 前記加熱機構が前記基体の前記有底
孔、前記貫通孔、または前記溝の周辺部に温度分布また
は温度勾配を与えるための第１加熱源、および前記基体
の温度を上昇させ該基体の前記有底孔、前記貫通孔、ま
たは前記溝に吸着される前記超微粒子を活性化させるた
めの第２加熱源の少なくとも何れか一方である請求項１
１に記載の超微粒子による薄膜形成装置。 - 【請求項１３】 吸着される前記超微粒子または下地壁
の表面を修飾するための水素、窒素、ハロゲン、炭化水
素などのガスの導入機構が設けられている請求項１１ま
たは請求項１２に記載の超微粒子による薄膜形成装置。 - 【請求項１４】 前記超微粒子によって形成される前記
薄膜の厚さを時間的に連続して測定し、その測定結果に
基づいて少なくとも前記エアロゾルの導入の開始と停止
の制御および前記圧力調整機構の制御を行なう測定制御
装置が設けられている請求項１１から請求項１３までの
何れかに記載の超微粒子による薄膜形成装置。 - 【請求項１５】 前記超微粒子によって形成される前記
薄膜を保護するための保護用気体または保護用液体の導
入機構が設けられている請求項１１から請求項１４まで
の何れかに記載の超微粒子による薄膜形成装置。 - 【請求項１６】 前記保持機構が複数の前記基体を保持
し得るように構成されている請求項１１から請求項１５
までの何れかに記載の超微粒子による薄膜形成装置。 - 【請求項１７】 複数の前記薄膜形成容器が直線状に配
置されるインライン方式か、円環状に配置されるロータ
リ方式か、または前記基体の分配センタを中央にして放
射状に配置されるクラスタ方式に連接されている請求項
１１から請求項１６までの何れかに記載の超微粒子によ
る薄膜形成装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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