JP2000256828A - ガスデポジション装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超微粒子の吸い込み状態を任意に停止もしく
は開始することが出来、それにより、任意に超微粒子の
堆積膜の形成を任意に開始もしくは停止を行うことが出
来るガスデポジション装置および方法を提供する。 【解決手段】 ガスデポジション装置の蒸発源の開口部
に開閉機構を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は基板上に超微粒子の
厚膜あるいは圧粉体を形成するガスデポジション装置お
よびそれを用いたガスデポジション方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】粒径が０．１μｍ以下の超微粒子は、一
度ガス中に浮遊すると、エアロゾル状となり、重力によ
る自由落下速度が極めて小さく、ガスの流れに乗って容
易に搬送される。これらの現象は超微粒子の材質が金属
や化合物のように密度が異なってもほとんど影響を受け
ない。この性質を利用し、超微粒子の膜を形成できるこ
とが報告されている（第９０回ニューセラミックス懇話
会研究会資料）。具体的には、超微粒子生成室で物質蒸
気を発生させ、搬送管を通してＨｅガスと共に膜形成室
へ送り、空中で凝集した超微粒子を膜形成室において搬
送管のノズルから基体の表面へ超高速で噴射させ、超微
粒子を基体の表面に密着させて超微粒子膜を形成するも
のである。

【０００３】膜形成方法として一般的な印刷ペーストを
焼成する厚膜法、あるいは真空蒸着やスパッタリング等
の薄膜法では、基体に成膜できる膜質が金属酸化物等に
限られているのに対して、このようなガスデポジション
法は、基体に成膜できる膜質に特に制限はなく、金属や
無機物、有機化合物などでも超微粒子膜を形成できると
いう特長を有する。

【０００４】図５は、従来例のガスデポジション装置を
示した図である。膜形成室１０２がバルブ１１５を介し
て接続される真空ポンプ１１４によって真空引きされて
いるので、超微粒子生成室１０１と膜形成室１０２との
間には差圧が生じている。蒸発源（るつぼ）１０３は電
源１１２に接続され、るつぼ１０３内には蒸発されるべ
き物質１０４が収容されている。超微粒子生成室１０１
において、バルブ１１３を介して導入される不活性ガス
の雰囲気中で、抵抗加熱法により生成されたエアロゾル
状の金属超微粒子は上述の差圧により膜形成室１０２内
に搬送され、ノズル１０８より高速噴射される。ガスデ
ポジション装置は、これによって基板１０７上に超微粒
子膜及び小塊状の圧粉体を形成する。また、バルブ１１
０を閉めることにより超微粒子の搬送を停止する。

【０００５】従来のガスデポジション装置では、超微粒
子の供給部から膜形成室への搬送開始或いは搬送停止
は、ガス導入管に接続したバルブ、または搬送管の途中
に配置したシャッターの開閉操作で行う。そのため、バ
ルブまたはシャッターを閉鎖すると搬送管内の圧力差が
なくなり、その結果、搬送途中の粒子は搬送管内に沈降
物として沈降する。その後、バルブまたはシャッターを
開いて搬送を再開すると、搬送管内の沈降物は凝集体と
なって搬送管或いは搬送管にシャッターが設けられてい
る場合はシャッター内に付着して、これらを閉塞した
り、或いはノズルより噴射されて基板上に堆積して不均
一な厚さの膜が形成されたり、基板上に不要な膜の形
成、或いは膜に裾引きが生じる等の問題がある。

【０００６】また、電磁バルブを閉めることにより、超
微粒子生成室とバルブの上流側の間には差圧がなくなる
ため、その間に存在する超微粒子は自然落下し、搬送管
の内壁に沈着する。この沈着した超微粒子は、再度バル
ブを開いた時には凝集体となって搬送され、付着力等の
膜質を低下させるという問題がある。さらに、バルブを
閉めることにより、膜形成室とバルブの下流側の間にも
差圧が徐々になくなるため、ノズルからの噴射エネルギ
ーが徐々に低下し、付着力や密度の低下を引き起こす問
題があった。

【０００７】これらの問題を解決する手段として特開平
５−２９９５５２５号で開示されている方法は、搬送管
の開口部及び蒸発源のいずれか一方を、他方に対し遠ざ
かる方向に相対的に所定距離又は所定距離以上へ迅速に
移動する。そして、搬送管より上方で、搬送管と同心円
で、これより大径の吹込管を配設し、吹込管と搬送管と
の間の環状空間を排気装置に接続し余分な超微粒子を排
出し、ノズルからの超微粒子の噴射を停止させることを
特徴としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、発生した超微粒子が超微粒子生成室内で対流するこ
とにより搬送管の開口部に吸い込まれてしまい、粒子の
供給部から膜形成室へ搬送を完全に停止することはでき
ないといった問題がある。

【０００９】本発明は、上記の問題点である粒子の供給
部から膜形成室への搬送停止問題を解決するため、蒸発
源と対向する搬送管の開口部に超微粒子が吸い込まれな
いようにすることにより、ノズルからの超微粒子の噴射
を任意に停止もしくは噴射させることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究した
結果、蒸発源と対向する搬送管の開口部に超微粒子が吸
い込まれないように、蒸発源の開口部に開閉機構を備え
ることによって、上記課題が解決されることを見出し本
発明に至った。

【００１１】すなわち、本発明は、蒸発源および該蒸発
源の上方に搬送管の開口部を設けた超微粒子生成室と、
該搬送管の他開口部に結合されたノズル及びこれに対向
して配設される基板を固定するステージを設けた膜形成
室とから成り、該蒸発源より蒸発する超微粒子を該超微
粒子生成室内に導入されるガスと共に該搬送管中を搬送
し、該ノズルから噴射する超微粒子を該基板上に堆積さ
せることにより膜形成するガスデポジション装置におい
て、該蒸発源の開口部に開閉機構を備えたことを特徴と
する。

【００１２】例えば、前記開閉機構が少なくとも一つの
スライド可能な蓋である場合や、少なくとも一つの、あ
る一点を支点として可動することが可能な蓋である場合
が挙げられる。

【００１３】また、本発明は、これらのガスデポジショ
ン装置を用い、ノズルから噴射する超微粒子を基板上に
堆積させることにより膜形成するガスデポジション方法
である。

【００１４】ここで、前記超微粒子搬送管への前記微粒
子の吸込みを停止した際に、前記超微粒子搬送管内の前
記超微粒子が前記超微粒子搬送管内から完全に噴射さ
れ、前記基板上に堆積されるまでの時間を考慮すること
が好ましく、また前記超微粒子搬送管への微粒子の吸込
みを開始した際に、超微粒子が前記超微粒子搬送管内か
ら噴射され、前記基板上への堆積が開始されるまでの時
間を考慮することが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて本発明の実施の
形態を詳細に説明する。図１は、発明の１実施形態を示
す蓋１が設置された蒸発源（るつぼ）３部の拡大図であ
る。蓋１が設置された蒸発源（るつぼ）３は、不図示の
超微粒子生成室内に配置されている。超微粒子搬送管１
の開口２が蒸発源（るつぼ）３と対向して配置されてい
る。蒸発源（るつぼ）３には電源７により電極８が取り
付けられている。蒸発源（るつぼ）３内には超微粒子原
材料４が収容されている。蒸発源（るつぼ）３の上面に
はスライド移動６が可能な蓋５が設置されている。

【００１６】図２（ａ）、（ｂ）は、図１の実施形態の
蓋５による微粒子搬送管１の開口２への超微粒子吸い込
みの停止および開始を任意に行う行程を示した図であ
る。図２（ａ）に示されるように、膜形成開始におい
て、蓋５は移動１０し、蒸発源（るつぼ）３の上面が開
放された状態にある。超微粒子搬送管１が蒸発源るつ３
と対向した位置にあり、蒸発源（るつぼ）３は、電源７
より電極８を介して電力を加え、その抵抗加熱により加
熱する。加熱により蒸発源（るつぼ）３内に収容されて
いる超微粒子原材料４が蒸発し、超微粒子生成室内圧よ
り膜形成室内圧を低くすることにより生じる超微粒子流
れ９により、超微粒子搬送管１の開口２から膜形成室へ
と搬送し、ノズルより高速噴射されて基板上面に超微粒
子膜を形成する。

【００１７】膜形成を停止するには、図２（ｂ）に示さ
れるように、蒸発源（るつぼ）３上面に設置されている
蓋５を移動１１し、蒸発源（るつぼ）３内の蒸発した超
微粒子材料４を蒸発源（るつぼ）３内に閉じこめること
で、超微粒子搬送管１への超微粒子搬送管の開口２への
超微粒子の吸込みを停止する。再度、膜形成を開始する
には、蓋５を移動１０し、蒸発源（るつぼ）３の上面が
開放された状態にすればよい。

【００１８】図３は、本発明の他の実施形態を示す蓋１
３が設置された蒸発源（るつぼ）部３の拡大図である。
不図示の超微粒子生成室内に、超微粒子搬送管１の開口
２が蒸発源（るつぼ）３と対向して配置されている。蒸
発源（るつぼ）３には電源７により電極８が取り付けら
れている。蒸発源（るつぼ）３内には超微粒子原材料４
が収容されている。蒸発源（るつぼ）３の上面には取付
部材１２により開閉移動１４が可能な蓋１３が取り付け
られている。

【００１９】図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示される蓋
１３による微粒子搬送管１の開口２への超微粒子吸い込
みの停止および開始を任意に行う行程を示した図であ
る。図４（ａ）に示されるように、膜形成開始におい
て、蓋１３は移動１５し、蒸発源（るつぼ）３の上面が
開放された状態にある。超微粒子搬送管１が蒸発源（る
つぼ）３と対向した位置にあり、蒸発源（るつぼ）３は
電源７より電極８を介して電力を加え、その抵抗加熱に
より加熱する。加熱により蒸発源（るつぼ）３内に収容
されている超微粒子原材料４が蒸発し、超微粒子生成室
内圧より膜形成室内圧を低くすることにより生じる超微
粒子流れ１６により、超微粒子搬送管１の開口２から膜
形成室へと搬送し、ノズルより高速噴射されて基板上面
に超微粒子膜を形成する。

【００２０】膜形成を停止するには、図４（ｂ）に示さ
れるように、蒸発源（るつぼ）３上面に設置されている
蓋１３を移動１７し、蒸発源（るつぼ）３内の蒸発した
超微粒子材料４を蒸発源（るつぼ）３内に閉じこめるこ
とで、超微粒子搬送管１への超微粒子搬送管の開口２へ
の超微粒子の吸込みを停止する。再度、膜形成を開始す
るには、蓋１３を移動１５させ、蒸発源（るつぼ）３の
上面を開放された状態にすればよい。

【００２１】

【実施例】以下、本発明について実施例を用いて具体的
に説明する。 ［実施例１］図１および２において、超微粒子配送管は
内径１．５mmのステンレス製のものを用いた。蒸発源
（るつぼ）蓋は半径８mmで厚さ３mmのステンレス製の半
円盤を２つ用いた。蓋が閉じた状態の際は半円盤の直線
部分が密着した状態になるようにした。蓋の開閉にはサ
ーボモータを用い電気信号を送ることにより任意に行え
るようにした。蒸発源（るつぼ）には内径１３mmのアル
ミナコートタングステンバスケットを用いた。超微粒子
搬送管の開口と蒸発源（るつぼ）の距離は４５mmとし
た。

【００２２】また、不図示の超微粒子生成室、膜形成室
および超微粒子排出室にはヘリウムガスを導入した。超
微粒子生成室内の気圧を１６００Torrとし、膜形成室内
を真空ポンプで減圧し、蒸発源（るつぼ）上面の蓋を開
いた状態とし、蒸発源（るつぼ）内に３０ｇの銅を設置
し抵抗加熱により約１５００℃に加熱し銅を蒸発させ
た。膜形成室内のステージ上面にはガラス基板を設置し
６mm/minで一方向に１０sec 移動し膜形成を行った。

【００２３】その後、サーボモータにより５００mm/sec
の速度で蓋を閉じ、超微粒子搬送管内に含まれる超微粒
子が完全にガラス基板上に体積される時間を考慮して基
板を約２sec 停止した。

【００２４】再びガラス基板を設置したステージを６mm
/minで一方向に１０sec 移動した後、サーボモータによ
り５００mm/secの速度で蓋を開き、蒸発源（るつぼ）よ
り発生した超微粒子が超微粒子搬送管に吸い込まれガラ
ス基板上に堆積を介しする時間を考慮し約2sec停止し
た。その後、再びガラス基板を設置したステージを６mm
/minで一方向に１０sec 移動し、膜形成を行った。その
後、ガラス基板を取り出し膜厚を測定した結果、超微粒
子搬送停止前後の膜質および膜厚に変化はなかった。

【００２５】［実施例２］図３および４において、超微
粒子配送管は内径１．５mmのステンレス製のものを用い
た。蒸発源（るつぼ）蓋は直径８mmで厚さ３mmのステン
レス製の円盤を用いた。蓋の開閉にはサーボモータを用
い電気信号を送ることにより任意に行えるようにした。
蒸発源（るつぼ）には内径１３mmのアルミナコートタン
グステンバスケットを用いた。超微粒子搬送管の開口と
蒸発源（るつぼ）の距離は４５mmとした。また、不図示
の超微粒子生成室、膜形成室および超微粒子排出室には
ヘリウムガスを導入した。

【００２６】超微粒子生成室内の気圧を１６００Torrと
し、膜形成室内を真空ポンプで減圧し、蒸発源（るつ
ぼ）上面の蓋を開いた状態とし、蒸発源（るつぼ）内に
３０ｇの銅を設置し、抵抗加熱により約１５００℃に加
熱し、銅を蒸発させた。膜形成室内のステージ上面には
ガラス基板を設置し６mm/minで一方向に１０sec 移動し
膜形成を行った。

【００２７】その後、サーボモータにより５００mm/sec
の速度で蓋を閉じ、超微粒子搬送管内に含まれる超微粒
子が完全にガラス基板上に体積される時間を考慮して、
基板を約２．5sec停止した。

【００２８】再びガラス基板を設置したステージを６mm
/minで一方向に１０sec 移動した後、サーボモータによ
り５００mm/secの速度で蓋を開き、蒸発源（るつぼ）よ
り発生した超微粒子が超微粒子搬送管に吸い込まれガラ
ス基板上に堆積を介しする時間を考慮し約２．５sec 停
止した。その後、再びガラス基板を設置したステージを
６mm/minで一方向に１０sec 移動し、膜形成を行った。

【００２９】その後、ガラス基板を取り出し膜厚を測定
した結果、超微粒子搬送停止前後の膜質および膜厚に変
化はなかった。

【００３０】［比較例］図５において、超微粒子配送管
および超微粒子排出管はともに内径１．５mmのステンレ
ス製のものを用い、超微粒子配送管を移動する駆動源に
はサーボモータを使用した。蒸発源（るつぼ）には内径
１３mmのアルミナコートタングステンバスケットを用い
た。超微粒子搬送管の開口と蒸発源（るつぼ）の距離は
４５mmとした。また、超微粒子生成室、膜形成室および
超微粒子排出室はヘリウムガスを導入した。余分な微粒
子を排出する吹込口の内径を３０mmとし、超微粒子配送
管より５０mm上方に設置されている。

【００３１】超微粒子生成室内の気圧を１６００Torrと
し、膜形成室内および超微粒子排出室内は真空ポンプに
より減圧した。蒸発源（るつぼ）内に３０ｇの銅を設置
し、抵抗加熱により約１５００℃に加熱し、銅を蒸発さ
せた。膜形成室内のステージ上面にはガラス基板を設置
し、６mm/minで一方向に１０sec 移動し、膜形成を行っ
た。

【００３２】その後、超微粒子搬送管のバルブをしめ１
０sec 放置した。その後、超微粒子搬送管のバルブを開
き膜形成を１０sec 行った。

【００３３】ガラス基板を取り出し膜厚を測定した結
果、バルブを閉じた後に行った堆積膜中には凝集体が存
在し膜の吸着力が低下するなどバルブを閉じる前の比
べ、膜質が変化していた。

【００３４】

【発明の効果】本発明のガスデポジション装置および方
法によれば、ノズルからの超微粒子の噴射を任意に停止
もしくは開始することにより、任意に超微粒子の堆積膜
を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１のガスデポジション装置の
超微粒子吸込み部の拡大図である。

【図２】 本発明の実施例１の超微粒子の吸込み停止お
よび開始工程を示す側面図である。

【図３】 本発明の実施例２のガスデポジション装置の
超微粒子吸込み部の拡大図である。

【図４】 本発明の実施例２の超微粒子吸込み停止およ
び開始工程を示す側面図である。

【図５】 従来のガスデポジション装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：超微粒子排出管、２：開口、３：超微粒子搬送管、
４：開口、５：蒸発源（るつぼ）、６：電源、７：電
極、８：超微粒子原材料、９：取付部材、１０：駆動
軸、１１：移動方向、１２：超微粒子ながれ、１３：移
動方向、１４：超微粒子排出蓋、１５：開口、１６：取
付部材、１７：駆動軸、１８，１９：移動方向、２０：
超微粒子生成室、２１：膜形成室、２２：バルブ、２
３：真空ポンプ、２４：るつぼ、２５：電源、２６：物
質、２７：バルブ、２８：ノズル、２９：基板、３０：
超微粒子搬送管、３１：バルブ、３２：超微粒子排出
管、３３，３４：バルブ、３５：超微粒子排出室、３
６：バルブ、３７：真空ポンプ、３８：超微粒子、３
９：搬送方向、４０排出方向、４１：搬送方向、４２：
圧力計、４３：バルブ、４４，４５，４６，４７：開
口、４８：電極、１０１：超微粒子生成室、１０２：膜
形成室、１０３：蒸発源（るつぼ）、１０４：物質、１
０５：超微粒子搬送管、１０６：超微粒子流れ、１０
７：基板、１０８：ノズル、１０９：超微粒子、１１
０：バルブ、１１１：電極、１１２：電源、１１３：バ
ルブ、１１４：真空ポンプ、１１５：バルブ、１１６：
圧力計。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発源および該蒸発源の上方に搬送管の
   開口部を設けた超微粒子生成室と、該搬送管の他開口部
   に結合されたノズル及びこれに対向して配設される基板
   を固定するステージを設けた膜形成室とから成り、該蒸
   発源より蒸発する超微粒子を該超微粒子生成室内に導入
   されるガスと共に該搬送管中を搬送し、該ノズルから噴
   射する超微粒子を該基板上に堆積させることにより膜形
   成するガスデポジション装置において、 該蒸発源の開口部に開閉機構を備えたことを特徴とする
   ガスデポジション装置。
2. 【請求項２】 前記開閉機構が少なくとも一つのスライ
   ド可能な蓋であることを特徴とする請求項１に記載のガ
   スデポジション装置。
3. 【請求項３】 前記開閉機構が少なくとも一つの、ある
   一点を支点として可動することが可能な蓋であることを
   特徴とする請求項１に記載のガスデポジション装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のガスデ
   ポジション装置を用い、ノズルから噴射する超微粒子を
   基板上に堆積させることにより膜形成するガスデポジシ
   ョン方法。
5. 【請求項５】 前記超微粒子搬送管への前記微粒子の吸
   込みを停止した際に、前記超微粒子搬送管内の前記超微
   粒子が前記超微粒子搬送管内から完全に噴射され、前記
   基板上に堆積されるまでの時間を考慮することを特徴と
   する請求項４に記載のガスデポジション方法。
6. 【請求項６】 前記超微粒子搬送管への微粒子の吸込み
   を開始した際に、超微粒子が前記超微粒子搬送管内から
   噴射され、前記基板上への堆積が開始されるまでの時間
   を考慮することを特徴とする請求項４または５に記載の
   ガスデポジション方法。