JP2000256829A - ガスデポジション装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発源より蒸発する超微粒子のガス流を安定
化させ、堆積速度の安定したガスデポジション装置およ
び方法を提供する。 【解決手段】 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
射する該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、該搬送管の開
口部に該蒸発源より蒸発する該超微粒子を収集するため
の機構を備えた。

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超微粒子の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３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１
１０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は超微粒子を
粒子供給部から膜形成室へ搬送する搬送管のガス入口と
蒸発源内の蒸発材料から立ち上がる上記との相対的な位
置によって基板上での超微粒子の堆積速度が大きく変化
する。そのため、この堆積速度を速くするためには搬送
管のガス入口と蒸発材料から立ち上がる蒸気との間の相
対的位置を最適の位置にあわせる必要がある。また、こ
の最適の位置は蒸発材料の種類や量、超微粒子生成室と
膜形成室との差圧、超微粒子生成室に導入されるキャリ
アガスの種類及び搬送管の形状等によって異なるので、
これらの設定が変わったときにはその都度搬送管のガス
入口と蒸発源材料から立ち上がる蒸気との相対的位置を
調整する必要がある。そのため、超微粒子生成室に固定
された搬送管の場合、位置を調整するために装置を停止
し、超微粒子生成室に設けられた開閉部分をあけて搬送
管の位置を調整しなければならず、調整に時間がかかっ
ていた。また、調整は手作業であったため、厳密な調整
は困難であった。

【０００６】これらの問題を解決する手段として特開平
５−２９９５５５０号で開示されている方法は、搬送管
のガス入口と蒸発源の相対位置を調整する機構を設ける
ことを特徴としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、初めて使用する材料、キャリアガス、条件等により
その都度調整する必要がある。また、超微粒子生成室内
および搬送管入口に吸い込まれる蒸気の流れは、乱流を
ともなう非定常な流れであるので、成膜過程を通じて搬
送管の入口と蒸発源の相対位置を調整することなく、安
定的に蒸発する蒸発源材料を吸い込み続けることが非常
に困難であるため、堆積速度が常に変動してしまうとい
った問題がある。

【０００８】本発明は、上記の問題点である搬送管のガ
ス入口の超微粒子吸い込み問題を解決し、蒸発源より蒸
発するガス流の堆積速度の安定化を実現することを目的
とする。

【０００９】

【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、搬送管のガス入口に蒸発源の開口部を覆う超微粒
子収集機構を備え、蒸発源外側面と超微粒子収集機構の
内側面に隙間を設けることにより、蒸発源より蒸発する
蒸発源材料を強制的に搬送管のガス入口に吸い込まれる
ようなガス流れを生じさせることによって、上記課題が
解決されることを見出し本発明に至った。

【００１０】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該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、該搬送管の開口部に該蒸発源より蒸発する該超微
粒子を収集するための機構を備えたことを特徴とする。

【００１１】例えば、前記超微粒子収集機構は、筒状、
または円錐筒状に成っているのが好ましい。ここで、前
記蒸発源の開口と前記超微粒子収集機構の前記搬送管と
連結する開口とは別の開口であって、これらは互いに対
向していることが好ましい。また、超微粒子収集機構の
開口部面積を前記蒸発源るつぼの開口面積より大きくす
ることがより好ましい。更に、前記蒸発源の開口部が前
記超微粒子収集機構の開口空間内に位置すること、およ
び前記蒸発源と前記超微粒子収集機構が互いに離れた状
態であることが好ましい。

【００１２】また、本発明は、上記のガスデポジション
装置を用いることにより、超微粒子をノズルから噴射し
て基板上に堆積させて膜形成するガスデポジション方法
である。

【００１３】

【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、本発明の１実施形態を
示す超微粒子排出機構３部の拡大図である。超微粒子生
成室内に搬送管１の開口２が蒸発源（るつぼ）４と対向
して配置されている。蒸発源（るつぼ）４には電源６に
より電極７が取り付けられている。蒸発源（るつぼ）４
内には超微粒子原材料５が収容されている。搬送管１の
開口２部には超微粒子排出機構３が設置され、超微粒子
収集機構３の開口面と蒸発源（るつぼ）４の開口面は一
致した面１５に位置するように設置されている。搬送管
の図示しない他開口は、図示しない膜形成室内に設置さ
れている。蒸発源（るつぼ）４は電源６より電極７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）４内に収容されている超微粒子原
材料５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気流８により、超微粒子流
れ９は搬送管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。気流８により蒸発した超微粒子材料５が超微粒子収
集機構３の内部空間から拡散することなく、搬送管１の
開口２に吸い込まれ膜形成室へと搬送１０される。

【００１４】図２は、本発明の他の実施形態を示す超微
粒子排出機構１１部の拡大図である。超微粒子生成室内
に搬送管１の開口２が蒸発源（るつぼ）４と対向して配
置されている。蒸発源（るつぼ）４には電源６により電
極７が取り付けられている。蒸発源（るつぼ）４内には
超微粒子原材料５が収容されている。搬送管１の開口２
部には超微粒子排出機構１１が設置され、蒸発源（るつ
ぼ）４の開口面１７が超微粒子収集機構１１の開口面１
６より搬送管１の開口２に近い位置、つまり超微粒子収
集機構１１の開口空間内に蒸発源（るつぼ）４の開口面
１７が位置するように設置されている。搬送管１の図示
しない他開口は図示しない膜形成室内に設置されてい
る。蒸発源（るつぼ）４は電源６より電極７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）４内に収容されている超微粒子原材料５
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気流８により、超微粒子流れ９は
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。気
流１２により蒸発した超微粒子材料５が、超微粒子収集
機構３の内部空間から拡散することなく、搬送管１の開
口２に吸い込まれる。

【００１５】

【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］搬送管は内径１．６mmのステンレス製のも
のを用いた。図１に示されるように、搬送管に設置され
る超微粒子収集機構の蒸発源（るつぼ）と対向する開口
は内径１８mm、外径２０mmで蒸発源と対向する開口面か
ら搬送管とつながる開口面までの長さを７０mmの半円球
でステンレス製のものを用いた。蒸発源（るつぼ）には
内径１３mm、外径１５mmのアルミナコートタングステン
バスケットを用いた。ノズル径は０．１mm、長さ３５mm
とした。超微粒子搬送管の開口と蒸発源（るつぼ）の距
離は７０mmとした。

【００１６】また、不図示の超微粒子生成室、膜形成室
にはヘリウムガスを導入した。超微粒子生成室内の気圧
を加圧し、膜形成室内を真空ポンプで減圧し超微粒子生
成室と膜形成室の内圧差を２．１気圧とした。

【００１７】排出機構および噴射機構の開口部蓋を閉じ
た状態で、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。

【００１８】膜形成室内のステージ上面にガラス基板を
設置し、膜形成を行ったところ、膜形成速度０．７６μ
m/sec だった。

【００１９】［実施例２］搬送管は内径１．６mmのステ
ンレス製のものを用いた。図２に示されるように、搬送
管に設置される超微粒子収集機構の蒸発源（るつぼ）と
対向する開口は内径１８mm、外径２０mmで蒸発源と対向
する開口面から搬送管とつながる開口面までの長さを７
５mmの半円球でステンレス製のものを用いた。蒸発源
（るつぼ）には内径１３mm、外径１５mmのアルミナコー
トタングステンバスケットを用いた。ノズル径は０．１
mm、長さ３５mmとした。超微粒子搬送管の開口と蒸発源
（るつぼ）の距離は７０mmとした。

【００２０】また、不図示の超微粒子生成室、膜形成室
にはヘリウムガスを導入した。超微粒子生成室内の気圧
を加圧し、膜形成室内を真空ポンプで減圧し、超微粒子
生成室と膜形成室の内圧差を２．１気圧とした。

【００２１】排出機構および噴射機構の開口部蓋を閉じ
た状態で、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。

【００２２】膜形成室内のステージ上面にはガラス基板
を設置し、膜形成を行ったところ、膜形成速度０．７８
μm/sec だった。

【００２３】［比較例］搬送管は内径１．６mmのステン
レス製のものを用いた。図３に示されるように、蒸発源
（るつぼ）には内径１３mm、外径１５mmのアルミナコー
トタングステンバスケットを用いた。ノズル径は０．１
mm、長さ３５mmとした。超微粒子搬送管の開口と蒸発源
（るつぼ）の距離は７０mmとした。

【００２４】また、超微粒子生成室、膜形成室にはヘリ
ウムガスを導入した。超微粒子生成室内の気圧を加圧
し、膜形成室内を真空ポンプで減圧し超微粒子生成室と
膜形成室の内圧差を２．１気圧とした。

【００２５】排出機構および噴射機構の開口部蓋を閉じ
た状態で、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。

【００２６】膜形成室内のステージ上面にはガラス基板
を設置し、膜形成を行ったところ、膜形成速度０．５２
μm/sec だった。

【００２７】

【発明の効果】本発明のガスデポジション装置およびガ
スデポジション方法によれば、搬送管の蒸発源（るつ
ぼ）と対向する開口部に設置された超微粒子収集機構に
よって、蒸発源より蒸発するガス流が安定化され、堆積
速度が安定する。

【００２８】また、搬送管の蒸発源（るつぼ）と対向す
る開口部に超微粒子収集機構が設置されていて、超微粒
子収集機構の開口面積が蒸発源（るつぼ）の開口面積よ
り大きく、かつ超微粒子収集機構の開口面を蒸発源（る
つぼ）の開口面が一致するように設置し、超微粒子生成
室内圧を膜形成室内圧より低くすることで生じるガスの
流れにより、蒸発源（るつぼ）から発生する超微粒子が
拡散することがなくなるため、搬送管の開口部に効率よ
く安定的に吸い込まれることで膜の堆積速度が向上しか
つ安定する。

【００２９】さらに、搬送管の蒸発源（るつぼ）と対向
する開口部に超微粒子収集機構が設置されていて、超微
粒子収集機構の開口面積が蒸発源（るつぼ）の開口面積
より大きく、かつ超微粒子収集機構の開口空間に蒸発源
（るつぼ）の開口部を設置し、また蒸発源（るつぼ）と
超微粒子収集機構が接っしないことにより隙間ができて
いるため、超微粒子生成室内圧を膜形成室内圧より低く
することで下方から上方の搬送管開口へ向けて生じるガ
スの流れにより、蒸発源（るつぼ）から発生する超微粒
子が拡散することがなくなり、かつ搬送管の吹込み口に
吸い込まれやすくなるため、搬送管の開口部に効率よく
安定的に吸い込まれることで膜の堆積速度が向上しかつ
安定する。

【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
超微粒子収集機構部の拡大図である。

【図２】 本発明の実施例２のガスデポジション装置の
超微粒子収集機構部の拡大図である。

【図３】 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：搬送管、２：開口、３：超微粒子収集機構、４：蒸
発源（るつぼ）、５：超微粒子材料、６：電源、７：電
極、８：気流、９：超微粒子ながれ、１０：搬送方向、
１１：超微粒子収集機構、１２：気流、１３：超微粒子
ながれ、１４：搬送方向、１５：一致面、１６：超微粒
子収集機構開口面、１７：蒸発源（るつぼ）開口面、１
０１：超微粒子生成室、１０２：膜形成室、１０３：蒸
発源（るつぼ）、１０４：物質、１０５：超微粒子搬送
管、１０６：超微粒子流れ、１０７：基板、１０８：ノ
ズル、１０９：超微粒子、１１０：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 (8)

【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
   射する該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、 該搬送管の開口部に該蒸発源より蒸発する該超微粒子を
   収集するための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】 前記超微粒子収集機構が筒状に成ってい
   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】 前記超微粒子収集機構が円錐筒状に成っ
   てい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】 前記蒸発源の開口と前記超微粒子収集機
   構の前記搬送管と連結する開口とは別の開口であって、
   これらは互いに対向していることを特徴とする請求項２
   もしくは３に記載のガスデポジション装置。
5. 【請求項５】 超微粒子収集機構の開口部面積が前記蒸
   発源るつぼの開口面積より大きいことを特徴とする請求
   項４に記載のガスデポジション装置。
6. 【請求項６】 前記蒸発源の開口部が前記超微粒子収集
   機構の開口空間内に位置することを特徴とする請求項５
   に記載のガスデポジション装置。
7. 【請求項７】 前記蒸発源と前記超微粒子収集機構が互
   いに離れた状態であることを特徴とする請求項６に記載
   のガスデポジション装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のガスデ
   ポジション装置を用いることにより、超微粒子をノズル
   から噴射して基板上に堆積させて膜形成するガスデポジ
   ション方法。