JP2001220688A - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積で均一な薄膜を、再現性良く、しかも
安価に形成できる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供
する。 【解決手段】 微粒子化した原料溶液を含む反応性流体
を、基板表面に吹きつけて基板に薄膜を形成する薄膜形
成装置において、原料溶液を微粒子化して反応性流体と
する微粒子化装置と、該反応性流体を加熱する加熱手段
と、該反応性流体を基板表面に吹き付ける、開口部が略
矩形の吹きつけノズルと、該基板が載置された反応チャ
ンバとを含み、該吹きつけノズルが、該開口部近傍に温
度センサを備え、該温度センサを用いて該加熱手段を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料溶液を微粒子
化し、基板上に吹きつけて薄膜を形成する薄膜形成方法
及び薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池やフラットパネルディスプレイ
等の製造に用いる大面積の基板に均一な薄膜を形成する
方法としては、原料溶液を超音波振動により微粒子化
し、これを基板上に吹きつけて薄膜を形成する方法が使
用されている。

【０００３】図１２は、従来の薄膜形成装置を構成する
微粒子化装置の概略図である。供給槽１０８に入れられ
た原料溶液１１０が、ポンプ１０７により微粒子化槽１
０５に導入される。微粒子化槽１０５では、超音波振動
子１０６により原料溶液１１０が微粒子化され、流量計
１０９を通して導入されるキャリアガスとともに、流出
口１１１から反応チャンバに導かれる。

【０００４】図１３は、従来の薄膜形成装置の概略図で
ある。上述の微粒子化装置１００から送られた微粒子化
した原料溶液１１０は、微粒子加熱用ヒータ１０１で加
熱されながら反応装置１０２に導かれ、基板加熱用ヒー
タ１０４で加熱された基板１０３上に吹きつけられて、
基板１０３上に薄膜が形成される。基板１０３は、所定
の方向に搬送できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる方法で
は、微粒子化装置１００で微粒子化された微粒子が基板
１０３に到達するまでに再疑集し、ノズルの内壁等に再
付着してしまい、原料の利用効率が低下するという問題
があった。また、成膜開始直後等において、基板１０３
の表面への微粒子の吹き付け流量が不安定となり、また
微粒子の粒径にもばらつきが生じるため、微粒子が付着
した基板１０３の温度が不均一となり、膜質が低下する
という問題もあった。更には、大型の基板１０３を用い
た場合、加熱による基板１０３の変形が大きいため、基
板１０３上に形成される膜厚が不均一になるという問題
もあった。

【０００６】そこで、本発明は、面積の大きい基板の表
面に、均一な薄膜を、再現性良く、しかも安価に形成す
るための薄膜形成装置、及び薄膜形成方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、微粒子化した
原料溶液を含む反応性流体を、基板表面に吹きつけて基
板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、原料溶液を
微粒子化して反応性流体とする微粒子化装置と、該反応
性流体を加熱する加熱手段と、該反応性流体を基板表面
に吹き付ける、開口部が略矩形の吹きつけノズルと、該
基板が載置された反応チャンバとを含み、該吹きつけノ
ズルが、該開口部近傍に温度センサを備え、該温度セン
サを用いて該加熱手段を制御することを特徴とする薄膜
形成装置である。かかる薄膜形成装置を使用することに
より、大面積の基板上に、膜特性の均一な薄膜を形成す
ることが可能となる。また、かかる薄膜形成装置では、
基板表面における反応性流体の温度が正確に制御できる
ため、特に、装置を起動させた直後に発生しやすい膜質
の低下を防止することができる。また、上記実施の形態
にかかる薄膜形成装置では、ノズルに加熱手段を設けて
分解ガスの温度を制御するため、ノズルの壁面上等での
反応性流体の凝縮を低減し、原材料の利用効率を向上さ
せることができる。

【０００８】また、本発明は、上記吹きつけノズルが、
上記開口部の長辺方向に並んだ複数の流路に区切られ、
上記温度センサと上記加熱手段とが、各流路毎に設けら
れ、該加熱手段が、各流路の温度センサの測定温度が略
同一となるように、該反応性流体を加熱する手段である
ことを特徴とする薄膜形成装置でもある。このように、
複数の流路を備えることにより、反応性流体の濃度、温
度を正確に制御でき、薄膜の膜特性、膜厚の均一化を図
ることができる。

【０００９】上記加熱手段は、各流路に設けられたヒー
タであっても良い。

【００１０】上記加熱手段は、加熱した気体を各流路に
導入して、各流路の上記反応性流体と混合させる手段で
あっても良い。

【００１１】また、本発明は、更に、上記基板表面に向
かって気流を送る吹きつけ手段を備え、上記吹きつけノ
ズルから該基板に吹きつけられた上記反応性流体を、該
気流によって該基板に押しつけて、該基板の表面に沿っ
て流れるようにしたことを特徴とする薄膜形成装置でも
ある。このように、基板表面に沿って反応性流体を流す
ことにより、薄膜の形成に寄与する割合を向上させ、原
料溶液に利用効率を向上させることができる。

【００１２】上記気流は、上記基板に対して略垂直方
向、又は該基板上を上記反応性流体が流れる方向に傾斜
した方向に送られることが好ましい。かかる角度で気流
を送ることにより、反応性流体を基板上でスムーズに流
すことができる。

【００１３】また、本発明は、上記微粒子化装置と、上
記吹きつけノズルとが、直接、接続された薄膜形成装置
でもある。かかる構造を用いることにより、装置内での
反応性流体の凝縮率を少なくすることができる。

【００１４】また、本発明は、上記微粒子化装置と、上
記吹きつけノズルとが、直線状の円形配管を介して接続
され、該円形配管の内径が、５０ｍｍから１５０ｍｍで
ある薄膜形成装置でもある。配管を使用する場合には、
かかる内径の配管を用いることにより、配管内での反応
性流体の凝縮等を低減することができる。

【００１５】上記吹き出しノズルの開口部の短辺は、５
ｍｍから２５ｍｍであることが好ましい。かかる形状の
開口部とすることにより、ノズル開口部における反応性
流体の凝縮等を低減することができる。

【００１６】上記薄膜は、プラズマディスプレイパネル
用の透明導電性膜又は誘電体保護膜であっても良い。か
かる薄膜形成装置をプラズマディスプレイパネル用の透
明導電性膜又は誘電体保護膜の形成に使用することによ
り、大面積の透明導電性膜等を、均一に、再現性良く、
しかも安価に形成することが可能となる。

【００１７】また、本発明は、上記薄膜測定装置で薄膜
を形成する基板を搭載するトレイであって、基板を載せ
る台部と、該台部上に載せられた該基板の周囲を、該台
部に押しつけて固定する枠部とを含み、該枠部が、該基
板表面に沿った気流が這い上がるように、その内周に傾
斜面を有することを特徴とするトレイでもある。かかる
トレイを用いることにより、基板表面における反応性流
体の流れを良好にし、均一性の高い薄膜を形成すること
が可能となる。

【００１８】また、本発明は、原料溶液を微粒子化して
反応性流体とし、該反応性流体を基板に吹き付けて薄膜
を形成する薄膜形成方法であって、原料溶液を微粒子化
して反応性流体とする工程と、該反応性流体を吹きつけ
ノズルに導入する工程と、該吹きつけノズルの開口部に
おいて該反応性流体が所定の温度になるように、該反応
性流体を加熱する加熱工程と、該開口部から該反応性流
体を該基板の表面に吹きつけて、該基板上に薄膜を形成
する工程とを含むことを特徴とする薄膜形成方法でもあ
る。かかる方法を用いることにより、大面積で均一な薄
膜を、再現性良く、しかも安価に形成することが可能と
なる。

【００１９】また、本発明は、上記加熱工程が、横断面
が略矩形形状の上記吹きつけノズルを、該矩形形状の長
辺方向に並んだ複数の流路に分け、各流路の開口部近傍
に設けた温度センサにより、各流路内に設けたヒータを
制御し、各流路の開口部から吹き出される該反応性流体
の温度を略同一にする工程であることを特徴とする薄膜
形成方法でもある。

【００２０】また、本発明は、上記加熱工程が、横断面
が略矩形形状の上記吹きつけノズルを、該矩形形状の長
辺方向に並んだ複数の流路に分け、各流路の開口部近傍
に設けた温度センサにより温度が制御された気体を各流
路に送り込んで、各流路の該反応性流体と混合させ、各
流路の開口部から吹き出される該反応性流体の温度を略
同一にする工程であることを特徴とする薄膜形成方法で
もある。

【００２１】また、本発明は、更に、上記基板表面に向
かって気流を送り、上記吹きつけノズルから該基板に吹
きつけられた上記反応性流体を、該気流によって該基板
に押しつけて、該基板の表面に沿って流す工程を含むこ
とを特徴とする薄膜形成方法でもある。

【００２２】上記薄膜は、プラズマディスプレイパネル
用の透明導電性膜又は誘電体保護膜であっても良い。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明の
実施の形態１にかかる薄膜形成装置の概略図である。図
１に示すように、薄膜形成装置は、反応チャンバ１と、
反応チャンバ１の上部に取り付けられたノズル２とを備
える。ノズル１には、配管接続部３により配管４が接続
され、更に、配管４の他端には、配管接続部３により微
粒子化装置５が接続されている。微粒子化装置５には、
超音波振動子６が設けられ、液体状の原料溶液７を微粒
子化する。微粒子化された微粒子８は、キャリアガス導
入管９から導入されるキャリアガスによりノズル２に送
られる。超音波振動子６を用いて微粒子化する方法のか
わりに、原料溶液とキャリアガスの圧力差を用いて微粒
子化する既存の方法を用いることもできる。

【００２４】ノズル２内には、４つの分割流路１０が設
けられている。２つの分割流路１０が１組となって、そ
れぞれ微粒子化装置６に接続されている。ノズル２の入
口には流量調節弁１１が設けられ、各分割流路１０に送
られる微粒子８を含むキャリアガス（反応性流体）の流
量を制御している。分割流路１０の数は、薄膜を形成す
る基板の面積や必要とされる薄膜の均一性等により、任
意に定めることができる。流路を分割せずに、ノズル全
体で１流路とすることも可能である。このように、流量
調節弁１１を用いて各分割流路１０の流量を制御するこ
とにより、各流路内に導入される微粒子の量（濃度）を
ほぼ同一にして、かかる微粒子から形成される薄膜の膜
厚、膜質等を均一なものとすることができる。なお、キ
ャリアガスの流量等が変動する場合には、各流路の流量
を等しくするために、各流量調節弁１１を調節する制御
装置を設けてもよい。

【００２５】ノズル２の各分割流路１０内には、ヒータ
１２と、熱電対１３とが設けられている。熱電対１３に
は、温度計測器１４が接続され、ノズル２の吹き出し口
１６近傍の温度を測定している。かかる測定結果を元
に、ヒータ制御器１５でヒータ１２の出力を制御し、吹
き出し口１６近傍のガスの温度が所定の温度となるよう
に制御している。

【００２６】ノズル２に、キャリアガスとともに導入さ
れた微粒子８は、ヒータ１２で加熱され、微粒子８中の
溶媒が蒸発して原料成分が気化し、更に、熱が加わるこ
とにより、分解ガスとなる。ノズル２の吹き出し口１６
における分解ガスの温度が所定の温度となるように、ヒ
ータ１２により制御される。本実施の形態では、ヒータ
１２は、分割流路１２内に設けられているが、分割流路
１２の周囲を囲むように設けても構わない。

【００２７】吹き出し口１６から出た分解ガスは、反応
チャンバ１内の基板１７の表面に吹きつけられる。基板
１７は、トレイ１８に搭載され、紙面に垂直方向に移動
するようになっている。反応チャンバ１の下部には基板
加熱ヒータ１９が設けられ、基板１７を加熱する。基板
１７の表面に到達した分解ガスは、加熱された基板１７
の表面で化学反応を起こし、薄膜を形成する。薄膜を形
成した後、分解ガスは排気口２０から反応チャンバ１の
外部に排出される。

【００２８】図２は、図１の薄膜形成装置の外観図であ
る。図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。図２
では、反応チャンバ１、微粒子化装置５は省略してあ
る。ノズル２の吹き出し口１６は、例えば、１０ｍｍ×
４００ｍｍの矩形であり、吹き出し口１６と基板１７の
表面との間隔は、例えば１０〜２０ｍｍである。基板１
７は、トレイ１８に搭載された状態で、矢印２１の方向
に移動するため、基板１７表面の全面に薄膜を形成する
ことができる。吹き出し口１６の幅（矢印２１に対して
垂直方向の長さ）は、薄膜形成する基板の幅よりやや広
めとすることが好ましい。

【００２９】このように、本実施の形態にかかる薄膜形
成装置を使用することにより、基板の幅方向（移動方向
に垂直な方向）に渡って、供給される分解ガスの温度を
ほぼ均一にできるため、膜特性の均一な薄膜の形成が可
能となる。従って、矢印２１の方向に基板１７を移動さ
せながら薄膜形成を行なうことにより、基板１７の表面
全体に膜特性の均一な薄膜を形成することができる。

【００３０】実施の形態２．図３は、本発明の実施の形
態２にかかる薄膜形成装置の概略図である。図中、図１
と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。原料溶液７を
微粒子化し、微粒子８をキャリアガスとともにノズル２
に送る点は、上述の実施の形態１と同様である。本実施
の形態にかかる薄膜形成装置では、分割流路１０内にヒ
ータ１２を設ける代わりに、各分割流路１０に、予め加
熱した気体を導入している。即ち、各分割流路１０内
に、流入管２２が設けられている。流入管２２の上部に
は、ヒータ２３が設けられている。ガス導入部２５から
導入された気体は、流量調節弁２４で所定の流量に調整
される。更に、流入管２２の周囲に設けられたヒータ２
３により加熱される。ヒータ２３の温度は、吹き出し口
１２のガス温度を熱電対１３で測定しながら制御され
る。

【００３１】このように、本実施の形態にかかる薄膜形
成装置では、加熱された気体を各分割流路１０に導入す
ることにより、各分割流路１０内の温度を制御し、微粒
子８を加熱、分解し、基板１７の表面に薄膜を形成して
いる。なお、基板１７は、紙面に垂直方向に移動しなが
ら成膜される。かかる装置を使用することによっても、
基板の幅方向（移動方向に垂直な方向）に渡って、供給
される分解ガスの温度をほぼ均一にできるため、膜特性
の均一な薄膜の形成が可能となる。

【００３２】実施の形態３．図４は、本発明の実施の形
態３にかかる薄膜形成装置の概略図である。図中、図１
と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。原料溶液７を
微粒子化し、微粒子８をキャリアガスとともにノズル２
に送られ、基板１７表面に送られる点は、上述の実施の
形態１と同様である。

【００３３】図４に示すように、基板１７の表面に吹き
付けられた微粒子５の分解ガスは、基板１７の左端に供
給された後に、基板表面に沿って右方向に流れ、基板１
７上に薄膜を形成する。基板１７は、紙面に垂直方向に
移動しながら成膜される。この場合、基板１７表面と、
吹き付けノズル２との間隔が広いと、微粒子分解ガスの
拡散により、基板１７表面における微粒子分解ガスの濃
度が低下する。かかる分解ガス濃度の低下は、薄膜形成
速度の減少、薄膜の膜厚分布の均一性を低下させるとと
もに、基板１７表面で成膜反応に寄与する原料の利用効
率を低下させることになる。これは、例えば、高価な原
料を用いる場合には、製造コストが高騰する原因ともな
る。

【００３４】そこで、本実施の形態にかかる薄膜形成装
置では、流入管２２を設けて、基板１７の表面に気体を
吹き付けることにより、微粒子分解ガスが基板１７の表
面に沿って流れるようにする。流入管２２には、ヒータ
２３’が設けられ、流入管２２内を通る気体を所定の温
度に加熱するようになっている。

【００３５】このように、所定の温度に加熱されたガス
を、流入管２２から基板１７の表面に向かって吹き付け
ることにより、温度がほぼ一定の分解ガスを、基板１７
の左端から右端に向かって、表面に沿って流すことがで
きる。これにより、分解ガスの拡散による、特に、基板
右端部における薄膜形成速度の減少を防止することがで
き、薄膜の膜厚を均一にすることできる。また、原料の
利用効率も向上させることができる。本実施の形態で
は、基板１７の表面に対して垂直に加熱されたガスを吹
きつけたが、基板１７の表面を微粒子分解ガスが流れる
方向（図４では右方向）傾けてガスを吹きつけても良
い。

【００３６】ここで、微粒子化装置５で形成した微粒子
８を、キャリアガスを用いてノズル２に送る場合、微粒
子化装置５とノズル２を接続する配管４の壁面への凝
縮、付着を考慮して、配管４を設計しなければならな
い。特に、微粒子を含むキャリアガスの供給量、管内を
流れる流速を考慮して設計しなければならない。

【００３７】即ち、ある粒径の微粒子群が、管内を一定
流量で流れる場合、管径を大きくする（管内流路断面を
大きくする）と、流速が小さくなり、重力等の影響によ
り管軸方向流れ以外の速度成分が多く現れ、管壁内壁面
への微粒子の凝縮付着が増加する。一方、管径を小さく
する（管内流路断面を小さくする）と、流速が大きくな
り、管軸方向の流れ以外の速度成分は少なくなるが、微
粒子同士や管内壁との衝突が活発となり、微粒子の結合
凝縮が増え、また管内壁面への凝縮付着も増える。従っ
て、配管の径は、材料の利用効率を決める重要な設計パ
ラメータであり、これらを考慮して最適な配管径とする
ことが必要となる。

【００３８】図５は、配管内を流れる微粒子の管壁面へ
凝縮、付着や、微粒子同士の結合凝縮等による、微粒子
の減少を定量的に測定するための実験装置の概略図であ
る。図５に示すように、重量計２８上の原料溶液タンク
２９に入れられた原料溶液７が、ポンプ３０によって微
粒子化装置３１に送られる。微粒子化装置３１内では、
超音波振動子３２によって、原料溶液７が微粒子化され
る。微粒子化された原料溶液７は、パイプ３３から供給
されるキャリアガスによって微粒子化装置３１から送り
出される。３４はキャリアガスの流量を調節する流量計
である。

【００３９】微粒子を含むキャリアガスは、内径Ｄの直
配管３７を通過する前に、粒度分布測定センサ３６によ
って粒度分布が計測される。更に、配管３７を通過した
後にも、粒度分布測定センサ３６’によって粒度分布が
計測される。

【００４０】最後に、微粒子を含むキャリアガスは、凝
縮フィルタ３５によって微粒子のみが回収、除去され、
キャリアガスは排気口３８を通って外部へ排出される。
回収された微粒子は液体となって回収タンク３９に入
り、重量計４０によって重量が測定される変化を計測す
る。

【００４１】図５の装置を用いて測定した、配管の内径
Ｄと、キャリアガスに含まれる所定の微粒子径以下の微
粒子の割合との関係を図６に示す。図６において、横軸
は使用した円形配管の内径Ｄである。また、縦軸は、配
管通過前における所定の粒径（粒径５μｍ）以下の微粒
子の数に対する、配管通過後における所定の粒径（粒径
５μｍ）以下の微粒子の数の割合である。ここで、粒子
径が５μｍ以下の微粒子について測定を行ったのは、薄
膜形成を行なうためには、かかる粒径の微粒子を用いる
のが好ましいからである。なお、配管の長さＬは、２０
００ｍｍで一定とした。また、キャリアガスの流量は、
７５ｌ／分、１５０ｌ／分、３００ｌ／分とした。

【００４２】図６から明らかなように、キャリアガス流
量により多少は変化するが、内径Ｄが４０ｍｍ以下、又
は１５０ｍｍ以上になると、微粒子同士の衝突による凝
縮や、管内壁への付着により、配管通過後の粒子径５μ
m以下の粒子の割合が減少する。特に、内径４０ｍｍ以
下では、管内壁への付着の影響が大きい。かかる実験結
果より、粒子径５μｍ以下の微粒子を効率的に輸送する
ためには、配管の内径を５０ｍｍ〜１５０ｍｍとするこ
とが好ましいことがわかる。

【００４３】実施の形態４．図７は、本発明の実施の形
態４にかかる薄膜形成装置の概略図である。図中、図１
と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。上述のよう
に、微粒子を輸送する導入配管内において、微粒子の一
部が配管内で凝縮するために、材料利用率が低下すると
いう問題がある。そこで、本実施の形態にかかる薄膜形
成装置では、微粒子化装置５を、微粒子吹き付けノズル
２の上端部近傍に配置した。これにより、配管を用いず
に、微粒子化装置５とノズル２とを、直接、接続するこ
ととした。

【００４４】具体的には、図７に示すように、微粒子化
装置５は、支持台４１の上に配置される。微粒子化装置
１では、実施の形態１と同様に、原料溶液７が微粒子化
され、キャリアガスとともに運び出される。運び出され
た微粒子８は、スリット４２、及びフィルタ４３を通っ
て、ノズル２に導入される。一方、所定の粒径以上の微
粒子は、フィルタ４３で回収される。回収された微粒子
は凝縮して液状になり、回収管４５を通って微粒子化装
置５に戻され、再利用される。このような分級手段を用
いて、粗大微粒子を回収、再利用することにより、原料
溶液７の利用効率を向上させることができる。なお、本
実施の形態のような分級手段の代わりに、微粒子を含む
キャリアガスを水平方向に流し、キャリアガスに乗れな
い粗大化した微粒子を、配管に付着させて除去するよう
な分級手段を用いることもできる。

【００４５】ノズル２に導入された微粒子８は、実施の
形態１と同様に、ヒータ１２で加熱、分解され、基板１
７の表面に薄膜を形成する。残った微粒子８は、キャリ
アガスとともに排出口２０から排出される。基板１７
は、紙面に垂直方向に移動しながら成膜される。このよ
うに、配管を用いずに、微粒子化装置５とノズル２との
間の距離を短くすることにより、微粒子の凝縮を防止
し、原料溶液の利用効率を向上させることができる。

【００４６】ここで、スリット部４２は、微粒子化装置
５の排出口に設けられた配管と、ノズル２とを接続する
が、ノズル２が複数の分割流路を備える場合には、スリ
ット部４２を用いることにより、夫々の分割流路に均等
に微粒子を分散させることができる。

【００４７】図８は、スリットの寸法ｔと、スリットダ
クト通過後における粒子径５μｍ以下の微粒子の割合と
の関係（スリットダクト通過後における粒子径５μｍ以
下の微粒子の数の、スリットダクト通過前における粒子
径５μｍ以下の微粒子の数に対する割合）、及びスリッ
トの寸法ｔと、スリットダクト内の流速の均一性との関
係を示す。測定は、図８中に示すような、長さＬが１０
０ｍｍ、幅Ｗが５００ｍｍ、高さｔ（可変）の箱状のス
リットダクトを用い、スリットダクトの一方からキャリ
アガスとともに微粒子を導入し、他方から排出して行な
った。キャリアガスの流量は、３００ｌ／分とした。

【００４８】図８から明らかなように、スリットダクト
の高さｔが５ｍｍ以下では、スリットダクト通過後の粒
子径５μｍ以下の微粒子の割合が減少する。これは、ス
リットダクトの壁面での付着凝縮が多くなり、粗大粒径
の微粒子の割合が大きくなるためと考えられる。一方、
スリットダクトの高さｔを大きくすると、粒子径５μｍ
以下の粒子の割合は増加するが、スリットダクト内での
流速の均一性が悪くなる。これらの結果より、スリット
ダクト内で微粒子の凝縮が発生しにくく、かつ均一な流
速を得るためには、スリットダクトの高さｔは、５ｍｍ
から２５ｍｍ程度とすることが好ましいことがわかる。
かかる寸法のスリットを使用することにより、スリット
内での凝縮を防止しながら分割流路に均一に微粒子を分
散させることができる。これにより、基板上に形成され
た薄膜の膜質や膜厚の均一性を向上させることができ
る。

【００４９】ここでは、微粒子化装置５とノズル２との
間にスリット部４２を設ける場合について説明したが、
基板に向かって分解ガスを吹き出すノズル２の開口部
（吹き出し口）を、かかるスリットの形状にしてもよ
い。即ち、ノズル２の開口部をスリット形状にすること
により、基板１７上に均一に分解ガスを供給することが
できるが、スリットの寸法ｔ（スリットをノズルの吹き
出し口に形成した場合には、基板の移動方向のスリット
開口部の寸法となる）が小さいとスリット内で微粒子の
凝縮が発生し、頻繁に装置のメンテナンスを行なう必要
が生じる。一方、スリットの寸法ｔを大きくすると、基
板１７に供給される分解ガスの流速等に分布が生じてし
まう。従って、スリットの寸法は、５ｍｍ〜２５ｍｍ程
度とすることが好ましい。

【００５０】実施の形態５．上記実施の形態に示すよう
に、基板の表面には、微粒子を含むキャリアガスがノズ
ルから供給され、化学反応により薄膜が形成される。か
かる薄膜の膜質の均一性等を向上させるためには、基板
表面温度の均一性を向上させること、基板裏面へのキャ
リアガスの回り込みを防止して、基板裏面への薄膜形成
を防止すること等が必要である。

【００５１】このために、基板の周囲をトレイに搭載し
て固定した状態で薄膜形成が行なわれているが、本実施
の形態は、かかるトレイの形状を改良して、薄膜の膜質
の向上等を図るものである。なお、トレイは、例えば、
カーボンから形成されている。

【００５２】上述のように、薄膜の膜質を向上させるた
めに、基板をトレイに搭載した状態で成膜されるが、従
来の方法では、基板の周辺部をトレイで保持するため、
基板の周辺部において、例えば、膜厚、シート抵抗、透
過率等の薄特性が低下する場合があった。

【００５３】かかる原因について検討したところ、基板
の周辺部における膜質の低下に最も影響するのは、微粒
子を含むキャリアガス（反応性流体）の流れであること
が分かった。即ち、図９（ｂ）に示すように、基板１７
がトレイ１８に載置された場合、基板１７表面とトレイ
１８の枠部との段差により、基板の周辺部においてキャ
リアガスが滞留等するため、かかる部分に形成される薄
膜の膜特性が低下することが分かった。

【００５４】そこで、本実施の形態では、図９（ａ）に
示すように、基板１７を載置するトレイに面取加工部を
設けて、基板１７の周辺部におけるキャリアガスの滞留
や流れの乱れを防止している。これにより、基板１７の
周辺部における膜特性の低下を防止することができる。
なお、かかるトレイを用いた実験結果については後述す
る。

【００５５】実施の形態１から５で説明したように、本
実施の形態にかかる薄膜形成装置を使用することによ
り、大面積の基板上に、膜特性の均一な薄膜を形成する
ことが可能となる。従って、プラズマディスプレイ（Ｐ
ＤＰ）の透明導電成膜や誘電体保護膜を、上記装置を用
いて形成することにより、大面積のプラズマディスプレ
イを、再現性良く、安価に製造することが可能となる。

【００５６】また、上記実施の形態にかかる薄膜形成装
置では、基板表面における分解ガスの温度が正確に制御
できるため、特に、装置を起動させた直後に発生しやす
い膜質の低下を防止することができる。

【００５７】また、上記実施の形態にかかる薄膜形成装
置では、ノズル内にヒータ等を設けて分解ガスの温度を
制御するため、ノズルの壁面上等での分解ガスの凝縮を
低減し、原材料の利用効率を向上させることができる。
これにより、製造コストの低減を図ることが可能とな
る。

【００５８】なお、本実施の形態で述べた薄膜形成装
置、薄膜形成方法は、反応チャンバ１の形状、容量等に
制約されずに、様々な反応チャンバ１に適用できる。ま
た、かかる装置及び方法は、プラズマディスプレイパネ
ル（ＰＤＰ）の透明導電性膜や誘電体保護膜、照明管や
反射板、テレビブラウン管全面パネル、ガラス建材の表
面に形成する光触媒膜、反射防止膜等の形成に適用する
ことができる。

【００５９】（実施例）本発明の好ましい実施例につい
て、以下に具体的に説明する。図１０は、本実施例で使
用する薄膜形成装置の概略図である。薄膜形成に用いる
原料としては、有機系スズ化合物３０重量％と、ニオブ
化合物３重量％とを含有する水溶液が用いられる。微粒
子化装置５には、スプレー式噴霧器４８を用いて、かか
る水溶液が２０ｃｃ／分で供給される。同時に、キャリ
アガスとして圧縮空気４７が２６０リットル／分で供給
される。

【００６０】スプレー式噴霧器４８で供給された微粒子
は粒度分布が大きいため、粒子径を１μｍ以下に揃える
ために、微粒子化装置５内に分級用のミストフィルタ５
０が設けられている。ミストフィルタ５０を通過した微
粒子は、微粒子径が１μｍ以下となり、直接、微粒子吹
き付け用のノズル５８に供給される。また、微粒子化装
置５内には、液滴化した原料を回収するための回収板４
９が設けられている。

【００６１】微粒子化装置５で形成された微粒子は、キ
ャリアガスとともに、流量調節弁５１で流量を制御しな
がらノズル５８に送られる。ノズル５８内では、微粒子
が、ヒータ５４によって約２５０℃まで加熱される。更
に、加熱された微粒子は、ヒータ５６によって約４００
℃に加熱された高温の空気５５と混合され、最終的に、
吹き付け口５７における温度が３００℃程度となる。こ
のように加熱された微粒子は、分解して微粒子分解ガス
となり、吹き出し口５７から基板１７の表面に供給され
る。ノズル５８内には、２つの分割流路５３が設けられ
ている。なお、図１０では、２つの分割流路５３を有す
る場合について説明するが、更に多くの分割流路を設け
ることも可能である。ノズル５８の幅（図１０の横方向
の寸法）は、基板１７の幅よりやや大きくなっている。

【００６２】それぞれの分割流路５３には熱電対５９が
設けられており、各分割流路５３に設けられたヒータ５
４を、独立に制御するようになっている。更に、ノズル
５８中に加熱ガス５５が供給され、微粒子の分解を促進
する。加熱されて分解された微粒子は、反応チャンバ１
内に設けられた基板１７の表面に、基板１７の略中央か
ら供給される。反応チャンバ１の両側には、それぞれ排
気口２０が設けられている。基板１７の略中央から供給
された微粒子は、左右に別れて基板１７の表面に沿って
流れ、排気口２０から排気される。基板１７は、紙面に
垂直方向に移動しながら成膜される。基板１７は、例え
ば５５０℃程度に加熱されている。基板１７の表面で
は、かかる熱により、微粒子の分解ガスが化学反応し、
基板１７の表面に酸化スズ膜が形成される。本実施例で
は、基板１７を載置するトレイは使用していないが、図
９に示すようなトレイを用いることも可能である。

【００６３】図１１は、図１０の薄膜形成装置を用いて
形成した酸化スズ膜と、微粒子分解ガスの温度調節が行
なわれない従来の薄膜形成装置で形成した酸化スズ膜と
の特性の比較である。図中、横軸は、基板のＷ方向（図
１０では横方向）の基板の中央からの距離を示す。また
縦軸は、反応性分解ガス吹きつけ温度（吹きつけ口５７
におけるガスの温度）、及び酸化スズ膜のシート抵抗値
を示す。また、白抜きの測定結果は、本実施例の装置を
使用した場合であり、黒塗りの測定結果は、従来の装置
を使用した場合である。成膜に使用した基板は、Ｌ９０
０ｍｍ×Ｗ６００ｍｍ×ｔ３.０ｍｍのガラス基板であ
る。なお、図１０では、横方向がＷを示し、紙面に対し
て垂直方向がＬを示す。

【００６４】図１１から明らかなように、従来の装置を
使用した場合には、基板の中央部のシート抵抗は１５０
（Ω／□）程度であるが、両端部では１００（Ω／□）
以下となっている。これに対して、本実施例の装置を使
用した場合は、基板の中央部、周辺部において、シート
抵抗は１００（Ω／□）程度でほぼ一定している。この
ように、従来の装置において膜質が不均一となるのは、
基板表面に吹きつけられる反応性流体（分解ガス）の温
度が不均一であるからである。即ち、図１１に示すよう
に、本実施例にかかる装置では、反応性分解ガスの温度
は３００℃程度で均一であるが、従来の装置では、基板
の中央で反応性分解ガスの温度が低くなっている。この
ため、従来の装置では、基板中央において、十分な化学
反応が起きず、導電性の酸化スズ膜のシート抵抗が高く
なると考えられる。これは、キャリアガス中に微粒子を
含むと、微粒子の熱容量がキャリアガスの熱容量より大
きいため、特に、微粒子を多く含むほど反応性分解ガス
の温度が低くなるためと考えられる。

【００６５】これに対して、本実施例にかかる装置で
は、ノズル内に分割流路を設けるとともに、各分割流路
にヒータを設けて各分割流路内を流れるガスの温度を制
御している。このため、基板の中央部、周辺部ともに、
ほぼ等しい温度に制御されたガスを供給することができ
る。これにより、形成された酸化スズ膜のシート抵抗も
ほぼ一定となり、特性の均一な酸化スズ膜を形成するこ
とが可能となる。なお、図１１に、三角印で示した測定
結果は、トレイを使用せずに、本実施例の装置で成膜し
た場合である。図９のトレイを使用した場合の測定結果
である白抜きの四角印と比較すると明らかなように、ト
レイを使用することにより基板の周辺部におけるシート
抵抗の増加を防止することができる。

【００６６】本実施例で形成した酸化スズ薄膜は、プラ
ズマディスプレイの透明導電膜に使用されるものであ
る。従って、本実施例の装置を使用して酸化スズ薄膜を
形成することにより、大面積のプラズマディスプレイ
を、再現性良く、安価に作製する可能となる。また、か
かる装置は、酸化スズ薄膜の他に、ＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）薄膜の形成にも使用することができる。更に
は、半導体デバイスの半導体膜や、照明管や反射板、テ
レビブラウン管前面パネル、ガラス建材等の表面に形成
する光触媒膜、反射防止膜の形成等にも適用することが
できる。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる薄膜形成装置、及び薄膜形成方法を用いること
により、大面積の基板上に、均一な薄膜を、再現性良く
形成することが可能となる。また、原料の利用効率を向
上させ、安価な薄膜の形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる薄膜形成装置
の概略図である。

【図２】 本発明の実施の形態１にかかる薄膜形成装置
の外観図である。

【図３】 本発明の実施の形態２にかかる薄膜形成装置
の概略図である。

【図４】 本発明の実施の形態３にかかる薄膜形成装置
の概略図である。

【図５】 微粒子の凝縮に対する配管径の影響を調べる
実験装置の概略図である。

【図６】 配管の内径Ｄと、キャリアガスに含まれる所
定の微粒子径以下の微粒子の割合との関係である。

【図７】 本発明の実施の形態４にかかる薄膜形成装置
の概略図である。

【図８】 スリットダクトの寸法ｔと、スリットダクト
を通過する微粒子の割合及びスリットダクト内での流速
の均一性との関係である。

【図９】 本発明の実施の形態５にかかるトレイの概略
図である。

【図１０】 本発明の実施例で使用した薄膜形成装置の
概略図である。

【図１１】 基板幅と、酸化スズ薄膜のシート抵抗及び
反応性分解ガスの吹きつけ温度との関係である。

【図１２】 従来の薄膜形成装置に用いられる微粒子化
装置の概略図である。

【図１３】 従来の薄膜形成装置の概略図である。

【符号の説明】

１...反応チャンバ、２...ノズル、３...配管接続部、
４...配管、５...微粒子化装置、６...超音波振動子、
７...原料溶液、８...微粒子、９...キャリアガス導入
口、１０...分割流路、１１...流量調節弁、１２...ヒ
ータ、１３...熱電対、１４...温度計測器、１５...ヒ
ータ制御器、１６...吹き出し口、１７...基板、１
８...トレイ、１９...基板加熱ヒータ、２０...排気
口。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粒子化した原料溶液を含む反応性流体
   を、基板表面に吹きつけて基板に薄膜を形成する薄膜形
   成装置であって、 原料溶液を微粒子化して反応性流体とする微粒子化装置
   と、 該反応性流体を加熱する加熱手段と、 該反応性流体を基板表面に吹き付ける、開口部が略矩形
   の吹きつけノズルと、 該基板が載置された反応チャンバとを含み、 該吹きつけノズルが、該開口部近傍に温度センサを備
   え、 該温度センサを用いて該加熱手段を制御することを特徴
   とする薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 上記吹きつけノズルが、上記開口部の長
   辺方向に並んだ複数の流路に区切られ、 上記温度センサと上記加熱手段とが、各流路毎に設けら
   れ、 該加熱手段が、各流路の温度センサの測定温度が略同一
   となるように、該反応性流体を加熱する手段であること
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
3. 【請求項３】 上記加熱手段が、各流路に設けられたヒ
   ータであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜形成
   装置。
4. 【請求項４】 上記加熱手段が、加熱した気体を各流路
   に導入して、各流路の上記反応性流体と混合させる手段
   であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜形成装
   置。
5. 【請求項５】 更に、上記基板表面に向かって気流を送
   る吹きつけ手段を備え、 上記吹きつけノズルから該基板に吹きつけられた上記反
   応性流体を、該気流によって該基板に押しつけて、該基
   板の表面に沿って流れるようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の薄膜形成装置。
6. 【請求項６】 上記気流が、上記基板に対して略垂直方
   向、又は該基板上を上記反応性流体が流れる方向に傾斜
   した方向に送られることを特徴とする請求項５に記載の
   薄膜形成装置。
7. 【請求項７】 上記微粒子化装置と、上記吹きつけノズ
   ルとが、直接、接続されたことを特徴とする請求項１に
   記載の薄膜形成装置。
8. 【請求項８】 上記微粒子化装置と、上記吹きつけノズ
   ルとが、直線状の円形配管を介して接続され、該円形配
   管の内径が、５０ｍｍから１５０ｍｍであることを特徴
   とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
9. 【請求項９】 上記吹きつけノズルの開口部の短辺が、
   ５ｍｍから２５ｍｍであることを特徴とする請求項１に
   記載の薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】 上記薄膜が、プラズマディスプレイパ
    ネル用の透明導電性膜又は誘電体保護膜であることを特
    徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜形成装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１の薄膜測定装置で薄膜を形成
    する基板を搭載するトレイであって、 基板を載せる台部と、 該台部上に載せられた該基板の周囲を、該台部に押しつ
    けて固定する枠部とを含み、 該枠部が、該基板表面に沿った気流が這い上がるよう
    に、その内周に傾斜面を有することを特徴とするトレ
    イ。
12. 【請求項１２】 原料溶液を微粒子化して反応性流体と
    し、該反応性流体を基板に吹き付けて薄膜を形成する薄
    膜形成方法であって、 原料溶液を微粒子化して反応性流体とする工程と、 該反応性流体を吹きつけノズルに導入する工程と、 該吹きつけノズルの開口部において該反応性流体が所定
    の温度になるように、該反応性流体を加熱する加熱工程
    と、 該開口部から該反応性流体を該基板の表面に吹きつけ
    て、該基板上に薄膜を形成する工程とを含むことを特徴
    とする薄膜形成方法。
13. 【請求項１３】 上記加熱工程が、 横断面が略矩形形状の上記吹きつけノズルを、該矩形形
    状の長辺方向に並んだ複数の流路に分け、 各流路の開口部近傍に設けた温度センサにより、各流路
    内に設けたヒータを制御し、 各流路の開口部から吹き出される該反応性流体の温度を
    略同一にする工程であることを特徴とする請求項１２に
    記載の薄膜形成方法。
14. 【請求項１４】 上記加熱工程が、 横断面が略矩形形状の上記吹きつけノズルを、該矩形形
    状の長辺方向に並んだ複数の流路に分け、 各流路の開口部近傍に設けた温度センサにより温度が制
    御された気体を各流路に送り込んで、各流路の該反応性
    流体と混合させ、 各流路の開口部から吹き出される該反応性流体の温度を
    略同一にする工程であることを特徴とする請求項１２に
    記載の薄膜形成方法。
15. 【請求項１５】 更に、上記基板表面に向かって気流を
    送り、 上記吹きつけノズルから該基板に吹きつけられた上記反
    応性流体を、該気流によって該基板に押しつけて、該基
    板の表面に沿って流す工程を含むことを特徴とする請求
    項１２に記載の薄膜形成方法。
16. 【請求項１６】 上記薄膜が、プラズマディスプレイパ
    ネル用の透明導電性膜又は誘電体保護膜であることを特
    徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の薄膜形成
    方法。