JP2004267964A

JP2004267964A - Film forming method

Info

Publication number: JP2004267964A
Application number: JP2003064919A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Saito; 康行齋藤; Atsumichi Ishikura; 淳理石倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film forming method and a film forming apparatus capable of efficiently producing aerosol of a constant particle concentration and efficiently obtaining a good quality film in a film forming process of forming the film composed of a plurality of particles on the surface of a base body by using the aerosol, upon manufacture of various kinds of devices. <P>SOLUTION: Dispersion liquid of particles is prepared, the dispersion liquid is supplied into a space in a second chamber 9 as fine droplets by using a liquid supply means 17, then a dispersion medium is vaporized, and thereby the aerosol of the constant particle concentration can be efficiently formed. The aerosol is sprayed onto the base body 7 arranged in a first chamber 5 through a conveyance tube 4 by a pressure difference between the first chamber 5 and the second chamber 9, which is caused by using pressure adjusting means 3, 10, 13, and thereby the good quality film can be efficiently formed on the base body. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子をエアロゾル化し、搬送気体と共に基体に吹き付けることにより各種デバイスを形成させる成膜方法および成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスデポジション法によって基体表面等に複数の粒子からなる膜を形成する方法が知られており、ガスデポジション法には、エアロゾルの形成方法により、材料を蒸発させて微粒子を生成した後エアロゾルを形成する蒸発法と、材料が粒子である場合にその粒子からエアロゾルを形成するエアロゾルデポジション法とがある。
【０００３】
図１に、特開平１−２８５５２５号公報に開示された、上記蒸発法を適用した装置の模式図を示す。図１に示すように、超微粒子生成室１０１内において、金属材料の蒸発源１０２が外部電源１０３により加熱される。そして、超微粒子生成室１０１内には非酸化性ガスがガス供給系１０４から導入される。そして加熱されることによって蒸発した金属材料原子は、非酸化性ガスとの衝突等により急冷され、粒成長し、超微粒子を生成する。１０５は膜形成室であり、搬送管１０６を介して超微粒子生成室１０１に連通している。膜形成室１０５内は、真空排気系１０９により真空に維持されるため、超微粒子生成室１０１内で生成された超微粒子は非酸化性ガスと共に搬送管１０６内を移動し、膜形成室１０５内に導かれる。そして、超微粒子は、膜形成室１０５内に位置した搬送管１０６の先端に取り付けられたノズル１０７から、基板１０８に向けて高速で噴射される。
【０００４】
一方、図２に、特開昭５９−８０３６１号公報に開示された、上記エアロゾルデポジション法を適用した装置の模式図を示す。図２に示すように、金属又は合金の超微粒子が配置された容器２０１内に、不活性ガスなどのキャリアーガスｂが、ボンベ２０２から導管２０３を介して容器２０１の下面に吹き込まれることにより、超微粒子ａが容器２０１内で浮遊状態に維持される。そして、容器２０１の上部に接続した搬送管２０４を通って、超微粒子ａとキャリアーガスｂとが、処理容器２０５内に導入された搬送管２０４の先端に接続したノズル２０６の先端から、基板２０７に向けて噴射される。尚、図２において、２０８は基板２０７を載置するステージであり、ステージの移動機構２１１に連結されている、２０９は必要に応じて設けられる赤外線スポット加熱装置である。また、処理容器２０５内は不活性ガスボンベ２１０により純度＞９９．９９％の常圧Ａｒガス雰囲気に保たれている。
【０００５】
また、特開平１−２８８５２５号公報には、粉体材料を連続的に目的部位に供給するための搬送方法および粉体の定量供給装置を開示している。
【０００６】
また、特開平７−５１５５６号公報には、エアロゾルの発生装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のエアロゾルデポジション法では、エアロゾル化室内に配置された超微粒子を、エアロゾル化室内に不活性ガス等を供給することにより、超微粒子をエアロゾル化していた。しかし、この方法では、エアロゾル化室内での超微粒子の浮遊状態によりエアロゾル中の粒子濃度が異なり、粒子濃度を一定に保つための制御が必要となっていた。そこで、粒子濃度を一定に保つために、エアロゾル化室内に供給する不活性ガスの流量の制御またはエアロゾル化室を加振させることにより超微粒子の流動状態の制御を行う必要があった。
【０００８】
しかし、これらの制御方法ではエアロゾルの粒子濃度は超微粒子の充填状態、粒子凝集状態に影響するため、粒子濃度の制御が困難であり、一定粒子濃度のエアロゾルを生成することが困難であり、再現性もなかった。さらに、粒子濃度を一定に保つための制御に粒子濃度を計測する計測器も必要となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、各種デバイス製造時の、エアロゾルを用いて基体表面等に複数の粒子からなる膜を形成する成膜工程において、一定粒子濃度であるエアロゾルを効率的に生成し、良質な膜を効率的に得られる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための解決手段は以下の通りである。
【００１１】
〔解決手段１〕
（Ａ）第１のチャンバー内に基体を配置する工程と、
（Ｂ）前記第１のチャンバー内の圧力を、該第１のチャンバーと搬送管を介して接続された第２のチャンバー内の圧力よりも低い状態に調整する工程と、
（Ｃ）複数の粒子と該複数の粒子を分散させる分散媒とを含む液体をチャンバー内に供給する工程と、
（Ｄ）前記第２のチャンバー内に供給された液体中に含まれる分散媒を気化させると共に、前記第２のチャンバー内に供給された液体中に含まれる複数の粒子を、前記搬送管を通して前記第１のチャンバー内に搬送し、前記搬送管の先端から前記基体に向けて噴射する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【００１２】
〔解決手段２〕
前記第１チャンバー内に位置する前記搬送管の端部の内径が、先端に向かって細くなる部分を有することを特徴とする解決手段１に記載の成膜方法。
【００１３】
〔解決手段３〕
前記分散媒の気化は、前記第２のチャンバー内に供給された液体を加熱することにより行われることを特徴とする解決手段１または２に記載の成膜方法。
【００１４】
〔解決手段４〕
前記分散媒の気化は、前記第２のチャンバーを加熱することにより行われることを特徴とする解決手段１または２に記載の成膜方法。
【００１５】
〔解決手段５〕
前記分散媒の気化は、前記搬送管を加熱することにより行われることを特徴とする解決手段１または２に記載の成膜方法。
【００１６】
〔解決手段６〕
前記分散媒の気化は、前記第２のチャンバーの圧力制御により行われることを特徴とする解決手段１または２に記載の成膜方法。
【００１７】
〔解決手段７〕
前記第２のチャンバー内への前記液体の供給は、ノズルを通して行われることを特徴とする解決手段１乃至６のいずれかに記載の成膜方法。
【００１８】
〔解決手段８〕
前記第２のチャンバー内への前記液体の供給は、インクジェット装置を用いて行われることを特徴とする解決手段１乃至６のいずれかに記載の成膜方法。
【００１９】
〔解決手段９〕
前記第２のチャンバー内への前記液体の供給は、ディスペンサーを用いて行われることを特徴とする解決手段１乃至６のいずれかに記載の成膜方法。
【００２０】
〔解決手段１０〕
前記第２のチャンバー内への前記液体の供給は、スプレーを用いて行われることを特徴とする解決手段１乃至６のいずれかに記載の成膜方法。
【００２１】
〔解決手段１１〕
（Ａ）内部に基体を固定する固定手段を有する第１のチャンバーと、
（Ｂ）前記第１のチャンバーと搬送管を介して接続する第２のチャンバーと、
（Ｃ）前記第２のチャンバー内に、液体を供給する液体供給手段と、
（Ｄ）前記第１のチャンバー内の圧力および前記第２のチャンバー内の圧力を調整する圧力調整手段と、
（Ｅ）前記液体供給手段から前記第２のチャンバー内に供給された液体を気化させる加熱手段と、
を有することを特徴とする成膜装置。
【００２２】
〔解決手段１２〕
前記第１チャンバー内に位置する前記搬送管の端部の内径が、先端に向かって細くなる部分を有することを特徴とする解決手段１１に記載の成膜装置。
【００２３】
〔解決手段１３〕
（Ａ）内部に基体を固定する固定手段を有する第１のチャンバーと、
（Ｂ）複数の粒子と該複数の粒子を分散させる分散媒とを含む液体を内部に供給するための液体供給手段を備えた第２のチャンバーと、
（Ｃ）前記第１のチャンバーと前記第２のチャンバーとを接続し、前記第１のチャンバー内に配置される基体の位置に先端が向けられた搬送管と、
（Ｄ）前記第１のチャンバー内の圧力および前記第２のチャンバー内の圧力を調整する圧力調整手段と、
を有することを特徴とする成膜装置。
【００２４】
〔解決手段１４〕
前記液体供給手段から前記第２のチャンバー内に供給された液体を気化させる加熱手段を有することを特徴とする解決手段１３に記載の成膜装置。
【００２５】
〔解決手段１５〕
前記第１のチャンバー内に位置する前記搬送管の端部の内径が、先端に向かって細くなる部分を有することを特徴とする解決手段１３又は１４に記載の成膜装置。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態および実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、その相対配置などは、特に特定な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお本発明の実施の形態に係る成膜方法、及び成膜装置全体の基本的な構成は上述の従来技術の中で説明したものと同様であるので、その詳細な説明は省略し、本実施の形態あるいは実施形態においては、本発明の特徴的な構成等のみについて詳しく説明する。
【００２７】
以下、本発明の第１の実施形態について、図３を用いて詳細に説明する。図３は本実施の形態における膜形成装置（成膜装置）の全体構成を示す図である。
【００２８】
図３に示された膜形成装置は、内部に基体を固定するステージ１２（固定手段）を有する第１のチャンバー５と、第１のチャンバー５と搬送管４を介して接続し、粒子を含む液体（粒子を分散媒に分散した分散液）をエアロゾル化させることができる第２のチャンバー９と、第２のチャンバー９内に、粒子を含む液体（粒子を分散媒に分散した分散液）を供給する粒子分散液供給装置（液体供給手段）１７と、第１のチャンバー５内の圧力および前記第２のチャンバー９内の圧力を調整するためのポンプ１３（圧力調整手段）と、粒子分散液供給装置１７から第２のチャンバー９内に供給された液体を気化させる加熱手段１１とを有している。
【００２９】
第１のチャンバー５は気密性のチャンバーであり、搬送気体等を排気するポンプ１３のような圧力調整手段により内部の圧力が調整可能となっている。この第１チャンバー５と第２チャンバー９とを接続する搬送管４の、第１のチャンバー５内での端部には、その内径が先端に向かって細くなる部分としてノズル６が取り付けられている。そしてその先端は、第１のチャンバー５内に配置される基体の位置（基板を移動させるステージ１２上）に向けられており、搬送管４を通して搬送されてきたエアロゾルを基体上に噴射できるようになっている。
【００３０】
第２チャンバー９には、第２チャンバー９に搬送気体（キャリアーガス）３を一定流量で導入するためのマスフローコントローラ１０を備え、第２チャンバー９内の圧力を調製する機能をも有する搬送気体供給手段が接続されている。また図３に示すように本形態は、第２チャンバー９が、エアロゾル化した超微粒子を含む分散液の分散媒を気化させるための加熱手段１１を備えたものである。
【００３１】
第２チャンバー９に備え付けられた粒子分散液供給装置１７は、攪拌手段を備えた粒子分散液収容容器１４、粒子の分散液を第２チャンバーに適量供給するための調節弁を備えた供給管、第２チャンバー９に粒子の分散液を供給する液滴形成部１５から構成されている。液滴形成部１５には、ノズルや周知のインクジェット装置、ディスペンサー等を用いることができる。
【００３２】
以上の構成で、第２チャンバー９に搬送気体３を所定の流量で供給し、さらに粒子分散液供給装置１７から粒子の分散液からなる液滴を第２チャンバー９に供給し、搬送気体中でエアロゾル化させ、エアロゾル化した粒子の分散液からなる液滴は加熱手段１１により分散媒が気化され、粒子のエアロゾルを形成する。この粒子のエアロゾルは第２チャンバー９と第１チャンバー５の圧力差により搬送管４を介して、第１チャンバー５に導かれ、第１チャンバー５において搬送管４の先端に取り付けられたノズル６から噴射し基体７上に複数の粒子からなる膜を成膜させるものである。尚、本形態における第２のチャンバー９内に供給する搬送気体の所定の流量は、第１のチャンバー５と第２のチャンバー９との内部の圧力の関係が、搬送管を通してエアロゾルが適切な供給量で第１チャンバー５内の基体上に噴射できるような関係となるような流量としておく。
【００３３】
ここで、本発明における「粒子」は、直径が数ｎｍ〜数百ｎｍの粒子などの略球形の物質や、アスペクト比の大きい物質（例えば、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバーや、金属や金属酸化物などからなる針状物質（ウィスカ））をも含む。さらには、また、複数の上記「粒子」が凝集などをして集まった比較的大きな物質も本発明の「粒子」に含まれる。好ましくは、本発明における粒子としては、直径が（アスペクト比が大きい物質の場合は、長手方向の長さが）１μｍ程度以下のものが好ましいが、これらに限られるものではない。また、本発明における「カーボンファイバー」とは、様々な形態のカーボンを主体とするファイバー（あるいは「針状物質」）を指す。本発明における「カーボンファイバー」の具体例としては、例えば、周知の所謂「カーボンナノチューブ」や、ダイアモンドを主体とする「ダイアモンドファイバー」や、カーボンナノチューブよりも結晶性（秩序性）の低い「アモルファスカーボンファイバー」や、チューブ状のカーボンの一方の端部が閉じた形状の「カーボンナノホーン」や、ファイバーの軸方向（長手方向）に対してグラフェンの六角網面が非平行になるように、複数のグラフェンが積層された「グラファイトナノファイバー」などを挙げることができる。本発明において、好ましく用いられる「粒子」としては、特に、上記したアスペクト比の大きな針状物質（ウイスカ）あるいはカーボンファイバーが用いられる。このようなアスペクト比の大きな粒子を用いれば、第２のチャンバー内に位置する搬送管の先細の先端から噴射された後、基体表面に、立った状態（ファイバーあるいは針状物質の長手方向が、基体表面に対して非平行な状態）で固定することができる。
【００３４】
好ましく使用できる分散媒としては、プロパノールやエチルアルコールやシクロペンタン等の有機の分散媒が挙げられる。しかしながら、本発明で用いることのできる分散媒は上記液体に限られるものではない。本発明で用いることのできる分散媒は、気化しえるものであって、かつ、分散質を均一性高く分散できる液体であれば良い。
【００３５】
そして液体中には、体積百分率で０．１〜５０ｖｏｌ％程度の粒子を分散させておくことが好ましい。
【００３６】
成膜対象とする基体としては、ガラス基板、アルミナ基板等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
好ましく使用できる搬送気体としては、Ｎ_２やＨｅやＡｒ等の不活性ガスが挙げられる。
【００３８】
粒子の分散液からなる液滴の分散媒を気化させるための加熱手段１１は、第２チャンバー全体を加熱する機構であっても良いし、第２チャンバーの一部を加熱する機構であっても良い。また、本発明の加熱手段は、第１チャンバー５に通じる搬送管４またはノズル６を加熱するものとしておき、これにより分散媒の気化を補助する方法を採っても良い。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態に係る膜形成装置及び膜形成方法は、第２チャンバーに圧力制御機構が設けられており、粒子の分散液の気化方法が圧力制御によって行われる点が第１実施形態と異なる点であり、それ以外は第１実施形態と同様である。
【００４０】
以下、本発明の第２の実施の形態について、図４を用いて詳細に説明する。図４は本実施の形態における膜形成装置の全体構成を示す図である。
【００４１】
図４に示された膜形成装置は、内部に基体を固定するステージ１２（固定手段）を有する第１チャンバー５と、複数の粒子と該複数の粒子を分散させる分散媒とを含む液体（分散液）を内部に供給するための粒子分散液供給装置１７を備えた第２チャンバー９と、前記第１のチャンバーと前記第２のチャンバーとを接続し、前記第１のチャンバー内に配置される基体の位置に先端が向けられた搬送管４と、前記第１のチャンバー５内の圧力および前記第２のチャンバー９内の圧力を調整する圧力調整手段とを有している。尚、本形態における圧力調整手段は、マスフローコントローラ１０、ポンプ１３、圧力計１６ｇ、圧力制御機構１６ｃで構成されている。
【００４２】
第１チャンバー５の構成の実施形態１との相違点は、雰囲気ガス圧力を計測する圧力計１６ｇが備えている点である。
【００４３】
第２チャンバー９の構成の実施形態１との相違点は、雰囲気ガス圧力を計測する圧力計１６ｇと、分散液液滴の分散媒を気化させるための圧力を制御する圧力制御機構１６ｃとを備えていて（図中、１６ｇ、１６ｃはまとめて表示）、加熱手段が備えられていない点である。
【００４４】
粒子分散液供給装置１７の構成の実施形態１との相違点は、粒子分散液収容容器１４内の圧力を計測する圧力計１６ｇ及び同容器内の圧力を制御する圧力制御機構１６ｃとを備えている点である（図中、１６ｇ、１６ｃはまとめて表示）。
【００４５】
以上の構成で、第２チャンバー９に搬送気体３を所定の流量で供給し、さらに粒子分散液供給装置１７から粒子の分散液からなる液滴を第２チャンバー９に供給し、搬送気体中でエアロゾル化させ、エアロゾル化した粒子の分散液からなる液滴は圧力制御により分散媒が気化され、粒子のエアロゾルを形成する。この粒子のエアロゾルは第２チャンバー９と第１チャンバー５の圧力差により搬送管４を介して、第１チャンバー５に導かれ、第１チャンバー５において搬送管４の先端に取り付けられたノズル６から噴射し基体７上に複数の粒子からなる膜を成膜させるものである。尚、本形態における第２のチャンバー９内に供給する搬送気体の所定の流量は、第１のチャンバー５と第２のチャンバー９との内部の圧力の関係が、搬送管を通してエアロゾルが適切な供給量で第１チャンバー５内の基体上に噴射できるような関係となり、且つ第２チャンバー内の圧力が分散液液滴の分散媒の気化に適した圧力に保たれるような流量としておく。
【００４６】
粒子の分散液からなる液滴の分散媒を気化させるための圧力制御は、第２チャンバー９内の圧力と粒子分散液供給装置１７内の圧力差を利用して気化させる方法、第２チャンバー９の圧力と第１チャンバー５の圧力差を利用して気化する方法、第２チャンバー９の圧力と粒子分散液供給装置１７内の圧力と第１チャンバー５の圧力差を利用して気化する方法があり、いずれであっても良い。
【００４７】
このように、第１のチャンバー内の圧力および第２のチャンバー内の圧力を調整する圧力調整手段を有していることにより、第１チャンバーと第２チャンバーとの内部の圧力の関係が、搬送管を通してエアロゾルが適切な供給量で第１チャンバー５内の基体上に噴射できるような関係とできるのみならず、圧力設定によっては、本形態のように、加熱手段を備えなくとも液滴の分散媒を圧力制御によって気化させ、分散均一性の良い粒子エアロゾルを効率的に得ることができる。
【００４８】
【実施例】
（実施例１）
図５を参照して、第１実施形態に係る膜形成装置の実施例について説明する。図５は本発明の第１実施例に係る膜形成装置の模式図である。即ち本実施例は、粒子の分散液をインクジェットを用いて第２チャンバー９に供給し、加熱手段１１を用いた温度制御により分散媒を気化させてエアロゾルを形成する場合の例である。
【００４９】
本実施例において第２チャンバー９は、その両端が、マスフローコントローラ１０を介して搬送気体３を供給する管と搬送管４とに滑らかに接続する小室となっており、この部分で搬送気体の流速が減速して、供給される液体の分散媒が効率的に気化した後に、エアロゾルが速やかに搬送管４へと流出するようになっている。
【００５０】
はじめに、粒子分散液収容容器１４に、Ａｌ_２Ｏ_３超微粒子が分散媒である２−プロパノール中に１２ｖｏｌ％で分散されているＡｌ_２Ｏ_３超微粒子分散液を満たし、さらに第２チャンバーに乾燥空気３を供給し、第１チャンバー５内を真空引きし、第２チャンバー９と第１チャンバー５に圧力差を発生させることにより、第２チャンバー９から第１チャンバー５に乾燥空気３の定常流れを形成した。
【００５１】
次に、上記のＡｌ_２Ｏ_３超微粒子分散液をインクジェットにより第２チャンバー９に２０μｌ／ｓずつ供給した。その際、インクジェットによる各液滴の量は４ｐｌである。第２チャンバー９に供給されたＡｌ_２Ｏ_３超微粒子分散液からなる液滴は乾燥空気３中に分散されエアロゾルを形成し、エアロゾル中のＡｌ_２Ｏ_３超微粒子分散液からなる液滴は、第２チャンバー９全体を２００℃に加熱しておくことにより、Ａｌ_２Ｏ_３超微粒子分散液の分散媒を気化させ、Ａｌ_２Ｏ_３超微粒子と乾燥空気３と第２チャンバー９で気化した超微粒子分散液の分散媒成分の気体からなるエアロゾルを形成した。
【００５２】
エアロゾル化したＡｌ_２Ｏ_３超微粒子は搬送管４を通して第１チャンバー５に搬送され、搬送管４の先端に取り付けられたノズル６から、Ａｌ_２Ｏ_３の超微粒子を乾燥空気３と気化した超微粒子分散液の分散媒成分からなる気体と共に噴射させ、Ａｌ_２Ｏ_３の超微粒子膜を形成した。搬送管４は装置に固定されているので、基体７を移動させることで、ライン状のＡｌ_２Ｏ_３膜を形成した。なお、基体の移動速度は５ｍｍ／ｓである。
【００５３】
こうして形成した膜の膜厚を接触式の膜厚計で測定したところ、５μｍであり、膜厚分布は±５％であった。なお、成膜条件は、搬送管径：φ６．４ｍｍ、ノズル先端形状：５ｍｍ×０．５ｍｍの長方形、基体：ガラス基板、基体加熱：１５０℃、第２チャンバー圧力：１０００ｔｏｒｒ（１３３ｋＰａ）、第１チャンバー圧力：１ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）である。
【００５４】
（実施例２）
図６を参照して、第１実施形態に係る別の膜形成装置の実施例について説明する。図６は本発明の第２実施例に係る膜形成装置の模式図である。即ち本実施例は、超微粒子分散液をスプレーノズルを用いて第２チャンバー９に供給し、搬送管４の途中に設けられた加熱手段１１を用いた温度制御により分散媒を気化させてエアロゾルを形成する場合の例である。
【００５５】
はじめに、粒子分散液収容容器１４にカーボンナノチューブが分散媒であるエチルアルコール中に３ｖｏｌ％で分散されているカーボンナノチューブ分散液を満たし、さらに第２チャンバー９にＨｅガス３を供給し、第１チャンバー５内を真空引きし、第２チャンバー９と第１チャンバー５に圧力差を発生させることにより、第２チャンバー９から第１チャンバー５にＨｅガス３の定常流れを形成した。
【００５６】
次に、上記のカーボンナノチューブ分散液をスプレーノズルにより第２チャンバー９内に５０μｌ／ｓとなるように供給量を調整した。その際、スプレーノズルによる各液滴の量は６０ｐｌである。第２チャンバー９に供給されたカーボンナノチューブ分散液からなる液滴はＨｅガス中に分散されエアロゾルを形成し、カーボンナノチューブ分散液からなる液滴とＨｅガスからなるエアロゾルを形成した。
【００５７】
エアロゾル化したカーボンナノチューブ分散液からなる液滴は搬送管４を通して第１チャンバー５に搬送されるが、搬送管４を加熱手段１１により加熱しておくことにより、搬送管中でカーボンナノチューブ分散液の分散媒を気化させ、カーボンナノチューブとＨｅガス３と気化したカーボンナノチューブ分散液の分散媒成分からなる気体のエアロゾルを形成した。尚、加熱の設定は、加熱手段が備えられた部分における定常状態での管内温度が２２０℃程度となるようにした。カーボンナノチューブとＨｅガスと気化したカーボンナノチューブ分散液の分散媒成分からなる気体は搬送管４の先端に取り付けられたノズル６から噴射させ、カーボンナノチューブを基体７上に形成した。搬送管４は装置に固定されているので、基体７を移動させることで、ライン状のカーボンナノチューブからなる膜を形成した。なお、基体の移動速度は２ｍｍ／ｓである。
【００５８】
こうして基体７上に形成したカーボンナノチューブの形成物をＳＥＭ観察したところ、カーボンナノチューブの密度が約１０個／μｍ^２で形成され、カーボンナノチューブの密度分布は±１５％であった。なお、成膜条件は、搬送管径：φ６．４ｍｍ、ノズル先端形状：５ｍｍ×０．３ｍｍの長方形、基体：Ａｌ、基体加熱：１００℃、第２チャンバー圧力：１０００ｔｏｒｒ（１３３ｋＰａ）、第１チャンバー圧力：１ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）である。
【００５９】
（実施例３）
図７を参照して、第２実施形態に係る膜形成装置の実施例について説明する。図７は本発明の第３実施例に係る膜形成装置の模式図である。即ち本実施例は、粒子の分散液をスプレーノズルを用いて第２チャンバー９に供給し、圧力制御により分散媒を気化させてエアロゾルを形成する場合の例である。
【００６０】
はじめに、粒子分散液収容容器１４にＡｕ粒子が分散媒であるシクロペンタン中に０．５ｖｏｌ％で分散されているＡｕ分散液を満たし、さらに第２チャンバー９にＨｅガス３を供給し、第１チャンバー５内を真空引きし、第２チャンバー９と第１チャンバー５に圧力差を発生させることにより、第２チャンバーから第１チャンバーにＨｅガスの定常流れを形成した。
【００６１】
次に、上記のＡｕ分散液をスプレーノズルにより第２チャンバー９内に１０μｌ／ｓとなるように供給量を調整した。その際、スプレーノズルによる各液滴の量は６０ｐｌである。第２チャンバー９に供給されたＡｕ分散液からなる液滴はＨｅガス中に分散され、粒子分散液供給装置１７内の圧力と第２チャンバー９内の圧力差により、Ａｕ分散液の分散媒を気化させ、Ａｕ粒子とＨｅガスと気化したＡｕ粒子分散液の分散媒成分の気体からなるエアロゾルを形成した。
【００６２】
エアロゾル化したＡｕ粒子は搬送管４を通して第１チャンバー５に搬送され、搬送管４の先端に取り付けられたノズル６から、Ａｕ粒子をＨｅガスと気化したＡｕ粒子分散液の分散媒成分からなる気体と共に噴射させ、基体７上にＡｕ粒子が分散されたＡｕ粒子分散膜を形成した。なお、基体の移動速度は１０ｍｍ／ｓである。
【００６３】
こうして基体７上に形成したＡｕ粒子からなる形成物をＳＥＭ観察したところ、Ａｕ粒子の密度が約８０個／μｍ^２で形成され、Ａｕ粒子の密度分布は±１０％であった。なお、成膜条件は、搬送管径：φ６．４ｍｍ、ノズル先端形状：５ｍｍ×０．３ｍｍの長方形、基体：カーボン、基体加熱：８０℃、粒子分散液供給装置内圧力：１５００ｔｏｒｒ（２００ｋＰａ）、第２チャンバー圧力：２００ｔｏｒｒ（２７ｋＰａ）、第１チャンバー圧力：１ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明では、粒子の分散液を作成し、該分散液を微小液滴としてチャンバー内空間中に供給してから、分散媒を気化させることにより、一定粒子濃度のエアロゾルを効率的に形成することができ、このようなエアロゾルを基体上に噴射することで、基体上に良質な膜を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸発法による超微粒子膜形成装置の模式図である。
【図２】エアロゾル法による超微粒子膜形成装置の模式図である。
【図３】第１の実施形態の模式図である。
【図４】第２の実施形態の模式図である。
【図５】第１実施例の模式図である。
【図６】第２実施例の模式図である。
【図７】第３実施例の模式図である。
【符号の説明】
３搬送気体
４搬送管
５第１チャンバー
６ノズル
７基体
９第２チャンバー
１０マスフローコントローラ
１１加熱手段
１２ステージ
１３ポンプ
１４粒子分散液収容容器
１５液滴形成部
１６ｇ圧力計
１６ｃ圧力制御機構
１７粒子分散液供給装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for forming various devices by aerosolizing particles and spraying the particles together with a carrier gas onto a substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method of forming a film composed of a plurality of particles on a substrate surface or the like by a gas deposition method is known. In the gas deposition method, after a material is evaporated to generate fine particles by an aerosol forming method, There are an evaporation method for forming an aerosol and an aerosol deposition method for forming an aerosol from particles when the material is particles.
[0003]
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus to which the above-described evaporation method is applied, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-285525. As shown in FIG. 1, an evaporation source 102 of a metal material is heated by an external power supply 103 in an ultrafine particle generation chamber 101. Then, a non-oxidizing gas is introduced into the ultrafine particle generation chamber 101 from the gas supply system 104. Then, the metal material atoms evaporated by heating are rapidly cooled by collision with a non-oxidizing gas or the like, and grow as particles to generate ultrafine particles. Reference numeral 105 denotes a film formation chamber, which communicates with the ultrafine particle generation chamber 101 via a transfer pipe 106. Since the inside of the film forming chamber 105 is maintained in a vacuum by the vacuum evacuation system 109, the ultrafine particles generated in the ultrafine particle generation chamber 101 move in the transport pipe 106 together with the non-oxidizing gas, and Is led to. Then, the ultrafine particles are jetted at high speed toward a substrate 108 from a nozzle 107 attached to a tip of a transfer pipe 106 located in the film forming chamber 105.
[0004]
On the other hand, FIG. 2 shows a schematic view of an apparatus to which the above aerosol deposition method is applied, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-80361. As shown in FIG. 2, a carrier gas b such as an inert gas is blown from a cylinder 202 to a lower surface of the container 201 through a conduit 203 in a container 201 in which ultrafine particles of a metal or an alloy are arranged. The ultrafine particles a are maintained in a floating state in the container 201. Then, the ultrafine particles a and the carrier gas b pass through the transfer pipe 204 connected to the upper part of the container 201, and the substrate 207 is transferred from the tip of the nozzle 206 connected to the tip of the transfer pipe 204 introduced into the processing container 205. Injected toward. In FIG. 2, reference numeral 208 denotes a stage on which the substrate 207 is mounted. Reference numeral 209 denotes an infrared spot heating device which is connected to the stage moving mechanism 211 and provided as needed. Further, the inside of the processing container 205 is maintained at an atmospheric pressure Ar gas atmosphere having a purity of> 99.99% by an inert gas cylinder 210.
[0005]
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-288525 discloses a conveying method for continuously supplying a powder material to a target portion and an apparatus for quantitatively supplying the powder.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-51556 discloses an aerosol generating device.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional aerosol deposition method, ultrafine particles arranged in the aerosolization chamber are converted into aerosol by supplying an inert gas or the like into the aerosolization chamber. However, in this method, the particle concentration in the aerosol varies depending on the state of suspension of the ultrafine particles in the aerosolization chamber, and control for keeping the particle concentration constant is required. Therefore, in order to keep the particle concentration constant, it was necessary to control the flow rate of the inert gas supplied into the aerosolization chamber or to control the flow state of the ultrafine particles by vibrating the aerosolization chamber.
[0008]
However, with these control methods, the particle concentration of the aerosol affects the state of filling the ultrafine particles and the state of particle aggregation, so it is difficult to control the particle concentration, and it is difficult to generate an aerosol with a constant particle concentration. There was no character. Further, a measuring instrument for measuring the particle concentration has been required for controlling the particle concentration to be kept constant.
[0009]
In view of the above, the present invention has been made to solve the above-described problem, and has a constant particle concentration in a film forming step of forming a film composed of a plurality of particles on a substrate surface or the like using an aerosol at the time of manufacturing various devices. It is an object of the present invention to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of efficiently generating an aerosol and efficiently obtaining a good quality film.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The means for solving the above problems are as follows.
[0011]
[Solution 1]
(A) a step of disposing a substrate in the first chamber;
(B) adjusting the pressure in the first chamber to be lower than the pressure in a second chamber connected to the first chamber via a transfer pipe;
(C) supplying a liquid containing a plurality of particles and a dispersion medium for dispersing the plurality of particles into a chamber;
(D) evaporating the dispersion medium contained in the liquid supplied into the second chamber, and causing the plurality of particles contained in the liquid supplied into the second chamber to pass through the transfer pipe, Transporting into the first chamber and injecting from the tip of the transport tube toward the substrate;
A film forming method comprising:
[0012]
[Solution 2]
The film forming method according to claim 1, wherein an inner diameter of an end portion of the transfer tube located in the first chamber has a portion that becomes thinner toward a tip.
[0013]
[Solution 3]
3. The film forming method according to claim 1, wherein the vaporization of the dispersion medium is performed by heating a liquid supplied into the second chamber.
[0014]
[Solution 4]
3. The method according to claim 1, wherein the vaporization of the dispersion medium is performed by heating the second chamber.
[0015]
[Solution 5]
3. The film forming method according to claim 1, wherein the vaporization of the dispersion medium is performed by heating the transport tube.
[0016]
[Solution 6]
3. The film forming method according to claim 1, wherein the vaporization of the dispersion medium is performed by controlling the pressure of the second chamber.
[0017]
[Solution 7]
7. The film forming method according to claim 1, wherein the supply of the liquid into the second chamber is performed through a nozzle.
[0018]
[Solution 8]
7. The film forming method according to claim 1, wherein the supply of the liquid into the second chamber is performed using an ink jet device.
[0019]
[Solution 9]
7. The film forming method according to claim 1, wherein the supply of the liquid into the second chamber is performed using a dispenser.
[0020]
[Solution 10]
7. The film forming method according to claim 1, wherein the supply of the liquid into the second chamber is performed using a spray.
[0021]
[Solution 11]
(A) a first chamber having fixing means for fixing a base therein;
(B) a second chamber connected to the first chamber via a transfer pipe;
(C) a liquid supply means for supplying a liquid into the second chamber;
(D) pressure adjusting means for adjusting the pressure in the first chamber and the pressure in the second chamber;
(E) heating means for evaporating the liquid supplied from the liquid supply means into the second chamber;
A film forming apparatus comprising:
[0022]
[Solution 12]
12. The film forming apparatus according to claim 11, wherein an inner diameter of an end portion of the transfer tube located in the first chamber has a portion that becomes narrower toward a tip.
[0023]
[Solution 13]
(A) a first chamber having fixing means for fixing a base therein;
(B) a second chamber provided with a liquid supply unit for supplying a liquid containing a plurality of particles and a dispersion medium for dispersing the plurality of particles therein;
(C) a transfer pipe connecting the first chamber and the second chamber, the transfer pipe having a tip directed to a position of a substrate disposed in the first chamber;
(D) pressure adjusting means for adjusting the pressure in the first chamber and the pressure in the second chamber;
A film forming apparatus comprising:
[0024]
[Solution 14]
14. The film forming apparatus according to claim 13, further comprising heating means for evaporating the liquid supplied from the liquid supply means into the second chamber.
[0025]
[Solution 15]
15. The film forming apparatus according to claim 13, wherein an inner diameter of an end of the transfer tube located in the first chamber has a portion that becomes thinner toward a tip.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments and examples of the present invention will be illustratively described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified. Note that the basic configuration of the film forming method and the entire film forming apparatus according to the embodiment of the present invention is the same as that described in the above-described related art, so that the detailed description is omitted, and In the embodiment or embodiment, only the characteristic configuration and the like of the present invention will be described in detail.
[0027]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a film forming apparatus (film forming apparatus) according to the present embodiment.
[0028]
The film forming apparatus shown in FIG. 3 includes a first chamber 5 having a stage 12 (fixing means) for fixing a substrate therein, and is connected to the first chamber 5 via a transfer pipe 4 and contains particles. A second chamber 9 capable of aerosolizing a liquid (a dispersion liquid in which particles are dispersed in a dispersion medium), and a liquid containing particles (a dispersion liquid in which particles are dispersed in a dispersion medium) is placed in the second chamber 9. A particle dispersion liquid supply device (liquid supply means) 17 to be supplied, a pump 13 (pressure adjustment means) for adjusting the pressure in the first chamber 5 and the pressure in the second chamber 9, and a particle dispersion liquid Heating means 11 for vaporizing the liquid supplied from the supply device 17 into the second chamber 9.
[0029]
The first chamber 5 is an airtight chamber, and the internal pressure can be adjusted by pressure adjusting means such as a pump 13 for exhausting a carrier gas or the like. A nozzle 6 is attached to an end of the transfer pipe 4 connecting the first chamber 5 and the second chamber 9 in the first chamber 5 as a portion whose inner diameter becomes thinner toward the tip. . The tip of the aerosol is directed to the position of the substrate (the stage 12 for moving the substrate) disposed in the first chamber 5 so that the aerosol transported through the transport pipe 4 can be sprayed onto the substrate. Has become.
[0030]
The second chamber 9 is provided with a mass flow controller 10 for introducing the carrier gas (carrier gas) 3 into the second chamber 9 at a constant flow rate, and a carrier gas supply also having a function of adjusting the pressure in the second chamber 9. Means are connected. Further, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, the second chamber 9 is provided with a heating means 11 for vaporizing a dispersion medium of a dispersion liquid containing aerosolized ultrafine particles.
[0031]
The particle dispersion supply device 17 provided in the second chamber 9 includes a particle dispersion container 14 provided with a stirring means, a supply pipe provided with a control valve for supplying an appropriate amount of the particle dispersion to the second chamber, It is composed of a droplet forming unit 15 that supplies a dispersion liquid of particles to the second chamber 9. A nozzle, a known ink jet device, a dispenser, or the like can be used for the droplet forming unit 15.
[0032]
With the above configuration, the carrier gas 3 is supplied to the second chamber 9 at a predetermined flow rate, and a droplet composed of a particle dispersion is supplied from the particle dispersion supply device 17 to the second chamber 9. The droplets composed of the aerosolized and aerosolized particle dispersion liquid are vaporized by the heating means 11 into a dispersion medium to form the particle aerosol. The aerosol of the particles is guided to the first chamber 5 via the transfer pipe 4 by a pressure difference between the second chamber 9 and the first chamber 5, and is sent from the nozzle 6 attached to the tip of the transfer pipe 4 in the first chamber 5. By spraying, a film composed of a plurality of particles is formed on the substrate 7. Note that the predetermined flow rate of the carrier gas supplied into the second chamber 9 in the present embodiment depends on the relationship between the pressure inside the first chamber 5 and the second chamber 9 and the appropriate supply of the aerosol through the transport pipe. The flow rate is set so that the amount can be sprayed onto the substrate in the first chamber 5.
[0033]
Here, the term “particles” in the present invention refers to a substantially spherical substance such as a particle having a diameter of several nm to several hundreds nm, a substance having a large aspect ratio (for example, carbon fiber such as carbon nanotube, metal or metal oxide). Needle-like substance (whisker)). Furthermore, a relatively large substance in which a plurality of the above-mentioned “particles” are aggregated or the like is also included in the “particles” of the present invention. Preferably, the particles in the present invention have a diameter of about 1 μm or less (in the case of a substance having a large aspect ratio, the length in the longitudinal direction), but are not limited thereto. In the present invention, “carbon fiber” refers to various types of carbon-based fibers (or “needle-like substances”). Specific examples of the “carbon fiber” in the present invention include, for example, a well-known so-called “carbon nanotube”, a “diamond fiber” mainly composed of diamond, and an “amorphous carbon” having lower crystallinity (ordering) than carbon nanotube. Fiber, a carbon nanohorn in which one end of tubular carbon is closed, and multiple carbon nanohorns, such that the hexagonal mesh plane of graphene is non-parallel to the axial direction (longitudinal direction) of the fiber. "Graphite nanofiber" in which graphene is laminated can be given. In the present invention, as the “particles” preferably used, in particular, the above-mentioned acicular substance (whisker) having a large aspect ratio or carbon fiber is used. If such particles having a large aspect ratio are used, the particles are ejected from the tapered tip of the transfer tube located in the second chamber, and then stand on the surface of the substrate (the longitudinal direction of the fiber or needle-like substance is (In a state non-parallel to the substrate surface).
[0034]
Examples of the dispersion medium that can be preferably used include organic dispersion mediums such as propanol, ethyl alcohol, and cyclopentane. However, the dispersion medium that can be used in the present invention is not limited to the above liquid. The dispersion medium that can be used in the present invention may be any liquid that can be vaporized and that can disperse the dispersoid with high uniformity.
[0035]
It is preferable to disperse particles of about 0.1 to 50 vol% in volume percentage in the liquid.
[0036]
Examples of a substrate on which a film is to be formed include a glass substrate and an alumina substrate, but are not limited thereto.
[0037]
The carrier gas that can be preferably used is N. ₂ And an inert gas such as He or Ar.
[0038]
The heating means 11 for evaporating the dispersion medium of the droplets composed of the particle dispersion may be a mechanism for heating the entire second chamber or a mechanism for heating a part of the second chamber. good. The heating means of the present invention may be configured to heat the transport pipe 4 or the nozzle 6 communicating with the first chamber 5, and a method of assisting the vaporization of the dispersion medium may be adopted.
[0039]
The film forming apparatus and the film forming method according to the second embodiment of the present invention are characterized in that a pressure control mechanism is provided in the second chamber, and the method for vaporizing a dispersion of particles is performed by pressure control. This is different from the first embodiment, and the rest is the same as the first embodiment.
[0040]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a film forming apparatus according to the present embodiment.
[0041]
The film forming apparatus shown in FIG. 4 has a liquid (dispersion) including a first chamber 5 having a stage 12 (fixing means) for fixing a substrate therein, a plurality of particles, and a dispersion medium for dispersing the plurality of particles. Liquid), a second chamber 9 provided with a particle dispersion liquid supply device 17 for supplying the liquid to the inside, the first chamber and the second chamber are connected to each other, and are disposed in the first chamber. It has a transport pipe 4 whose tip is directed to the position of the base, and pressure adjusting means for adjusting the pressure in the first chamber 5 and the pressure in the second chamber 9. Note that the pressure adjusting means in the present embodiment includes the mass flow controller 10, the pump 13, the pressure gauge 16g, and the pressure control mechanism 16c.
[0042]
The configuration of the first chamber 5 differs from that of the first embodiment in that a pressure gauge 16 g for measuring the atmospheric gas pressure is provided.
[0043]
The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the second chamber 9 in that a pressure gauge 16 g for measuring the atmospheric gas pressure and a pressure control mechanism 16 c for controlling the pressure for vaporizing the dispersion medium of the dispersion liquid droplets are provided. (In the figure, 16g and 16c are collectively shown), and the heating means is not provided.
[0044]
The configuration of the particle dispersion liquid supply device 17 is different from that of the first embodiment in that a pressure gauge 16 g that measures the pressure in the particle dispersion container 14 and a pressure control mechanism 16 c that controls the pressure in the container are provided. (In the figure, 16g and 16c are collectively displayed).
[0045]
With the above configuration, the carrier gas 3 is supplied to the second chamber 9 at a predetermined flow rate, and the droplets composed of the dispersion liquid of the particles are supplied to the second chamber 9 from the particle dispersion liquid supply device 17. The droplets composed of the aerosolized and aerosolized particle dispersion liquid are vaporized by pressure control to form a particle aerosol. The aerosol of the particles is guided to the first chamber 5 via the transfer pipe 4 by a pressure difference between the second chamber 9 and the first chamber 5, and is sent from the nozzle 6 attached to the tip of the transfer pipe 4 in the first chamber 5. By spraying, a film composed of a plurality of particles is formed on the substrate 7. The predetermined flow rate of the carrier gas supplied into the second chamber 9 in the present embodiment depends on the relationship between the pressure inside the first chamber 5 and the pressure inside the second chamber 9 and the appropriate supply of the aerosol through the transport pipe. The flow rate is set such that the amount can be sprayed onto the substrate in the first chamber 5 and the pressure in the second chamber is maintained at a pressure suitable for vaporizing the dispersion medium of the dispersion liquid droplets.
[0046]
The pressure control for vaporizing the dispersion medium of the droplets composed of the particle dispersion is performed by using a pressure difference between the pressure in the second chamber 9 and the pressure in the particle dispersion supply device 17. And the method of vaporizing using the pressure difference between the pressure in the second chamber 9 and the pressure in the particle dispersion liquid supply device 17 and the pressure in the first chamber 5. Yes, any may be used.
[0047]
As described above, by having the pressure adjusting means for adjusting the pressure in the first chamber and the pressure in the second chamber, the relationship between the pressure inside the first chamber and the pressure inside the second chamber is reduced. Not only can the relationship be such that the aerosol can be sprayed onto the substrate in the first chamber 5 at an appropriate supply amount through the pipe, but depending on the pressure setting, the dispersion of the droplets can be achieved without a heating means as in this embodiment. The medium is vaporized by pressure control, and a particle aerosol with good dispersion uniformity can be efficiently obtained.
[0048]
【Example】
(Example 1)
An example of the film forming apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic view of a film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. That is, the present embodiment is an example in which a dispersion liquid of particles is supplied to the second chamber 9 using an ink jet, and a dispersion medium is vaporized by temperature control using a heating unit 11 to form an aerosol.
[0049]
In this embodiment, both ends of the second chamber 9 are small chambers that are smoothly connected to the pipe for supplying the carrier gas 3 and the transport pipe 4 via the mass flow controller 10. The aerosol quickly flows out to the transport pipe 4 after the liquid is supplied and the dispersion medium of the supplied liquid is efficiently vaporized.
[0050]
First, the particle dispersion container 14 is filled with Al. ₂ O ₃ Al in which ultrafine particles are dispersed at 12 vol% in 2-propanol as a dispersion medium ₂ O ₃ The second chamber is filled with the ultrafine particle dispersion, and further, the dry air 3 is supplied to the second chamber, the inside of the first chamber 5 is evacuated, and a pressure difference is generated between the second chamber 9 and the first chamber 5. From 9 a steady flow of dry air 3 was formed in the first chamber 5.
[0051]
Next, the above Al ₂ O ₃ The ultrafine particle dispersion was supplied to the second chamber 9 by inkjet at a rate of 20 μl / s. At this time, the amount of each droplet by the ink jet is 4 pl. Al supplied to the second chamber 9 ₂ O ₃ The droplets composed of the ultrafine particle dispersion are dispersed in the dry air 3 to form an aerosol, and the Al in the aerosol is formed. ₂ O ₃ The droplets composed of the ultrafine particle dispersion liquid are heated by heating the entire second chamber 9 to 200 ° C. ₂ O ₃ The dispersion medium of the ultrafine particle dispersion is vaporized, and Al ₂ O ₃ An aerosol composed of the ultrafine particles, the dry air 3 and the gas of the dispersion medium component of the ultrafine particle dispersion liquid vaporized in the second chamber 9 was formed.
[0052]
Aerosolized Al ₂ O ₃ The ultrafine particles are transported to the first chamber 5 through the transport pipe 4, and from the nozzle 6 attached to the tip of the transport pipe 4, Al ₂ O ₃ Are sprayed together with a gas composed of a dispersion medium component of a dry air 3 and a vaporized ultrafine particle dispersion, and Al ₂ O ₃ Was formed. Since the transfer pipe 4 is fixed to the apparatus, the base 7 is moved so that the linear Al ₂ O ₃ A film was formed. The moving speed of the substrate is 5 mm / s.
[0053]
When the film thickness of the film thus formed was measured with a contact-type film thickness meter, it was 5 μm, and the film thickness distribution was ± 5%. The film forming conditions were as follows: transfer pipe diameter: φ6.4 mm, nozzle tip shape: rectangle of 5 mm × 0.5 mm, substrate: glass substrate, substrate heating: 150 ° C., second chamber pressure: 1000 torr (133 kPa), first Chamber pressure: 1 torr (133 Pa).
[0054]
(Example 2)
An example of another film forming apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic view of a film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, the ultrafine particle dispersion is supplied to the second chamber 9 using a spray nozzle, and the dispersion medium is vaporized by temperature control using a heating means 11 provided in the middle of the transport pipe 4 to convert the aerosol. This is an example in the case of forming.
[0055]
First, a carbon nanotube dispersion liquid in which carbon nanotubes are dispersed at 3 vol% in ethyl alcohol, which is a dispersion medium, is filled in the particle dispersion container 14, and He gas 3 is supplied to the second chamber 9; The inside of the chamber 5 was evacuated to generate a pressure difference between the second chamber 9 and the first chamber 5, thereby forming a steady flow of the He gas 3 from the second chamber 9 to the first chamber 5.
[0056]
Next, the supply amount of the above-mentioned carbon nanotube dispersion liquid was adjusted into the second chamber 9 by a spray nozzle so as to be 50 μl / s. At that time, the amount of each droplet by the spray nozzle is 60 pl. The droplets of the carbon nanotube dispersion supplied to the second chamber 9 were dispersed in He gas to form an aerosol, and the droplets of the carbon nanotube dispersion and an aerosol of He gas were formed.
[0057]
The droplets made of the aerosolized carbon nanotube dispersion liquid are transported to the first chamber 5 through the transport pipe 4, and the transport pipe 4 is heated by the heating means 11 so that the carbon nanotube dispersion liquid is transported in the transport pipe. The dispersion medium was vaporized to form a gas aerosol composed of carbon nanotubes, He gas 3, and a dispersion medium component of the vaporized carbon nanotube dispersion liquid. The heating was set so that the temperature in the tube in the steady state in the portion provided with the heating means was about 220 ° C. A gas consisting of carbon nanotubes, a He gas, and a dispersion medium component of a vaporized carbon nanotube dispersion liquid was jetted from a nozzle 6 attached to the tip of a transfer pipe 4 to form carbon nanotubes on a substrate 7. Since the transfer pipe 4 was fixed to the apparatus, the base 7 was moved to form a film made of linear carbon nanotubes. The moving speed of the substrate is 2 mm / s.
[0058]
When the formed product of the carbon nanotubes formed on the substrate 7 was observed by SEM, the density of the carbon nanotubes was about 10 / μm. ² And the density distribution of the carbon nanotubes was ± 15%. The film forming conditions were as follows: transfer pipe diameter: φ6.4 mm, nozzle tip shape: rectangle of 5 mm × 0.3 mm, substrate: Al, substrate heating: 100 ° C., second chamber pressure: 1000 torr (133 kPa), first chamber Pressure: 1 torr (133 Pa).
[0059]
(Example 3)
An example of the film forming apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view of a film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention. That is, the present embodiment is an example in which a dispersion liquid of particles is supplied to the second chamber 9 using a spray nozzle, and a dispersion medium is vaporized by pressure control to form an aerosol.
[0060]
First, the particle dispersion container 14 is filled with an Au dispersion in which Au particles are dispersed at 0.5 vol% in cyclopentane, which is a dispersion medium, and He gas 3 is supplied to the second chamber 9, and the first gas is supplied to the first chamber 9. The inside of the chamber 5 was evacuated, and a pressure difference was generated between the second chamber 9 and the first chamber 5, whereby a steady flow of He gas was formed from the second chamber to the first chamber.
[0061]
Next, the supply amount of the Au dispersion was adjusted into the second chamber 9 by a spray nozzle so as to be 10 μl / s. At that time, the amount of each droplet by the spray nozzle is 60 pl. The droplets of the Au dispersion supplied to the second chamber 9 are dispersed in He gas, and the dispersion medium of the Au dispersion is dispersed by the pressure difference in the particle dispersion supply device 17 and the pressure in the second chamber 9. It was vaporized to form an aerosol composed of Au particles, He gas, and a gas of a dispersion medium component of the vaporized Au particle dispersion.
[0062]
The aerosolized Au particles are transported to the first chamber 5 through the transport pipe 4, and a gas composed of a dispersion medium component of the Au particle dispersion liquid in which the Au particles are vaporized with He gas from a nozzle 6 attached to the tip of the transport pipe 4. To form an Au particle-dispersed film in which Au particles are dispersed on the substrate 7. The moving speed of the substrate is 10 mm / s.
[0063]
When the formed product composed of the Au particles formed on the substrate 7 was observed by SEM, the density of the Au particles was found to be about 80 particles / μm. ² And the density distribution of the Au particles was ± 10%. The film forming conditions were as follows: transport pipe diameter: φ6.4 mm, nozzle tip shape: rectangle of 5 mm × 0.3 mm, substrate: carbon, substrate heating: 80 ° C., pressure in the particle dispersion liquid supply device: 1500 torr (200 kPa), The pressure in the second chamber is 200 torr (27 kPa), and the pressure in the first chamber is 1 torr (133 Pa).
[0064]
【The invention's effect】
In the present invention, an aerosol having a constant particle concentration is efficiently formed by preparing a dispersion liquid of particles, supplying the dispersion liquid as minute droplets into the space in the chamber, and then vaporizing the dispersion medium. By spraying such aerosol onto a substrate, a good quality film can be efficiently obtained on the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for forming an ultrafine particle film by an evaporation method.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for forming an ultrafine particle film by an aerosol method.
FIG. 3 is a schematic diagram of the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram of a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram of the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram of a second embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram of a third embodiment.
[Explanation of symbols]
3 Carrier gas
4 Conveyor pipe
5 First chamber
6 nozzles
7 Substrate
9 Second chamber
10 Mass flow controller
11 heating means
12 stages
13 pump
14 Particle dispersion container
15 Droplet forming unit
16g pressure gauge
16c pressure control mechanism
17 Particle dispersion liquid supply device

Claims

(A) a step of disposing a substrate in the first chamber;
(B) adjusting the pressure in the first chamber to be lower than the pressure in a second chamber connected to the first chamber via a transfer pipe;
(C) supplying a liquid containing a plurality of particles and a dispersion medium for dispersing the plurality of particles into a chamber;
(D) evaporating the dispersion medium contained in the liquid supplied into the second chamber, and causing the plurality of particles contained in the liquid supplied into the second chamber to pass through the transfer pipe, Transporting into the first chamber and injecting from the tip of the transport tube toward the substrate;
A film forming method comprising: