JP2006249490A - Aerosol spraying device for film formation apparatus, and film formation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エアロゾル化した微粒子を基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜するために用いられる成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置に関する。 The present invention relates to an aerosol injection apparatus for a film forming apparatus and a film forming apparatus which are used for causing aerosolized fine particles to collide with a substrate material and forming a thin film made of the fine particles on the surface of the substrate material.
電子機器の回路にはIC等とともに多くのコンデンサが搭載されている。このため、電子機器の更なる小型化を実現するには、コンデンサを基板内部に直接作ることが必要となる。この課題に対して、例えば特許文献1に記載されているように、エアロゾルデポジション法によるコンデンサの製造方法が提案されている。ここでエアロゾルデポジション法とは、微粒子をエアロゾル化して基板材料に衝突させ、この衝突による衝撃で前記微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて新たに生じた活性な表面を介して微粒子同士を再結合させることにより、基板材料の表面に微粒子からなる構造物(薄膜など)を形成する方法である。
エアロゾルデポジション法により得られる膜の大面積化に関しては、例えば特許文献2に記載されているように、エアロゾル化した微粒子を噴射させる導出口を長方形とし、かつノズルの内部形状を工夫したノズルが提案されている。
また、エアロゾルデポジション法により得られる膜の平滑さや緻密さに関しては、例えば特許文献3に記載されているように、エアロゾル化した微粒子の流れを基板表面に対して斜めに入射させる成膜方法が提案されている。
Regarding the increase in the area of the film obtained by the aerosol deposition method, for example, as described in
As for the smoothness and denseness of the film obtained by the aerosol deposition method, as described in Patent Document 3, for example, there is a film forming method in which a flow of aerosolized fine particles is obliquely incident on the substrate surface. Proposed.
しかしながら、特許文献2に記載の方法では、細長い領域の成膜は同時に実現できるが、幅広い二次元領域に一括で成膜することはできない。このため、この提案では、膜の大面積化に限界がある。また、成膜を継続するうちに、微粒子の衝突によりノズルの内面や開口部の周縁が削れてしまう。この提案では、ノズルの内部形状を利用してエアロゾル化した微粒子の濃度を均一に保ちながら微粒子の流れの長辺方向の幅を拡大するように意図しているが、ノズルの内部形状が変化することで、意図した効果が得られなくなり、濃度ムラが生じ、最終的には薄膜のパラメータ(膜厚など)の面内均一性が悪化するおそれがある。
However, the method described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、幅広い領域に均一な膜を成膜するのに適した成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the aerosol injection apparatus for film-forming apparatuses and film-forming apparatus which are suitable for forming a uniform film | membrane in a wide area | region.
前記課題を解決するため、本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置に用いられるエアロゾル噴射装置において、前記エアロゾル噴射装置は、エアロゾルを噴射する噴射口を1箇所有するノズルを複数本備えて構成されており、各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とする成膜装置用エアロゾル噴射装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a method for forming a thin film composed of the fine particles on the surface of the substrate material by injecting an aerosol in which the fine particles are dispersed in a gas from an aerosol injection device to collide with the substrate material. In the aerosol injection device used in the membrane device, the aerosol injection device includes a plurality of nozzles each having an injection port for injecting aerosol, and the nozzles are arranged with a predetermined gap therebetween. An aerosol injection device for a film forming apparatus is provided.
本発明の成膜装置用エアロゾル噴射装置においては、ノズルを直線状に一列に配列することができる。また、ノズルを二次元平面内に配列することもできる。
ノズルは、噴射口の大きさを互いに等しくすることもできる。また、各ノズルの噴射口の大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。また、噴射口の大きさを可変とする機構を備えることもできる。また、噴射口の大きさを一定に維持する機構を備えるノズルを用いることもできる。
ノズルは、等間隔に配列することもできる。また、ノズル間の間隔が段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。また、各ノズルがエアロゾルを噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。
In the aerosol injection apparatus for a film forming apparatus of the present invention, the nozzles can be arranged in a straight line. The nozzles can also be arranged in a two-dimensional plane.
The nozzles can also have the same size of injection ports. Moreover, it can also arrange so that the magnitude | size of the injection port of each nozzle may become large or small in steps. Also, a mechanism that makes the size of the injection port variable can be provided. Moreover, a nozzle provided with a mechanism for maintaining the size of the injection port constant can also be used.
The nozzles can also be arranged at equal intervals. Moreover, it can also arrange so that the space | interval between nozzles may become large or small in steps. Moreover, it can also arrange so that the pressure which each nozzle injects aerosol may become large or small in steps.
また、本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置において、エアロゾル噴射装置が上述の成膜装置用エアロゾル噴射装置であることを特徴とする成膜装置を提供する。
本発明の成膜装置においては、ノズルは噴射口の大きさを可変とする機構を備え、前記薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、前記モニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいて前記ノズルの噴射口の大きさを制御する制御装置とを備えた構成を採用することもできる。
The present invention also provides an aerosol in a film forming apparatus in which an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas is injected from an aerosol injection apparatus to collide with the substrate material, and a thin film made of the fine particles is formed on the surface of the substrate material. There is provided a film forming apparatus, wherein the spray apparatus is the above-described aerosol spray apparatus for a film forming apparatus.
In the film forming apparatus of the present invention, the nozzle includes a mechanism for changing the size of the injection port, the monitor device for monitoring the thickness of the thin film, and the nozzle based on the film thickness monitored by the monitor device It is also possible to adopt a configuration including a control device that controls the size of the injection port.
本発明によれば、ノズルを複数本配列し、これらのノズルからエアロゾル化した微粒子を基板材料の表面に向けて噴射するので、成膜速度や誘電率などの面内均一性を向上し、幅広い領域に均一な膜を成膜することができる。
基板材料に対して角度をもってノズルを設置し、ノズルの角度に合わせてノズルの噴射口の大きさやノズルの設置間隔を段階的に変化させることで、さらに面内均一性を向上することができる。
ノズルの噴射口の大きさを可変にすることで、微粒子の流量変化に対して成膜条件を動的に制御することが可能になる。また、微粒子の衝撃によるノズルの形状変化に対してノズルの大きさを常に一定に維持することができるので、膜厚の面内均一性を向上することができる。
According to the present invention, a plurality of nozzles are arranged, and aerosolized fine particles are ejected from the nozzles toward the surface of the substrate material. A uniform film can be formed in the region.
The in-plane uniformity can be further improved by installing the nozzles at an angle with respect to the substrate material, and changing the size of the nozzle outlets and the nozzle installation intervals in steps according to the nozzle angle.
By making the size of the nozzle injection port variable, it is possible to dynamically control the film forming conditions with respect to changes in the flow rate of the fine particles. In addition, since the size of the nozzle can be kept constant with respect to the change in the shape of the nozzle due to the impact of the fine particles, the in-plane uniformity of the film thickness can be improved.
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図1は、本発明の成膜装置1の一例を示す模式図である。図1において、キャリアガス(単に「ガス」という場合もある。)が充填されたガスボンベ2(ガス供給手段)は、ホース状の第1の配管3を介してエアロゾル発生器5の容器7に連結されており、エアロゾル発生器5にガスを供給するようになっている。ガスボンベ2からエアロゾル発生器5に供給されるガスの流量は、第1の配管3に設けられたマスフローコントローラ4によって制御可能である。
キャリアガスは、エアロゾル発生器5において微粒子6と混合してエアロゾルを構成するものであり、好適には、高圧のアルゴンのほか、ヘリウム、ネオン、窒素等の不活性ガスを用いることができる。なお、微粒子6としてペロブスカイト構造を有するセラミックス材料を用いる場合には、酸化性のガス、例えば酸素や空気を用いても良い。
The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus 1 of the present invention. In FIG. 1, a gas cylinder 2 (gas supply means) filled with a carrier gas (sometimes simply referred to as “gas”) is connected to a container 7 of an
The carrier gas mixes with the
エアロゾル発生器5は、微粒子6を内蔵した容器7と、微粒子6を一次粒子化する振動を発生する振動機8とを備える。エアロゾル発生器5では、振動機8の振動によって微粒子6を一次粒子化するとともに、ガスボンベ2から供給されるガスを微粒子6の層に吹き込むことにより、微粒子6をガス中に分散させ、エアロゾルを発生させることができる。
エアロゾル発生器5によって発生したエアロゾルを搬送するため、エアロゾル発生器5の容器7と成膜室10とを接続する第2の配管9,9,…が複数本設けられている。
振動機8が発生する振動の種類としては、超音波振動や電磁振動、機械的振動などが挙げられる。微粒子6の一次粒子化により、エアロゾル中に粗大な粒子が混入することが防止され、緻密かつ均一な薄膜を形成するのに有利となる。
The
In order to convey the aerosol generated by the
Examples of the vibration generated by the vibrator 8 include ultrasonic vibration, electromagnetic vibration, and mechanical vibration. By making the
微粒子6は、エアロゾルデポジション法に用いられる微粒子であれば特に限定されるものではないが、一般に粒径1nm〜数μm程度、より好ましくは粒径1nm〜100nm程度の微粒子が望ましい。微粒子6の材質も、膜形成材料となるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料やセラミックス材料、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等など、種々のものが使用可能である。
The
成膜室10内には、基板材料12を保持する基板保持台11と、基板材料12に向けて配置された複数本のノズル14,14,…を有するエアロゾル噴射装置13とが設けられている。また、成膜室10内の圧力を低圧とするため、メカニカルブースターポンプ18およびロータリーポンプ19が成膜室10に接続されている。
In the
基板保持台11は、X、Y、Zの三方向の位置を精密に移動させることが可能なXYZステージ(図示略)に連結されている。これにより、基板材料12の位置を精密に制御することが可能になっている。
基板材料12は、成膜される膜(図示略)を保持するものである。基板材料12としては特に限定されるものではなく、シリコン等の半導体基板、セラミックスやガラスなどの絶縁体基板、金属などの導電体基板などを用いることができる。
The
The
本発明において、エアロゾル16を噴射するノズル14は複数本が用いられており、エアロゾル噴射装置13は、エアロゾル16を末広がり状に噴射する噴射口15を1箇所有するノズル14,14,…を複数本備えて構成されている。また、各ノズル14,14,…は互いに所定の隙間17を介して配列されている。
ノズル14,14,…の隙間17は、具体的には、それぞれのノズル14,14,…から噴出するエアロゾル16が基板材料12の表面で互いに接して、エアロゾル16中に含まれる微粒子からなる膜が基板材料12上に連続的に形成されるようにする。これにより、基板材料12上の幅広い領域に成膜することが可能となる。ノズル14,14を隙間なく集束した場合、隣り合うノズル14,14から噴出されるエアロゾル16が基板材料12上で重なり合ってしまうので、エアロゾル16が重なり合ったところで膜厚が大きくなってしまい、均一な膜厚が得られない。
In the present invention, a plurality of
Specifically, the
図1に示す形態例では、ノズル14,14,…の形状は互いに同一であり、噴射口15の大きさは互いに等しくされている。これにより、エアロゾル16を各ノズル14,14,…から等量噴出させることができるので、膜の面内均一性を向上することができる。また、ノズル14,14,…は等間隔に配列するとともに、ノズル14の吹き付け角度を基板材料12に対して垂直とされている。これにより、ノズル14,14,…の配列が容易になり、配列の精度も向上する。
ノズル14,14,…の配列は、図2に示すように、直線状に一列の配列とすることもできる(図2中、列を一点鎖線で示す)。この場合、ノズル14,14,…の配列方向に垂直な方向(図1では紙面に垂直な前後方向)に基板材料12またはノズル14,14,…を動かし、基板材料12上でエアロゾル16が吹き付けられる位置を移動させることによって、基板材料12表面の幅広い領域に成膜することが可能となる。
また、図3に示すように、ノズル14,14,…を二次元平面内に複数の列をなすように配列することもできる(図3中、列をそれぞれ一点鎖線で示す。)。これにより、基板材料12表面のより幅広い領域に成膜することが可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the shapes of the
As shown in FIG. 2, the
Further, as shown in FIG. 3, the
図1に示す成膜装置1を用いて基板材料12の表面に膜を成膜する方法の概略を説明する。
微粒子6をエアロゾル発生器5の容器7内に充填して、微粒子6を振動機8で加振しつつガスボンベ2からキャリアガスを供給することにより、微粒子6をエアロゾル化する。エアロゾル16は、キャリアガスとともにジェット流となって噴射され、第2の配管9を通ってノズル14の噴射口15から噴出される。エアロゾル16中の微粒子は、基板材料12の表面に堆積し、薄膜を形成する。
図1の成膜装置1では、上述のように、エアロゾル噴射装置13が複数本のノズル14,14,…を備えて構成され、これらのノズル14,14,…が互いに所定の隙間17を介して配列されているので、成膜速度や誘電率、膜厚などの面内均一性を向上し、幅広い領域に均一な膜を成膜することができる。
An outline of a method for forming a film on the surface of the
The
In the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, as described above, the
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
図1では、使用するノズル14,14,…の形状を同一とし、また、ノズル14,14,…を等間隔に配列するとともに、ノズル14の吹き付け角度を基板材料12に対して垂直としたが、特許文献3に記載されているように、ノズル14の吹き付け角度を基板材料12に対して斜めとすることもできる(図4,図5参照)。
As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned example, Various modifications are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
In FIG. 1, the
ノズル14からエアロゾル16を基板材料12に対して斜めに吹き付ける場合、基板材料12に対するエアロゾル16の入射角度αは、−60°〜−5°または+5°〜+60°、特に好ましくは、−30°〜−5°または+5°〜+30°となるように、ノズル14,14,…と基板材料12との配置を調節するのが望ましい。ただし、エアロゾル16の入射角度αは、ノズル14の中心軸線20と基板材料12の表面の法線21とがなす角として定義する。
なお、図4,図5ではノズルは、入射角度αが互いに等しくなるように(すなわち、ノズルの中心軸線20が互いに平行となるように)設置している。
このように、入射角度αを±60°〜±5°の範囲内とすることにより、微粒子の接合が充分で組織が緻密になり、また、表面が平滑で密度の均一な膜を実現することができる。また、基板材料12の表面に向けて噴出された微粒子のうち、成膜に利用されず、基板材料12に接合しなかった微粒子が基板材料12の表面で反射してノズル14に衝突するのを防止することもできる。
When the
4 and 5, the nozzles are installed such that the incident angles α are equal to each other (that is, the
As described above, by setting the incident angle α within the range of ± 60 ° to ± 5 °, the fine particles can be sufficiently joined and the structure can be made dense, and the surface can be smooth and the density can be uniform. Can do. Further, among the fine particles ejected toward the surface of the
ところでノズル14の吹き付け角度を基板材料12に対して斜めとした場合、大きさの均一な複数本のノズル14,14,…を等間隔に配置すると、ノズル14の先端と基板材料12との距離が一定にならないので、膜の面内均一性が悪化するおそれがある。
この問題は、図4に示すように、ノズル14,14A,14Bの噴射口15,15A,15Bの大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列することによって解決することができる。図4では、ノズル14,14A,14Bは、噴射口15が図の右寄りに傾くように設置されており、噴射口15,15A,15Bの大きさが左から右に向かうにつれて順に大きくなるように配列されている。
また、図5に示すように、噴射口15,15,…の大きさが均一なノズル14,14,…を配列するときに、ノズルの間隔を段階的に大きく又は小さくなるように配列することによっても解決できる。この場合、異なる形状のノズルを複数種類用意する必要がないという利点もある。
また、ノズル14,14,…ごとにエアロゾル16を噴射する圧力を変える機構を設け、エアロゾル16を噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるようにノズル14,14,…を配列することによっても解決できる。
図4,図5に示すように、基板材料に対して角度をもってノズルを設置し、ノズルの角度に合わせてノズルの噴射口の大きさやノズルの設置間隔、あるいはエアロゾルの噴射圧力を段階的に変化させることで、さらに面内均一性を向上することができる。
When the spray angle of the
As shown in FIG. 4, this problem can be solved by arranging the
As shown in FIG. 5, when arranging the
Also, a mechanism for changing the pressure for injecting the
As shown in FIGS. 4 and 5, nozzles are installed at an angle with respect to the substrate material, and the nozzle injection port size, nozzle installation interval, or aerosol injection pressure is changed step by step according to the nozzle angle. By doing so, the in-plane uniformity can be further improved.
また、成膜条件は、ノズル14の噴射口15を通過するときのエアロゾル化された微粒子の速度で変化する。例えば、エアロゾル発生器5や配管9中で微粒子の凝集が起きたり、または他の要因で微粒子の速度が変化してしまうと、成膜条件に影響を与える。ノズルごとに噴射される微粒子の速度が異なると、面内均一性が悪化するおそれもある。この問題を解決するため、ノズル14は、噴射口15の大きさを可変とする機構を備えることもできる。この場合、基板材料12上に形成された薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、このモニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいてノズル14の噴射口15の大きさをフィードバック制御する制御装置を設けることによって、面内均一性の高い膜を成膜することが可能である。
In addition, the film forming conditions change depending on the velocity of the aerosolized fine particles when passing through the
また、成膜を継続するうちに、微粒子の衝突によりノズルの形状や噴射口の大きさが変化することがある。この問題は、噴射口15の大きさを一定に維持する機構をノズルに設けることで解決される。これにより、膜厚の面内均一性やサンプルごと(ロットごと)の均一性を向上することができる。
Further, as the film formation continues, the shape of the nozzle and the size of the injection port may change due to the collision of fine particles. This problem can be solved by providing the nozzle with a mechanism for maintaining the size of the
本発明は、エアロゾルデポジション法を用いた成膜によって得られる種々の電子素子、例えばコンデンサなどの製造などに利用することができる。 The present invention can be used for the manufacture of various electronic elements obtained by film formation using the aerosol deposition method, such as capacitors.
1,1A,1B…成膜装置、6…微粒子、12…基板材料、13…エアロゾル噴射装置、14,14A,14B…ノズル、15,15A,15B…噴射口、16…エアロゾル、17…ノズル間の隙間。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記エアロゾル噴射装置は、エアロゾルを噴射する噴射口を1箇所有するノズルを複数本備えて構成されており、各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とする成膜装置用エアロゾル噴射装置。 In an aerosol injection apparatus used for a film forming apparatus for injecting an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas to be injected from an aerosol injection apparatus and colliding with a substrate material, and forming a thin film made of the fine particles on the surface of the substrate material,
The aerosol injection apparatus includes a plurality of nozzles each having one injection port for injecting aerosol, and each nozzle is arranged with a predetermined gap therebetween. Aerosol spray device.
前記エアロゾル噴射装置が請求項1ないし10に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置であることを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus for spraying an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas from an aerosol injection device to collide with the substrate material, and forming a thin film made of the fine particles on the surface of the substrate material,
A film forming apparatus, wherein the aerosol injection apparatus is an aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1.
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Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080513 |