JP2006297251A - Film forming apparatus and film forming method using the film forming apparatus - Google Patents
Film forming apparatus and film forming method using the film forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006297251A JP2006297251A JP2005120917A JP2005120917A JP2006297251A JP 2006297251 A JP2006297251 A JP 2006297251A JP 2005120917 A JP2005120917 A JP 2005120917A JP 2005120917 A JP2005120917 A JP 2005120917A JP 2006297251 A JP2006297251 A JP 2006297251A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particles
- aerosol
- film forming
- gas
- forming apparatus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 252
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims abstract description 112
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 181
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 58
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 8
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000012387 aerosolization Methods 0.000 description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N bismuth sodium Chemical compound [Na].[Bi] FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Nozzles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
本発明は、セラミックスや金属などの成膜材料の粒子を含むエアロゾルをノズルから被処理部材である基体に向けて高速で吹き付けることによって、セラミックスや金属を含む膜を基体上に成膜する成膜装置および成膜方法に関する。 The present invention is a film forming method in which a film containing ceramics or metal is formed on a substrate by spraying an aerosol containing particles of a film forming material such as ceramics or metal at high speed from a nozzle toward the substrate which is a member to be processed. The present invention relates to an apparatus and a film forming method.
セラミックスや金属からなる構造物や膜を成膜する装置および製造方法においては、セラミックスや金属などの成膜材料の粒子を含むエアロゾルをノズルから基板に向けて吹き付け、セラミックスや金属を含む膜を基板上に堆積させることによって行う方法、装置が提案されている。このような成膜装置においては、成膜する材料の粒子を含むエアロゾルの供給量を経時的に安定化して成膜を行うことが大きな課題となっている。尚、上記セラミックスの一例としては、圧電セラミックスが挙げられる。圧電セラミックスとしては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(以下「PZT」と略す)や、ビスマス酸チタン酸ナトリウム(以下「BNT」と略す)が挙げられる。 In an apparatus and manufacturing method for forming a structure or film made of ceramics or metal, an aerosol containing particles of a film forming material such as ceramics or metal is sprayed from a nozzle toward the substrate, and the film containing ceramics or metal is formed on the substrate. A method and apparatus have been proposed which are performed by depositing on top. In such a film forming apparatus, it is a big problem to perform film formation by stabilizing the supply amount of aerosol containing particles of a material to be formed over time. An example of the ceramic is piezoelectric ceramic. Examples of the piezoelectric ceramic include lead zirconate titanate (hereinafter abbreviated as “PZT”) and sodium bismuth titanate (hereinafter abbreviated as “BNT”).
この課題に対し、特許文献1にあるように、エアロゾル中の成膜材料の粒子の量をセンサにより感知し、感知したセンサの信号を利用してセラミックス構造物の堆積高さを調整する方法などがある。この方法の場合、ノズルから噴射された微粒子の量を計測し、該計測データをエアロゾル発生源へフィードバックしてエアロゾル発生量を調整する機構になっている。 To address this problem, as disclosed in Patent Document 1, the amount of film forming material particles in the aerosol is sensed by a sensor, and the height of the ceramic structure is adjusted using the sensed sensor signal. There is. In the case of this method, the amount of fine particles ejected from the nozzle is measured, and the measurement data is fed back to the aerosol generation source to adjust the aerosol generation amount.
図1には上記の方法によるセラミックス構造物作製装置の該略が示されている。従来、紛体を充填したエアロゾル化用ユニット29に対し、何らかの形で搬送ガスをガスボンベ11から導入し、該搬送ガスによってエアロゾル化した微粒子を搬送管4を通して成膜室へ搬送し、ノズル5から噴射することによってセラミックス構造物を作製する。この際、搬送微粒子の粒径を一様に揃えるため、分散器30を介して分級器31を搬送経路中に組み込むこともある。
FIG. 1 shows the outline of a ceramic structure manufacturing apparatus according to the above method. Conventionally, a carrier gas is introduced into the aerosol forming unit 29 filled with powder from the
さらに特許文献1においては、エアロゾルの発生量を安定化するためにエアロゾル中の微粒子の量をセンサ32により感知し、フィードバック制御回路9、配線10を通してエアロゾル発生ユニット29の駆動部または搬送ガス供給ボンベ11へ補正データを送信し、該補正データを用いてエアロゾル供給量を調整する。このとき、エアロゾル供給量の調整手段として、ガス流量の調整、ガス流速の調整、ガス温度の調整、またはエアロゾル化ユニットの駆動調整などが挙げられる。
しかしながら、ノズルから噴射された後にエアロゾル中の微粒子量を評価し、然る後にエアロゾル発生源でのエアロゾル発生量制御を行っても、すでに搬送途中のエアロゾル中の微粒子の量には反映されず、微粒子量を調整することができない。すなわち調整機構の反応速度が遅く、結果的に微粒子の噴射量を高精度に制御することができない。また、粒径の小さい粒子(一次粒子)を用いて成膜を行おうとしても、このような一次粒子は凝集を起こしやすい。そのため、複数の一次粒子が凝集して形成された粒子(二次粒子)が混ざったエアロゾルを用いて成膜を行うと、粒子の供給量を制御することができたとしても、安定で均一性の高い成膜が困難であった。さらには、エアロゾル中における粒子の分散性が低下すると、形成される膜の形状においては厚みにムラが生じるなどして、均一性の高い成膜が困難となる。本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、微粒子の供給レートを高精度に制御することを目的とし、更には、微粒子の分級および分散を行うことで、均一性が高く安定な成膜を実現することをも目的とする。 However, even if the amount of fine particles in the aerosol is evaluated after being ejected from the nozzle, and the aerosol generation amount is controlled in the aerosol generation source after that, it is not reflected in the amount of fine particles in the aerosol that is already being conveyed, The amount of fine particles cannot be adjusted. That is, the reaction speed of the adjusting mechanism is slow, and as a result, the injection amount of the fine particles cannot be controlled with high accuracy. Moreover, even if it is going to form into a film using a particle | grain (primary particle) with a small particle size, such a primary particle tends to raise | generate aggregation. Therefore, when film formation is performed using an aerosol in which particles (secondary particles) formed by agglomerating multiple primary particles are mixed, even if the supply amount of particles can be controlled, it is stable and uniform. High film formation was difficult. Furthermore, when the dispersibility of the particles in the aerosol is lowered, it is difficult to form a film with high uniformity because the thickness of the formed film is uneven. The present invention has been made in view of these problems, and aims to control the supply rate of fine particles with high accuracy. Furthermore, by performing classification and dispersion of fine particles, a highly uniform and stable composition is achieved. It is also aimed to realize a membrane.
上記課題を解決するためになされた、第1の発明は、成膜材料の粒子を含むエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、該エアロゾル形成手段により形成されたエアロゾルを噴射するノズルと、を有する成膜装置において、前記エアロゾル形成手段は、成膜材料の粒子を供給する供給手段と、成膜材料の粒子の量を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、形成するエアロゾルに含まれる成膜材料の粒子の量を制御する制御手段と、を有しており、前記供給手段は、成膜材料の粒子を収容する容器を備えており、前記検出手段は、成膜材料の粒子を収容した状態における前記容器の重量を測定することによって、前記形成するエアロゾルに含まれる成膜材料の粒子の量を検出することを特徴とする成膜装置である。 In order to solve the above problems, a first invention includes an aerosol forming unit that forms an aerosol containing particles of a film forming material, and a nozzle that jets the aerosol formed by the aerosol forming unit. In the membrane apparatus, the aerosol forming means includes a supply means for supplying particles of the film forming material, a detecting means for detecting the amount of particles of the film forming material, and an aerosol to be formed based on a detection result of the detecting means. Control means for controlling the amount of particles of the film-forming material contained therein, the supply means comprises a container for containing particles of the film-forming material, and the detection means The film forming apparatus is characterized in that the amount of film forming material particles contained in the aerosol to be formed is detected by measuring the weight of the container in a state in which the particles are contained.
また、上記第1の発明の成膜装置は、「前記制御手段は、前記供給手段から供給する成膜材料の粒子の量を制御する手段である」こと、「前記容器は、前記成膜材料の粒子を通す複数の開口を備えるフィルタを具備している」こと、「前記容器は、さらに、前記フィルタに接触し移動するブラシを具備する」こと、「前記エアロゾル形成手段は、さらに、前記粒子のうち、多数の粒子が凝集して形成された粒子を複数の粒子に解砕する解砕手段を備える」こと、「前記解砕手段は、形成されたエアロゾルが流される第1の搬送管と、該第1の搬送管の先端が挿入され、該先端から放出されるエアロゾルと並んでガスが流れるようにした第2の搬送管とを備える」こと、「前記先端から放出されるエアロゾルの流速と、前記エアロゾルと並んで流れるガスの流速とが異なるように、前記エアロゾルと前記ガスとが流される」ことをもその特徴とするものである。 Further, the film forming apparatus of the first aspect of the invention is “the control means is means for controlling the amount of particles of the film forming material supplied from the supply means”, “the container is the film forming material. A filter having a plurality of openings through which the particles pass through, “the container further includes a brush that contacts and moves the filter,” “the aerosol forming means further includes the particles. Among them, a crushing means for crushing particles formed by agglomeration of a large number of particles into a plurality of particles ”,“ the crushing means includes a first transport pipe through which the formed aerosol flows. , Including a second carrier tube in which the tip of the first carrier tube is inserted and gas is allowed to flow along with the aerosol discharged from the tip, “the flow velocity of the aerosol emitted from the tip Alongside the aerosol As the flow rate of the gas is different to, also the gas and is flowed "it and the aerosol is to its features.
上記課題を解決するためになされた、第2の発明は、成膜材料の粒子を含むエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、該エアロゾル形成手段により形成されたエアロゾルを噴射するノズルと、を有する成膜装置において、前記エアロゾル形成手段は、第1の搬送管と、該第1の搬送管の先端が挿入され、該先端から放出されるエアロゾルと並んでガスが流れるようにした第2の搬送管とを備える、ことを特徴とする成膜装置である。 In order to solve the above problems, a second invention comprises an aerosol forming means for forming an aerosol containing particles of a film forming material, and a nozzle for injecting the aerosol formed by the aerosol forming means. In the membrane device, the aerosol forming means includes a first carrier tube and a second carrier tube in which a tip of the first carrier tube is inserted and gas flows along with the aerosol discharged from the tip. And a film forming apparatus characterized by comprising:
そして、上記第2の発明の成膜装置は、「前記先端から放出されるエアロゾルの流速と、前記エアロゾルと並んで流れるガスの流速とが異なるように、前記エアロゾルと前記ガスとが流される」ことをもその特徴とする。 And, the film forming apparatus of the second invention is “the aerosol and the gas are caused to flow so that the flow velocity of the aerosol released from the tip and the flow velocity of the gas flowing along with the aerosol are different”. This is also a feature.
そして、さらに、本発明の第3は、上記成膜装置を用いて、前記エアロゾルを基体に向けて噴射することで、前記成膜材料を含む膜を形成する成膜方法である。 Further, a third aspect of the present invention is a film forming method for forming a film containing the film forming material by injecting the aerosol toward a substrate using the film forming apparatus.
上記のように、成膜材料の粒子を所定の粒径以下に分級し、かつ分級された粒子の供給量を即時供給装置の駆動部にフィードバックすることで、粒子を経時的に安定に供給し、かつ供給された粒子を解砕及びまたは分散させることで、成膜に適した最適な径の微粒子を安定的に得ることができるため、成膜安定性を向上することができる。 As described above, the particles of the film forming material are classified to a predetermined particle size or less, and the supply amount of the classified particles is fed back to the drive unit of the immediate supply device, thereby stably supplying the particles over time. Further, by crushing and / or dispersing the supplied particles, it is possible to stably obtain fine particles having an optimum diameter suitable for film formation, and thus the film formation stability can be improved.
以下に本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明の成膜装置の第1の例を図2に、そして第2の例を図3に概念図で示す。尚、本発明の成膜装置は図2、図3に示される例に限られず、さまざまな変形例が適用可能である。 A first example of the film forming apparatus of the present invention is shown in FIG. 2, and a second example is shown in a conceptual diagram in FIG. In addition, the film-forming apparatus of this invention is not restricted to the example shown by FIG. 2, FIG. 3, A various modified example is applicable.
本発明の成膜装置は、成膜材料の粒子を含むエアロゾルを生成する(形成する)エアロゾル形成手段100(図2、3において点線で囲まれて図示されている)と、エアロゾル形成手段100によって生成された(形成された)エアロゾルを噴射するためのノズル5とを、少なくとも、有している。そして、エアロゾル形成手段100によって形成されたエアロゾルは、搬送管4を通じてノズル5に導かれる。ノズル5は、成膜室(チャンバー)6内に導入されている。成膜室6内には、被成膜部材である基体7が配置されており、この基体7に向けてノズル5からエアロゾルが噴射される。基体は、典型的には基板である。基体7はステージ8上に固定されている。ステージ8はX方向およびY方向に可動なX−Yステージとすることもできる。このようなX−Yステージを用いれば、所望パターンの膜を基体7上に形成することができる。
The film forming apparatus of the present invention includes an aerosol forming means 100 (shown surrounded by a dotted line in FIGS. 2 and 3) for generating (forming) an aerosol containing particles of a film forming material, and an aerosol forming means 100. And at least a
エアロゾル形成手段100は、少なくとも、成膜材料の粒子をガス中に供給するための供給手段1を備えており、供給手段1はエアロゾルを形成するためのガス中へ供給する成膜材料の粒子の量(供給量)を所望量に制御することができる。
The
供給手段1としては、例えば、所望の粒径範囲内の成膜材料の粒子を収容した容器を備えている。容器は、所定量の粒子を供給することのできる手段(例えばフィーダー)を備えることもできる。このような供給手段1を用いる場合は、エアロゾル形成手段100は、ガスの流れの中に、供給手段1から粒子を供給するようにすることが好ましい(図11参照。詳細は実施例4で説明する)。あるいは、また、供給手段1としては、所望の粒径範囲内の成膜材料の粒子を収容した容器と、該容器内にガスを噴射する(ガスを吹き付ける)手段を備え、容器内に収容された粒子にガスを吹き付け(好ましくは容器下部から開口を備えるフィルタを通してガスを噴射し)、成膜材料の粒子を容器内で舞い上がらせて、粒子を供給する供給手段を用いることもできる(図10参照。詳細は実施例3で説明する)。 As the supply means 1, for example, a container containing particles of a film forming material within a desired particle size range is provided. The container can also be provided with means (for example, a feeder) capable of supplying a predetermined amount of particles. When such a supply means 1 is used, it is preferable that the aerosol forming means 100 supply particles from the supply means 1 in the gas flow (see FIG. 11, details will be described in Example 4). To do). Alternatively, the supply means 1 includes a container containing particles of a film forming material within a desired particle size range, and a means for injecting gas (blowing gas) into the container, and is accommodated in the container. It is also possible to use supply means for supplying particles by blowing gas onto the particles (preferably gas is injected from a lower part of the container through a filter having an opening), causing particles of the film forming material to rise in the container (FIG. 10). See details in Example 3).
そして、本発明におけるエアロゾル形成手段100は、好ましくは、ノズル5からエアロゾルが噴射される前に、供給手段1から供給される成膜材料の粒子の量を検出する検出手段2を備える。この検出手段2により、供給手段1から供給される成膜材料の粒子の量を検出(計測)することができる。
And the aerosol formation means 100 in this invention is provided with the detection means 2 which detects the quantity of the particle | grains of the film-forming material supplied from the supply means 1, before an aerosol is injected from the
そして、検出手段2の検出結果(検出値)を基にして、制御手段(フィードバック制御回路)9が、エアロゾル中に含まれる粒子の量が所望の値になるように、供給手段1から供給する粒子の量を所望量に制御する。 Based on the detection result (detection value) of the detection means 2, the control means (feedback control circuit) 9 supplies from the supply means 1 so that the amount of particles contained in the aerosol becomes a desired value. Control the amount of particles to the desired amount.
尚、検出手段2による粒子の供給量の検出は、常に行うことが最も好ましいが、許容される範囲で、間欠的に行うこともできる。尚、図3で説明する例は、供給手段1から供給される成膜材料の粒子の量を、粒子を収容した容器ごと計測する例である。この例においては、供給手段1は、粒子を収容する容器を備えており、該容器から放出(供給)する粒子の量(粒子の供給量)を、粒子を収容した容器の重量の変化で検出(モニター)することができる。そして、この検出した値を基にして、制御手段9によって、粒子の供給量を制御する例である。また、この例においては、粒子を収容する容器内に、粒子を分級するための分級手段として、複数の開口を備えたフィルタを具備することができる。このようにすれば、供給手段1から供給される成膜材料の粒子の粒径を、予め、ある程度揃えることができる。また、さらに、上記フィルタの開口に粒子を送り込むために、フィルタに接触し移動するブラシを備えることもできる。またこのような移動可能なブラシとしては、例えば、フィルタに接触しながら回転するブラシを用いることが好ましい。このようにすれば、供給手段1から、安定に且つ高精度に成膜材料の粒子を所望量供給することができる。 It is most preferable to always detect the supply amount of particles by the detection means 2, but it can also be performed intermittently within an allowable range. Note that the example described in FIG. 3 is an example in which the amount of film forming material particles supplied from the supply unit 1 is measured for each container containing particles. In this example, the supply means 1 includes a container for storing particles, and detects the amount of particles discharged (supplied) from the container (the amount of particles supplied) by a change in the weight of the container storing the particles. Can be monitored. And it is an example which controls the supply amount of particle | grains by the control means 9 based on this detected value. In this example, a filter having a plurality of openings can be provided as a classifying means for classifying the particles in a container for containing the particles. In this way, the particle size of the film forming material supplied from the supply means 1 can be made uniform to some extent in advance. Furthermore, in order to send particles to the opening of the filter, a brush that contacts and moves the filter can be provided. Moreover, as such a movable brush, it is preferable to use, for example, a brush that rotates while being in contact with the filter. In this way, a desired amount of particles of the film forming material can be supplied from the supply means 1 stably and with high accuracy.
そして、本発明の成膜装置において、さらに好ましくは、エアロゾル形成手段100が、形成されたエアロゾル中に含まれる粒子(あるいは供給手段1から供給された粒子と考えることもできる)を解砕する解砕手段(ガス中における粒子の分散性を向上させる機能を更に備える場合もある)3を備える。
In the film forming apparatus of the present invention, more preferably, the
供給装置100から供給された粒子には、多数の粒子が凝集することで形成された2次粒子が含まれることが多い。そのため、解砕手段3(あるいは「解砕・分散手段3」と呼ぶ場合もある)を備えることによって、多数の粒子が凝集することで形成された粒子の塊(典型的には2次粒子)を解砕し、1次粒子の数を増やすことができる。そして、さらに、搬送ガス中における粒子の分散性を向上させることもできる。
The particles supplied from the
その結果、均一性の高い成膜を実現することができる。また、凝集していない粒子が解砕手段3に供給されれば解砕はされないが、搬送ガス中における粒子の分散性を向上させることができる。この意味で、本発明の「解砕手段3」は、「解砕・分散手段3」と呼ぶこともできる。尚、凝集している粒子であっても解砕手段3によって解砕されなかった場合においても、その粒子の分散性を向上することもできる。
As a result, highly uniform film formation can be realized. Further, if particles that are not aggregated are supplied to the crushing means 3, they are not crushed, but the dispersibility of the particles in the carrier gas can be improved. In this sense, the “disintegration means 3” of the present invention can also be called “disintegration / dispersion means 3”. Even if the particles are agglomerated, even when they are not crushed by the crushing
そして、本発明の成膜装置においては、エアロゾルが搬送管4を通り、ノズル5の先端から、X−Yステージ8上に固定された基体7に向けて噴射される。
In the film forming apparatus of the present invention, the aerosol passes through the transport pipe 4 and is sprayed from the tip of the
供給装置100は、更に、供給する粒子を分級するための分級手段を備えることもできる。分級手段としては、実用的には、2000μm以下、好ましくは100μm以下の粒径に分級することのできるものであればよい。
The
尚、粒子の粒径の下限は実用的には0.5μm以上である。また、供給手段は、実用的には、粒子が0.1g/h以上のレートであればよく、500g/h以下のレートで供給することができるものであることが好ましい。 The lower limit of the particle diameter is practically 0.5 μm or more. The supply means may be practically such that the particles can be supplied at a rate of 0.1 g / h or more, and preferably can be supplied at a rate of 500 g / h or less.
尚、例えば、分級手段は、粒子を収容する(貯蔵する)容器と、該容器の底部に配置される所望のメッシュ径(好ましくは0.5μmから2000μm)を備える網体(「メッシュ部材」あるいは「フィルタ」と言うこともある)と、該網体に接触しながら網体に対して相対的に移動する(回転や振動することをも含む)ことのできる部材(例えばブラシ)とで構成することができる。上記ブラシの回転によって粒子を前記網体を通し篩い分けることで所望の粒径の粒子を抽出する(所望の粒径を備える粒子を分級する)ことができる。このような分級手段は、前述したように、図3に示した供給手段1を構成する、成膜材料の粒子が収容される容器内に設けることができる。 For example, the classifying means includes a container (a “mesh member”) or a container having a desired mesh diameter (preferably 0.5 μm to 2000 μm) disposed at the bottom of the container for storing (storing) particles. And a member (for example, a brush) that can move relative to the mesh body (including rotation and vibration) while contacting the mesh body. be able to. Particles having a desired particle diameter can be extracted (classifying particles having a desired particle diameter) by sieving the particles through the mesh body by rotating the brush. As described above, such a classifying means can be provided in a container in which the particles of the film forming material constituting the supplying means 1 shown in FIG. 3 are accommodated.
また、分級手段としては、エアロゾルの搬送経路(搬送管4)を非直線状に構成し、搬送経路の一部に粒子の流出口となる開口を設けることによって、粒子の粒径に依存した質量の違いを利用して、所定の粒径以上の粒子を取り除くものを用いることもできる。あるいはまた、粒子を帯電させ、搬送経路上に電場や磁場を発生させることによって、帯電させた粒子に加えられる電場や磁場による偏向力の違いを利用して所定の粒径以上の粒子を取り除くものを用いることもできる。このように、分級手段は特に限定されず、公知の分級手段を適用することができる。 As the classifying means, the aerosol transport path (transport pipe 4) is configured in a non-linear manner, and an opening serving as a particle outlet is provided in a part of the transport path, whereby the mass depending on the particle size of the particles. By using the difference, it is possible to use one that removes particles having a predetermined particle size or more. Alternatively, by charging the particles and generating an electric field or magnetic field on the transport path, the particles larger than a predetermined particle size are removed using the difference in deflection force due to the electric and magnetic fields applied to the charged particles. Can also be used. Thus, a classification means is not specifically limited, A well-known classification means can be applied.
また、供給手段1および分級手段は、粒子の供給量及び粒子の粒径を所望の値(所望の範囲)に制御することができれば、特に限定されるものではない。 The supply unit 1 and the classification unit are not particularly limited as long as the supply amount of particles and the particle size of particles can be controlled to a desired value (desired range).
尚、本発明の成膜装置においては、チャンバー6内の圧力は、排気装置(真空ポンプ)12などによって減圧状態に維持される。即ち、供給装置1側の圧力よりもチャンバー6内の圧力は低く設定される(搬送管4のチャンバー6側の圧力よりも供給装置100側の圧力の方が高く設定される)ために、供給装置100から供給された粒子が、ノズル5からステージ8上に固定された基体7の表面に向けて噴射される。その結果、エアロゾルに含まれた粒子が基体7の表面に衝突し、堆積することで、膜が基体7の表面に形成される。
In the film forming apparatus of the present invention, the pressure in the chamber 6 is maintained in a reduced pressure state by an exhaust device (vacuum pump) 12 or the like. That is, the pressure in the chamber 6 is set lower than the pressure on the supply device 1 side (the pressure on the
図2で示す本発明の成膜装置の第1の例においては、供給手段1に搬送ガスを供給するためのボンベ11が接続されている。
In the first example of the film forming apparatus of the present invention shown in FIG. 2, a
この例においては、供給装置100は供給手段1から搬送管4に供給されたエアロゾル中に含まれる粒子の量を検出する供給量検出手段2を備えている。そして、検出手段2が検出した値を基に、適宜、供給手段1から供給される粒子の量を所望の量に制御することができる。
In this example, the
一方、図3で示す本発明の成膜装置の第2の例においては、供給量検出手段2として電子天秤13を用い、粒子の供給手段1ごと(粒子を収容している容器ごと)供給する粒子の重量を計測する例である。この例においては、供給する粒子の重量を算出し、該算出したデータを基に、供給手段1からの粒子の供給量を制御することができるので好ましい。このような装置を用いることで、供給する粒子の量を高精度に制御することができる。
On the other hand, in the second example of the film forming apparatus of the present invention shown in FIG. 3, an
尚、本発明においては、粒子の供給量を計測し、計測したデータを基に供給装置から供給される粒子の量を制御することができる機構ならば重量計測法に限定されるものではない。例えば光学的に粒子の供給量を計測するものも供給量検出手段として好ましく採用することができる。しかしながら、より精度高く計測するためには、図3で示した形態の供給量検出手段2を採用することが好ましい。 In the present invention, the weight measurement method is not limited as long as the mechanism can measure the supply amount of particles and control the amount of particles supplied from the supply device based on the measured data. For example, an apparatus that optically measures the supply amount of particles can be preferably employed as the supply amount detection means. However, in order to measure with higher accuracy, it is preferable to employ the supply amount detection means 2 having the configuration shown in FIG.
供給手段1は、解砕手段3(解砕・分散手段3)に粒子15を供給する。図3で示した形態において、供給手段1と解砕手段3との間は、大気に開放されていても良いが、構造体で覆っていても良い。構造体で覆った場合には内部を減圧状態に維持しても良い。例えば、図2に示す形態においては、供給手段1と解砕手段3とが搬送管で繋げられているため、供給手段1と解砕手段3との間の空間は搬送管によって覆われているとも言える(供給手段1と解砕手段3とが搬送管によって接続されている)。そして、解砕手段3を通った粒子は、搬送管4を介してノズル5に導かれ、ノズル5の先端から基体7に向けて搬送ガスと共に噴射される。
The supply unit 1 supplies the
本発明における解砕手段3(解砕・分散手段3)としては、具体的には、例えば、図4または図5に示されるような構造を採用することができる。 As the crushing means 3 (crushing / dispersing means 3) in the present invention, specifically, for example, a structure as shown in FIG. 4 or FIG. 5 can be adopted.
図4で示した例においては、供給装置100から粒子24が供給される第1の搬送管4−1と、第1の搬送管4−1の先端が挿入されている第2の搬送管4−2とを備えている。尚、好ましくは、第1の搬送管の中心と第2の搬送管の中心とが実質的に一致するように配置することが好ましい。
In the example shown in FIG. 4, the first transport pipe 4-1 to which the
第2の搬送管4−2には第2のガスを導入するための第2の導入口19が備えられ、第1の搬送管4−1には第1のガスを導入するための第1の導入口18が備えられる場合がある。そして、第1の導入口18には、第1のガスの、第1の搬送管4−1内に導入する流量を制御するための制御弁21が接続されている。同様に、第2の導入口19には、第2のガスの、第2の搬送管4−2内に導入する流量を制御するための制御弁22が接続されている。尚、第1の搬送管4−1に粒子24が導かれる前にエアロゾル状態が形成されている場合には、第1のガスを導入するための第1の導入口18、制御弁21は必ずしも必要としない。
The second transport pipe 4-2 is provided with a
このようにすることで、第1のガス(エアロゾル)の流れる向きと第2のガスの流れる向きとを、ほぼ同じにすることができる。より詳細に述べれば、流速にもよるが、第1の搬送管4−1は、その先端からある所定の距離までの部分の中心軸が、第2の搬送管の中心軸と実質的に同じにすることで、第1のガス(エアロゾル)の流れる向きと第2のガスの流れる向きとを、ほぼ同じにすることができる。即ち、第1の搬送管4‐1の先端から第2の搬送管4‐2内に放出される第1のガス(エアロゾル)の流れが、第2のガスの流れと並ぶように(沿うように)することができる。そして、特には、第1の搬送管4‐1の先端を第2の搬送管4‐2の内壁に接触しないようにすることで、第1の搬送管4‐1の先端から第2の搬送管4‐2内に放出される第1のガス(エアロゾル)の流れを、第2のガスの流れが取り巻く様にすることができる。 By doing so, the direction in which the first gas (aerosol) flows and the direction in which the second gas flows can be made substantially the same. More specifically, although depending on the flow velocity, the central axis of the first transport pipe 4-1 is substantially the same as the central axis of the second transport pipe from the tip to a predetermined distance. By doing so, the direction in which the first gas (aerosol) flows and the direction in which the second gas flows can be made substantially the same. In other words, the flow of the first gas (aerosol) discharged from the tip of the first transfer pipe 4-1 into the second transfer pipe 4-2 is aligned with the flow of the second gas (so as to follow). To). In particular, by preventing the tip of the first transfer tube 4-1 from coming into contact with the inner wall of the second transfer tube 4-2, the second transfer can be performed from the tip of the first transfer tube 4-1. The flow of the first gas (aerosol) released into the tube 4-2 can be surrounded by the flow of the second gas.
図5の構造においては、図4の構成に加えて、第2の搬送管4−2の先端が挿入されている第3の搬送管4−3を備えている例である。第3の搬送管4−3には第3のガスを導入するための第3の導入口20が備えられ、そして、第3の導入口20には、第3のガスの、第3の搬送管4−3内に導入する流量を制御するための制御弁23が接続されている。
In the structure of FIG. 5, in addition to the structure of FIG. 4, it is an example provided with the 3rd conveyance pipe 4-3 in which the front-end | tip of the 2nd conveyance pipe 4-2 is inserted. The third transfer pipe 4-3 is provided with a
本発明においては、第1の搬送管4−1の先端部の直径が、第2の搬送管4−2の内径よりも小さく設定されている。そして、第1の搬送管4−1の先端が第2の搬送管4−2内に挿入されている。そして、好ましくは、即ち、第1の搬送管4−1の先端が、第2の搬送管の内壁と接触しないように配置している。 In the present invention, the diameter of the tip of the first transport pipe 4-1 is set to be smaller than the inner diameter of the second transport pipe 4-2. And the front-end | tip of the 1st conveyance pipe 4-1 is inserted in the 2nd conveyance pipe 4-2. And preferably, it arrange | positions so that the front-end | tip of the 1st conveyance pipe 4-1 may not contact the inner wall of a 2nd conveyance pipe.
また、図5に示す形態においては、図4に示す形態に加えて、さらに、第2の搬送管4−2の先端部の直径が、第3の搬送管の4−3の内径よりも小さく設定されており、第2の搬送管4−2の先端が第3の搬送管4−3内に挿入されている。そして、好ましくは、第2の搬送管4−2の先端が、第3の搬送管4−3の内壁と接触しないように配置されている。 Further, in the form shown in FIG. 5, in addition to the form shown in FIG. 4, the diameter of the tip of the second transport pipe 4-2 is smaller than the inner diameter of 4-3 of the third transport pipe. It is set and the tip of the 2nd conveyance pipe 4-2 is inserted in the 3rd conveyance pipe 4-3. Preferably, the tip of the second transport pipe 4-2 is disposed so as not to contact the inner wall of the third transport pipe 4-3.
このようにすることで、図4の構成について説明したガスの流れに加えて、第2のガス(第2のガスと第1のガスの混合ガス)の流れる向きと、第3のガスの流れる向きとをほぼ同じにすることができる。 In this way, in addition to the gas flow described for the configuration of FIG. 4, the flow direction of the second gas (the mixed gas of the second gas and the first gas) and the flow of the third gas The direction can be almost the same.
尚、図5においては、第2の搬送管4−2の先端の位置と第1の搬送管4−1の先端の位置とが、第3の搬送管4−3内の実質的に同じ位置まで挿入されている場合を示している。 In FIG. 5, the position of the tip of the second transport pipe 4-2 and the position of the tip of the first transport pipe 4-1 are substantially the same position in the third transport pipe 4-3. The case where it is inserted is shown.
しかしながら、本発明においては、例えば、第2の搬送管4−2の先端よりもノズル5から離れた位置に第1の搬送管4−1の先端を配置することもできる。つまり、第1のガスと第2のガスとを十分に混合させた後に、第2の搬送管4−2の先端から第1のガスと第2のガスとの混合ガス(粒子を含む)を、第3のガスの流れの中に導入する形態を採用することもできる。このような形態であれば、ガス中における粒子の分散させる効果並びに凝集した粒子を解砕する効果を一層向上することができる。
However, in the present invention, for example, the front end of the first transport pipe 4-1 can be arranged at a position farther from the
図4および図5においては、解砕・分散手段3として、第1〜第3の搬送管を用いた場合を示した。しかしながら、本発明においては、上述した効果をさらに向上するため、あるいは、最終的に得たい粒子の粒度分布や分散度合いに応じて、搬送管の数(ガス導入口の数)を増やすことも可能である。 4 and FIG. 5, the case where the 1st-3rd conveyance pipe was used as the crushing / dispersing means 3 was shown. However, in the present invention, it is also possible to increase the number of transport pipes (the number of gas inlets) in order to further improve the above-described effects, or in accordance with the particle size distribution and the degree of dispersion of the particles to be finally obtained. It is.
次に、図4の構造を例に、解砕手段3(解砕・分散手段3)の働きについて以下に説明する。 Next, the operation of the crushing means 3 (crushing / dispersing means 3) will be described below with reference to the structure of FIG.
まず、供給装置100から供給された粒子24が第1の速度(「第1の流速」と置き換えて実質的に問題ない)で流れる第1のガス中に導入され、粒子24が第1の速度に設定される。次いで、粒子24を含む第1のガスが、第1の速度と異なる第2の速度(第2の流速)で流れる第2のガスに並ぶように(第2のガスに隣り合わせになるように)流される。これは、粒子24を含み第1の流速を有する第1のガスと、第1の流速と異なる第2の流速を有する第2のガスとを接触させると言い換えることもできる。
First, the
このようにすることで、第1の速度(第1の流速)で流れる第1のガスと第2の速度(第2の流速)で流れる第2のガスとの境界付近に存在する粒子24に力(例えばせん断力)が作用する。その結果、理想的には、粒子24の解砕、および、粒子24が解砕されることで形成された粒子25のガス中(第1のガスと第2のガスとの混合ガス中)への分散が行われる。
In this way, the
上記粒子24に作用する力の効果をより得るためには、特に、図4、図5に示す様に、第1の搬送管4‐1の先端の外径が第2の搬送管4−2の内径よりも小さく設定され、且つ、第1の搬送管4‐1の先端が第2の搬送管4−2の内壁に接触しないように設定されることが好ましい。このようにすることで、第1の搬送管4−1の先端から放出されたエアロゾルが第2のガスの流れで取り囲まれるようにすることが出来、その結果、上記した力を効率良く粒子24に作用させることができる。
In order to further obtain the effect of the force acting on the
このように、本発明においては、第1のガスと第2のガスとの境界付近において、粒子24が解砕する及び或いは分散するだけの力を、粒子24に加えられる状態であれば良い。従って、本発明は、第1のガスと第2のガスとが完全な層流状態で搬送管中を流れる形態以外を除外するものではなく、第1のガスと第2のガスとの境界が明確ではない状態をも含む。
As described above, in the present invention, it is only necessary to apply a force to the
尚、第1の速度と第2の速度は、その方向が概ね揃っていることが好ましい。しかしながら、流速を大幅に減少させない限り、それぞれのガスの流れの向きが交差するような場合も許容される。 Note that the first speed and the second speed are preferably substantially aligned in directions. However, as long as the flow velocity is not significantly reduced, the case where the directions of the respective gas flows intersect is allowed.
また、第1のガスに供給装置100から供給された粒子24を導入することにより得られる、上記「粒子24を含む第1のガス」は「第1のエアロゾル」と言うこともできる。
In addition, the “first gas including the
解砕・分散手段3を通った後において、粒子25は、第2のガスと第1のガスとの混合ガス中に存在することになる(図5の例では、粒子25は、第1〜第3のガスの混合ガス中に存在することになる)。そのため、このような粒子25を含むガスは、「第2のエアロゾル」と言うこともできる。
After passing through the crushing / dispersing means 3, the
また、上記説明においては、その都合上、「第1のガス」、「第2のガス」を区別して記している。しかしながら、この表現は、ガスの種類やガスの分圧が異なることを許容するものではあるが、全く同じガスであることを除外するものではない。 In the above description, for the sake of convenience, “first gas” and “second gas” are distinguished from each other. However, this expression allows different types of gas and different partial pressures of gas, but does not exclude that they are the same gas.
図5は、図4に記した解砕手段3の構造に加えて、さらに、第3のガスの流れを作り出すための第3のガスの導入経路20を備える搬送管4−3を加えた、本発明の別の形態例である。この形態においては、第2の搬送管4−2の少なくとも一部が、第3の搬送管4−3に挿入している。そして、第3の搬送管4‐3の内径が第2の搬送管4‐2の外径よりも大きく設定され、且つ、第2の搬送管4‐2の先端が第3の搬送管4−3の内壁に接触しないように設定されている。このようにすることで、搬送管4−2の先端から放出された第2のガスを、第3のガスで取り巻くようにしている。
In addition to the structure of the crushing means 3 shown in FIG. 4, FIG. 5 further includes a transport pipe 4-3 provided with a third
図5に示す解砕・分散手段3は、第3のガスの導入経路20から第3のガスを流す。第3のガスは、第1のガスの流速及び/または第2のガスの流速とは異なる流速を有することが許容される。図5に示した形態であれば、第1のガスの流速と第2のガスの流速との差によって生じる力によって解砕・分散された粒子25が搬送管の内壁に付着することを抑制することができる、および/または、粒子25のさらなる分散を行うことはできる。また、「第3のガス」は、ガスの種類やガスの分圧が「第1のガス」及び「第2のガス」と異なることを許容するものではあるが、全く同じガスであることを除外するものではない。
The crushing / dispersing means 3 shown in FIG. 5 allows the third gas to flow from the third
このように、本発明における、解砕・分散手段3として、目的とする粒径および流速等に応じて、流速の異なる多数(2以上)のガスを用いる構成を採用することができる。 Thus, as the crushing / dispersing means 3 in the present invention, it is possible to employ a configuration in which a large number (two or more) of gases having different flow velocities are used depending on the target particle size and flow velocity.
尚、本発明の解砕・分散手段3によって、供給された粒子24は、実用的な範囲として、0.1μm以上500μm以下の粒径を持った粒子25に揃えることが好ましい。このような粒径の範囲の粒子を用いれば、膜厚の均一性に優れた膜を基体7上に形成することができる。
The supplied
解砕などを行うための力を粒子24に有効に加えるため及び/或いは粒子25の分散性を向上するためには、粒子24を含む第1のガスの流れを取り巻くように、第2のガスを流すことが、好ましい。そのため、図4に示される解砕・分散手段3は、第1の搬送管4−1の先端を、第2の搬送管4−2の中心部付近に配置している。そして、供給装置100から粒子24を、第1のガスとともに、第2のガスの流れの中に導入することで、粒子を含む第1のガスの流れを、第2のガスの流れが取り巻く状況を作ることができる。また、同様の理由で、図5に示される形態のおいては、第1の搬送管4−1の先端を第2の搬送管4−2の中心部付近に配置しており、第2の搬送管の先端を第3の搬送管4−3の中心部付近に配置している。
In order to effectively apply a force for performing crushing or the like to the
尚、粒子24は第1のガス中に導入された時点で、粒子24は第1のガス中において分散され、エアロゾルが形成されていると言うこともできる。そして、第2の導入口19から導入された第2のガスと導入口18から導入されたガスとが合流し、この合流したガス中に粒子25が分散されエアロゾルが形成される。そして形成されたエアロゾルが前述した差圧によってノズル5に導かれ、粒子25がノズル5から搬送ガス(第1のガスと第2のガスとの混合ガス)と共に噴射される。
It can be said that when the
以上のように、本発明の成膜装置によれば、粒径の制御された粒子がガス中に均一性高く且つ分散度合いの経時的な変化が小さいエアロゾルを形成することができる。その結果、ノズル5から噴射される粒子の量の経時的な変動が少なく、且つ、噴射する粒子の粒径分布も狭いため、均一性の高い成膜を行うことができる。
As described above, according to the film forming apparatus of the present invention, it is possible to form an aerosol in which particles having a controlled particle size are highly uniform in the gas and the change in the degree of dispersion over time is small. As a result, the amount of particles ejected from the
尚、本発明においては、ノズル5から噴射される粒子の飛翔方向に対し、実質的に直角な方向に基板7をステージ8によって移動させることができる。そのため所望形状の膜を成膜することができる。尚、射ノズル5と基板7との相対位置が変化させられれば良いので、基板7でなくノズル5を可動としても良い。
In the present invention, the
(実施例1)
本実施例では、図3に示した構成の成膜装置を用いて成膜を行った。
Example 1
In this example, film formation was performed using the film formation apparatus having the configuration shown in FIG.
分級手段を備える供給手段1に、粒子として無処理のPZT粉体を50g投入した。供給手段1には粒子(PZTの粉体)を装填する容器と、この容器の底部に配置される固定目開きを有する網体(メッシュ)と、この網体上に接触して回転できるブラシとからなる供給手段を用いた。ブラシの回転によってPZT紛体を、網体を通すことで、篩い分け、所定の粒径以下の粒子のみを供給する構造とした。 50 g of untreated PZT powder was charged as particles into the supply means 1 having classification means. A container in which particles (PZT powder) are loaded in the supply means 1, a mesh body (mesh) having a fixed opening disposed at the bottom of the container, and a brush that can rotate in contact with the mesh body A supply means consisting of was used. The PZT powder is passed through a mesh body by rotation of a brush and sieved, and only particles having a predetermined particle size or less are supplied.
尚、固定目開きのメッシュ径は400μmのものを用いることで、400μm以下に分級された粒子を、1g/hのレートで解砕・分散手段3に供給した。尚、粒子の供給レートは、電子天秤13を用いて供給手段1ごと重量を計測することで供給する粒子の重量を算出し、この算出データを基に前記ブラシの回転速度の調整を行うことによって制御した。
In addition, by using a mesh having a fixed mesh size of 400 μm, particles classified to 400 μm or less were supplied to the crushing / dispersing means 3 at a rate of 1 g / h. The particle supply rate is calculated by calculating the weight of the particles to be supplied by measuring the weight of the supply means 1 using the
この制御によるPZT粉体の供給量は、図6のようにほぼ直線で推移した。電子天秤13による測定で500mgを供給した時点での供給量誤差は±5%以内であった。また、供給時におけるPZT紛体の粒径分布を測定したところ、図7のように、ピークは80μm以上100μm以下の範囲であった。
The supply amount of PZT powder by this control changed substantially linearly as shown in FIG. The supply amount error at the time when 500 mg was supplied as measured by the
400μm以下に分級され、1g/hのレートで供給されたPZT粒子は、解砕・分散手段3に供給される。解砕・分散手段3の内部構造は、図4のものを用いた。400μm以下の粒径のPZT粒子(凝集している粒子も多数存在する)24が、図4における上方から供給されるようにした。 The PZT particles classified to 400 μm or less and supplied at a rate of 1 g / h are supplied to the crushing / dispersing means 3. The internal structure of the crushing / dispersing means 3 is the same as that shown in FIG. PZT particles having a particle diameter of 400 μm or less (there are many agglomerated particles) 24 were supplied from above in FIG.
第1のガス導入管18と、それに付属するガスバルブ21を大気開放とし、第2のガス導入管19から導入する第2のガスの圧力を、バルブ22を調節することで0.3MPaとした。このとき、供給されたPZT粒子を含む第1のガスの流速26と、第2のガス導入管19から供給された第2のガスの流速27が異なる。そのため、ガス流26とガス流27との境界付近における粒子24に対してせん断力が生じ、400μm以下の範囲で凝集していた粒子24が解砕されるとともに分散される。解砕後のPZT粒子25の粒径は、ガス流26およびガス流27との流速の差によって決まり、目的とする粒径によって適宜調整することができる。この場合においては、解砕後の粒度分布が図8のようになっており、1μm±0.5μmの範囲にピークをもち、且つ、粒径を3μm以下にすることができた。
The first
上記のような手段を用いて分級,供給,解砕および分散されたPZT粒子は、搬送管4を通って噴射ノズル5から基板7に向かって噴射される。基板7はX−Y方向に可動することのできるステージ8に固定されており、ステージ8をスキャンすることによってPZT膜を成膜した。
The PZT particles classified, supplied, crushed and dispersed using the above-described means are jetted from the
成膜されたPZT膜は、その平均膜厚に対し、膜厚の誤差(バラツキ)が±6%以内であった。このように、本発明の成膜装置によれば、膜厚を均一性高く、再現性が良い成膜を行うことができた。ここでは粒子としてPZT粒子を用いたが、本発明においては、その他の材料の粒子を用いた場合においても、同様に再現性良く、成膜することができる。 The formed PZT film had a film thickness error (variation) within ± 6% of the average film thickness. As described above, according to the film forming apparatus of the present invention, it was possible to perform film formation with high uniformity and good reproducibility. Here, PZT particles are used as the particles. However, in the present invention, even when particles of other materials are used, the film can be formed with good reproducibility.
(実施例2)
本実施例では、図2に示した構成の成膜装置を用いて成膜を行った。
(Example 2)
In this example, film formation was performed using the film formation apparatus having the configuration shown in FIG.
供給装置100として、容器内に充填した粉体(粒子)にガス(第1のガス)を吹き付け、舞い上がった粒子を吹き付けたガス(第1のガス)と共に搬送する方法をとった。供給装置100のより詳細な構成を図9に示す。容器1内にはPZT紛体(PZT粒子)が充填されており、充填された紛体に直接ガスを吹き付けるためのガス導入管33および、ガスを吹き付けることで形成されたエアロゾル(ガス導入管33から導入されたガス(第1のガス)中にPZT粒子が分散されることで形成されるエアロゾル)を容器1外に搬送する搬送管34が備えられている。搬送管34の先には粒子の供給量を検出するための供給量検出手段2が備えられている。
As the
ここでは、粒子の供給量の検出は光学的な手法を用いた。そして検出したデータを基にして容器内に吹き付けるガスの流量を制御することで粒子の供給量が所望量になるように制御した。また、ガス導入管33および搬送管34の相対的な位置を変化させることで、搬送管34を通じて容器1内から搬出される粒子の平均粒径が400μm以下になるようにした。
Here, an optical method was used to detect the supply amount of the particles. Based on the detected data, the flow rate of the gas blown into the container was controlled to control the supply amount of particles to a desired amount. Further, by changing the relative positions of the gas introduction pipe 33 and the
400μm以下に分級されたPZT粒子は、解砕・分散手段3に供給される。解砕・分散手段3の構造は図4の構成のものを用いた。解砕・分散手段3に供給される粒子24の平均粒径は400μm以下である。そして、解砕・分散手段3にはPZT粒子24(多数のPZT粒子から構成される2次粒子も含む)がガス導入管33から導入されたガスの流れ26とともに供給されるようにした。
The PZT particles classified to 400 μm or less are supplied to the crushing / dispersing means 3. The structure of the crushing / dispersing means 3 is the same as that shown in FIG. The average particle diameter of the
尚、本実施例においては、ガス導入管18と、それに付属するバルブ21を完全密閉した。
In this embodiment, the
第2のガス導入管19から導入する第2のガスの圧力を、バルブ22を調節することで0.3MPaとした。このとき、粒子の流速(第1のガスの流速に相当する流速)26と、第2のガス導入管19から供給された第2のガスの流速27とが異なるため、凝集した粒子24が解砕されると共に、第1のガスと第2のガスとの混合ガス中に分散される。解砕後のPZT粒子の粒径の粒度分布が図8のようになっており、4μm以下の粒径であり、0.5μmから1.5μmの間にピークにまで解砕されていた。
The pressure of the second gas introduced from the second
本実施例の成膜装置を用いて成膜したPZT膜の膜厚誤差(平均膜厚に対する膜厚の変動の範囲)が±8%以内であり、均一性の高い成膜を実現できた。 The film thickness error of the PZT film formed using the film forming apparatus of the present example (the range of fluctuation of the film thickness with respect to the average film thickness) is within ± 8%, and highly uniform film formation was realized.
(実施例3)
本実施例は実施例2と同様に図2に示した構成の成膜装置を用いて成膜を行った。分級手段を備える供給装置100としては、粉体を充填する容器と、容器内の粉体の下部から均一性高くガスを導入する機構を備える。そして、舞い上がらせた粒子を搬送する。
(Example 3)
In this example, film formation was performed using the film formation apparatus having the configuration shown in FIG. The
本実施例の供給装置100のより詳細な構成を図10に示す。容器1内の底面にはメッシュ状のフィルタ(ガスを通すことのできる多数の孔を有する部材)36が配されており、フィルタ36下部から容器1内に第1のガスを導入できるようになっている。尚、第1のガスは、容器1に接続された搬送管33を通じて、ボンベ11からフィルタ36を通して容器1の底部に供給される。フィルタ36上にはPZT紛体(粒子)を30g充填(載置)した。容器1の上部に第2の搬送管34を設置した。
A more detailed configuration of the
尚、搬送管34の先には粒子の供給量を検出するための供給量検出手段2が備えられている。そして、搬送管34の更に先には、後述する解砕・分散手段3が配置されている。
A supply amount detection means 2 for detecting the supply amount of particles is provided at the tip of the
粒子の供給量のフィードバックは、光学的な手法を用いて粒子の量を測定し、その測定データに基づいて第1のガスの流量を制御することで行った。 The feedback of the supply amount of the particles was performed by measuring the amount of particles using an optical method and controlling the flow rate of the first gas based on the measurement data.
また、搬送管34の位置すなわちエアロゾルの吸い込み高さを変化させ、供給量検出手段2に供給される粒子の平均粒径が400μm以下になるように分級した。また、このときの粒子の供給量の経時的な変動は±8%以内であった。
Further, the position of the
解砕・分散手段3の内部構造を、図4に模式的に示す。本実施例においては、ガス導入管18と、それに付属するガスバルブ21を完全密閉した。第2のガス導入管19から導入する第2のガスの圧力を、バルブ22を調節することで0.3MPaとした。
The internal structure of the crushing / dispersing means 3 is schematically shown in FIG. In this embodiment, the
このようにすることで、第1の搬送管4−1の先端から噴射された粉体(多数のPZT粒子が凝集することで構成された2次粒子)24のもつ流速26と、第1の搬送管4−1の先端近傍を流れる第2のガスの流速27とが異なるため、ガス流26とガス流27との境界付近に存在する粒子24にせん断力などの力が働き、凝集していた粒子が解砕され、分散される。
By doing in this way, the
解砕後のPZT粒子の粒度分布が図8のようになっており、0.5μm〜1.5μmの範囲においてピークを有しており、最大粒径が4μm以下まで解砕されている。 The particle size distribution of the PZT particles after pulverization is as shown in FIG. 8, and has a peak in the range of 0.5 μm to 1.5 μm, and the maximum particle size is pulverized to 4 μm or less.
上記のような装置を用いてPZT膜を成膜したところ、PZT膜の膜厚は、平均膜厚に対し、誤差(バラツキ)が±9%以内に収めることができた。本実施例の成膜装置によれば、粒子の供給量を安定させることができ、且つ、2次粒子が少なく粒径分布が狭い粒子を用いることができるので、膜厚バラツキが少ない膜を再現性良く、均質性高く形成することができた。 When the PZT film was formed using the apparatus as described above, the error (variation) of the thickness of the PZT film was within ± 9% of the average film thickness. According to the film forming apparatus of the present embodiment, the supply amount of particles can be stabilized, and particles having a small number of secondary particles and a narrow particle size distribution can be used. It was possible to form with good properties and high homogeneity.
(実施例4)
本実施例の成膜装置においては、図2に示した構成の成膜装置を用いて成膜を行った。
Example 4
In the film forming apparatus of this example, film formation was performed using the film forming apparatus having the configuration shown in FIG.
供給装置100としてフィーダ37を用いた。実施例3では、容器(エアロゾル化室)1内に予め紛体を配置したが、本実施例では、実施例3と同様な機構によりエアロゾル化室1内の下方に配置されたメッシュ36を通して第1のガスを容器1内に導入しつつ、エアロゾル化室1内に粉体を少量ずつ供給することでエアロゾルを形成した。そして、形成されたエアロゾルを搬送管34を容器1内から導出した。
A
本実施例で用いた供給装置100のより詳細な構造を図11に模式的に示す。
FIG. 11 schematically shows a more detailed structure of the
容器(エアロゾル化室)1内の底面にはメッシュ状のフィルタ36が配されており、該フィルタ下部から一様に第1のガスを導入できるようになっている。この構造は実施例3と同様である。
A mesh-
容器1内に、フィーダ37から搬送管38を通してPZT紛体(PZT粒子)を1g/hのレートで供給した。導入された紛体は、第1のガスによってエアロゾル化され、搬送管34により搬送される。
PZT powder (PZT particles) was fed into the container 1 from the
本実施例においては、粒子の供給量のフィードバック機構は、粒子の供給量を光学的な手法で測定し、測定したデータを基に所望の値(供給量)になるように、第1のガスの流量およびフィーダ37の駆動を制御した。
In the present embodiment, the feedback mechanism for the supply amount of the particles measures the supply amount of the particles by an optical method, and the first gas so as to obtain a desired value (supply amount) based on the measured data. And the drive of the
また、搬送管34の位置、すなわちエアロゾルの吸い込み高さ、を変化させ、搬送される粒子の平均粒径が300μm以下になるように制御した。
In addition, the position of the
300μm以下に分級されたPZT粒子24は、解砕・分散手段3に供給される。
The
解砕・分散手段3の内部は、図4のような構造である。尚、本実施例においては、第1のガス導入管18と、それに付属するガスバルブ21を完全密閉した。第2のガス導入管19から導入する第2のガスの圧力を、バルブ22を調節することで0.4MPaとした。このとき、第1の搬送管4−1の先端から放出される第1のガスの流速26と、第2のガス導入管19から第2の搬送管4−2内に供給された第2のガスの流速27とが異なる。そのため、ガス流26とガス流27との境界近傍に存在する粒子24にせん断力などの凝集した粒子24が解砕するに足る力が加わり、凝集していた粉体24が解砕され、分散される。
The inside of the crushing / dispersing means 3 has a structure as shown in FIG. In the present embodiment, the first
解砕後のPZT粒子25の粒径は、解砕後の粒度分布が、0.7μm以上1.3μm以下の範囲にピークを持ち、その粒径が3μm以下であった。解砕語の粒度分布は、第1のガスの流速と第2のガスの流速との相対速度によって制御することができる。一般的に、相対速度が大きければ解砕後の粒径の最小値は小さくなる傾向になる。
The particle size distribution of the
上記のような装置を用いてPZT膜を成膜したところ、PZT膜の膜厚は、平均膜厚に対し、誤差(バラツキ)が±7%以内に収めることができた。本実施例の成膜装置によれば、粒子の供給量を安定させることができ、且つ、2次粒子が少なく粒径分布が狭い粒子を用いることができるので、膜厚バラツキが少ない膜を再現性良く、均質性高く形成することができた。尚、PZTをBNTに置き換えて、本実施例の成膜装置を用いてBNT膜を成膜したところ、PZTと同様に良好な形状特性を備える膜を形成することができた。 When the PZT film was formed using the apparatus as described above, the error (variation) of the PZT film was within ± 7% of the average film thickness. According to the film forming apparatus of the present embodiment, the supply amount of particles can be stabilized, and particles having a small number of secondary particles and a narrow particle size distribution can be used. It was possible to form with good properties and high homogeneity. When PZT was replaced with BNT and a BNT film was formed using the film forming apparatus of this example, a film having good shape characteristics as in PZT could be formed.
1 供給手段
2 供給量検出手段
3 解砕手段
4 搬送管
5 ノズル
6 成膜室(チャンバー)
7 基体
8 ステージ
9 フィードバック制御回路
13 電子天秤
24 凝集粒子
25 解砕された粒子
26 第1のガス流
27 第2のガス流
28 第3のガス流
100 エアロゾル形成装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply means 2 Supply amount detection means 3 Crushing means 4 Conveying
7 Substrate 8 Stage 9
Claims (10)
前記エアロゾル形成手段は、成膜材料の粒子を供給する供給手段と、成膜材料の粒子の量を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、形成するエアロゾルに含まれる成膜材料の粒子の量を制御する制御手段と、を有しており、
前記供給手段は、成膜材料の粒子を収容する容器を備えており、
前記検出手段は、成膜材料の粒子を収容した状態における前記容器の重量を測定することによって、前記形成するエアロゾルに含まれる成膜材料の粒子の量を検出することを特徴とすることを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus having an aerosol forming means for forming an aerosol containing particles of a film forming material, and a nozzle for injecting the aerosol formed by the aerosol forming means,
The aerosol forming means includes a supply means for supplying particles of the film forming material, a detecting means for detecting the amount of particles of the film forming material, and a film formed in the aerosol to be formed based on the detection result of the detecting means. Control means for controlling the amount of particles of the material,
The supply means includes a container for storing particles of a film forming material,
The detecting means detects the amount of film forming material particles contained in the aerosol to be formed by measuring the weight of the container in a state in which the film forming material particles are contained. A film forming apparatus.
前記エアロゾル形成手段は、第1の搬送管と、該第1の搬送管の先端が挿入され、該先端から放出されるエアロゾルと並んでガスが流れるようにした第2の搬送管とを備える、ことを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus having an aerosol forming means for forming an aerosol containing particles of a film forming material, and a nozzle for injecting the aerosol formed by the aerosol forming means,
The aerosol forming means includes a first transport pipe, and a second transport pipe into which a gas flows along with the aerosol that is inserted from the tip of the first transport pipe and discharged from the tip. A film forming apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005120917A JP2006297251A (en) | 2005-04-19 | 2005-04-19 | Film forming apparatus and film forming method using the film forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005120917A JP2006297251A (en) | 2005-04-19 | 2005-04-19 | Film forming apparatus and film forming method using the film forming apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006297251A true JP2006297251A (en) | 2006-11-02 |
Family
ID=37465984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005120917A Withdrawn JP2006297251A (en) | 2005-04-19 | 2005-04-19 | Film forming apparatus and film forming method using the film forming apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006297251A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007291503A (en) * | 2006-03-28 | 2007-11-08 | Brother Ind Ltd | Aerosol generating apparatus, method for generating aerosol and film forming apparatus |
KR101209349B1 (en) | 2010-11-22 | 2012-12-06 | 고려대학교 산학협력단 | Aerosol particle supplying apparatus and aerosol deposition apparatus using the same |
-
2005
- 2005-04-19 JP JP2005120917A patent/JP2006297251A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007291503A (en) * | 2006-03-28 | 2007-11-08 | Brother Ind Ltd | Aerosol generating apparatus, method for generating aerosol and film forming apparatus |
KR101209349B1 (en) | 2010-11-22 | 2012-12-06 | 고려대학교 산학협력단 | Aerosol particle supplying apparatus and aerosol deposition apparatus using the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6715640B2 (en) | Powder fluidizing devices and portable powder-deposition apparatus for coating and spray forming | |
CN101437605A (en) | Method and apparatus for nanopowder and micropowder production using axial injection plasma spray | |
JP2011524944A (en) | Method and apparatus for producing a coating from a liquid feedstock using axial feed | |
JP2008240063A (en) | Production method of structure and apparatus for producing the structure using the same | |
US20090191349A1 (en) | Aerosol generator, method for generating aerosol, film forming apparatus, and method for manufacturing film forming body | |
CN101332452A (en) | Aerosol-generting apparatus, film-forming apparatus, and aerosol-generating method | |
JP2006200013A (en) | Film deposition method and film deposition system | |
US6491241B1 (en) | Device for the dispersal and charging of fluidized powder | |
JP2006297251A (en) | Film forming apparatus and film forming method using the film forming apparatus | |
Sugioka et al. | Launching phenomenon of a centimeter-scale solid object using explosive boiling due to electrical discharge in water | |
JP2007291503A (en) | Aerosol generating apparatus, method for generating aerosol and film forming apparatus | |
JP4269728B2 (en) | Composite structure manufacturing equipment | |
JP2003166076A (en) | Method and apparatus for forming composite structure | |
JP2008045191A (en) | Apparatus and method for depositing coating film | |
JP4707209B2 (en) | Ceramic structure manufacturing equipment | |
JP5428042B2 (en) | Substance supply and metering device, particle processing device, coating device and coating system | |
JP4526162B2 (en) | Ceramic structure manufacturing equipment | |
JP2006249490A (en) | Aerosol spraying device for film formation apparatus, and film formation apparatus | |
JP4789078B2 (en) | Composite structure manufacturing equipment | |
US20090001198A1 (en) | Aerosol-generting apparatus, film-forming apparatus, and aerosol-generating method | |
JP2013046911A (en) | Granulator | |
JP2023099285A (en) | Plasma suspension coating system and method | |
JP2007217765A (en) | Aerosol-generating device | |
JP2009203542A (en) | Aerosol-forming device and film-forming apparatus provided with the same | |
JP4075719B2 (en) | Aerosol generator and composite structure manufacturing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080701 |