JP2006299335A - Film deposition method, film deposition apparatus used for the same, and vaporization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原料ガスを用いてCVD法により成膜する成膜方法に関し、詳しくは、固体物質をその気化温度よりも低い温度で気化させることを可能とし、CVD法による成膜可能な固体物質の選択範囲を拡大しようとする成膜方法及びその方法に使用する成膜装置並びに気化装置に係るものである。 The present invention relates to a film forming method for forming a film by a CVD method using a source gas, and more specifically, a solid material capable of vaporizing a solid material at a temperature lower than its vaporization temperature and capable of forming a film by the CVD method. The present invention relates to a film forming method for expanding the selection range, a film forming apparatus used for the method, and a vaporizing apparatus.
一般にCVD法による成膜方法は、CVD成膜装置を使用して原料を反応室の直前で気化して原料ガスを生成し、この原料ガスを反応室に導入してプラズマ処理して成膜するようになっている。 In general, a CVD film forming method uses a CVD film forming apparatus to vaporize a raw material immediately before a reaction chamber to generate a raw material gas, introduce the raw material gas into the reaction chamber, and perform plasma treatment to form a film. It is like that.
この場合、原料を気化する従来の気化装置は、原料が変化しない範囲で最高の温度に加熱する複数本のヒータを装置本体の周囲に配置し、液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化室の上壁部に設けられたノズルで液体原料を噴射して粒子化し、該ノズルに対向して配置された高周波振動板でノズルから噴射された液体原料の粒子に高周波振動を加えてより微粒子化して液体原料を気化させ、原料ガス輸送管を介してこの気化した原料ガスを反応室に輸送するようになっている(例えば、特許文献1参照)。 In this case, the conventional vaporizer that vaporizes the raw material has a plurality of heaters that are heated to the highest temperature within a range in which the raw material does not change, and is disposed around the device main body to vaporize the liquid raw material to generate the raw material gas. The liquid raw material is sprayed into particles by a nozzle provided on the upper wall of the chamber, and the liquid raw material particles injected from the nozzle are subjected to high-frequency vibrations by a high-frequency vibration plate disposed opposite to the nozzles to form finer particles. The liquid raw material is vaporized and the vaporized raw material gas is transported to the reaction chamber via the raw material gas transport pipe (see, for example, Patent Document 1).
また、他の気化装置は、気密室内に加熱可能に蒸発皿を備え、原料を貯蔵する原料貯蔵容器から蒸気圧の低い液体原料や昇華性の固体物質の原料を所定温度に加熱された蒸発皿に供給して原料を気化させ、生成された原料ガスをCVD反応室に移送するようになっている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、このような従来の気化装置においては、気化可能な原料は液体有機金属や有機金属溶液等の液体原料または昇華性の固体物質の原料等、比較的気化温度の低い原料に限られており、気化温度の高い例えばレアメタル等の金属はCVD法による成膜は困難であった。 However, in such a conventional vaporizer, vaporizable raw materials are limited to raw materials having a relatively low vaporization temperature, such as liquid raw materials such as liquid organic metals and organic metal solutions, or raw materials of sublimable solid substances. Further, it has been difficult to form a film by a CVD method using a metal such as a rare metal having a high vaporization temperature.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、CVD法による成膜可能な固体物質の選択範囲を拡大しようとする成膜方法及びその方法に使用する成膜装置並びに気化装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a film forming method, a film forming apparatus, and a vaporization apparatus used in the method for addressing such problems and expanding the selection range of solid substances that can be formed by a CVD method. For the purpose.
上記目的を達成するために、第1の発明による成膜方法は、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を飛散させて霧状化し、該霧状化された微細な液滴を減圧された気化室内に導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成し、該原料ガスを反応室に導入してプラズマ処理し、該反応室内に設置された基板上に前記固体物質の膜を堆積させるものである。 In order to achieve the above object, the film forming method according to the first aspect of the present invention is a method of spraying a solution obtained by mixing a predetermined amount of a fine particle material of a solid substance as a film forming raw material in a solvent, and atomizing the solution. The fine droplets are introduced into a vaporized chamber that has been decompressed, and the particulate material contained in the fine droplets is vaporized by applying thermal energy at a predetermined temperature to generate a raw material gas, which reacts with the raw material gas It is introduced into a chamber and subjected to plasma treatment, and a film of the solid material is deposited on a substrate installed in the reaction chamber.
また、前記溶液の霧状化は、超音波を前記溶液中に放射させ、該溶液中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して行うものである。これにより、超音波を溶液中に放射させ、該溶液中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して溶液を霧状化する。 The atomization of the solution is performed by radiating ultrasonic waves into the solution and utilizing the impact force at the time of generation and disappearance of cavities generated in the solution. Thereby, an ultrasonic wave is radiated into the solution, and the solution is atomized by using an impact force at the time of generation and disappearance of the cavity generated in the solution.
さらに、前記溶液の霧状化は、前記溶液を噴射ノズルから噴射して行うものである。これにより、溶液を噴射ノズルから噴射して霧状化する。 Further, the atomization of the solution is performed by spraying the solution from a spray nozzle. Thereby, the solution is sprayed from the spray nozzle to be atomized.
さらにまた、前記生成した原料ガスに対して反応室へ輸送する前にプラズマエネルギーを加え、原料ガスを遊離させるものである。これにより、反応室へ輸送する前の原料ガスにプラズマエネルギーを加えて原料ガスを遊離させる。 Furthermore, plasma energy is added to the generated source gas before it is transported to the reaction chamber to release the source gas. Thereby, plasma energy is added to the raw material gas before being transported to the reaction chamber to release the raw material gas.
そして、前記固体物質の微粒子材は、金属ナノパーティクル材である。これにより、金属ナノパーティクル材からなる微粒子材を用いて原料ガスを生成して成膜する。 The solid material particulate material is a metal nanoparticle material. Thus, a raw material gas is generated using a fine particle material made of a metal nanoparticle material to form a film.
また、第2の発明による成膜装置は、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を貯蔵すると共に該溶液を飛散させて霧状化する原料貯蔵容器と、内部を減圧可能に形成され、前記原料貯蔵容器から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、前記気化室から第2の輸送管を介して導入される前記原料ガスをプラズマ処理し、内部に設置された基板上に前記固体物質の膜を堆積させる反応室と、を備えたものである。 A film forming apparatus according to the second invention stores a solution in which a predetermined amount of a solid material fine particle material as a film forming raw material is mixed in a solvent, and also scatters the solution to form a mist, The fine particle material that is formed so that the inside can be decompressed, introduces the atomized fine droplets transported from the raw material storage container via the first transport pipe, and is contained in the fine droplets A vaporizing chamber for generating a raw material gas by adding thermal energy at a predetermined temperature to the heating means and a raw material gas introduced from the vaporizing chamber through a second transport pipe are plasma-treated and installed inside And a reaction chamber for depositing the solid material film on the substrate.
このような構成により、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を原料貯蔵容器に貯蔵すると共に該溶液を微細な液滴にして霧状化し、内部を減圧可能に形成された気化室内に原料貯蔵容器から第1の輸送管を介して輸送される上記霧状化された微細な液滴を導入し、気化室で該微細な液滴中に含まれる微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成し、反応室に上記気化室から第2の輸送管を介して上記原料ガスを導入し、反応室で該原料ガスをプラズマ処理して内部に設置された基板上に上記固体物質の膜を堆積させる。 With such a configuration, a solution in which a predetermined amount of a solid material fine particle material used as a film forming raw material is mixed in a solvent is stored in a raw material storage container, and the solution is atomized into fine droplets so that the inside can be decompressed. The atomized fine droplets transported from the raw material storage container via the first transport pipe into the vaporization chamber formed in the above are introduced, and the fine particle material contained in the fine droplets in the vaporization chamber The raw material gas is generated by adding heat energy at a predetermined temperature to the gas by heating means, and the raw material gas is introduced into the reaction chamber from the vaporization chamber through the second transport pipe. A film of the solid material is deposited on a substrate placed inside by plasma treatment.
また、第3の発明による成膜装置は、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を貯蔵する原料貯蔵容器と、前記原料貯蔵容器から供給管を介して供給される前記溶液を噴霧室内に噴射し、微細な液滴にして霧状化する噴射ノズルと、内部を減圧可能に形成され、前記噴霧室から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、前記気化室から第2の輸送管を介して導入される前記原料ガスをプラズマ処理し、内部に設置された基板上に前記固体物質の膜を堆積させる反応室と、を備えたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus comprising: a raw material storage container for storing a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid particulate material as a film forming raw material in a solvent; A spray nozzle that sprays the solution to be sprayed into fine droplets to form a mist, and the mist formed inside the spray chamber so that the pressure can be reduced and transported from the spray chamber via a first transport pipe A vaporization chamber that introduces fine droplets that are shaped and vaporizes the particulate material contained in the fine droplets by applying heat energy at a predetermined temperature by a heating means to generate a raw material gas; and the vaporization A reaction chamber that plasma-treats the source gas introduced from the chamber through a second transport pipe and deposits a film of the solid material on a substrate installed in the chamber.
このような構成により、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を原料貯蔵容器に貯蔵し、上記原料貯蔵容器から供給管を介して供給される溶液を噴射ノズルで噴霧室内に噴射し、微細な液滴にして霧状化し、内部を減圧可能に形成された気化室内に上記噴霧室から第1の輸送管を介して輸送される上記霧状化された微細な液滴を導入し、気化室で該微細な液滴中に含まれる微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成し、反応室に上記気化室から第2の輸送管を介して上記原料ガスを導入し、反応室で該原料ガスをプラズマ処理して内部に設置された基板上に上記固体物質の膜を堆積させる。 With such a configuration, a solution in which a predetermined amount of a solid material particulate material that is a film forming raw material is mixed in a solvent is stored in a raw material storage container, and a solution supplied from the raw material storage container through a supply pipe is injected into the injection nozzle. The atomized fine particles are sprayed into the spray chamber, atomized into fine droplets, and transported from the spray chamber through the first transport pipe into the vaporization chamber formed so that the inside can be decompressed. In the vaporization chamber, a fine gas contained in the fine droplets is vaporized by applying thermal energy at a predetermined temperature by a heating means to generate a raw material gas. The raw material gas is introduced through two transport pipes, the raw material gas is plasma-treated in a reaction chamber, and a film of the solid material is deposited on a substrate installed inside.
また、第4の発明による気化装置は、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を貯蔵すると共に該溶液を飛散させて霧状化する原料貯蔵容器と、内部を減圧可能に形成され、前記原料貯蔵容器から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、を備えたものである。 A vaporization apparatus according to a fourth aspect of the present invention stores a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid fine particle material as a film forming raw material in a solvent and scatters the solution to form an atomization, and an internal Is introduced into the fine particle material contained in the fine liquid droplets, and is introduced into the fine liquid droplets that are transported from the raw material storage container via the first transport pipe. And a vaporizing chamber that generates a raw material gas by applying a thermal energy of a predetermined temperature by a heating means to vaporize.
このような構成により、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を原料貯蔵容器に貯蔵すると共に該溶液を飛散させて霧状化し、内部を減圧可能に形成された気化室内に原料貯蔵容器から第1の輸送管を介して輸送される上記霧状化された微細な液滴を導入し、気化室で該微細な液滴中に含まれる微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する。 With such a configuration, a solution in which a predetermined amount of a solid material fine particle material used as a film forming raw material is mixed in a solvent is stored in a raw material storage container, and the solution is sprayed to form a mist so that the inside can be decompressed. The atomized fine droplets transported from the raw material storage container through the first transport pipe into the vaporization chamber are introduced, and the fine particle material contained in the fine droplets is heated in the vaporization chamber. Thus, heat energy at a predetermined temperature is applied and vaporized to generate a raw material gas.
さらに、前記原料貯蔵容器は、その底面部に超音波振動子を備え、該超音波振動子の駆動により発生する超音波を前記溶液中に放射させ、該溶液中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して前記溶液を霧状化するものである。これにより、原料貯蔵容器の底面部に備えた超音波振動子を駆動して超音波を発生し、この超音波を溶液中に放射させ、この溶液中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して上記溶液を霧状化する。 Further, the raw material storage container includes an ultrasonic vibrator on a bottom surface portion thereof, emits ultrasonic waves generated by driving the ultrasonic vibrator into the solution, and generates a cavity generated in the solution; The solution is atomized using an impact force at the time of extinction. As a result, the ultrasonic vibrator provided on the bottom surface portion of the raw material storage container is driven to generate ultrasonic waves, and the ultrasonic waves are radiated into the solution. The solution is atomized using an impact force.
そして、前記原料貯蔵容器は、内部に貯蔵された溶液の液面と上壁面との間の側壁部分に上下方向に並べて複数の取出し口を設け、そのうちの一つを前記第1の輸送管に接続したものである。これにより、原料貯蔵容器の内部に貯蔵された溶液の液面と原料貯蔵容器の上壁面との間の側壁部分に上下方向に並べて複数の取出し口を設け、そのうちの一つを第1の輸送管に接続する。 The raw material storage container is provided with a plurality of outlets arranged in the vertical direction on the side wall portion between the liquid level and the upper wall surface of the solution stored therein, and one of them is provided in the first transport pipe. Connected. Thus, a plurality of outlets are provided in the side wall portion between the liquid level of the solution stored in the raw material storage container and the upper wall surface of the raw material storage container, and one of them is provided for the first transportation. Connect to the tube.
また、第5の発明の気化装置は、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を貯留する原料貯蔵容器と、前記原料貯蔵容器から供給管を介して供給される前記溶液を噴霧室内に噴射し、微細な液滴にして霧状化する噴射ノズルと、内部を減圧可能に形成され、前記噴霧室から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、を備えたものである。 A vaporization apparatus according to a fifth aspect of the present invention is supplied from a raw material storage container for storing a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid fine particle material, which is a film forming raw material, in a solvent, and the raw material storage container through a supply pipe. The spray nozzle that sprays the solution into the spray chamber and atomizes it into fine droplets, and the mist that is formed so that the inside can be decompressed and is transported from the spray chamber via the first transport pipe. A vaporization chamber that introduces vaporized fine droplets and vaporizes the fine particle material contained in the fine droplets by applying heat energy at a predetermined temperature by a heating means to generate vapor. Is.
このような構成により、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を原料貯蔵容器に貯蔵し、原料貯蔵容器から供給管を介して供給される溶液を噴射ノズルで噴霧室内に噴射し、微細な液滴にして霧状化し、内部を減圧可能に形成された気化室内に噴霧室から第1の輸送管を介して輸送される上記霧状化された微細な液滴を導入し、気化室で該微細な液滴中に含まれる微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する。 With such a configuration, a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid fine particle material used as a film forming raw material in a solvent is stored in a raw material storage container, and the solution supplied from the raw material storage container through the supply pipe is stored by an injection nozzle. The atomized fine liquid that is sprayed into the spray chamber, atomized into fine droplets, and transported from the spray chamber through the first transport pipe into the vaporization chamber formed so that the inside can be decompressed. Droplets are introduced, and heat energy at a predetermined temperature is applied to the particulate material contained in the fine droplets in the vaporization chamber by a heating means to vaporize the raw material gas.
さらに、前記噴霧室は、側壁に上下方向に並べて複数の取出し口を設け、そのうちの一つを前記第1の輸送管に接続したものである。これにより、噴霧室の側壁に上下方向に並べて複数の取出し口を設け、そのうちの一つを第1の輸送管に接続する。 Further, the spray chamber is provided with a plurality of outlets arranged in the vertical direction on the side wall, one of which is connected to the first transport pipe. Thus, a plurality of outlets are provided on the side wall of the spray chamber in the vertical direction, and one of them is connected to the first transport pipe.
さらにまた、前記気化室は、前記加熱手段よりも原料ガスの下流側にてその流れに対して直交方向に対向して一対の電極を配設したものである。これにより、気化室の加熱手段よりも下流側にてその流れに対して直交方向に対向して配設された一対の電極でその間にプラズマを発生し、原料ガスにプラズマエネルギーを加えて原料ガスを遊離させる。 Furthermore, the vaporization chamber is provided with a pair of electrodes opposed to the flow in the direction orthogonal to the flow downstream of the heating means. Thereby, plasma is generated between the pair of electrodes arranged in the direction orthogonal to the flow at the downstream side of the heating means of the vaporization chamber, and plasma energy is added to the source gas to supply the source gas. To release.
そして、前記固体物質の微粒子材は、金属ナノパーティクル材である。金属ナノパーティクル材からなる微粒子材を気化する。 The solid material particulate material is a metal nanoparticle material. Vaporizing fine particles made of metal nanoparticle material.
請求項1又は6に係る発明によれば、成膜原料となる個体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を飛散させて霧状化し、この霧状化された微細な液滴中に含まれる微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成し、これをプラズマ処理して成膜するものとしたことにより、固体物質を本来それが有する気化温度よりも低い温度で気化させることができる。したがって、CVD法による成膜可能な固体物質の選択範囲を拡大することができる。また、固体物質を低温で気化させることができるので低温で成膜することができ、例えばフィルム等にも成膜することが可能となる。したがって、常圧プラズマCVDに適用すれば大型フィルムを連続して供給しながら成膜して大型の面発光有機ELを製造することができ、有機ELを備えて面発光する天井材や壁材の製造が可能となる。
According to the invention according to
また、請求項2に係る発明によれば、超音波を溶液中に放射させ、この溶液中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して溶液を霧状化するものとしたことにより、溶液を容易に霧状化することができる。
Further, according to the invention of
さらに、請求項3に係る発明によれば、溶液を噴射ノズルから噴射して霧状化するものとしたことにより、より微細な液滴を生成することができる。 Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 3, a finer droplet can be produced | generated by having sprayed the solution from the injection nozzle and atomized.
さらにまた、請求項4に係る発明によれば、反応室へ輸送する前の原料ガスにプラズマエネルギーを加えてガスを遊離させるものとしたことにより、反応室における遊離した原料ガスの割合が高くなり、成膜効率を向上することができる。
Furthermore, according to the invention according to
そして、請求項5又は14に係る発明によれば、金属ナノパーティクル材からなる微粒子材を用いるものとしたことにより、導電膜に適用できる金属材料の選択範囲が広がる。
And according to the invention which concerns on
また、請求項7に係る発明によれば、成膜原料となる個体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を噴射ノズルから噴射し、微細な液滴にして霧状化し、この霧状化された微細な液滴中に含まれる微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成し、これをプラズマ処理して成膜するものとしたことにより、より微細な液滴を生成することができ、該微細な液滴中の微粒子材に対して熱エネルギーを効率よく作用させることができ、微粒子材の気化を効率よく行わせることができる。したがって、成膜に使用する原料の利用効率を向上することができる。
Further, according to the invention of
さらに、請求項8に係る発明によれば、成膜原料となる固体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を飛散させて霧状化し、この霧状化された微細な液滴中に含まれる微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成するものとしたことにより、固体物質を本来それが有する気化温度よりも低い温度で気化させることができる。したがって、成膜可能な固体物質の選択範囲が広がって、従来CVD法による成膜が困難であった固体物質の低温成膜を可能とする成膜装置を容易に製造することができる。
Furthermore, according to the invention according to
そして、請求項9に係る発明によれば、原料貯蔵容器の底面部に超音波振動子を備え、該超音波振動子の駆動により発生する超音波を前記溶液中に放射させ、該溶液中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して溶液を霧状化するものとしたことにより、原料貯蔵容器内に貯蔵された固体物質の微粒子材を溶液中に均一に分散させることができると共に、霧状化された微細な液滴中に上記微粒子材を混入させることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, an ultrasonic vibrator is provided on the bottom surface of the raw material storage container, and ultrasonic waves generated by driving the ultrasonic vibrator are radiated into the solution. Dispersing the solid particulate material stored in the raw material storage container in the solution uniformly by atomizing the solution by using the impact force at the time of generation and extinction of the generated cavity In addition, the fine particle material can be mixed in the atomized fine droplets.
また、請求項10に係る発明によれば、原料貯蔵容器の内部に貯蔵された溶液の液面と原料貯蔵容器の上壁面との間の側壁部分に上下方向に並べて複数の取出し口を設け、そのうちの一つを第1の輸送管に接続したことにより、粒径のそろった微細な液滴を気化室に導入することができる。したがって、上記微細な液滴中に含まれる微粒子材に作用する熱エネルギーを均一にすることができ、微粒子材の気化を効率よく行うことができる。
According to the invention of
さらに、請求項11に係る発明によれば、成膜原料となる個体物質の微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液を噴射ノズルから噴射し、微細な液滴にして霧状化し、この霧状化された微細な液滴中に含まれる微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成するものとしたことにより、より微細な液滴を生成することができ、固体物質を本来それが有する気化温度よりも低い温度で効率よく気化させることができる。したがって、成膜可能な固体物質の選択範囲が広がって、これによっても従来CVD法による成膜が困難であった固体物質の低温成膜を可能とする成膜装置を容易に製造することができる。また、より微細な液滴を生成することができるため、この微細な液滴中の微粒子材に対して熱エネルギーを効率よく作用させることができ、微粒子材の気化を効率よく行わせることができる。したがって、成膜効率の高い成膜装置を製造することができる。
Further, according to the invention according to
さらにまた、請求項12に係る発明によれば、噴射ノズルで溶液を噴射して霧状化する噴霧室の側壁に上下方向に並べて複数の取出し口を設け、そのうちの一つを第1の輸送管に接続するものとしたことにより、粒径のそろったより微細な液滴を気化室に導入することができる。したがって、上記微細な液滴中に含まれる微粒子材に作用する熱エネルギーを均一にすることができ、微粒子材の気化をより効率よく行うことができる。 Furthermore, according to the twelfth aspect of the present invention, a plurality of outlets are provided in the vertical direction on the side wall of the spray chamber in which the solution is sprayed by the spray nozzle to be atomized, and one of them is the first transport. By connecting to the tube, finer droplets with a uniform particle size can be introduced into the vaporization chamber. Therefore, the thermal energy acting on the fine particle material contained in the fine droplets can be made uniform, and the fine particle material can be vaporized more efficiently.
そして、請求項13に係る発明によれば、気化室に加熱手段よりも原料ガスの下流側にてその流れに対して直交方向に対向して一対の電極を配設したことにより、該電極間にプラズマを発生させて反応室へ輸送する前の原料ガスにプラズマエネルギーを加えて原料ガスを遊離させることができる。したがって、反応室における遊離した原料ガスの割合を高くして成膜効率の高い成膜装置を製造することができる。
According to the invention of
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明による成膜装置の第1の実施形態の概略構成を断面で示す説明図である。この成膜装置は、原料ガスを用いてCVD法により成膜するもので、原料貯蔵容器1と、気化室2と、反応室3とからなる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing, in section, a schematic configuration of a first embodiment of a film forming apparatus according to the present invention. This film forming apparatus forms a film by a CVD method using a raw material gas, and includes a raw material storage container 1, a
上記原料貯蔵容器1は、成膜原料となる固体物質、例えば金、銀、銅、スズやレアメタル等の金属ナノパーティクルで粒子径が1nm〜60nmの微粒子材を例えば有機溶媒中に所定量混合した溶液5を貯蔵すると共に溶液5を微細な液滴にして霧状化するものであり、容器の底面部1aに超音波振動子6と、20KHz〜10MHzで発振して上記超音波振動子6を振動させる発振器7とを備えている。この場合、上記原料貯蔵容器1は、発振器7を駆動して超音波振動子6を振動させ、そのとき発生する超音波を上記溶液5中に放射させ、溶液5中に発生する空洞の生成時及び消滅時の衝撃力を利用して、上記ナノパーティクルの微粒子材を含む溶液5を1μm〜50μm径の微細な液滴8として飛散させる。また、上記原料貯蔵容器1は、その一方の側壁1bの上端部に後述する第1の輸送管9の一端部を接続し、対向する他方の側壁1cの上端部に例えば窒素ガス(N2)等の不活性ガスのキャリアガスを導入するキャリアガス導入管10を接続し、上記霧状化された微細な液滴8を上記キャリアガスによって第1の輸送管9内を図1に示す矢印A方向に輸送できるようになっている。
The raw material storage container 1 is a solid material as a film forming raw material, for example, metal nanoparticles such as gold, silver, copper, tin and rare metal, and a fine particle material having a particle size of 1 nm to 60 nm is mixed in a predetermined amount in an organic solvent, for example. The
なお、図1に示すように、上記原料貯蔵容器1の溶液5内に金属やセラミック等の棒状又は板状の部材11を浸漬すると溶液5中に発生する超音波の定在波が崩され、液面5aから溶液5の微細な液滴8がより飛び散り霧の生成が促進される。
In addition, as shown in FIG. 1, when a rod-like or plate-
上記原料貯蔵容器1には、気化室2が接続されている。この気化室2は、上記微細な液滴8中に含まれる上記ナノパーティクルの微粒子材に例えば500℃以下の所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成するものであり、一方の側壁2aに第1の輸送管9を設けて上記原料貯蔵容器1から上記霧状化された微細な液滴8を導入可能とし、他方の側壁2bに後述する第2の輸送管12の一端部を接続して上記原料ガスを図1に示す矢印B方向に輸送できるようにすると共に、真空ポンプ13を接続して内部を減圧可能にした石英又は金属製の気密室である。
A
上記第1の輸送管9の先端部9aは、気化室2内に導入されており、その側壁には複数の孔14が形成されている。また、上記第1の輸送管9の先端部9aを取り囲んで加熱手段としての例えば筒状ヒータ15が設けられており、この筒状ヒータ15で上記第1の輸送管9の先端部9aの複数の孔14から放出される微細な液滴8を加熱し、そこに含まれるナノパーティクルの微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成するようになっている。なお、ナノパーティクルの微粒子材の表面積は大きいため、この微粒子材は原料の固体物質が本来有する気化温度よりも低い温度で容易に気化する。したがって、上記筒状ヒータ15の設定温度は、上記微粒子材と同質の個体物質の気化温度よりも低く設定され、例えば炭素の場合には120℃程度でよく、金、銀又は銅等の場合には300℃以下でよい。
そして、上記原料貯蔵容器1と、気化室2とから気化装置4が構成される。
The
And the
上記気化装置4の気化室2には、反応室3が接続されている。この反応室3は、上記気化室2から導入される原料ガスをプラズマ処理して基板16上に上記固体物質の膜を堆積させるものであり、上壁部3aに第2の輸送管12を設けて上記気化室2から原料ガスを導入可能とし、内部にプラズマを発生する一対の対向電極(図示省略)を備え、内部の下側に基板16を搬送する搬送ベルト17を備えて常圧下で成膜できるようになっている。なお、反応室3は、上述のものに限られず、密閉可能に形成され真空ポンプを接続して減圧下で成膜できるようにしたものであってもよく、公知の技術を適用することができる。また、上記固体物質の膜には、原料ガスが反応性ガスと反応して生成される膜も含むものである。
A reaction chamber 3 is connected to the
なお、図1において、符号19aはキャリアガス導入管10の開閉バルブ、符号19bは真空ポンプ13の吸引管の開閉バルブ、符号19cは第2の輸送管12の開閉バルブを示している。また、符号20は、第1及び第2の輸送管8,12並びに気化室2の周囲に設けられ上記霧状化された微細な液滴8の結露や気化した原料ガスの液化を防止するヒータである。
In FIG. 1,
次に、このように構成された第1の実施形態の成膜装置の動作及びこの成膜装置を使用して行う成膜方法について説明する。
先ず、例えば金属ナノパーティクルの微粒子材を有機溶剤の溶媒に所定量混合した溶液5を原料貯蔵容器1に貯蔵して容器を密閉する。このときキャリアガス導入管10の開閉バルブ19a及び第2の輸送管12の開閉バルブ19cは閉じられている。
Next, the operation of the film forming apparatus of the first embodiment configured as described above and the film forming method performed using this film forming apparatus will be described.
First, for example, a
次に、真空ポンプ13を駆動し、開閉バルブ19bを開いて気化室2内を所定の真空度まで減圧して脱酸素状態にする。そして、開閉バルブ19bを閉じる。このとき、原料貯蔵容器1内も第1の輸送管9を介して同時に減圧される。さらに、キャリアガス導入管10の開閉バルブ19aを開いてキャリアガスを原料貯蔵容器1から気化室2内に導入する。気化室2内にキャリアガスが充満すると開閉バルブ19cを開いてキャリアガスを反応室3側に流す。
Next, the
次に、気化室2内の筒状ヒータ15に通電してこの筒状ヒータ15を金属ナノパーティクルの微粒子材が気化する適正温度に加熱すると共に、ヒータ20に通電して霧状化された微細な液滴8が結露しないように、また原料ガスが液化しないように第1及び第2の輸送管8,12及び気化室2の外周面を所望の温度に暖める。さらに、発振器7を駆動して超音波振動子6を振動させ、これにより発生する超音波を原料貯蔵容器1内に貯蔵された溶液5中に放射させる。このとき溶液5中に空洞の生成及び消滅現象が発生し、それに伴って発生する衝撃力により溶液5中の上記微粒子材が均一に分散される。同時に、上記衝撃力によって溶液5が微細な液滴8となって飛び散り、その液面5aと原料貯蔵容器1の上壁面1dとの間の空間に上記微細な液滴8の霧が生成される。
Next, the
この微細な液滴8の霧は、キャリアガスによって第1の輸送管9内を矢印A方向に輸送され、第1の輸送管9の先端部9aに設けられた複数の孔14から気化室2内に放出される。この放出された微細な液滴8中の溶媒は、筒状ヒータ15から熱エネルギーを得て気化する。同時に、上記微細な液滴8中に含まれる金属ナノパーティクルの微粒子材も上記熱エネルギーを得て気化して原料ガスが生成される。
The mist of the
この原料ガスは、キャリアガスによって第2の輸送管12内を矢印B方向に輸送されて反応室3に導入され、そこでプラズマ処理される。そして、例えば搬送ベルト17によって矢印C方向に搬送されて反応室3内に設置された基板16上に上記金属の膜が堆積する。この場合、例えばインジウムやスズ又は亜鉛等は、その原料ガスを常圧下で酸素と反応させることによって成膜することができる。また、反応室3が減圧可能にされたものであるときには、脱酸素状態で金、銀又は銅等を成膜することができる。
This source gas is transported in the
図2は上記原料貯蔵容器1の他の構成例を示す断面図である。この原料貯蔵容器1は、貯蔵された溶液5の液面5aと上壁面1dとの間の側壁1b部分に上下方向に並べて三つの取出し口21a,21b,21cを設け、そのうちの一つを第1の輸送管9に接続したものである。これにより、微細な液滴8のうち粒径が小さくて軽い液滴8aを上側の取出し口21aから取り出すことができ、粒径が大きくて重い液滴8cを下側の取出し口21cから取り出すことができ、中間の大きさの液滴8bを真ん中の取出し口21bから取り出すことができる。したがって、粒径のそろった微細な液滴8を気化室2に導入することができ、微細な液滴8中に含まれる微粒子材に作用する熱エネルギーを均一にして微粒子材の気化を効率よく行うことができる。なお、気化室2に接続されない取出し口、例えば同図に示す取出し口21b,21cから取り出された微細な液滴8は排気してもよく、原料貯蔵容器1側に戻してもよい。
FIG. 2 is a sectional view showing another configuration example of the raw material storage container 1. This raw material storage container 1 is provided with three
図3は本発明による成膜装置の第2の実施形態の要部を断面で示す説明図である。この第2の実施形態は、気化装置4が成膜原料となる固体物質のナノパーティクルの微粒子材を溶媒中に所定量混合した溶液5を貯蔵する原料貯蔵容器1と、該原料貯蔵容器1から供給管22を介して供給される上記溶液5を噴霧室23内に噴射し、微細な液滴8にして霧状化する噴射ノズル24と、内部を減圧可能に形成され、噴霧室23から第1の輸送管9を介して輸送される上記霧状化された微細な液滴8を導入し、該微細な液滴8中に含まれる上記微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室2と、を備え、気化室2から第2の輸送管12を介して上記原料ガスを図示省略の反応室3(図1参照)に導入し、反応室3でこの原料ガスをプラズマ処理して内部に設置された基板16上に上記固体物質の膜を堆積させるようになっている。
FIG. 3 is an explanatory view showing in cross section the main part of a second embodiment of the film forming apparatus according to the present invention. In the second embodiment, a raw material storage container 1 for storing a
このような構成により、原料貯蔵容器1にマスフローコントローラ25により1cc〜20cc程度に流量調節された窒素ガス(N2)等の不活性ガスをガス配管26を介して導入し、このガスによって上記溶液5の液面5aを加圧し、原料となる微粒子材を均一に分散させて有する溶液5を供給管22を介して噴射ノズル24に供給する。また、噴射ノズル24には、マスフローコントローラ27により5L〜10L程度に流量調節された窒素ガス(N2)等の不活性ガスからなる噴射ガスがガス配管28を介して供給されて噴射ノズル24から噴射される。これにより、噴射ノズル24に供給された上記溶液5は、噴射ノズル24から噴射する噴射ガスと共に微細な液滴29となって噴射される。
With such a configuration, an inert gas such as nitrogen gas (N 2 ) whose flow rate is adjusted to about 1 cc to 20 cc by the
この微細な液滴29は、噴射ノズル24と対向する噴霧室23の壁面23aに衝突してより微細な液滴8にされ、噴霧室23内に分散されて霧状化する。そして、この霧状化された微細な液滴8は、噴射ノズル24から噴射される不活性ガスによって、第1の輸送管9内を同図に示す矢印A方向に減圧された気化室2に向かって輸送される。
The
上記第1の輸送管9を介して輸送された上記霧状化された微細な液滴8は、第1の輸送管9の先端部9aに設けた孔14から放出し、気化室2内で筒状ヒータ15から熱エネルギーを得る。この熱エネルギーにより、上記微細な液滴8中に含まれるナノパーティクルの微粒子材が気化されて原料ガスとなる。そして、この原料ガスは、第2の輸送管12により同図に示す矢印B方向に輸送されて反応室3に導入され、そこでプラズマ処理される。これにより、反応室3内に設置された基板16(図1参照)上に上記固体物質の膜が堆積する。
The atomized
図4は上記噴霧室23の他の構成例を示す断面図である。この噴霧室23は、その側壁23bに上下方向に並べて複数の取出し口30a,30b,30c,30dを設け、そのうちの一つ、例えば取出し口30aを第1の輸送管9に接続したものである。この場合も、前述の図2に示す原料貯蔵容器1と同様に微細な液滴8の粒径を選別して取り出すことができる。また、噴射ノズル24から噴霧室23に噴射される噴射ガスの圧力を複数の取出し口30a〜30dにより分圧して気化室2に流入するガス流量を調節することができる。なお、気化室2に接続されない取出し口、例えば同図に示す取出し口30b〜30dから取り出された微細な液滴8は排気してもよく、または原料貯蔵容器1側に戻してもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the
図5は本発明による成膜装置の第3の実施形態の要部を断面で示す説明図である。この第3の実施形態は、気化室2の筒状ヒータ15よりも原料ガスの下流側(同図に示す矢印D方向)にてその流れに対して直交方向に対向する側壁2c,2dに一対の電極31を配設して該電極31間に例えば13.58MHzの高周波を印加してプラズマを発生させ、上記原料ガスにプラズマエネルギーを加えて原料ガスを遊離させるようにしたものである。
FIG. 5 is an explanatory view showing in cross section the main part of a third embodiment of the film forming apparatus according to the present invention. In the third embodiment, a pair of
このような構成により、筒状ヒータ15の熱エネルギーを微細な液滴8に作用させてそこに含まれる微粒子材を気化させ、こうして得られた原料ガスにプラズマエネルギーを加えてガスを遊離させ、これを同図に示す矢印B方向に輸送して反応室3に導入する。これにより、反応室3における遊離した原料ガスの割合が高くなり、成膜効率を向上することができる。なお、図5においては、溶液5の霧状化は、図1に示す原料貯蔵容器1に備えた超音波振動子6を駆動して原料貯蔵容器1内の溶液5中に超音波を放出して行う場合について示しているが、これに限られず、図3に示すように噴射ノズル24を使用して溶液5を噴射して行ってもよい。
With such a configuration, the thermal energy of the
以上の説明においては、固体物質の微粒子材として金属ナノパーティクルを使用する場合について述べたが、これに限られず、ナノパーティクルとして生成可能な固体物質であればいかなるものであってもよい。 In the above description, the case where metal nanoparticles are used as the fine particle material of the solid substance has been described. However, the present invention is not limited to this, and any solid substance that can be generated as nanoparticles can be used.
1…原料貯蔵容器
1a…底面部
1b…側壁
1d…上壁面
2…気化室
2a〜2d…側壁
3…反応室
4…気化装置
5…溶液
5a…液面
6…超音波振動子
8…液滴
9…第1の輸送管
12…第2の輸送管
15…筒状ヒータ(加熱手段)
16…基板
21a〜21c,30a〜309d…取出し口
22…供給管
23…噴霧室
23b…側壁
24…噴射ノズル
31…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Raw
16 ...
Claims (14)
該霧状化された微細な液滴を減圧された気化室内に導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成し、
該原料ガスを反応室に導入してプラズマ処理し、該反応室内に設置された基板上に前記固体物質の膜を堆積させる、
ことを特徴とする成膜方法。 A solution in which a predetermined amount of a solid material of a solid material as a film forming raw material is mixed in a solvent is sprayed to be atomized,
Introducing the atomized fine droplets into a reduced-pressure vaporization chamber, adding thermal energy at a predetermined temperature to the fine particle material contained in the fine droplets to vaporize to generate a raw material gas,
Introducing the source gas into a reaction chamber and performing plasma treatment, and depositing a film of the solid substance on a substrate installed in the reaction chamber;
A film forming method characterized by the above.
内部を減圧可能に形成され、前記原料貯蔵容器から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、
前記気化室から第2の輸送管を介して導入される前記原料ガスをプラズマ処理し、内部に設置された基板上に前記固体物質の膜を堆積させる反応室と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 A raw material storage container for storing a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid material fine particle material used as a film forming raw material in a solvent and spraying the solution into a mist,
The fine particle material that is formed so that the inside can be decompressed, introduces the atomized fine droplets transported from the raw material storage container via the first transport pipe, and is contained in the fine droplets A vaporizing chamber for generating a raw material gas by adding heat energy at a predetermined temperature to the gas by heating means;
A reaction chamber for plasma-treating the source gas introduced from the vaporization chamber via a second transport pipe and depositing a film of the solid material on a substrate installed inside;
A film forming apparatus comprising:
前記原料貯蔵容器から供給管を介して供給される前記溶液を噴霧室内に噴射し、微細な液滴にして霧状化する噴射ノズルと、
内部を減圧可能に形成され、前記噴霧室から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、
前記気化室から第2の輸送管を介して導入される前記原料ガスをプラズマ処理し、内部に設置された基板上に前記固体物質の膜を堆積させる反応室と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 A raw material storage container for storing a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid material particulate material as a film forming raw material in a solvent;
An injection nozzle for injecting the solution supplied from the raw material storage container through a supply pipe into a spray chamber to form fine droplets;
The inside of the spray chamber is formed so that the pressure can be reduced, and the atomized fine droplets transported from the spray chamber through the first transport pipe are introduced, and the fine particle material contained in the fine droplets is introduced. A vaporizing chamber for generating a raw material gas by adding heat energy at a predetermined temperature by a heating means to vaporize;
A reaction chamber for plasma-treating the source gas introduced from the vaporization chamber via a second transport pipe and depositing a film of the solid material on a substrate installed inside;
A film forming apparatus comprising:
内部を減圧可能に形成され、前記原料貯蔵容器から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、
を備えたことを特徴とする気化装置。 A raw material storage container for storing a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid material fine particle material used as a film forming raw material in a solvent and spraying the solution into a mist,
The fine particle material that is formed so that the inside can be decompressed, introduces the atomized fine droplets transported from the raw material storage container via the first transport pipe, and is contained in the fine droplets A vaporizing chamber for generating a raw material gas by adding heat energy at a predetermined temperature to the gas by heating means;
A vaporizer characterized by comprising.
前記原料貯蔵容器から供給管を介して供給される前記溶液を噴霧室内に噴射し、微細な液滴にして霧状化する噴射ノズルと、
内部を減圧可能に形成され、前記噴霧室から第1の輸送管を介して輸送される前記霧状化された微細な液滴を導入し、該微細な液滴中に含まれる前記微粒子材に加熱手段により所定温度の熱エネルギーを加えて気化させて原料ガスを生成する気化室と、
を備えたことを特徴とする気化装置。 A raw material storage container for storing a solution obtained by mixing a predetermined amount of a solid material particulate material as a film forming raw material in a solvent;
An injection nozzle for injecting the solution supplied from the raw material storage container through a supply pipe into a spray chamber to form fine droplets;
The inside of the spray chamber is formed so that the pressure can be reduced, and the atomized fine droplets transported from the spray chamber through the first transport pipe are introduced, and the fine particle material contained in the fine droplets is introduced. A vaporizing chamber for generating a raw material gas by adding heat energy at a predetermined temperature by a heating means to vaporize;
A vaporizer characterized by comprising.
The vaporizer according to any one of claims 8 to 13, wherein the solid material particulate material is a metal nanoparticle material.
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