JP2008240052A - Film deposition system and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成膜装置及び成膜方法に関し、特にエアロゾルデポジション法を用いて成膜を行う成膜装置及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method, and more particularly to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film using an aerosol deposition method.
エアロゾルデポジション法(以下、AD法という)は、予め準備された材料粒子をガスと混合分散してエアロゾル化し、減圧下の雰囲気でノズルを通して基板に高速で噴射して被膜を形成する技術である。 The aerosol deposition method (hereinafter referred to as “AD method”) is a technique in which material particles prepared in advance are mixed and dispersed with a gas to form an aerosol, and sprayed onto a substrate at a high speed through a nozzle in an atmosphere under reduced pressure to form a coating. .
このようなAD法を用いた成膜装置では、基板に一定の膜厚を形成するためには、エアロゾルの濃度、エアロゾルを構成する粒子の粒子径及びエアロゾルの流量を制御して成膜レートを調整する必要がある。この成膜レートを調整するために、基板上の成膜面における電位を測定する測定手段を具備した成膜装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In such a film forming apparatus using the AD method, in order to form a constant film thickness on the substrate, the film forming rate is controlled by controlling the concentration of aerosol, the particle diameter of particles constituting the aerosol, and the flow rate of the aerosol. It needs to be adjusted. In order to adjust the film forming rate, a film forming apparatus provided with a measuring means for measuring a potential on a film forming surface on a substrate is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に開示されている成膜装置では、基板(下部電極)上の成膜面における電位と成膜レートとの間に相関関係があることを利用して、測定手段によって測定された電位に基づいてエアロゾルの流量等を変更することで、基板に形成される膜の膜厚が一定になるように制御している。
しかしながら、特許文献1に開示されている成膜装置では、下部電極の上に原料の粉体が衝突して形成されるときの成膜面の電位を、下部電極を介して測定している。ところが、原料の粉体は絶縁物であるので、下部電極の上に膜厚の大きな膜が形成されると、これが下部電極と成膜面との間の絶縁層となり、成膜面の電位を下部電極で測定することができなくなり、未だ改善の余地があった。
However, in the film forming apparatus disclosed in
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、基板に形成される膜の膜厚みが大きくなっても、成膜中の膜における成膜レートをより正確に知ることができ、エアロゾルの流量等を調整して、膜厚を均一にすることができる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even when the film thickness of the film formed on the substrate is increased, the film formation rate of the film being formed can be more accurately known, and the aerosol can be obtained. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of adjusting the flow rate of the film to make the film thickness uniform.
上記課題を解決するために、本発明に係る成膜装置は、材料粒子をキャリアガスに分散させることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成器と、前記エアロゾル生成器で生成されたエアロゾルをエアロゾル流として噴出する噴射ノズルと、被処理物の被成膜面に前記エアロゾル流が噴き付けられるように、該被処理物を保持する被処理物ホルダと、一面に前記エアロゾル流が噴き付けられる導電体を有し、該一面に対し前記エアロゾル流が噴き付けられていない領域に順次前記エアロゾル流が噴き付けられるように、前記導電体を前記噴射ノズルに対して相対的に移動させる駆動装置と、前記導電体の電位を検出する電位検出手段と、を備える。 In order to solve the above-described problems, a film forming apparatus according to the present invention includes an aerosol generator that generates an aerosol by dispersing material particles in a carrier gas, and the aerosol generated by the aerosol generator is ejected as an aerosol flow. A spray nozzle for performing the treatment, a processing object holder for holding the processing object so that the aerosol flow is sprayed on a film forming surface of the processing object, and a conductor on which the aerosol flow is sprayed on one surface. And a driving device for moving the conductor relative to the injection nozzle so that the aerosol flow is sequentially sprayed onto a region where the aerosol flow is not sprayed on the one surface, and the conductor. And a potential detecting means for detecting the potential.
これにより、導電体のエアロゾル流が吹き付けられていない領域に形成される膜の電位は、被処理物に形成される膜の電位と同一とみなすことができるので、被処理物の上に形成された膜の膜厚が大きくなっても、導電体の電位を検出することによって正確な成膜レートを知ることができる。 As a result, the potential of the film formed in the region where the aerosol flow of the conductor is not sprayed can be regarded as the same as the potential of the film formed on the object to be processed. Even when the film thickness increases, the accurate film formation rate can be known by detecting the electric potential of the conductor.
また、本発明に係る成膜装置では、前記駆動装置は、前記導電体の前記一面における前記エアロゾル流が噴き付けられる領域を、前記被処理物の被成膜面と実質的に同じ平面上に平坦な状態で配置されるようにしつつ、前記導電体を前記噴射ノズルに対して相対的に移動させてもよい。 Further, in the film forming apparatus according to the present invention, the driving device has a region where the aerosol flow is sprayed on the one surface of the conductor on substantially the same plane as the film forming surface of the object to be processed. The conductor may be moved relative to the spray nozzle while being arranged in a flat state.
また、本発明に係る成膜装置では、前記電位検出手段で検出した電位に基づき、前記被処理物の被成膜面に前記エアロゾル流が噴き付けられることにより形成される膜のレートである成膜レートを制御するための制御装置をさらに備えていてもよい。 In the film forming apparatus according to the present invention, the rate of the film formed by spraying the aerosol flow onto the film forming surface of the object to be processed based on the potential detected by the potential detecting means. A control device for controlling the film rate may be further provided.
また、本発明の係る成膜装置では、前記制御装置は、前記エアロゾル生成器を通じて前記エアロゾル中の前記材料粒子の濃度を制御することにより前記成膜レートを制御してもよい。 In the film forming apparatus according to the present invention, the control device may control the film forming rate by controlling the concentration of the material particles in the aerosol through the aerosol generator.
このようにして検出した電位に基づいて、エアロゾルの流量等を変更することにより、基板に形成される膜の膜厚を均一にすることができる。 By changing the aerosol flow rate or the like based on the potential thus detected, the film thickness of the film formed on the substrate can be made uniform.
さらに、本発明に係る成膜装置では、前記噴射ノズルから噴出される前記エアロゾル流の流量を調整するための流量調整器を更に備え、前記制御装置は、前記流量調整器を通じて前記エアロゾル流の流量を制御することにより前記成膜レートを制御してもよい。 Furthermore, the film forming apparatus according to the present invention further includes a flow rate regulator for adjusting the flow rate of the aerosol flow ejected from the spray nozzle, and the control device is configured to flow the aerosol flow through the flow rate regulator. The film formation rate may be controlled by controlling.
また、本発明に係る成膜方法は、材料粒子をキャリアガスに分散させてエアロゾルを生成するエアロゾル生成工程と、被成膜面を有する被処理物を所定位置に配置する配置工程と、生成したエアロゾルを前記噴射ノズルからエアロゾル流として、かつ、該エアロゾル流の一部が前記被処理物の被成膜面に吹き付けられるように噴出する、噴出工程と、前記エアロゾル流が吹き付けられる一面を有する導電体を、該一面が移動しながら前記エアロゾル流が吹き付けられるように、前記噴射ノズルに対して相対的に移動させる移動工程と、前記導電体の電位を検出する電位検出工程と、前記電位検出工程で検出した電位に基づき、前記被処理物の被成膜面に前記エアロゾル流が吹き付けられることにより形成される膜のレートである成膜レートを制御する制御工程と、を含む。 In addition, the film forming method according to the present invention includes an aerosol generating step for generating an aerosol by dispersing material particles in a carrier gas, and an arranging step for arranging an object to be processed having a film forming surface at a predetermined position. An aerosol is ejected from the spray nozzle as an aerosol flow, and a part of the aerosol flow is sprayed onto the film formation surface of the object to be processed, and a conductive surface having one surface to which the aerosol flow is sprayed. A moving step of moving the body relative to the spray nozzle so that the aerosol flow is sprayed while the one surface moves, a potential detecting step of detecting a potential of the conductor, and the potential detecting step The film formation rate, which is a film rate formed by spraying the aerosol flow on the film formation surface of the object to be processed, based on the potential detected in step It includes a Gosuru control step.
これにより、導電体のエアロゾル流が吹き付けられていない領域に形成される膜の電位は、被処理物に形成される膜の電位と同一とみなすことができるので、被処理物の上に形成された膜の膜厚が大きくなっても、導電体の電位を検出することによって正確な成膜レートを知ることができる。また、検出した電位に基づいて、エアロゾルの流量等を調整することにより、基板に形成される膜の膜厚を均一にすることができる。なお、本発明の成膜方法は、配置工程において被成膜面を有する被処理物を所定位置に配置するものであるが、その後の工程においてまで、被処理物を所定位置に留めておくことに限定するものではない。 As a result, the potential of the film formed in the region where the aerosol flow of the conductor is not sprayed can be regarded as the same as the potential of the film formed on the object to be processed. Even when the film thickness increases, the accurate film formation rate can be known by detecting the electric potential of the conductor. Further, the film thickness of the film formed on the substrate can be made uniform by adjusting the flow rate of the aerosol and the like based on the detected potential. In addition, although the film-forming method of this invention arrange | positions the to-be-processed object which has a film-forming surface in a predetermined position in an arrangement | positioning process, it keeps a to-be-processed object in a predetermined position until the subsequent process. It is not limited to.
本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、被処理物に形成される膜の電位ではなく、それと同一とみなすことのできる導電体の電位を検出するので、被処理物の上に形成された膜の膜厚が大きくなっても、被処理物に形成される膜の正確な成膜レートを知ることができ、また、検出した電位に基づいて成膜レートを調整して、基板に形成される膜の膜厚を均一にすることができる。 According to the film forming apparatus and the film forming method of the present invention, since the potential of the conductor that can be regarded as the same as the potential of the film formed on the object to be processed is detected, the film is formed on the object to be processed. Even if the film thickness of the processed film increases, the accurate film formation rate of the film formed on the object to be processed can be known, and the film formation rate can be adjusted based on the detected potential, The film thickness to be formed can be made uniform.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る成膜装置の概略構成を示す模式図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to
図1に示すように、本実施の形態1に係る成膜装置400は、エアロゾル生成器100と、成膜機構200と、制御装置300と、電圧検出器70(電位検出手段)と、を有している。
As shown in FIG. 1, a
まず、エアロゾル生成器100について説明する。
First, the
エアロゾル生成器100は、ガス供給手段1、生成容器2、及び容器駆動器3を有している。ガス供給手段1は、生成容器2にガスを供給するように構成されており、ここでは、ガスボンベを使用している。なお、生成容器2に供給されるガスとしては、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや、空気、酸素、窒素等を使用することができる。
The
また、生成容器2の内部には、材料粒子の粉体4が収容されており、生成容器2は容器駆動器3の上方に設けられている。容器駆動器3は、生成容器2を超音波振動、揺動、又は回転等させることにより、凝集した材料粒子を解砕する。なお、材料粒子としては、AD法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)や、アルミナ等の無機粉体、樹脂等の有機粉体を使用することができる。また、材料粒子の粒子径としても、AD法に使用可能な粒子径であれば、特に限定されないが、例えば、数百nm〜数十μmのものでもよい。
In addition, a powder 4 of material particles is accommodated inside the
ガス供給手段1と生成容器2とは、配管5aと第1流量調整器6と配管5bとによって構成されるキャリアガス供給路5によって接続されている。配管5aは分岐構造を有しており、下流側で二に分岐している。配管5aの上流側はガス供給手段1に接続されており、下流側は第1流量調整器6と第2流量調整器9とに分岐して接続されている。配管5bはこのような分岐構造を持たず、上流側が第1流量調整器6に接続され、下流側が生成容器2に接続されている。配管5bの下流側の部分は、生成容器2内に侵入し、下流側端部は生成容器2の底面近傍にまで達している。よって、生成容器2内に粉体4が収容されると、配管5bの下流側端部に形成された開口は、該粉体4に埋没する。なお、第1流量調整器6は、生成容器2に供給されるガスの流量を調整するためのものである。
The gas supply means 1 and the
また、生成容器2と後述する噴射ノズル10とが、配管7aによって構成されるエアロゾル供給路7によって接続されている。この配管7aは、上流側が生成容器2に接続され、下流側が後述する噴射ノズル10に接続されている。配管7aの上流側端部近傍の部分は生成容器2内に侵入しているのであるが、上流側端部に形成された開口は生成容器2の内部空間の上部に位置するため、生成容器2内に粉体4が収容されても、この開口が該粉体4に埋没することはない。
Moreover, the production |
さらに、配管5aの分岐点と配管7aとが、第2流量調整器9と配管8aとで構成される濃度調整ガス流路8によって接続されている。配管8aは、上流側が第2流量調整器9に接続され、下流側が配管7aの中間部分に接続されている。この濃度調整ガス流路8は、エアロゾル供給路7を流れるエアロゾルにガス供給手段1からのガス(濃度調整用のキャリアガス)を合流させることによって、成膜機構200に供給されるエアロゾルの濃度を調整するためのものである。
Further, the branch point of the pipe 5a and the
なお、第2流量調整器9は、合流させるガスの流量を調整するためのものである。また、第1及び第2流量調整器6、9は、ここでは、マスフローコントローラを使用しているが、ダイヤフラムバルブ、ニードルバルブ、グローブバルブのような微小な流量調整ができ、その応答速度が速い流量調整器を使用することができる。さらに、本実施の形態においては、キャリアガス供給路5から濃度調整ガス流路8が分岐して1のガス供給手段1からガスが供給されるような構成としたが、これに限定されず、複数のガス供給手段1に、それぞれのガス流路が接続されるような構成としてもよい。 The second flow rate adjuster 9 is for adjusting the flow rate of the gas to be joined. The first and second flow regulators 6 and 9 use a mass flow controller here, but can perform minute flow adjustments such as a diaphragm valve, a needle valve, and a globe valve, and the response speed is fast. A flow regulator can be used. Furthermore, in the present embodiment, the concentration adjustment gas flow path 8 is branched from the carrier gas supply path 5 and the gas is supplied from one gas supply means 1, but the present invention is not limited to this. It is good also as a structure where each gas flow path is connected to the several gas supply means 1. FIG.
次に、成膜機構200について説明する。
Next, the
成膜機構200は、第1及び第2真空ポンプ61、62が接続された成膜チャンバ11有している。成膜チャンバ11は内部を減圧可能に構成されており、第1及び第2真空ポンプ61、62により減圧される。第1真空ポンプ61は、ここでは、公知のブースターポンプを使用し、第2真空ポンプ62は、公知のロータリーポンプを使用しているが、成膜チャンバ11内を減圧することができれば、どのような減圧装置を使用してもよい。また、ここでは、第1及び第2真空ポンプ61、62と、2つの真空ポンプを使用したがこれに限定されず、例えば、1つの真空ポンプによって、成膜チャンバ11内を減圧してもよく、また、3つ以上の真空ポンプを用いてもよい。
The
成膜チャンバ11には、その底壁を貫通して上方に延びるように、配管7aが接続されている。配管7aの下流側端部には、噴射ノズル10の基端部が接続されている。噴射ノズル10は筒状に形成されており、その中心軸が鉛直方向を向くように配置されている。そして、噴射ノズル10の内部空間をエアロゾルが通流するように構成されている。また、噴射ノズル10の流路(内部空間)の一部には、下流に進むにつれて横断面積が狭くなるようなテーパ部が形成されており、噴射ノズル10における先端部の開口(以下、単に噴射ノズル10の開口という)は、スリット状に形成されている。
A
成膜チャンバ11の内部には、噴射ノズル10の上方に、該噴射ノズル10の開口と対向するように基板ホルダ(被処理物ホルダ)12が設けられている。基板ホルダ12は、板状のホルダ部12aと支持部12bを有している。ホルダ部12aは、その下面に基板(非処理物)13を水平状態で保持することができるように構成されている。一方、支持部12bは、基板ホルダ駆動機構14に取り付けられており、基板ホルダ駆動機構14は、基板ホルダ12を水平方向に駆動するように構成されている。これにより、基板ホルダ12に保持された基板13は、噴射ノズル10の開口に対して相対的に移動することができる。
Inside the
また、成膜チャンバ11の内部には、導電体15、送出部16、巻取り部17、搬送ローラ18、19を有する駆動装置50が配設されている。送出部16は、軸受け部材23と、ロール部材21とを有している。ロール部材21はその中心に回転軸22を有しており、この回転軸22が軸受け部材23に軸支されている。また、ロール部材21には、テープ状の導電体15が巻回されている。
巻取り部17は、送出部16と同様に構成されている。より具体的に説明すると、巻取り部17は、軸受け部材26と、ロール部材24とを有している。ロール部材24はその中心に回転軸25を有しており、この回転軸25が軸受け部材26に軸支されている。ロール部材24は、送出部16から送り出される導電体15を巻き取ることができるように構成されている。
なお、巻取り部17には、回転軸25を回転させるための、例えば、モータからなる駆動器27が設けられている。また、導電体15を構成する材料としては、導電性を有する金属を使用することができ、例えば、SUS430、304などの各種ステンレス鋼、アルミニウム、鉄、銅などの金属又はこれらの合金を使用することができる。さらに、導電体15は、ロール部材21、24に巻回されることができるための可撓性を有する観点から、その厚み寸法は0.025〜0.500mmが好ましい。
Further, inside the
The winding
The winding
送出部16と巻取り部17は、噴射ノズル10を挟んで、かつ、基板ホルダ駆動機構14の走査方向(図1に示す矢印Aの方向)に沿うように配置されており、それぞれ、支持部材20によって支持されている。また、送出部16の上方には、搬送ローラ18が配置されており、巻取り部17の上方には、搬送ローラ19が配置されている。
The
二の搬送ローラ18、19は、成膜チャンバ11内において互いに基板13を挟んで、かつ、基板ホルダ駆動機構14の走査方向Aに沿うように配設されている。二の搬送ローラ18、19は、それぞれ、軸受け部材とローラ部材とを有している。軸受け部材は、成膜チャンバ11内において所定位置に固定されている。ローラ部材はその中心に回転軸を有しており、この回転軸が軸受け部材に軸支されている。これにより、二の搬送ローラ18、19の中心軸は、同一の水平面内において平行となるように配置される。
The two
テープ状の導電体15は、二の搬送ローラ18、19のローラ部材に巻き掛けられており、導電体15は、搬送ローラ18から搬送ローラ19までの間において、平坦に延ばされている。導電体15のこの平坦状に延ばされた部分15a(以下、平坦状部分15aという)は、基板ホルダ駆動機構14の走査方向Aに沿って延びるように配置される。なお、二の搬送ローラ18、19のローラ部材の直径は同一である。
The tape-
平坦状部分15aは、基板13と隣り合っており、該平坦状部分15aの下面は、水平面と平行である。基板13は、その下面が被成膜面となり、基板13の被成膜面も水平面と平行である。そして、導電体15の平坦状部分15aの下面と、基板13の被成膜面とは、実質的に同一水平面内に配設されている。
The
ここで、噴射ノズル10、導電体15、基板13及び基板ホルダ12の位置関係について、図2を参照しながら説明する。
Here, the positional relationship among the
図2は、図1に示す矢印II方向から見た成膜チャンバ11の内部構造を示す模式図である。なお、図2においては、一部を省略している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of the
図2に示すように、鉛直方向下方から見ると、導電体15の平坦状部分15aは、噴射ノズル10の開口と対向するように配置されており、また、基板13とは互いに重ならないように、かつ、基板ホルダ12aと互いに重なるように配置されている。そして、噴射ノズル10の開口は、平坦状部分15aの幅を超えて、平坦状部分15aを横断している。
As shown in FIG. 2, when viewed from below in the vertical direction, the
一方、略矩形の基板13は、被成膜面が噴射ノズル10の開口と対向している。鉛直方向下方から見ると、噴射ノズル10の開口は、基板13の矩形状の被成膜面の周辺における、互いに対向する2辺(基板ホルダ駆動機構14の走査方向に平行な2辺)E1、E2を超えて、被成膜面を横断している。
On the other hand, the substantially
そして、噴射ノズル10、導電体15、基板13等がこのような位置関係で配置されているので、噴射ノズル10からエアロゾル流が噴出されると、平坦状導電体15a及び基板13の被成膜面は、同時にエアロゾル流が吹き付けられて成膜される。
Since the
また、図1から理解されるとおり、搬送ローラ19の上方には、端子71が導電体15と接触するように設けられている。端子71は、ここでは、金属片で構成されており、図示されない支持部材によって常時、導電体15の上面(エアロゾル流が吹き付けられる面とは反対側の面)と接触するように支持されている。端子71は導電体15と常時導通されるのであれば、どのような構成であってもよい。また、端子71は、配線72を介して電圧検出器70に接続されている。この電圧検出器70によって、導電体15の下面にエアロゾル流が吹き付けられて膜が形成されたときに発生する電位を検出することができる。なお、電圧検出器70の出力信号は、制御装置300に送出される。
Further, as understood from FIG. 1, a terminal 71 is provided above the
次に、図1を参照しながら、制御装置300について説明する。
Next, the
制御装置300は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、CPU等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、モニター等の表示部、及びキーボード等の操作入力部を有している(いずれも図示せず)。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、成膜装置400に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理する。そして、特に、電圧検出器70で検出した電圧値に基づいて、第1及び第2流量調整器12、13を制御して、エアロゾル生成器100で生成されるエアロゾルの濃度及び噴射ノズルから噴射されるエアロゾル流の流量を調整し、成膜レートを制御する。電圧値に基づくエアロゾルの濃度及びエアロゾル流の流量の調整と成膜レートの制御については、後述する。
The
ここで、本明細書において、制御装置とは、単独の制御装置だけでなく、複数の制御装置が協働して成膜装置の制御を実行する制御装置群をも意味する。このため、制御装置は、単独の制御装置から構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置され、それらが協働して成膜装置を制御するように構成されていてもよい。 Here, in this specification, the control device means not only a single control device but also a control device group in which a plurality of control devices cooperate to execute control of the film forming device. For this reason, the control device does not need to be configured by a single control device, and a plurality of control devices may be arranged in a distributed manner so as to control the film forming apparatus in cooperation with each other.
次に、成膜装置400の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。なお、以下の諸動作は、制御装置300によって制御される。
Next, the operation of the
まず、成膜チャンバ11内の基板ホルダ12に基板13を配置し(配置工程)、また、生成容器2の内部に材料粒子の粉体4を載置する。ついで、ガス供給手段1からキャリアガス供給路5を介して生成容器2内にガス(以下、キャリアガス供給路5を介して生成容器2に供給されるガスをキャリアガスという)が供給される。これにより、供給されたキャリアガスが、粉体8を吹き上げて分散させ、生成容器2内にエアロゾルが生成される(エアロゾル生成工程)。
First, the
次に、第1及び第2ポンプ61、62の真空引きによって、成膜チャンバ11内が真空に近い状態にまで減圧される。これに伴い、成膜チャンバ11と生成容器2内との差圧により、生成容器2内のエアロゾルが、エアロゾル供給路7を通流して、噴射ノズル10に供給される。
Next, the inside of the
前述したとおり、噴射ノズル10はその内部にテーパ部を有する。このため、エアロゾルが加速され、高速のエアロゾルがエアロゾル流として噴射ノズル10の開口から噴出され、噴出されたエアロゾル流が基板13の被成膜面及び導電体15の下面に衝突する(噴出工程)。これにより、エアロゾルを構成する材料粒子が破砕され、破砕された材料粒子が基板13の被成膜面及び導電体15の下面に堆積して、成膜される。そして、基板ホルダ駆動機構14が基板ホルダ12を導電体15の搬送方向(図1及び図2に示す矢印Bの方向)に少しずつ移動させることにより、基板13が噴射ノズル10に対して相対的に移動し、基板13の被成膜面全域が成膜される。ついで、基板ホルダ駆動機構14は、基板ホルダ12を導電体15の搬送方向Bと反対方向に少しずつ移動させて基板13の被成膜面に形成された膜の上にさらに膜を形成させる。このようにして、基板ホルダ駆動機構14が、基板ホルダ12を水平方向に反復移動させることにより、基板13の被成膜面に膜が形成される。
As described above, the
このとき、導電体15は、駆動器27によって巻取り部17に巻き取られ、基板ホルダ12の移動方向とは関係なく、搬送方向Bに移動する。これにより、導電体15は、その下面のうちエアロゾル流が吹き付けられていない領域が、常時、噴射ノズル10の開口と対向するように移動する(移動工程)。
At this time, the
そして、電圧検出器70は、導電体15の電位を検出(検出工程)し、制御装置300に出力信号を送出する。制御装置300は、この信号によって導電体15の電位を知ることができ、そして、この電位に基づいて、容器駆動器3、第1及び第2流量調整器6、9を制御して、エアロゾル濃度及びエアロゾル流の流量を調整し、成膜レートを制御する(制御工程)。これにより、基板12に所望の膜厚を形成させることができる。なお、基板13又は導電体15に衝突したエアロゾルのうち膜を形成しないエアロゾルは、第1及び第2真空ポンプ61、62によって、成膜チャンバ11の外部へ排出される。
The
次に、成膜装置400における制御装置300のエアロゾル濃度及びエアロゾル流の流量の調整と成膜レートの制御について説明する。
Next, the adjustment of the aerosol concentration and the flow rate of the aerosol flow and the control of the film forming rate of the
まず、導電体15の電位と、基板13との電位と、成膜レートとの相関関係について説明する。
First, the correlation between the potential of the
エアロゾルの吹き付け条件によって導電体15(基板13についても同様)の電位が変化するメカニズムについては、必ずしも明らかではないが、(i)材料粒子が導電体15の下面に衝突して破砕する際に、電子が飛び出し導電体15に当たること、(ii)エアロゾル中で帯電した材料粒子が導電体15の下面に衝突する際に静電気がリークすること、によるものと推測される。すなわち、導電体15の電位の変化は、導電体15の下面に衝突する粒子の数及び衝突速度と相関していると考えられる。そして、衝突する粒子の数及び衝突速度により、形成される膜のレート(成膜レート)が変化するため、導電体15の電位の変化と成膜レートとは相関関係を有する。
Although the mechanism by which the potential of the conductor 15 (same for the substrate 13) changes depending on the aerosol spraying conditions is not necessarily clear, (i) when the material particles collide with the lower surface of the
ところで、導電体15は、その下面のうちエアロゾル流が吹き付けられていない領域が、常時、噴射ノズル10の開口と対向するように移動するため、導電体15の上面の電位と下面に形成される膜表面の電位とは同一である。また、導電体15の下面と基板13の被成膜面には、同時に噴射ノズル10からエアロゾル流が吹き付けられるため、成膜レートは、導電体15の下面と基板13の被成膜面とで同じである。このため、導電体15の下面の電位と基板13の被成膜面の電位とは、同一である。
By the way, since the area | region where the aerosol flow is not sprayed among the lower surfaces is always moved so that the
したがって、導電体15の上面の電位を検出することにより、基板13の被成膜面の成膜レートを知ることができ、検出した電位に基づいて、基板13の被成膜面の成膜レートを制御することができる。
Therefore, the film formation rate of the film formation surface of the
そこで、制御装置300は、検出された導電体15の電位を基準となる電位(以下、基準電位という)と比較して、容器駆動器3、第1及び第2流量調整器6、9を制御して、エアロゾルの濃度及びエアロゾル流の流量を調整する。ここで、基準電位とは、予め実験等によりを求められた、所定の成膜レートで基板13を成膜したときに、得られる導電体15の電位をいう。
Therefore, the
制御装置300は、基準電位より検出された電位が大きい場合には、エアロゾルの濃度を減少させるか、または、エアロゾル流の流量を減少させるか、あるいは、その両方を減少させる。そのためには、例えば、容器駆動器3による生成容器2の超音波振動する際の振動周波数を減少させたり、第1流量調整器6を制御して、キャリアガス供給路6を介して生成容器2に供給されるキャリアガスの流量を減少させたり、第2流量調整器9を制御して、濃度調整ガス流路8を介して供給されるガスの流量を増加させたりすればよい。これにより、基板13に形成される膜の成膜レートが小さくなる。
If the detected potential is greater than the reference potential, the
一方、制御装置300は、基準電位より検出された電位が小さい場合には、第1及び第2流量調整器6、9を制御して、エアロゾルの濃度を増加させるか、または、エアロゾル流の流量を増加させるか、あるいは、その両方を増加させる。これにより、基板13に形成される膜の成膜レートが大きくなる。
On the other hand, when the potential detected from the reference potential is smaller, the
このように、成膜装置400では、導電体15の下面のうちのまだエアロゾル流が吹き付けられていない領域が、常時噴射ノズル10の開口と対向する位置に送り込まれ、導電体15の電位が検出される。このため、基板13の上に形成された膜の膜厚が大きくなっても、基板13に形成されている膜の成膜レートを正確に知ることができ、また、検出した電位に基づいて、成膜レートを制御することにより、基板13に形成される膜の膜厚を均一にすることができる。
As described above, in the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る成膜装置における成膜チャンバの内部構造を示す模式図である。図4は、図3に示す矢印IV方向から見た成膜チャンバの内部構造を示す模式図である。なお、図3において、一部を省略している。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the internal structure of the film forming chamber in the film forming apparatus according to
本実施の形態2に係る成膜装置は、基本的構成は、実施の形態1に係る成膜装置400と同じであるが、以下の点が異なる。
The film forming apparatus according to the second embodiment has the same basic configuration as the
図3及び図4に示すように、本実施の形態2に係る成膜装置では、基板ホルダ12は、ホルダ部12a、支持部12b、及びXYステージ部12cを有しており、XYステージ部12cに駆動装置50が配設されている。また、本実施の形態2に係る成膜装置では、基板ホルダ駆動機構14が、図3及び図4に示すX軸及びY軸に沿う方向に駆動可能なように構成されており、噴射ノズル10の開口の長さ寸法が、基板13の一辺の長さ寸法よりも小さくなるように形成されている。なお、基板ホルダ12を導電体15の搬送方向(図3及び図4に示す矢印Bの方向)に平行な方向をX軸方向といい、また、導電体15の送出方向に垂直な方向をY軸方向という。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the film forming apparatus according to the second embodiment, the
具体的には、基板ホルダ12の支持部12bには、板状のXYステージ部12cが接続されており、XYステージ部12cの主面には、基板ホルダ12aが設けられている。また、XYステージ部12cの主面の周縁部には、送出部16と巻取り部17が、それぞれ支持部材20、20を介してXYステージ部12cの辺E3に沿うようにして配設されている。さらに、XYステージ部12cの主面には、搬送ローラ18、19が、送出部16と巻取り部17の間に位置するように配設されている。これにより、導電体15を有する駆動装置50は、基板ホルダ12の移動に伴って、X軸及びY軸に沿う方向に移動する。
Specifically, a plate-like
次に、本実施の形態2に係る成膜装置の動作について説明する。 Next, the operation of the film forming apparatus according to the second embodiment will be described.
本実施の形態2に係る成膜装置は、その基本的動作においても、実施の形態1に係る成膜装置400と同じであるが、基板ホルダ駆動機構14の駆動が異なるため、以下のようにして基板13を成膜する。
The film forming apparatus according to the second embodiment is the same as the
図4に示すように、噴射ノズル10における先端の開口が、基板13の辺E2側の角部C1の位置(この位置を、第1停止位置という)にあるとする。基板ホルダ駆動機構14は、基板ホルダ12を導電体15の搬送方向と垂直な方向、すなわち、Y軸方向に移動させるように駆動する。具体的には、基板ホルダ12は、噴射ノズル10の開口が、角部C1からXYステージ部12cの辺E3側に位置するようにY軸方向と反対方向に移動する。そこから、基板ホルダ12は、基板ホルダ駆動機構14によって、X軸方向と反対方向にある距離移動し、移動した位置からY軸方向に移動する。そして、そこから、X軸方向と反対方向にある距離移動し、移動した位置からY軸方向と反対方向に移動して、XYステージ部12cの辺E3側(この位置を、第2停止位置という)まで移動する。このように、基板ホルダ駆動機構14は、基板ホルダ12をX軸及びY軸に沿う方向にサーペンタイン状に移動させて、基板14の下面全域に噴射ノズル10から噴射されるエアロゾル流が吹き付けられるように基板ホルダ12を移動させる。なお、図4に示す一点鎖線は、基板ホルダ駆動機構14によって基板13が移動したときの基板13に対する噴射ノズル10の開口の相対的な軌道を示す。
As shown in FIG. 4, it is assumed that the opening at the tip of the
そして、基板ホルダ12がY軸に沿った方向に移動するときに、導電体15の下面にエアロゾル流が吹き付けられて膜が形成され、導電体15の電位を電圧検出器70が検出する。このとき、導電体15は、常時、巻取り部17に巻き取られて搬送方向に移動するので、導電体15の下面のまだ膜が形成されていない領域が、常時噴射ノズル10の開口と対向する位置に送り込まれる。なお、噴射ノズル10が第1停止位置または第2停止位置にまで移動したときに、基板ホルダ12の移動を一端停止して、搬送ローラ18と搬送ローラ19との間に、導電体15の下面のまだ膜が形成されていない領域を送り込むように導電体15を巻き取るように作動させてもよい。
Then, when the
このように、本実施の形態2に係る成膜装置では、導電体15に間欠的にエアロゾル流を吹き付けることにより、導電体15の電位を所定の間隔で検出して、その電位に基づいて成膜レートを制御する。また、検出した電位に基づいて、成膜レートを制御することにより、基板13に形成される膜の膜厚を均一にすることができる。
As described above, in the film forming apparatus according to the second embodiment, the
また、このような構成とすることにより、例えば、基板13の下面の面積が大きく、基板ホルダ12を一方向に移動させても基板13の下面全域にエアロゾル流が吹き付けられないような場合であっても、導電体15の電位を間欠的に検出することにより、成膜レートを制御することができ、基板13に形成される膜の膜厚を一定にすることができる。
Further, with such a configuration, for example, the area of the lower surface of the
なお、上記実施の形態では、噴射ノズル10を固定する構成として説明したが、これに限定されず、噴射ノズル10を基板13に対して相対的に移動させる構成としてもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明についてさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
[実施例1及び比較例1]
実施例1では、上述した実施の形態1に係る成膜装置400を構築して、導電体15の電位を検出した。一方、比較例1では、実施の形態1に係る成膜装置400と基本的構成は同じであるが、駆動装置50を配設せずに、直接、基板13に配線を設けて、基板13の電位を検出するように構成した(すなわち、上記特許文献1に開示されている成膜装置と同様の構成とした)。そして、これらの検出された電位をプロットした。
[Example 1 and Comparative Example 1]
In Example 1, the
図5は、実施例1及び比較例1で検出した電位をプロットしたグラフである。実線が、実施例1の導電体15の電位(電圧値)を示し、破線は、比較例1の基板13の電位(電圧値)を示す。
FIG. 5 is a graph in which the potentials detected in Example 1 and Comparative Example 1 are plotted. The solid line indicates the potential (voltage value) of the
図5に示すように、比較例1では、時間が経過するにつれて、基板13の電位が0に収束している。これは、基板13の下面に絶縁層が形成されることにより、成膜面における電位の変化を基板13で検出することが出来なくなったことを示唆するものである。
As shown in FIG. 5, in Comparative Example 1, the potential of the
一方、実施例1では、図5に示すように、時間が経過しても、導電体15の電位を検出できることが示されている。
On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, it is shown that the potential of the
このように、実施例1の成膜装置400では、比較例1の成膜装置400とは異なり、基板13に形成された膜の膜厚が大きくなっても、導電体15の電位を検出することで間接的に基板13に形成される膜の電位として検出することが可能であることが確認された。
Thus, unlike the
本発明の成膜装置及び成膜方法は、成膜中の膜における成膜レートをより正確に知ることができ、また、検出した電位に基づいてエアロゾルの流量等を調整して、膜厚を均一にすることができるので、成膜の技術分野において有用である。 The film forming apparatus and the film forming method of the present invention can know the film forming rate in the film being formed more accurately, and adjust the flow rate of the aerosol based on the detected potential to adjust the film thickness. Since it can be made uniform, it is useful in the technical field of film formation.
1 ガス供給手段
2 生成容器
3 容器駆動器
4 粉体
5 キャリアガス供給路
5a 配管
5b 配管
6 第1流量調整器
7 エアロゾル供給路
7a 配管
8 濃度調整ガス流路
8a 配管
9 第2流量調整器
10 噴射ノズル
11 成膜チャンバ
12 基板ホルダ(非処理物ホルダ)
12a 基板ホルダ
12b 支持部
12c XYステージ部
13 基板(非処理物)
14 基板ホルダ駆動機構
15 導電体
15a 平坦状導電体
16 送出部
17 巻取り部
18 搬送ローラ
19 搬送ローラ
20 支持部材
21 ロール部材
22 回転軸
23 軸受け部材
24 ロール部材
25 回転軸
26 軸受け部材
27 駆動器
61 第1真空ポンプ
62 第2真空ポンプ
70 電圧検出器(電位検出手段)
71 端子
100 エアロゾル生成器
200 成膜機構
300 制御装置
400 成膜装置
A 走査方向
B 搬送方向
C1 角部
E1 辺
E2 辺
E3 辺
DESCRIPTION OF
14 Substrate
Claims (6)
前記エアロゾル生成器で生成されたエアロゾルをエアロゾル流として噴出する噴射ノズルと、
被処理物の被成膜面に前記エアロゾル流が噴き付けられるように、該被処理物を保持する被処理物ホルダと、
一面に前記エアロゾル流が噴き付けられる導電体を有し、該一面に対し前記エアロゾル流が噴き付けられていない領域に順次前記エアロゾル流が噴き付けられるように、前記導電体を前記噴射ノズルに対して相対的に移動させる駆動装置と、
前記導電体の電位を検出する電位検出手段と、を備える、成膜装置。 An aerosol generator for generating an aerosol by dispersing material particles in a carrier gas;
An injection nozzle that ejects the aerosol generated by the aerosol generator as an aerosol flow;
A workpiece holder for holding the workpiece so that the aerosol flow is sprayed onto the deposition surface of the workpiece;
A conductor on which the aerosol flow is sprayed on one surface, and the conductor is directed against the spray nozzle so that the aerosol flow is sequentially sprayed on a region where the aerosol flow is not sprayed on the one surface. A relatively moving drive device,
A film forming apparatus comprising: a potential detecting unit configured to detect a potential of the conductor.
前記制御装置は、前記流量調整器を通じて前記エアロゾル流の流量を制御することにより前記成膜レートを制御する、請求項3又は4に記載の成膜装置。 A flow regulator for adjusting the flow rate of the aerosol flow ejected from the spray nozzle;
The film formation apparatus according to claim 3 or 4, wherein the control device controls the film formation rate by controlling a flow rate of the aerosol flow through the flow rate regulator.
被成膜面を有する被処理物を所定位置に配置する配置工程と、
生成したエアロゾルを前記噴射ノズルからエアロゾル流として、かつ、該エアロゾル流の一部が前記被処理物の被成膜面に吹き付けられるように噴出する、噴出工程と、
前記エアロゾル流が吹き付けられる一面を有する導電体を、該一面が移動しながら前記エアロゾル流が吹き付けられるように、前記噴射ノズルに対して相対的に移動させる移動工程と、
前記導電体の電位を検出する電位検出工程と、
前記電位検出工程で検出した電位に基づき、前記被処理物の被成膜面に前記エアロゾル流が吹き付けられることにより形成される膜のレートである成膜レートを制御する制御工程と、を含む、成膜方法。 An aerosol generating step for generating aerosol by dispersing material particles in a carrier gas;
An arrangement step of arranging an object to be processed having a film formation surface at a predetermined position;
An ejection process in which the generated aerosol is ejected from the ejection nozzle as an aerosol flow, and a part of the aerosol flow is sprayed onto a film formation surface of the object to be processed;
A moving step of moving a conductor having one surface to which the aerosol flow is sprayed relative to the injection nozzle so that the aerosol flow is sprayed while the one surface is moving;
A potential detection step of detecting a potential of the conductor;
A control step of controlling a film formation rate, which is a rate of a film formed by spraying the aerosol flow on the film formation surface of the object to be processed, based on the electric potential detected in the electric potential detection step. Film forming method.
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