JP2008308716A - エアロゾル発生装置、成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体の凝集が低減し、安定してエアロゾルが発生するエアロゾル発生装置とこのエアロゾル発生装置を使用した成膜装置を提供する。
【解決手段】粉体３が入れられるエアロゾル室２と、このエアロゾル室２内に設けられた回転部４と、このエアロゾル室２に設けられたガスの導入口８と、このエアロゾル室２に設けられ、エアロゾル化した粉体３が排出される排出口９とを備えたエアロゾル発生装置１において、回転部４が、略水平な回転軸を有する軸部５と、軸部５から放射状に延在する板部６とを備え、板部６は、回転部４の回転方向に貫通孔６ｄを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エアロゾル発生装置とこのエアロゾル発生装置を使用した成膜装置に関する。

基板に脆性材料を成膜する場合、例えば、基板にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(Zr,Ti)O_３）などのセラミックスを成膜する場合に、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって成膜することが行われている。
エアロゾルデポジション法は、脆性材料からなる粉体、例えば、セラミックスの微粒子を高圧のガスと混合することによってエアロゾル化し、このエアロゾルを加熱せずに亜音速程度の高速で基板に噴射し、エアロゾルに含まれる微粒子を基板上で成長させることにより脆性材料を成膜する方法であり、脆性材料からなる微粒子の衝突によるエネルギーを利用し、この微粒子の衝突だけで、強固に成膜することができる。

基板に衝突させる微粒子は、１μｍ程度の小さな微粒子であり、衝突時にさらに小さな微粒子に粉砕され、衝突時に微粒子が割れて活性面が生じ、この活性面が粒子間結合を起こして結合する。したがって、焼結せずに結晶組織ができ、他の膜に悪影響を与える虞も低い。

しかし、エアロゾルデポジション法による場合、セラミックスなどの粒子が極めて小さいために粉体が凝集しやすい。粉体が凝集すると、安定したエアロゾルが発生せずに、均一な膜厚で成膜を行えなくなる。特に、粉体が湿気を帯びると粉体は凝集しやすくなる。

特許文献１と特許文献２には、減圧された粉体収容部と通常の大気圧との差を埋めるために設けられたロードロック室と、粉体を一時的に収納する減圧された粉体収容部と、この粉体収容部からの微粒子をエアロゾル化部に定量供給するように設けられた減圧された粉体供給部とからなるエアロゾル発生装置が提案されている。このエアロゾル発生装置では、粉体収納部とエアロゾル化部との間の粉体供給部に無端ベルトが設けられ、この無端ベルトに設けられた溝に粉体を充填し、粉体を擦切り板によって擦り切ってテーブル上に敷き詰めた後、エアロゾル化部内に移動させ、エアロゾル化部内で、掻き出し機構によって掻き出すとともに、粉体をガスによって拡散、解砕している。

特許文献３には、粉体収容部と、この粉体収容部からの粉体が充填される溝が設けられた循環式の粉体輸送部と、この粉体輸送部に設けられた溝にガスを吹き付けて粉体をエアロゾル化するエアロゾル化部とを備えたエアロゾル発生装置が提案されている。このエアロゾル発生装置では、溝に固着した粉体は、粉体解砕ピンで掻き出されるとともに、ガスの導入口からの搬送ガスを溝に吹き付けることによって除かれる。

特許文献４には、粉体を容器に収容し、この容器に重力ベクトル方向に対しておおよそ直角となる方向に機械的振動作用を与えて粉体を攪拌するとともに、ガスを粉体に吹き付け、この粉体を気流中に舞い上がらせるエアロゾル発生装置が提案されている。

特開２００６−２１９７６４号公報 特開２００５−１１３２６１号公報 特開２００３−２７５６３１号公報 特開２００３−１６６０７６号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載のエアロゾル発生装置では、溝に固着した粉体を掻き出し機構で掻き出すとともに、ガスの導入口からの搬送ガスを粉体に吹き付けることによって粉体が除かれているが、凝集した粉体を掻き出し機構で取り除いて解砕しても、十分に解砕されない。また、予め粉体の凝集を防ぐことはできない。したがって、連続して安定したエアロゾルを発生せずに、膜厚の均一な成膜を行うことができない。

特許文献３に記載のエアロゾル発生装置においても、予め粉体の凝集を防ぐことはできない。また、掻き出しピンを用いて掻き出すだけでは、解砕が十分ではなく、粉体が凝集した場合には、連続して安定したエアロゾルを発生することができない。

特許文献４に記載のエアロゾル発生装置においても、容器が渦のようなスクロール運動をするために、この容器内に入れられる粉体の凝集対策が十分ではなく、連続して安定したエアロゾルを発生することができない。

本発明はこのような実情に鑑み、粉体の凝集が低減し、安定してエアロゾルが発生するエアロゾル発生装置とこのエアロゾル発生装置を使用した成膜装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく本発明は次の技術的手段を講じた。
本発明にかかるエアロゾル発生装置では、粉体が入れられるエアロゾル室と、このエアロゾル室内に設けられた回転部と、エアロゾル室に設けられたガスの導入口と、エアロゾル室に設けられ、エアロゾル化した粉体が排出される排出口とを備えたエアロゾル発生装置において、回転部が、略水平な回転軸を有する軸部と、軸部から放射状に延在する板部とを備え、板部が、回転部の回転方向に貫通孔を有する。

このようにすると、回転部が回転することによって、粉体が板部によって掻き揚げられ、掻き揚げられた粉体が導入口からのガスと混合して、エアロゾル化する。板部には貫通孔が設けられているので、ガスが板部の貫通孔を通過し、ガスが導入口から排出口に流れる際に、板部によって遮断されることはなく、ガスやエアロゾルが流れやすくなるとともに、貫通孔から粉体の一部が落下するので、適度な量の粉体が排出口から排出され、安定したエアロゾルが発生する。
また、粉体が入れられているエアロゾル室に回転部が設けられているので、粉体が板部によって常に攪拌され、粉体が凝集することが低減し、安定してエアロゾルを発生させることができ、膜厚が均一な成膜を行うことができる。

本発明にかかるエアロゾル発生装置では、回転部に熱源が設けられていることが好ましい。
このようにすると、回転部、すなわち軸部や板部がヒータによって熱せられるので、粉体が乾燥し、粉体が湿気を帯びることが低減する。上述のように粉体が湿気を帯びると凝集しやすくなるが、熱源により粉体が乾燥させられ、粉体が凝集することが低減し、安定してエアロゾルが発生する。

本発明にかかるエアロゾル発生装置では、回転部に振動源が設けられていることが好ましい。
このようにすると、回転部が振動するので、粉体が凝集したり、回転部に固着したりすることが低減し、安定してエアロゾルが発生する。

本発明にかかるエアロゾル発生装置では、板部における貫通孔が、スリット状または格子状に形成されていることが好ましい。
このようにすると、板部で粉体を掻き揚げる際に、粉体の一部がスリットや格子の枠に載った状態で掻き揚げられ、スリットや格子に設けられている貫通孔から空気が流れ、粉体の一部が落下するので、適度な量の粉体を掻き揚げることができ、安定してエアロゾルが発生する。また、枠状の板部によって粉体を攪拌すると、エアロゾル室内の粉体の攪拌機能が向上する。さらに、この貫通孔の大きさを調整することによって、掻き揚げられる粉体の量や微粒子の大きさを調整することができる。

本発明にかかるエアロゾル発生装置では、軸部にモータが取り付けられていることが好ましい。
このようにすると、軸部の回転がモータによって制御できるので、軸部と一体回転し、粉体を掻き揚げる板部の回転が制御でき、エアロゾルに含まれる粉体の量を調整することができる。したがって、安定してエアロゾルを発生させることができる。また、強制的に板部を回転させることができるので、粉体が攪拌されて凝集することが低減し、安定してエアロゾルを発生させることができる。

本発明にかかる成膜装置では、上述のエアロゾル発生装置と、エアロゾル発生装置で発生したエアロゾルを使用して成膜が行われるプロセス装置とを備える。
このようにすると、上述したエアロゾル装置で粉体が凝集することなく安定してエアロゾルが発生し、このエアロゾルを利用すると、膜厚が均一な状態で成膜をすることができる。

本発明によれば、粉体の凝集が低減し、安定してエアロゾルが発生するエアロゾル発生装置とこのエアロゾル発生装置を使用した成膜装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態にかかる成膜装置を示す図である。
図１に示すように、成膜装置は、脆性材料をエアロゾル化するエアロゾル発生装置１と、エアロゾル発生装置１で発生したエアロゾル内の脆性材料が成膜されるプロセス装置５０とからなる。

エアロゾル発生装置１のチャンバーであるエアロゾル発生室２にはガスボンベ６０が接続されており、このガスボンベ６０には、高圧のガス、例えば窒素ガスが充填されている。また、エアロゾル発生室２内に下部には、脆性材料である粉体３が入れられている。この粉体３は、成膜材料であり、例えば、セラミックスの微粒子からなっている。

一方、プロセス室５１には真空ポンプ７０が接続されており、プロセス室５１内は減圧されて、略真空状態になっている。これらのガスボンベ６０、エアロゾル発生室２、プロセス装置５０、真空ポンプ７０は、ガス管６１によって接続されている。
したがって、高圧のガスボンベ６０から噴出したガスは、エアロゾル発生室２を通り、略真空状態のプロセス室５１の方向に流れる。

エアロゾル発生装置１内の粉体３は、ガスボンベ６０からの高圧ガスと混合されて、エアロゾル化して浮遊する微粒子となり、このエアロゾルがプロセス室５１に向かって進み、ノズル５２の先端でさらにエアロゾルの経路が細くなることと相俟って、高速化されてこのノズル５２の先端から噴出する。

ノズル５２から噴出したエアロゾルは、マスク５３を通り、基板５４に高速で吹き付けられる。そして、エアロゾル内の粉体３（微粒子）が基板５４に衝突した際に、このエアロゾル内の微粒子が衝突時にさらに小さな微粒子（例えば、数十ナノメートル程度）に粉砕され、衝突時に割れて生じた活性面が粒子間結合を起こして、基板５４上に粉体３が成膜される。

マスク５３は、基板５４をマスキングすることにより、エアロゾルが所望の位置に吹き付けられるようにし、ＸＹＺテーブル５５は、基板５４をＸＹＺ方向に自在に動かすことにより、エアロゾルが吹き付けられる位置を調整する。

図２はエアロゾル発生装置の断面図である。図２に示すようにエアロゾル発生装置１におけるエアロゾル室２は、断面が円形の略円盤型の容器であり、このエアロゾル室２内の下部に脆性材料からなる粉体３、例えばセラミックスの粉体が乾燥した状態で入れられている。この粉体３は、１μｍ程度の極めて小さな微粒子からなる。

エアロゾル室２の内部には回転部４が設けられている。回転部４は、エアロゾル室２の中央付近に設けられている回転軸となる円筒状の軸部５と、この軸部５から放射状に延在する複数の板部６からなる。軸部５は、エアロゾル室２の中央付近に、その軸方向が略水平になるように設けられている。本実施形態では、板部６は等間隔に放射状に８枚設けられているので、板部６の間隔は４５度である。

また、エアロゾル室２の上部にはガスの導入口８が設けられており、ガスの排出口９が、導入口８と対向するように略同じ高さに設けられている。
したがって、回転部４が時計回りに回転すると、粉体３が板部６によって、掻き揚げられ、導入口８から、エアロゾル室２内に入る高圧のガスと混合されて、粉体３がエアロゾル化する。
エアロゾル（エアロゾル化した粉体３）は、排出口９から排出されて、上述のようにプロセス装置５０に入り成膜される。

図３は第１の実施形態にかかる板部を示す図であり、図４は、図３のＡ方向から見た図である。
図２、図３に示すように、板部６、軸部５の回転方向に板部６の掻き揚げ面６ａ、６ｂが設けられている。すなわち、掻き揚げ面６ａ、６ｂは、軸部５の径方向に略平行である。
そして、この板部６の掻き揚げ面６ａ、６ｂ間には、図４に示すように、スリット状に複数の貫通孔６ｄが設けられており、板部６が回転するときに、この板部６に設けられた貫通孔６ｄを圧縮されたガスが通り抜ける。一方、貫通孔６ｄ以外の部分の枠６ｅで脆性材料からなる粉体３が掻き揚げられる。
このように貫通孔６ｄと枠６ｅが設けられている板部６を回転させることよって、粉体３が掻き揚げられると、ガスや粉体３の一部が板部６の貫通孔６ｄを通り過ぎて、適量の粉体３を枠６ｅに載せることができ、安定してエアロゾルを発生させることができる。
また、板部６の回転時に、板部６に設けられている枠６ｅで粉体３が攪拌されるので、粉体３が凝集することが低減する。

板部６の一端面の中央に、棒状の接合部６ｃの一端が設けられており、接合部６ｃの他端は、図２に示すように軸部５に取り付けられている。棒状の接合部６ｃが設けられていることで、粉体３が軸部５と板部６との接合部分で凝集することが低減し、また、軸部５からの回転駆動力が板部６に伝わる。

図５は、軸部の断面図である。軸部５には、回転数が制御可能なモータ１０が取り付けられており、このモータ１０の駆動力によって、軸部５とこの軸部５に放射状に取り付けられている板部６が一体回転し、粉体３が掻き揚げられる。
回転数を制御可能なモータ１０を取り付けることで、軸部５の回転、すなわち板部６の回転を制御できるので、掻き揚げられる粉体３の量を制御可能となり、安定してエアロゾルを発生させることができる。また、モータ１０からの駆動力で、回転部４を回転させるので、板部６で粉体３を攪拌することができる。

さらに、軸部５には、振動源１１と熱源１２が内蔵されている。振動源１１は、振動アクチュエータからなっており、高周波で振動する。振動アクチュエータの駆動軸は板部６の接合部６ｃに接続されており、軸部５の振動が、板部６へ伝わるので、板部６が高周波振動する。このため、微粒子からなる粉体３が、板部６と軸部５からなる回転部４へ付着したり、粉体３が凝集したりすることが低減する。

熱源１２は、ヒータからなっている。ヒータで、軸部５や板部６を熱することで、粉体３が乾燥する。上述のように粉体３は極めて小さな微粒子からなっており、湿気を帯びると凝集しやすくなるが、粉体３が熱源１２によって熱せられ、乾燥するので、粉体３が凝集することが低減する。

図６は第２の実施形態にかかる板部を示す図である。なお、回転軸方向から見た図は、図３に示す第１の実施形態と同じである。
図６に示すように、第２の実施形態では、板部６の直交する枠６ｅによって貫通孔６ｄが格子状に形成されている。このように、貫通孔６ｄが格子状に設けられていても、適度な量の粉体３が枠６ｅに乗せられて、粉体３がガスと混合してエアロゾル化する。また、枠６ｅによって粉体３が攪拌されるので、粉体が凝集することが低減し、安定してエアロゾルを発生させることができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記実施形態では、貫通孔６ｄをスリット状、格子状に形成したが、規則的、不規則を問わず、貫通孔６ｄの形状は適宜変更可能である。すなわち、貫通孔６ｄが設けられおり、粉体３が網状の枠６ｅに載せられることによって、上方に掻き揚げられるようになっていればよい。
また、上記実施形態では、エアロゾル室２は、断面が略円形の円盤型であるが、断面は、回転部４が接触しない形であれば、いかなる形状であってもよく、同様に板部の数や形状等も適宜変更可能である。

本発明の実施形態にかかる成膜装置を示す図である。 エアロゾル発生装置の断面図である。 第１の実施形態にかかる板部を示す図である。 図３のＡ方向から見た図である。 軸部の断面図である。 第２の実施形態にかかる板部を示す図である。

符号の説明

１ エアロゾル発生装置
２ エアロゾル室
３ 粉体
４ 回転部
５ 軸部
６ 板部
６ｄ 貫通孔
８ 導入口
９ 排出口
１０ モータ
１１ 振動源
１２ 熱源
５０ プロセス装置

Claims (6)

1. 粉体が入れられるエアロゾル室と、前記エアロゾル室内に設けられた回転部と、前記エアロゾル室に設けられたガスの導入口と、前記エアロゾル室に設けられ、エアロゾル化した粉体が排出される排出口とを備えたエアロゾル発生装置において、
   前記回転部が、略水平な回転軸を有する軸部と、前記軸部から放射状に延在する板部とを備え、
   前記板部が、前記回転部の回転方向に貫通孔を有することを特徴とするエアロゾル発生装置。
2. 請求項１に記載のエアロゾル発生装置において、
   前記回転部に熱源が設けられていることを特徴とするエアロゾル発生装置。
3. 請求項１または２に記載のエアロゾル発生装置において、
   前記回転部に振動源が設けられていることを特徴とするエアロゾル発生装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のエアロゾル発生装置において、
   前記板部における貫通孔が、スリット状または格子状に形成されていることを特徴とするエアロゾル発生装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のエアロゾル発生装置において、
   前記軸部にモータが取り付けられていることを特徴とするエアロゾル発生装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のエアロゾル発生装置と、前記エアロゾル発生装置で発生したエアロゾルを使用して成膜が行われるプロセス装置とを備えることを特徴とする成膜装置。
   
   

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