JP2009203542A - エアロゾル生成器及びそれを備える成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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調整することが可能なエアロゾル生成器及びそれを備える成膜装置を提供することを目的とする。
【解決手段】生成容器１と、生成容器１の内部空間を仕切り、その上に粉体８が載置される透孔部材４と、生成容器１の透孔部材４より下側の部分に開口するように形成され、粉体８を流動化するキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入路１５と、生成容器１の透孔部材４より上側の部分に開口するように形成され、粉体８がキャリアガスに分散されることにより形成されたエアロゾルを導出するためのエアロゾル導出路１７と、生成容器１の壁を貫通し、その開口が粉体８の粉面と透孔部材４との間に位置しかつ開口から粉体８の粒子の凝集物を解砕する解砕ガスを噴出するように形成された解砕ガス流路１６と、を備える、エアロゾル生成器。
【選択図】図２

Description

本発明は、エアロゾル生成器及びそれを備える成膜装置に関し、特にエアロゾル生成器の構造に関する。

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。

このようなＡＤ法を用いた成膜装置では、均一な成膜を行うためには、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が均一であることが必要であるが、エアロゾルの生成を長時間行うと粉体粒子が凝集して、キャリアガス中に分散されなくなり、結果としてエアロゾルの濃度が初期状態に比べて低下するという問題があった。

この問題に対して、凝集した粉体粒子（以下、凝集粒子という）を解砕するためのエアロゾル生成容器に微小な振動を与える振動手段と、エアロゾル生成容器が所定の運動を行うように、エアロゾル生成容器を駆動する駆動手段と、を具備する成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている成膜装置では、エアロゾルの生成が行われる容器に、微小な振動と共に所定の運動を与えるので、これらの振動と運動を与えない場合に比べると、凝集した粉体粒子が容器の一部に留まることがなくなり、安定的にエアロゾルを生成することができる。
特開２００４−１１３９３１号公報

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、エアロゾル生成容器に単調な運動を与えるのみである。このため、解砕されない凝集粒子が存在し、未だ改善の余地があった。また、特許文献１に開示されている成膜装置では、エアロゾルの濃度、エアロゾルを構成する材料粒子の粒子径及びエアロゾルの流量を調整することができないため、未だ改善の余地があった。

本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、エアロゾルの濃度、エアロゾルを構成する材料粒子の粒子径及びエアロゾルの流量を調整することができるエアロゾル生成器及びそれを備える成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエアロゾル生成器は、その中でエアロゾルを生成するための生成容器と、前記生成容器の内部空間を仕切るように配設され、その上に材料粒子の粉体が載置される多数の透孔が形成された板状の透孔部材と、前記生成容器の内部空間の前記透孔部材より下側の部分に開口するように形成された、前記粉体を流動化するキャリアガスを前記生成容器の外部から導入するためのキャリアガス導入路と、前記生成容器の内部空間の前記透孔部材より上側の部分に開口するように形成された、前記粉体が前記キャリアガスに分散されることにより形成されたエアロゾルを前記生成容器の外部に導出するためのエアロゾル導出路と、前記生成容器の壁を貫通し、その開口が前記生成容器の高さ方向において前記粉体の粉面と前記透孔部材との間に位置し、かつ、前記開口から前記粉体の粒子の凝集物を解砕する解砕ガスを噴出するように形成された解砕ガス流路と、を備える。

これにより、凝集した材料粒子を的確に解砕することによりエアロゾルの濃度を調整することができ、また、生成容器内に供給されるキャリアガスと解砕ガスの流量を調整することにより、エアロゾルの流量を調整することができる。さらに、エアロゾルの流量を調整して、流量を一定にすることにより、エアロゾルを形成する材料粒子の粒子径分布を均一にすることができる。

また、本発明に係るエアロゾル生成器では、前記解砕ガス流路内の圧力が、前記キャリアガス導入路内の圧力よりも高くなるように構成されていてもよい。

また、本発明に係るエアロゾル生成器では、前記解砕ガス流路内の圧力が、５〜１００ｋｐａであることが好ましい。解砕ガス流路内の圧力は、凝集した粉体を解砕するための観点からすると、５ｋｐａ以上であることが好ましく、生成容器内のエアロゾル生成空間内で、主にキャリアガスによってエアロゾルをスムーズに上昇させて安定して供給するという観点、及び、径の大きい粒子をエアロズル生成空間内に巻き上げエアロゾル内に含有させてしまうことを防ぐ、という観点からすると、１００ｋｐａ以下であることが好ましい。

また、本発明に係るエアロゾル生成器では、前記エアロゾル導出路の前記生成容器の外部に位置する部分に接続された、前記エアロゾルの濃度調整用のキャリアガスを前記エアロゾル導出路に供給するための濃度調整ガス流路を備えてもよい。

これにより、エアロゾル導出路内を流通するエアロゾルの濃度をより高度に調整することができる。

さらに、本発明に係るエアロゾル生成器では、前記生成容器の内部空間の前記粉面より上側の部分に開口し、該開口から流出するキャリアガスにより前記生成容器の内部空間に略鉛直な軸の周りに旋回するガス流を形成するように構成された旋回ガス流路を備えてもよい。

これにより、ノズルに供給されるエアロゾルを構成する材料粒子の粒子径を調整することができる。

また、本発明に係る成膜装置は、前記エアロゾル生成器と、成膜チャンバと、前記成膜チャンバ内に配置された噴射ノズルとを備え、前記エアロゾル生成器で生成されたエアロゾルを前記エアロゾル導出路によって導出し、導出されたエアロゾルをエアロゾル流として前記噴射ノズルから前記成膜チャンバ内に配置された被処理物に吹き付けることにより、前記材料粒子の膜を前記被処理物上に形成する。

これにより、基板に均一な膜を形成させることができる。

本発明のエアロゾル生成器及びそれを備える成膜装置によれば、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調整することが可能で、基板に均一な膜を形成させることが可能となる。

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。

図１に示すように、本実施の形態１に係る成膜装置４００は、エアロゾルを生成するエアロゾル生成機構１００と、エアロゾル生成機構１００で生成されたエアロゾルを基板に噴射して成膜する成膜機構２００と、エアロゾル生成機構１００及び成膜機構２００を制御する制御装置３００と、を備えている。

まず、エアロゾル生成機構１００について説明する。

図２は、図１に示すエアロゾル生成機構１００の概略構成を示す模式図である。

図２に示すように、エアロゾル生成機構１００は、ガス供給手段１１と、キャリアガス導入路１５と、第１流量調整器１２と、解砕ガス流路１６と、第２流量調整器１３と、エアロゾル生成器１０１と、を備えている。

ガス供給手段１１は、エアロゾル生成器１０１にキャリアガス導入路１５及び解砕ガス流路１６を介して、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。また、ガス供給手段１１からエアロゾル生成器１０１へのガスの供給量は、キャリアガス供給路１５又は解砕ガス流路１６の途中に設けられた第１又は第２流量調整器１２、１３によって調整される。第１及び第２流量調整器１２、１３は、ここでは、マスフローコントローラを使用しているが、ピエゾバルブやニードルバルブ、ダイヤフラムバルブ、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。なお、エアロゾル生成器１０１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。

エアロゾル生成器１０１は、鉛直方向に中心軸を有する円筒状の生成容器１を有している。生成容器１の両端には、その内部空間を塞ぐように、円板状の第１及び第２蓋部材２、３が設けられており、生成容器１の内部には、内部空間を２つに仕切るように板状の透孔部材４が設けられている。生成容器１における内部空間のうち、透孔部材４で仕切られた上方の空間によりエアロゾル生成空間９が構成され、一方、下方の空間により、キャリアガス緩衝空間１０が構成される。また、透孔部材４には、多数の透孔が設けられており、透孔部材４の上には材料粒子の粉体８が載置されている。ここで、本発明において、透孔とは、板状の部材を厚み方向に直線的に貫通する孔を意味し、これには、メッシュのように網状の部材における網目も含まれる。

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。

ガス供給手段１１と生成容器１とは、第１流量調整器１２とキャリアガス導入配管５を有するキャリアガス導入路１５によって接続されている。キャリアガス導入配管５の上流側は、ガス供給手段１１に接続されており、また、キャリアガス導入配管５の下流側は、生成容器１の周壁を貫通し、その先端がキャリアガス緩衝空間１０と連通するように（開口するように）接続されている。そして、キャリアガス導入配管５の途中には、第１流量調整器１２が設けられている。

また、キャリアガス導入配管５のガス供給手段１１と第１流量調整器１２との間には、第２流量調整器１３と解砕ガス配管６を有する解砕ガス流路１６の上流側が接続されている。換言すると、解砕ガス流路１６は、キャリアガス導入路１５の第１流量調整器１２の上流から分岐されている。そして、解砕ガス流路１６の途中には、第２流量調整器１３が設けられている。一方、解砕ガス流路１６の下流側は、生成容器１と接続されている。具体的には、解砕ガス流路１６を構成する解砕ガス配管６が、第１蓋部材２を貫通して下方に延びるように設けられており、その先端（開口）が、透孔部材４近傍にまで達している。よって、生成容器１内に粉体８が収容されると、解砕ガス配管６の下流側端部に形成された開口は、該粉体８に埋没する。
そして、解砕ガス配管６の下流側端部から噴出される解砕ガスは、キャリアガス導入配管５の下流側端部から噴出されるキャリアガスよりも噴出速度が速くなるように、すなわち、解砕ガス配管６の管内圧力は、キャリアガス導入配管５に比べて高くなるように構成されており、凝集した粉体を解砕するための観点から、解砕ガス配管６の管内圧力は、５ｋｐａ以上であることが好ましく、生成容器内のエアロゾル生成空間内で、主にキャリアガスによってエアロゾルをスムーズに上昇させて安定して供給するという観点、及び、径の大きい粒子をエアロズル生成空間内に巻き上げエアロゾル内に含有させてしまうことを防ぐ、との観点からすると、１００ｋｐａ以下であることが好ましい。これにより、凝集した粉体粒子（以下、凝集粒子という）を解砕することができる。なお、解砕ガス配管６における下流側端部の形状は、凝集粒子を解砕することができれば、特に限定はされないが、凝集は生成容器の壁面近傍で生じやすいので、凝集粒子を確実に解砕するという観点から、下流側端部の形状は、解砕ガスが生成容器１の内壁に向かって噴射されるように形成されていることが好ましい。

また、第１蓋部材２には、エアロゾル導出路１７を構成するエアロゾル導出配管７が設けられている。エアロゾル導出配管７は、第１蓋部材２を貫通して下方に延びており、その上流側端部に形成された開口は、生成容器１のエアロゾル生成空間９の上部に位置するため（例えば、第１蓋部材２と透孔部材４の間の距離に対して、開口と透孔部材４の距離が８０％以上となるような位置）、生成容器１内に粉体８が収容されても、この開口が該粉体８に埋没することはない。一方、エアロゾル導出配管１７の下流側は、噴射ノズル１９と接続されている。

なお、図２において、キャリアガス導入路１６等の各流路は、エアロゾル生成器１０１近傍においてのみ、キャリアガス導入配管６等の各配管を描写している。

次に、成膜機構２００について、図１を参照しながら説明する。

成膜機構２００は、第１及び第２真空ポンプ３１、３２が接続された成膜チャンバ３０を有している。成膜チャンバ３０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３１、３２により減圧される。第１真空ポンプ３１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３２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３０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３１、３２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３０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。

成膜チャンバ３０には、その底壁を貫通して上方に延びるように、エアロゾル導出配管７が接続されている。エアロゾル導出配管７の下流側端部には、噴射ノズル１９の基端部が接続されている。噴射ノズル１９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１９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１９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１９における先端部の開口（以下、単に噴射ノズル１９の開口という）は、スリット状に形成されている。

また、成膜チャンバ３０の内部には、噴射ノズル１９の上方に、該噴射ノズル１９の開口と対向するように基板ホルダ２１が設けられている。基板ホルダ２１は、板状のホルダ部２１ａと支持部２１ｂを有している。ホルダ部２１ａは、その下面に基板２０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２１ｂは、基板ホルダ駆動機構２２に取り付けられており、基板ホルダ駆動機構２２は、基板ホルダ２１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２１に保持された基板２０は、噴射ノズル１９の開口に対して相対的に移動することができる。なお、噴射ノズル１９と基板２０との間にマスクを設置して、基板２０の噴射ノズル１９の開口と対向する面の任意の位置に任意の形状になるように成膜されるようにしてもよい。また、基板２０の材料としては、特に限定されず、例えば、金属、シリコン、半導体、樹脂等であってもよい。

次に、制御装置３００について説明する。

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、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１０１に供給されるガスの流量を調整し、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルの濃度及び流量を制御する。エアロゾルの濃度及び流量の制御については、後述する。

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。

次に、本実施の形態１に係る成膜装置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。

まず、成膜チャンバ３０内の基板ホルダ２１に基板２０を配置し、また、生成容器１内の透孔部材４の上に材料粒子の粉体８を載置する。

次に、ガス供給手段１１からキャリアガス導入路１５及び解砕ガス流路１６を介して生成容器１内にガスを供給する。具体的には、キャリアガスを、キャリアガス導入路１５を構成するキャリアガス導入配管５の下流側端部の開口からキャリアガス緩衝空間１０に導入する。キャリアガス緩衝空間１０では、導入されたキャリアガスの流れが均一化され、透孔部材４の透孔からキャリアガスが一様に流出される。そして、流出されたキャリアガスは、透孔部材４の上に載置された粉体８を吹き上げて分散させ、エアロゾル生成空間９にエアロゾルが生成される。

一方、解砕ガスは、解砕ガス流路１６を構成する解砕ガス配管６の先端から生成容器１の内壁に向かって噴射される。この解砕ガス配管６の管内圧力は、キャリアガス導入配管５に比べて高くなるように制御されており、例えば、解砕ガス配管６の管内圧力は５〜１００ｋｐａに、キャリアガス導入配管５の管内圧力は、それ以下となるように制御されている。このため、解砕ガス配管６から噴射される解砕ガスは、材料粒子の凝集粒子を吹き飛ばして生成容器１の内壁に衝突させるので、凝集粒子を解砕することができる。このとき、制御装置３００は、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１０１に供給されるガスの流量を調整し、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルの濃度及び流量を制御するが、この制御については、後述する。

次に、第１及び第２ポンプ３１、３２の真空引きによって、成膜チャンバ３０内が真空状態に近くなるまで減圧する。これに伴い、成膜チャンバ３０と生成容器１内の差圧により、生成容器１内のエアロゾルが、エアロゾル導出路１７を通流して噴射ノズル１９に供給される。

前述したとおり、噴射ノズル１９は、その内部にテーパ部を有するため、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１９の開口から噴出され、噴出されたエアロゾル流が基板２０の表面に衝突する。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２０の表面に堆積して、成膜される。

次に、本実施の形態１に係る成膜装置４００のエアロゾル濃度の調整方法について説明する。なお、特開２００６−１５９１３７号公報に開示されているように、基板２０の電位とエアロゾルの濃度とは相関関係（但し、基板２０の表面に形成された膜の膜厚が所定の範囲を超えない厚みまで）があり、以下の図３、図５、及び図７においては、基板２０の電位をエアロゾル濃度として表している。

図３は、本実施の形態１に係る成膜装置４００のエアロゾル濃度の調整方法の概要を示す模式図である。図３（ａ）は、キャリアガス及び解砕ガスの流量を示す表であり、図３（ｂ）は、エアロゾル濃度の変化を示すグラフである。

上述したように、本実施の形態１に係る成膜装置４００では、制御装置３００が、噴射ノズル１９から噴出されるエアロゾルの濃度が所定の値になるように、第１及び第２流量調整器１２、１３に指令を出し、第１及び第２流量調整器１２、１３は、それぞれ、キャリアガス導入路１５を通流するキャリアガス及び解砕ガス流路１６を通流する解砕ガスの流速を調整する。例えば、キャリアガスの流速を６．０Ｌ／ｍｉｎ、解砕ガスの流速を０．０Ｌ／ｍｉｎとしたときのエアロゾル濃度が−２００ｍＶになるとする。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、時刻ｔ０において、第１及び第２流量調整器１２、１３は、制御装置３００の指令に従って、ガスの流速をそれぞれ調整する。これにより、キャリアガスによって粉体８のうち微小な材料粒子が、エアロゾル生成空間９に吹き上げられて分散され、エアロゾルが生成される。

そして、キャリアガス及び解砕ガスの流速をそのまま維持すると、粉体８のうち、キャリアガスによってエアロゾルになる微小な材料粒子が、エアロゾル生成器１０１から導出されるため減少し、また、微小な材料粒子が、凝集して粒子径の大きい凝集粒子を形成し、キャリアガスによって吹き上げられなくなる。このため、図３（ｂ）に示すように、エアロゾル濃度は、時刻ｔ０における−２００ｍＶから徐々に減少していく。

そこで、本実施の形態１に係る成膜装置４００では、解砕ガスの流速を増加させ、それに伴ってキャリアガスの流速を減少させて、エアロゾル生成器１０１に供給されるガスの総量が同じになるように、ガスの流量を調整する。具体的には、制御装置３００が、時刻ｔ１でキャリアガスの流速を５．０Ｌ／ｍｉｎ、解砕ガスの流速を１．０Ｌ／ｍｉｎになるように変更する。これにより、凝集粒子が解砕ガスによって解砕されて、微小な材料粒子が増加し、この微小な材料粒子をキャリアガスが分散することによってエアロゾルが生成されるので、エアロゾル濃度は−２００ｍＶまで回復する。また、時間の経過にかかわらず、エアロゾル生成器１０１に供給されるガスの総流量は同じであるため、キャリアガス及び解砕ガスによって吹き上げられる粉体８の総量は同じである。このため、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルを構成する粒子の粒子径分布がほぼ同じになる。さらに、噴射ノズル１９に供給されるガスの総流量も同じであるため、噴射ノズル１９の開口から噴出されるエアロゾル流の噴出速度も一定にすることができ、基板２０に均一にエアロゾル流を吹き付けることができる。

しかし、キャリアガス及び解砕ガスの流速をそのまま維持すると、１．０Ｌ／ｍｉｎの流速で解砕できる大きさの凝集粒子が消費されて、微小な材料粒子が生成されなくなるため、再びエアロゾル濃度が減少する。このため、制御装置３００の指令により、第１及び第２流量調整器１２、１３は、解砕ガスの流速を１．５Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガスの流速を４．５Ｌ／ｍｉｎに変更する。このように、解砕ガスの流速を増加し、より大きな凝集粒子を解砕ガスで解砕できるように、それぞれのガスの流速を調整する（時刻ｔ２）。

これにより、凝集粒子が解砕ガスによって解砕されて、エアロゾルが生成されるので、濃度は、−２００ｍＶにまで回復する。なお、時刻ｔ１と同様に、エアロゾル生成器１０１に供給されるガスの総量が同じになるように調整しているため、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルは一定を構成する粒子の粒子径は、ほぼ同じになる。また、噴射ノズル１９に供給されるガスの総流量が同じであるため、基板２０に均一にエアロゾル流を吹き付けることができ、均一な膜を基板２０の表面に形成させることができる。

そして、キャリアガス及び解砕ガスの流速をそのまま維持すると、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、１．５Ｌ／ｍｉｎの流速で解砕できる大きさの凝集粒子が消費されて、微小な材料粒子が生成されなくなるため、エアロゾル濃度が減少する。このため、時刻ｔ３で、解砕ガスの流速を２．０Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガスの流速を４．０Ｌ／ｍｉｎに変更する。このように、解砕ガスの流速を更に増加して、エアロゾルの濃度を−２００ｍＶまで回復させる。

なお、図３（ｂ）においては、充分に時間が経過してから解砕ガスの流速を増加させているため、エアロゾル濃度が増減しているが、第１及び第２流量調整器１２、１３がキャリアガス及び解砕ガスの流速を頻繁に調整することにより、エアロゾル濃度を一定に保つことができる。

このように、本実施の形態１に係る成膜装置４００では、エアロゾルを形成する微小な材料粒子が減少し、凝集粒子が増加してエアロゾル濃度が減少するような場合に、解砕ガスによって、凝集粒子を解砕して微小な材料粒子を増加させることにより、生成されるエアロゾルを増加させ、エアロゾル濃度を一定に保つことができる。また、解砕ガスの増加に伴ってキャリアガスの流速を減少させて、エアロゾル生成器１０１に供給されるガスの総量を一定に保つことにより、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルを構成する粒子の粒子径分布を、ほぼ同じに保つことができる。さらに、噴射ノズル１９に供給されるガスの総流量が同じであるため、噴射ノズル１９の開口から噴出されるエアロゾル流の噴出速度も一定にすることができる。このため、本実施の形態１に係る成膜装置４００では、基板２０に均一にエアロゾル流を吹き付けることができ、均一な膜を基板２０の表面に形成させることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る成膜装置のエアロゾル生成機構の概略構成を示す模式図である。

本実施の形態２に係るエアロゾル生成機構１００は、基本的構成は、実施の形態１に係るエアロゾル生成機構１００と同じであるが、以下の点が異なる。

図４に示すように、本実施の形態２に係るエアロゾル生成機構１００は、ガス供給手段１１から供給されるガスの一部が、エアロゾル濃度調整用のキャリアガスとして直接エアロゾル導出配管７に供給されるように構成されている。具体的には、キャリアガス導入路１５のガス供給手段１１と第１流量調整器１２の間と、エアロゾル導出路１７と、を接続するように濃度調整ガス流路４２が設けられている。そして、濃度調整ガス流路４２の途中には、第３流量調整器４３が設けられており、濃度調整ガス流路４２を構成する濃度調整ガス配管４１の下流端は、エアロゾル導出配管７の途中に接続されている。これにより、エアロゾル生成器１０１で生成されたエアロゾルを濃度調整用のキャリアガス（以下、濃度調整用ガスという）で希釈することにより、エアロゾル濃度を微調整することができる。

なお、第３流量調整器４３は、第１又は第２流量調整器１２、１３と同様に構成されているので、その詳細な説明は省略する。また、濃度調整ガス配管４１の下流端は、ここでは、直接エアロゾル導出配管７に接続される構成としたが、これに限定されず、エアロゾルの流れを妨げないように濃度調整用ガスを流入することができれば、エアロゾル生成空間９にエアロゾル濃度調整用ガスを導入させる構成としてもよい。

次に、本実施の形態２に係る成膜装置４００のエアロゾル濃度の調整方法について説明する。なお、本実施の形態２に係る成膜装置４００の基本的動作は、実施の形態１に係る成膜装置４００と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

図５は、本実施の形態２に係る成膜装置４００のエアロゾル濃度の調整方法の概要を示す模式図である。図５（ａ）は、キャリアガス及び解砕ガスの流量を示す表であり、図５（ｂ）は、エアロゾル濃度の変化を示すグラフである。

まず、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る成膜装置４００と同様に、制御装置３００の指令に基づいて、第１乃至第３流量調整器１２、１３、４３は、キャリアガスの流速を６．０Ｌ／ｍｉｎ、解砕ガスの流速を０．０Ｌ／ｍｉｎ、及び濃度調整用ガスの流速を０．０Ｌ／ｍｉｎとなるようにそれぞれのガスの流速を調整する。そして、図５（ｂ）に示すように、キャリアガス、解砕ガス、及び濃度調整用ガスの流速をそのまま維持すると、エアロゾルの濃度が減少する。

そこで、本実施の形態２に係る成膜装置４００では、時刻ｔ１において、キャリアガスの流速を３．０Ｌ／ｍｉｎ、解砕ガスの流速を１．５Ｌ／ｍｉｎ、及び濃度調整用ガスの流速を１．５Ｌ／ｍｉｎとなるように、ガスの流速をそれぞれ変更する。すると、解砕ガスによって凝集粒子が解砕されて、微小な材料粒子が増加するが、解砕ガスの流速を大きくすることにより、エアロゾル生成空間９には、目標とする濃度（−２００ｍＶ）よりもエアロゾル濃度が高くなるようにエアロゾルが生成される。そして、成膜チャンバ３０内が減圧されると、エアロゾル生成空間９中のエアロゾルがエアロゾル導出路１７を通流するが、このとき、ガス供給手段１から濃度調整ガス流路４２を介して濃度調整用ガスをエアロゾル導出路１７に供給することで、エアロゾル導出路１７を通流するエアロゾルを目標とする濃度になるように制御している。

このように、エアロゾル生成空間９が、目標とする濃度よりもエアロゾル濃度が高くなるようにキャリアガス及び解砕ガスの流速を調整するので、図５（ｂ）に示すように、キャリアガス、解砕ガス、及び濃度調整用ガスの流速を維持しても、エアロゾル濃度の急激な減少が抑制される。また、噴射ノズル１９に供給されるガスの総流量が同じであるため、噴射ノズル１９の開口から噴出されるエアロゾル流の噴出速度も一定にすることができ、基板２０に均一にエアロゾル流を吹き付けることができ、均一な膜を基板２０の表面に形成させることができる。

なお、時刻ｔ２及びｔ３においても、制御装置３００は、時刻ｔ１と同様に、解砕ガスの流速を増加させて、エアロゾル生成空間９が目標とする濃度よりもエアロゾル濃度が大きくなるように制御しているが、材料粒子がエアロゾルとして消費されてエアロゾル生成器１０１内には粉体８が減少していること等から、エアロゾル生成空間９に生成されるエアロゾルは、時間が経過するにつれて減少する。このため、時刻ｔ２及びｔ３においては、制御装置３００は、キャリアガスの流速を減少させずに濃度調整用ガスの流速を減少させることで、エアロゾルの濃度を調整している。

また、本実施の形態２に係る成膜装置４００では、以下の理由から、エアロゾル濃度をより高度に調整することができる。

例えば、図３（ｂ）に示すように、解砕ガスの流速を増加させると、エアロゾル濃度が急激に増加する。このため、例えば、エアロゾル濃度を−２００ｍＶから−２１０ｍＶに変更したいような場合、解砕ガスの流速の増加（変更）では、対応し切れない場合がありうる。しかしながら、本実施の形態２に係る成膜装置４００では、エアロゾル生成空間９で生成されるエアロゾル濃度が目標とする濃度よりも高くなったような場合でも、エアロゾル導出路１７に濃度調整用ガスを混合させることにより、目標とする濃度に微調整することができる。

このように、本実施の形態２に係る成膜装置４００では、解砕ガスの流速を増加させて、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルを目標とする濃度よりも濃度を高くし、濃度調整用ガスで噴射ノズル１９に供給されるエアロゾルの濃度を調整することにより、エアロゾル濃度を一定に保つことができ、また、キャリアガス、解砕ガス、及び濃度調整用ガスの流速を維持しても、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルの濃度の減少を抑制することができる。また、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルが目標とするエアロゾル濃度よりも濃度が高くなったような場合でも、濃度調整用ガスをエアロゾル導出路１７に供給することにより、噴射ノズル１９に供給されるエアロゾル濃度を微調整することができる。このため、本実施の形態２に係る成膜装置４００では、基板２０に均一な膜を形成することができる。
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る成膜装置のエアロゾル生成機構の概略構成を示す模式図である。

本実施の形態３に係るエアロゾル生成機構１００は、基本的構成は、実施の形態２に係るエアロゾル生成機構１００と同じであるが、以下の点が異なる。

図６に示すように、本実施の形態３に係るエアロゾル生成機構１００は、ガス供給手段１１から旋回ガス流路４５を介して供給されるガスの一部が、エアロゾル生成空間９に略鉛直な軸の周りに旋回するガス流（以下、旋回流という）を形成するガス（以下、旋回流ガスという）として供給されるように構成されている。具体的には、キャリアガス導入路１５のガス供給手段１１と第１流量調整器１２の間と、キャリアガス生成器１０１と、を接続するように旋回ガス流路４５が設けられており、旋回ガス流路４５の途中には、第４流量調整器４６が設けられている。また、旋回ガス流路４５を構成する旋回ガス配管４４は、第１蓋部材２を厚み方向に貫通するように設けられ、その下流側端部の開口が粉体８の粉面より上方に位置するように設けられている。そして、旋回ガス配管４４の下流側端部の形状は、旋回流ガスが生成容器１の内壁の接線方向に向かって噴射されるように構成されている。これにより、生成容器１内に旋回流が形成され、旋回流の遠心力によりエアロゾルを構成する材料粒子がその重量に応じて（粒子径に応じて）生成容器１の径方向に運動軌跡が変化するため、旋回ガス配管４４の下流側端部の開口から噴出される旋回流ガスの流量を調整することにより、エアロゾルを構成する材料粒子を分級することができる。

なお、第４流量調整器４６は、第１乃至第３流量調整器１２、１３、４３と同じ構成であるので、その詳細な説明は省略する。また、旋回ガス配管４４は、ここでは、第１蓋部材２を貫通するように構成したが、これに限定されず、生成容器２の周壁を貫通するように構成されていてもよい。

次に、本実施の形態３に係る成膜装置４００のエアロゾル濃度の調整方法について説明する。なお、本実施の形態３に係る成膜装置４００の基本的動作は、実施の形態１に係る成膜装置４００と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

図７は、本実施の形態３に係る成膜装置４００のエアロゾル濃度の調整方法の概要を示す模式図である。図７（ａ）は、キャリアガス及び解砕ガスの流量を示す表であり、図７（ｂ）は、エアロゾル濃度の変化を示すグラフである。

まず、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る成膜装置４００と同様に、制御装置３００の指令に基づいて、第１乃至第４流量調整器１２、１３、４３、４６は、キャリアガスの流速を６．０Ｌ／ｍｉｎ、解砕ガスの流速を０．０Ｌ／ｍｉｎ、濃度調整用ガスの流速を０．０Ｌ／ｍｉｎ、及び旋回流ガスの流速を０．０Ｌ／ｍｉｎとなるようにそれぞれのガスの流速を調整する。そして、図７（ｂ）に示すように、キャリアガス、解砕ガス、濃度調整用ガス、及び旋回流ガスの流速をそのまま維持すると、エアロゾルの濃度が減少する。

そこで、本実施の形態３に係る成膜装置４００では、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、時刻ｔ１において、キャリアガスの流速を１．５Ｌ／ｍｉｎ、解砕ガスの流速を２．０Ｌ／ｍｉｎ、濃度調整用ガスの流速を１．５Ｌ／ｍｉｎ、及び旋回流ガスの流速を１．０Ｌ／ｍｉｎとなるように、ガスの流速をそれぞれ変更する。これにより、上述した実施の形態２に係る成膜装置４００と同様に、キャリアガス及び解砕ガスによってエアロゾル生成器１０１のエアロゾル生成空間９には、目標とするエアロゾル濃度を大きく超えたエアロゾルが生成される。

しかし、エアロゾル生成空間９には、旋回流ガス路４５の下流側端部の開口から噴射される旋回流ガスによって旋回流が形成されるので、材料粒子は旋回流の遠心力によって、生成容器１の径方向に運動軌跡が変化して、粒子径の大きい材料粒子は、生成容器１の周壁に衝突し、壁面を伝って粉体８の粉面に戻される。このため、エアロゾル生成空間９には、所定の粒子径を有する材料粒子のみでエアロゾルを構成させることができる（エアロゾルを構成する材料粒子を分級することができる）。なお、旋回流によって、材料粒子を分級することで、エアロゾル生成空間９に存在するエアロゾルの濃度を若干下げることができる。

そして、制御装置３００は、ガス供給手段１から濃度調整ガス流路４２を介して濃度調整用ガスをエアロゾル導出路１７に供給することで、エアロゾル導出路１７を通流するエアロゾルを目標とする濃度になるように制御している。

これにより、エアロゾル生成空間９は、エアロゾルが目標とする濃度より高い濃度に保たれ、また、旋回流によって材料粒子が粉体８の粉面に戻されるときに凝集粒子を解砕するので、図７（ｂ）に示すように、キャリアガス、解砕ガス、濃度調整用ガス、及び旋回流ガスの流速をそのまま維持しても（時刻ｔ１〜ｔ２）、エアロゾル濃度の急激な減少を充分に抑制することができる。

なお、制御装置３００は、時刻ｔ２及びｔ３においても、時刻ｔ１と同様に、解砕ガスの流速を増加させて、エアロゾル生成空間９に、目標とする濃度よりもエアロゾル濃度が高くなるように制御しているが、材料粒子がエアロゾルとして消費されてエアロゾル生成器１０１内には粉体８が減少していること等から、エアロゾル生成空間９に生成されるエアロゾルは、時間が経過するにつれて減少する。このため、時刻ｔ２及びｔ３においては、制御装置３００は、キャリアガス及び解砕ガスの流速を増加させて、エアロゾル生成空間に生成されるエアロゾルの濃度を高く保つことで、キャリアガス、解砕ガス、濃度調整用ガス、及び旋回流ガスの流速をそのまま維持しても、エアロゾル濃度が一定になるように調整している。

このように、本実施の形態３に係る成膜装置４００では、旋回流ガスによって分級してエアロゾルを構成する材料粒子の粒子径を均一にすることができ、また、噴射ノズル１９に供給されるガスの総流量が同じであるため、噴射ノズル１９の開口から噴出されるエアロゾル流の噴出速度も一定にすることができる。さらに、キャリアガス、解砕ガス、濃度調整用ガス、及び旋回流ガスの流速を維持しても、エアロゾル生成器１０１内で生成されるエアロゾルの濃度の急激な減少を充分に抑制して噴射ノズル１９に供給されるエアロゾルの濃度を一定にすることができる。このため、本実施の形態３にかかる成膜装置４００では、基板２０に形成される膜を均一に形成することができる。

なお、上記実施の形態では、第２、第３、又は第４流量調整器１３、４３、４６は、それぞれ、１のガス供給手段１１から供給される構成としたが、これに限定されず、複数のガス供給手段から別々に供給される構成としてもよい。

本発明のエアロゾル生成器及びそれを備える成膜装置では、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調整することができ、均一な膜厚を形成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。

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。 図１に示すエアロゾル生成機構の概略構成を示す模式図である。 本実施の形態１に係る成膜装置のエアロゾル濃度の調整方法の概要を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る成膜装置におけるエアロゾル生成機構の概略構成を示す模式図である。 本実施の形態２に係る成膜装置のエアロゾル濃度の調整方法の概要を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る成膜装置におけるエアロゾル生成機構の概略構成を示す模式図である。 本実施の形態３に係る成膜装置のエアロゾル濃度の調整方法の概要を示す模式図である。

符号の説明

１ 生成容器
２ 第１蓋部材
３ 第２蓋部材
４ 透孔部材
５ キャリアガス導入配管
６ 解砕ガス配管
７ エアロゾル導出配管
８ 粉体
９ エアロゾル生成空間
１０ キャリアガス緩衝空間
１１ ガス供給手段
１２ 第１流量調整器
１３ 第２流量調整器
１５ キャリアガス導入路
１６ 解砕ガス流路
１７ エアロゾル導出路
１９ 噴射ノズル
２０ 基板
２１ 基板ホルダ
２１ａ ホルダ部
２１ｂ 支持部
２２ 基板ホルダ駆動機構
３０ 成膜チャンバ
３１ 第１真空ポンプ
３２ 第２真空ポンプ
４１ 濃度調整ガス配管
４２ 濃度調整ガス流路
４３ 第３流量調整器
４４ 旋回ガス配管
４５ 旋回ガス流路
４６ 第４流量調整器
１００ エアロゾル生成機構
１０１ エアロゾル生成器
２００ 成膜機構
３００ 制御装置
４００ 成膜装置

Claims (6)

1. その中でエアロゾルを生成するための生成容器と、
   前記生成容器の内部空間を仕切るように配設され、その上に材料粒子の粉体が載置される多数の透孔が形成された板状の透孔部材と、
   前記生成容器の内部空間の前記透孔部材より下側の部分に開口するように形成された、前記粉体を流動化するキャリアガスを前記生成容器の外部から導入するためのキャリアガス導入路と、
   前記生成容器の内部空間の前記透孔部材より上側の部分に開口するように形成された、前記粉体が前記キャリアガスに分散されることにより形成されたエアロゾルを前記生成容器の外部に導出するためのエアロゾル導出路と、
   前記生成容器の壁を貫通し、その開口が前記生成容器の高さ方向において前記粉体の粉面と前記透孔部材との間に位置し、かつ、前記開口から前記粉体の粒子の凝集物を解砕する解砕ガスを噴出するように形成された解砕ガス流路と、を備える、エアロゾル生成器。
2. 前記解砕ガス流路内の圧力が、前記キャリアガス導入路内の圧力よりも高い、請求項１に記載のエアロゾル生成器。
3. 前記解砕ガス流路内の圧力が、５〜１００ｋｐａである、請求項１又は２記載のエアロゾル生成器。
4. 前記エアロゾル導出路の前記生成容器の外部に位置する部分に接続された、前記エアロゾルの濃度調整用のキャリアガスを前記エアロゾル導出路に供給するための濃度調整ガス流路を備える、請求項１記載のエアロゾル生成器。
5. 前記生成容器の内部空間の前記粉面より上側の部分に開口し、該開口から流出するキャリアガスにより前記生成容器の内部空間に略鉛直な軸の周りに旋回するガス流を形成するように構成された旋回ガス流路を備える、請求項４記載のエアロゾル生成器。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のエアロゾル生成器と、成膜チャンバと、前記成膜チャンバ内に配置された噴射ノズルとを備え、
   前記エアロゾル生成器で生成されたエアロゾルを前記エアロゾル導出路によって導出し、導出されたエアロゾルをエアロゾル流として前記噴射ノズルから前記成膜チャンバ内に配置された被処理物に吹き付けることにより、前記材料粒子の膜を前記被処理物上に形成する、成膜装置。

Images