JP2012062527A - Method for producing metal oxide thin film, and metal oxide thin film formation device using the method - Google Patents

Method for producing metal oxide thin film, and metal oxide thin film formation device using the method Download PDF

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直樹 武田
Kazuhiro Nishikawa
和宏 西川
Yuji Imada
裕士 今田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a metal oxide thin film, which can stably form a metal oxide thin film having a uniform thickness even when high density mist is carried.SOLUTION: The method for producing the metal oxide thin film includes: a step of generating the mist for atomizing a material solution; a first heating step of heating a carrier gas for carrying the mist; a second heating step of heating the mist to a temperature higher than in the first heating step; a step of forming a filmy object on a substrate by supplying the mist heated by the second heating step on the substrate; and a third heating step of heating the filmy object formed to a temperature higher than in the second heating step.

Description

本発明は、金属酸化物薄膜の製造方法およびその方法を用いる金属酸化物薄膜形成装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide thin film and a metal oxide thin film forming apparatus using the method.

透明導電膜は、半導体、ディスプレイ、太陽電池等の分野で広く利用されている。このような透明導電膜は、STO(チタン酸ストロンチウム)、ITO(Snドープ酸化インジウム)等の金属酸化物からなるのが主流である。かかる透明導電膜は、一般的にはスパッタリング法、蒸着法、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法等で成膜される。   Transparent conductive films are widely used in the fields of semiconductors, displays, solar cells and the like. Such a transparent conductive film is mainly made of a metal oxide such as STO (strontium titanate) or ITO (Sn-doped indium oxide). Such a transparent conductive film is generally formed by sputtering, vapor deposition, metal organic chemical vapor deposition using an organic metal compound, or the like.

しかし、スパッタリング法や蒸着法は、真空プロセスで成膜する必要がある。このため、真空容器などの真空雰囲気を形成および維持する設備を必要とする。また、有機金属化学気相成長法は、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有するため、取り扱いが難しく、排ガス処理装置など付随する設備を設ける必要がある。このため、成膜システム全体に高度な安全設計を備える必要がある。   However, the sputtering method or the vapor deposition method needs to form a film by a vacuum process. For this reason, equipment for forming and maintaining a vacuum atmosphere such as a vacuum vessel is required. In addition, the organometallic chemical vapor deposition method is difficult to handle because the organometallic compound used as a raw material has explosive properties and toxicity, and it is necessary to provide accompanying equipment such as an exhaust gas treatment apparatus. For this reason, it is necessary to provide an advanced safety design for the entire film forming system.

以上のような理由で、スパッタリング法、蒸着法、および有機金属化学気相成長法のいずれも、低コスト化することが難しい。そこで、従来とは異なる成膜方法として、ミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化し、これを基板上に噴霧することによって成膜する。   For the above reasons, it is difficult to reduce the cost of any of the sputtering method, vapor deposition method, and metal organic chemical vapor deposition method. Therefore, a mist method has been proposed as a film forming method different from the conventional one. The mist method forms a film by atomizing a solvent containing a raw metal as a solute and spraying it on a substrate.

ミスト法は、大気圧で成膜することができるため、真空容器やポンプ類などの製造設備が不要である。しかも、有機金属化合物のような危険物質を用いないため、成膜装置自体の構成が簡便で、かつ低コストで成膜することができる。したがって、ミスト法は、従来の金属酸化物薄膜の成膜方法に代わる方法として期待されている。   Since the mist method can form a film at atmospheric pressure, a manufacturing facility such as a vacuum vessel or pumps is unnecessary. In addition, since no dangerous substance such as an organometallic compound is used, the film forming apparatus itself has a simple configuration and can be formed at low cost. Therefore, the mist method is expected as an alternative to the conventional method for forming a metal oxide thin film.

たとえば特許文献1には、ミスト法による金属酸化物薄膜の成膜技術が開示されている。具体的には、まず、金属酸化物を含む原料溶液を超音波振動によって霧化してミストを発生させる。このミストを加熱した上で、基板上に噴射することにより、緻密で均質な金属酸化物薄膜を成膜する。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for forming a metal oxide thin film by a mist method. Specifically, first, a raw material solution containing a metal oxide is atomized by ultrasonic vibration to generate mist. The mist is heated and then sprayed onto the substrate to form a dense and homogeneous metal oxide thin film.

特開2007−046155号公報JP 2007-046155 A

上述のミスト法を工業的に実用化するためには、大量生産に見合う処理能力を実現する必要がある。このためには、高密度のミストを搬送ガスによって高速で基板上に搬送し、基板上でミスト同士を反応させなければならない。   In order to put the above-described mist method into practical use, it is necessary to realize a processing capacity suitable for mass production. For this purpose, high-density mist must be transported on a substrate at a high speed by a transport gas, and the mists must react on the substrate.

しかしながら、ミストを高密度化すると、搬送流路中で結露が生じて、搬送ロスが生じたり、ミスト同士が互いに吸着して粒径が増加し、反応が阻害されたり、金属酸化物薄膜の均一性が悪化したりする。   However, when the mist is densified, dew condensation occurs in the transport flow path, transport loss occurs, the mists adsorb to each other, the particle size increases, the reaction is inhibited, and the metal oxide thin film is uniform. Sexuality may deteriorate.

また、高密度のミストを基板上で反応させると、気化熱によって基板の表面の温度が低下し、金属酸化物薄膜が形成されにくくなるという課題がある。また、高速でミストを基板に衝突させると、ミストの反応性が低下したり、基板の表面の温度が低下したりするという課題がある。   In addition, when a high-density mist is reacted on the substrate, there is a problem that the temperature of the surface of the substrate is lowered by the heat of vaporization and it is difficult to form a metal oxide thin film. Further, when the mist collides with the substrate at a high speed, there is a problem that the reactivity of the mist is lowered or the temperature of the surface of the substrate is lowered.

特許文献1に示されるように、ミストを加熱しても搬送部において結露が生じやすく、特に、搬送ガスの流速が上がった場合には、ミストを十分に加熱することもできなくなるため、上述の課題を解決することができない。   As shown in Patent Document 1, even if the mist is heated, dew condensation is likely to occur in the transport unit. In particular, when the flow rate of the transport gas is increased, the mist cannot be sufficiently heated. The problem cannot be solved.

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高密度のミストを搬送した場合にも、安定して均一な膜厚の金属酸化物薄膜を成膜することができる金属酸化物薄膜の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to form a metal oxide thin film having a stable and uniform thickness even when a high-density mist is conveyed. An object of the present invention is to provide a method for producing a metal oxide thin film that can be formed into a film.

本発明の金属酸化物薄膜の製造方法は、原料溶液を噴霧させることにより、ミストを発生させるステップと、該ミストを搬送する搬送ガスを加熱する第1加熱ステップと、該第1加熱ステップよりも高い温度にミストを加熱する第2加熱ステップと、該第2加熱ステップで加熱されたミストを基板上に供給することにより、該基板上に被成膜物を形成するステップと、該被成膜物を第2加熱ステップよりも高い温度に加熱する第3加熱ステップとを含むことを特徴とする。   The method for producing a metal oxide thin film of the present invention includes a step of generating a mist by spraying a raw material solution, a first heating step of heating a carrier gas carrying the mist, and the first heating step. A second heating step for heating the mist to a high temperature; a step of forming a film-forming material on the substrate by supplying the mist heated in the second heating step onto the substrate; And a third heating step for heating the object to a temperature higher than that of the second heating step.

上記の第1加熱ステップは、原料溶液に含まれる溶媒の沸点よりも低い温度に加熱することが好ましい。第1加熱ステップによって加熱した搬送ガスをミストに供給する事が好ましい。   The first heating step is preferably heated to a temperature lower than the boiling point of the solvent contained in the raw material solution. It is preferable to supply the carrier gas heated by the first heating step to the mist.

第2加熱ステップは、原料溶液の沸点よりも高い温度に加熱することが好ましい。ミストを含む搬送ガスを、整流機構によって均一に流動させるステップをさらに含むことが好ましい。第3加熱ステップは、原料溶液に含まれる溶質の分解温度よりも高い温度に加熱することが好ましい。ミストを発生させるステップは、超音波振動子によって行なうことが好ましい。   The second heating step is preferably heated to a temperature higher than the boiling point of the raw material solution. It is preferable to further include a step of causing the carrier gas containing mist to flow uniformly by a rectifying mechanism. The third heating step is preferably heated to a temperature higher than the decomposition temperature of the solute contained in the raw material solution. The step of generating mist is preferably performed by an ultrasonic transducer.

本発明の金属酸化物薄膜形成装置は、原料溶液を噴霧させることにより、ミストを発生させる噴霧ユニットと、搬送ガスを加熱する第1加熱ユニットと、該搬送ガスによってミストを基板上に供給する搬送ユニットと、ミストを第1加熱ユニットよりも高い温度に加熱する第2加熱ユニットと、該第2加熱ユニットよりも高い温度に基板を加熱する第3加熱ユニットとを含むことを特徴とする。   The metal oxide thin film forming apparatus of the present invention includes a spray unit that generates mist by spraying a raw material solution, a first heating unit that heats a carrier gas, and a carrier that supplies the mist onto the substrate by the carrier gas. It includes a unit, a second heating unit that heats the mist to a temperature higher than that of the first heating unit, and a third heating unit that heats the substrate to a temperature higher than that of the second heating unit.

上記の第1加熱ユニットは、搬送ユニットに配置されることが好ましい。第2加熱ユニットは、第1加熱ユニットと、基板との間に位置することが好ましい。搬送ガスの流れを均一にするための整流機構をさらに含むことが好ましい。第3加熱ユニットは、基板の底面に接して配置されることが好ましい。   It is preferable that said 1st heating unit is arrange | positioned at a conveyance unit. The second heating unit is preferably located between the first heating unit and the substrate. It is preferable to further include a rectifying mechanism for making the flow of the carrier gas uniform. The third heating unit is preferably arranged in contact with the bottom surface of the substrate.

本発明は、上記の構成を有することにより、高密度のミストを搬送しても、安定して均一な膜厚の金属酸化物薄膜を成膜することができる。   According to the present invention, a metal oxide thin film having a uniform thickness can be stably formed even when a high-density mist is conveyed by having the above-described configuration.

本発明の金属酸化物薄膜形成装置の模式的な断面図の一例である。It is an example of typical sectional drawing of the metal oxide thin film forming apparatus of this invention. 本発明の金属酸化物薄膜形成装置の模式的な断面図の一例である。It is an example of typical sectional drawing of the metal oxide thin film forming apparatus of this invention. 従来の金属酸化物薄膜形成装置の模式的な断面図の一例である。It is an example of typical sectional drawing of the conventional metal oxide thin film forming apparatus.

以下、本発明の金属酸化物薄膜の製造方法および該製造方法を用いた金属酸化物薄膜形成装置について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。   Hereinafter, a metal oxide thin film manufacturing method and a metal oxide thin film forming apparatus using the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

<金属酸化物薄膜の成膜方法>
図1は、金属酸化物薄膜を成膜するための成膜装置である。本発明の金属酸化物薄膜の成膜方法は、典型的には図1に示される成膜装置を用いて成膜する。よって、以下においては、図1の成膜装置を参照しつつ、本発明の金属酸化物薄膜の成膜方法を説明する。
<Method for forming metal oxide thin film>
FIG. 1 shows a film forming apparatus for forming a metal oxide thin film. The metal oxide thin film forming method of the present invention is typically formed using the film forming apparatus shown in FIG. Therefore, in the following, the metal oxide thin film deposition method of the present invention will be described with reference to the film deposition apparatus of FIG.

本発明の金属酸化物薄膜の成膜方法は、図1に示されるように、原料溶液1を噴霧させることにより、ミスト10を発生させるステップと、該ミスト10を搬送する搬送ガスを加熱する第1加熱ステップと、該第1加熱ステップよりも高い温度にミスト10を加熱する第2加熱ステップと、該第2加熱ステップで加熱されたミスト10を基板6上に供給することにより、基板6上に被成膜物(図示せず)を形成するステップと、該被成膜物を第2加熱ステップよりも高い温度に加熱する第3加熱ステップとを含むことを特徴とする。   As shown in FIG. 1, the metal oxide thin film deposition method of the present invention includes a step of generating a mist 10 by spraying a raw material solution 1, and a step of heating a carrier gas carrying the mist 10. A first heating step, a second heating step for heating the mist 10 to a temperature higher than the first heating step, and supplying the mist 10 heated in the second heating step onto the substrate 6. Forming a film-forming object (not shown) on the substrate, and a third heating step for heating the film-forming object to a temperature higher than that of the second heating step.

本発明は、このように第1〜第3加熱ステップの三段階でミスト10を加熱することにより、ミストが凝集して結露することを抑制するとともに、高温のミストを基板上に供給することができる。これにより高密度のミストを高速で基板の表面側に供給しても、基板の温度が低くなりにくく、高品質な金属酸化物薄膜を成膜することができる。以下においては、本発明の成膜方法を構成する各ステップを説明する。   In the present invention, by heating the mist 10 in three stages of the first to third heating steps as described above, the mist is prevented from aggregating and condensing, and a high temperature mist can be supplied onto the substrate. it can. As a result, even when high-density mist is supplied to the surface side of the substrate at high speed, the temperature of the substrate is hardly lowered and a high-quality metal oxide thin film can be formed. Below, each step which comprises the film-forming method of this invention is demonstrated.

(ミストを発生させるステップ)
本発明においては、まず、原料溶液1を噴霧ユニット2を用いて噴霧させることにより、ミストを発生させるステップを行なう。ここで、「ミスト」とは、平均粒子径が0.1μm以上100μm以下の液滴が気体に分散された状態のものをいう。なお、ミストの平均粒子径は、液浸法によって算出された値を採用するものとする。
(Step to generate mist)
In the present invention, first, a step of generating mist by spraying the raw material solution 1 using the spray unit 2 is performed. Here, “mist” refers to a liquid in which droplets having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 100 μm or less are dispersed in a gas. In addition, the value calculated by the immersion method shall be employ | adopted for the average particle diameter of mist.

また、噴霧ユニット2としては、超音波霧化またはスプレー噴霧を用いることができる。ここで、超音波霧化を用いてミストを発生させる場合、超音波振動子によってミストを発生させることが好ましい。超音波振動子は、比較的均一な平均粒子径のミストを噴霧することができるため、ミスト同士がより凝集しにくくなるという利点がある。超音波振動子は、1kHz以上3kHz以下の振動数の超音波によって原料溶液1を噴霧することが好ましい。これにより平均粒子径が1μm以上10μm以下の微細なミストを得ることができる。   As the spray unit 2, ultrasonic atomization or spray spraying can be used. Here, when generating mist using ultrasonic atomization, it is preferable to generate mist by an ultrasonic transducer. Since the ultrasonic vibrator can spray mist having a relatively uniform average particle diameter, there is an advantage that the mists are less likely to aggregate. The ultrasonic vibrator is preferably sprayed with the raw material solution 1 by ultrasonic waves having a frequency of 1 kHz or more and 3 kHz or less. Thereby, a fine mist having an average particle diameter of 1 μm or more and 10 μm or less can be obtained.

ここで、原料溶液1としては、金属酸化物薄膜を構成する原料を溶質として、これを溶媒に溶解させたものを用いることが好ましい。このような原料溶液1としては、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液、酸化錫等を用いることができる。原料溶液1に用いる溶媒としては、水、メタノール、エタノール、ブタノール等が挙げられる。   Here, as the raw material solution 1, it is preferable to use a raw material constituting the metal oxide thin film as a solute and a material dissolved in a solvent. As such a raw material solution 1, an aqueous solution containing zinc acetate, an aqueous solution containing indium tin oxide, tin oxide or the like can be used. Examples of the solvent used for the raw material solution 1 include water, methanol, ethanol, and butanol.

(第1加熱ステップ)
本発明において、第1加熱ステップは、第1加熱ユニット4aによって搬送ガスを加熱する工程である。かかる第1加熱ステップは、搬送ガスを原料溶液に含まれる溶媒の沸点よりも低い温度に加熱することが好ましい。このような温度に搬送ガスを加熱することにより、ミスト10を搬送する時にミストの凝集を抑制することができる。一方、搬送ガスを原料溶液に含まれる溶媒の沸点以上に加熱すると、その溶媒が気化して溶質が析出するため好ましくない。
(First heating step)
In the present invention, the first heating step is a step of heating the carrier gas by the first heating unit 4a. In the first heating step, the carrier gas is preferably heated to a temperature lower than the boiling point of the solvent contained in the raw material solution. By heating the carrier gas to such a temperature, mist aggregation can be suppressed when the mist 10 is carried. On the other hand, heating the carrier gas to a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent contained in the raw material solution is not preferable because the solvent is evaporated and a solute is precipitated.

かかる搬送ガスは、上記で噴霧されたミスト10を基板6の表面に搬送するために導入されるものである。このような搬送ガスとしては、たとえば窒素、酸素、水素、およびこれらの混合ガスを用いることができる。   The carrier gas is introduced to convey the mist 10 sprayed as described above to the surface of the substrate 6. As such a carrier gas, for example, nitrogen, oxygen, hydrogen, and a mixed gas thereof can be used.

図1に示されるように、上記の第1加熱ステップによって加熱した搬送ガスをミスト10に供給することが好ましい。加熱された搬送ガスが供給されることにより、ミスト10を搬送するときのミストの凝集を抑制することができる。このような第1加熱ステップの加熱温度は、原料溶液に用いられる溶媒によって、その最適な温度が異なるため一律に規定することは困難であるが、強いて規定するのであれば、40℃以上70℃以下であることが好ましい。   As shown in FIG. 1, the carrier gas heated in the first heating step is preferably supplied to the mist 10. By supplying the heated carrier gas, mist aggregation when the mist 10 is conveyed can be suppressed. The heating temperature of the first heating step is difficult to define uniformly because the optimum temperature differs depending on the solvent used in the raw material solution. The following is preferable.

(第2加熱ステップ)
本発明において、第2加熱ステップは、第1加熱ステップよりも高い温度にミストを加熱する工程である。このようにミストを加熱することにより、ミストに含まれる溶媒の気化が促進され、ミストのサイズが小さくなり、後のステップで被成膜物の形成を促進することができる。
(Second heating step)
In the present invention, the second heating step is a step of heating the mist to a temperature higher than that of the first heating step. By heating the mist in this way, vaporization of the solvent contained in the mist is promoted, the size of the mist is reduced, and formation of the film-forming object can be promoted in a later step.

本発明において、第2加熱ステップでは、原料溶液に含まれる溶媒の沸点よりも高い温度に加熱することが好ましい。このような温度に加熱することにより、ミストに含まれる溶媒を気化し、ミストのサイズを小さくすることができる。このため、ミストが凝集しにくくなり、大量生産に適したものとなる。第2加熱ステップでの加熱温度は、原料溶液に用いられる溶媒によって、その最適な温度が異なるため一律に規定することは困難であるが、強いて規定するのであれば、80℃以上150℃以下であることが好ましい。   In the present invention, in the second heating step, it is preferable to heat to a temperature higher than the boiling point of the solvent contained in the raw material solution. By heating to such a temperature, the solvent contained in the mist can be vaporized and the size of the mist can be reduced. For this reason, it becomes difficult for mist to aggregate and it becomes suitable for mass production. The heating temperature in the second heating step is difficult to define uniformly because the optimum temperature differs depending on the solvent used in the raw material solution. Preferably there is.

上記の第2加熱ステップと同時、または第2加熱ステップの後に、ミストを含む搬送ガスを整流機構によって均一に流動させるステップを含むことが好ましい。これによりミスト10を安定して基板6の表面に供給することができるため、被成膜物の表面平滑性を高めることができる。   It is preferable to include a step of causing the carrier gas containing mist to flow uniformly by the rectifying mechanism simultaneously with the second heating step or after the second heating step. Thereby, since the mist 10 can be stably supplied to the surface of the substrate 6, the surface smoothness of the film-formed object can be improved.

(被成膜物を形成するステップ)
本発明において、第2加熱ステップで加熱されたミスト10を基板6上に供給することにより、基板6上に被成膜物を形成する。このようにして形成される被成膜物は、0.01μm以上10μm以下の厚みであることが好ましい。0.01μm未満であると、均一な金属酸化物薄膜を形成しにくくなり、10μmを超えると、膜厚が過剰になり、コストが増加したり、膜剥がれが生じたりするため好ましくない。
(Step of forming an object to be deposited)
In the present invention, a film formation object is formed on the substrate 6 by supplying the mist 10 heated in the second heating step onto the substrate 6. The deposition target formed in this manner preferably has a thickness of 0.01 μm or more and 10 μm or less. If it is less than 0.01 μm, it is difficult to form a uniform metal oxide thin film, and if it exceeds 10 μm, the film thickness becomes excessive, which increases the cost and causes film peeling.

(第3加熱ステップ)
本発明において、第3加熱ステップは、上記で基板6上に形成した被成膜物を第2加熱ステップよりも高い温度に加熱する工程である。このような温度で被成膜物を加熱することにより、原料溶液に含まれる溶質の分解反応が起こるとともに、該溶質が大気中または溶媒中の酸素と結びついて金属酸化物となる。このようにして被成膜物から金属酸化物薄膜が形成される。
(Third heating step)
In the present invention, the third heating step is a step of heating the film formation object formed on the substrate 6 to a temperature higher than that of the second heating step. By heating the film formation at such a temperature, a decomposition reaction of the solute contained in the raw material solution occurs, and the solute is combined with oxygen in the air or the solvent to become a metal oxide. In this manner, a metal oxide thin film is formed from the deposition target.

上記の第3加熱ステップにおける加熱温度は、原料溶液に含まれる溶質の分解温度よりも高い温度に加熱することが好ましい。このような高温に加熱することにより、溶質の分解反応が促進され、より短時間で金属酸化物薄膜を成膜することができる。なお、第3加熱ステップにおける加熱温度は、原料溶液に含まれる溶質の反応温度によって、その最適温度が異なるため一律に規定することは困難であるが、強いて規定するのであれば、200℃以上600℃以下であることが好ましい。   The heating temperature in the third heating step is preferably higher than the decomposition temperature of the solute contained in the raw material solution. By heating to such a high temperature, the decomposition reaction of the solute is promoted, and the metal oxide thin film can be formed in a shorter time. The heating temperature in the third heating step is difficult to define uniformly because the optimum temperature differs depending on the reaction temperature of the solute contained in the raw material solution. It is preferable that it is below ℃.

<金属酸化物薄膜形成装置>
本発明の金属酸化物薄膜形成装置は、原料溶液1を噴霧させることにより、ミスト10を発生させる噴霧ユニット2と、搬送ガスを加熱する第1加熱ユニット4aと、該搬送ガスによってミスト10を基板6上に供給する搬送ユニット3と、該ミスト10を第1加熱ユニットよりも高い温度に加熱する第2加熱ユニット5と、第2加熱ユニット5よりも高い温度に基板6を加熱する第3加熱ユニット7とを含むことを特徴とする。
<Metal oxide thin film forming apparatus>
The metal oxide thin film forming apparatus according to the present invention includes a spray unit 2 that generates a mist 10 by spraying a raw material solution 1, a first heating unit 4a that heats a carrier gas, and the mist 10 as a substrate by the carrier gas. A second heating unit 5 for heating the mist 10 to a temperature higher than that of the first heating unit, and a third heating for heating the substrate 6 to a temperature higher than that of the second heating unit 5. The unit 7 is included.

(第1加熱ユニット)
本発明において、第1加熱ユニット4aは、搬送ガスを加熱するために設けられるものである。このような第1加熱ユニット4aは、図1に示されるように、噴霧ユニットの後に配置してもよいし、図2に示されるように噴霧ユニットの前に配置してもよい。ここで、第1加熱ユニット4aとしては、たとえばセラミックヒータ、ラバーヒータ等を用いることができる。
(First heating unit)
In the present invention, the first heating unit 4a is provided for heating the carrier gas. Such a 1st heating unit 4a may be arrange | positioned after a spray unit, as FIG. 1 shows, and may be arrange | positioned before a spray unit, as FIG. 2 shows. Here, as the first heating unit 4a, for example, a ceramic heater, a rubber heater, or the like can be used.

第1加熱ユニット4aは、図1および図2に示されるように、搬送ユニット3に配置されることが好ましい。搬送ユニット3に第1加熱ユニット4aを配置することにより、搬送ガスをより効率的に昇温させることができる。   The first heating unit 4a is preferably arranged in the transport unit 3 as shown in FIGS. By arrange | positioning the 1st heating unit 4a in the conveyance unit 3, carrier gas can be heated up more efficiently.

(搬送ユニット)
本発明において、搬送ユニット3とは、搬送ガスまたはミストを含む搬送ガスを基板6上に供給するために設けられるものである。このような搬送ユニット3は、中空の配管を用いることが好ましく、かかる配管はその直径が大きいほど高密度に供給することができるため好ましい。また、ミスト10の結露を防止するという観点から、搬送ユニット3の外周に断熱材を配することがより好ましい。
(Transport unit)
In the present invention, the transport unit 3 is provided to supply a transport gas containing a transport gas or mist onto the substrate 6. Such a conveyance unit 3 preferably uses a hollow pipe, and such a pipe is more preferable because its diameter can be supplied with higher density. Moreover, it is more preferable to arrange a heat insulating material on the outer periphery of the transport unit 3 from the viewpoint of preventing condensation of the mist 10.

(第2加熱ユニット)
本発明において、第2加熱ユニット5は、ミスト10を加熱するために設けられるものである。これによりミストに含まれる溶媒の気化が促進され、ミストのサイズが小さくなり、被成膜物の形成を促進することができる。このような第2加熱ユニット5は、第1加熱ユニット4aと、基板6との間に位置することが好ましい。このような位置に第2加熱ユニット5を備えることにより、ミストとともに搬送ガスを加熱することができる。
(Second heating unit)
In the present invention, the second heating unit 5 is provided for heating the mist 10. Thereby, the vaporization of the solvent contained in the mist is promoted, the size of the mist is reduced, and the formation of the film formation object can be promoted. Such a second heating unit 5 is preferably located between the first heating unit 4 a and the substrate 6. By providing the 2nd heating unit 5 in such a position, carrier gas can be heated with mist.

ここで、第2加熱ステップでは、第2加熱ユニット5によってミストを加熱する。かかる第2加熱ユニット5は、搬送ガスの流れを均一にするための整流機構を備えることが好ましい。第2加熱ユニット5は、ミストの気化によってその内圧が高められるため、整流機構を備えることにより、より効率的にミストを含む搬送ガスを流すことができる。   Here, in the second heating step, the mist is heated by the second heating unit 5. The second heating unit 5 preferably includes a rectifying mechanism for making the flow of the carrier gas uniform. Since the internal pressure of the second heating unit 5 is increased by vaporization of the mist, the carrier gas containing the mist can be flowed more efficiently by providing the rectifying mechanism.

(第3加熱ユニット)
本発明において、第3加熱ユニット7は、図1に示されるように、基板6の底面に接して配置されることが好ましい。このような位置に第3加熱ユニット7を配置することにより、基板6を効率よく加熱することができ、基板6上に形成される被成膜物を均一に加熱することができる。
(3rd heating unit)
In the present invention, the third heating unit 7 is preferably disposed in contact with the bottom surface of the substrate 6 as shown in FIG. By disposing the third heating unit 7 at such a position, the substrate 6 can be efficiently heated, and the film formation object formed on the substrate 6 can be uniformly heated.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
本実施例では、図1に示される金属酸化物薄膜形成装置を用いて、金属酸化物薄膜を成膜した。まず、0.1mol/Lの酢酸亜鉛を含む水溶液(原料溶液1)に対し、4個の超音波振動子(製品名:HM−2412(本多電子株式会社製))からなる噴霧ユニット2を用いて、2.4MHzの振動周波数をあてた。これにより原料溶液1から平均粒子径が3μmのミスト10が発生した。
Example 1
In this example, a metal oxide thin film was formed using the metal oxide thin film forming apparatus shown in FIG. First, a spray unit 2 comprising four ultrasonic vibrators (product name: HM-2412 (manufactured by Honda Electronics Co., Ltd.)) is applied to an aqueous solution (raw material solution 1) containing 0.1 mol / L of zinc acetate. Used to apply a vibration frequency of 2.4 MHz. As a result, a mist 10 having an average particle size of 3 μm was generated from the raw material solution 1.

次に、搬送ユニット3に10SLMの流量で窒素(搬送ガス)を導入した。この搬送ガスは、上記のミスト10を取り込んで、セラミックヒータ(第1加熱ユニット4a)を通過した。第1加熱ユニット4aにより、ミストを含む搬送ガスは50℃に加熱された。   Next, nitrogen (carrier gas) was introduced into the carrier unit 3 at a flow rate of 10 SLM. The carrier gas took in the mist 10 and passed through the ceramic heater (first heating unit 4a). The carrier gas containing mist was heated to 50 ° C. by the first heating unit 4a.

そして、ミストを含む搬送ガスは、整流ノズル(整流機構)と一体になったロッドヒータ(第2加熱ユニット5)を通過した。第2加熱ユニット5によりミストを含む搬送ガスを100℃に加熱した。かかるミストを含む搬送ガスを整流ノズルが線状流にして基板6に吹き付けた。このようにして基板6上に酢酸亜鉛からなる被成膜物を成膜した。   The carrier gas containing mist passed through a rod heater (second heating unit 5) integrated with a rectifying nozzle (rectifying mechanism). The carrier gas containing mist was heated to 100 ° C. by the second heating unit 5. The carrier gas containing the mist was sprayed onto the substrate 6 in a linear flow by the rectifying nozzle. In this way, a film-forming object made of zinc acetate was formed on the substrate 6.

その後、第3加熱ユニット7によって基板6を400℃に加熱した。かかる第3加熱ユニット7を移動させることにより、上記の被成膜物の酢酸亜鉛を酸化して、酸化亜鉛からなる金属酸化物薄膜を成膜した。   Thereafter, the substrate 6 was heated to 400 ° C. by the third heating unit 7. The third heating unit 7 was moved to oxidize the zinc acetate of the above-described film-forming object, thereby forming a metal oxide thin film made of zinc oxide.

(実施例2)
本実施例では、図2に示される金属酸化物薄膜形成装置を用いたことが異なる他は、実施例1と同様の方法により金属酸化物薄膜を成膜した。本実施例の金属酸化物薄膜形成装置は、実施例1のそれに比して、第1加熱ユニット4bが噴霧ユニット2の前にあることが異なる他は、図1の金属酸化物薄膜形成装置と同様のものである。
(Example 2)
In this example, a metal oxide thin film was formed by the same method as in Example 1 except that the metal oxide thin film forming apparatus shown in FIG. 2 was used. The metal oxide thin film forming apparatus of the present embodiment is different from that of the first embodiment except that the first heating unit 4b is in front of the spray unit 2, and the metal oxide thin film forming apparatus of FIG. It is the same thing.

(実施例3)
本実施例では、第1加熱ステップの温度を80℃に代えたことを除いては実施例1と同様の方法により金属酸化物薄膜を成膜した。
Example 3
In this example, a metal oxide thin film was formed by the same method as in Example 1 except that the temperature of the first heating step was changed to 80 ° C.

(比較例1)
比較例1では、図3に示される金属酸化物薄膜形成装置を用いて、第1加熱ステップによる加熱を行なわなかったことが異なる他は、実施例1と同様の方法によって金属酸化物薄膜を成膜した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a metal oxide thin film was formed by the same method as in Example 1 except that the metal oxide thin film forming apparatus shown in FIG. Filmed.

(比較例2)
比較例2では、図3に示される金属酸化物薄膜形成装置を用いて、第2加熱ステップによる加熱を行なわなかったことが異なる他は、実施例3と同様の方法によって金属酸化物薄膜を成膜した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a metal oxide thin film was formed by the same method as in Example 3, except that the metal oxide thin film forming apparatus shown in FIG. Filmed.

<評価結果>
実施例1〜3および比較例1で作製した金属酸化物薄膜を成膜するときの基板の表面温度を熱電対(製品名:K熱電対(アズワン株式会社製))によって測定したところ、下記の表1に示される結果となった。また、得られた金属酸化物薄膜の膜厚を触針式表面形状測定器(製品名:DEKTAK(株式会社アルバック製))によって測定したところ、下記の表1に示される結果となった。
<Evaluation results>
When the surface temperature of the board | substrate when forming the metal oxide thin film produced in Examples 1-3 and the comparative example 1 was measured with the thermocouple (product name: K thermocouple (made by ASONE Co., Ltd.)), it was as follows. The results shown in Table 1 were obtained. Moreover, when the film thickness of the obtained metal oxide thin film was measured with the stylus type surface shape measuring device (product name: DEKTAK (made by ULVAC, Inc.)), the results shown in Table 1 below were obtained.

Figure 2012062527
Figure 2012062527

表1に示す結果から、比較例に比して実施例のほうが基板を高温に保ったままで金属酸化物薄膜を成膜することができることから、実施例のほうが効率よく基板上に金属酸化物薄膜を形成することができることが明らかとなった。   From the results shown in Table 1, the metal oxide thin film can be formed on the substrate more efficiently than the comparative example because the metal oxide thin film can be formed while the substrate is kept at a high temperature. It became clear that can be formed.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 原料溶液、2 噴霧ユニット、3 搬送ユニット、4a,4b 第1加熱ユニット、5 第2加熱ユニット、6 基板、7 第3加熱ユニット、10 ミスト。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material solution, 2 spraying unit, 3 conveyance unit, 4a, 4b 1st heating unit, 5 2nd heating unit, 6 board | substrate, 7 3rd heating unit, 10 mist.

Claims (12)

原料溶液を噴霧させることにより、ミストを発生させるステップと、
前記ミストを搬送する搬送ガスを加熱する第1加熱ステップと、
前記第1加熱ステップよりも高い温度に前記ミストを加熱する第2加熱ステップと、
前記第2加熱ステップで加熱されたミストを基板上に供給することにより、前記基板上に被成膜物を形成するステップと、
前記被成膜物を前記第2加熱ステップよりも高い温度に加熱する第3加熱ステップとを含む、金属酸化物薄膜の製造方法。
Generating a mist by spraying the raw material solution; and
A first heating step for heating a carrier gas carrying the mist;
A second heating step for heating the mist to a temperature higher than the first heating step;
Supplying a mist heated in the second heating step onto the substrate to form an object to be deposited on the substrate;
And a third heating step of heating the film-forming object to a temperature higher than that of the second heating step.
前記第1加熱ステップは、前記原料溶液に含まれる溶媒の沸点よりも低い温度に加熱する、請求項1に記載の金属酸化物薄膜の製造方法。   2. The method for producing a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the first heating step heats to a temperature lower than a boiling point of a solvent contained in the raw material solution. 前記第1加熱ステップによって加熱した搬送ガスを前記ミストに供給する、請求項1または2に記載の金属酸化物薄膜の製造方法。   The manufacturing method of the metal oxide thin film of Claim 1 or 2 which supplies the carrier gas heated by the said 1st heating step to the said mist. 前記第2加熱ステップは、前記原料溶液の沸点よりも高い温度に加熱する、請求項1〜3のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the second heating step heats to a temperature higher than a boiling point of the raw material solution. 前記ミストを含む搬送ガスを、整流機構によって均一に流動させるステップをさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法。   The manufacturing method of the metal oxide thin film in any one of Claims 1-4 which further includes the step which makes the carrier gas containing the said mist flow uniformly by a rectification | straightening mechanism. 前記第3加熱ステップは、前記原料溶液に含まれる溶質の分解温度よりも高い温度に加熱する、請求項1〜5のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide thin film according to any one of claims 1 to 5, wherein the third heating step heats to a temperature higher than a decomposition temperature of a solute contained in the raw material solution. 前記ミストを発生させるステップは、超音波振動子によって行なう、請求項1〜6のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the step of generating the mist is performed by an ultrasonic vibrator. 原料溶液を噴霧させることにより、ミストを発生させる噴霧ユニットと、
搬送ガスを加熱する第1加熱ユニットと、
前記搬送ガスによって前記ミストを基板上に供給する搬送ユニットと、
前記ミストを前記第1加熱ユニットよりも高い温度に加熱する第2加熱ユニットと、
前記第2加熱ユニットよりも高い温度に前記基板を加熱する第3加熱ユニットとを含む、金属酸化物薄膜形成装置。
A spray unit that generates mist by spraying the raw material solution;
A first heating unit for heating the carrier gas;
A transport unit for supplying the mist onto the substrate by the transport gas;
A second heating unit for heating the mist to a temperature higher than that of the first heating unit;
And a third heating unit for heating the substrate to a temperature higher than that of the second heating unit.
前記第1加熱ユニットは、前記搬送ユニットに配置される、請求項8に記載の金属酸化物薄膜形成装置。   The metal oxide thin film forming apparatus according to claim 8, wherein the first heating unit is disposed in the transport unit. 前記第2加熱ユニットは、前記第1加熱ユニットと、前記基板との間に位置する、請求項8または9に記載の金属酸化物薄膜形成装置。   The metal oxide thin film forming apparatus according to claim 8 or 9, wherein the second heating unit is located between the first heating unit and the substrate. 前記搬送ガスの流れを均一にするための整流機構をさらに含む、請求項8〜10のいずれかに記載の金属酸化物薄膜形成装置。   The metal oxide thin film forming apparatus according to claim 8, further comprising a rectifying mechanism for making the flow of the carrier gas uniform. 前記第3加熱ユニットは、前記基板の底面に接して配置される、請求項8〜11のいずれかに記載の金属酸化物薄膜形成装置。   The metal oxide thin film forming apparatus according to claim 8, wherein the third heating unit is disposed in contact with a bottom surface of the substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101632829B1 (en) * 2015-02-17 2016-06-22 동명대학교산학협력단 Nano particles lamination system using nano-micro mist
JP2018019051A (en) * 2016-07-30 2018-02-01 株式会社Flosfia Method of manufacturing capacitor

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