JP2020131163A - エアロゾル生成装置及びこれを備えた成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定濃度のエアロゾルを連続的かつ安定に生成することができるエアロゾル生成装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係るエアロゾル生成装置は、密閉容器と、トレイと、少なくとも１つのエアロゾル化機構と、移動機構と、揺動機構とを具備する。トレイは、密閉容器の内部に配置され、原料粒子を収容する収容部を有する。エアロゾル化機構は、原料粒子の巻き上げ用の第１のガスを噴出するガス噴出部材と、ガス噴出部材を収容する空間部と収容部内の原料粒子に当接する開口端部とを有するフード部材と、フード部材に設けられ空間部内で生成された原料粒子のエアロゾルをノズルに搬送する搬送管と、を有する。移動機構は、トレイ及びエアロゾル化機構を収容部内において相互に相対移動させる。揺動機構は、前記密閉容器内において前記トレイを揺動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、エアロゾル化ガスデポジション法に適用可能なエアロゾル生成装置及びこれを備えた成膜装置に関する。

セラミックスなどのサブミクロンサイズ程度の粒子を常温にてノズルから噴射させ、対向する基材へ堆積させるエアロゾル化ガスデポジション法が知られている。この成膜方法は、現在、薄膜あるいは厚膜作製の幅広い応用分野に利用されつつある。

例えば特許文献１には、エアロゾル化容器に収容された原料粒子をガスによって巻き上げてエアロゾル化し、エアロゾル化容器と成膜室との圧力差によるガス流によって搬送された原料粒子を成膜室に設置された基材に衝突させて堆積させる成膜方法が開示されている。

また、特許文献２には、電気絶縁性の原料粒子を収容した密閉容器にガスを導入して原料粒子のエアロゾルを生成し、密閉容器に接続された搬送管を介して密閉容器よりも低圧の成膜室にエアロゾルを搬送し、搬送管の先端に取り付けられたノズルから成膜室に設置されたターゲットに向けてエアロゾルを噴射し、原料粒子をターゲットに衝突させることで原料粒子をプラスに帯電させ、帯電した原料粒子の放電によって原料粒子の微細粒子を生成し、生成された微細粒子を成膜室に設置された基材上に堆積させる成膜方法が開示されている。

特開２０１４−９３６８号公報 特開２０１６−２７１８５号公報

近年、この種の成膜方法においては、所定濃度のエアロゾルを連続的かつ安定に生成することが求められている。従来、エアロゾル生成室内の原料粒子を一定以上消費すると、成膜を一度停止して原料粒子を補給する作業が必要となり、連続的な操業が困難であった。一方、エアロゾル生成室の容積を大きくし大量の原料粒子を貯留することで連続操業を図るようにすると、原料粒子の残量に応じてエアロゾルの濃度が低下し、所定濃度のエアロゾルを安定に生成することが困難となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所定濃度のエアロゾルを連続的かつ安定に生成することができるエアロゾル生成装置及びこれを備えた成膜装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るエアロゾル生成装置は、密閉容器と、トレイと、少なくとも１つのエアロゾル化機構と、移動機構と、揺動機構とを具備する。
前記トレイは、前記密閉容器の内部に配置され、原料粒子を収容する収容部を有する。
前記エアロゾル化機構は、前記原料粒子の巻き上げ用の第１のガスを噴出するガス噴出部材と、前記ガス噴出部材を収容する空間部と前記収容部内の原料粒子に当接する開口端部とを有するフード部材と、前記フード部材に設けられ前記空間部内で生成された前記原料粒子のエアロゾルをノズルに搬送する搬送管と、を有する。
前記移動機構は、前記トレイ及び前記エアロゾル化機構を前記収容部内において相互に相対移動させる。
前記揺動機構は、前記密閉容器内において前記トレイを揺動させる。

上記エアロゾル生成装置は、エアロゾル化機構をトレイに対して水平方向に相対移動させながらフード部材の空間部内に原料粒子のエアロゾルを生成する。トレイ内の原料粒子は、揺動機構による揺動操作とフード部材の開口端部による摺動作用とを受けて一定の厚みに均されるため、フード部材の空間部内での原料粒子の巻き上げ量の均一化が図られる。このように容積が制限された空間内で一定量の原料粒子のエアロゾルを生成することで、一定濃度のエアロゾルを連続的かつ安定に生成することができる。

前記ガス噴出部材は、前記収容部内の原料粒子の表層に対向して配置され前記第１のガスを噴出する複数の噴出孔を有する環状体であってもよい。これにより、フード部材に対向する原料粒子を均一に巻き上げることができる。

前記エアロゾル生成装置は、前記第１のガスと、前記密閉容器内の圧力調整用の第２のガスとを供給するガス供給部をさらに具備してもよい。

前記エアロゾル生成装置は、前記密閉容器に設置され前記トレイへ原料粒子を補給する補給機構をさらに具備してもよい。これにより、より長時間にわたりエアロゾルを生成することができる。

前記エアロゾル化機構は、前記空間部に生成されたエアロゾルの電位を検出する検出部をさらに有してもよい。これにより、原料粒子が絶縁性粒子の場合において、検出部の出力から原料粒子の帯電量やエアロゾルの原料粒子濃度などを取得することができる。

前記移動機構は、前記トレイに対する前記エアロゾル化機構の高さを調節可能に構成されてもよい。これにより、エアロゾルの原料粒子濃度を容易に調整することができる。

前記エアロゾル化機構は、前記トレイ上に複数配置されてもよい。この場合、前記移動機構は、複数の前記エアロゾル化機構を同期して移動させる。これにより、一台のエアロゾル生成装置で大量のエアロゾルを生成することができる。

前記複数のエアロゾル化機構各々の搬送管は、共通のノズルに接続されてもよいし、それぞれ異なる複数のノズルに接続されてもよい。

本発明の一形態に係る成膜装置は、生成室と、成膜室とを具備する。
前記生成室は、原料粒子のエアロゾルを生成する。
前記成膜室は、前記エアロゾルを噴射するノズルと、前記ノズルから噴射された前記エアロゾル中の原料粒子が堆積する基材を支持するステージとを有し、前記生成室よりも低圧に維持される。
前記生成室は、密閉容器と、トレイと、少なくとも１つのエアロゾル化機構と、移動機構とを有する。
前記トレイは、前記密閉容器の内部に配置され、原料粒子を収容する収容部を有する。
前記エアロゾル化機構は、前記原料粒子の巻き上げ用の第１のガスを噴出するガス噴出部材と、前記ガス噴出部材を収容する空間部と前記収容部内の原料粒子に当接する開口端部とを有するフード部材と、前記フード部材に設けられ前記空間部内で生成された前記原料粒子のエアロゾルを前記ノズルに搬送する搬送管と、を有する。
前記移動機構は、前記トレイ及び前記エアロゾル化機構を前記収容部内において相互に相対移動させる。

本発明によれば、所定濃度のエアロゾルを連続的かつ安定に生成することができる。

本発明の一実施形態に係るエアロゾル生成装置を備えた成膜装置の概略構成図である。 上記エアロゾル生成装置の構成を示す断面図である。 上記エアロゾル生成装置の内部構成を示す概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係るエアロゾル生成装置の内部構成を示す概略平面図である。 上記成膜装置による成膜方法の他の適用例を示す説明図である。 上記成膜方法のさらに他の適用例を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエアロゾル生成装置を備えた成膜装置の概略構成図である。本実施形態の成膜装置１００は、エアロゾル化ガスデポジション（ＡＧＤ）装置を構成する。

［成膜装置］
図１に示すように、成膜装置１００は、原料粒子のエアロゾルを生成する生成室２０と、成膜処理される基材Ｓを収容する成膜室５０とを備える。

生成室２０と成膜室５０はそれぞれ独立して形成されており、各室の内部空間は搬送管２３３の内部を介して相互に接続されている。生成室２０は、エアロゾル原料である原料粒子Ｐを収容し、その内部でエアロゾルが生成される。原料粒子Ｐは、生成室２０でエアロゾル化され、搬送管２３３を介して成膜室５０に搬送される。

成膜装置１００は、生成室２０及び成膜室５０にそれぞれ接続された排気系１１０と、生成室２０に接続されたキャリアガスを供給するガス供給系１２０とをさらに備える。

排気系１１０は、生成室２０及び成膜室５０を真空排気することが可能に構成される。排気系１１０は、真空配管１１１と、第１バルブ１１２と、第２バルブ１１３と、真空ポンプ１１４とを有する。真空配管１１１は、真空ポンプ１１４、生成室２０及び成膜室５０を相互に接続する分岐配管で構成される。第１バルブ１１２は、真空配管１１１の分岐点と生成室２０との間に配置され、第２バルブ１１３は、真空配管１１１の分岐点と成膜室５０との間に配置される。真空ポンプ１１４の構成は特に限定されず、例えば、メカニカルブースタポンプとロータリポンプとを含む多段ポンプユニットで構成される。

ガス供給系１２０は、生成室２０に、生成室２０の圧力を規定し、かつ、エアロゾルを形成するためのキャリアガスを供給する。キャリアガスには、例えば、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ_２、乾燥空気（エア）等が用いられ、原料粒子Ｐの種類や成膜すべき膜の種類などに応じて選択される。ガス供給系１２０は、第１ガス配管１２１ａと、第２ガス配管１２１ｂと、ガス源１２２と、第１ガス配管１２１ａ及び第２ガス配管１２１ｂ各々に配置されたバルブ１２３と、第１ガス配管１２１ａ及び第２ガス配管１２１ｂ各々に配置されたガス流量計１２４とを有する。

ガス源１２２は、例えばガスボンベであり、キャリアガスを供給する。ガス源１２２は、第１ガス配管１２１ａを介して、生成室２０内の後述するガス噴出部材２２１に接続される。第２ガス配管１２１ｂは、第１ガス配管１２１ａから分岐して形成され、その先端は、生成室２の内部に配置される。第１ガス配管１２１ａを介して生成室２０へ供給されるキャリアガス（第１のガス）は、主に、原料粒子Ｐの巻き上げに用いられ、第２ガス配管１２１ｂを介して生成室２０へ供給されるキャリアガス（第２のガス）は、主に、生成室２０の圧力調整に用いられる。

生成室２０は、密閉容器２１と、密閉容器２１の内部に配置されたトレイ２２と、トレイ２２に収容された原料粒子Ｐをエアロゾル化するエアロゾル化機構２３と、エアロゾル化機構２３をトレイ２２に対して矢印Ｈ及びＶで示す方向に相対移動させる移動機構２４と、トレイ２２へ原料粒子Ｐを補給する補給機構２５とを備える。矢印Ｈは水平方向であり、矢印Ｖは垂直方向（鉛直方向）に相当する。

エアロゾル化機構２３は、原料粒子Ｐの巻き上げ用ガスを噴出するガス噴出部材２３１と、ガス噴出部材２３１を収容するフード部材２３２と、フード部材２３２の内部において生成された原料粒子ＰのエアロゾルＡｐを成膜室５０へ搬送する搬送管２３３とを有する。
なお、生成室２０の詳細については後述する。

成膜室５０は、真空チャンバ５１と、真空チャンバ５１の内部に配置されたノズル５２と、ノズル５２から噴射されたエアロゾルＡｐ中の原料粒子Ｐからなる薄膜Ｆを成膜すべき基材Ｓを支持するステージ５３とを有する。真空チャンバ５１の外部にはステージ５３を移動させるためのステージ駆動部５４が設けられている。ステージ駆動部５４は、ステージ５３を基材Ｓの成膜面に平行な方向に所定速度で往復移動させることが可能に構成される。

原料粒子Ｐは、生成室２０でエアロゾル化され、成膜室５０で基材Ｓ上に成膜される。原料粒子Ｐは、成膜すべき材料の微粒子で構成される。原料粒子Ｐは、特に限定されず、典型的には、電気絶縁性の微粒子であり、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム、チタン酸バリウム、コバルト酸リチウムなどのセラミック微粒子が適用可能である。また、原料粒子Ｐは、導電体の表面に絶縁膜が形成された構造であってもよい。原料粒子Ｐの粒子径は、特に限定されず、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下のものが用いられる。

基材Ｓは、ガラス、金属、セラミックス、シリコン基板等で構成される。ＡＧＤ法は常温で成膜が可能であり、また、化学的プロセスを経ない物理的成膜法であるため、幅広い材料を基材として選択することが可能である。また、基材Ｓは平面的なものに限られず、立体的なものであってもよい。

真空チャンバ５１及びステージ５３は、接地電位に接続されている。ステージ５３は、成膜前に基材Ｓを脱気させるための加熱機構を有していてもよい。また、成膜室５０内部の圧力を指示する真空計が設けられてもよい。成膜室５０は、生成室２０よりも低圧に維持される。

基材Ｓの成膜面の向きは特に限定されず、上向き、下向き、横向きのいずれであってもよい。つまり、ステージ５３は、真空チャンバ５１の天面側に設置されてもよいし、底面側に設置されてもよいし、これら天面あるいは底面に対して傾斜して設置されてもよい。ノズル５２からのエアロゾルＡｐの噴射方向も特に限定されず、基材Ｓの成膜面に対して直交する方向でもよいし、傾斜する方向であってもよい。また、ノズル５２から噴射されたエアロゾルＡｐは基材Ｓの成膜面に直接吹き付けられてもよいし、別途配置されたターゲット部材に噴射することで得られた原料粒子Ｐの微細粒子を基材Ｓ上に堆積させてもよい（特開２０１６−２７１８５号公報参照）。

成膜装置１００は、コントローラ６０をさらに備える。コントローラ６０は、生成室２０、成膜室５０、排気系１１０及びガス供給系１２０の各部を統括的に制御する。コントローラ６０は、典型的には、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータを含み、メモリに格納された制御プログラムを実行することで成膜装置１００の各部の動作を制御する。

［エアロゾル生成装置］
続いて、生成室２０の詳細について説明する。生成室２０は、本発明の一実施形態に係るエアロゾル生成装置を構成する。図２は生成室２０の構成を示す断面図、図３は生成室２０内部の要部の概略平面図である。図中、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向に相当する。

生成室２０は、上述のように、密閉容器２１と、トレイ２２と、エアロゾル化機構２３と、移動機構２４と、補給機構２５とを有する。

密閉容器２１は、内部を陽圧あるいは真空雰囲気に維持可能な金属製のチャンバであり、典型的には立方体形状を有するが、円筒形状に形成されてもよい。トレイ２２は、原料粒子Ｐを収容する収容部２２１を有する円形の浅皿形状を有し、密閉容器２１の底部に設置されたベース部材２６の上に配置される。トレイ２２及びベース部材２６はそれぞれステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属材料で構成され、密閉容器２１を介してグランド電位に接続（接地）される。トレイ２２の大きさは特に限定されず、本実施形態では例えば、外径が３００ｍｍ〜５００ｍｍである。ベース部材２６にはトレイ２２内の原料粒子Ｐを脱気処理するためのヒータ（図示略）が内蔵されてもよい。

エアロゾル化機構２３は、上述のように、ガス噴出部材２３１と、フード部材２３２と、搬送管２３３とを有する。

ガス噴出部材２３１は、トレイ２２上の原料粒子Ｐに対してキャリアガスを吹き付けて原料粒子Ｐを巻き上げることで、フード部材２３２の内部にエアロゾルＡｐを生成するためのものである。ガス噴出部材２３１は、トレイ２２の収容部２２１内の原料粒子Ｐの表層に対向して配置され、ガス噴出部材２３１は、ガス供給系１２０の第１ガス配管１２１ａに接続される。ガス噴出部材２３１は、巻き上げ用のキャリアガス（第１のガス）を噴出する複数の噴出孔を有する環状体（図３参照）である。上記複数の噴出孔は、ガス噴出部材２３１の底面に均一に分布するように設けられている。ガス噴出部材２３１が環状に形成されることにより、フード部材２２に被覆される原料粒子Ｐへ広範囲にわたってガスを噴出することができるため、エアロゾルＡｐの生成効率が高められる。

ガス噴出部材２３１は、適宜の構造の支持部材２３４を介してフード部材２３２に固定される。特に、トレイ２２の収容部２２１底面からのガス噴出部材２３１の高さを調整することで、巻き上げられる原料粒子Ｐの帯電量を調整することができる。例えば、巻き上げ用のガスの流量を同じとした場合、ガス噴出部材２３１はトレイ２２に近いほど、巻き上げられる原料粒子Ｐとトレイ２２の底面との接触確率が高まるため、原料粒子Ｐの帯電効率の向上が図れる。エアロゾルＡｐ中の原料粒子Ｐの帯電量が大きいほど、成膜室５０における基材Ｓ上での放電作用による原料粒子Ｐの一部の微細化が促進されるため、密着性の高い高密度の膜を形成することができる。

ガス噴出部材２３１は、円環状に限られず、矩形環状であってもよい。また、ガス噴出部材２３１は環状に形成される場合に限られず、棒状、板状、ブロック状などであってもよい。

フード部材２３２は、空間部２３２ａと、開口端部２３２ｂと、底部２３２ｃとを有する筒体である。本実施形態ではフード部材２３２が円筒形状に形成されるが、これに限られず、角筒形状、錐体形状、ドーム形状その他の任意に形状のものが適用可能である。フード部材２３２は、開口端部２３２ｂをトレイ２２側に向けて配置される。

空間部２３２ａは、エアロゾルＡｐの生成空間を形成する。この空間部２３２ａ内において所望とする原料粒子Ｐの濃度のエアロゾルＡｐが生成されるように、空間部２３２ａの容積、ガス噴出部材２３１からのガスの噴出量、フード部材２３２直下に位置する原料粒子Ｐの層厚などが調整される。生成されたエアロゾルＡｐは、フード部材２３２の底部２３２ｃを介して搬送管２３３へ導入される。

フード部材２３２は、その開口端部２３２ｂがトレイ２２上の原料粒子Ｐに当接する位置に配置される。これにより、ガス噴出部材２３１からの噴出ガスのフード部材２３２の外部への漏出を抑制し、原料粒子Ｐの巻き上げ効率、つまりエアロゾルの生成効率を高めることができる。

搬送管２３３は、生成室２０と成膜室５０との差圧を利用して、生成室２０内で形成されたエアロゾルＡｐを成膜室５０内に搬送する。搬送管２３３の一端は、合成樹脂製のフレキシブルチューブ２３３ａを介してフード部材２３２の底面部２３２ｃに接続される。搬送管２３３の他端（先端部）は成膜室５０に配置されたノズル５２に接続される。搬送管２３３及びノズル５２は、接地電位に接続されてもよい。生成室２０と成膜室５０との差圧は特に限定されず、例えば１０ｋＰａ以上１８０ｋＰａ以下である。

搬送管２３３及びノズル５２は、ステンレス鋼等の金属材料、あるいは、フッ素樹脂などの合成樹脂材料で構成されている。搬送管２３３は、直線的な管でもよいし、曲線部を含む管でもよいし、フレキシブル性のある管でもよい。搬送管２３３の長さ、内径は適宜設定可能であり、例えば長さは３００ｍｍ〜２０００ｍｍ、内径は４ｍｍ〜３０ｍｍである。

なお、原料粒子Ｐが絶縁性粒子の場合、搬送管２３３及びノズル５２は、合成樹脂材料等の電気絶縁性材料であることが好ましい。これにより、生成室２０で生成されたエアロゾルＡｐ中の原料粒子Ｐの帯電量を維持あるいは向上させることができる。

ノズル５２の開口形状は、円形でもよいしスロット状でもよい。本実施形態では、ノズル５２の開口形状はスロット状であり、その長さが幅の１０倍以上１０００倍以下の大きさを有する。開口の長さと幅との比が１０倍未満の場合、ノズル内部で粒子を効果的に帯電させることが困難である。また開口の長さと幅との比が１０００倍を超えると、粒子の帯電効率は高められるが、微粒子の噴射量が制限され成膜レートの低下が顕著となる。ノズル開口部の長さと幅との比は、好ましくは、２０倍以上８００倍以下、さらに好ましくは、３０倍以上４００倍以下である。

移動機構２４は、トレイ２２及びエアロゾル化機構２３を収容部２２１内において相互に相対移動させるためのものであり、本実施形態では、エアロゾル化機構２３をトレイ２２上で水平方向及び垂直方向に移動させることが可能な駆動ユニット２４１を含む。

なおこれに限られず、移動機構２４は、トレイ２２をエアロゾル化機構２３に対して水平方向及び垂直方向に移動させるように構成されてもよい。この場合、ベース部材２６を上記方向に移動させる駆動ユニットが密閉容器２１の内部又は外部に設置される。

駆動ユニット２４１は、密閉容器２１の直上に配置される。駆動ユニット２４１とフード部材２３２との間にはベローズ２４３が接続される。駆動ユニット２４１は、ベローズ２４３の内部に配置されたアーム部２４２を介して、フード部材２３２のＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な水平移動あるいはＺ軸方向に沿った昇降移動が可能に構成される。

移動機構２４は、例えば、トレイ２２に対するフード部材２３２の高さ位置の調整時にフード部材２３２を昇降させる。また、移動機構２４は、エアロゾルの生成中にフード部材２３２をトレイ２２の収容部２２１内において水平移動させる。移動方向は、図３に示すように、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に平行な往復移動でもよいし、トレイ２２と同心的な環状の軌道に沿った回転移動でもよい。

生成室２０は、トレイ２２を密閉容器２１内において揺動可能な揺動機構２７を備える。これにより、トレイ２２に収容された原料粒子Ｐの局所的な滞留を防ぎ、収容部２２１内における原料粒子からなる層の厚みの均一化を図ることができる。

揺動機構２７は、ベース部材２６に対してトレイ２２を水平方向に揺動させるためのもので、その構成は特に限定されない。本実施形態において揺動機構２７は、トレイ２２の外周面の例えば径方向に対向する２つの部位にそれぞれ取り付けられた磁性部材２７１と、これら磁性部材２７１に対向する電磁石２７２とを有し、これら電磁石のオン／オフを交互に切り替える動作を繰り返すことで、トレイ２２を水平方向に揺動させる。

トレイ２２とベース部材２６とは、図２に示すように、凹凸係合構造を有する。本実施形態ではトレイ２２の下面に凸部２２２が設けられ、ベース部材２６の上面に凸部２２２が係合する凹部２６１が設けられる。凹部２６１の幅は、凸部２２２の幅よりも大きく形成されることにより、ベース部材２６に対するトレイ２２の揺動範囲を制限可能となる。凸部２２２及び凹部２６１の形状は特に限定されず、それぞれが環状に形成されてもよいし、格子状に形成されてもよい。

生成室２０はさらに、トレイ２２へ原料粒子Ｐを補給する補給機構２５を備える。補給機構２５は、図３に示すようにトレイ２２の周囲の複数個所に配置される。補給機構２５は、ホッパ２５１と、ホッパ２５１内の原料粒子をトレイ２２の収容部２２１へ供給する供給機２５２とを有する。

ホッパ２５１は、密閉容器２１の外部から原料粒子の供給を受けることが可能に構成される。供給機２５２は、密閉容器２１の内部に配置され、エアロゾルＡｐの生成中、連続的にあるいは間欠的に、トレイ２２内へ原料粒子Ｐを供給する。供給機２５２は、スクリュー式、振動式、コンベア式などの適宜の装置を採用することができる。

生成室２０はさらに、フード部材２３２の空間部２３２ａに生成されたエアロゾルＡｐの電位を検出する検出部２８を備える。

原料粒子Ｐが絶縁性の微粉末である場合、巻き上げ時における粒子間の衝突あるいはトレイ２２との衝突により帯電する。上述のように、原料粒子Ｐの帯電が大きいほど、密着性の高い高密度の膜を形成することができる。そこで、検出部２８によって検出されるエアロゾルＡｐの電位を測定することで、原料粒子Ｐの帯電量やエアロゾルＡｐの濃度を把握することができるため、その電位が所定の電位あるいは濃度となるように、巻き上げ用のキャリアガス（第１のガス）の流量が調整される。

検出部２８としては、グランド電位に対するエアロゾルＡｐの電位を検出することが可能な種々のセンサを用いることができる。検出部２８は、図２に示すようにフード部材２３２の周壁に固定されてもよいし、フード部材２３２の内部（空間部２３２ａ）に適宜の支持手段を用いて固定されてもよい。検出部２８の出力は、コントローラ６０へ供給される。

［成膜方法］
続いて、以上のように構成される成膜装置１００の動作について説明する。以下に説明する各部の動作は、コントローラ６０により制御される。

まず、排気系１１０の第１バルブ１１２及び第２バルブ１１３を開いて生成室２０及び成膜室５０の内部をそれぞれ真空排気する。生成室２０内が所定の圧力にまで減圧されると、第１バルブ１１２を閉じて生成室２０内の排気を停止する。第２バルブ１１３は開弁状態が維持され、成膜室５０内を所定の成膜圧力になるまで真空排気される。

続いて、原料粒子Ｐが生成室２０内のトレイ２２へ供給される。原料粒子Ｐは、補給機構２５を介してトレイ２２の収容部２２１内に供給される。このとき、揺動機構２７によってトレイ２２が水平方向に揺動されてもよい。これにより、トレイ２２上における原料粒子Ｐの偏在、凝集が抑制され、厚みの均一化を図ることができる。

原料粒子Ｐは、事前に加熱による脱気・脱水処理が施されてもよい。あるいは、ベース部材２６に内蔵されたヒータによりトレイ２２を加熱することで、原料粒子Ｐの脱気・脱水処理が施されてもよい。原料粒子Ｐを脱気・脱水することにより、原料粒子Ｐの凝集が防止されるとともに、乾燥を促進して原料粒子Ｐの帯電量を増加させることができる。

なお、トレイ２２への原料粒子Ｐの供給は、生成室２０内の排気が完了した後に行われる場合に限られず、生成室２０内の排気前に行われてもよい。

続いて、移動機構２４によってトレイ２２に対するエアロゾル化機構２３の位置調整が行われる。ここでは、主として、トレイ２２の収容部２２１底面からのフード部材２３２の開口端部２３２ｂの高さ位置が調整される。フード部材２３２の高さは、その開口端部２３２ｂが原料粒子Ｐの表層に当接する位置であれば特に限定されない。収容部２２１内におけるフード部材２３２の面内位置は特に限定されず、例えば、トレイ２２の中央部である。

次に、ガス供給系１２０における第１ガス配管１２１ａ及び第２ガス配管１２１ｂ各々のバルブ１２３が開放され、密閉容器２１の内部にキャリアガスが供給される。

第１ガス配管１２１ａを介して供給されるキャリアガス（第１のガス）は、フード部材２３２の空間部２３２ａに配置されたガス噴出部材２３１へ導入される。ガス噴出部材２３１は、その直下に位置する原料粒子Ｐに向けてキャリアガスを噴出し、空間部２３２ａ内において原料粒子ＰのエアロゾルＡｐを生成する。生成されたエアロゾルＡｐは、空間部２３２ａと成膜室５０との差圧によって、搬送管２３３を介してノズル５２へ搬送され、ノズル５２から基材Ｓに向けて噴射される。

一方、第２ガス配管１２１ｂを介して共有されるキャリアガス（第２のガス）は、密閉容器２１の内部に導入され、密閉容器２１の内部を、空間部２３２ａ内のエアロゾルＡｐがフード部材２３２外部へ漏出しない圧力に維持する。密閉容器２１内に導入された第２のガスの一部は、フード部材２３２の開口端部２３２ｂと原料粒子Ｐの表層との間を介して空間部２３２ａ内に侵入してもよい。第２のガスの流量は、第１のガスの流量と同じでもよいし、第１のガスの流量よりも多くても少なくてもよい。

エアロゾルＡｐの生成中、移動機構２４は、フード部材２３２をトレイ２２の収容部２２１内において水平方向に移動させる（図３参照）。これにより、トレイ２２の原料粒子Ｐは、フード部材２３２の開口端部２３２ｂによって平坦に均される。同時に、揺動機構２７によってトレイ２２が水平方向に揺動されることで、トレイ２２内の原料粒子Ｐの層の平坦化が図られるとともに、トレイ２２上を移動するフード部材２３２の内部への原料粒子Ｐの流動が促進される。これにより、空間部２３２ａ内に巻き上げられる原料粒子Ｐの量の変動が抑えられるため、エアロゾルＡｐにおける原料粒子Ｐの濃度が安定に維持される。

ノズル５２から噴出されるエアロゾルＡｐは、生成室２０と成膜室５０との圧力差及びノズル５２の開口径によって規定される流速を持って噴出される。このエアロゾルＡｐは、基材Ｓの表面あるいは既成の膜上に到達し、エアロゾルＡｐに含まれるエアロゾル原料Ｐが基材Ｓの表面あるいは既成の膜上に衝突し、原料粒子Ｐの薄膜Ｆ（図１参照）を形成する。

基材Ｓを移動させることにより、基材Ｓ上の所定の範囲に薄膜Ｆが成膜される。ステージ５３をステージ駆動部５４によって移動させることで、ノズル５２に対する基材Ｓの相対位置が変化する。ステージ５３を、基材Ｓの被成膜面に平行な一方向に移動させることにより、ノズル５２の開口径と同一の幅を有する線状に薄膜Ｆを形成することができる。ステージ５３を往復させることにより、既成の膜上にさらに成膜することが可能であり、これにより、所定の膜厚で薄膜Ｆを形成することができる。また、ステージ５３を２次元的に移動させることにより、所定の領域に薄膜Ｆが形成される。ノズル５２の基材Ｓの成膜面に対する角度は直角でもよく、斜めであってもよい。ノズル５２を成膜面に対して斜向させることにより、成膜品質を低下させる微粒子の凝集体が付着した場合であっても、その付着物を除去することが可能となる。

本実施形態では、エアロゾルＡｐの生成時および搬送管６によるエアロゾルＡｐの搬送時において、原料粒子Ｐの表面に静電気を発生させ、帯電させた微粒子を基材Ｓ上へ堆積させる。原料粒子Ｐの帯電量が大きいほど、膜の緻密性が高まり、成膜速度が向上する。堆積した微粒子の余剰電荷は成膜室内の空間中に放出され、放出電荷の量によっては顕著な発光を伴う。これにより、密着性の高い高密度の膜を形成することができる。

以上のように、本実施形態の成膜装置１００においては、生成室２０がエアロゾル化機構２３をトレイ２２に対して水平方向に相対移動させながらフード部材２３２の空間部２３２ａに原料粒子Ｐのエアロゾルを生成するように構成される。トレイ２２内の原料粒子Ｐは、揺動機構２７による揺動操作とフード部材２３２の開口端部２３２ｂによる摺動作用とを受けて一定の厚みに均されるため、フード部材２３２の空間部２３２ａ内での原料粒子Ｐの巻き上げ量の均一化が図られる。

このように本実施形態によれは、容積が制限された空間内で一定量の原料粒子ＰのエアロゾルＡｐを生成することで、一定濃度のエアロゾルＡｐを連続的かつ安定に生成することができる。さらに、生成室２０には、トレイ２２へ原料粒子Ｐを補給する補給機構２５が設けられているため、より長時間にわたりエアロゾルを生成することができる。

＜第２の実施形態＞
続いて本発明の第２の実施形態に係るエアロゾル生成装置について説明する。図４は、本実施形態に係るエアロゾル生成装置としての生成室４０の内部構成を示す概略平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の生成室４０は、複数のエアロゾル化機構２３を備える。複数のエアロゾル化機構２３は、トレイ２２の収容部２２１内においてそれぞれ異なる位置に配置される。図示の例では、エアロゾル化機構２３が４つ配置された例が示されているが、勿論これに限られず、２つ以上であればよい。

移動機構２４は、複数のエアロゾル化機構２３をそれぞれ同期して移動させる。移動方向は特に限定されず、本実施形態ではトレイ２２の中心に関して同心的な円周上に時計まわり又は反時計回りに各エアロゾル化機構２３が往復移動する。これにより、一台のエアロゾル生成装置（生成室４０）で大量のエアロゾルＡｐを生成することができる。

複数のエアロゾル化機構２３各々の搬送管２３３は、図５に示すように共通のノズル５２０に接続されてもよいし、図６に示すようにそれぞれ異なる複数のノズル５２１〜５２４に接続されてもよい。

図５に示す構成例では、各エアロゾル化機構２３の搬送管２３３が一本に集体化された合流管２３３Ａを介して共通のノズル５２０に接続される。この場合、ノズル５２０からは複数のエアロゾル化機構２３において生成されたエアロゾルの総量が噴射されるため、成膜レートの向上、幅広の薄膜形成などが可能となる。

一方、図６に示す構成例では、各エアロゾル化機構２３の搬送管２３３がそれぞれ別個のノズル５２１，５２２，５２３，５２４に接続されることで、共通の基材Ｓの表面に各ノズル５２１〜５２４から噴射されるエアロゾルを順次積層することで、一回のパスで層Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４からなる積層膜（厚膜）を形成することができる。あるいは、成膜室５０内に複数の基材Ｓを配置して、これらに各ノズル５２１〜５２４を対向させて、各基材Ｓを同時に成膜するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

２０，４０…生成室（エアロゾル生成装置）
２１…密閉容器
２２…トレイ
２３…エアロゾル化機構
２４…移動機構
２５…補給機構
２７…揺動機構
２８…検出部
５０…成膜室
５２…ノズル
５３…ステージ
１００…成膜装置
１１０…排気系
１２０…ガス供給系
２３１…ガス噴出部材
２３２…フード部材
２３３…搬送管
Ａｐ…エアロゾル
Ｐ…原料粒子

Claims (10)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器の内部に配置され、原料粒子を収容する収容部を有するトレイと、
   前記原料粒子の巻き上げ用の第１のガスを噴出するガス噴出部材と、前記ガス噴出部材を収容する空間部と前記収容部内の原料粒子に当接する開口端部とを有するフード部材と、前記フード部材に設けられ前記空間部内で生成された前記原料粒子のエアロゾルをノズルに搬送する搬送管と、を有する少なくとも１つのエアロゾル化機構と、
   前記トレイ及び前記エアロゾル化機構を前記収容部内において相互に相対移動させる移動機構と、
   前記密閉容器内において前記トレイを揺動させる揺動機構と
   を具備するエアロゾル生成装置。
2. 請求項１に記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記ガス噴出部材は、前記収容部内の原料粒子の表層に対向して配置され前記第１のガスを噴出する複数の噴出孔を有する環状体である
   エアロゾル生成装置。
3. 請求項１又は２に記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記第１のガスと、前記密閉容器内の圧力調整用の第２のガスとを供給するガス供給部をさらに具備する
   エアロゾル生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記密閉容器に設置され、前記トレイへ原料粒子を補給する補給機構をさらに具備する
   エアロゾル生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記エアロゾル化機構は、前記空間部に生成されたエアロゾルの電位を検出する検出部をさらに有する
   エアロゾル生成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記移動機構は、前記トレイに対する前記エアロゾル化機構の高さを調節可能に構成される
   エアロゾル生成装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記エアロゾル化機構は、前記トレイ上に複数配置されており、
   前記移動機構は、複数のエアロゾル化機構を同期して移動させる
   エアロゾル生成装置。
8. 請求項７に記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記複数のエアロゾル化機構各々の搬送管は、共通のノズルに接続される
   エアロゾル生成装置。
9. 請求項７に記載のエアロゾル生成装置であって、
   前記複数のエアロゾル化機構各々の搬送管は、それぞれ異なる複数のノズルに接続される
   エアロゾル生成装置。
10. 原料粒子のエアロゾルを生成する生成室と、
    前記エアロゾルを噴射するノズルと、前記ノズルから噴射された前記エアロゾル中の原料粒子が堆積する基材を支持するステージとを有し、前記生成室よりも低圧に維持される成膜室と
    を具備し、
    前記生成室は、
    密閉容器と、
    前記密閉容器の内部に配置され、原料粒子を収容する収容部を有するトレイと、
    前記原料粒子の巻き上げ用の第１のガスを噴出するガス噴出部材と、前記ガス噴出部材を収容する空間部と前記収容部内の原料粒子に当接する開口端部とを有するフード部材と、前記フード部材に設けられ前記空間部内で生成された前記原料粒子のエアロゾルを前記ノズルに搬送する搬送管と、を有する少なくとも１つのエアロゾル化機構と、
    前記トレイ及び前記エアロゾル化機構を前記収容部内において相互に相対移動させる移動機構と、
    前記密閉容器内において前記トレイを揺動させる揺動機構と
    を有する
    成膜装置。

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