JP4920912B2 - Film forming method and film forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、原料粉を基板に向けて噴射することにより、基板上に原料粉を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いた成膜方法及び成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus using an aerosol deposition method in which raw material powder is sprayed onto a substrate to deposit the raw material powder on the substrate.
近年、微小電気機械システム(MEMS:micro electrical mechanical system)の分野においては、誘電体、圧電体、磁性体、焦電体、半導体のように、電圧を印加することにより所定の機能を発現する電子セラミックス等の機能性材料を含む素子を、成膜技術を用いて製造する研究が盛んに進められている。 In recent years, in the field of micro electrical mechanical systems (MEMS), electrons that exhibit a predetermined function by applying voltage, such as dielectrics, piezoelectrics, magnetics, pyroelectrics, and semiconductors. Research for manufacturing elements including functional materials such as ceramics by using a film forming technique is actively underway.
例えば、インクジェットプリンタにおいて高精細且つ高画質な印字を可能とするためには、インクジェットヘッドのインクノズルを微細化すると共に高集積化する必要がある。そのため、各インクノズルを駆動する圧電アクチュエータについても、同様に、微細化及び高集積化することが求められる。そのような場合に、バルク材よりも薄い層を形成でき、且つ、微細なパターン形成が可能な成膜技術は有利である。 For example, in order to enable high-definition and high-quality printing in an inkjet printer, it is necessary to make the ink nozzles of the inkjet head fine and highly integrated. Therefore, miniaturization and high integration are also required for the piezoelectric actuator that drives each ink nozzle. In such a case, a film forming technique capable of forming a layer thinner than the bulk material and capable of forming a fine pattern is advantageous.
最近では、成膜技術の1つとして、セラミックスや金属等の成膜技術として知られるエアロゾルデポジション法(以下において、「AD法」という)が注目されている。AD法とは、原料の粉体(原料粉)を含むエアロゾルを生成し、それをノズルから基板に向けて噴射することにより、原料を基板上に堆積させる成膜方法である。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。なお、AD法は、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。 Recently, an aerosol deposition method (hereinafter referred to as “AD method”), which is known as a film forming technique for ceramics and metals, has attracted attention as one of film forming techniques. The AD method is a film forming method in which an aerosol containing raw material powder (raw material powder) is generated, and the raw material is deposited on the substrate by spraying it from the nozzle toward the substrate. Here, the aerosol refers to solid or liquid fine particles suspended in a gas. The AD method is also called a jet deposition method or a gas deposition method.
AD法においては、高速のガス流により加速された原料粉が、基板や先に形成された堆積物等の下層に衝突して食い込み、衝突の際に原料粉が破砕することにより新たに生成された破砕面が下層に付着する。このような成膜メカニズムはメカノケミカル反応と呼ばれている。このAD法によれば、不純物を含まない、緻密で強固な厚膜を形成することができる。そのため、例えば、圧電体をAD法によって作製することにより、圧電アクチュエータ等の機器の性能を向上させることが期待されている。 In the AD method, the raw material powder accelerated by the high-speed gas flow collides with the lower layer such as the substrate or the previously formed deposit and bites, and the raw material powder is newly generated by crushing at the time of the collision. The crushed surface adheres to the lower layer. Such a film formation mechanism is called a mechanochemical reaction. According to this AD method, a dense and strong thick film that does not contain impurities can be formed. Therefore, for example, it is expected to improve the performance of devices such as a piezoelectric actuator by producing a piezoelectric body by the AD method.
しかしながら、このようなAD法においては、原料粉である超微粒子(一次粒子)が、ファンデルワールス力、静電気力、又は、水分の架橋効果により凝集し易いという問題が生じている。このような凝集粒子(「二次粒子」とも呼ばれる)は、一次粒子に比較して質量が大きいので高速のガス流中においても加速され難く、十分な運動エネルギーを得ることができない。また、噴射された凝集粒子が基板に衝突しても、その運動エネルギーは凝集粒子の解砕に消費されてしまうので、一次粒子の破砕には至らない。そのため、エアロゾルに含まれる凝集粒子の割合が増えて、相対的に一次粒子の割合が小さくなると、基板上には原料粉が圧粉体として堆積するのみとなり、AD法の特徴である緻密で強固な膜を形成することができなくなってしまう。或いは、凝集粒子が基板に衝突することにより、既に形成された構造物がエッチングされて膜に欠損部分が生じる場合もある。さらに、凝集粒子が形成されることにより、ガス流によって原料粉を巻き上げることが困難となるので、エアロゾルにおける原料粉の濃度が不安定となり、それにより、成膜速度又は成膜率が不安定となってしまう。このように、原料粉が凝集することにより、形成された膜の緻密度や硬さの低下、膜厚の不均一、膜の欠損等の膜質の低下を招いてしまう。 However, in such an AD method, there is a problem that ultrafine particles (primary particles) which are raw material powders tend to aggregate due to van der Waals force, electrostatic force, or moisture cross-linking effect. Such agglomerated particles (also referred to as “secondary particles”) have a larger mass than the primary particles, and therefore are not easily accelerated even in a high-speed gas flow, and sufficient kinetic energy cannot be obtained. Further, even if the injected aggregated particles collide with the substrate, the kinetic energy is consumed for the pulverization of the aggregated particles, so that primary particles are not crushed. Therefore, if the proportion of the aggregated particles contained in the aerosol increases and the proportion of the primary particles becomes relatively small, the raw material powder only deposits as a green compact on the substrate, which is a dense and strong characteristic of the AD method. It becomes impossible to form a thick film. Alternatively, when the aggregated particles collide with the substrate, the already formed structure may be etched and a defective portion may be generated in the film. Furthermore, since the aggregated particles are formed, it is difficult to roll up the raw material powder by the gas flow, so that the concentration of the raw material powder in the aerosol becomes unstable, and the film formation rate or film formation rate becomes unstable. turn into. As described above, the aggregation of the raw material powder causes a decrease in film quality such as a decrease in the density and hardness of the formed film, a non-uniform film thickness, and a film defect.
このような問題点を解決するため、特許文献1には、水分量が0.45%以下の脆性材料粒子を高速で基板に衝突させ、この衝突により、基板上に脆性材料からなる構造物を形成させる複合構造物の製造方法が開示されている。
また、特許文献2には、少なくとも内面が導電性を有する材料によって形成されるとともに接地配線に接続されているエアロゾル生成室と、エアロゾル生成室において原料粉(原料の粉体)をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するキャリアガス導入部と、少なくとも内面が導電性を有する材料によって形成されていると共に接地配線に接続されている搬送経路と、該搬送経路を通過して導入されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルとを具備する成膜装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されているように、原料粉(脆性材料粒子)の水分量を低減することにより液架橋凝集を抑制すると、今度は粒子が帯電するようになり、静電気力という別の要因による凝集が生じてしまう。
また、特許文献2に開示されているように、エアロゾル生成室や搬送経路を接地する場合には、原料粉の帯電を多少は防ぐことはできるが、静電気力による凝集を抑制するためには十分でないと考えられる。
However, as disclosed in
In addition, as disclosed in
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、原料粉を基板に噴射することにより原料粉を堆積させるAD法において、原料粉の凝集を抑制することにより、高品質な膜を形成できる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention provides a film forming method capable of forming a high-quality film by suppressing aggregation of raw material powder in an AD method in which raw material powder is deposited by spraying the raw material powder onto a substrate. And it aims at providing the film-forming apparatus.
上記課題を解決するため、本発明に係る成膜方法は、エアロゾルデポジション法により基板上に膜を形成する方法であって、原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成する工程(a)と、工程(a)において生成されたエアロゾルを搬送する工程(b)と、工程(b)において搬送されたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射することにより、基板上に原料粉を堆積させる工程(c)とを具備し、工程(c)が、気体の圧力によって空気イオンをイオン導入管を介してノズルの内部に放出することにより、ノズルを通過するエアロゾルに除電処理を施すことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a film forming method according to the present invention is a method of forming a film on a substrate by an aerosol deposition method, and the step (a) of generating an aerosol by dispersing raw material powder with a gas And (b) transporting the aerosol generated in the step (a), and spraying the aerosol transported in the step (b) from the nozzle toward the substrate to deposit the raw material powder on the substrate. (c); and a, Engineering as (c) are, by releasing the interior of the nozzle air ions by the pressure of the gas through the ion inlet tube, characterized by applying static elimination processing in the aerosol passing through the nozzle And
また、本発明に係る成膜装置は、エアロゾルデポジション法により基板上に膜を形成する装置であって、原料粉をガスによって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手段と、該エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを搬送する搬送手段と、該搬送手段を介して供給されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、気体の圧力によって空気イオンをイオン導入管を介してノズルの内部に放出することにより、ノズルを通過するエアロゾルに除電処理を施す除電手段とを具備する。
本願において、除電とは、原料粉の帯電量を減少させることをいい、除電処理とは、原料粉の帯電量を減少させるために施される処理をいう。
Further, a film forming apparatus according to the present invention is an apparatus for forming a film on a substrate by an aerosol deposition method, and generates an aerosol by dispersing raw material powder with a gas, and the aerosol generating means conveying means for conveying the generated aerosol by, a nozzle for ejecting toward the aerosol is supplied through the conveying means to the substrate, by the pressure of the air body in the nozzle air ions through the ion inlet tube And discharging means for discharging the aerosol passing through the nozzle by discharging.
In the present application, neutralization refers to reducing the charge amount of the raw material powder, and neutralization treatment refers to treatment performed to reduce the charge amount of the raw material powder.
本発明によれば、原料粉自体に除電処理を施すことにより、静電気による原料粉の凝集を防ぐことができるので、1次粒子を高い割合で含むエアロゾルを安定して生成及び供給することができる。従って、緻密且つ強固で、欠損部分の少ない高品質な膜を安定して形成することが可能となる。 According to the present invention, since the raw material powder itself is subjected to a charge removal process, aggregation of the raw material powder due to static electricity can be prevented, so that an aerosol containing a high proportion of primary particles can be stably generated and supplied. . Accordingly, it is possible to stably form a high-quality film that is dense and strong and has few defects.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
まず、図1の工程S1において、成膜に用いられる原料粉を用意し、原料粉に対して除電処理を施す。例えば、PZT膜(チタン酸ジルコン酸鉛)を形成する場合には、原料粉として、PZTのバルク材を粉砕したものを用いても良いし、市販のPZT粉を利用しても良い。また、除電する方法としては、金属ビーカーや、カーボンを含有するプラスチック容器や、カーボンやアルミニウム等を含有する導電性の袋(例えば、住友スリーエム株式会社製の1970透明静電シールドバッグ)のように、導電性を有する容器に原料粉を入れ、自然放電させておく方法が挙げられる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a flowchart showing a film forming method according to the first embodiment of the present invention.
First, in step S1 of FIG. 1, raw material powder used for film formation is prepared, and the raw material powder is subjected to a charge removal process. For example, when forming a PZT film (lead zirconate titanate), a raw material powder obtained by pulverizing a bulk material of PZT may be used, or a commercially available PZT powder may be used. In addition, as a method for eliminating static electricity, a metal beaker, a plastic container containing carbon, a conductive bag containing carbon, aluminum, or the like (for example, a 1970 transparent electrostatic shield bag manufactured by Sumitomo 3M Limited) is used. The raw material powder is put in a container having conductivity and allowed to spontaneously discharge.
或いは、除電機を用いることにより原料粉に除電処理を施しても良い。除電機とは、空気イオンを発生させることにより、帯電している物体の静電気を中和させる機器のことである。ここで、空気イオンとは、空気中に含まれる窒素や酸素や水等の分子が電離したものをいう。空気イオンを発生させる方式には、コロナ放電式と光照射式が存在しており、本実施形態においてはいずれを用いても良いが、コロナ放電式を用いることがより好ましい。また、直流式及び交流式のいずれを用いても良い。 Or you may perform a static elimination process to raw material powder by using a static elimination machine. A static eliminator is a device that neutralizes static electricity of a charged object by generating air ions. Here, the air ions are those in which molecules such as nitrogen, oxygen and water contained in the air are ionized. There are a corona discharge type and a light irradiation type as a method for generating air ions, and either one may be used in this embodiment, but it is more preferable to use a corona discharge type. Either a direct current type or an alternating current type may be used.
さらに、除電機の型式には、バー型、送風型、ノズル型、ガン型等が存在する。本実施形態においてはいずれを用いても良いが、原料粉が飛散することも考えられるので、望ましくは、エアを噴射しないタイプ(例えば、春日電機株式会社製の直流式除電機KD−110が用いられる。 Furthermore, there are a bar type, a blower type, a nozzle type, a gun type, and the like as the type of the electric machine. Any of these may be used in the present embodiment. However, since the raw material powder may be scattered, it is desirable to use a type that does not inject air (for example, a direct current remover KD-110 manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd.). It is done.
原料粉に除電処理を施す際には、図2に示すように、薬包紙10上に原料粉20を配置し、除電機100から放出される空気イオン101に原料粉20を晒す。除電機から放出される空気イオンの濃度は特に限定されないが、イオン電流が1μA以上となる除電機を用いることにより、原料粉を効果的に除電することができる。
When performing the static elimination process on the raw material powder, as shown in FIG. 2, the
次に、図1の工程S2及びS3において、除電処理が施された原料粉を用いて成膜を行う。
図3は、本実施形態において用いられるエアロゾルデポジション(aerosol deposition:AD)法による成膜装置を示す模式図である。図3に示すように、この成膜装置は、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成室110と、基板へのエアロゾルの吹き付けが行われる成膜室120とを含んでいる。
Next, in steps S2 and S3 of FIG. 1, film formation is performed using the raw material powder that has been subjected to the charge removal process.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a film forming apparatus using an aerosol deposition (AD) method used in the present embodiment. As shown in FIG. 3, the film forming apparatus includes an
エアロゾル生成室110には、キャリアガス導入部111及び圧力調整ノズル112が設けられている。
キャリアガス導入部111には、キャリアガスを供給するためのガスボンベが接続されている。また、キャリアガス導入部111のガス吹き出し口は、エアロゾル生成室110に配置される原料粉30を吹き上げて分散させるために、容器の底部付近に配置されている。
The
A gas cylinder for supplying a carrier gas is connected to the carrier
圧力調整ノズル112には、圧力調整用ガスを供給するためのガスボンベが接続されている。圧力調整用ガスは、エアロゾル生成室110内の圧力を所定の範囲に維持するために供給される。
なお、キャリアガス及び圧力調整用ガスとしては、乾燥空気、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が用いられる。本実施形態においては、窒素ガス(N2)が用いられている。
A gas cylinder for supplying pressure adjusting gas is connected to the
As the carrier gas and the pressure adjusting gas, dry air, nitrogen gas, oxygen gas, argon gas, helium gas, or the like is used. In the present embodiment, nitrogen gas (N 2 ) is used.
このようなエアロゾル生成室110は、所定の周波数で振動する振動台114の上に戴置されている。エアロゾル生成室110に振動を与えて、その内部に配置されている原料粉を攪拌しておくことにより、原料粉が容器の底の一部に溜まってしまうことがなくなるので、キャリアガスにより原料粉を効率良く吹き上げることができる。
Such an
エアロゾル生成室110と成膜室120とは、エアロゾル搬送管113を介して繋がっている。エアロゾル生成室110において生成されたエアロゾルは、エアロゾル生成室110内の圧力と成膜室120内の圧力との差によって、成膜室120に導入される。
The
成膜室120には、真空ポンプに接続されている排気管121と、エアロゾルを噴射するノズル122と、基板40を保持する基板ステージ123とが設けられている。成膜室120内は、真空ポンプにより所定の圧力に維持されている。
ノズル122は、エアロゾル搬送管113を介して導入されたエアロゾルを基板40に向けて噴射する。
基板ステージ123は、基板40とノズル122との相対位置及び相対速度を制御するための3次元的に移動可能なステージである。
The
The
The
再び、図1を参照すると、工程S2において、除電処理が施された原料粉をエアロゾル生成室110(図2)に配置する。その際には、除電された原料粉が再び帯電してしまわないように、摩擦力を極力避けて、エアロゾル生成室110に静かに充填する事が好ましい。そして、ガスボンベからキャリアガス導入部111を介して、キャリアガスをエアロゾル生成室110内に導入することにより、原料粉30が吹き上げられる。それにより、原料粉が分散してエアロゾルが生成される。
Referring again to FIG. 1, in step S <b> 2, the raw material powder that has been subjected to the charge removal process is placed in the aerosol generation chamber 110 (FIG. 2). At that time, it is preferable to gently fill the
次に、工程S3において、基板ステージ123にセットされた基板40を所定の温度(成膜温度)に保つと共に、エアロゾル生成室110内の圧力と成膜室120内の圧力とを調整してノズル122を開く。それにより、エアロゾルがノズル122から噴射し、基板40に吹き付けられる。その結果、エアロゾルに含まれる原料粉が、基板40や基板40上の堆積物に衝突し、メカノケミカル反応により堆積して膜50が形成される。その際に、基板ステージ123の位置及び移動速度を調節することにより、基板40上の所望の位置に所望の厚さの膜50を形成することができる。
Next, in step S3, the
以上説明した本発明の第1の実施形態においては、除電処理を行う作業者も帯電している可能性がある。そのため、作業者は、作業を行う前に金属箔やカーボン膜等に手を触れて、予め静電気を逃がしておくことが望ましい。また、作業者は、帯電防止用リストストラップ(例えば、住友スリーエム株式会社製のリストストラップ2300シリーズ)を腕に取り付けたり、帯電防止用靴(例えば、ミドリ安全株式会社製の静電対応安全靴ES890)を履いたり、帯電防止用バンド(例えば、住友スリーエム株式会社製の靴用グランドストラップ2045)を靴に巻く等の帯電防止対策を施して作業に従事することが望ましい。さらに、作業場の床にも、帯電防止用マット(例えば、住友スリーエム株式会社製の静電気導電性フロアマット硬質ゴム系長尺マット1890)を敷く等の帯電防止対策を施しておくことが望ましい。帯電防止用リストストラップやグランドストラップは、金属配管や金属インゴット等の導電性物質に接続させておくことが好ましく、さらには、第3種アース等のアース線に接続することにより接地させておくことがより好ましい。
In the first embodiment of the present invention described above, there is a possibility that the worker who performs the charge removal process is also charged. For this reason, it is desirable for the worker to touch the metal foil, the carbon film, etc. before the work to release static electricity in advance. In addition, the worker attaches an antistatic wrist strap (for example, wrist strap 2300 series manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.) to the arm, or an antistatic shoe (for example, electrostatic-compatible safety shoes ES890 manufactured by Midori Safety Co., Ltd.). ) Or an antistatic band (for example, a ground strap for shoes 2045 manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.) is applied to the shoe to engage in the work. Furthermore, it is desirable to take antistatic measures such as laying an antistatic mat (for example, an electrostatically conductive floor mat hard rubber long mat 1890 manufactured by Sumitomo 3M Limited) on the floor of the workplace. The antistatic wrist strap and ground strap are preferably connected to a conductive material such as a metal pipe or metal ingot, and are further grounded by connecting to a grounding wire such as a
また、除電処理や成膜が行われる作業台も帯電する可能性があるので、作業台についても帯電防止対策を施しておくことが望ましい。例えば、住友スリーエム株式会社製の作業台静電気対策キット8029等を利用することにより、作業台に導電性を持たせることが考えられる。さらには、作業台を第3種アース等に接続することにより接地しておくことが好ましい。 In addition, since the work table on which the charge removal process or film formation is performed may be charged, it is desirable to take antistatic measures for the work table. For example, it is conceivable that the workbench is made conductive by using a workbench static electricity countermeasure kit 8029 manufactured by Sumitomo 3M Limited. Furthermore, it is preferable that the work table is grounded by connecting it to a third type earth or the like.
次に、本発明の第2の実施形態に係る成膜方法について説明する。図4は、本実施形態に係る成膜方法において用いられる成膜装置を示す模式図である。
図4に示す成膜装置は、図3に示す成膜装置に加えて、除電機200がさらに設けられており、原料粉に除電処理を施しながらエアロゾルを生成することを特徴としている。その他の構成については、図3に示す成膜装置と同様である。
Next, a film forming method according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing a film forming apparatus used in the film forming method according to the present embodiment.
The film forming apparatus shown in FIG. 4 is further provided with a
除電機200は、エアロゾル生成室110の内部に空気イオンが放出されるように取り付けられている。このようなエアロゾル生成室110にPZT粉等の原料粉を配置し、キャリアガスを導入すると共に、除電機200を動作させる。それにより、キャリアガスによって吹き上げられた原料粉が、除電機200から放出される空気イオンに晒されて中和(即ち、除電)される。
The
本実施形態において用いられる除電機200の機能は、基本的には第1の実施形態において用いられるものと同様であるが、本実施形態においては、空気等の気体の圧力により空気イオンが放出(噴射)される方式のものを用いることが望ましい。その理由は、エアロゾル生成室110において吹き上げられた原料粉が、除電機200のイオン放出口201に詰まる可能性があるからである。そのような除電機としては、例えば、春日電機株式会社製のノズル式除電機NI−01や、送風型除電機KD−410や、住友スリーエム株式会社製のイオナイズドエアーガン980のようなエアーガン方式の除電ブロア等を用いることができる。なお、一般に、空気イオンを放出するために用いられる気体の噴射量(噴射圧)は、エアロゾル生成用のキャリアガスに比較してあまり大きくないので、エアロゾルの生成及び搬送に影響を与えることは少ないと考えられる。
The function of the
次に、本発明の第3の実施形態に係る成膜方法について説明する。図5は、本実施形態に係る成膜方法において用いられる成膜装置を示す模式図である。
図5に示す成膜装置は、図3に示す成膜装置に加えて、除電機300がさらに設けられており、エアロゾル状態になった原料粉に除電処理を施しながら、それを搬送することを特徴としている。その他の構成については、図3に示す成膜装置と同様である。
Next, a film forming method according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a film forming apparatus used in the film forming method according to the present embodiment.
The film forming apparatus shown in FIG. 5 is further provided with a
除電機300は、エアロゾル搬送管113の内部に空気イオンが放出されるように取り付けられている。このような成膜装置において、除電機300を動作させながら、エアロゾルにエアロゾル搬送管113内を通過させると、その間にエアロゾルに除電処理が施される。なお、除電機300としては、第2の実施形態において説明した除電機200(図4)と同様に、気体の圧力によって空気イオンを放出(噴射)する方式を用いることが望ましい。
The
次に、本発明の第4の実施形態に係る成膜方法について説明する。図6は、本実施形態に係る成膜方法において用いられる成膜装置を示す模式図である。
図6に示す成膜装置は、図3に示す成膜装置に加えて、除電機400及びイオン導入管401がさらに設けられており、エアロゾル状態になった原料粉に除電処理を施しながら、それを噴射することを特徴としている。その他の構成については、図3に示す成膜装置と同様である。
Next, a film forming method according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic view showing a film forming apparatus used in the film forming method according to the present embodiment.
The film forming apparatus shown in FIG. 6 is further provided with a
イオン導入管401は、除電機400において発生した空気イオンをノズル122の内部に放出するように取り付けられている。このような成膜装置において、除電機400を動作させると、エアロゾルがノズル122を通過する間、即ち、ノズル122から噴射される直前のエアロゾルに対して除電処理が施される。なお、除電機400としては、第2の実施形態において説明した除電機200(図4)と同様に、気体によって空気イオンを放出(噴射)する方式を用いることが望ましい。
The
以上説明した本発明の第2〜第4の実施形態においては、成膜装置のエアロゾル生成室110と、エアロゾル搬送管113と、ノズル122との内のいずれか1箇所に除電機が設けられているが、2箇所以上に除電機を設けても良い。それにより、一旦除電された原料粉が再び帯電するのを防ぐことができるので、原料粉の凝集を効果的に防止することができる。また、図4〜図6に示す成膜装置において、予め除電処理が施された原料粉を用いても良い。
In the second to fourth embodiments of the present invention described above, a static eliminator is provided at any one of the
また、本発明の第1〜第4の実施形態においては、特許文献2に開示されているのと同様に、図3〜図6に示す成膜装置自体をアースすることにより、さらに高い成膜粉の凝集防止効果を得ることができる。その際には、成膜装置のアース線を金属配管等に接続しても良い。また、第3種アース等に接続する場合には、より高い効果を得ることができる。
Further, in the first to fourth embodiments of the present invention, as disclosed in
本発明の第1〜第4の実施形態においては、PZT膜を形成する場合について説明したが、この他にも、PNN−PZT(Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3−PbZrO3固溶体)等のリラクサ系圧電材料や、チタン酸バリウム(BaTiO3)等の強誘電体セラミックスや、それ以外の誘電体や絶縁体を材料とする膜についても、上記の実施形態において説明した方法及び装置を用いることにより形成することができる。 In the first to fourth embodiments of the present invention, the case where the PZT film is formed has been described. Besides this, PNN-PZT (Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 is used. In the above embodiment, a relaxor piezoelectric material such as (-PbZrO 3 solid solution), a ferroelectric ceramic such as barium titanate (BaTiO 3 ), and a film made of other dielectrics or insulators are also described. It can be formed by using the method and apparatus described above.
また、本発明の第1〜第4の実施形態においては、エアロゾル生成室110に配置される原料粉として、粉体の表面にステアリン酸等の界面活性剤を付着又は被覆させることにより流動性を向上させたものを用いることにより、原料粉の凝集防止効果をさらに高めることができる。
In the first to fourth embodiments of the present invention, as the raw material powder disposed in the
本発明は、原料粉を基板に向けて噴射することにより膜を形成する成膜方法において利用することが可能である。 The present invention can be used in a film forming method for forming a film by spraying raw material powder toward a substrate.
10 薬包紙
20、30 原料粉
40 基板
50 膜
100、200、300、400 除電機
101 空気イオン
110 エアロゾル生成室
111 キャリアガス導入部
112 圧力調整ノズル
113 キャリアガス搬送管
114 振動台
120 成膜室
121 排気管
122 ノズル
123 基板ステージ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成する工程(a)と、
工程(a)において生成されたエアロゾルを搬送する工程(b)と、
工程(b)において搬送されたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射することにより、基板上に原料粉を堆積させる工程(c)と、
を具備し、
工程(c)が、気体の圧力によって空気イオンをイオン導入管を介して前記ノズルの内部に放出することにより、前記ノズルを通過するエアロゾルに除電処理を施すことを特徴とする、成膜方法。 A method of forming a film on a substrate by an aerosol deposition method,
A step (a) of generating an aerosol by dispersing raw material powder with a gas;
A step (b) of conveying the aerosol generated in the step (a);
A step (c) of depositing raw material powder on the substrate by spraying the aerosol conveyed in the step (b) from the nozzle toward the substrate;
Comprising
Engineering as (c) are, by releasing the air ions through the ion inlet tube into the interior of the nozzle by the pressure of the gas, and characterized by applying static elimination processing in the aerosol passing through the nozzle, a film forming method .
工程(a)が、除電処理が施された原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成することを含む、請求項1記載の成膜方法。 Before the step (a), further comprising a step of subjecting the raw material powder to a charge removal treatment,
The film forming method according to claim 1, wherein the step (a) includes generating an aerosol by dispersing the raw material powder subjected to the charge removal treatment with a gas.
原料粉をガスによって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手段と、
前記エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを搬送する搬送手段と、
前記搬送手段を介して供給されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、
気体の圧力によって空気イオンをイオン導入管を介して前記ノズルの内部に放出することにより、前記ノズルを通過するエアロゾルに除電処理を施す除電手段と、
を具備する成膜装置。 An apparatus for forming a film on a substrate by an aerosol deposition method,
Aerosol generating means for generating an aerosol by dispersing raw material powder with gas;
Conveying means for conveying the aerosol generated by the aerosol generating means;
A nozzle for injecting the aerosol supplied through the conveying means toward the substrate ;
By releasing the inside of the nozzle the air ions by the pressure of the gas body through the ion inlet, and discharging means for performing charge elimination aerosol passing through the nozzle,
A film forming apparatus comprising:
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