JP5207308B2 - ガスデポジション装置及びガスデポジション方法 - Google Patents

Description

本発明はガスデポジション装置及びガスデポジション方法に関する。

成膜方法の一つにガスデポジション法（ＧＤ法）がある。ＧＤ法は、金属等の成膜材料を加熱して蒸発させると同時にガスを供給し、ガス中で冷却され形成された成膜材料の微粒子をガスの流動により搬送し、成膜対象物に衝突させ堆積させる成膜方法である。ＧＤ法に用いられる成膜装置は一般に、成膜材料、加熱手段及びガス供給手段を収容する微粒子生成室（以下、生成室）と、成膜対象物を収容する成膜室を有し、生成室と成膜室は微粒子搬送管（以下、搬送管）により接続されている。

当該成膜装置において、例えば、成膜室を減圧すると同時に生成室にガスを供給する等により生成室を成膜室に対して高圧とすることによって、供給されたガスは生成室から成膜室に向かって搬送管を通過して流動し、微粒子を搬送する。成膜室内の搬送管口に十分に開口径の小さいノズルを設けることにより、ガスは高速（例えば亜音速）で噴出し、ガスに搬送されている微粒子も高速で成膜対象物（あるいは既成の膜）に衝突する。微粒子が有する運動エネルギーは熱エネルギーに変換され、微粒子は瞬間的及び局所的に加熱されて溶解し、堆積される。

成膜対象物をノズルに対して移動させることによって、成膜対象物に成膜材料からなる薄膜状構造、あるいは３次元構造等を形成することが可能である。ここで、例えば、島状のパターンを形成する場合、あるいは成膜対象物を交換する場合等には、成膜を一時的に停止する必要がある。この成膜の停止時（成膜停止時）において、成膜材料の加熱を停止し、即ち微粒子の形成を停止する場合、再び昇温するまでに時間を要する。また、搬送管をバルブ等により遮断する場合、微粒子が停滞して凝集することにより、ノズルを閉塞させ、あるいは以降の成膜の際に凝集体のまま混入して膜質や密着力を低下させる。また、生成室の圧力が変動することによって微粒子の形成条件が変化し、微粒子の粒径が不均一となること等により膜質が低下するおそれもある。このように、ＧＤ法において微粒子の供給を停止させる態様は検討を要する。

例えば、特許文献１には、搬送管口（微粒子流入口）を移動させることが可能に構成されたガスデポジション装置が開示されている。当該ガスデポジション装置は、形成される超微粒子の流れが細く収束することを利用し、堆積時（成膜時）には搬送管口を超微粒子の経路中に、堆積停止時（成膜停止時）には搬送管口を超微粒の経路外に移動させる。これにより、成膜時には搬送管に超微粒子が流入して成膜され、成膜停止時には搬送管に超微粒子が流入せず成膜が停止される。成膜停止時においても生成される超微粒子は、搬送管に同心的に配置された吸込管により吸引され、超微粒子生成室内に滞留することなく除去されるとされている。堆積時と堆積停止時では、搬送管及び吸込管に流入するガスの流量は変化せず、超微粒子生成室の圧力は変動しないとされている。

特開平５−２９５５２５号公報（段落[００１４]、図１）

しかしながら、特許文献１に記載のガスデポジション装置では、必要となるガス供給量が多いという問題があった。

即ち、当該ガスデポジション装置では、堆積停止時においても搬送管を介して堆積時と同流量のガスが排出される。また、堆積停止時において蒸発源で生成された微粒子を吸引管によって生成室外へ排出する必要がある。したがって、堆積停止時においても生成室と成膜室との間の差圧を維持するためには、これら搬送管及び吸込管を介して排出されるガス量を生成室へ常に供給しなければならない。実際、堆積停止時において微粒子を確実に排出するためには、吸引管で吸引するガス流量は、搬送管に流入するガス流量の数倍のガス量が必要であった。このため、ノズルの開口径が大きい場合、搬送管へ流入するガス流量が増大すると共に、吸込管に流入するガス流量もそれに伴って増大することになる。

以上のことから、当該ガスデポジション装置では、特にノズルの開口径が大きい場合、堆積停止時において多量のガス供給量が必要となるため、成膜に必要な供給ガスのトータル量は著しく増加することになる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ガス供給量が低減されたガスデポジション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ガスデポジション装置は、微粒子生成室と、成膜室と、ガス導入系と、搬送管と、ガス規制機構と、吸引機構とを具備する。
上記微粒子生成室は、成膜材料を蒸発させる蒸発源を含む。
上記成膜室は、成膜対象物を収容し真空排気可能である。
上記ガス導入系は、上記微粒子生成室にガスを導入する。
上記搬送管は、上記微粒子生成室に臨み上記蒸発源の鉛直上方に位置する第１の開口を有する第１の端部と、上記成膜室に臨む第２の開口を有する第２の端部とを有する。
上記ガス規制機構は、上記第１の端部に嵌合することで上記第１の開口に流入するガスの流路を制限する第１の位置と上記第１の端部に嵌合しない第２の位置とのいずれかをとる可動部材と、上記可動部材を上記第１の位置と上記第２の位置の間で移動させる駆動源とを有する。
上記吸引機構は、上記可動部材が上記第１の位置にある場合に上記蒸発源と上記第１の開口との間にある第３の位置に位置し、上記可動部材が上記第２の位置にある場合に上記第３の位置と異なる第４の位置に位置する吸引口を有し、上記吸引口が上記第３の位置にある場合に上記ガスを吸引し、上記吸引口が上記第４の位置にある場合に上記ガスの吸引を停止する。

本発明の一形態に係るガスデポジション方法は、微粒子生成室にガスを導入して成膜室と上記微粒子生成室の間に差圧を形成することを含む。
上記成膜材料の微粒子は、上記微粒子生成室内に配置された蒸発源によって成膜材料を蒸発させて生成される。
上記微粒子は、搬送管の上記微粒子生成室に臨む第１の開口から上記搬送管の上記成膜室に臨む第２の開口にガスを流通させることで、上記成膜室内に設置された成膜対象物に
堆積される。
堆積は、可動部材を上記搬送管に嵌合させて上記第１の開口に流入する上記ガスの流路を制限し、上記蒸発源から上記第１の開口へ向かう上記ガスを吸引機構によって吸引することで停止される。

本発明の一実施形態に係るガスデポジション装置の概略構成を示す図である。 当該ガスデポジション装置のガス規制機構及び吸引機構の詳細について説明する図である。 当該ガスデポジション装置の可動部材と搬送管の嵌合について説明する図である。 当該ガスデポジション装置を用いる成膜の様子を示す図である。 当該ガスデポジション装置の微粒子生成室のガスフローを説明する図である。 当該ガスデポジション装置の微粒子生成室のガスフローを説明する図である。 比較例に係るガスデポジション装置の微粒子生成室のガスフローを説明する図である。

本発明の一実施形態に係るガスデポジション装置は、微粒子生成室と、成膜室と、ガス導入系と、搬送管と、ガス規制機構と、吸引機構とを具備する。
上記微粒子生成室は、成膜材料を蒸発させる蒸発源を含む。
上記成膜室は、成膜対象物を収容し真空排気可能である。
上記ガス導入系は、上記微粒子生成室にガスを導入する。
上記搬送管は、上記微粒子生成室に臨み上記蒸発源の鉛直上方に位置する第１の開口を有する第１の端部と、上記成膜室に臨む第２の開口を有する第２の端部とを有する。
上記ガス規制機構は、上記第１の端部に嵌合することで上記第１の開口に流入するガスの流路を制限する第１の位置と上記第１の端部に嵌合しない第２の位置とのいずれかをとる可動部材と、上記可動部材を上記第１の位置と上記第２の位置の間で移動させる駆動源とを有する。
上記吸引機構は、上記可動部材が上記第１の位置にある場合に上記蒸発源と上記第１の開口との間にある第３の位置に位置し、上記可動部材が上記第２の位置にある場合に上記第３の位置と異なる第４の位置に位置する吸引口を有し、上記吸引口が上記第３の位置にある場合に上記ガスを吸引し、上記吸引口が上記第４の位置にある場合に上記ガスの吸引を停止する。

上記ガスデポジション装置においては、ガス規制機構の可動部材が第２の位置にあり、吸引機構の吸引口が第４の位置にある場合に成膜材料の微粒子が堆積（成膜時）され、可動部材が第１の位置にあり、吸引口が第３の位置にある場合に微粒子の堆積が停止（成膜停止時）される。

成膜停止時において、ガス導入系により微粒子生成室内に導入されるガスは、微粒子生成室と成膜室の圧力差により第１の開口に流入しようとするが、ガス規制機構によりその流入を規制され、成膜時に比べ搬送管を通過するガス流量は減少する。一方、吸引機構は、蒸発源で生成された微粒子を排出する。このとき、吸引機構は、上記第３の位置に位置しているため、生成された微粒子を効率よく排出することができる。したがって、吸引機構で排出するガス量は、少なくとも、生成室に供給されたガス量と、上記ガス規制機構によって流量が減少されたガス量との差に相当する量であればよい。
以上のように、上記ガスデポジション装置によれば、成膜停止時においても成膜時と同等のガス供給量で、生成室と成膜室との間の所定の圧力差を維持できるとともに、生成室内における微粒子の滞留を防止することが可能となる。

上記搬送管は、上記第１の端部が水平方向に延びてもよく、上記可動部材は、上記第１の位置から上記第２の位置へ、及び上記第２の位置から上記第１の位置へ水平方向に移動してもよい。

この構成によれば、ガス規制機構の可動部材に付着する微粒子を低減することが可能となる。微粒子流は熱対流により蒸発源から鉛直上方に流れる。一方、可動部材が第２の位置から第１の位置に移動する際、移動過程では微粒子流の一部が吸引機構に吸引され、一部は搬送管の第１の開口に流入する。可動部材の移動方向を水平、即ち微粒子流の流れる方向に対して垂直とすれば、可動部材が移動中に微粒子流と接触する面積を最小限とすることが可能である。

上記吸引口は、上記可動部材に固定されていてもよい。

この構成によれば、吸引機構の吸引口をガス規制機構の駆動源によって、可動部材と一体的に移動させることが可能となる。上述のように、可動部材が搬送管に接近し、第１の開口へのガスの流入が規制されると同時に吸引口によりガス及び微粒子が吸引される。即ち、可動部材の第１の位置と吸引口の第３の位置、可動部材の第２の位置と吸引口の第４の位置は対応している。このため、吸引口を可動部材に固定することにより、別途吸引口を移動させるための機構を要しない。

上記第２の端部は、スリット型ノズルであってもよい。

この構成によれば、ガス供給量を低減しつつ、大面積への堆積が可能となる。一般に、スリット型ノズルでは、大きな成膜面積を得ることが可能であるが、微粒子の速度を維持するために必要なガス流量は増加する。本構成では上述のように、成膜停止時にノズルを通過するガス量、即ち搬送管を流通するガス流量を低減することが可能であるため、ガス供給量を低減することが可能である。

上記ガスデポジション装置は、上記第１の開口の鉛直上方に設けられ、上記吸引口が上記第３の位置にある場合に上記吸引機構が吸引する上記ガスの流量より小さい流量の上記ガスを常時吸引する補助吸引機構をさらに具備してもよい。

この構成によれば、微粒子生成室内を浮遊する微粒子を除去することが可能となる。生成した微粒子の一部が、微粒子流から逸脱し、あるいは吸引口に吸引されないことにより搬送管の第１の開口及び吸引口のいずれにも吸引されず、微粒子生成室内を浮遊する場合がある。浮遊する微粒子は互いに凝集し、この凝集した微粒子が第１の開口に流入すると、ノズルが閉塞し、あるいは膜中に混入して膜品質を低下させるおそれがある。本構成ではこのような浮遊する微粒子を補助吸引機構によりガスと共に吸引することで除去することが可能となる。なお、補助吸引機構は、微粒子流そのものを吸引する必要がないため、その吸引量は搬送管に流入するガス流量に比べ十分小さく、ガス供給量に占める割合は少ない。

本発明の一実施形態に係るガスデポジション方法は、微粒子生成室にガスを導入して成膜室と上記微粒子生成室の間に差圧を形成することを含む。
上記成膜材料の微粒子は、上記微粒子生成室内に配置された蒸発源によって成膜材料を蒸発させて生成される。
上記微粒子は、搬送管の上記微粒子生成室に臨む第１の開口から上記搬送管の上記成膜室に臨む第２の開口にガスを流通させることで、上記成膜室内に設置された成膜対象物に
堆積される。
堆積は、可動部材を上記搬送管に嵌合させて上記第１の開口に流入する上記ガスの流路を制限し、上記蒸発源から上記第１の開口へ向かう上記ガスを吸引機構によって吸引することで停止される。

上記堆積を停止させる工程では、上記第１の開口への流入を制限された上記ガスと同流量の上記ガスを上記吸引機構によって吸引してもよい。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るガスデポジション装置１の概略構成を示す図である。
同図に示すように、ガスデポジション装置１は、微粒子生成室２と、成膜室３と、搬送管４と、ガス導入系５と、ガス規制機構６と、吸引機構７とを具備する。微粒子生成室２と成膜室３とは搬送管４によって連結されている。微粒子生成室２にはガス規制機構６と吸引機構７が取り付けられている。

ガスデポジション装置１は、また、微粒子生成室に取り付けられた補助吸引機構８と、微粒子生成室２及び成膜室３に接続された真空排気系９と、微粒子生成室２に収容された蒸発源１０と、成膜室３に収容された成膜対象物ｓを有する。また、図１には成膜材料の微粒子の流れである微粒子流ｆを示す。

微粒子生成室２は、室内と外部を遮断し、室内を気密に維持する。微粒子生成室２は蒸発源１０を収容し、真空排気系９、ガス導入系５と接続されている。また、微粒子生成室２にはガス規制機構６、吸引機構７、補助吸引機構８が取り付けられている。

成膜室３は、室内と外部を遮断し、室内を気密に維持する。成膜室３は成膜対象物ｓを収容し、真空排気系９と接続されている。

搬送管４は、微粒子生成室２と成膜室３を連結する。搬送管４は、微粒子生成室２内の部分である第１の端部４ａと成膜室３内の部分である第２の端部４ｂを有する。また第１の端部４ａは搬送管４の微粒子生成室２側の開口である第１の開口４ｃを有し、第２の端部４ｂは搬送管４の成膜室側の開口である第２の開口４ｄを有する。第１の端部４ａは後述する可動部材１５と嵌合することが可能に形成され、水平方向に伸びるように形成される。第１の端部４ａの形状はこれに限られず、可動部材１５の移動方向に対して伸びるように形成されればよい。第２の端部４ｂは成膜対象物ｓと対向するノズルであり、例えばスリット型ノズルとされる。第１の開口４ｃは蒸発源１０の鉛直上方に位置し、鉛直下方に傾斜するように形成される。これは、可動部材１５と嵌合する際にコンダクタンスが急激に変化しないように形成されるものであり、この形状に限られない。第２の開口４ｄ（ノズル開口）は例えばスリット幅０．３ｍｍ、スリット長さ３０ｍｍのスリット型の開口を有する。また、搬送管４は、搬送管４への微粒子の付着を低減するためのヒーター等の加熱手段を備えていてもよい。

ガス導入系５は、微粒子生成室２にガスを導入する。ガス導入系５は、ガス源１１と、配管１２と、バルブ１３と、ガス導入孔１４を有する。微粒子生成室２の室内にガス導入孔１４が配置され、ガス導入孔１４とガス源１１は配管１２によって接続される。配管１２上にはバルブ１３が設けられる。ガス源１１は例えばガスボンベである。ガス導入孔１４は蒸発源１０によって蒸発した成膜材料の微粒子流を阻害しないように、例えば蒸発源１０の周囲を取り囲むように配置される。

なお、ガス導入系５から導入されるガスには、典型的には、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性ガスが用いられる。また、上記ガスに酸素などの反応性ガスを用いることにより、微粒子の酸化物膜などを形成することができる。

ガス規制機構６は、成膜時において搬送管４の第１の開口４ｃへのガスの流入を規制せず、成膜停止時において第１の開口４ｃへのガスの流入を規制する。ガス規制機構６は、可動部材１５と、シャフト１６と、駆動源１７を有する。可動部材１５は微粒子生成室２の室内に、駆動源１７は微粒子生成室２の室外に配置され、微粒子生成室２の壁面を貫通するシャフト１６によって連結されている。駆動源１７によってシャフト１６が駆動され、可動部材１５が移動可能に構成されている。可動部材１５は、可動部材１５への微粒子の付着を低減するためのヒーター等の加熱手段を備えていてもよい。ガス規制機構６の詳細については後述する。

吸引機構７は、成膜時においては作動せず、成膜停止時においてガス及び微粒子を吸引する。吸引機構７は、吸引口１８と、配管１９と、バルブ２０と、フィルター２１と、流量調節バルブ２２と、排気ポンプ２３とを有する。吸引口１８は、配管１９によって排気ポンプ２３に接続されている。配管１９上にバルブ２０、フィルター２１、流量調節バルブ２２が設けられている。吸引機構７の詳細については後述する。

補助吸引機構８は、微粒子生成室２内に浮遊する微粒子を吸引する。補助吸引機構８は、吸引口３５と、配管２４と、バルブ２５と、フィルター２６と、流量調節バルブ２７と、排気ポンプ２８とを有する。吸引口３５は微粒子生成室２内に配置され、配管２４によって排気ポンプ２８に接続されている。配管２４上にバルブ２５、フィルター２６及び流量調節バルブ２７が設けられている。後述するが、補助吸引機構８は微粒子生成室２内を浮遊する微粒子を吸引するためのものである。微粒子が浮遊しない場合、あるいは微粒子の浮遊が問題とならない場合は必ずしも設けなくてもよい。

真空排気系９は、微粒子生成室２及び成膜室３を真空排気する。真空排気系９は真空ポンプ３２と、配管２９と、バルブ３０と、バルブ３１とを有する。微粒子生成室２及び成膜室３は配管２９によって真空ポンプ３２と接続され、配管２９上の、微粒子生成室２と真空ポンプ３２との間にバルブ３０が、成膜室３と真空ポンプ３２との間にバルブ３１が設けられている。

蒸発源１０は、成膜材料ｍを蒸発させる。蒸発源１０は例えば抵抗加熱、高周波誘導加熱あるいはレーザー加熱等の原理により成膜材料ｍを加熱し蒸発させることが可能に構成されている。蒸発源１０は位置調節機構３３によって微粒子生成室２内に、搬送管４の第１の開口４ｃと対向する位置に支持されている。位置調節機構３３は、蒸発源１０を支持し、蒸発源１０の位置を調節することが可能に構成されている。成膜材料ｍは例えばＬｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ａｕ−Ｓｎ等の金属および合金からなる。

成膜室３には成膜対象物ｓが配置されている。成膜対象物ｓは図示しない支持機構によって第２の開口４ｄ（ノズル開口）に対して移動可能に支持される。成膜対象物ｓは例えばロール状基材、平板基材等である。

ガス規制機構６と吸引機構７の詳細について説明する。
図２はガス規制機構６及び吸引機構７の詳細について説明する図である。図２（Ａ）は可動部材１５が第２の位置、吸引口１８が第４の位置にある場合、図２（Ｂ）は可動部材１５が第１の位置、吸引口１８が第３の位置にある場合を示す。なお、図２では搬送管４は図示しない。

ガス規制機構６について第２の位置は、可動部材１５が搬送管４と嵌合しない位置であり、第１の位置は可動部材１５が搬送管４と嵌合する位置である。また、吸引口１８について第４の位置は、蒸発源１０と第１の開口４ｃの間の位置であり、第３の位置は蒸発源１０と第１の開口４ｃの間の位置である。

図２に示すように、ガス規制機構６の可動部材１５は微粒子生成室２の壁面を貫通するシャフト１６によって支持されている。シャフト１６は可撓性を有するベローズジョイント３６によって気密に被覆されている。可動部材１５は連結されたシャフト１６が図示しない駆動源１７によって直線運動することによって第２の位置から第１の位置へ、及び第１の位置から第２の位置へ移動する。可動部材１５の移動方向は、後述する、鉛直上方に流れる微粒子流に対して垂直な方向、即ち水平方向とすることができる。駆動源１７によって可動部材１５が移動する速度は調節することが可能とされている。なお、ガス規制機構６は上述のような構成に限られず、可動部材１５が第１の位置から第２の位置へ移動することが可能な構成であればよい。

また、同図に示すように、吸引機構７の吸引口１８はガス規制機構６の可動部材１５に支持され、ガス規制機構６の移動に伴って第４の位置から第３の位置へ、及び第３の位置から第４の位置へ移動するように構成される。吸引口１８は配管１９に接続され、配管１９の一部は吸引口１８の移動に対応するためのフレキシブル配管１９’とされている。吸引口１８は微粒子を吸引することが可能な面積を確保するために例えば図示するような開口形状が円形のカサ状とすることができる。なお、吸引機構７は上述のような構成に限られず、可動部材１５の移動に伴って移動可能な構成であればよい。例えば吸引口１８が可動部材１５に支持される構成に限られず、吸引口１８を移動させる駆動源が独立に設けられてもよい。

可動部材１５と搬送管４の嵌合について説明する。
図３は可動部材１５と搬送管４の嵌合について説明する図である。図３（Ａ）は可動部材１５が第２の位置、吸引口１８が第４の位置にある場合、図３（Ｂ）は可動部材１５が第１の位置、吸引口１８が第３の位置にある場合を示す。なお、図３では微粒子流及び吸引機構７は図示しない。

同図に示すように、可動部材１５は第２の位置において搬送管４の第１の端部４ａと離間し、第１の位置において第１の端部４ａと嵌合することが可能に形成される。可動部材１５が搬送管４に嵌合された際、可動部材１５と搬送管４の間には所定の間隙が形成される。この間隙は、第１の開口４ｃ付近に付着した微粒子が外挿の際に剥ぎ取られ、搬送管４内に進入することを防止するために十分な大きさにされる。搬送管４は断面が一様な管とされ、可動部材１５は搬送管４の外径より大きい内径の開口を有する筒状の部材とされることができる。可動部材１５が第１の位置にある場合において、搬送管４の第１の開口４ｃから一定の長さ（例えば搬送管４の内径の３倍程度）の部分である第１の端部が可動部材１５と嵌合する。搬送管４は少なくとも第１の端部４ａが可動部材１５の移動方向に沿うように配置される。

以上のように可動部材１５と搬送管４が構成されることにより、搬送管４に進入するガスは、第２の位置においては第１の開口４ｃから、第１の位置のおいては第１の開口４ｃより開口面積の小さい第１の開口４ｃ’から流入する。このため、可動部材１５が第１の位置にある場合に比べ第２の位置にある場合は流路が制限され、搬送管４に流入するガスのコンダクタンスは小さくなる。即ち、第１の位置においては第２の位置に比べ、第１の開口４ｃに流入するガスは規制される。

なお、可動部材１５と搬送管４は上述したような構成に限られず、第１の位置において第１の開口４ｃより流入するガスが規制される構成であればよい。可動部材１５が搬送管４に外挿される構成を示したが、可動部材１５が搬送管４に内挿される構成であってもよい。この場合、可動部材１５は搬送管４の内径より小さい外形を有する棒状の部材とすることができる。

また、可動部材１５の搬送管４側の端１５ａと吸引口１８の搬送管４側の端１８ａは水平位置が一致しているほうがよい。上述のように可動部材１５が搬送管４に嵌合し搬送管４に流入するガスが規制されるとともに吸引口１８からガスが吸引され、微粒子生成室２の圧力が一定に維持される。端１５ａが端１８ａより搬送管４に接近している場合、搬送管４へのガスの流入が規制される一方、微粒子流ｆは吸引口１８により吸引されないため、可動部材１５に微粒子が付着するおそれがある。また端１８ａが端１５ａより搬送管に接近している場合、端１８ａが微粒子流ｆに侵入する一方、吸引口１８からの吸引は依然されない（微粒子生成室２の圧力を維持するため）ため、微粒子流ｆが吸引口１８により阻害され飛散するおそれがある。

以上のように構成されたガスデポジション装置１を用いるガスデポジション方法ついて説明する。

成膜の準備として以下の操作を行う。この時点でガス規制機構６の可動部材１５は第２の位置にあり、吸引機構７の吸引口１８は第４の位置にあるとする。なお、ここでは補助吸引機構８による吸引がなされない場合について説明し、補助吸引機構８の動作については後述する。

蒸発源１０に成膜材料ｍを配置し、成膜室３内の支持機構に成膜対象物ｓを配置する。
真空排気系９により微粒子生成室２及び成膜室３内の気体を排気する。真空ポンプ３２を運転し、バルブ３０及びバルブ３１を開放する。微粒子生成室２が十分に排気された時点でバルブ３０を閉止し、微粒子生成室２の排気を停止する。なお、バルブ３１は閉止せず、成膜室３は継続して排気する。

ガス導入系５から微粒子生成室２内にガスを導入する。
バルブ１３を開放し、ガス源１１からガスを流通させる。微粒子生成室２にガスが導入される一方、成膜室３は継続して排気されているため、微粒子生成室２と成膜室３には圧力差が生じる。所定の圧力差（例えば１気圧）になるようにガス供給量を調節する。この圧力差により、導入されたガスは搬送管４の第１の開口４ｃへ流入し、第２の開口４ｄから流出する。

次に、ガス規制機構６の可動部材１５を第２の位置から第１の位置に移動させ、吸引機構７の吸引口１８を第４の位置から第３の位置に移動させ、吸引機構７によりガスを吸引させる。
排気ポンプ２３を動作させ、バルブ２０を開放する。駆動源１７により、可動部材１５及び吸引口１８を移動させる。可動部材１５が第１の位置に移動すると、可動部材１５と搬送管４が嵌合して第１の開口４ｃ’が形成され、搬送管４に流入するガスのコンダクタンスが低下し、即ち流入するガス流量が低下するため、その減少分に相当する量を吸引機構７により吸引口１８から吸引する。

次に、蒸発源１０により成膜材料ｍを蒸発させる。蒸発した成膜材料ｍの気体は冷却され微粒子が生成される。微粒子は熱対流及びガス導入孔１４から導入されるガス流によって収束し、蒸発源１０から鉛直上方に流れる微粒子流ｆが形成される。ここで、微粒子流ｆは蒸発源１０の鉛直上方に移動している吸引口１８によりガスと共に吸引される。蒸発源１０による成膜材料ｍの蒸発が開始された直後は、微粒子流ｆに含まれる微粒子の量が少ない、あるいは安定しないため、形成される微粒子の量が所定の量になるまで吸引口１８による吸引が維持される。なお、吸引口１８に吸引された微粒子はフィルター２１により捕集される。

以上のように微粒子生成室２と成膜室３が所定の圧力差に維持され、所定の微粒子量を含む微粒子流ｆが形成されている状態で成膜が開始される。成膜時では微粒子流ｆが搬送管４の第１の開口４ｃに流入して第２の開口４ｄから噴射されて成膜対象物ｓに堆積され、成膜停止時では微粒子流ｆが第１の開口４ｃに流入しない。例えば成膜対象物ｓ上に島状のパターンを形成する場合、あるいは成膜対象物ｓを交換する場合等には成膜時と成膜停止時が切り替えられる。本実施形態に係るガスデポジション装置１では、第２の端部４ｂがスリット型ノズルとされているため、成膜対象物ｓを一方向に移動させることにより、大面積に成膜することが可能である。なお、準備段階において、噴出する微粒子の量を測定し、位置調節機構３３により蒸発源１０の位置を第１の開口４ｃの鉛直下方に位置するように調整してもよい。

図４は成膜の様子を示す図である。図４（Ａ）は成膜時、図４（Ｃ）は成膜停止時を示し、図４（Ｂ）は成膜時と成膜停止時の間の遷移時を示す。
図５は、微粒子生成室２のガスフローを説明する図である。図５（Ａ）は成膜時、図５（Ｂ）は成膜停止時を示す。

図４（Ａ）に示す成膜時について説明する。
駆動源１７により、可動部材１５を第１の位置から第２の位置へ、吸引口１８を第３の位置から第４の位置へ移動させ、吸引機構７による吸引口１８からの吸引を停止する。蒸発源１０から鉛直上方に流れる微粒子流ｆはガスと共に第１の開口４ｃに流入し第２の開口４ｄから噴出する。吸引口１８は蒸発源１０の鉛直上方にない第４の位置に存在しているため、微粒子流ｆは妨げられることなく第１の開口４ｃに流入することが可能である。

図５（Ａ）に示すように、成膜時（deposition on)においては、微粒子生成室２のガスフローは、ガス導入系５から導入されるガス流量（ガス供給量）がＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、搬送管４に流入するガス流量がＸ（Ｌ／ｍｉｎ）となり、微粒子生成室２と成膜室３は所定の圧力差となる。成膜時に必要なガス供給量は、搬送管４に粒子を搬送するために必要なガス流量と同量であり、成膜停止時に粒子を排出するために必要なガス流量に相当するガス流量は含まれていない。即ち、ガス供給量は必要最低限とすることが可能である。

例えば、第２の端部４ｂを内径１ｍｍの丸型ノズルとし、Ｈｅガスを用いる場合、ガス供給量（Ｘ）を１０Ｌ／ｍｉｎとすることにより、搬送管４に流入するガス流量（Ｘ）は１０Ｌ／ｍｉｎ、圧力差１気圧となる。また、第２の端部４ｂを流路のスリット幅０．３ｍｍ、スリット長さ３０ｍｍのスリット型ノズルとし、Ｎ_２ガスを用いる場合、ガス供給量（Ｘ）を１２０Ｌ／ｍｉｎとすることにより、搬送管４に流入するガス流量（Ｘ）は１２０Ｌ／ｍｉｎ、圧力差１気圧となる。

図４（Ｃ）に示す成膜停止時について説明する。
駆動源１７により、可動部材１５を第２の位置から第１の位置へ、吸引口１８を第４の位置から第３の位置に移動させ、吸引機構７によりガス及び微粒子を吸引する。可動部材１５が搬送管４の第１の端部４ａに嵌合しているため、第１の開口４ｃよりも面積の小さい第１の開口４ｃ’が形成され、搬送管４に流入するガスの流量は減少する。一方で、この減少分に相当する流量を吸引口１８により吸引することで、微粒子生成室２の圧力を成膜時と同圧に維持することが可能である。吸引機構７による吸引量は流量調節バルブ２２により調整することができ、例えば図示しない圧力センサにより微粒子生成室２の圧力を監視し、フィードバックすることにより実現される。また、吸引口１８は蒸発源１０の鉛直上方、即ち微粒子流ｆの経路上である第３の位置に存在し、微粒子流ｆを吸引するため、微粒子流ｆに含まれる微粒子のほぼ全てを吸引することが可能である。

図５（Ｂ）に示すように、成膜停止時（deposition off)においては、微粒子生成室２のガスフローは、ガス導入系５から導入されるガス流量（ガス供給量）がＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、搬送管４に流入するガス流量がＹ（Ｌ／ｍｉｎ）である場合に吸引口１８に吸引されるガス流量をＸ−Ｙ（Ｌ／ｍｉｎ）とする。これにより、微粒子生成室２と成膜室３の圧力差を成膜時における圧力差のまま維持することが可能である。成膜停止時に必要なガス供給量は、微粒子を除去するために必要なガス流量と、搬送管４内の微粒子の滞留を防ぐために搬送管４内必要なガス流量との和と同量である。搬送管４へのガスの流入はガス規制機構６によって規制されているため、搬送管４内を流通するガス流量は成膜時よりも低減されており、搬送管４を流通して排出される過剰なガス流量を抑制することが可能である。

例えば、第２の端部４ｂが内径１ｍｍの丸型ノズルであり、Ｈｅガスを用いる場合であって、ガス供給量（Ｘ）が１０Ｌ／ｍｉｎ、搬送管４に流入するガス流量（Ｙ）が５Ｌ／ｍｉｎである場合に、吸引口１８に吸引されるガス流量を５Ｌ／ｍｉｎ（Ｘ−Ｙ）とすることによって、微粒子生成室２と成膜室３の圧力差を１気圧のまま維持することが可能である。また、第２の端部４ｂが流路のスリット幅０．３ｍｍ、スリット長さ３０ｍｍのスリット型ノズルであり、Ｎ_２ガスを用いる場合であって、ガス供給量（Ｘ）が１２０Ｌ／ｍｉｎ、搬送管４に流入するガス流量（Ｙ）が４０Ｌ／ｍｉｎである場合に、吸引口１８に吸引されるガス流量を８０Ｌ／ｍｉｎ（Ｘ−Ｙ）とすることによって、圧力差を１気圧のまま維持することが可能である。換言すれば、圧力差を１気圧のまま維持しながら、ガス供給量を成膜時と同量とすることが可能である。

図４（Ｂ）に示す遷移時について説明する。
上述した成膜時と成膜停止時を切り替える際、駆動源１７により可動部材１５を第１の位置と第２の位置の間で、また、吸引口１８を第３の位置と第４の位置の間で移動させ、吸引機構７による吸引量を調節する。可動部材１５が第１の位置と第２の位置との間で移動する過程では、搬送管４に流入するガスのコンダクタンスは成膜時より小さく、成膜停止時より大きくなるため、搬送管４に流入するガスの流量も成膜時より小さく、成膜停止時より大きくなる。このため、吸引口１８から吸引されるガス流量を、搬送管４に流入するガス流量と吸引口１８に流入するガス流量の和が一定となるように連続的に調節することにより、遷移時においても微粒子生成室の圧力を一定とすることが可能である。また、遷移時間が十分短く、微粒子生成室２の容積が十分大きい場合、微粒子生成室２内のガス量の若干の変動は吸収されるため、吸引口１８の吸引量を連続的に調節ことは要しない。また、遷移時においては、吸引口１８は微粒子流ｆに部分的に進入する位置をとる。上述のように可動部材１５の端１５ａと吸引口１８の端１８ａの水平位置は一致しているため、微粒子流ｆは一部が吸引口１８に吸引され、他の一部が吸引口１８に吸引されず鉛直上方に流れる。ここで、搬送管４の第１の開口４ｃは鉛直下方に傾斜するように形成されているため、可動部材１５と搬送管４の嵌合が開始されても、微粒子流ｆが第１の開口４ｃに流入する隙間が確保され、微粒子流の他の一部を第１の開口４ｃに流入させることが可能となる。

以上のように、成膜時において供給されているガス流量を、成膜停止時にガス規制機構６によって搬送管４への流入を防止すると共に吸引機構７によって吸引する。これにより、搬送管４を通過して成膜室３へ排出されるガス流量を、搬送管４内の微粒子の滞留を防止するために必要な流量を残して低減することが可能である。また、搬送管４の流入を規制されたガス流量を微粒子生成室２からの微粒子の排出に用いることにより、ガス導入系５からのガス供給量の調節を要することなく微粒子生成室２内の圧力を維持し、微粒子生成室２内の微粒子の滞留を防止することが可能である。即ち、成膜時において微粒子の搬送に必要不可欠なガス流量は、成膜停止時において搬送管４内の微粒子の滞留防止と微粒子生成室２内からの微粒子の排出に用いられ、不要に排出されるガス供給量を削減することが可能である。

以下、補助吸引機構８の動作について説明する。
図６は、微粒子生成室２のガスフローを説明する図である。図６（Ａ）は成膜時、図６（Ｂ）は成膜停止時を示す。

補助吸引機構８は、遷移時において、吸引機構７の吸引口１８によって吸引されず、かつ第１の開口４ｃに流入しなかった微粒子の吸引を主な目的として設けられる。また、成膜時及び成膜停止時において微粒子流ｆから逸脱し、微粒子生成室２を浮遊する微粒子が生じる場合もあり、この浮遊する微粒子も補助吸引機構８によって除去される。

補助吸引機構８は成膜中に連続して動作させてもよい。この場合、上述の成膜準備の段階で補助吸引機構８による吸引を開始することができる。本実施形態にかかるガスデポジション装置１では、成膜時には生成された微粒子流ｆはそのほぼ全量が搬送管４に流入し、成膜停止時には微粒子流ｆのそのほぼ全量が吸引機構７に吸引される。ガスデポジション装置１は成膜停止時に主として補助吸引機構８によって微粒子流ｆを吸引する構成とは異なり、補助吸引機構８の吸引量はガス供給量に比べて十分小さいものとすることが可能であり、例えばガス供給量の１０％以下とすることが可能である。これにより、補助吸引機構８によって微粒子流ｆを吸引する構成に比べ、ガス供給量を低減することが可能である。

上述の例において補助吸引機構８を動作させた場合、成膜時（deposition on)では図６（Ａ）に示すように、ガス供給流量をＸ＋α（Ｌ／ｍｉｎ）、搬送管４に流入するガス流量をＸ（Ｌ／ｍｉｎ）、補助吸引機構８による吸引量をα（Ｌ／ｍｉｎ）とすることが可能である。また、成膜停止時（deposition off)では図６（Ｂ）に示すように、ガス供給流量をＸ＋α（Ｌ／ｍｉｎ）、搬送管４に流入するガス流量をＹ（Ｌ／ｍｉｎ）、吸引口１８に吸引されるガス流量をＸ＋α−Ｙ（Ｌ／ｍｉｎ）、補助吸引機構８による吸引量をα（Ｌ／ｍｉｎ）とすることができる。なお、補助吸引機構８は成膜中連続して動作させる場合に限られず、遷移時、あるいは遷移時後に短時間動作させてもよい。補助吸引機構８による吸引量αは例えば１Ｌ／ｍｉｎとすることが可能である。

以上、本実施形態に係るガスデポジション装置１によるガスデポジション方法について説明した。ガス供給量が低減される理由について以下で説明する。
図７は比較例としてのガスデポジション装置の微粒子生成室のガスフローを説明する図である。図７（Ａ）は成膜時、図７（Ｂ）は成膜停止時を示す。

一般的なガスデポジション装置において、成膜停止時に搬送管からの微粒子の噴出を停止するためには、例えばバルブ等により搬送管を遮断することが考えられる。しかし、搬送管が遮断されることにより、搬送管を流れるガス流が停止し搬送管内に微粒子が付着、凝集するおそれがある。また、微粒子生成室へのガス供給を停止するとしても、微粒子生成室の圧力が変動し、微粒子生成条件が変化するため好ましくない。

このため、成膜停止時においても搬送管内にガスを流通させることが考えられる。この場合、成膜停止時において搬送管への微粒子の流入を防止する必要があり、例えば生成される微粒子を別途吸引することが考えられる。しかしながら、この場合、成膜停止時において、搬送管に流入するガス流量に加え、微粒子の吸引に要するガス流量が必要となる。この微粒子の吸引に要するガス流量は、搬送管への微粒子の流入を阻止する必要があるため、搬送管へのガス流量の数倍のガス流量が必要である。一方、微粒子生成室の圧力を維持するためには、これらの和に相当するガス流量を供給する必要がある。このため、特にノズルの開口径が大きい場合、即ち搬送管を流通するガス流量が多い場合、成膜停止時において必要なガス供給量も増大する。

例えば、図７に示す比較例では、図７（Ａ）に示す成膜時（deposition on)においては、必要なガス供給量Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）は搬送管に流入するガス流量Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）と同量である。一方、図７（Ｂ）に示す成膜停止時（deposition off)においては、必要なガス供給量４Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）は、搬送管に流入するガス流量Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）と微粒子の除去に要するガス流量の３Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）の和である。搬送管に流入するガス流量が多い場合、ガス供給量も多量に必要である。

これに対し、本実施形態にかかるガスデポジション装置１によるガスデポジション方法では、成膜停止時において可動部材１５により搬送管４へ流入するガス流量を成膜時に対して低減させる。また、同時に吸引口１８により微粒子流ｆの経路上で、低減されたガス流量に相当するガス流量を吸引する。これにより、微粒子を滞留させることなく除去し、かつ、微粒子生成室２の圧力を維持することが可能である。即ち、成膜停止時において微粒子を排出するために必要なガス流量を、成膜時において搬送管４を流通させるのに必要となるガス流量の一部を流用することにより確保するため、微粒子を排出するためのガス流量を別途供給する必要はなく、ガス供給流量を低減することが可能である。

例えば、図５に示したように、本実施形態に係るガスデポジション装置１では、成膜時（deposition on)においては、必要なガス供給量Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）は搬送管４に流入するガス流量Ｘ（Ｌ／ｍｉｎ）と同量である。また、成膜停止時（deposition off)においては、必要となるガス供給量は搬送管４に流入するガス流量Ｙ（Ｌ／ｍｉｎ）と微粒子の除去に要するガス流量の（Ｘ−Ｙ）Ｌ／ｍｉｎの和であるＸ（Ｌ／ｍｉｎ）であり、比較例の場合と比べて低減することが可能である。

具体的には、上述のように、搬送管のノズルが内径１ｍｍの丸型ノズルであり、圧力差１気圧において搬送管に流入するガス流量（Ｘ）は１０Ｌ／ｍｉｎである。比較例の場合、成膜停止時に必要なガス供給量（４Ｘ）は４０Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、本実施形態の場合は１０Ｌ／ｍｉｎであり、即ち、ガス供給量を３０Ｌ／ｍｉｎ低減することが可能である。また搬送管のノズルが流路のスリット幅０．３ｍｍ、スリット長さ３０ｍｍのスリット型ノズルであり、Ｎ_２ガス使用時に、圧力差１気圧において搬送管に流入するガス流量（Ｘ）は１２０Ｌ／ｍｉｎである。比較例の場合、成膜停止時に必要なガス供給量（４Ｘ）は４８０Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、本実施形態の場合は１２０Ｌ／ｍｉｎであり、即ち、ガス供給量を３６０Ｌ／ｍｉｎ低減することが可能である。このように、特にノズルの開口径が大きい場合、即ち搬送管を流通するガス流量が多い場合、必要なガス供給量を大幅に低減することが可能である。

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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。

上述の実施形態では、搬送管４の第１の開口４ｃは鉛直下方に向けて斜めになるように形成されているものとしたが、これに限られず、ガス規制機構６の可動部材１５と嵌合することにより第１の開口４ｃに流入するガスのコンダクタンスを可変できる構成であればよい。例えば、第１の開口４は、第１の端部４ａに搬送管４の長手方向に沿って形成されたスリット状とすることもできる。

１ ガスデポジション装置
２ 微粒子生成室
３ 成膜室
４ 搬送管
４ａ 第１の端部
４ｂ 第２の端部
４ｃ 第１の開口
４ｄ 第２の開口
５ ガス導入系
６ ガス規制機構
７ 吸引機構
８ 補助吸引機構
１０ 蒸発源
１５ 可動部材
１７ 駆動源
１８ 吸引口
ｓ 成膜対象物
ｆ 微粒子流
ｍ 成膜材料

Claims (7)

1. 成膜材料を蒸発させる蒸発源を含む微粒子生成室と、
   成膜対象物を収容する真空排気可能な成膜室と、
   前記微粒子生成室にガスを導入するガス導入系と、
   前記微粒子生成室に臨み前記蒸発源の鉛直上方に位置する第１の開口を有する第１の端部と、前記成膜室に臨む第２の開口を有する第２の端部とを有する搬送管と、
   前記第１の端部に嵌合することで前記第１の開口に流入するガスの流路を制限する第１の位置と前記第１の端部に嵌合しない第２の位置とのいずれかをとる可動部材と、前記可動部材を前記第１の位置と前記第２の位置の間で移動させる駆動源とを有するガス規制機構と、
   前記可動部材が前記第１の位置にある場合に前記蒸発源と前記第１の開口との間にある第３の位置に位置し、前記可動部材が前記第２の位置にある場合に前記第３の位置と異なる第４の位置に位置する吸引口を有し、前記吸引口が前記第３の位置にある場合に前記ガスを吸引し、前記吸引口が前記第４の位置にある場合に前記ガスの吸引を停止する吸引機構と
   を具備するガスデポジション装置。
2. 請求項１に記載のガスデポジション装置であって、
   前記搬送管は、前記第１の端部が水平方向に延び、
   前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置へ、及び前記第２の位置から前記第１の位置へ水平方向に移動する
   ガスデポジション装置。
3. 請求項２に記載のガスデポジション装置であって、
   前記吸引口は前記可動部材に固定されている
   ガスデポジション装置。
4. 請求項３に記載のガスデポジション装置であって、
   前記第２の端部はスリット型ノズルである
   ガスデポジション装置。
5. 請求項１に記載のガスデポジション装置であって、
   前記第１の開口の鉛直上方に設けられ、前記吸引口が前記第３の位置にある場合に前記吸引機構が吸引する前記ガスの流量より小さい流量の前記ガスを常時吸引する補助吸引機構をさらに具備する
   ガスデポジション装置。
6. 微粒子生成室にガスを導入して成膜室と前記微粒子生成室の間に差圧を形成し、
   前記微粒子生成室内に配置された蒸発源によって成膜材料を蒸発させて前記成膜材料の微粒子を生成させ、
   搬送管の前記微粒子生成室に臨む第１の開口から前記搬送管の前記成膜室に臨む第２の開口にガスを流通させることで、前記成膜室内に設置された成膜対象物に前記微粒子を堆積させ、
   可動部材を前記搬送管に嵌合させて前記第１の開口に流入する前記ガスの流路を制限し、前記蒸発源から前記第１の開口へ向かう前記ガスを吸引機構によって吸引することで堆積を停止させる
   ガスデポジション方法。
7. 請求項６に記載のガスデポジション方法であって、
   前記堆積を停止させる工程では、前記第１の開口への流入を制限された前記ガスと同流量の前記ガスを前記吸引機構によって吸引する
   ガスデポジション方法。

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