(57)【要約】【課題】膜厚又は層数を制御することが可能な成膜装置を提供すること。【解決手段】成膜装置１は、押圧体３０と基板ＳＢとの間に所定の溶液が供給されている状態において、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動することにより、基板ＳＢの表面に膜を形成する。成膜装置１は、付勢部５０と駆動部２０と制御部とを備える。付勢部５０は、押圧体３０が基板ＳＢを押圧するように、押圧体３０及び基板ＳＢのうちの少なくとも一方を付勢する。駆動部２０は、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動するように、押圧体３０及び基板ＳＢの少なくとも一方を駆動する。制御部は、押圧体３０に対する基板ＳＢの摺動の状態を表す物理量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧体と基板との間に所定の溶液が供給されている状態において、前記基板が前記押圧体に対して摺動することにより、前記基板の表面に膜を形成する成膜装置であって、
前記押圧体が前記基板を押圧するように、前記押圧体及び前記基板のうちの少なくとも一方を付勢する付勢部と、
前記基板が前記押圧体に対して摺動するように、前記押圧体及び前記基板の少なくとも一方を駆動する駆動部と、
前記摺動の状態を表す物理量を制御する制御部と、
を備える、成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記物理量は、前記基板が前記押圧体に対して摺動する速度である、成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記溶液の溶質は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンを含む、成膜装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記物理量は、前記押圧体が前記基板を押圧する力の大きさである、成膜装置。
【請求項５】
請求項４に記載の成膜装置であって、
前記溶液の溶質は、粉粒体状のグラファイトを含む、成膜装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記溶液を収容するとともに、前記収容された溶液内にて前記基板を支持する支持部を備える、成膜装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記押圧体は、少なくとも先端部が、球面の一部、又は、回転楕円面の一部を形成する、成膜装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の成膜装置であって、
前記押圧体は、格子状に位置する複数の先端部を備える、成膜装置。
【請求項９】
押圧体と基板との間に所定の溶液が供給されている状態において、前記基板が前記押圧体に対して摺動することにより、前記基板の表面に膜を形成する成膜方法であって、
前記押圧体が前記基板を押圧するように、前記押圧体及び前記基板のうちの少なくとも一方を付勢し、
前記基板が前記押圧体に対して摺動するように、前記押圧体及び前記基板の少なくとも一方を駆動し、
前記摺動の状態を表す物理量を制御する、
ことを含む、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置、及び、成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
押圧体と基板との間に所定の溶液が供給されている状態において、基板が押圧体に対して摺動すること（換言すると、摩擦）により、基板の表面に膜を形成する成膜方法が知られている。
【０００３】
例えば、非特許文献１に記載の成膜方法は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンを含む溶液を、押圧体と基板との間に供給することにより、二硫化モリブデンからなる膜を基板の表面に形成する。これによれば、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれる方法を用いる場合よりも容易に膜を形成できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】伊藤  孝郁、田邉  匡生、小山  裕、「摩擦を活用するカルコゲナイド系層状半導体ＭｏＳ２薄膜の形成」、応用物理学会東北支部  第７２回学術講演会  予稿集、応用物理学会東北支部、平成２９年１１月、３０ａＡ０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、膜の特性は、形成される膜の厚さ（換言すると、膜厚）、又は、形成される膜を構成する層の数（換言すると、層数）に応じて変化する。従って、膜厚又は層数を適切に制御することが好適である。しかしながら、上記成膜方法において、膜厚又は層数を制御する方法は知られていなかった。
【０００６】
本発明の目的の一つは、膜厚又は層数を制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの側面では、成膜装置は、押圧体と基板との間に所定の溶液が供給されている状態において、基板が押圧体に対して摺動することにより、基板の表面に膜を形成する。
更に、成膜装置は、付勢部と、駆動部と、制御部と、を備える。
付勢部は、押圧体が基板を押圧するように、押圧体及び基板のうちの少なくとも一方を付勢する。駆動部は、基板が押圧体に対して摺動するように、押圧体及び基板の少なくとも一方を駆動する。制御部は、押圧体に対する基板の摺動の状態を表す物理量を制御する。
【０００８】
他の一つの側面では、成膜方法は、
押圧体と基板との間に所定の溶液が供給されている状態において、基板が押圧体に対して摺動することにより、基板の表面に膜を形成する。
更に、成膜方法は、
押圧体が基板を押圧するように、押圧体及び基板のうちの少なくとも一方を付勢し、
基板が押圧体に対して摺動するように、押圧体及び基板の少なくとも一方を駆動し、
押圧体に対する基板の摺動の状態を表す物理量を制御する、ことを含む。
【発明の効果】
【０００９】
膜厚又は層数を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の成膜装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態の成膜装置の斜視図である。
【図３】第１実施形態の成膜装置の平面図である。
【図４】第１実施形態の成膜装置の側面図である。
【図５】第１実施形態の成膜装置の断面図である。
【図６】第１実施形態の押圧体の底面図である。
【図７】第１実施形態の成膜装置の電気的な接続を概念的に表すブロック図である。
【図８】動摩擦力の時間に対する変化の一例を表すグラフである。
【図９】第１実施形態の第１変形例の押圧体の底面図である。
【図１０】第２実施形態の成膜装置の平面図である。
【図１１】第２実施形態の成膜装置の断面図である。
【図１２】第２実施形態の押圧体の底面図である。
【図１３】第２実施形態の第１実験例において形成された膜の、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化を表すグラフである。
【図１４】第２実施形態の第２実験例において形成された膜の、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化を表すグラフである。
【図１５】ピーク波数と、膜の層数と、の関係を表すグラフである。
【図１６】ピーク間隔と、膜の層数と、の関係を表すグラフである。
【図１７】第２実施形態の第３実験例において形成された膜の、Ｇ'／Ｇピーク比の目標荷重に対する変化を表すグラフである。
【図１８】第２実施形態の第３実験例において形成された膜の、Ｇ'／Ｇピーク比の目標荷重に対する変化を表すグラフである。
【図１９】第２実施形態の第３実験例において形成された膜の、Ｇ'／Ｇピーク比の目標荷重に対する変化を表すグラフである。
【図２０】Ｇ'／Ｇピーク比と、膜の層数と、の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の成膜装置及び成膜方法に関する各実施形態について図１乃至図２０を参照しながら説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
（概要）
第１実施形態の成膜装置は、押圧体と基板との間に所定の溶液が供給されている状態において、基板が押圧体に対して摺動することにより、基板の表面に膜を形成する。
成膜装置は、付勢部と、駆動部と、制御部と、を備える。付勢部は、押圧体が基板を押圧するように、押圧体及び基板のうちの少なくとも一方を付勢する。駆動部は、基板が押圧体に対して摺動するように、押圧体及び基板の少なくとも一方を駆動する。制御部は、摺動の状態を表す物理量を制御する。
【００１３】
これによれば、摺動の状態を表す物理量を適切に制御することにより、所定の層数又は膜厚を有する膜を基板の表面に形成できる。例えば、基板が押圧体に対して摺動する速度、又は、押圧体が基板を押圧する力の大きさを適切に制御することにより、所定の層数又は膜厚を有する膜を基板の表面に形成できる。
次に、第１実施形態の成膜装置について、より詳細に説明する。
【００１４】
（構成）
以下、図１乃至図６に表されるように、ｘ軸、ｙ軸、及び、ｚ軸を有する右手系の直交座標系を用いて、第１実施形態の成膜装置１を説明する。なお、本明細書において、後述の図９乃至図１２においても同様の座標系が用いられる。
【００１５】
本例では、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及び、ｚ軸方向は、成膜装置１の左右方向、成膜装置１の前後方向、及び、成膜装置１の上下方向とそれぞれ表されてもよい。また、本例では、ｘ軸の正方向、ｘ軸の負方向、ｙ軸の正方向、ｙ軸の負方向、ｚ軸の正方向、及び、ｚ軸の負方向は、成膜装置１の右方向、成膜装置１の左方向、成膜装置１の前方向、成膜装置１の後方向、成膜装置１の上方向、及び、成膜装置１の下方向とそれぞれ表されてもよい。
本例では、ｚ軸の正方向、及び、ｚ軸の負方向は、鉛直上方向、及び、鉛直下方向にそれぞれ一致する。
【００１６】
図１乃至図６に表されるように、成膜装置１は、支持部１０と、駆動部２０と、押圧体３０と、検出部４０と、付勢部５０と、を備える。
図１は、成膜装置１の右方であり、成膜装置１の前方であり、且つ、成膜装置１の上方である位置から、成膜装置１を見た図（換言すると、右前上方斜視図）である。図２は、成膜装置１の右方であり、成膜装置１の前方であり、且つ、成膜装置１の下方である位置から、成膜装置１を見た図（換言すると、右前下方斜視図）である。
【００１７】
図３は、成膜装置１の上方から成膜装置１を見た図（換言すると、平面図）である。図４は、成膜装置１の右方から成膜装置１を見た図（換言すると、側面図）である。図５は、図４のＶ−Ｖ線により表される平面により切断された成膜装置１の断面をｙ軸の負方向にて見た図である。図６は、押圧体３０の下方から押圧体３０を見た図（換言すると、底面図）である。
【００１８】
更に、図７に表されるように、成膜装置１は、制御部６０を備える。図７は、成膜装置１の電気的な接続を概念的に表すブロック図である。
【００１９】
図１乃至図５に表されるように、支持部１０は、鉛直方向にて延びる柱体状である。本例では、支持部１０は、断面が円形状である。なお、支持部１０は、断面が円形状と異なる形状（例えば、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００２０】
支持部１０は、支持部１０のうちの、鉛直上方向における端面（換言すると、上端面）にて開口する有底の穴を形成する穴部１１を有する。穴部１１により形成される穴は、鉛直方向にて延びる柱体状である。本例では、穴部１１により形成される穴の断面は、円形状である。なお、穴部１１により形成される穴の断面は、円形状と異なる形状（例えば、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００２１】
図５に表されるように、穴部１１は、穴部１１のうちの、鉛直下方向における端面（換言すると、下端面、又は、穴部１１により形成される穴の底面）に凹部１１１を有する。凹部１１１は、所定の深さを有する。
【００２２】
凹部１１１には、基板ＳＢが載置されることにより、基板ＳＢが収容される。例えば、基板ＳＢは、シリコン、ゲルマニウム、又は、ステンレス鋼からなる。基板ＳＢは、平板状である。本例では、基板ＳＢは、円形状である。なお、基板ＳＢは、円形状と異なる形状（例えば、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００２３】
本例では、凹部１１１の深さは、基板ＳＢの厚さと略等しい。また、凹部１１１の形状は、基板ＳＢの形状と略一致する。本例では、基板ＳＢは、取り外し可能に凹部１１１に嵌入される。本例では、基板ＳＢは、支持部１０に対して移動不能であるとともに回転不能であるように支持部１０に固定される。例えば、基板ＳＢは、図示されないクランプ等の治具を用いて固定されてよい。
【００２４】
穴部１１により形成される穴には、図示されない所定の溶液が収容される。従って、本例では、支持部１０は、穴部１１により形成される穴に溶液が収容されている状態において、当該溶液内にて基板ＳＢを支持する。
【００２５】
例えば、溶液の溶質は、熱及び圧力によって反応が誘起される物質（例えば、反応性添加剤と呼ばれる物質等）を含む。例えば、溶液の溶質は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンを含む。これによれば、二硫化モリブデンからなる膜を基板ＳＢの表面に形成できる。
【００２６】
また、例えば、溶液の溶質は、粉粒体状の結晶片を含む。例えば、溶液の溶質は、粉粒体状のグラファイトを含む。これによれば、グラフェンからなる膜を基板ＳＢの表面に形成できる。なお、溶液の溶質は、粉粒体状のグラファイトと異なる材料（例えば、窒化ホウ素又は二セレン化タングステン）を含んでもよい。
【００２７】
例えば、溶液の溶媒は、ポリオレフィン（例えば、ポリアルファオレフィン等）を含む。なお、溶液の溶媒は、ポリオレフィンと異なる材料（例えば、ポリオールエステル等）を含んでもよい。
【００２８】
図１、図３、及び、図５に表されるように、成膜装置１は、加熱部７０を備える。
加熱部７０は、制御部６０からの制御信号に応じた量の熱を発することにより、穴部１１により形成される穴の内部を加熱する。本例では、加熱部７０は、電熱線等の発熱体を有する。なお、加熱部７０は、熱媒が通過する通路を有し、熱媒を用いて加熱を行ってもよい。
【００２９】
加熱部７０は、穴部１１により形成される穴の底面の近傍に位置する。本例では、加熱部７０は、当該穴の底面から所定の距離だけ隔てられる位置を有する。本例では、加熱部７０は、図示されない基部に固定される。換言すると、本例では、加熱部７０は、駆動部２０に対して移動不能に支持される。なお、加熱部７０は、当該穴の底面に載置されてもよい。
【００３０】
なお、成膜装置１は、加熱部７０に代えて、又は、加熱部７０に加えて、穴部１１により形成される穴に溶液が収容されている状態において、当該溶液を循環する通路と、当該通路にて溶液を加熱する加熱部と、を備えていてもよい。
【００３１】
穴部１１により形成される穴に溶液が収容されている状態において、加熱部７０のうちの少なくとも一部は、溶液内に位置する。加熱部７０は、穴部１１のうちの、鉛直方向にて延在する壁面（換言すると、穴部１１の側壁面）に沿って延在する。
【００３２】
図１、図２、及び、図４に表されるように、駆動部２０は、支持部１０の鉛直下方にて支持部１０を支持する。なお、駆動部２０は、支持部１０の鉛直下方に代えて、又は、支持部１０の鉛直下方に加えて、支持部１０の外周にて支持部１０を支持してもよい。
【００３３】
駆動部２０は、制御部６０からの制御信号に応じた速度にて、支持部１０を水平方向にて移動させる。換言すると、支持部１０は、駆動部２０に対して移動可能に駆動部２０によって支持される。本例では、駆動部２０は、図示されない基部に固定される。
【００３４】
本例では、駆動部２０は、支持部１０が所定の運動を行うように支持部１０を移動させる。本例では、運動は、中心の移動を伴う円運動である。なお、運動は、中心が移動しない円運動であってもよい。また、運動は、円運動に加えて、又は、円運動に代えて、直線運動、又は、往復運動を含んでいてもよい。
【００３５】
本例では、運動の範囲は、基板ＳＢのうちの一部の領域のみと押圧体３０が接するように設定される。なお、運動の範囲は、基板ＳＢの全体と押圧体３０が接するように設定されてもよい。この場合、基板ＳＢのうちの一部の領域が、膜の形成を阻害する部材（換言すると、マスク部材）を有してもよい。また、運動は、デバイス又はチップと呼ばれる電子部品において配線又はチャネル部を構成する直線又は曲線を描いてもよい。
【００３６】
図１、図５、及び、図６に表されるように、押圧体３０は、シャフト部３１と、本体部３２と、複数（本例では、２５個）の先端部３３と、を備える。なお、押圧体３０が備える先端部３３の数は、１乃至２４個であってもよく、２６個以上であってもよい。
【００３７】
シャフト部３１は、鉛直方向にて延びる柱体状である。本例では、シャフト部３１は、断面が円形状である。なお、シャフト部３１は、断面が円形状と異なる形状（例えば、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００３８】
本体部３２は、シャフト部３１の下端面にてシャフト部３１に固定される。なお、本体部３２は、シャフト部３１と一体であってもよい。本体部３２は、水平方向に延在する平板状である。本例では、本体部３２は、正方形状である。なお、本体部３２は、正方形状と異なる形状（例えば、円形状、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００３９】
複数の先端部３３のそれぞれは、本体部３２の下端面から鉛直下方へ突出する。複数の先端部３３のそれぞれは、球面の一部、又は、回転楕円面の一部を形成する。本例では、複数の先端部３３のそれぞれは、同一の半径（例えば、１［ｍｍ］乃至１００［ｍｍ］）を有する半球状である。従って、本例では、複数の先端部３３の先端（換言すると、鉛直下方向における端（換言すると、下端））は、同一の平面（本例では、水平面を形成する平面）に位置する。
このような構成により、複数の先端部３３は、凹部１１１に基板ＳＢが載置された状態において、基板ＳＢの上端面に当接する。
【００４０】
図６に表されるように、複数の先端部３３は、本体部３２の下端面において格子状に位置する。本例では、複数の先端部３３は、正方格子状に位置する。なお、複数の先端部３３は、正方格子状と異なる格子状（例えば、斜方格子状、菱形格子状、正三角格子状、矩形格子状、又は、平行体格子状等）に位置していてもよい。
本例では、各先端部３３は、他の先端部３３と所定の距離だけ隔てられる。なお、各先端部３３は、他の先端部３３と接していてもよい。
【００４１】
例えば、複数の先端部３３のそれぞれは、高炭素クロム鋼（例えば、ＳＵＪ２等）からなる。なお、複数の先端部３３のそれぞれは、高炭素クロム鋼と異なる材料（例えば、シリカ等）からなっていてもよい。
【００４２】
図１、図４、及び、図５に表されるように、検出部４０は、付勢部５０と押圧体３０との間に位置する。検出部４０は、付勢部５０が押圧体３０を鉛直下方へ付勢する力の大きさ（換言すると、荷重）を検出する。本例では、検出部４０は、ロードセルを含む。
【００４３】
更に、検出部４０は、図示されない速度センサを備え、支持部１０が駆動部２０に対して移動する速度（換言すると、移動速度）を検出する。なお、検出部４０は、速度センサに代えて、又は、速度センサに加えて、回転速度、又は、角回転速度を検出する回転速度センサを備えていてもよい。
【００４４】
更に、検出部４０は、図示されない温度センサを備え、穴部１１により形成される穴に溶液が収容されている状態において、当該溶液の温度を検出する。なお、検出部４０は、基板ＳＢが凹部１１１に載置されている状態において、基板ＳＢの温度を検出してもよい。また、検出部４０は、加熱部７０の温度を検出してもよい。
【００４５】
付勢部５０は、凹部１１１に基板ＳＢが載置された状態において、制御部６０からの制御信号に応じた力にて押圧体３０が基板ＳＢを押圧するように、検出部４０を介して押圧体３０を鉛直下方へ付勢する。本例では、付勢部５０は、図示されない基部に固定される。換言すると、本例では、付勢部５０は、駆動部２０に対して移動不能に支持される。
【００４６】
本例では、付勢部５０は、作動流体の圧力を用いて付勢力を生成する流体圧シリンダを含む。例えば、作動流体は、空気等の気体、又は、油等の液体である。例えば、付勢部５０は、付勢力を調整するための、図示されない調整装置（例えば、ポンプ、コンプレッサ、又は、レギュレータ等）と接続されてよい。また、付勢部５０は、作動流体の圧力以外の力（例えば、弾性力、又は、電磁力等）を用いて付勢力を生成してもよい。例えば、付勢部５０は、バネを用いて付勢力を生成してもよい。
【００４７】
換言すると、付勢部５０が検出部４０を介して押圧体３０を付勢することにより、押圧体３０は、基板ＳＢを押圧する。押圧体３０が基板ＳＢに押圧されている状態においては、駆動部２０が、支持部１０とともに基板ＳＢを駆動することにより、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する。従って、押圧体３０が基板ＳＢに押圧されている状態においては、支持部１０が駆動部２０に対して移動する速度は、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する速度（換言すると、摺動速度）と表されてもよい。
【００４８】
本例では、摺動速度は、押圧体３０に対する基板ＳＢの摺動の状態を表す物理量に対応する。同様に、本例では、押圧体３０が基板ＳＢを押圧する力の大きさは、押圧体３０に対する基板ＳＢの摺動の状態を表す物理量に対応する。
【００４９】
このようにして、成膜装置１は、押圧体３０と基板ＳＢとの間に溶液が供給されている状態において、基板ＳＢを押圧体３０に対して摺動させる。これにより、成膜装置１は、基板ＳＢの表面に膜を形成する。
【００５０】
制御部６０は、検出部４０により検出された荷重に基づいて制御信号を生成し、生成された制御信号を付勢部５０へ出力する。本例では、制御部６０は、検出部４０により検出される荷重が、所定の目標荷重に一致するように制御信号を生成する。
【００５１】
制御部６０は、検出部４０により検出された移動速度に基づいて制御信号を生成し、生成された制御信号を駆動部２０へ出力する。本例では、制御部６０は、検出部４０により検出される移動速度が、所定の目標速度に一致するように制御信号を生成する。
【００５２】
制御部６０は、検出部４０により検出された温度に基づいて制御信号を生成し、生成された制御信号を加熱部７０へ出力する。本例では、制御部６０は、検出部４０により検出される温度が、所定の目標温度に一致するように制御信号を生成する。
【００５３】
（動作）
次に、成膜装置１の動作について説明する。
先ず、基板ＳＢの表面に形成される膜の層数の目標値に応じて、目標温度、目標荷重、及び、目標速度が決定される。
次いで、基板ＳＢが凹部１１１に嵌入されることにより、凹部１１１に載置される。これにより、基板ＳＢは、凹部１１１に収容される。
次いで、穴部１１により形成される穴に溶液が注入される。これにより、基板ＳＢ、及び、加熱部７０が、溶液に没入する。換言すると、押圧体３０と基板ＳＢとの間に溶液が供給される。
【００５４】
そして、加熱部７０は、発熱を開始する。検出部４０は、穴部１１により形成される穴に収容された溶液の温度を検出する。そして、制御部６０は、検出部４０により検出される温度が目標温度に一致するように制御信号を生成し、生成された制御信号を加熱部７０へ出力する。例えば、目標温度は、２８０［Ｋ］乃至７００［Ｋ］である。加熱部７０は、制御部６０からの制御信号に応じた量の熱を発する。これにより、溶液の温度は、目標温度に略一致する。
【００５５】
次いで、複数の先端部３３が基板ＳＢの上端面に当接する状態にて、付勢部５０が検出部４０を介して押圧体３０を鉛直下方へ付勢する。
【００５６】
次いで、検出部４０は、荷重を検出する。そして、制御部６０は、検出部４０により検出される荷重が目標荷重に一致するように制御信号を生成し、生成された制御信号を付勢部５０へ出力する。例えば、目標荷重は、１［Ｎ］乃至５００［Ｎ］である。
【００５７】
なお、目標荷重は、各先端部３３が基板ＳＢを押圧する応力に応じて設定されてよい。従って、目標荷重は、各先端部３３が基板ＳＢと接触する面積が大きくなるほど大きくなるとともに、押圧体３０が備える先端部３３の数が多くなるほど大きくなるように設定されることが好適である。
【００５８】
付勢部５０は、制御部６０からの制御信号に応じた力にて押圧体３０が基板ＳＢを押圧するように、検出部４０を介して押圧体３０を鉛直下方へ付勢する。これにより、荷重は、目標荷重に略一致する。
【００５９】
その後、駆動部２０が支持部１０の駆動を開始する。これにより、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する。検出部４０は、移動速度（換言すると、摺動速度）を検出する。そして、制御部６０は、検出部４０により検出される移動速度が目標速度に一致するように制御信号を生成し、生成された制御信号を駆動部２０へ出力する。例えば、目標速度は、１［ｍｍ／ｓ］乃至１００［ｍｍ／ｓ］である。駆動部２０は、制御部６０からの制御信号に応じた速度にて支持部１０を駆動する。これにより、摺動速度は、目標速度に略一致する。
【００６０】
そして、所定の駆動時間が経過した時点にて、駆動部２０が支持部１０の駆動を終了する。このようにして、成膜装置１は、押圧体３０と基板ＳＢとの間に所定の溶液が供給されている状態において、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動することにより、基板ＳＢの表面に膜を形成する。
【００６１】
以上、説明したように、第１実施形態の成膜装置１によれば、押圧体３０と基板ＳＢとの間に所定の溶液が供給されている状態において、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動することにより、基板ＳＢの表面に膜を形成する。成膜装置１は、付勢部５０と、駆動部２０と、制御部６０と、を備える。付勢部５０は、押圧体３０が基板ＳＢを押圧するように、押圧体３０及び基板ＳＢのうちの少なくとも一方を付勢する。駆動部２０は、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動するように、押圧体３０及び基板ＳＢの少なくとも一方を駆動する。制御部６０は、押圧体３０に対する基板ＳＢの摺動の状態を表す物理量を制御する。
【００６２】
これによれば、摺動の状態を表す物理量を適切に制御することにより、所定の層数又は膜厚を有する膜を基板ＳＢの表面に形成できる。例えば、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する速度、又は、押圧体３０が基板ＳＢを押圧する力の大きさを適切に制御することにより、所定の層数又は膜厚を有する膜を基板ＳＢの表面に形成できる。
【００６３】
更に、第１実施形態の成膜装置１は、溶液を収容するとともに、収容された溶液内にて基板ＳＢを支持する支持部１０を備える。
【００６４】
これによれば、摺動の状態を表す物理量を変更する場合であっても、押圧体３０と基板ＳＢとの間への溶液の供給を容易に継続できる。
【００６５】
更に、第１実施形態の成膜装置１において、押圧体３０は、少なくとも先端部３３が、球面の一部、又は、回転楕円面の一部を形成する。
【００６６】
これによれば、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する際に、押圧体３０と基板ＳＢとの間に溶液が引き込まれやすい。これにより、基板ＳＢの表面に形成される膜の層数又は膜厚の、位置に関する偏差を低減できる。
【００６７】
更に、第１実施形態の成膜装置１において、押圧体３０は、格子状に位置する複数の先端部３３を備える。
【００６８】
これによれば、膜が形成される面積を大きくすることができる。更に、溶液が、先端部３３間の隙間を通過できるので、各先端部３３と基板ＳＢとの間に供給される溶液の量が不足することを抑制できる。この結果、基板ＳＢの表面に形成される膜の層数又は膜厚の、位置に関する偏差を低減できる。
【００６９】
また、第１実施形態の成膜装置１において、付勢部５０は、押圧体３０を鉛直下方へ付勢する。第１実施形態の変形例の成膜装置１は、付勢部５０に代えて、又は、付勢部５０に加えて、基板ＳＢを鉛直上方へ付勢する付勢部を備えていてもよい。
【００７０】
また、第１実施形態の成膜装置１において、駆動部２０は、支持部１０とともに基板ＳＢを駆動する。第１実施形態の変形例の成膜装置１は、駆動部２０に代えて、又は、駆動部２０に加えて、押圧体３０を駆動する駆動部を備えていてもよい。
【００７１】
また、制御部６０は、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する速度と、押圧体３０が基板ＳＢを押圧する力の大きさと、の両方を制御する。なお、制御部６０は、基板ＳＢが押圧体３０に対して摺動する速度と、押圧体３０が基板ＳＢを押圧する力の大きさと、のうちの一方のみを制御してもよい。
【００７２】
ところで、押圧体３０に対する基板ＳＢの摺動の動摩擦力は、基板ＳＢへの膜の形成に伴って減少することがある。この場合、図８に表されるように、押圧体３０に対する基板ＳＢの摺動の動摩擦力は、支持部１０が駆動される時間の経過に伴って減少する。
【００７３】
そこで、第１実施形態の変形例の成膜装置１は、動摩擦力を検出し、検出された動摩擦力が所定の閾値よりも小さくなった場合、又は、検出された動摩擦力の時間に対する変化率の大きさが所定の閾値よりも小さくなった場合に、支持部１０の駆動を終了してもよい。例えば、成膜装置１は、水平方向のうちの、基板ＳＢが押圧体３０に対して移動する方向にて押圧体３０に加えられる力の大きさを検出するロードセルを備え、当該ロードセルを用いて動摩擦力の検出を行ってよい。また、成膜装置１は、動摩擦力に代えて動摩擦係数を用いてもよい。
【００７４】
＜第１実施形態の第１変形例＞
次に、第１実施形態の第１変形例の成膜装置について説明する。第１実施形態の第１変形例の成膜装置は、第１実施形態の成膜装置に対して、押圧体の形状と、支持部の運動の範囲と、が相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第１実施形態の第１変形例の説明において、第１実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又は略同様のものである。
【００７５】
図９に表されるように、第１実施形態の第１変形例の成膜装置１は、第１実施形態の押圧体３０に代えて、押圧体３０Ａを備える。図９は、押圧体３０Ａの底面図である。押圧体３０Ａは、第１実施形態の押圧体３０と同様に、シャフト部３１と、本体部３２と、複数の先端部３３と、を備える。
【００７６】
本例では、複数の先端部３３は、斜方格子状に位置する。本例では、各先端部３３は、他の先端部３３と接する。なお、各先端部３３は、他の先端部３３と所定の距離だけ隔てられていてもよい。
【００７７】
本例では、支持部１０の運動の範囲は、基板ＳＢの全体と押圧体３０Ａが接するように設定される。なお、基板ＳＢのうちの一部の領域が、膜の形成を阻害する部材（換言すると、マスク部材）を有してもよい。また、支持部１０の運動の範囲は、基板ＳＢのうちの一部の領域のみと押圧体３０Ａが接するように設定されてもよい。
【００７８】
以上、説明したように、第１実施形態の第１変形例の成膜装置１によれば、第１実施形態の成膜装置１と同様の作用及び効果が奏される。
更に、第１実施形態の第１変形例の成膜装置１によれば、基板ＳＢの表面に迅速に膜を形成できる。
【００７９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の成膜装置について説明する。第２実施形態の成膜装置は、第１実施形態の成膜装置に対して、押圧体の形状、及び、基板の形状が相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又は略同様のものである。
【００８０】
図１０乃至図１２に表されるように、第２実施形態の成膜装置１Ｂは、第１実施形態の押圧体３０に代えて、押圧体３０Ｂを備える。
図１０は、成膜装置１Ｂの平面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線により表される平面により切断された成膜装置１Ｂの断面をｙ軸の負方向にて見た図である。図１２は、押圧体３０Ｂの底面図である。
【００８１】
図１０に表されるように、基板ＳＢは、正方形状である。図１１に表されるように、穴部１１は、凹部１１１に代えて、凹部１１１Ｂを有する。本例では、凹部１１１Ｂの深さは、基板ＳＢの厚さと略等しい。また、凹部１１１Ｂの形状は、基板ＳＢの形状と略一致する。本例では、基板ＳＢは、取り外し可能に凹部１１１Ｂに嵌入される。なお、基板ＳＢは、正方形状と異なる形状（例えば、円形状、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００８２】
図１１、及び、図１２に表されるように、押圧体３０Ｂは、シャフト部３１と、先端部３３と、を備える。
【００８３】
シャフト部３１は、鉛直方向にて延びる柱体状である。本例では、シャフト部３１は、断面が円形状である。なお、シャフト部３１は、断面が円形状と異なる形状（例えば、楕円形状、又は、多角形状等）であってもよい。
【００８４】
先端部３３は、シャフト部３１の下端面から鉛直下方へ突出する。先端部３３は、球面の一部、又は、回転楕円面の一部を形成する。本例では、先端部３３は、所定の半径を有する半球状である。本例では、先端部３３の中心は、シャフト部３１の中心軸上に位置する。
【００８５】
このような構成により、先端部３３は、凹部１１１Ｂに基板ＳＢが載置された状態において、基板ＳＢの上端面に当接する。
本例では、支持部１０の運動は、デバイス又はチップと呼ばれる電子部品において配線又はチャネル部を構成する直線又は曲線を描く。
【００８６】
以上、説明したように、第２実施形態の成膜装置１Ｂによれば、第１実施形態の成膜装置１と同様の作用及び効果が奏される。
【００８７】
（第１実験例、第２実験例）
次に、第２実施形態の成膜装置１Ｂを用いて、基板ＳＢの表面に膜を形成する、第１実験例及び第２実験例について、図１３乃至図１６を参照しながら説明する。
第１実験例は、下記の条件下で行われた。「ｗｔ％」は、重量％濃度を表す。
第１条件：支持部１０の運動は、回転半径が５［ｍｍ］であり、且つ、角回転速度が０．５［ｒａｄ／ｓ］である回転運動である。換言すると、移動速度は、２．５［ｍｍ／ｓ］である。
第２条件：目標荷重は、１０［Ｎ］である。
第３条件：目標温度は、４００［Ｋ］である。
第４条件：溶液は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンの濃度が４［ｗｔ％］であり、カルシウムスルフォネートの濃度が３［ｗｔ％］であり、且つ、ポリアルファオレフィンの濃度が９３［ｗｔ％］である。
第５条件：基板ＳＢは、ミラー指数が（１００）であるゲルマニウムからなる。
第６条件：先端部３３の半径は、４［ｍｍ］である。
第７条件：駆動時間は、９００［ｓ］である。
【００８８】
また、第２実験例は、下記の条件下で行われた。
第１条件：支持部１０の運動は、回転半径が５［ｍｍ］であり、且つ、角回転速度が７［ｒａｄ／ｓ］である回転運動である。換言すると、移動速度は、３５［ｍｍ／ｓ］である。
第２条件：目標荷重は、１０［Ｎ］である。
第３条件：目標温度は、４００［Ｋ］である。
第４条件：溶液は、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンの濃度が４［ｗｔ％］であり、且つ、カルシウムスルフォネートの濃度が３［ｗｔ％］であり、且つ、ポリアルファオレフィンの濃度が９３［ｗｔ％］である。
第５条件：基板ＳＢは、ミラー指数が（１００）であるシリコンからなる。
第６条件：先端部３３の半径は、４［ｍｍ］である。
第７条件：駆動時間は、９００［ｓ］である。
【００８９】
基板ＳＢの表面に形成された膜に対して、レーザラマン分光光度計（ＮＲＳ−５１００、日本分光株式会社製）を用いて、ラマン分光分析が行われた。
ラマン分光分析において、励起光は、５３２［ｎｍ］であり、分解能は、２．２［１０２ｍ−１］乃至２．７［１０２ｍ−１］である。
【００９０】
ところで、二硫化モリブデンからなる膜は、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化において、約３８０［１０２ｍ−１］と、約４１０［１０２ｍ−１］と、の２つの波数において極大値（換言すると、ピーク）を有することが知られている。ラマンシフトを表す波数が約３８０［１０２ｍ−１］であるピークは、Ｅ１２ｇとも呼ばれる。ラマンシフトを表す波数が約４１０［１０２ｍ−１］であるピークは、Ａ１ｇとも呼ばれる。
【００９１】
図１３は、第１実験例において基板ＳＢの表面に形成された膜の、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化を表すグラフである。図１４は、第２実験例において基板ＳＢの表面に形成された膜の、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化を表すグラフである。
【００９２】
図１３、及び、図１４に表されるように、第１実験例、及び、第２実験例のいずれにおいても、Ａ１ｇと呼ばれるピーク、及び、Ｅ１２ｇと呼ばれるピークの両方が観察される。従って、第１実験例、及び、第２実験例のいずれにおいても、二硫化モリブデンからなる膜を形成することができる。
【００９３】
更に、図１３に表されるように、第１実験例において、ピーク間隔は、２４．０８［１０２ｍ−１］である。ピーク間隔は、Ａ１ｇと呼ばれるピークを有する波数と、Ｅ１２ｇと呼ばれるピークを有する波数と、の間隔を表す。一方、図１４に表されるように、第２実験例において、ピーク間隔は、２７．２［１０２ｍ−１］である。
【００９４】
ところで、下記の非特許文献２から引用される図１５に表されるように、ピーク波数、及び、膜の層数は、強い相関を有することが知られている。ピーク波数は、Ａ１ｇと呼ばれるピーク、及び、Ｅ１２ｇと呼ばれるピークのそれぞれを有する波数を表す。
非特許文献２：Ｋｅｎｇ−Ｋｕ  Ｌｉｕ、外１１名、「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ＭｏＳ２  Ｔｈｉｎ  Ｌａｙｅｒｓ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ＡＣＳ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２０１２年１２月、第３巻、ｐ．１５３８−１５４４
【００９５】
図１５において、曲線ＬＡは、Ａ１ｇと呼ばれるピークを有する波数を表すとともに、曲線ＬＥは、Ｅ１２ｇと呼ばれるピークを有する波数を表す。換言すると、非特許文献２から引用される図１６に表されるように、ピーク間隔、及び、膜の層数は、強い相関を有することが知られている。
【００９６】
従って、第１実験例において形成された膜の層数は、図１６に表される、ピーク間隔、及び、膜の層数の関係に基づいて、４層乃至５層であることが推定される。同様に、第２実験例において形成された膜の層数は、図１６に表される、ピーク間隔、及び、膜の層数の関係に基づいて、６層以上であることが推定される。
【００９７】
以上、第１実験例、及び、第２実験例に表されるように、成膜装置１Ｂによれば、摺動速度に応じて、異なる層数の膜を形成できる。
【００９８】
（第３実験例）
次に、第２実施形態の成膜装置１Ｂを用いて、基板ＳＢの表面に膜を形成する、第３実験例について、図１７乃至図２０を参照しながら説明する。
第３実験例は、下記の基本条件下で行われた。
第１基本条件：支持部１０の運動は、回転半径が５［ｍｍ］であり、且つ、角回転速度が０．５［ｒａｄ／ｓ］である回転運動である。換言すると、移動速度は、２．５［ｍｍ／ｓ］である。
第２基本条件：目標温度は、４００［Ｋ］である。
第３基本条件：溶液の溶質は、粉粒体状のグラファイトであり、且つ、溶液の溶媒は、ポリアルファオレフィンである。
第４基本条件：基板ＳＢは、ＳＵＳ４３０からなる。
第５基本条件：先端部３３の半径は、４［ｍｍ］である。
第６基本条件：駆動時間は、１８００［ｓ］である。
【００９９】
更に、第３実験例は、下記の付加条件の組み合わせの下で行われた。
第１付加条件：目標荷重は、５［Ｎ］、１０［Ｎ］、又は、２０［Ｎ］である。
第２付加条件：グラファイトの粒径は、５［μｍ］、５０［μｍ］、又は、１００［μｍ］である。
第３付加条件：グラファイトの濃度は、１００［ｐｐｍ］、２００［ｐｐｍ］、又は、３００［ｐｐｍ］である。
【０１００】
基板ＳＢの表面に形成された膜に対して、レーザラマン分光光度計（ＮＲＳ−５１００、日本分光株式会社製）を用いて、ラマン分光分析が行われた。
ラマン分光分析において、励起光は、５３２［ｎｍ］であり、分解能は、１．３［１０２ｍ−１］である。
【０１０１】
ところで、グラフェンからなる膜は、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化において、約１６００［１０２ｍ−１］と、約２７００［１０２ｍ−１］と、の２つの波数において極大値（換言すると、ピーク）を有することが知られている。ラマンシフトを表す波数が約１６００［１０２ｍ−１］であるピークは、Ｇ−ｂａｎｄとも呼ばれる。ラマンシフトを表す波数が約２７００［１０２ｍ−１］であるピークは、Ｇ’−ｂａｎｄとも呼ばれる。
【０１０２】
図１７は、第３実験例において、グラファイトの粒径が５［μｍ］である場合に基板ＳＢの表面に形成された膜の、Ｇ’／Ｇピーク比の目標荷重に対する変化を表すグラフである。Ｇ’／Ｇピーク比は、ラマンシフトを表す波数に対する散乱強度の変化において、Ｇ−ｂａｎｄと呼ばれるピークの散乱強度に対する、Ｇ’−ｂａｎｄと呼ばれるピークの散乱強度の比である。
【０１０３】
図１８は、第３実験例において、グラファイトの粒径が５０［μｍ］である場合に基板ＳＢの表面に形成された膜の、Ｇ’／Ｇピーク比の目標荷重に対する変化を表すグラフである。図１９は、第３実験例において、グラファイトの粒径が１００［μｍ］である場合に基板ＳＢの表面に形成された膜の、Ｇ’／Ｇピーク比の目標荷重に対する変化を表すグラフである。
【０１０４】
ところで、下記の非特許文献３から引用される図２０に表されるように、Ｇ’／Ｇピーク比、及び、膜の層数は、強い相関を有することが知られている。
非特許文献３：Ｙ．Ｈａｏ、外８名、「Ｐｒｏｂｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  Ｎｕｍｂｅｒ  ａｎｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｏｒｄｅｒ  ｏｆ  Ｆｅｗ‐Ｌａｙｅｒ  Ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｂｙ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」、ｓｍａｌｌ、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｉｎｃ．、２０１０年１月、第６巻、ｐ．１９５−２００
【０１０５】
従って、第３実験例において形成された膜の層数は、図２０に表される、Ｇ’／Ｇピーク比、及び、膜の層数の関係に基づいて、目標荷重が１０［Ｎ］であるとともにグラファイトの粒径が１００［μｍ］である場合に、１層である場合があることが推定される。
【０１０６】
以上、第３実験例に表されるように、成膜装置１Ｂによれば、荷重に応じて、異なる層数の膜を形成できる。
【０１０７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において当業者が理解し得る様々な変更が加えられてよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１Ｂ  成膜装置
１０    支持部
１１    穴部
１１１，１１１Ｂ  凹部
２０    駆動部
３０，３０Ａ，３０Ｂ  押圧体
３１    シャフト部
３２    本体部
３３    先端部
４０    検出部
５０    付勢部
６０    制御部
７０    加熱部
ＳＢ    基板
【図１】
2020155681.tif 000003
【図２】
2020155681.tif 000004
【図３】
2020155681.tif 000005
【図４】
2020155681.tif 000006
【図５】
2020155681.tif 000007
【図６】
2020155681.tif 000008
【図７】
2020155681.tif 000009
【図８】
2020155681.tif 000010
【図９】
2020155681.tif 000011
【図１０】
2020155681.tif 000012
【図１１】
2020155681.tif 000013
【図１２】
2020155681.tif 000014
【図１３】
2020155681.tif 000015
【図１４】
2020155681.tif 000016
【図１５】
2020155681.tif 000017
【図１６】
2020155681.tif 000018
【図１７】
2020155681.tif 000019
【図１８】
2020155681.tif 000020
【図１９】
2020155681.tif 000021
【図２０】
2020155681.tif 000022