(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板が設置されている成膜チャンバーと、
前記成膜チャンバー内に設けられており、前記基板に向けてエアロゾルを噴射する微粒子噴射ノズルと、
を有し、
前記エアロゾルは原料微粒子をガス中に分散させたものであり、前記基板に前記原料微粒子による膜を成膜するものであって、
前記微粒子噴出ノズルは、前記原料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射する微粒子用ノズル部と、前記微粒子用ノズル部の周囲を囲むように配置されたガスを噴出する複数のガス用ノズル部とを有するものであって、
前記微粒子用ノズル部より噴射された前記原料微粒子の速度に対する前記ガス用ノズル部より噴射されたガスの速度は、０．５以上、１．２以下であり、
前記ガス用ノズル部より噴射されたガスは、前記微粒子用ノズル部より前記エアロゾルが噴出する方向に傾いて噴射されるものであって、
前記ガス用ノズル部より噴射されるガスの噴射方向と、前記基板の法線とのなす角は、１０°以上であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記原料微粒子は酸化物であって、前記ガスは酸素を含むガスであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板等に膜を成膜する方法としては、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ、ＡＬＤ、エアロゾルデポジション等が挙げられる。このうちエアロゾルデポジションは成膜時における加熱及び成膜後の熱処理等を必要としないため、熱に弱い基板等に成膜する場合には、特に有望な成膜方法とされている。このように熱に弱い基板としては、例えば、液晶ディスプレイや電子ペーパ等に用いられる樹脂材料からなる基板等が挙げられ、液晶ディスプレイや電子ペーパ等は今後更なる普及が予想されることから、このような基板に成膜する技術が重要となっている。
【０００３】
ところで、エアロゾルデポジションとは、成膜対象となる基板に微粒子を含むエアロゾルを吹きつけることにより、基板に微粒子を堆積させて成膜を行なう方法であり、フレキシブル基板等にも成膜することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５７６３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２０２１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エアロゾルデポジションによる成膜方法では、一般的に、微粒子噴射ノズルから噴射された成膜される材料の微粒子における成膜に寄与する割合が数％程度と低い。具体的には、図１に示されるように、エアロゾルデポジション成膜装置は、成膜チャンバー９１０内に基板支持部９２０に保持された基板９３０と、微粒子噴射ノズル９４０とを有している。微粒子噴射ノズル９４０からは、成膜される材料の微粒子である原料微粒子９６０が基板９３０に向けて噴出され、この原料微粒子９６０が、基板９３０の表面に堆積することにより成膜がなされる。この際、微粒子噴射ノズル９４０より噴射された原料微粒子９６０の多くは、基板９２０上に堆積することなく、基板９２０に衝突した後、跳ね返されて成膜チャンバー内に飛散してしまう。従って、エアロゾルデポジションによる成膜においては、一般的に成膜に寄与する原料微粒子の割合が低いため、無駄となる微粒子も多く、また、成膜レートも低い。
【０００６】
このため、エアロゾルデポジションによる成膜において、原料微粒子をできるだけ無駄にすることなく、高い成膜レートで成膜することができ、低コストで成膜することのできる成膜装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の一観点によれば、内部に基板が設置されている成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に設けられており、前記基板に向けてエアロゾルを噴射する微粒子噴射ノズルと、を有し、前記エアロゾルは原料微粒子をガス中に分散させたものであり、前記基板に前記原料微粒子による膜を成膜するものであって、前記微粒子噴出ノズルは、前記原料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射する微粒子用ノズル部と、前記微粒子用ノズル部の周囲を囲むように配置されたガスを噴出する複数のガス用ノズル部とを有するものであって、前記微粒子用ノズル部より噴射された前記原料微粒子の速度に対する前記ガス用ノズル部より噴射されたガスの速度は、０．５以上、１．２以下であり、前記ガス用ノズル部より噴射されたガスは、前記微粒子用ノズル部より前記エアロゾルが噴出する方向に傾いて噴射されるものであって、前記ガス用ノズル部より噴射されるガスの噴射方向と、前記基板の法線とのなす角は、１０°以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の成膜装置によれば、エアロゾルデポジションにおける成膜において、基板等の表面に低コストで膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一般的なエアロゾルデポジション成膜装置の説明図
【図２】本実施の形態における成膜装置の説明図
【図３】本実施の形態における成膜装置の微粒子噴射ノズルの構造図
【図４】本実施の形態における成膜装置の微粒子噴射ノズルの説明図
【図５】本実施の形態を説明するため行なったシミュレーションの説明図
【図６】ガス流が流れる方向の説明図
【図７】シミュレーションにより得られたＶ２ａ／Ｖ１ａとのＶ１ｂＸ／Ｖ１ａＸとの相関図
【図８】シミュレーションにより得られたＶ２ａ／Ｖ１ａとのＶ１ｂ／Ｖ１ａとの相関図
【図９】シミュレーションにより得られたＶ２ａ／Ｖ１ａとのＶ２ｂ／Ｖ２ａとの相関図
【図１０】本実施の形態における成膜装置の微粒子噴射ノズルの変形例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
（成膜装置）
図２に基づき、本実施の形態における成膜装置について説明する。本実施の形態における成膜装置は、エアロゾルデポジション装置であり、成膜チャンバー１０内に基板支持部２０に保持されている基板３０と、成膜される材料の微粒子である原料微粒子のエアロゾルを噴射する微粒子噴射ノズル４０とを有している。原料微粒子のエアロゾルは、エアロゾル発生器５０において、原料微粒子と酸素ガス等のキャリアガスを適当な混合比で混合することにより発生させることができ、エアロゾル搬送管５１を介し微粒子噴射ノズル４０に供給される。供給された原料微粒子のエアロゾルは微粒子噴射ノズル４０より基板３０に向けて噴射されることにより、基板３０上に原料微粒子による膜を成膜がなされる。成膜チャンバー１０には、成膜チャンバー１０内を減圧するための真空ポンプ７０が接続されており、成膜チャンバー１０とエアロゾル発生器５０との間で差圧が生じるような構造となっている。尚、本実施の形態における原料微粒子は、サブミクロンの粒径、または、これよりも小さな粒径のものであり、微粒子噴射ノズル４０より噴射されたエアロゾルに含まれる原料微粒子が、基板３０上に堆積することにより、基板３０上に成膜がなされる。
【００１２】
本実施の形態における成膜装置においては、図３及び図４に示されるように、微粒子噴射ノズル４０は、中央部分に設けられた微粒子用ノズル部４１と、微粒子用ノズル部４１の周囲に配置された複数のガス用ノズル部４２とを有している。尚、微粒子用ノズル部４１とガス用ノズル部４２とは略同一形状のノズルにより形成されており、複数のノズルを束ねることにより容易に形成することができる。即ち、従来からあるエアロゾルデポジション用の円形状の開口を有するノズルを複数束ねることにより形成することができる。微粒子用ノズル部４１は、エアロゾル発生器５０において発生させた原料微粒子のエアロゾルを噴射するものであり、ガス用ノズル部４２は、例えば、キャリアガスと同種のガスを噴出するものである。このように、微粒子噴射ノズル４０に微粒子用ノズル部４１と複数のガス用ノズル部４２とを設けることにより、微粒子用ノズル部４１より噴射された原料微粒子のエアロゾル流６１は、ガス用ノズル部４２より噴射されたガス流６２に囲まれる。このため、エアロゾル流６１に含まれる原料微粒子６０は、ガス流６２によりガス流６２の外に出ることが阻まれ、ガス流６２に囲まれた領域の内部を対流する。これにより、ガス流６２に囲まれた領域内における原料微粒子６０の密度は高くなり、原料微粒子６０が基板３０に接触する回数を増やすことができるため、原料微粒子６０を効率よく成膜に寄与させることができ、また、成膜レートも高くすることができる。尚、図４（ａ）は、図３における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示される微粒子噴射ノズル４０より噴射されたエアロゾル流６１とガス流６２との流れを示す。
【００１３】
（シミュレーション）
次に、本実施の形態における成膜装置において、エアロゾル流６１とガス流６２との関係を調べるためシミュレーションを行なった結果について説明する。このシミュレーションは、エアロゾル流６１に含まれる原料微粒子の飛散について検討するためのものであり、基板３０において反跳した原料微粒子６０とガス分子からなるガス粒子６３とを衝突させる分子動力学シミュレーションである。具体的には、図５（ａ）に示されるように、基板３０面に対し略平行な方向に向かって動く原料微粒子６０と、ガス用ノズル部４２より基板３０面に向けて噴射されたガス流６２に含まれるガス粒子６３を想定してシミュレーションを行なった。尚、エアロゾルに含まれる原料微粒子６０は、微粒子用ノズル部４１より基板３０に向けて噴射されるが、基板３０に堆積するものを除き、基板３０の表面で跳ね返されることにより、基板３０面に対し略平行な方向の速度成分を得る。シミュレーションでは、このような原料微粒子６０について検討を行なったものであり、具体的には、原料微粒子６０は、基板３０面に対し略平行な方向、即ち、Ｘ方向に速度Ｖ１ａ（＝Ｖ１ａＸ、Ｖ１ａＸはＸ方向の速度成分）で動いているものとする。また、ガス粒子６３は、基板３０面に対し垂直方向の速度成分、即ち、Ｙ方向の速度成分を有する速度Ｖ２ａで動いているものとする。また、このシミュレーションでは、原料微粒子６０は直径が６ｎｍのＺｎＯの微粒子とし、ガス粒子６３は直径が６ｎｍであってガス分子である酸素（Ｏ２）がクラスタ状になっているものを想定して行なった。
【００１４】
シミュレーションでは、図５（ｂ）に示すように、原料微粒子６０とガス粒子６３とが衝突し、図５（ｃ）に示すように、衝突する前とは異なる方向に、原料微粒子６０とガス粒子６３が各々進む。これにより、衝突した後の原料微粒子６０の速度はＶ１ｂとなり、ガス粒子６３の速度はＶ２ｂとなる。尚、原料微粒子６０の速度Ｖ１ｂは、Ｘ方向の速度成分Ｖ１ｂＸとＹ方向の速度成分Ｖ１ｂＹとに分解することができる。従って、ガス粒子６３と衝突した後の原料微粒子６０のＸ方向の速度成分Ｖ１ｂＸが、ガス粒子６３と衝突する前の原料微粒子６０の速度Ｖ１ａよりも小さければ、原料微粒子６０の飛散は抑制されることとなる。即ち、Ｖ１ｂＸ＜Ｖ１ａであれば、ガス粒子６３により、原料微粒子６０の飛散を抑制する効果が得られるものと考えられる。
【００１５】
シミュレーションでは、衝突する前の原料微粒子６０の速度Ｖ１ａに対するガス粒子６３の速度Ｖ２ａの比、即ち、Ｖ２ａ／Ｖ１ａを０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、１．２である場合において、ガス粒子６３が噴射する方向の角度θを変えることにより行なった。ガス粒子６３の向かう方向の角度θは、図６に示すように、基板３０面の法線を基準とした角度である。即ち、θ＝０°の場合には、ガス粒子６３は基板３０面に対し垂直方向より入射するものとし、θの値が正の場合には、ガス粒子６３は、原料微粒子６０の側に向かう方向の速度成分が含まれるものとする。尚、このシミュレーションでは、噴射されたガス粒子６３が向かう方向の角度θを０°、１０°、２０°とした場合について行なったものである。
【００１６】
次に、シミュレーションの結果について、図７〜図９に基づき説明する。図７に、Ｖ２ａ／Ｖ１ａとＶ１ｂＸ／Ｖ１ａＸとの関係を示す。Ｖ２ａ／Ｖ１ａは、衝突する前において、原料微粒子６０の速度に対するガス粒子６３の速度の比であり、Ｖ１ｂＸ／Ｖ１ａＸは、衝突する前の原料微粒子６０の速度に対する衝突した後の原料微粒子６０のＸ方向の速度成分の比である。尚、衝突する前の原料微粒子６０は、Ｘ軸方向に平行に進むためＶ１ａＸはＶ１ａと同じ値であるものとする。図７に示されるように、Ｖ１ｂＸ／Ｖ１ａＸの値が１未満であるため、原料微粒子６０は、ガス粒子６３と衝突することにより、Ｘ方向の速度成分が低下していることがわかる。また、角度θの値を増やすことにより、ガス粒子６３と衝突した原料微粒子６０のＸ方向の速度成分を低下させることができ、θの値が１０°以上、更には、２０°以上であることがより好ましい。また、この場合、Ｖ２ａ／Ｖ１ａの値は０．５以上、１．２以下、更には、０．６以上、１．１以下であることがより好ましい。尚、図７に示す場合では、Ｖ２ａ／Ｖ１ａの値が０．８とした場合に、Ｖ１ｂＸ／Ｖ１ａＸの値が約０．２となり、衝突した後の原料微粒子６０の速度を最も低くすることができる。
【００１７】
次に、図８に、Ｖ２ａ／Ｖ１ａとＶ１ｂ／Ｖ１ａとの関係を示す。Ｖ１ｂ／Ｖ１ａは、衝突する前の原料微粒子６０の速度に対する衝突した後の原料微粒子６０の速度の比である。図８に示されるように、Ｖ１ｂ／Ｖ１ａの値が１未満であるため、原料微粒子６０は、ガス粒子６３と衝突することにより速度が低下していることがわかる。また、衝突する前のガス粒子６３の速度Ｖ２ａの値が低いほど、衝突後の原料微粒子６０の速度Ｖ１ｂが低くなる傾向にある。更に、Ｖ２ａ／Ｖ１ａの値が、０．８の場合には、角度θの値が増加することにより、ガス粒子６３と衝突した原料微粒子６０の速度が低下する傾向にあり、θが２０°の場合に、最も衝突後の原料微粒子６０の速度Ｖ１ｂが低くなる。
【００１８】
次に、図９に、Ｖ２ａ／Ｖ１ａとＶ２ｂ／Ｖ２ａとの関係を示す。Ｖ２ｂ／Ｖ２ａは、衝突する前のガス粒子６３の速度に対する衝突した後のガス粒子６３の速度の比である。図９に示されるように、Ｖ２ｂ／Ｖ２ａの値が１を超えるものであるため、ガス粒子６３は、原料微粒子６０と衝突することにより速度が増加していることがわかる。また、衝突する前のガス粒子６３の速度Ｖ２ａの値が低いほど、衝突後のガス粒子６３の速度Ｖ２ｂは高くなる傾向にある。
【００１９】
図７から図９に示される結果からわかるように、ガス粒子６３の速度を速くすればするほど、原料微粒子６０をガス流４１の外に飛散することが防止できるというものではない。即ち、原料微粒子６０の速度に対し、ガス粒子６３の速度を所定の値とすることにより、効率的に、原料微粒子６０が飛散することを防止することができる。
【００２０】
以上のシミュレーションの結果に基づくならば、原料微粒子６０をできるだけガス流６２に囲まれた領域から出にくくするためには、Ｖ２ａ／Ｖ１ａの値は０．５以上、１．２以下、更には、０．６以上、１．１以下であることがより好ましい。また、θの値は、０°よりも大きな値が好ましく、１０°以上、更には、２０°以上であることが好ましい。尚、本実施の形態においては、原料微粒子６０が、基板３０に衝突した際の速度の減速は考慮しないものとする。
【００２１】
（微粒子噴射ノズル４０）
次に、本実施の形態における成膜装置の微粒子噴射ノズル４０について説明する。微粒子噴射ノズル４０は、図４（ａ）に示すように、中央部分に設けられた１つの微粒子用ノズル部４１と、微粒子用ノズル部４１の周囲に配置された６つのガス用ノズル部４２により形成される構造以外のものであってもよい。
【００２２】
具体的には、図１０（ａ）に示すように、中央部分に設けられた１つの微粒子用ノズル部４１と、微粒子用ノズル部４１の周囲に配置された４つのガス用ノズル部４２により形成される構造のものであってもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、中央部分に設けられた１つの微粒子用ノズル部４１と、微粒子用ノズル部４１の周囲に配置された８つのガス用ノズル部４２により形成される構造のものであってもよい。更に、図１０（ｃ）に示すように、中央部分に設けられた１つの微粒子用ノズル部４１と、微粒子用ノズル部４１の周囲に輪帯状の形状により形成されたガス用ノズル部４２ａを有する構造のものであってもよい。尚、ガス用ノズル部４２は１つの微粒子用ノズル部４１に対し、４つ以上設けられていれば、微粒子用ノズル部４１より噴射されたエアロゾルに含まれる原料微粒子６０をガス用ノズル部４２により形成されたガス流６２に囲まれた領域から出にくくすることができる。
【００２３】
上記においては、原料微粒子６０がＺｎＯ、ガス粒子６３に含まれるガス分子がＯ２の場合について説明したが、原料微粒子６０は、酸化物や窒化物等の絶縁体、誘電体、金属等であってもよく、ガス粒子６３は窒素（Ｎ２）やアルゴン等を含むものであってもよい。尚、原料微粒子６０がＺｎＯ等の酸化物の場合には、ガス粒子６３に含まれるガス分子はＯ２であることが好ましい、成膜の際酸化物の酸素欠損を補うことができるからである。
【００２４】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００２５】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
内部に基板が設置されている成膜チャンバーと、
前記成膜チャンバー内に設けられており、前記基板に向けてエアロゾルを噴射する微粒子噴射ノズルと、
を有し、
前記エアロゾルは原料微粒子をガス中に分散させたものであり、前記基板に前記原料微粒子による膜を成膜するものであって、
前記微粒子噴出ノズルは、前記原料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射する微粒子用ノズル部と、前記微粒子用ノズル部の周囲を囲むように配置されたガスを噴出する複数のガス用ノズル部とを有するものであって、
前記微粒子用ノズル部より噴射された前記原料微粒子の速度に対する前記ガス用ノズル部より噴射されたガスの速度は、０．５以上、１．２以下であることを特徴とする成膜装置。
（付記２）
前記微粒子用ノズル部より噴射された前記原料微粒子の速度に対する前記ガス用ノズル部より噴射されたガスの速度は、０．６以上、１．１以下であることを特徴とする付記１に記載の成膜装置。
（付記３）
前記ガス用ノズル部より噴射されたガスは、前記微粒子用ノズル部より前記エアロゾルが噴出する方向に傾いて噴射されるものであって、
前記ガス用ノズル部より噴射されるガスの噴射方向と、前記基板の法線とのなす角は、１０°以上であることを特徴とする付記１または２に記載の成膜装置。
（付記４）
前記ガス用ノズル部より噴射されるガスの噴射方向と、前記基板の法線とのなす角は、２０°以上であることを特徴とする付記１または２に記載の成膜装置。
（付記５）
微粒子噴射ノズルにおいて、１つの微粒子用ノズル部に対し、４以上のガス用ノズル部を有していることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の成膜装置。
（付記６）
前記ガスは、酸素、窒素、アルゴンのうちの１又は２以上のものを含むものであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の成膜装置。
（付記７）
前記原料微粒子は酸化物であって、前記ガスは酸素を含むガスであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の成膜装置。
【符号の説明】
【００２６】
１０        成膜チャンバー
２０        基板支持部
３０        基板
４０        微粒子噴射ノズル
４１        微粒子用ノズル部
４２        ガス用ノズル部
５０        エアロゾル発生器
５１        エアロゾル搬送管
６０        原料微粒子
６１        エアロゾル流
６２        ガス流
６３        ガス分子
７０        真空ポンプ
【図１】
0005838851.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005838851.tif 000010
【図１０】
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