(57)【要約】【課題】  幅広い領域に均一な膜を成膜するのに適した成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置を提供する。【解決手段】  微粒子６をガス中に分散させたエアロゾル１６をエアロゾル噴射装置１３から噴射して基板材料１２に衝突させ、前記基板材料１２の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置１およびこれに用いられるエアロゾル噴射装置１３において、エアロゾル１６を噴射する噴射口１５を１箇所有するノズル１４，１４，…を複数本備えて構成され、各ノズル１４，１４，…は互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とするエアロゾル噴射装置１３を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置に用いられるエアロゾル噴射装置において、
前記エアロゾル噴射装置は、エアロゾルを噴射する噴射口を１箇所有するノズルを複数本備えて構成されており、各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とする成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項２】
前記ノズルが直線状に一列に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項３】
前記ノズルが二次元平面内に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項４】
前記ノズルは、噴射口の大きさが互いに等しいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項５】
前記ノズルは、各ノズルの噴射口の大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項６】
前記ノズルは、噴射口の大きさを可変とする機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項７】
前記ノズルは、噴射口の大きさを一定に維持する機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項８】
前記ノズルは、等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項９】
前記ノズルは、間隔が段階的に大きく又は小さくなるように配列されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項１０】
前記ノズルは、各ノズルがエアロゾルを噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるように配列されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。
【請求項１１】
微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置において、
前記エアロゾル噴射装置が請求項１ないし１０に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置であることを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
前記ノズルは噴射口の大きさを可変とする機構を備え、前記エアロゾル噴射装置は、前記薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、前記モニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいて前記ノズルの噴射口の大きさを制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１１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、エアロゾル化した微粒子を基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜するために用いられる成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の回路にはＩＣ等とともに多くのコンデンサが搭載されている。このため、電子機器の更なる小型化を実現するには、コンデンサを基板内部に直接作ることが必要となる。この課題に対して、例えば特許文献１に記載されているように、エアロゾルデポジション法によるコンデンサの製造方法が提案されている。ここでエアロゾルデポジション法とは、微粒子をエアロゾル化して基板材料に衝突させ、この衝突による衝撃で前記微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて新たに生じた活性な表面を介して微粒子同士を再結合させることにより、基板材料の表面に微粒子からなる構造物（薄膜など）を形成する方法である。
エアロゾルデポジション法により得られる膜の大面積化に関しては、例えば特許文献２に記載されているように、エアロゾル化した微粒子を噴射させる導出口を長方形とし、かつノズルの内部形状を工夫したノズルが提案されている。
また、エアロゾルデポジション法により得られる膜の平滑さや緻密さに関しては、例えば特許文献３に記載されているように、エアロゾル化した微粒子の流れを基板表面に対して斜めに入射させる成膜方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−９５７９３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７０８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２０８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、細長い領域の成膜は同時に実現できるが、幅広い二次元領域に一括で成膜することはできない。このため、この提案では、膜の大面積化に限界がある。また、成膜を継続するうちに、微粒子の衝突によりノズルの内面や開口部の周縁が削れてしまう。この提案では、ノズルの内部形状を利用してエアロゾル化した微粒子の濃度を均一に保ちながら微粒子の流れの長辺方向の幅を拡大するように意図しているが、ノズルの内部形状が変化することで、意図した効果が得られなくなり、濃度ムラが生じ、最終的には薄膜のパラメータ（膜厚など）の面内均一性が悪化するおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、幅広い領域に均一な膜を成膜するのに適した成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置に用いられるエアロゾル噴射装置において、前記エアロゾル噴射装置は、エアロゾルを噴射する噴射口を１箇所有するノズルを複数本備えて構成されており、各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とする成膜装置用エアロゾル噴射装置を提供する。
【０００６】
本発明の成膜装置用エアロゾル噴射装置においては、ノズルを直線状に一列に配列することができる。また、ノズルを二次元平面内に配列することもできる。
ノズルは、噴射口の大きさを互いに等しくすることもできる。また、各ノズルの噴射口の大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。また、噴射口の大きさを可変とする機構を備えることもできる。また、噴射口の大きさを一定に維持する機構を備えるノズルを用いることもできる。
ノズルは、等間隔に配列することもできる。また、ノズル間の間隔が段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。また、各ノズルがエアロゾルを噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。
【０００７】
また、本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置において、エアロゾル噴射装置が上述の成膜装置用エアロゾル噴射装置であることを特徴とする成膜装置を提供する。
本発明の成膜装置においては、ノズルは噴射口の大きさを可変とする機構を備え、前記薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、前記モニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいて前記ノズルの噴射口の大きさを制御する制御装置とを備えた構成を採用することもできる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノズルを複数本配列し、これらのノズルからエアロゾル化した微粒子を基板材料の表面に向けて噴射するので、成膜速度や誘電率などの面内均一性を向上し、幅広い領域に均一な膜を成膜することができる。
基板材料に対して角度をもってノズルを設置し、ノズルの角度に合わせてノズルの噴射口の大きさやノズルの設置間隔を段階的に変化させることで、さらに面内均一性を向上することができる。
ノズルの噴射口の大きさを可変にすることで、微粒子の流量変化に対して成膜条件を動的に制御することが可能になる。また、微粒子の衝撃によるノズルの形状変化に対してノズルの大きさを常に一定に維持することができるので、膜厚の面内均一性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の成膜装置１の一例を示す模式図である。図１において、キャリアガス（単に「ガス」という場合もある。）が充填されたガスボンベ２（ガス供給手段）は、ホース状の第１の配管３を介してエアロゾル発生器５の容器７に連結されており、エアロゾル発生器５にガスを供給するようになっている。ガスボンベ２からエアロゾル発生器５に供給されるガスの流量は、第１の配管３に設けられたマスフローコントローラ４によって制御可能である。
キャリアガスは、エアロゾル発生器５において微粒子６と混合してエアロゾルを構成するものであり、好適には、高圧のアルゴンのほか、ヘリウム、ネオン、窒素等の不活性ガスを用いることができる。なお、微粒子６としてペロブスカイト構造を有するセラミックス材料を用いる場合には、酸化性のガス、例えば酸素や空気を用いても良い。
【００１０】
エアロゾル発生器５は、微粒子６を内蔵した容器７と、微粒子６を一次粒子化する振動を発生する振動機８とを備える。エアロゾル発生器５では、振動機８の振動によって微粒子６を一次粒子化するとともに、ガスボンベ２から供給されるガスを微粒子６の層に吹き込むことにより、微粒子６をガス中に分散させ、エアロゾルを発生させることができる。
エアロゾル発生器５によって発生したエアロゾルを搬送するため、エアロゾル発生器５の容器７と成膜室１０とを接続する第２の配管９，９，…が複数本設けられている。
振動機８が発生する振動の種類としては、超音波振動や電磁振動、機械的振動などが挙げられる。微粒子６の一次粒子化により、エアロゾル中に粗大な粒子が混入することが防止され、緻密かつ均一な薄膜を形成するのに有利となる。
【００１１】
微粒子６は、エアロゾルデポジション法に用いられる微粒子であれば特に限定されるものではないが、一般に粒径１ｎｍ〜数μｍ程度、より好ましくは粒径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の微粒子が望ましい。微粒子６の材質も、膜形成材料となるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料やセラミックス材料、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等など、種々のものが使用可能である。
【００１２】
成膜室１０内には、基板材料１２を保持する基板保持台１１と、基板材料１２に向けて配置された複数本のノズル１４，１４，…を有するエアロゾル噴射装置１３とが設けられている。また、成膜室１０内の圧力を低圧とするため、メカニカルブースターポンプ１８およびロータリーポンプ１９が成膜室１０に接続されている。
【００１３】
基板保持台１１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三方向の位置を精密に移動させることが可能なＸＹＺステージ（図示略）に連結されている。これにより、基板材料１２の位置を精密に制御することが可能になっている。
基板材料１２は、成膜される膜（図示略）を保持するものである。基板材料１２としては特に限定されるものではなく、シリコン等の半導体基板、セラミックスやガラスなどの絶縁体基板、金属などの導電体基板などを用いることができる。
【００１４】
本発明において、エアロゾル１６を噴射するノズル１４は複数本が用いられており、エアロゾル噴射装置１３は、エアロゾル１６を末広がり状に噴射する噴射口１５を１箇所有するノズル１４，１４，…を複数本備えて構成されている。また、各ノズル１４，１４，…は互いに所定の隙間１７を介して配列されている。
ノズル１４，１４，…の隙間１７は、具体的には、それぞれのノズル１４，１４，…から噴出するエアロゾル１６が基板材料１２の表面で互いに接して、エアロゾル１６中に含まれる微粒子からなる膜が基板材料１２上に連続的に形成されるようにする。これにより、基板材料１２上の幅広い領域に成膜することが可能となる。ノズル１４，１４を隙間なく集束した場合、隣り合うノズル１４，１４から噴出されるエアロゾル１６が基板材料１２上で重なり合ってしまうので、エアロゾル１６が重なり合ったところで膜厚が大きくなってしまい、均一な膜厚が得られない。
【００１５】
図１に示す形態例では、ノズル１４，１４，…の形状は互いに同一であり、噴射口１５の大きさは互いに等しくされている。これにより、エアロゾル１６を各ノズル１４，１４，…から等量噴出させることができるので、膜の面内均一性を向上することができる。また、ノズル１４，１４，…は等間隔に配列するとともに、ノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して垂直とされている。これにより、ノズル１４，１４，…の配列が容易になり、配列の精度も向上する。
ノズル１４，１４，…の配列は、図２に示すように、直線状に一列の配列とすることもできる（図２中、列を一点鎖線で示す）。この場合、ノズル１４，１４，…の配列方向に垂直な方向（図１では紙面に垂直な前後方向）に基板材料１２またはノズル１４，１４，…を動かし、基板材料１２上でエアロゾル１６が吹き付けられる位置を移動させることによって、基板材料１２表面の幅広い領域に成膜することが可能となる。
また、図３に示すように、ノズル１４，１４，…を二次元平面内に複数の列をなすように配列することもできる（図３中、列をそれぞれ一点鎖線で示す。）。これにより、基板材料１２表面のより幅広い領域に成膜することが可能となる。
【００１６】
図１に示す成膜装置１を用いて基板材料１２の表面に膜を成膜する方法の概略を説明する。
微粒子６をエアロゾル発生器５の容器７内に充填して、微粒子６を振動機８で加振しつつガスボンベ２からキャリアガスを供給することにより、微粒子６をエアロゾル化する。エアロゾル１６は、キャリアガスとともにジェット流となって噴射され、第２の配管９を通ってノズル１４の噴射口１５から噴出される。エアロゾル１６中の微粒子は、基板材料１２の表面に堆積し、薄膜を形成する。
図１の成膜装置１では、上述のように、エアロゾル噴射装置１３が複数本のノズル１４，１４，…を備えて構成され、これらのノズル１４，１４，…が互いに所定の隙間１７を介して配列されているので、成膜速度や誘電率、膜厚などの面内均一性を向上し、幅広い領域に均一な膜を成膜することができる。
【００１７】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に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で種々の改変が可能である。
図１では、使用するノズル１４，１４，…の形状を同一とし、また、ノズル１４，１４，…を等間隔に配列するとともに、ノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して垂直としたが、特許文献３に記載されているように、ノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して斜めとすることもできる（図４，図５参照）。
【００１８】
ノズル１４からエアロゾル１６を基板材料１２に対して斜めに吹き付ける場合、基板材料１２に対するエアロゾル１６の入射角度αは、−６０°〜−５°または＋５°〜＋６０°、特に好ましくは、−３０°〜−５°または＋５°〜＋３０°となるように、ノズル１４，１４，…と基板材料１２との配置を調節するのが望ましい。ただし、エアロゾル１６の入射角度αは、ノズル１４の中心軸線２０と基板材料１２の表面の法線２１とがなす角として定義する。
なお、図４，図５ではノズルは、入射角度αが互いに等しくなるように（すなわち、ノズルの中心軸線２０が互いに平行となるように）設置している。
このように、入射角度αを±６０°〜±５°の範囲内とすることにより、微粒子の接合が充分で組織が緻密になり、また、表面が平滑で密度の均一な膜を実現することができる。また、基板材料１２の表面に向けて噴出された微粒子のうち、成膜に利用されず、基板材料１２に接合しなかった微粒子が基板材料１２の表面で反射してノズル１４に衝突するのを防止することもできる。
【００１９】
ところでノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して斜めとした場合、大きさの均一な複数本のノズル１４，１４，…を等間隔に配置すると、ノズル１４の先端と基板材料１２との距離が一定にならないので、膜の面内均一性が悪化するおそれがある。
この問題は、図４に示すように、ノズル１４，１４Ａ，１４Ｂの噴射口１５，１５Ａ，１５Ｂの大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列することによって解決することができる。図４では、ノズル１４，１４Ａ，１４Ｂは、噴射口１５が図の右寄りに傾くように設置されており、噴射口１５，１５Ａ，１５Ｂの大きさが左から右に向かうにつれて順に大きくなるように配列されている。
また、図５に示すように、噴射口１５，１５，…の大きさが均一なノズル１４，１４，…を配列するときに、ノズルの間隔を段階的に大きく又は小さくなるように配列することによっても解決できる。この場合、異なる形状のノズルを複数種類用意する必要がないという利点もある。
また、ノズル１４，１４，…ごとにエアロゾル１６を噴射する圧力を変える機構を設け、エアロゾル１６を噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるようにノズル１４，１４，…を配列することによっても解決できる。
図４，図５に示すように、基板材料に対して角度をもってノズルを設置し、ノズルの角度に合わせてノズルの噴射口の大きさやノズルの設置間隔、あるいはエアロゾルの噴射圧力を段階的に変化させることで、さらに面内均一性を向上することができる。
【００２０】
また、成膜条件は、ノズル１４の噴射口１５を通過するときのエアロゾル化された微粒子の速度で変化する。例えば、エアロゾル発生器５や配管９中で微粒子の凝集が起きたり、または他の要因で微粒子の速度が変化してしまうと、成膜条件に影響を与える。ノズルごとに噴射される微粒子の速度が異なると、面内均一性が悪化するおそれもある。この問題を解決するため、ノズル１４は、噴射口１５の大きさを可変とする機構を備えることもできる。この場合、基板材料１２上に形成された薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、このモニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいてノズル１４の噴射口１５の大きさをフィードバック制御する制御装置を設けることによって、面内均一性の高い膜を成膜することが可能である。
【００２１】
また、成膜を継続するうちに、微粒子の衝突によりノズルの形状や噴射口の大きさが変化することがある。この問題は、噴射口１５の大きさを一定に維持する機構をノズルに設けることで解決される。これにより、膜厚の面内均一性やサンプルごと（ロットごと）の均一性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、エアロゾルデポジション法を用いた成膜によって得られる種々の電子素子、例えばコンデンサなどの製造などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の成膜装置の一例を示す模式図である。
【図２】ノズルが直線状に一列に配列されたエアロゾル噴射装置の一例を示す斜視図である。
【図３】ノズルが二次元平面内に複数列されたエアロゾル噴射装置の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の変形例に係る成膜装置の要部を示す模式図である。
【図５】本発明の他の変形例に係る成膜装置の要部を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１Ａ，１Ｂ…成膜装置、６…微粒子、１２…基板材料、１３…エアロゾル噴射装置、１４，１４Ａ，１４Ｂ…ノズル、１５，１５Ａ，１５Ｂ…噴射口、１６…エアロゾル、１７…ノズル間の隙間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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