(57)【要約】【課題】緻密で膜密着性の高い膜を形成可能なエアロゾルデポジッション成膜装置を提供する。【解決手段】成膜材料の微粒子をエアロゾル化するエアロゾル発生部２０と、エアロゾルを基板に向けて噴射して成膜を行う成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０等から構成し、エアロゾル発生部２０を、第１エアロゾルを形成する第１エアロゾル発生器２１と、第１エアロゾルをターゲット３２に噴射して、ターゲットを研削等して生成される第２粒子を含む第２エアロゾルを形成する第２エアロゾル発生器２２から構成する。第２粒子の表面が活性化しているので、基板４３への第２エアロゾルの噴射により、緻密で膜密着性の高いＡＤ膜４６が形成できる。【選択図】図１
2006144054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスと共にエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、
前記エアロゾルを基体に噴射して成膜する成膜手段と、を備えるエアロゾルデポジッション成膜装置であって、
前記エアロゾル形成手段は、第１の粒子を含む第１のエアロゾルを形成する第１のエアロゾル発生器と、該第１のエアロゾルをターゲットに噴射して第１の粒子を第２の粒子に変換し、第２の粒子を含む第２のエアロゾルを形成すると共に前記成膜手段に送出する第２のエアロゾル発生器からなることを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置。
【請求項２】
前記ターゲットは粉末の成型体であり、
前記第２の粒子は、前記第１の粒子をターゲットに噴射して、該ターゲットから生成されてなることを特徴とする請求項１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
【請求項３】
前記第１の粒子は、前記第２の粒子よりも平均粒径が大きいことを特徴とする請求項２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
【請求項４】
前記ターゲットは粉末の成型体であり、
前記第２の粒子は、前記第１の粒子をターゲットに噴射して、該ターゲットから生じた微粒子が第１の粒子の表面に付着してなることを特徴とする請求項１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
【請求項５】
前記第２の粒子は、前記第１の粒子をターゲットに噴射して、第１の粒子の表面が活性化されてなることを特徴とする請求項１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
【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材料を用いて成膜するエアロゾルデポジッション成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス社会を目指して、パーソナルコンピュータ、携帯電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、その他モバイル機器等の分野で、ポータブル・ウエアラブル・モバイル電子機器の開発が望まれている。このような電子機器の小型化・高性能化・多機能化を実現するためには種々の機能をもった材料を同じ空間内に集積化して形成することが重要である。これまで、回路基板や半導体素子、受動電子部品の開発の中で、樹脂材料と金属材料、セラミック材料と金属材料との組み合わせによる構造体を形成することにより、要求に見合ったデバイスの開発を可能にしてきた。
【０００３】
しかしながら、樹脂材料とセラミック材料との組み合わせによる構造体は、それぞれのプロセス温度が大きく異なるために、その複合化に制限があり、双方の特性を充分に発現した手法が存在しなかった。手法の一つとして、樹脂中にセラミック粉末等を混ぜ合わせて複合化する方法が試みられているが、要求特性を充分に満たしていないのが現状である。例えば、高誘電率化を達成するための高誘電率セラミックスと樹脂との組み合わせにおいても、樹脂中のセラミックスの充填率が制限され、比誘電率が数十程度の材料しか得られない。このために、低いプロセス温度で形成可能なセラミックスあるいは、耐熱温度の高い樹脂材料の開発が望まれている。
【０００４】
そこで、無機材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し基板上に衝突させることにより、基板上に無機材料の膜を形成させる、いわゆるエアロゾルデポジション法は、常温付近でセラミック膜が形成できるために、材料本来の特性を損なうことなく、樹脂材料との複合・集積化が可能となるとみられており、この分野の研究・開発が活発化し始めているところである。
【０００５】
ＡＤ成膜装置では、セラミックス等の無機材料の粉末にガスを導入して得られたエアロゾルをノズルから基板上に送り込み、基板上にエアロゾルを衝突させるとともに密着形成させることにより成膜を行う（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平３−２３１０９６号公報
【特許文献２】特開２００３−８２４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エアロゾルを発生するエアロゾル発生器では、粉末を機械的に振動させると共に粉末中に搬送ガスを通すことで粉末を巻き上げエアロゾル化している。この手法では、粉末の粒度分布が大きい場合、形成される膜のミクロな構造が不均質となり易く、膜内の誘電率や膜強度の分布が生じるおそれがある。また、粉末の粒度分布を抑制することは容易ではない。
【０００７】
また、エアロゾルデポジション法に使用される粉末は、一般に、粉末合成や粉末製造時に表面が安定化されている。エアロゾルデポジション法では、成膜される際に粉末が被成膜基板に衝突した際に互いに表面が活性化され密着して膜が形成される。しかし、膜形成の際の衝突による表面活性化のみでは十分な膜密着性が確保できないおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、緻密で膜密着性の高い膜を形成可能なエアロゾルデポジッション成膜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、キャリアガスと共にエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、前記エアロゾルを基体に噴射して成膜する成膜手段と、を備えるエアロゾルデポジッション成膜装置であって、前記エアロゾル形成手段は、第１の粒子を含む第１のエアロゾルを形成する第１のエアロゾル発生器と、該第１のエアロゾルをターゲットに噴射して第１の粒子を第２の粒子に変換し、第２の粒子を含む第２のエアロゾルを形成すると共に前記成膜手段に送出する第２のエアロゾル発生器からなることを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、第１エアロゾルの第１粒子をターゲットに噴射して、第１粒子が第２の粒子に変換される。例えば、第２の粒子はターゲットから生成され、あるいはターゲットから生成した微粒子が付着して形成される。このように第２の粒子はターゲットが研削されて生じたものであるので、第２の粒子の表面はほぼ破断面に囲まれ、あるいは破断面を有する微粒子が付着している。したがって、第２の粒子のほぼ全表面は活性化され、その活性度が高いので、第２の粒子を含む第２のエアロゾルが基板に吹き付けられて形成された膜は緻密でかつ膜密着強度が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１粒子を含む第１のエアロゾルをターゲットに噴射して変換された第２粒子を含む第２のエアロゾルを基体に噴射して成膜することで、表面が活性化された第２の粒子を含む第２のエアロゾルを用いて、緻密で膜密着性の高い膜を成膜できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照しつつ実施の形態を具体的に説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。図１を参照するに、エアロゾルデポジッション（以下「ＡＤ」と略称する。）成膜装置１０は、大略、成膜材料の微粒子をエアロゾル化するエアロゾル発生部２０と、エアロゾルを基板に向けて噴射して成膜を行う成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０などから構成される。
【００１４】
エアロゾル発生部２０は、第１エアロゾル発生器２１、第２エアロゾル発生器２２、第１エアロゾル発生器２１に圧縮されたキャリアガスを供給するガスボンベ２３、コンプレッサー２４、マスフローコントローラ２５、および配管２６、２８、３３等から構成される。
【００１５】
第１エアロゾル発生器２１は、容器２７内に後述する第２エアロゾル発生器２２のターゲットに噴射される第１粒子からなる粉末２９が充填され、容器２７内にキャリアガスを送り込む配管２６と、舞い上がった粉末がキャリアガスと共に形成される第１エアロゾルを第２エアロゾル発生器２２に送出する配管２８とが接続されている。第１エアロゾル発生器２１では、配管２６が粉末２９中に挿入されているので、配管２６から供給されるキャリアガスにより容器２７内の空間に粉末２９が舞い上がり第１エアロゾルが形成される。
【００１６】
第１エアロゾル発生器２１には、超音波振動や電磁振動、機械的振動により粉末２９を一次粒子化するための加振器を設けてもよい。加振器により振動を粉末２９に印加して一次粒子化させると共にエアロゾルが形成され易くすることができ、その結果、第２エアロゾル発生器２２で粒径の揃った微粒子を生成できる。また、第１エアロゾル発生器２１には粉末２９を乾燥するためのヒータ等の加熱手段を設けてもよい。
【００１７】
また、第１エアロゾル発生器２１内を予め減圧雰囲気に設定するために、配管３４ａおよびバルブ３４ｂを介して容器が真空系５０に接続されている。第１エアロゾル発生器２１内の乾燥、特に粉末２９の乾燥をする場合には、真空系５０を動作させ、バルブ３４ｂを開いて、第１エアロゾル発生器２１内を排気する。
【００１８】
第１粒子からなる粉末２９は、後ほど詳述するが、例えば絶縁材料や導電材料等を用いることができる。粉末２９は十分に除湿後、容器２７に充填されることが好ましい。
【００１９】
ガスボンベ２３には、キャリアガスが充填され、キャリアガスとしては、アルゴンガスの他、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン、窒素などの不活性ガスを用いることができる。なお、第２エアロゾル発生器２２のターゲット３２にペロブスカイト構造を有する酸化物セラミックスを用いる場合は、キャリアガスは酸化性のガス、例えば酸素ガスや空気を用いてもよく、これらのガスを不活性ガスに添加してもよい。酸化物セラミックス微粒子材料の酸素欠損を抑制することができる。
【００２０】
コンプレッサー２４は、キャリアガスの圧力を制御し、第１エアロゾル発生器２１に充填された粉末２９の吹き上げ量、すなわち第１エアロゾル中の粉末量を制御する。また、後述する第２エアロゾル発生器２２に第１エアロゾルを噴射する際の圧力を制御し、ターゲット３２の表面が研削されて生成する微粒子量を制御する。なお、コンプレッサー２４のかわりにボンベ２３内のガス圧力が十分高い場合は、ボンベ用ガスレギュレータを用いてもよい。また、コンプレッサー２４を使用する場合は、キャリアガスの供給源をガスボンベ２３のかわり液体窒素等のキャリアガスの液体を蒸発させてもよく、窒素ガスや酸素ガスの場合は空気中から回収・精製してもよい。
【００２１】
マスフローコントローラ２５はキャリアガスの流量を制御し、第１エアロゾル発生器２１で形成される第１エアロゾルの流量を制御する。
【００２２】
第２エアロゾル発生器２２は、容器３０内に第１エアロゾル発生器２１から供給された第１エアロゾルがターゲット３２に噴射されて、ターゲット材料からなる第２粒子の第２エアロゾルが形成される。第２エアロゾル発生器２２の詳細は後ほど図２を用いて説明する。第２エアロゾルは配管３３を介して成膜部４０に送出される。
【００２３】
第２エアロゾル発生器２２から成膜室４１に送出される第２エアロゾルにアシストガスを加え、第２エアロゾルの流速を制御してもよい。具体的には、第２エアロゾルが送出される配管３３にアシストガス供給部３５の配管３９を接続する。配管３９はエアロゾルの流れ方向に対してアシストガスの方向がほぼ同じ方向となるように配管３３に接続される。アシストガス供給部３５は、ガスボンベ３６、マスフローコントローラ３７、バルブ３８、及び配管３３に接続する配管３９から構成されている。アシストガスはキャリアガスと同様のガスから選択される。アシストガスはキャリアガスと同様に、微粒子材料が酸化物の場合、あるいは微粒子材料を酸化する場合は酸素あるいは酸素を添加した不活性ガスを用いてもよい。アシストガスの流量は、マスフローコントローラ３７により制御する。なお、アシストガス供給部３５は設けてもよく、設けなくともよい。
【００２４】
成膜部４０は、成膜室４１内に第２エアロゾル発生器から配管３３を介して接続された噴射ノズル４２と、噴射ノズル４２と対向して基板４３を保持する基板保持台４４が設けられ、さらに、基板４３の位置を制御するＸＹＺステージ４５が基板保持台４４に連結されている。噴射ノズル４２から噴射された第２エアロゾルは基板４３の表面あるいは既に堆積している第２粒子の膜に衝突して第２粒子が強固に付着する。噴射ノズル４２は、例えば、噴射速度を５０ｍ／ｓ〜１０００ｍ／ｓに設定することが好ましい。
【００２５】
噴射ノズル４２は、第２エアロゾルが流れる流路を狭窄するように、先細りの形状にしてもよい。第２エアロゾルの流速を増すことができる。
【００２６】
ＸＹＺステージ４５は基板保持台４３をエアロゾルの入射方向に対して垂直方向に定速・繰り返し駆動動作を行うものであってもよい。
【００２７】
排気系５０は、成膜室４１に接続され、成膜室４１内の圧力を減圧雰囲気とするためのメカニカルブースタ５１及び真空ポンプ５２から構成される。成膜室４１を減圧雰囲気として第２エアロゾルの噴射速度を高める。真空ポンプは、例えば、ロータリーポンプやダイアフラム型真空ポンプ等を用いることができる。なお、成膜室４１とメカニカルブースタ５１とを接続する配管５３やメカニカルブースタ５１と真空ポンプ５２を接続する配管５４に集塵機を設けてもよい。
【００２８】
次に、ＡＤ成膜装置１０を用いたＡＤ膜４６の成膜方法を、図１を参照しつつ説明する。
【００２９】
最初に、メカニカルブースタ５１および真空ポンプ５２を用いて成膜室４１、第１エアロゾル発生器２１および第２エアロゾル発生器２２の各々の容器２７、３０の内部、配管２８、３３、３４ａ等の内部を排気して減圧雰囲気にする。
【００３０】
次いで、ガスボンベ２３のバルブ２３ｂを開き、キャリアガスを送出する。コンプレッサー２４およびマスフローコントローラ２５によりキャリアガスの圧力および流量を制御して第１エアロゾル発生器２１の容器２７の粉末２９にキャリガスを送り込み、粉末２９（第１粒子）をエアゾル化して第１エアロゾルを形成する。第１エアロゾルの濃度はキャリアガスの圧力および流量により制御する。
【００３１】
第１エアロゾルは、第２エアロゾル発生器２２に送り込まれ、ノズル３１からターゲット３２に第１粒子を含む第１エアロゾルが噴射される。第１粒子により研削され生成されたターゲット材料からなる第２粒子を含む第２エアロゾルが形成される。
【００３２】
第２エアロゾルは配管３３を通じて成膜室４１に送り込まれ、噴射ノズル４２から基板４３に向かって噴射される。第２エアロゾルの噴射速度は、コンプレッサー２４およびマスフローコントローラ２５によるキャリアガスの圧力および流量の制御や、メカニカルブースタ５１および真空ポンプ５２の排気速度の制御により行う。
【００３３】
また、成膜の際には、基板保持台４４をＸＹＺステージにより、第２エアロゾルの噴射方向に対して垂直な面内に移動させてもよい。基板４３の表面に厚さの一様なＡＤ膜４６が形成できる。
【００３４】
図２は、第１の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図であり、第２エアロゾル発生器の構成および第２エアロゾルが形成される様子を示している。
【００３５】
図２を参照するに、第２エアロゾル発生器２２は、容器３０内に第１エアロゾル発生器２１（図１に示す。）から第１粒子２９ａを含む第１エアロゾルが供給される配管２８に接続されたノズル３１と、ターゲット３２と、発生した第２粒子３２ａを含む第２エアロゾルを送出する配管３３等から構成される。
【００３６】
第２エアロゾル発生器２２の容器３０内では、第１粒子２９ａを含む第１エアロゾルがノズル３１からターゲット３２に向かって噴射され、第１粒子２９ａがターゲット３２表面に衝突し、ターゲット３２の表面を研削して、ターゲット材料の微粒子（第２粒子３２ａ）が形成される。第２粒子３２ａはエアロゾル化して第２エアロゾルが形成される。第２粒子３２ａの表面は、ほぼ破断面からなり、第２粒子３２ａの表面が活性化され、その活性度が高い。その結果、ＡＤ膜４６（図１に示す。）は、微粒子材料を材料として直接形成された膜よりも、緻密性が高く密着強度が高くなる。
【００３７】
ターゲット３２は、成膜室４１において基板４３上に成膜するＡＤ膜４６の材料からなる粉末の成型体であり、例えば粉末材料を圧粉成型あるいは仮焼成したものを用いることができる。ターゲット３２は、板状あるいは塊状の形状を有し、第１エアロゾルが噴射される面が平面状であることが好ましい。
【００３８】
ターゲット３２は多孔質であり、その密度がターゲット３２を構成する材料の密度（粉末材料自体の密度）を基準（１００％）として、３０％〜９５％の範囲に設定されることが好ましい。ターゲット３２から生成される第２粒子３２ａが微粒子化し易くなり、第２粒子３２ａの粒径分布が狭小化して、その結果、形成されるＡＤ膜４６が均質化され、膜の表面性が良好となる。
【００３９】
ターゲット３２は、ＡＤ膜４６（図１に示す。）の材料からなり、その材料に特に制限はないが、例えば、回路基板や半導体装置の層間絶縁層を形成する場合は、高周波における低誘電損失の観点から、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＴｉO3、ＢａＺｒＯ3、ＺｒＳｎＴｉＯ4、ＢａＴｉ4Ｏ9、Ｂａ2Ｔｉ9Ｏ20、ＭｇＴｉＯ3、ＭｇＺｒＯ3、Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｃｏ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｎｉ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＳｒＺｒＯ3、Ｎｄ2Ｔｉ2Ｏ7、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3、Ｂａ（ＴｉＺｒ）Ｏ3、ＰｂＺｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰｂＺｒＯ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2(ムライト）、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3(スピネル）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ2(フォルステライト）、２Ａｌ2Ｏ3・２ＭｇＯ・５ＳｉＯ2(コージエライト）、ＣａＯ・ＳｉO2(ウォラストナイト）、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（アノーサイト）、ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2（ディオプサイド）、２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉO2（ゲーレナイト）等のセラミックス粉末材料及びこれらから選択される１種あるいは２種以上のセラミックス粉末材料の混合物が好適である。
【００４０】
また、ターゲット３２に照射する第１エアロゾルの第１粒子２９ａ、すなわち図１に示す第１エアロゾル発生器２１の容器２７に充填される粉末２９はその材料に特に制限はないが、ターゲット３２と同一の材料を用いることが好ましい。第１粒子２９ａは、ターゲット材料の微粒子化の点で、ターゲット３２よりも硬度が大きい方が好ましい。
【００４１】
また、第１粒子２９ａは、第２粒子３２ａよりも平均粒径が大きい方が好ましい。このようすることで、第１粒子２９ａの運動エネルギーを増加させ易くし、ターゲット３２に衝突する際に与えるエネルギーを増加させることができる。それと共に、第１粒子２９ａが衝突後に容器３０の底に沈降し易くなり第２エアロゾルへの混入を防止できる。これらの点で、第１粒子２９ａの平均粒径は、１０μｍ以上かつ５００μｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
第１粒子２９ａは、ターゲット材料と同一の材料を用いてもよい。このようすることで、第１粒子の破片や摩耗粉が第２エアロゾルに混入しても、ＡＤ膜４６の純度や強度に与える悪影響を防止できる。なお、容器３０内に堆積した第１粒子２９ａを除去する除去手段を容器３０に設けてもよい。
【００４３】
第２エアロゾルの濃度は、第２粒子３２ａ、すなわちターゲット３２の材料に応じて適宜選択されるが、図１に示す噴射ノズル４２や配管３３等の詰まりを防止する点や、均質な第２エアロゾルが得られる点、実用的な成膜速度を確保する点で、第２エアロゾルの濃度を０．５体積％〜２０体積％の範囲に設定することが好ましい。
【００４４】
ノズル３１は、配管２８の内径と同様の開口径を有してもよく、噴射の際の圧力を高めることができる点で、先細り形状でもよい。
【００４５】
また、ノズル３１は、ターゲット３２の表面に垂直な方向に対して一方の側から第１粒子２９ａを噴射するように配置され、噴射方向の下流側に配管３３が配置されることが好ましい。特に、噴射方向は、ターゲット３２の表面に垂直な方向に対して５度〜８５度の範囲に設定することが好ましい。
【００４６】
本実施の形態によれば、第１エアロゾルの第１粒子２９ａをターゲット３２に噴射して、ターゲット３２を研削することにより表面が活性化された第２粒子３２ａを生成する。第２粒子３２ａを生成してすぐに成膜するので、第２粒子３２ａ表面が活性化された状態で基板に堆積させることができる。したがって、ＡＤ膜４６の緻密性および膜密着強度を向上できる。
【００４７】
図３は、第１の実施の形態の変形例に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。図３は、第１エアロゾル発生器からの配管と第２エアロゾル発生器を示す。図３に示す構成以外は、図１に示すＡＤ成膜装置と同様の構成を有するので、その説明を省略する。
【００４８】
図３を参照するに、本変形例に係るエアロゾルデポジッション成膜装置では、図１に示す第１エアロゾル発生器２１から第２エアロゾル発生器２２に第１エアロゾルを供給する配管２８に第１エアロゾルの第１粒子２９ａをイオン化する電極６１ａ、６１ｂおよび第１高電圧電源６２と、ターゲット３２を帯電させる第２高電圧電源６３が設けられていることに主な特徴がある。
【００４９】
電極６１ａ、６１ｂは、配管２８内に露出され、第１高電圧電源６２により高電圧が印加され、電極間を通過する第１エアロゾルの第１粒子２９ａは例えばマイナスにイオン化する。一方、ターゲット３２には第２高電圧電源６３により第１エアロゾルのイオンとは逆の極性、すなわちプラスに帯電させる。このような構成とすることで、マイナスにイオン化された第１エアロゾルの第１粒子２９ａは、キャリアガスに付与された圧力に加え、ターゲット３２との電気的引力によりターゲット３２に引き寄せられるので、ターゲットとの衝突速度が高まり、一層効率良くターゲット３２が研削されて第２粒子３２ａが生成され、より高濃度の第２エアロゾルを形成できる。なお、第１エアロゾルのイオン濃度を高めるためにマグネトロンを更に設けてもよい。
【００５０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置は、第１エアロゾル発生器に充填される第１粒子と第２エアロゾル発生器のターゲットに主な特徴があり、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図４を参照するに、第２エアロゾル発生器２２は、容器３０内に第１エアロゾル発生器２１（図１に示す。）から第１粒子７１ａを含む第１エアロゾルが供給される配管２８に接続されたノズル３１と、ターゲット７２と、発生した第２粒子７３を含む第２エアロゾルを送出する配管３３等から構成される。なお、第１粒子７１ａは、図１に示す第１エアロゾル発生器２１の容器２７に粉末２９として充填されている。
【００５３】
第２エアロゾル発生器２２では、第１エアロゾルの第１粒子７１ａがノズル３１からターゲット７２に向かって噴射され、第１粒子７１ａがターゲット７２の表面に衝突し、ターゲット７２が研削されて生成した微粒子７２ａが第１粒子７１ａの表面に付着して第２粒子７３が形成される。第２粒子７３はキャリアガスによりエアロゾル化して第２エアロゾルが形成される。第２粒子７３は、第１粒子７１ａとの衝突により形成されるので、第１粒子７１ａおよび微粒子７２ａの表面が活性化され第１粒子７１ａへの微粒子７２ａの付着性が高く、第２粒子７３の構造が安定である。また、第２粒子７３全体が活性化された状態であり、図１に示す成膜室４１に搬送されるまで第２粒子７３の構造が保持されるので、膜の緻密性および密着強度が高くなる。
【００５４】
第１粒子７１ａは、図２に示す第１の実施の形態のターゲット３２と同様の材料の粉末を用いることができ、第１粒子７１ａの平均粒径は、形成されるＡＤ膜４６の緻密性が良好な点で、１０ｎｍ〜５μｍの範囲に設定されることが好ましい。
【００５５】
また、ターゲット７２は、図２に示す第１の実施の形態ターゲット３２と同様のターゲットを用いることができる。さらに、ターゲット７２は、アルミニウム系化合物または鉛系化合物からなる材料から構成されてもよい。第１粒子７１ａ同士を結合する結合剤の機能を有し、膜密着強度を一層向上できる。
【００５６】
アルミニウム系化合物としては、Ａｌ2Ｏ3、ＬｉＡｌＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＣａＡｌ2Ｏ4、ＳｒＡｌ2Ｏ4、ＢａＡｌ2Ｏ4、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ、ベーマイト（γ−ＡｌＯＯＨ）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）、アルミニウムアルコキシド（Ａｌ（ＯＲ）3（Ｒ：アルキル基））、ムライト(３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、スピネル(ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3)、コージエライト（２Ａｌ2Ｏ3・２ＭｇＯ・５ＳｉＯ2）、アノーサイト(ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2)、ゲーレナイト(２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2)等が挙げられる。これらのアルミニウム化合物のうち、Ａｌ2Ｏ3、ベーマイト（γ−ＡｌＯＯＨ）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）、アルミニウムアルコキシド（Ａｌ（ＯＲ）3（Ｒ：アルキル基））が好適である。
【００５７】
鉛系化合物としては、Ｐｂ2ＦｅＮｂＯ6、Ｐｂ2ＦｅＴａＯ6、Ｐｂ2ＹｂＮｂＯ6、Ｐｂ2ＹｂＴＯ6、Ｐｂ2ＬｕＮｂＯ6、Ｐｂ2ＬｕＴａＯ6、Ｐｂ3ＮｉＮｂ2Ｏ9、Ｐｂ3ＮｉＴａ2Ｏ9、Ｐｂ3ＺｎＮｂ2Ｏ9、Ｐｂ3Ｆｅ2ＷＯ9、Ｐｂ2ＣｄＷＯ6、ＰｂＴｉＯ3、ＰｂＺｒＯ3、ＰｂＳｎＯ3、ＰｂＨｆＯ3、ＰｂＯ等が挙げられる。
【００５８】
本実施の形態によれば、第２エアロゾル発生器２２において、第１粒子７１ａの表面にターゲット７２から生じた微粒子７２ａが付着して第２粒子７３を含む第２エアロゾルを形成することにより、第２エアロゾルを基板に噴射して形成される膜の緻密性および膜密着強度を向上できる。
【００５９】
なお、第１の実施の形態において説明したように、アシストガスを供給して第２エアロゾルの流速を増してもよい。ターゲット７２に衝突して減速した第２粒子７３を含むエアロゾルの流速を増すことで、膜質を向上できる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置は、第２エアロゾル発生器のターゲットに主な特徴があり、それ以外の構成は第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６１】
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６２】
図５を参照するに、第２エアロゾル発生器２２は、容器３０内に第１エアロゾル発生器２１（図１に示す。）から第１粒子８１ａを含む第１エアロゾルが供給される配管２８に接続されたノズル３１と、ターゲット８２と、第１粒子が活性化された第２粒子８１ｂを含む第２エアロゾルを送出する配管３３等から構成される。なお、第１粒子８１ａは、図１に示す第１エアロゾル発生器２１の容器２７に粉末２９として充填されている。
【００６３】
第２エアロゾル発生器２２では、第１エアロゾルがノズル３１からターゲット８２に向かって噴射され、第１粒子８１ａがターゲット８２表面に衝突し、その衝突により第１粒子８１ａの表面の不純物や付着物が除去されると共に、表面が活性化された第２粒子８１ｂに変換される。第２粒子８１ｂはキャリアガスによりエアロゾル化して第２エアロゾルが形成される。その結果、第２粒子８１ｂは表面が清浄でかつ活性化されているので形成されるＡＤ膜４６の緻密性および密着強度が高くなる。
【００６４】
ターゲット８２は、第１粒子８１ａよりも硬度の大きな材料を用いることが好ましい。第１粒子８１ａの衝突により、第１粒子８１ａの表面を清浄化および活性化すると共に、ターゲット８２の摩耗粉が第２エアロゾルに混入することを防止できる。
【００６５】
第１粒子８１ａは、第２の実施の形態の第１粒子７１ａと同様の材料を用いることができ、平均粒径も同様である。
【００６６】
また、ターゲット８２は、第１粒子８１ａと同様の材料を用いて、かつ、第１粒子８１ａの材料の密度を基準として、９５％よりも大きくかつ１００％以下の密度を有する材料を用いてもよい。第１粒子８１ａの衝突によりターゲット８２材料の摩耗粉が第２エアロゾルに混入しても、形成されるＡＤ膜４６の品質に与える悪影響を抑制できる。ターゲット８２は、例えば第１粒子８１ａの圧粉体が挙げられ、特に加圧および加熱により成型されていることが硬度の点で好ましい。
【００６７】
本実施の形態によれば、第２エアロゾル発生器２２において、第１粒子８１ａがターゲット８２に衝突することで表面が改質および活性化された第２粒子８１ｂに変換されるので、第２粒子８１ｂを含む第２エアロゾルにより、第２エアロゾルを基板に噴射して形成される膜の緻密性および膜密着強度を向上できる。
【００６８】
なお、第１の実施の形態において説明したように、アシストガスを供給して第２エアロゾルの流速を増してもよい。ターゲット８２に衝突して減速した第２粒子８１ｂを含む第２エアロゾルの流速を増すことで、膜質を向上できる。
【００６９】
次に上記第１〜第３の実施の形態に係る実施例と、本発明によらない比較例について説明する。
【００７０】
［実施例１］
実施例１では、第１の実施の形態に係るＡＤ成膜装置を用いて、平均粒径５０μｍのＢａＴｉＯ3粉末からなる第１エアロゾルをＢａＴｉＯ3ターゲット（純度：９９．９％）に噴射してＢａＴｉＯ3粒子の第２エアロゾルを形成し、その第２エアロゾルをガラス基板に噴射してＢａＴｉＯ3膜を形成した。
【００７１】
具体的には、第１エアロゾル発生器で平均粒径５０μｍのＢａＴｉＯ3粉末を酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２．５ｋｇ／ｃｍ2、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）で第１エアロゾルを形成し、第１エアロゾルを第２エアロゾル発生器のノズルからＢａＴｉＯ3ターゲットに対して４５°の角度で噴射した。ＢａＴｉＯ3ターゲットは、あらかじめＢａＴｉＯ3粉末を仮焼成して形成したもので、その密度は、ＢａＴｉＯ3自体の密度に対して８５％であった。
【００７２】
ターゲットから発生した第２エアロゾルは酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２ｋｇ／ｃｍ2、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）を用いて配管を通して成膜室に送出され、成膜室のノズルからガラス基板に向けて第２エアロゾルを２０分間噴射し、ガラス基板上に１００μｍの厚さのＢａＴｉＯ3膜を形成した。第２エアロゾルの濃度は５体積％、エアロゾル濃度のばらつきは１％であり、成膜速度は３±２μｍ／ｍｉｎであった。なお、成膜室内の圧力を成膜前に１０Ｐａ以下に減圧し、成膜中は２００Ｐａに設定した。
【００７３】
なお、エアロゾル濃度および濃度のばらつきはレーザ式パーティクルカウンタを用いた。
【００７４】
［実施例２］
実施例２では、第２の実施の形態に係るＡＤ成膜装置を用いて、平均粒径２μｍのＢａＴｉＯ3粉末の第１エアロゾルを実施例１と同様のＢａＴｉＯ3ターゲットに噴射して、ＢａＴｉＯ3ターゲットから生成されたＢａＴｉＯ3微粒子が第１エアロゾルのＢａＴｉＯ3粉末の表面に付着したＢａＴｉＯ3粒子を含む第２エアロゾルを形成して、第２エアロゾルをガラス基板に噴射してＢａＴｉＯ3膜を形成した。
【００７５】
具体的には、第１エアロゾル発生器で平均粒径２μｍのＢａＴｉＯ3粉末を実施例１と同様の酸素ガスで第１エアロゾルを形成し、第１エアロゾルを第２エアロゾル発生器のノズルからＢａＴｉＯ3ターゲットに対して４５°の角度で噴射した。ＢａＴｉＯ3ターゲットは実施例１と同様のターゲットを使用した。
【００７６】
ターゲットから発生した第２エアロゾルは酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２ｋｇ／ｃｍ2、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）を用いて配管を通して成膜室に送出され、成膜室のノズルからガラス基板に向けて第２エアロゾルを２０分間噴射し、ガラス基板上に１００μｍの厚さのＢａＴｉＯ3膜を形成した。なお、成膜室内の減圧雰囲気は実施例１と同様とした。第２エアロゾルの濃度は５体積％、エアロゾル濃度のばらつきは±１％であり、成膜速度は７μｍ／ｍｉｎ±２μｍ／ｍｉｎであった。
【００７７】
［実施例３］
実施例３では、第３の実施の形態に係るＡＤ成膜装置を用いて、平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ3粉末の第１エアロゾルを緻密なＢａＴｉＯ3ターゲットに噴射して、表面が活性化されて変換されたＢａＴｉＯ3粒子を含む第２エアロゾルを形成して、第２エアロゾルをガラス基板に噴射してＢａＴｉＯ3膜を形成した。
【００７８】
具体的には、第１エアロゾル発生器で平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ3粉末を酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２．５ｋｇ／ｃｍ2、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）で第１エアロゾルを形成し、第１エアロゾルを第２エアロゾル発生器のノズルからＢａＴｉＯ3ターゲットに対して４５°の角度で噴射した。ＢａＴｉＯ3ターゲットは、あらかじめＢａＴｉＯ3粉末を仮焼成して形成したもので、その密度は、ＢａＴｉＯ3自体の密度に対して９９．５％であった。
【００７９】
ターゲットにより表面が改質された第２エアロゾルは酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２ｋｇ／ｃｍ2、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）を用いて配管を通して成膜室に送出され、成膜室のノズルからガラス基板に向けて第２エアロゾルを２０分間噴射し、ガラス基板上に１００μｍの厚さのＢａＴｉＯ3膜を形成した。第２エアロゾルの濃度は８体積％、エアロゾル濃度のばらつきは±２％であり、成膜速度は５±１μｍ／ｍｉｎであった。なお、成膜室内の減圧雰囲気は実施例１と同様とした。
【００８０】
［比較例］
本発明によらない比較例では、第２エアロゾル発生器を省略し、第１エアロゾル発生器で形成したエアロゾルを直接成膜室のノズルに送出し、成膜を行った。
【００８１】
具体的には、第１エアロゾル発生器で平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ3粉末を酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２．５ｋｇ／ｃｍ2、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）で第１エアロゾルを形成した。なお、ＢａＴｉＯ3粉末は、第１エアロゾル発生器の容器の中で超音波を印加し、約１５０度で加熱しながら、３０分真空脱気して、粉末表面に形成した水分を除去した。
【００８２】
第１エアロゾル発生器で形成したエアロゾルを成膜室のノズルからガラス基板に向けてエアロゾルを２０分間噴射し、ガラス基板上に１００μｍの厚さのＢａＴｉＯ3膜を形成した。なお、成膜室内の減圧雰囲気は実施例１と同様とした。
【００８３】
図６は、実施例１〜３および比較例により得られた膜の特性を示す図である。
【００８４】
図６を参照するに、膜の緻密性を示す吸水率では実施例１〜３のＢａＴｉＯ3膜と比較例のＢａＴｉＯ3膜ではほぼ同じ値が得られたが、より微視的な緻密性を示す交流電圧の印加による比誘電率では、比較例の３００に対して実施例１では８００、実施例２では１５００、実施例３では２０００であり、比較例に対して実施例１〜３のＢａＴｉＯ3膜はより緻密に形成されていることが分かる。また、誘電損失ｔａｎδは、比較例に対して実施例１〜３のＢａＴｉＯ3膜は低減されていることが分かる。
【００８５】
また、ＢａＴｉＯ3膜とガラス基板との密着強度（膜−基板間密着強度）は、比較例の３ｋｇ／ｍｍ2以上に対して、実施例１〜３のＢａＴｉＯ3膜は、５あるいは６ｋｇ／ｍｍ2以上であり、膜−基板間密着硬度が向上していることが分かる。
【００８６】
また、平均表面粗さＲａは比較例に対して実施例１〜３のＢａＴｉＯ3膜が小さくなっており、このことからも膜が緻密でかつ均質であることが分かる。
【００８７】
なお、膜の吸水率は、膜が形成された基板を水に１時間浸漬し、その前後の質量の差を膜の質量で割って求めた。膜の吸水率は０．５％以下を合格とした。形成された膜のガラス基板に対する密着強度は、セバスチャン法を用いて測定した。セバスチャン法は、ＢａＴｉＯ3膜が形成されたガラス基板を固定し、ＢａＴｉＯ3膜の表面に密着試験子を接着剤で固定する。そして、密着試験子を引き上げてＢａＴｉＯ3膜がガラス基板から剥がれたときの密着試験子単位面積当りの引き上げ力（ｋｇ／ｍｍ2）の大きさを密着性の指標とするものであり、引き上げ力が大きいほど密着性が大きいことが示す。
【００８８】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の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本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８９】
例えば、第１の実施の形態の変形例を構成する第１エアロゾルのイオン化手段およびターゲットの帯電手段は、第２の実施の形態または第３の実施の形態と組み合わせてもよい。
【００９０】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  キャリアガスと共にエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、
前記エアロゾルを基体に噴射して成膜する成膜手段と、を備えるエアロゾルデポジッション成膜装置であって、
前記エアロゾル形成手段は、第１の粒子を含む第１のエアロゾルを形成する第１のエアロゾル発生器と、該第１のエアロゾルをターゲットに噴射して第１の粒子を第２の粒子に変換し、第２の粒子を含む第２のエアロゾルを形成すると共に前記成膜手段に送出する第２のエアロゾル発生器からなることを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記２）  前記ターゲットは粉末の成型体であり、
前記第２の粒子は、前記第１の粒子をターゲットに噴射して、該ターゲットから生成されてなることを特徴とする付記１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記３）  前記ターゲットは、当該ターゲットを構成する材料の密度を基準として、３０％〜９５％の密度を有することを特徴とする付記２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記４）  前記第１の粒子は、ターゲットよりも硬度が大きいことを特徴とする付記２または３記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記５）  前記第１の粒子は、前記第２の粒子よりも平均粒径が大きいことを特徴とする付記２〜４のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記６）  前記第１の粒子の平均粒径は、１０μｍ以上かつ５００μｍ以下であることを特徴とする付記５記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記７）  前記第１の粒子とターゲットとは同一の材料からなることを特徴とする付記２〜６のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記８）  前記ターゲットは粉末の成型体であり、
前記第２の粒子は、前記第１の粒子をターゲットに噴射して、該ターゲットから生じた微粒子が第１の粒子の表面に付着してなることを特徴とする付記１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記９）  前記第２の粒子は、前記第１の粒子をターゲットに噴射して、第１の粒子の表面が活性化されてなることを特徴とする付記１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１０）  前記第１の粒子は前記ターゲットよりも硬度が小さいことを特徴とする付記９記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１１）  前記ターゲットは、粉末の成型体であり、該セラミックス粉末を構成する材料の密度を基準として、９５％よりも大きくかつ１００％以下の密度を有することを特徴とする付記９または１０記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１２）  前記第１の粒子および前記粉末は、セラミックス粉末材料からなることを特徴とする付記１〜１１のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１３）  前記第１のエアロゾル発生器に供給されるキャリアガスの圧力を制御する制御手段を備えることを特徴とする付記１〜１２のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１４）  前記第１のエアロゾル発生器から第１の粒子とキャリアガスからなる第１エアロゾルが流通する配管に第１エアロゾルを第１の極性のイオンにイオン化するイオン化手段と、前記ターゲットを第１の極性とは反対の第２の極性に帯電させる帯電手段を備えることを特徴とする付記１〜１３のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１５）  前記エアロゾル形成手段と成膜手段とを接続しエアロゾルを流通する配管に他のキャリアガスを供給するガス供給部をさらに備え、
前記エアロゾルの流速を制御することを特徴とする付記１〜１４のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部構成を示す図である。
【図６】実施例１〜３および比較例により得られた膜の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０    エアロゾルデポジッション成膜装置
２０    エアロゾル発生部２０
２１    第１エアロゾル発生器
２２    第２エアロゾル発生器
２３、３６    ガスボンベ
２４    コンプレッサー
２５、３７    マスフローコントローラ
２６、２８、３３、３４ａ、３９、５３、５４    配管
２７、３０    容器
２９    粉末
２９ａ、７１ａ、８１ａ    第１粒子
３１    ノズル
３２    ターゲット
３２ａ、７３、８１ｂ    第２粒子
２３ｂ、３４ｂ、３８    バルブ
３５    アシストガス供給部
４０    成膜部
４１    成膜室
４２    噴射ノズル
４３    基板
４４    基板保持台
４５    ＸＹＺステージ
４６    エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）
５０    排気系
５１    メカニカルブースタ
５２    真空ポンプ
７２ａ    微粒子
【図１】
2006144054.tif 000003
【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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