(57)【要約】【課題】エアロゾルデポジション法による成膜において、厚さが均一な膜を効率良く形成できる成膜方法を提供する。【解決手段】略一定のペースで供給される原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成する工程（ａ）と、工程（ａ）において生成されたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射することにより、基板上に原料粉を堆積させる工程（ｂ）とを含み、工程（ｂ）が、ノズルと基板との内の少なくとも一方を移動させることにより、基板にエアロゾルを吹き付けることによって基板上に堆積する原料粉に対し、異なる軌道を通って原料粉を重ねて堆積させることにより、原料粉の厚さのばらつきが互いに相殺されるように、ノズルと基板との相対位置を制御しながら行われる。【選択図】図３
2008081830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉をガスによって分散させたエアロゾルを基板に向けて吹き付けることにより、原料を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いる成膜装置において、
略一定のペースで供給される原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段と、
基板を固定する基板ステージと、
前記エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、
前記ノズルと前記基板ステージとの内の少なくとも一方を移動させることにより、前記基板にエアロゾルを吹き付けることによって前記基板上に堆積する原料粉に対し、異なる軌道を通って原料粉を重ねて堆積させることにより、原料粉の厚さのばらつきが互いに相殺されるように、前記ノズルと前記基板との相対位置を制御する制御手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２】
前記制御手段が、前記基板上に先に堆積する原料粉の軌道に対し、重ねて堆積される原料粉が略平行且つ一部が重なる軌道を描くように、前記ノズルと前記基板ステージとの内の少なくとも一方を移動させる、請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記制御手段が、前記基板上に堆積する原料粉により、複数の回転運動を組み合わせた軌道が描かれるように、前記ノズルと前記基板ステージとの内の少なくとも一方を移動させる、請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記基板上に堆積する原料粉により、カオス的な軌道が描かれるように、前記ノズルと前記基板ステージとの内の少なくとも一方を移動させる、請求項１記載の成膜装置。
【請求項５】
前記制御手段が、前記エアロゾル生成手段において供給される原料粉の供給ペースを変化させる、請求項１〜４のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項６】
前記エアロゾル生成手段が、
原料粉を収納する粉体収納室であって、開口が形成されている前記粉体収納室と、
円周上に一定の幅及び深さを有する溝が形成されている回転体であって、該溝の一部が前記粉体収納室の開口に対向するように配置されている前記回転体と、
前記溝の内で、前記粉体収納室の開口に対向する第１の領域とは異なる第２の領域に対して原料粉を分散させるガスを供給するガス供給手段と、
を含み、
前記回転体を回転させることにより、前記粉体収納室の開口を通って前記回転体の溝の第１の領域に充填される原料粉が、前記第２の領域に搬送される、請求項１〜５のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項７】
前記制御手段が、前記回転体の回転速度を変化させることにより、前記第２の領域に搬送される原料粉の供給ペースを変化させる、請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
原料粉をガスによって分散させたエアロゾルを基板に向けて吹き付けることにより、原料を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法による成膜方法において、
略一定のペースで供給される原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成する工程（ａ）と、
工程（ａ）において生成されたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射することにより、前記基板上に原料粉を堆積させる工程（ｂ）と、
を具備し、
工程（ｂ）が、前記ノズルと前記基板との内の少なくとも一方を移動させることにより、前記基板にエアロゾルを吹き付けることによって前記基板上に堆積する原料粉に対し、異なる軌道を通って原料粉を重ねて堆積させることにより、原料粉の厚さのばらつきが互いに相殺されるように、前記ノズルと前記基板との相対位置を制御しながら行われる、
成膜方法。
【請求項９】
工程（ｂ）が、前記基板上に先に堆積する原料粉の軌道に対し、重ねて堆積させる原料粉が略平行且つ一部が重なる軌道を描くように、前記ノズルと前記基板との内の少なくとも一方を移動させることを含む、請求項８記載の成膜方法。
【請求項１０】
工程（ｂ）が、前記基板上に堆積する原料粉により、複数の回転運動を組み合わせた軌道が描かれるように、前記ノズルと前記基板との内の少なくとも一方を移動させることを含む、請求項８記載の成膜方法。
【請求項１１】
工程（ｂ）が、前記基板上に堆積する原料粉により、カオス的な軌道が描かれるように、前記ノズルと前記基板との内の少なくとも一方を移動させることを含む、請求項８記載の成膜方法。
【請求項１２】
工程（ａ）が、原料粉の供給ペースを変化させることを含む、請求項８〜１１のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１３】
工程（ａ）が、円周上に一定の幅及び深さを有する溝が形成されている回転体の溝に原料粉を充填し、前記回転体を回転させることにより、前記原料粉が充填された第１の領域から、前記第１の領域とは異なる第２の領域に原料粉を搬送し、前記第２の領域において前記原料粉をガスに分散させることを含む、請求項８〜１２のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１４】
工程（ａ）が、前記回転体の回転速度を変化させることにより、前記第２の領域に搬送される原料粉の供給ペースを変化させることを含む、請求項１３記載の成膜方法。
【請求項１５】
工程（ｂ）が、厚さが１０μｍ以下となるように前記基板上に原料粉を堆積させることを含む、請求項８〜１４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１６】
請求項８〜１５のいずれか１項記載の成膜方法を用いることにより、無機材料によって製造された、厚さが０．１μｍ以上且つ１０μｍ以下の膜であって、気孔率が２０％未満であり、厚さのばらつきが±２５％以内である無機材料膜。
【請求項１７】
厚さのばらつきが±２０％以内である請求項１６記載の無機材料膜。
【請求項１８】
厚さのばらつきが±１０％以内である請求項１６記載の無機材料膜。
【請求項１９】
気孔率が５％未満である、請求項１６〜１８のいずれか１項記載の無機材料膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料の粉体を分散させたエアロゾルを基板に向けて吹き付けることによって基板上に原料を堆積させる成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro electrical mechanical system）関連の機器の開発に伴い、積層セラミックコンデンサや圧電アクチュエータ等の素子の微細化及び集積化がますます進んでいる。そのため、そのような素子を、成膜技術を用いて製造する研究が盛んに進められている。
【０００３】
最近では、固体粒子の衝突付着現象を利用した成膜技術の１つであるエアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法が、セラミック膜の形成方法として注目されている。ＡＤ法とは、原料の微小な粉体をガスに分散させることにより生成されたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射して、基板や先に形成された膜に粉体を衝突させることにより、原料を基板上に堆積させる成膜方法である。ここで、エアロゾルとは、「分散相は固体又は液体の粒子からなり、分散媒は気体からなるコロイド系」のことである（高橋幹二著、「エアロゾル学の基礎」、森北出版第１版、Ｐ．１）。ＡＤ法によれば、気孔率が低く、緻密で強固な膜を形成することができるので、上記のような微細な素子の性能を向上できる可能性がある。
【０００４】
図１３は、ＡＤ法において一般的に用いられているエアロゾル噴射ノズルの先端部を示す模式図である。通常、ＡＤ法においては、先端に長方形の開口１０１が形成されたノズル１００が用いられる。開口１０１のサイズは膜の用途に応じて様々であるが、例えば、長辺が５ｍｍで短辺が０．３５ｍｍ程度のものが用いられる。本願においては、開口１０１の短辺に平行な方向をスキャン方向と呼び、長辺に平行な方向をノズル幅方向と呼ぶ。成膜を行う際には、通常、基板に対してノズルをスキャン方向に移動させる。
【０００５】
このようなＡＤ法を用いて、厚さや密度が均一な良質な膜を形成するためには、濃度が均一なエアロゾルを長時間に渡ってノズルから噴射させることが重要となる。エアロゾルの濃度が不安定であると、成膜レートが不均一になるので、膜厚にばらつきが生じてしまうからである。
【０００６】
そのような問題を解決するために、特許文献１には、セラミック超微粒子のエアロゾルを発生させ、分級或いは解砕によりエアロゾル中の２次粒子を排除した後に、１次粒子或いはそれに準じる粒子のみを基板上に吹き付けることにより、焼成させることなく高密度の緻密室のセラミック構造物を基板上に得ることが開示されている。また、特許文献１においては、構造物を一定の厚さに保持するために、振動する篩からセラミック超微粒子を落下させて、連続的に安定した濃度のエアロゾルを発生させている。
【０００７】
また、特許文献２には、粉体収納部とエアロゾル化手段との間に、循環式の輸送手段としての回転テーブルが配置されたエアロゾル発生装置が開示されている。即ち、回転テーブルの水平な上面に円環状の溝が形成されており、粉体収納部内でホッパーから溝内に粉体が供給され、次いで、下流側のスキージ板によって溝から上方に溢れた粉体が取り除かれ、この状態で回転テーブルの回転によって溝内の粉体がエアロゾル化手段に送られ、エアロゾルとなってノズルに供給される。また、特許文献２には、生成されたエアロゾルの濃度を測定し、その測定値に基づいてエアロゾル発生器やガスボンベ等をフィードバック制御することにより、エアロゾルの濃度を維持することも開示されている（段落００１２）。
【０００８】
一方、特許文献３には、噴射ノズルを所定の方向に走査させながらエアロゾルを噴射させることにより、基板上に一の堆積層を形成する第１の走査工程（Ａ）と、噴射ノズルを走査方向と交差する交差方向に移動させることにより、直前の走査工程における走査径路から噴射ノズルの位置をずらす走査径路変更工程（Ｂ）と、噴射ノズルを直前の走査工程における走査方向に沿う方向に走査させながらエアロゾルを噴出させることにより、直前の走査工程により形成された堆積層に一部重なり合う他の堆積層を形成する第２の走査工程（Ｃ）と、工程（Ｂ）と（Ｃ）とを所定回数交互に繰り返す工程とを含む成膜方法が開示されている。
【０００９】
また、特許文献４には、成膜室と、該成膜室に配置され、構造物が形成される基板を保持する基板ホルダと、成膜室内を排気する排気ポンプと、容器に配置された原料の粉体をガスによって吹き上げることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成部と、生成されたエアロゾルを成膜室に導入する搬送管と、搬送管を介して導入されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、基板ホルダによって保持される基板の位置に対して、ノズルをカオス的に変化させる制御部とを含む成膜装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１８１８５９号公報（第１頁）
【特許文献２】特開２００３−２７５６３１号公報（第１、３頁）
【特許文献３】特開２００６−３２４８５号公報（第２頁）
【特許文献４】特開２００５−３０５４２７号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図１３に示すように、一般的なノズルにおいては、中央付近の流速が速く、端部付近の流速が遅いというように、開口内の位置に応じてエアロゾルの速度が異なっている。このような流速分布が存在するため、基板に衝突した原料粉の付着確率も、開口内の位置に応じて変化してしまう。従って、特許文献１及び２に示すように、ノズルに対して基板を単純に走査する場合には、基板上に形成される膜の厚さが不均一になってしまう。
【００１１】
図１４は、図１３に示すノズルと同様に、長方形の開口（長辺が５ｍｍ）を有するノズルを用いて膜を作製し、その膜の膜厚分布を測定した結果を示している。この実験においては、基板に対してノズルを短辺方向に１０往復走査させることによって膜を形成した。図１４に示すように、このような走査方法によれば、ノズルの開口幅（５ｍｍ）に対して、膜厚が均一な範囲は中央付近の約３ｍｍの部分だけであった。即ち、両端の角が立った部分は膜として利用することができないので、歩留まりが非常に悪い。
【００１２】
ここで、開口内の流速分布による影響を低減するためには、図１３において、ノズル１００をノズル幅方向に移動させることが考えられる。それにより、ノズル幅方向における膜厚の不均一性を相殺することができる。しかしながら、この場合には、大面積の膜を形成することが困難になる。
【００１３】
上記の問題点を解決するために、特許文献３及び４に開示されているように、基板に対するノズルの走査方法を工夫することにより、エアロゾルの流速分布に起因する膜厚の不均一性を相殺することはできる。しかしながら、このような走査方法においては、別の問題が生じている。ここで、図１５は、特許文献３に記載されているように、直前に形成された膜（堆積層）に一部が重なるように、ノズルの位置を０．２ｍｍずつずらしながら、帯状の膜形成繰り返すことによって形成された膜の膜厚分布を示している。図１５を一見すると、中央付近の６ｍｍ〜７ｍｍ程度の範囲は、比較的膜厚が均一であるように思われる。しかしながら、この範囲における膜厚の誤差Δｘは約６．５μｍであり、意外に大きい。この誤差Δｘは、ノズルから噴射させるエアロゾルの濃度のばらつきに起因するものと考えられる。このような走査方式においては、ノズルから噴射されたエアロゾルの濃度に基づいてフィードバック制御しても、レスポンスが遅れてしまうので、やはり均一な膜厚を得ることは困難である。
【００１４】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、エアロゾルデポジション法による成膜において、厚さが均一な膜を歩留まり良く、且つ、効率良く形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る成膜装置は、原料粉をガスによって分散させたエアロゾルを基板に向けて吹き付けることにより、原料を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いる成膜装置において、略一定のペースで供給される原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段と、基板を固定する基板ステージと、エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、前記ノズルと前記基板ステージとの内の少なくとも一方を移動させることにより、基板にエアロゾルを吹き付けることによって基板上に堆積する原料粉に対し、異なる軌道を通って原料粉を重ねて堆積させることにより、原料粉の厚さのばらつきが互いに相殺されるように、ノズルと基板との相対位置を制御する制御手段とを具備する。
【００１６】
また、本発明の１つの観点に係る成膜方法は、原料粉をガスによって分散させたエアロゾルを基板に向けて吹き付けることにより、原料を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法による成膜方法において、略一定のペースで供給される原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成する工程（ａ）と、工程（ａ）において生成されたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射することにより、基板上に原料粉を堆積させる工程（ｂ）とを具備し、工程（ｂ）が、ノズルと基板との内の少なくとも一方を移動させることにより、基板にエアロゾルを吹き付けることによって基板上に堆積する原料粉に対し、異なる軌道を通って原料粉を重ねて堆積させることにより、原料粉の厚さのばらつきが互いに相殺されるように、ノズルと基板との相対位置を制御しながら行われる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、原料粉を略一定のペースで供給することにより、エアロゾルの濃度を一定に保つと共に、基板にエアロゾルを吹き付ける際に、原料粉の厚さのばらつきが相殺されるようにノズル又は基板を走査するので、広い面積に渡って厚さが均一で、且つ、気孔率が低くて緻密な膜を歩留まり良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。図１は、成膜装置の内のエアロゾル生成部を示しており、図２は、成膜装置の内の成膜部を示している。両者は、図２に示すエアロゾル搬送管３０によって接続されている。また、成膜装置全体の動作は、図２に示す制御部３５によって制御されている。
【００１９】
図１の（ａ）は、エアロゾル生成部の構成を示す断面図であり、図１の（ｂ）は、エアロゾル生成部の内部を示す平面図である。図１に示すように、このエアロゾル生成部は、粉体収納室１０及びエアロゾル生成部２０を含んでいる。
粉体収納室１０は粉体を収納するチャンバであり、その上底部には粉体供給口１０ａが設けられており、下底部には開口１１が形成されている。この開口１１を介して、粉体収納室１０とエアロゾル生成部２０とが接続されている。
【００２０】
粉体収納室１０には、モータによって駆動されることにより回転する攪拌羽１２が備えられている。この攪拌羽１２の回転軸１３にはＯ（オー）リング１３ａがはめ込まれており、それによって粉体収納室１０内の気密が確保される。なお、図１の（ｂ）には４枚の攪拌羽１２が示されているが、攪拌羽の数は適宜変更しても構わない。攪拌羽１２の材料としては、金属等の硬質な材料を用いても良いし、ゴム、シリコンゴム、テフロン（登録商標）等の柔軟性に優れた材料を用いても良い。或いは、金属羽の周縁部をゴムによって覆う等、それらの材料を組み合わせて用いても良い。
このような粉体収納室１０に粉体を収納し、攪拌羽１２によって粉体を攪拌する。それにより、粉体が開口１１から落下し、エアロゾル生成部２０に導出される。
【００２１】
また、粉体収納室１０には、粉体が開口１１から導出されるのを補助又は促進するために、アシスト（補助）ガス導入部１４が設けられている。アシストガス導入部１４は、配管及びバルブを含んでおり、配管の先には、例えば、ガスボンベが接続されている。なお、アシストガスの種類としては、後述する分散ガスと同じものを用いることが望ましい。
【００２２】
エアロゾル生成部２０には、モータによって駆動されることにより回転する回転盤２１が備えられている。回転盤２１の回転軸２２にはＯリング２２ａがはめ込まれており、それによってエアロゾル生成部２０内の気密が確保される。
回転盤２１には、所定の幅及び深さを有する溝２３が円周に沿って形成されている。回転盤２１は、溝２３が粉体収納室１０の開口１１に対向するように配置されている。このような回転盤２１は、開口１１から落下した粉体を溝２３によって受けながら回転することにより、粉体を一定の割合で搬送する。なお、図１の（ａ）において、溝２３の断面形状は半円となっているが、矩形やＶ字型のように、半円以外の形状であっても構わない。
【００２３】
さらに、エアロゾル生成部２０には、分散ガス導入部２４及びエアロゾル導出部２５が設けられている。
分散ガス導入部２４は、配管及びバルブを含んでおり、配管の先には、例えば、ガスボンベが接続されている。分散ガスの種類としては、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、それらの混合ガス、或いは、乾燥空気等が用いられる。図１の（ａ）に示すように、分散ガス導入部２４によってエアロゾル生成部２０内に導入される分散ガスの吹き出し口は、回転盤２１の溝２３に対向するように設けられている。なお、分散ガスは、後述するように、溝２３に充填された粉体を分散させた後で粉体を搬送するので、キャリアガスとも呼ばれる。
【００２４】
エアロゾル導出部２５は、先端の開口部が溝２３に対向するように配置された管であり、その他端は、例えば、フレキシブルな材料によって形成された配管を介して、図２に示すエアロゾル搬送管３０に接続される。エアロゾル搬送管３０は、エアロゾル生成部から成膜部に向けてエアロゾルを搬送する径路である。
【００２５】
図２に示すように、成膜部は、成膜室３１と、噴射ノズル３２と、基板ステージ３３と、排気管３４とを含んでいる。
噴射ノズル３２は、所定の形状及び大きさ（例えば、５ｍｍ×０．３５ｍｍの長方形）の開口を有しており、エアロゾル生成部からエアロゾル搬送管３０を介して供給される原料粉のエアロゾルを、基板４１に向けて噴射する。なお、噴射ノズル３２から噴射されるエアロゾルの速度は、エアロゾル生成部と成膜室３１との間の圧力差によって決定される。
【００２６】
基板４１が固定されている基板ステージ３３は、基板４１と噴射ノズル３２との相対位置及び相対速度を制御するための３次元的に移動可能なステージである。この相対速度を調節することにより、１往復あたりに形成される膜の厚さが制御される。
なお、本実施形態においては、基板ステージ３３側を移動させることにより、ノズル３２と基板４１との相対的位置を変化させているが、基板４１の位置を固定してノズル３２側を移動させるようにしても良い。
成膜室３１の内部は、排気管３４に接続されている排気ポンプによって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。
【００２７】
このような成膜装置（図１及び図２）の動作について説明する。
図１に示すエアロゾル生成部において、粉体収納室１０に所望の粉体を収納して攪拌羽１２を駆動する。原料粉としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミックス粉が用いられる。そして、エアロゾル生成部２０において回転盤２１を回転させ、回転盤２１の溝２３に対して分散ガスを吹き付ける。
【００２８】
粉体収納室１０に収納された粉体は、攪拌羽１２によって攪拌されながら、開口１１を通って溝２３に落下する。その際に、粉体収納室１０にアシストガスを導入することにより、開口１１内に気流を形成する。この気流が、粉体の導出を補助又は促進する駆動力として作用する。それにより、粉体は、よりスムーズに開口１１から溝２３に落下する。溝２３に落下した粉体は、回転盤２２の回転速度に応じて堆積して搬送される。なお、アシストガスは、連続的に導入しても良いし、間欠的に導入しても良い。
【００２９】
一方、回転盤２２の溝２３においては、そこに吹き付けられた分散ガスが溝２３に沿って流れることにより気流が形成されている。この分散ガスは、エアロゾル導出部２５の先端部の開口からその内部に流れ込む。その際に、エアロゾル導出部２５の周囲には、エアロゾル導出部２５の内部に向かう吸引力が発生する。この吸引力により、溝２３に堆積していた粉体が分散ガスと共にエアロゾル導出口２５に流れ込む。このようにして生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出口２５及びエアロゾル搬送管３０を介して、図２に示す成膜部に導入される。
【００３０】
成膜部においては、制御部３５の制御の下で、ノズル３２からエアロゾルを噴射させながら、基板ステージ３３を所定の走査方式で走査する。それにより、基板４１上に膜４２が形成される。
【００３１】
図３は、基板ステージ３３の走査方式を説明するための図である。
図３に示すように、本実施形態においては、ノズル３２からエアロゾルを噴射しながら、ノズル３２に対して基板４１を、ノズル長方向（ノズル開口３２ａの短辺方向、図３においては左右方向）に１往復分又は片道分移動させることにより、１回目の走査を行う。それにより、幅Ｗを有する帯状の膜４２ａが形成される。次に、ノズル３２をノズル幅方向（ノズル開口３２ａの長辺方向、図３においては上下方向）にピッチＰだけ移動させ、２回目の走査を行う。このピッチＰとしては、０より大きくＷより小さい値が設定される。以下において、このピッチＰのことを、ノズルの「ずらし幅」とも言う。また、成膜時にノズル３２を移動させる方向（図３の左右方向）のことを「スキャン方向」とも言う。
【００３２】
それにより、１回目の走査により形成された膜４２ａの上に幅Ｌ（Ｌ＝Ｗ−Ｐ）だけ重なるように、帯状の膜４２ｂが形成される。同様にして、ノズル３２をノズル幅方向にピッチＰだけずらして３回目の走査を行うことにより、膜４２ｂの上に幅Ｌだけ重なるように、帯状の膜４２ｃが形成される。このような走査を繰り返すことにより、基板４１上の２次元領域に膜４２が形成される。
【００３３】
なお、図３においては、走査方式を説明し易くするために、膜４２ａ、４２ｂ、…を左右方向にずらして示しているが、実際に成膜を行う際には、走査の開始位置（膜４２ａ、４２ｂ、…の左端）及び折り返し位置（膜４２ａ、４２ｂ、…の右端）をそれぞれ揃えることが望ましい。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、図１に示すエアロゾル生成部により、原料粉を略一定のペースでエアロゾル導出部２５の端部に搬送することができるので、エアロゾルの濃度を一定に保つことができる。また、回転盤２１の回転速度を調節することにより、エアロゾルを所望の濃度に調節することもできる。従って、濃度の安定したエアロゾル、又は、所望の濃度のエアロゾルを、長時間に渡って成膜部のノズルに供給することが可能になる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、図２に示す制御部で、先に形成された膜の一部に重なるようにエアロゾルを基板に吹き付けるので、エアロゾル内における流速分布に起因する膜厚の不均一性を相殺することができる。従って、広い面積に渡って厚さが均一な膜を、歩留まり良く作製することが可能になる。
【００３６】
＜実験１＞
本発明の一実施形態に係る成膜装置（図１及び図２）を用いて、次の条件の下で、ＰＺＴ膜を作製し、膜厚分布を測定した。実施例１と比較例２とにおいては、走査方式が異なっている。
原料粉：フルウチ化学株式会社製のＰＮＮ−ＰＺＴ粉末
基板：厚さ１ｍｍのＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）基板
キャリアガス：酸素（Ｏ２）を６リットル／分
ノズルの開口：５ｍｍ×０．３５ｍｍ
【００３７】
（実施例１）
図４に示すように、ノズル３２をスキャン方向に１回往復（片道１０ｍｍ）させるごとに、ノズル３２をノズル幅方向に１ｍｍずらすという成膜動作を３０回繰り返すことにより、基板４１上に３５ｍｍ×１０ｍｍの膜を形成した。なお、実施例１において、図１に示す回転盤２１の回転スピードは、０．５回転であった。
【００３８】
ここで、このように膜を形成すると、ノズル幅方向における両端５ｍｍの領域はテーパー状となる。そのため、実施例１においては、その領域に予めマスク５１を配置し、成膜後にマスク５１を除去することにより、約２５ｍｍ×１０ｍｍの膜５２を得た。なお、両端の領域がテーパー状となるのは、それらの領域におけるノズルの走査回数が中央の領域よりも少ないからである。
【００３９】
（比較例１）
図５に示すように、ノズル３２をスキャン方向に１回往復（片道１０ｍｍ）させるという成膜動作を、成膜領域をずらすことなく１０回繰り返した。それにより、基板４１上に５ｍｍ×１０ｍｍの膜５３を得た。なお、比較例１において、図１に示す回転盤２１の回転スピードは、０．５回転であった。
【００４０】
実施例１の膜５２と比較例１の膜５３とについて、スキャン方向及びノズル幅方向における膜厚分布を、株式会社アルバック製の触針式表面形状測定器デックタック（Ｄｅｋｔａｋ）６Ｍを用いて測定した。その際には、図６に示すように、基板４１の表面形状に起因する誤差を抑制するために、膜５４上の領域と、膜５４が形成されていない基板４１上の領域（参照領域）との両方を測定器によって走査し、測定用走査によって得られた測定値から、参照用走査によって得られた測定値（参照値）を差し引くことにより、膜５４の厚さを求めた。
【００４１】
図７は、図４に示す膜５２の膜厚分布を示している。また、図８は、図５に示す膜５３の膜厚分布を示している。
図８に示すように、比較例１においては、膜５３の中央付近及び端部の膜厚が薄いという結果が得られた。これは、ノズル３２の長辺方向の断面において、エアロゾルの速度や濃度が異なるためと考えられる。即ち、ノズル３２の中心付近においては、エアロゾルの流速が速すぎるので、原料粉が基板に衝突してもそこに付着できる確率が低くなる。一方、ノズル３２の端部においては、エアロゾルの濃度が薄いために、膜厚が薄くなったものと考えられる。
それに対して、図７に示すように、実施例１においては、膜５２のほぼ全域において、概ね均一な膜厚が得られていた。
【００４２】
図９は、実施例１の膜５２及び比較例１の膜５３についてのノズル幅方向及びスキャン方向の各々における平均膜厚及び膜厚のばらつきを示している。ここで、平均膜厚及び膜厚のばらつきの算出にあたっては、次式（１）及び（２）を用いた。
平均膜厚＝｛（膜内における最大膜厚）＋（膜内における最小膜厚）｝／２…（１）
膜厚のばらつき＝｛（最大膜厚）−（平均膜厚）｝／（平均膜厚）…（２）
【００４３】
比較例１の膜５３のノズル幅方向における最大膜厚は６．７μｍであり、最小膜厚は２．５μｍであった。従って、式（１）及び（２）より、平均膜厚は４．６μｍであり、膜厚のばらつきは±４６％であった。一方、実施例１の膜５２のノズル幅方向における平均膜厚は５．２μｍであり、膜厚のばらつきは±１７％であった。このように、実施例１においては、ノズルを１往復させるごとに１ｍｍずらして成膜することにより、比較例１よりも膜厚のばらつきを低く抑えることができた。
【００４４】
また、スキャン方向についても膜厚のばらつきを算出したところ、比較例１の膜厚のばらつきが±１７％であるので対して、実施例１の膜厚のばらつきは±９％と、低く抑えられていた。
さらに、平均膜厚に注目すると、実施例１においては、スキャン方向における平均膜厚が４．７μｍであるのに対して、ノズル幅方向における平均膜厚が５．２μｍであり、両者間に大きな違いはなかった。即ち、方向によらず、全体的に厚さが均一な膜が形成されていることがわかる。一方、比較例１においては、スキャン方向における平均膜厚が２．８μｍであるのに対して、ノズル幅方向における平均膜厚が４．６μｍであり、２μｍ近くの差が生じていた。即ち、膜全体において、方向に応じた膜厚分布が生じてしまった。
【００４５】
＜実験２＞
原料粉の定量供給機構を有する成膜装置と、同機構を有しない成膜装置とを用いて、ＰＺＴ膜を作製し、膜厚分布を測定する実験を行った。なお、成膜条件（原料粉、基板、及び、キャリアガスの種類）については、実験１におけるものと同様である。
【００４６】
（実施例２）
成膜装置として、原料粉の定量供給機構を有する成膜装置（図１及び図２）を用いた。走査方式としては、図３に示すのと同様に、ノズル３２をスキャン方向に１往復させるごとに、ノズル幅方向に０．５ｍｍずらすという成膜動作を５０回繰り返した。それにより、基板上に１０ｍｍ×２０ｍｍの膜を形成した。なお、実施例２において、図１に示す回転盤２１の回転スピードは、０．５回転であった。
【００４７】
（比較例２）
成膜装置として、原料粉の定量供給機構を有しないものを用いた。即ち、容器内に原料粉を配置し、そこにキャリアガスを導入して原料粉を巻き上げることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成部を、図２に示す成膜部に接続した。成膜時の走査方式については、実施例２と同様である。それにより、基板上に１０ｍｍ×２０ｍｍの膜を形成した。
【００４８】
実施例２及び比較例２によって得られた膜について、スキャン方向及びノズル幅方向における膜厚分布を測定し、それらに基づいて、式（１）及び（２）を用いて平均膜厚及び膜厚のばらつきを算出した。この算出結果を、図９に示す。なお、膜厚分布の測定方法は、実験１におけるものと同様である。
【００４９】
図９を参照すると、実施例１と実施例２とを比較して明らかなように、実施例２においては、ノズルの「ずらし幅」を実施例１におけるもの（１ｍｍ）よりも短くしたので（０．５ｍｍ）、スキャン方向及びノズル幅方向の両方において、膜厚のばらつきをさらに低減することができた。
【００５０】
しかしながら、比較例２においては、実施例２と同様の走査方式で成膜したにも関わらず、スキャン方向及びノズル幅方向の両方において、膜厚のばらつきが極めて大きくなっていた。これは、エアロゾル生成部が原料粉の定量供給機構を有していなかったので、エアロゾルの濃度を一定に保てなかったためと考えられる。この場合には、ノズルをずらしながら成膜することのメリットが全く生かされないことが確認された。
【００５１】
＜実験３＞
成膜装置として、原料粉の定量供給機構を有する成膜装置（図１及び図２）を用い、原料粉の供給量を変化させる実験を行った。なお、成膜条件（原料粉、基板、及び、キャリアガスの種類）については、実験１におけるものと同様である。
【００５２】
（実施例２〜４）
先に説明した実施例２においては、回転スピードを０．５回転／分とした。これを基準として、実施例３においては、回転スピードを０．２５回転／分（実施例２の半分）とし、実施例４においては１回転／分（実施例２の２倍）とした。
【００５３】
（実施例５）
成膜部におけるノズルの「ずらし幅」を、実施例１と同様に、１往復の成膜に対して１ｍｍとし、回転スピードを０．２５回転／分（実施例１の半分）とした。
【００５４】
図１０は、実施例２〜５によって得られた膜のスキャン方向及びノズル幅方向における平均膜厚及び膜厚のばらつきを示している。なお、これらの取得方法については、実験１におけるのと同様である。
図１０に示すように、ずらし幅を０．５ｍｍに設定した実施例２〜４については、スキャン方向及びノズル幅方向のいずれについても、膜厚のばらつきが低く抑えられていた。また、それらの平均膜厚に着目すると、回転盤の回転スピードを上げるに従って、即ち、単位時間に供給される原料粉の量が増加するに従って、平均膜厚も増加していた。図１１に示すように、実施例２〜４（ずらし幅０．５ｍｍ）については、平均膜厚と回転盤の回転スピードとの間に比例関係があることが確認された。一方、ずらし幅を１ｍｍに設定した実施例１及び５についても、回転スピードに対する平均膜厚の増加率（直線の傾き）は実施例２〜４よりも小さいが、やはり、平均膜厚と回転盤の回転スピードとにおいてほぼ比例関係が見られることが確認された。
【００５５】
実験３の結果をまとめると、次のようになる。即ち、ずらし幅を１ｍｍ以下とし、回転スピードを０．２５回転／分以上とすることにより、ノズル幅方向における膜厚のばらつきを、±略２５％以内、好ましくは±略２０％以内、さらに好ましくは、±略１０％以内に留めることができる。また、同じ条件の下で、スキャン方向における膜厚のばらつきを±略２０％以内、好ましくは±略１０％以内に留めることができる。
【００５６】
また、実験３より、次のことが明らかになった。即ち、ノズルのずらし幅を小さく設定することによって膜厚のばらつきを低減できるので、膜質及び歩留まりを向上させることができる。しかしながら、単に、ずらし幅を小さくすると、単位面積当りに重ねて成膜される回数が増えるので、膜が厚くなってしまう。そこで、回転盤の回転スピードを調節することにより、１回当り（１往復又は片道）に形成される膜の厚さを制御できるので、膜全体で所望の厚さとすることができる。即ち、成膜部におけるノズルのずらし幅と、エアロゾル生成部における回転盤の回転スピード（原料粉の供給レート）との２つのパラメータを用いることにより、膜質（膜厚のばらつき）と膜厚との両方を制御することが可能になる。
【００５７】
＜実験４＞
公知の塗布法を用いてＰＺＴ膜を形成し、平均膜厚及び膜厚のばらつきを測定し、実施例３において作製された膜と比較した。
（比較例３）
原料粉として、実施例３におけるのと同じＰＺＴ粉体を用意し、バインダとして、エチルセルロースを溶解させたα―テレピネオールを用意した。それらを混合したものをＹＳＺ基板に塗布し、１０００℃で２時間焼成することにより、ＰＺＴ膜を作製し、これを比較例３の膜とした。
【００５８】
実施例３及び比較例３の膜を基板に直交する面で切断し、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工により断面を出した。そして、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって断面写真を撮影し、この断面写真に基づいて、次式（３）を用いて、各膜における気孔率を求めた。
気孔率＝（断面における気孔の面積）／（断面の面積）  …（３）
【００５９】
図１２に示すように、実施例３及び比較例３の両方において、平均膜厚及び膜厚のばらつきについては、大きな違いは見られなかった。即ち、従来の塗布法によっても、厚さが均一な膜を形成することができる。しかしながら、比較例３の膜における気孔率が２０％であるのに対して、実施例３の膜における気孔率は６％と、非常に小さい。これは、原料粉が下層に衝突した際に生じた新生面が下層に密着するというＡＤ法特有の成膜メカニズムに起因するものであり、この実験より、ＡＤ法によれば、気孔率が低く緻密な膜を形成できることが確認された。
【００６０】
以上説明した本実施形態においては、１往復又は片道分の成膜を行うごとに、所定の幅だけノズルをずらす走査方式を用いた。しかしながら、エアロゾルが吹き付けられることにより基板上に堆積する原料粉に対し、異なる軌道を通って原料粉を重ねて堆積させることにより、原料粉の厚さのばらつきが互いに相殺されるようにエアロゾルの軌道を描くことができれば、それ以外の走査方式を用いても良い。例えば、ノズルに対して基板が２種類の回転（公転及び自転）を組み合わせた運動をするように走査しても良いし、ノズルに対して基板がカオス的な軌道を描くように走査しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、原料の粉体を分散させたエアロゾルを基板に向けて吹き付けることによって基板上に原料を堆積させる成膜方法及び成膜装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の内のエアロゾル生成部の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る成膜装置の内の成膜部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る成膜装置において行われる走査方式を説明するための図である。
【図４】実施例１における走査方式を説明するための図である。
【図５】比較例１における走査方式を説明するための図である。
【図６】膜厚分布の測定方法を説明するための図である。
【図７】実施例１の膜における膜厚分布を示す図である。
【図８】比較例１の膜における膜厚分布を示す図である。
【図９】実施例１及び２、並びに、比較例１及び２の膜における膜厚特性を示す表である。
【図１０】実施例１〜５の膜における膜厚特性を示す表である。
【図１１】実施例１〜５の膜における回転盤の回転スピードと平均膜厚との関係を示す図である。
【図１２】実施例３及び比較例３の膜の膜厚特性及び気孔率を示す表である。
【図１３】エアロゾル噴射ノズルの先端部を示す模式図である。
【図１４】長方形の開口を有するノズルを用いて作製された膜の膜厚分布を示す図である。
【図１５】ノズルをずらす走査方式により形成された膜の膜厚分布を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  粉体収納室
１０ａ  粉体供給口
１１  開口
１２  攪拌羽
１２ａ  攪拌羽の最下部
１３、２２  回転軸
１３ａ、２２ａ  Ｏ（オー）リング
１４  アシストガス導入部
２０  エアロゾル生成室
２１  回転盤
２３  溝
２４  分散ガス導入部
２５  エアロゾル導出部
３０  エアロゾル搬送管
３１  成膜室
３２  ノズル
３２ａ  ノズル開口
３３  基板ステージ
３４  排気管
３５  制御部
４１  基板
４２、４２ａ、４２ｂ、…、５２、５３、５４  膜
５１  マスク
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008081830.tif 000011
【図１０】
2008081830.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008081830.tif 000014
【図１３】
2008081830.tif 000015
【図１４】
2008081830.tif 000016
【図１５】
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