(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、厚さ及び品質が均一な膜を形成できる成膜装置を提供する。【解決手段】この成膜装置は、原料粉をガス中に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部と、基板が配置される成膜室６と、エアロゾル生成部において生成されたエアロゾルを成膜室に搬送するエアロゾル搬送管５と、成膜室に配置され、エアロゾル搬送管を介して搬送されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズル７と、該ノズルと基板との相対的位置を変化させるために、ノズル又は基板の位置を移動させる基板ステージ８と、成膜を中断してエアロゾル搬送管内を清掃するように各部を制御する制御部１０とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉を基板に吹き付けることにより、原料粉の組成を有する膜を形成する方法において、
原料粉をガス中に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、搬送径路を介して、成膜室に配置されたノズルに搬送する工程（ｂ）と、
前記成膜室において、前記ノズルから基板に向けてエアロゾルを噴射することにより、
基板上に原料粉を堆積させる工程（ｃ）と、
工程（ｃ）を中断して、前記搬送径路の内部を清掃する工程（ｄ）と、
を具備する成膜方法。
【請求項２】
工程（ｄ）が、前記基板を前記ノズルの噴射方向からずらし、洗浄用媒体を前記搬送径路に導入して前記ノズルから導出することを含む、請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
工程（ｄ）が、洗浄用媒体を前記搬送径路に導入し、該洗浄用媒体を前記ノズルとは異なる方向に導出することを含む、請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
工程（ｄ）が、前記ノズルと前記基板との間に遮蔽板を配置し、洗浄用媒体を前記搬送径路内に導入して前記ノズルから導出することを含む、請求項１記載の成膜方法。
【請求項５】
前記洗浄用媒体がパージガスである、請求項２〜４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項６】
工程（ｄ）が、洗浄用媒体を前記搬送径路に、間欠的に、又は、圧力を変化させながら導入することを含む、請求項５記載の成膜方法。
【請求項７】
前記洗浄用媒体が、揮発性を有する有機溶媒である、請求項２〜４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項８】
前記洗浄用媒体が、前記原料粉よりも径が大きい粒子をガス中に分散させたエアロゾルである、請求項２〜４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項９】
工程（ｄ）が、前記搬送径路を加熱しながら、その内部を清掃すること含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１０】
工程（ｄ）が、前記搬送径路を振動させながら、その内部を清掃することを含む、請求項１〜９のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１１】
工程（ｄ）が、工程（ａ）において生成されたエアロゾルの前記ノズルへの搬送を停止した状態で、前記搬送径路の内部を清掃することを含む、請求項１〜１０のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１２】
工程（ｄ）が、工程（ａ）において生成されたエアロゾルの前記ノズルへの搬送を停止した状態で、前記搬送径路内の残留物を吸引することを含む、請求項１記載の成膜方法。
【請求項１３】
工程（ｄ）が、前記成膜室内の圧力を一旦上昇させた後で、前記成膜室内を排気することにより、前記搬送径路内の残留物を前記成膜室内に吸引することを含む、請求項１２記載の成膜方法。
【請求項１４】
工程（ｄ）が、前記成膜室内の圧力を大気圧まで上昇させることを含む、請求項１３記載の成膜方法。
【請求項１５】
工程（ｄ）が、前記基板を前記ノズルの噴射方向からずらし、前記搬送径路内の残留物を前記成膜室内に吸引することを含む、請求項１２〜１４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１６】
工程（ｄ）が、前記搬送径路内の残留物を、前記ノズルとは異なる方向に吸引することを含む、請求項１２記載の成膜方法。
【請求項１７】
工程（ｄ）が、前記ノズルと前記基板との間に遮蔽板を配置し、前記搬送径路内の残留物を前記ノズルから吸引することを含む、請求項１２〜１４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１８】
工程（ｄ）が、前記搬送径路内を外側から観察しながら清掃することを含む、請求項１〜１７のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１９】
工程（ａ）が、
開口が形成された粉体収納室に収納された粉体を、所定の幅及び深さを有する溝に配置して搬送するステップ（ａ１）と、
前記開口から導出された粉体をガスによって分散させるステップ（ａ２）と、
を含む、請求項１〜１８のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項２０】
ステップ（ａ２）が、ステップ（ａ１）において搬送された粉体にガスを吹き付けることによりエアロゾルを生成することを含む、請求項１９記載のエアロゾル生成方法。
【請求項２１】
原料粉を基板に吹き付けることにより、原料粉の組成を有する膜を形成する成膜装置において、
原料粉をガス中に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、
基板が配置される成膜室と、
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前記成膜室に搬送する搬送径路であって、光透過性を有する材料によって形成されている前記搬送径路と、
前記成膜室に配置され、前記搬送径路を介して搬送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との相対的位置を変化させるために、前記ノズル又は前記基板の位置を移動させる移動手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２２】
原料粉を基板に吹き付けることにより、原料粉の組成を有する膜を形成する成膜装置において、
原料粉をガス中に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、
基板が配置される成膜室と、
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前記成膜室に搬送する搬送径路と、
前記成膜室に配置され、前記搬送径路を介して搬送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との相対的位置を変化させるために、前記ノズル又は前記基板の位置を移動させる移動手段と、
成膜が中断されたときに、前記搬送径路内を清掃する清掃手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２３】
前記搬送径路が、光透過性を有する材料によって形成されている、請求項２２記載の成膜装置。
【請求項２４】
前記清掃手段が、洗浄用媒体を前記搬送径路に導入する洗浄用媒体供給手段と、前記基板が前記ノズルの噴射方向からずれているときに、洗浄用媒体が前記搬送径路に導入されて前記ノズルから導出されるように、前記洗浄用媒体供給手段及び前記移動手段を制御する制御手段とを含む、請求項２２又は２３記載の成膜装置。
【請求項２５】
前記清掃手段が、前記搬送径路内に洗浄用媒体を導入する洗浄用媒体供給手段と、前記搬送径路に接続された導出径路であって、前記搬送径路内に導入された洗浄用媒体を前記ノズルとは異なる方向に導出させる前記導出径路とを含む、請求項２２又は２３記載の成膜装置。
【請求項２６】
前記清掃手段が、前記搬送径路内に洗浄用媒体を導入する洗浄用媒体供給手段と、前記ノズルと前記基板との間に配置される遮蔽板とを含み、前記遮蔽板が前記ノズルと前記基板との間に配置されているときに、洗浄用媒体が前記搬送径路内に導入されて前記ノズルから導出される、請求項２２又は２３記載の成膜装置。
【請求項２７】
前記洗浄用媒体がパージガスである、請求項２４〜２６のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項２８】
前記清掃手段が、前記搬送径路内に洗浄用媒体を、間欠的に、又は、圧力を変化させながら導入する、請求項２７記載の成膜装置。
【請求項２９】
前記洗浄用媒体が、アルコール又はアセトンを含む揮発性有機溶媒である、請求項２４〜２６のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項３０】
前記洗浄用媒体が、成膜に用いられる原料粉よりも径が大きい粒子をガス中に分散させたエアロゾルである、請求項２４〜２６のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項３１】
前記清掃手段が、前記搬送径路を加熱する加熱手段をさらに含む、請求項２２〜３０のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項３２】
前記清掃手段が、前記搬送径路を振動させる振動手段をさらに含む、請求項２２〜３１のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項３３】
前記清掃手段が、前記搬送径路を清掃する際に、前記ノズルへのエアロゾルの搬送を停止するように前記エアロゾル生成手段を制御する制御手段をさらに含む、請求項２２〜３２のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項３４】
前記清掃手段が、前記搬送径路内の残留物を吸引する吸引手段と、前記ノズルへのエアロゾルの搬送を停止した状態で前記吸引手段が動作するように、前記エアロゾル生成手段及び前記吸引手段を制御する制御手段とを含む、請求項２２又は２３記載の成膜装置。
【請求項３５】
前記吸引手段が、前記成膜室内の圧力を調節する圧力調節手段を含み、
前記制御手段が、前記成膜室内の圧力を一旦上昇させた後で前記成膜室内を排気することにより前記搬送径路内の残留物を前記成膜室内に吸引するように、前記圧力調節手段を制御する、請求項３４記載の成膜装置。
【請求項３６】
前記圧力調節手段が、前記成膜室内の圧力を大気圧まで上昇させる、請求項３５記載の成膜装置。
【請求項３７】
前記制御手段が、前記基板を前記ノズルの噴射方向からずらして前記搬送径路内の残留物を前記成膜室内に吸引するように、前記移動手段及び前記吸引手段を制御する、請求項３４〜３６のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項３８】
前記清掃手段が、前記搬送径路に接続された導出径路であって、前記ノズルとは異なる方向に通じている前記導出径路と、前記搬送径路内の残留物を前記導出径路を介して排出する手段とを含む、請求項２２又は２３記載の成膜装置。
【請求項３９】
前記清掃手段が、前記搬送径路内の残留物を前記成膜室内に吸引する吸引手段と、前記ノズルと前記基板との間に配置される遮蔽板とを含み、前記遮蔽板が前記ノズルと前記基板との間に配置されているときに、前記搬送径路内の残留物が前記ノズルから成膜室内に吸引される、請求項２２又は２３記載の成膜装置。
【請求項４０】
前記エアロゾル生成手段が、
収納される粉体を導出する開口が形成されている粉体収納室と、
前記開口から導出される粉体を分散させるガスを供給するガス供給手段と、
を含む、請求項２１〜３９のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項４１】
前記エアロゾル生成手段が、前記開口に対向する円周上に所定の幅及び深さを有する溝が形成されている回転体と、前記回転体を回転させることにより、前記開口から導出されて溝に配置される粉体を前記ガス供給手段の位置まで搬送する搬送部とをさらに含む、請求項４０記載の成膜装置。
【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方法及び成膜装置に関する。
【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】
ところで、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。また、エアロゾルの生成中に、原料粉（１次粒子）が互いに凝集して塊（２次粒子）が形成されてしまう場合もある。そのような塊は、基板に衝突しても解砕して下層に取り込まれるだけであり、下層には密着しない。そのため、エアロゾルに２次粒子が多く含まれるようになると、膜の硬度や緻密度が低下してしまうので、膜質のばらつきや欠陥が生じてしまうという問題も指摘されている。そのため、濃度が均一で、２次粒子をあまり含まないエアロゾルを生成するための工夫が為されている。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、超微粒子をガスと攪拌してエアロゾルを作製し、エアロゾル中の超微粒子を基板上に衝突させることで基板上に膜を成長させる成膜方法であって、エアロゾルを作製するエアロゾル形成室内に超音波を印加しながらエアロゾルを作製する超微粒子の成膜方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、エアロゾルの生成時点において濃度が均一であっても、エアロゾルをノズルに搬送するまでの間に、原料粉が配管の内壁に付着してしまう場合があるので、エアロゾルがノズルから噴射されるまでの間に、エアロゾルの濃度が薄くなってしまう。また、配管の内壁に一旦付着した原料粉の塊が内壁から剥がれて、エアロゾルに混入してしまう場合もある。原料粉の塊が堆積した部分においては、膜が厚くなってしまうので、膜厚分布がばらついてしまう。そのため、エアロゾルが配管の中をスムーズに通過できるような工夫が必要となる。
【０００７】
そのような工夫として、特許文献１には、搬送管に内壁を研磨した金属や石英の屈曲部分がなく、内壁に凹凸のない直筒状の硬い材質の管を利用することが開示されている。
また、特許文献２には、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、エアロゾルを基板表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって微粒子を破砕・変形させて接合させることにより、上記微粒子の構成材料からなる構造物を基板上に形成する複合構造物の作製装置が開示されている。この複合構造物の作製装置においては、成膜室内壁にフッ素樹脂又は導電性フッ素樹脂のコーティングを施している。
【０００８】
さらに、特許文献３には、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズル先端から噴射して基板に吹き付けて、微粒子の材料からなる堆積層を基板上に形成することにより、基板と堆積層からなる複合構造物を作製する複合構造物作製方法において、エアロゾルの温度を室温より高く１２０℃以下の範囲に制御することが開示されている。
【０００９】
また、特許文献４には、微粒子を含むエアロゾルを高速で基材に吹き付けてダイレクトに複合構造物を形成させる複合構造物作製方法において、エアロゾル搬送管及びノズルを加熱する手段を配設し、エアロゾル搬送管内壁及びノズル内壁を加熱することにより、エアロゾル搬送管内壁及びノズル内壁への微粒子や凝集粉の付着を抑制することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９３１５９号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００５−８９８２６号公報（第１頁）
【特許文献３】特開２００３−２１３４５０号公報（第２頁）
【特許文献４】特開２００３−２１１０３０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】
しかしながら、エアロゾルの配管の内壁をコーティングしたり、配管を加熱することにより、短期的には内壁への原料粉の付着を防止できるが、長期的には、やはり原料粉は付着してしまう。そして、一旦原料粉が内壁に付着すると、原料粉はその部分にますます付着し易くなるので、エアロゾル濃度の低下が著しくなり、その結果、厚さが均一な膜を形成することが困難になる。さらに、そのような部分から剥がれ落ちた原料粉の塊がエアロゾルに混入することにより、膜の厚さや品質（硬度や緻密度等）が不均一になってしまう。
【００１１】
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、厚さ及び品質が均一な膜を形成できる成膜方法及び成膜装置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】
【００１２】
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方法は、原料粉を基板に吹き付けることにより、原料粉の組成を有する膜を形成する方法において、原料粉をガス中に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、搬送径路を介して、成膜室に配置されたノズルに搬送する工程（ｂ）と、成膜室において、ノズルから基板に向けてエアロゾルを噴射することにより、基板上に原料粉を堆積させる工程（ｃ）と、工程（ｃ）を中断して、搬送径路の内部を清掃する工程（ｄ）とを具備する。
【００１３】
また、本発明の１つの観点に係る成膜装置は、原料粉を基板に吹き付けることにより、原料粉の組成を有する膜を形成する成膜装置において、原料粉をガス中に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、基板が配置される成膜室と、エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを成膜室に搬送する搬送径路と、成膜室に配置され、搬送径路を介して搬送されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、該ノズルと基板との相対的位置を変化させるために、ノズル又は基板の位置を移動させる移動手段と、成膜が中断されたときに、搬送径路内を清掃する清掃手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生成されたエアロゾルをノズルに搬送するための配管を所定の頻度で清掃するので、配管の内壁に対する原料粉の付着を抑制することができる。それにより、一定の濃度のエアロゾルをノズルから噴射することができるようになると共に、原料粉の塊がエアロゾルに混入するのを防ぐことができる。従って、厚さや品質が均一な膜を長期間に渡って形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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は、本発明の第１の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に示すように、この成膜装置は、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成部１〜４と、成膜部６〜９と、両者を接続しているエアロゾル搬送管５と、各部の動作を制御する制御部１０とを含んでいる。
【００１６】
エアロゾル生成部は、エアロゾル生成室１と、振動台２と、巻き上げガスノズル３と、圧力調整ガスノズル４とを含んでいる。
エアロゾル生成室１は、原料の粉体（原料粉）１１が配置される容器であり、ここでエアロゾルの生成が行われる。また、エアロゾル生成室１は、原料粉１１を攪拌することにより効率的にエアロゾルを生成するために、所定の周波数で振動する振動台２の上に設置されている。
【００１７】
巻き上げガスノズル３は、外部のガスボンベから供給されるキャリアガスをエアロゾル生成室１内に導入することにより、サイクロン流を生成する。それにより、エアロゾル生成室１内に配置された原料粉１１が巻き上げられて分散し、エアロゾルが生成される。
圧力調整ガスノズル４は、外部のガスボンベから供給されるキャリアガスをエアロゾル生成室１内に導入することにより、エアロゾル生成室１内のガス圧を調整する。それにより、エアロゾル生成室１内の圧力と成膜室６内の圧力との差が調整される。
【００１８】
巻き上げガスノズル３及び圧力調整ガスノズル４によって導入されるガスの流量は、流量調整部３ａ及び４ａによって調節される。また、巻き上げガスノズル３及び圧力調整ガスノズル４によって供給されるキャリアガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、若しくは、それらの混合ガス、又は、乾燥空気等が用いられる。
【００１９】
エアロゾル搬送管５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。成膜室６において、エアロゾル搬送管５は、エアロゾルを噴射するノズル７に接続されている。ここで、エアロゾル搬送管５を形成する材料は特に限定されないが、エアロゾル搬送管５の内部を外側から観察できるようにするために、透明な材料（光透過性を有する材料）を用いても良い。具体的には、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の透明樹脂材料が挙げられる。或いは、石英や、パイレックス（登録商標）等のガラス材料を用いても良い。また、エアロゾル搬送管５内における原料粉の付着を抑制できるという観点からは、透明のＰＦＡテフロン（登録商標）を用いることが好ましい。ここで、ＰＦＡとは、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体からなるフッ素樹脂のことである。
【００２０】
成膜部は、成膜室６と、噴射ノズル７と、基板ステージ８と、排気管９とを含んでいる。
噴射ノズル７は、所定の形状及び大きさの開口を有しており、エアロゾル生成室１からエアロゾル搬送管５を介して供給される原料粉のエアロゾルを、基板１２に向けて噴射する。なお、噴射ノズル７から噴射されるエアロゾルの速度は、エアロゾル生成室１と成膜室６との間の圧力差によって決定される。
【００２１】
基板１２が固定されている基板ステージ８は、基板１２と噴射ノズル７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８側を移動させることにより、ノズル７と基板ステージ８との相対的位置を変化させているが、基板の位置を固定してノズル７側を移動させるようにしても良い。
成膜室６の内部は、排気管９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。
【００２２】
次に、本実施形態に係る成膜装置の動作について説明する。
ＡＤ法においては、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。図１に示すように、このような原料粉１１をエアロゾル生成室１に配置すると共に、基板１２を基板ステージ８上に配置する。そして、成膜装置を駆動すると、エアロゾル生成室１において生成されたエアロゾルが、エアロゾル搬送管５を通って成膜室６に導入され、ノズル７から噴射されて基板１２に吹き付けられる。このエアロゾル中の原料粉が基板１２に付着して堆積する。その際に、制御部１０の制御の下で、基板ステージ８を所定の速度で移動させることにより、基板ステージ８の移動速度（ノズル７と基板ステージ８との相対速度）に応じたレートで、原料粉と同じ組成を有する膜１３が形成される。
【００２３】
また、制御部１０は、成膜工程の合間に所定の頻度でエアロゾル搬送管５を清掃するように、各部を制御する。この頻度は、成膜距離（基板１２に対するノズル７の相対的な走査距離）に基づいて設定しても良いし、成膜時間（エアロゾルの噴射時間）に基づいて設定しても良い。
【００２４】
エアロゾル搬送管５の清掃工程においては、まず、基板ステージ８を操作することにより、ノズル７から噴射された物質が基板１２に吹き付けられないように、基板１２をノズル７の噴射方向からずらす。そして、その状態で、エアロゾル搬送管５に洗浄用媒体を導入し、ノズル７から噴出させる。
【００２５】
本実施形態においては、洗浄用媒体としてパージガスを用いている。即ち、エアロゾル生成部において、巻き上げガスノズル３からのキャリアガスの導入を停止することにより、原料粉１１を含まないキャリアガスを、パージガスとしてエアロゾル搬送管５に導入する。その際に、エアロゾル搬送管５の内部を効率良く清掃するためには、キャリアガスの流速を通常のエアロゾル搬送時の流速よりも早くすることが望ましく、そのために、圧力調整ガスノズル４から導入されるキャリアガスの流量を増加させても良い。清掃工程における流量調整部３ａ及び４ａの動作は、清掃工程の頻度に応じて制御部１０が自動的に制御するようにしても良いし、ユーザが手動で操作しても良い。
【００２６】
本実施形態によれば、成膜工程の合間に所定の頻度で清掃工程を実施することにより、エアロゾル搬送管の内壁に付着した原料粉を定期的に除去するので、内壁から剥がれた原料粉の塊がエアロゾルに混入するのを防ぐことができる。また、内壁を滑らかに保つことにより、内壁への原料粉の付着を抑制することができるので、ノズルから噴射されるエアロゾルの濃度を一定に保つことが可能になる。さらに、本実施形態によれば、一般的な構成を有するＡＤ法による成膜装置において、エアロゾル生成部におけるガスの供給や、成膜部における基板ステージの動作を制御することにより、清掃工程を実施できるので、低コスト且つ容易に、膜厚及び品質が均一な膜を得ることが可能になる。
【００２７】
また、エアロゾル搬送管５を透明材料によって形成する場合には、その内部を外側から目視観察することにより、エアロゾル搬送管５が原料粉によって汚れてきた場合に、成膜を中止したり、清掃工程を実施するタイミングを図りやすくなる。また、エアロゾル搬送管５の内部が十分に清掃されたことを確認して成膜を再開することも可能になる。なお、この場合には、制御部によらなくても、透明のエアロゾル搬送管５の内部を目視観察して、手動で清掃工程を実施しても良い。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置について、図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、図１に示す成膜装置に対して、エアロゾル搬送管５に接続されている洗浄用媒体供給部２１と、エアロゾル搬送管５に設けられたバルブ２２とをさらに有している。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００２９】
本実施形態においては、成膜工程の合間に所定の頻度で実施される清掃工程を、バルブ２２を閉じてエアロゾルの供給を停止した状態で、洗浄用媒体供給部２１から洗浄用媒体をエアロゾル搬送管５に導入することによって行う。また、その際には、ノズル７から噴射された洗浄用媒体が基板１２に吹き付けられないようにするために、基板１２をノズル７の噴射方向からずらして配置する。これらの洗浄用媒体供給部２１、バルブ２２、及び、基板ステージ８の動作は、清掃工程の頻度に応じて制御部１０が自動的に制御するようにしても良いし、ユーザが手動で操作しても良い。
【００３０】
洗浄用媒体としては、アルコールやアセトン等の有機溶媒のように、揮発性が比較的高い物質が用いられる。このような物質は、エアロゾル搬送管５内を通ってノズル７から膜室６内に噴射されてもすぐに揮発するので、その後に再開される成膜工程に与える影響が小さいからである。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施形態に係る成膜装置について説明する。
本実施形態においても、成膜工程の合間に所定の頻度で実施される清掃工程を、第２の実施形態と同様に、図２に示す洗浄用媒体供給部２１からエアロゾル搬送管５に洗浄用媒体を導入することによって行っている。その際に、本実施形態においては、洗浄用媒体として、原料粉１１よりも径が大きい粉体をガス中に分散させたエアロゾルを用いている。
【００３２】
ここで、原料粉よりも径が大きい粉体は質量も大きいので、これをエアロゾル状態にしてエアロゾル搬送管５を通過させると、より運動エネルギーが大きい粉体が内壁に衝突することになる。その結果、粉体が研磨剤のように作用して、エアロゾル搬送管５の内壁に付着した原料粉を剥がし落とす。それによって、エアロゾル搬送管５の内部は清浄化される。一方、内壁から剥がれ落ちた原料粉は、洗浄用媒体としてのエアロゾルと共に、ノズル７から排出される。
【００３３】
また、洗浄用媒体として用いられるエアロゾルは、原料粉と同じ組成を有する粉体を用いて生成することが望ましい。この粉体は、清掃工程において成膜室６内に排出された後でも成膜室６内に残留するので、成膜室６内に異物が存在するのを極力少なくするためである。
【００３４】
次に、本発明の第４の実施形態に係る成膜装置について、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、エアロゾル搬送管５に、三方弁３２を介して接続された排出管３１をさらに有している。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００３５】
成膜工程において、三方弁３２は、エアロゾル搬送管５がノズル７に通じる向きに設定される。一方、成膜工程の合間に所定の頻度で実施される清掃工程において、三方弁３２は、エアロゾル搬送管５が排出管３１に通じる向きに切り換えられる。それにより、エアロゾル搬送管５に導入された洗浄用媒体は、排出管３１の方向に導かれる。
このような三方弁３２の動作は、清掃工程の頻度に応じて制御部１０が自動的に制御するようにしても良いし、ユーザが手動で操作しても良い。
【００３６】
洗浄用媒体としては、第１の実施形態と同様に、エアロゾル生成部から供給されるキャリアガスをパージガスとして用いても良い。或いは、第２の実施形態と同様に、洗浄用媒体供給部を別途設けることにより、揮発性を有する有機溶媒や、原料粉よりも粒子径が大きい粉体をガス中に分散させたエアロゾルを洗浄用媒体として用いても良い。
【００３７】
本実施形態によれば、清掃工程の際に、ノズル７から噴射された洗浄用媒体が基板１２に吹き付けられるのを防ぐために、ノズル７と基板１２との相対的位置をずらす必要がない。そのため、清掃工程が終了した後に、直前の成膜位置から成膜工程を再開することができる。従って、成膜工程と清掃工程との切り換えによる時間のロスを低減できると共に、成膜位置のずれを防ぐことが可能になる
【００３８】
本実施形態に係る成膜装置の変形例として、排出管３１の先に排気ポンプを別途設けても良い。即ち、清掃工程においては、排気ポンプによってエアロゾル搬送管５にキャリアガス（パージガス）を通過させ、その排気を排出管３１から排気ポンプに導出させる。
【００３９】
次に、本発明の第５の実施形態に係る成膜装置について、図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、図１に示す成膜装置に対して、遮蔽板４１をさらに設けたものである。この遮蔽板４１は、制御部１０の下で動作する遮蔽板保持部（図示せず）によって、移動可能な状態で保持されている。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００４０】
図４は、成膜工程の合間に所定の頻度で実施される清掃工程の様子を示している。清掃工程においては、まず、ノズル７と基板１２との間に遮蔽板４１を挿入することにより、ノズル７から噴射した洗浄用媒体が基板１２に吹き付けられないようにする。その状態で、洗浄用媒体をエアロゾル搬送管５に導入し、ノズル７から導出させる。一方、成膜工程においては、ノズル７の噴射方向から遮蔽板４１を移動させて、ノズル７から噴射するエアロゾルが基板１２に吹き付けられるようにする。このように遮蔽板４１を動作させるためには、清掃工程の頻度に応じて制御部１０が遮蔽板保持部を自動的に制御するようにしても良いし、ユーザが手動で遮蔽板保持部を操作しても良い。
【００４１】
洗浄用媒体としては、第１の実施形態と同様に、エアロゾル生成部から供給されるキャリアガスをパージガスとして用いても良い。或いは、第２の実施形態と同様に、洗浄用媒体供給部を別途設けることにより、揮発性を有する有機溶媒や、原料粉よりも粒子径が大きい粉体をガス中に分散させたエアロゾルを洗浄用媒体として用いても良い。
【００４２】
本実施形態によれば、清掃工程の際に、ノズル７から噴射された洗浄用媒体が基板１２に吹き付けられるのを防ぐために、ノズル７と基板１２との相対的位置をずらす必要がない。そのため、清掃工程が終了した後に、直前の成膜位置から成膜工程を再開することができる。従って、成膜工程と清掃工程との切り換えによる時間のロスを低減できると共に、成膜位置のずれを防ぐことが可能になる。
【００４３】
次に、本発明の第６の実施形態に係る成膜装置について、図５を参照しながら説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、図１に示す成膜装置に対して、エアロゾル搬送管５に設けられたバルブ５１と、バルブ５１の上流側（エアロゾル生成部側）に設けられた真空計（例えば、ピラニーゲージ）５２とをさらに設けたものである。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００４４】
本実施形態においては、成膜工程の合間に所定の頻度で実施される清掃工程において、第１の実施形態におけるのと同様に、エアロゾル生成部から供給されるキャリアガスを洗浄用媒体（パージガス）として用いており、その際に、キャリアガスをエアロゾル搬送管５に間欠的に導入する。即ち、バルブ５１を一旦閉じることにより、バルブ５１の上流側の圧力を上昇させる。そして、真空計５２を観察することにより、バルブ５１の上流側が十分に高圧になったら、バルブ５１を開く。それにより、高圧となったエアロゾル生成部からキャリアガスが噴出し、エアロゾル搬送管５内を一気に通過する。このような動作を数回繰り返すことにより、エアロゾル搬送管５の内部が清掃される。
【００４５】
或いは、バルブ５１の開閉具合を調節したり、圧力調整ガスノズル４から導入されるキャリアガスの流量を調節することにより、洗浄用媒体としてエアロゾル搬送管５に導入されるキャリアガスの圧力を変化させても良い。
このようなバルブ５１の動作は、清掃工程の頻度に応じて制御部１０が自動的に制御するようにしても良いし、ユーザが手動で操作しても良い。
【００４６】
ここで、図５においては、清掃工程において、ノズル７から噴射されたガスが基板１２に吹き付けられるのを防ぐために、基板１２をノズル７の噴射方向からずらして配置している。しかしながら、同じ目的のために、図３に示すように、三方弁を設けることにより、ノズル７以外の方向にガスを導出したり、図４に示すように、ノズル７と基板１２との間に遮蔽板４１を設けるようにしても良い。
【００４７】
次に、本発明の第７の実施形態に係る成膜装置について、図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、図１に示す成膜装置に対して、エアロゾル搬送管５に設けられたバルブ６１と、排気管９に設けられたバルブ６２と、成膜室６に設けられたガス供給管６３とをさらに有している。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００４８】
本実施形態においては、成膜工程の合間に所定の頻度で実施される清掃工程において、成膜室６内の圧力変化を利用してエアロゾル搬送管５の内部を吸引し、吸引された残留物をノズル７から導出する。即ち、まず、バルブ６１を閉じることにより、エアロゾルの供給を停止する。一方、ガス供給管６３から成膜室６内にガスを導入すると共に、バルブ６２を調節して成膜室６の排気を抑制することにより、成膜室６内の真空度を低下させる。或いは、バルブ６２を完全に閉じることにより、成膜室６内の排気を停止しても良い。いずれにしても、このときの成膜室６内を大気圧程度にすることが望ましい。その後で、ガス供給管６３からのガス供給を停止し、バルブ６２を一気に開く。それにより、成膜室６及びエアロゾル搬送管５の内部が急激に排気され、それに伴い、エアロゾル搬送管５内の残留物が吸引されてノズル７から噴出する。このような動作を数回繰り返すことにより、エアロゾル搬送管５の内部が清掃される。
このようなバルブ６１及び６２、並びに、ガス供給管６３の動作は、清掃工程の頻度に応じて制御部１９が自動的に制御するようにしても良いし、ユーザが手動で操作しても良い。
【００４９】
ここで、図６においては、清掃工程において、ノズル７から噴射されたガスが基板１２に吹き付けられるのを防ぐために、基板１２をノズル７の噴射方向からずらして配置している。しかしながら、同じ目的のために、図３に示すように、三方弁を設けることにより、ノズル７以外の方向にガスを導出したり、図４に示すように、ノズル７と基板１２との間に遮蔽板４１を設けるようにしても良い。
【００５０】
また、本実施形態の変形例として、ガス供給管６３の替わりにリーク弁を設け、清掃工程においてはリーク弁を開いて成膜室６内に外気を導入することにより、成膜室６内の真空度を低下させても良い。
【００５１】
以上説明した第１〜第７の実施形態においては、原料粉が配置された容器内にキャリアガスを導入することによってエアロゾルを生成している。しかしながら、それ以外にも様々な方法によってエアロゾルを生成することができ、いずれの方法でも、上記の実施形態に係る成膜装置に適用することができる。
例えば、図１〜図６に示すエアロゾル生成部の替わりに、図７に示すエアロゾル生成装置を用いても良い。図７の（ａ）は、エアロゾル生成装置の構成を示す断面図であり、図７の（ｂ）は、エアロゾル生成装置の内部を示す平面図である。
【００５２】
図７に示すエアロゾル生成装置は、粉体収納室７０及びエアロゾル生成部８０を含んでいる。
粉体収納室７０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７０ａが設けられており、下底部には開口７１が形成されている。この開口７１を介して、粉体収納室７０とエアロゾル生成部８０とが接続されている。
【００５３】
粉体収納室７０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７２が備えられている。この攪拌羽７２の回転軸７３にはＯ（オー）リング７３ａがはめ込まれており、それによって粉体収納室７０内の気密が確保される。なお、図７の（ｂ）には４枚の攪拌羽７２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７２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７０に粉体を収納し、攪拌羽７２によって粉体を攪拌する。それにより、粉体が開口７１から落下し、エアロゾル生成部８０に導出される。
【００５４】
また、粉体収納室７０には、粉体が開口７１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７４が設けられている。アシストガス導入部７４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。
【００５５】
エアロゾル生成部８０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８１が備えられている。回転盤８１の回転軸８２にはＯリング８２がはめ込まれており、それによってエアロゾル生成部８０内の気密が確保される。
回転盤８１には、所定の幅及び深さを有する溝８３が円周に沿って形成されている。回転盤８１は、溝８３が粉体収納室７０の開口７１に対向するように配置されている。このような回転盤８１は、開口７１から落下した粉体を溝８３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７の（ａ）において、溝８３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。
【００５６】
さらに、エアロゾル生成部８０には、分散ガス導入部８４及びエアロゾル導出部８５が設けられている。
分散ガス導入部８４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７の（ａ）に示すように、分散ガス導入部８４によってエアロゾル生成部８０内に導入される分散ガスの吹き出し口は、回転盤８１の溝８３に対向するように設けられている。
エアロゾル導出部８５は、先端の開口部が溝８３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１に示すエアロゾル搬送管５に接続される。
【００５７】
このようなエアロゾル生成装置において、粉体収納室７０に所望の粉体を収納して攪拌羽７２を駆動すると共に、エアロゾル生成部８０において回転盤８１を回転させ、回転盤８１の溝８３に対して分散ガスを吹き付ける。
粉体収納室７０に収納された粉体は、攪拌羽７２によって攪拌されながら、開口７１を通って溝８３に落下する。その際に、粉体収納室７０にアシストガスを導入することにより、開口７１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７１から溝８３に落下する。溝８３に落下した粉体は、回転盤８２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。
【００５８】
一方、回転盤８２の溝８３においては、そこに吹き付けられた分散ガスが溝８３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８５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８５の周囲には、エアロゾル導出部８５の内部に向かう吸引力が発生する。この吸引力により、溝８３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８５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８５及びエアロゾル搬送管５（図１）を介して、成膜部に導入される。
【００５９】
図７に示すエアロゾル生成装置によれば、一定量の粉体をエアロゾル導出部８５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可能になる。また、回転盤８１の回転速度を調節することにより、エアロゾルの濃度を所望の濃度に調節することもできる。
【００６０】
以上説明した第１〜第７の実施形態に対して、公知の様々な技術を組み合わせても良い。例えば、図８に示すように、エアロゾル搬送管５に加熱機構９１を設けて、エアロゾル搬送管５を加熱したり、図９に示すように、エアロゾル搬送管５に超音波発生装置等の振動機構９２を設けて、エアロゾル搬送管５に振動を与えても良い。或いは、加熱機構及び振動機構の両方を、１つのエアロゾル搬送管に設けても良い。それにより、内壁に原料粉が付着し難くなると共に、一旦原料粉が内壁に付着しても剥がれ易くなるので、清掃工程の効率を向上させることが可能になる。
【００６１】
本発明の第１〜第７の実施形態に係る成膜装置を用いて、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を作製する実験を行った。実験において用いられた共通の成膜条件は、次の通りである。
原料粉：フルウチ化学株式会社製のＰＮＮ−ＰＺＴ粉末
キャリアガス：酸素（Ｏ２）を６リットル／分
【００６２】
（実施例１）
成膜装置として、図５に示す成膜装置を用い、図５に示すエアロゾル生成部の替わりに図７に示すエアロゾル生成装置を接続した。なお、この実験においては、エアロゾル搬送管５として透明なＰＦＡテフロン（登録商標）チューブを用いることにより、エアロゾル搬送管５の内部を外側から目視できるようにした。また、基板１２に対してエアロゾルを１０往復吹き付けることにより１枚のＰＺＴ膜を作製し、その間に、１往復ごとに１回の清掃工程を実施した。１回の清掃工程においては、バルブ５１を一旦閉じ、真空計（ピラニーゲージ）５２が約０．５ＭＰａに至った時点でバルブ５１を開くという動作を１０回繰り返した。なお、清掃工程の後には、エアロゾル搬送管５の内部に原料粉が付着していないことを目視により確認した。
【００６３】
（実施例２）
成膜装置として、図６に示す成膜装置を用い、図６に示すエアロゾル生成部の替わりに、図７に示すエアロゾル生成装置を接続した。この実験においては、エアロゾル搬送管５の材料として透明なＰＦＡテフロン（登録商標）を用いることにより、エアロゾル搬送管５の内部を外側から目視できるようにした。また、基板１２に対してエアロゾルを１０往復吹き付けることにより１枚のＰＺＴ膜を作製し、その間に、１往復ごとに１回の清掃工程を実施した。１回の清掃工程においては、以下の動作を３回繰り返した。即ち、バルブ６１を閉じてエアロゾルの供給を停止した後で、バルブ６２を閉じて排気を停止すると共に、ガス供給管６３によってガスを導入することにより、成膜室６内を大気圧とした。その後で、バルブ６２を一気に開くことにより、エアロゾル搬送管５の内部を吸引した。なお、このような清掃工程の後には、エアロゾル搬送管５の内部に原料粉が付着していないことを目視により確認した。
【００６４】
（比較例）
基板１２に対してエアロゾルを１０往復吹き付けることにより、１枚のＰＺＴ膜を作製した。なお、成膜工程の合間に清掃工程は一切実施しなかった。
【００６５】
実施例１及び２、並びに、比較例において作製されたＰＺＴ膜（各２０枚）の膜厚を、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。そして、２０枚中から抽出した５枚の平均膜厚と、２０枚中の最大膜厚及び最小膜厚とを求め、これらの値に基づいて、次式を用いて平均及び変動幅を算出した。
平均＝（最大膜厚＋最小膜厚）／２
変動幅＝（最大膜厚−平均）／平均膜厚×１００（％）
【００６６】
図１０は、それらの実験結果を示している。
図１０に示すように、比較例においては、成膜を繰り返すに従って、１枚のＰＺＴ膜の厚さが増加している。これは、エアロゾル搬送管内に原料粉が付着し、そこから剥がれ落ちた原料粉の塊がＰＺＴ膜に混入したためと考えられる。そのため、膜厚の変動幅が大きくなっており（４３％）、均一な膜厚を得ることが困難になっている。
【００６７】
一方、実施例１及び２においては、成膜を繰り返しても、膜厚の増加傾向は観察されず、変動幅も小さい範囲に収まっている（２４％及び１７％）。従って、成膜工程の合間に清掃工程を実施することにより、厚さが比較的均一な膜を得られることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第４の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第５の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第６の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第７の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第１〜第７の実施形態に係る成膜装置において利用できるエアロゾル生成装置の構成を示す図である。
【図８】エアロゾル搬送管に加熱機構が設けられた成膜装置の構成を示す模式図である。
【図９】エアロゾル搬送管に振動機構が設けられた成膜装置の構成を示す模式図である。
【図１０】ＰＺＴ膜を形成する実験における実施例１及び２並びに比較例の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  エアロゾル生成室
２  振動台
３  巻き上げガスノズル
３ａ、４ａ  圧力調整部
４  圧力調整ノズル
５  エアロゾル搬送管
６  成膜室
７  ノズル
８  基板ステージ
９  排気管
１０  制御部
１１  原料粉
１２  基板
１３  膜
２１  洗浄用媒体供給部
２２、５１、６１、６２  バルブ
３１  排出管
３２  三方弁
４１  遮蔽板
５２  真空計
６３  ガス供給管
７０  粉体収納室
７０ａ  粉体供給口
７１  開口
７２  攪拌羽
７２ａ  攪拌羽の最下部
７３、８２  回転軸
７３ａ、８２ａ  Ｏ（オー）リング
７４  アシストガス導入部
８０  エアロゾル生成室
８１  回転盤
８３  溝
８４  分散ガス導入部
８５  エアロゾル導出部
９１  加熱機構
９２  振動機構
【図１】
2008088451.tif 000003
【図２】
2008088451.tif 000004
【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】
2008088451.tif 000011
【図１０】
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