(57)【要約】【課題】エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置において、エアロゾルを生成する際に形成されてしまうミクロン〜ミリオーダーの巨大な凝集粒子が容器の一部に留まるのを防ぎ、安定的にエアロゾルを生成する。【解決手段】原料の粉体を配置し、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成容器１１と、該エアロゾル生成容器において、原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するガス導入部１３と、エアロゾル生成容器におい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２３と、エアロゾル生成容器に微小な振動を与える振動部３５と、エアロゾル生成容器が所定の運動を行うように、エアロゾル生成容器を駆動する駆動部３５とを有する。【選択図】　図１
2004113931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の粉体を配置し、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成容器と、
前記エアロゾル生成容器において、該原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するガス導入手段と、
前記エアロゾル生成容器におい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、
前記エアロゾル生成容器に微小な振動を与える振動手段と、
前記エアロゾル生成容器が所定の運動を行うように、前記エアロゾル生成容器を駆動する駆動手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２】
前記駆動手段が、前記エアロゾル生成容器が回転運動又は振り子運動するように前記エアロゾル生成容器を駆動する、
請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
原料の粉体を配置し、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成容器と、
前記エアロゾル生成容器において、該原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するガス導入手段と、
前記エアロゾル生成容器におい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、
前記エアロゾル生成容器に微小な振動を与える振動手段と、
前記エアロゾル生成容器において、原料の粉体を撹拌する撹拌子と、
前記撹拌子を駆動する駆動手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項４】
原料の粉体が配置された容器に微小振動を与えつつ、該容器が所定の運動を行うように駆動しながら、原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するステップと、
生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射することにより、原料の粉体を基板上に堆積させるステップと、
を具備する成膜方法。
【請求項５】
原料の粉体が配置された容器に微小振動を与えつつ、該原料の粉体を撹拌しながらガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するステップと、
生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射することにより、原料の粉体を基板上に堆積させるステップと、
を具備する成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を高速で基板に吹き付け、堆積させることによって膜を形成する成膜装置、及び、成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ）の分野では、圧電セラミックスを利用したセンサやアクチュエータ等をさらに集積化し、実用に供するために、成膜によってそれらの素子を作製することが検討されている。その１つとして、セラミックスや金属等の成膜技術として知られるエアロゾルデポジション法が注目されている（非特許文献１参照）。エアロゾルデポジション法とは、原料の粉体からエアロゾルを生成し、そのエアロゾルを基板に噴射し、その際の衝突エネルギーにより粉体を堆積させて膜を形成する方法である。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。
【０００３】
図１１の（ａ）は、エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置に含まれるエアロゾル生成部を示す模式図である。このエアロゾル生成部には、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成容器１０１と、蓋１０２と、エアロゾル生成容器内にキャリアガスを導入するキャリアガス導入部１０３と、生成されたエアロゾルを、成膜が行われるチャンバに送るためのエアロゾル導出部１０４とが含まれている。エアロゾルデポジション法においては、原料として、サブミクロンオーダーの微小な粉体１０６が用いられる。このような粉体１０６をエアロゾル生成容器１０１に配置し、粉体中に埋没させたキャリアガス導入部１０３から、例えば、窒素（Ｎ２）等のキャリアガスを噴出させると、原料の粉体が噴き上げられ、キャリアガス中に浮遊する。このエアロゾルをエアロゾル導出部１０４から吸引し、ノズル等を用いて基板に向けて噴射すると、原料の粉体が高速気流によって加速され、基板に衝突して堆積する。
【０００４】
図１１の（ａ）に示すように、エアロゾルデポジション法による一般的な成膜装置においては、エアロゾル生成部に振動台が設けられている。振動台は、例えば、振幅０．１ｍｍ、周波数５０Ｈｚ程度の微小な振動をエアロゾル生成容器に与える。この微小振動により、エアロゾル生成容器１０１内の粉体に、浮上するための運動エネルギーが与えられると共に、キャリアガス導入部１０３のガス噴出口付近に次々と粉体が供給される。
【０００５】
ところで、図１１の（ａ）に示すように、エアロゾルの生成を開始した直後には、キャリアガスを噴出することによって多くの粉体が噴き上げられるので、エアロゾルの濃度が高くなる。しかしながら、これらの粉体（１次粒子）１０６は、時間の経過と共に、静電気力、ファンデルワールス力、又は、水分の架橋効果等により凝集し、直径数μｍ〜数ｍｍの大きさの凝集粒子を形成してしまう。これらの凝集粒子の内、ミクロンオーダー以上の巨大な凝集粒子１０７は、質量が大きいので重力の影響を受け、図１１の（ｂ）に示すように、キャリアガスによって噴き上げられることなく、エアロゾル生成容器の一部に留まってしまう。このような状態になると、サブミクロンの粒子１０６がキャリアガスの噴出口付近に近づけなくなるので、サブミクロンの粒子１０６を噴き上げることができなくなり、エアロゾルの濃度が低下してしまう。このようなことから、エアロゾルデポジション法においては、経時的に成膜速度が低下するという問題が生じている。
【０００６】
【非特許文献１】
明渡　純、「次世代の機械設計を探る第３回、超微粒子の衝突付着現象を利用した高速セラミックス・コーティング」、機械設計、日刊工業新聞社、第４５巻第６号（２００１年５月号）、ｐ．９２−９６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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方法及び装置において、エアロゾルを生成する際に形成されてしまうミクロン〜ミリオーダーの凝集粒子が容器の一部に留まるのを防ぎ、安定的にエアロゾルを生成することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る成膜装置は、原料の粉体を配置し、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成容器と、該エアロゾル生成容器において、原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するガス導入手段と、エアロゾル生成容器におい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、エアロゾル生成容器に微小な振動を与える振動手段と、エアロゾル生成容器が所定の運動を行うように、エアロゾル生成容器を駆動する駆動手段とを具備する。
【０００９】
また、本発明の第２の観点に係る成膜装置は、原料の粉体を配置し、エアロゾルの生成が行われるエアロゾル生成容器と、該エアロゾル生成容器において、原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するガス導入手段と、エアロゾル生成容器におい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、エアロゾル生成容器に微小な振動を与える振動手段と、エアロゾル生成容器において、原料の粉体を撹拌する撹拌子と、撹拌子を駆動する駆動手段とを具備する。
【００１０】
本発明の第１の観点に係る成膜方法は、原料の粉体が配置された容器に微小振動を与えつつ、該容器が所定の運動を行うように駆動しながら、原料の粉体をガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するステップと、生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射することにより、原料の粉体を基板上に堆積させるステップとを具備する。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る成膜方法は、原料の粉体が配置された容器に微小振動を与えつつ、原料の粉体を撹拌しながらガスにより噴き上げることによってエアロゾルを生成するステップと、生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射することにより、原料の粉体を基板上に堆積させるステップとを具備する。
【００１２】
本発明によれば、エアロゾルの生成が行われる容器に、微小な振動と共に所定の運動とを与えるので、凝集粒子が容器の一部に留まることなくなり、安定的にエアロゾルを生成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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を示す模式図である。この成膜装置は、エアロゾル生成部１０と、成膜チャンバ２０と、エアロゾル生成補助部３０とを有している。
【００１４】
エアロゾル生成部１０は、成膜材料である原料の微小な粉体１を用いてエアロゾルを生成する。エアロゾル生成部１０は、エアロゾル生成容器１１と、蓋１２とを含んでおり、蓋１２には、キャリアガス導入部１３と、エアロゾル導出部１４と、圧力調整ノズル１５とが設けられている。
エアロゾル生成容器１１は、原料の粉体１を配置する容器であり、この内部でエアロゾルの生成が行われる。
蓋１２は、キャリアガス導入部１３及びエアロゾル導出部１４を固定するためのフランジ、ポート、継手等を有している。これらのフランジ、ポート、継手等は、蓋１２と一体化して形成されていても良い。
【００１５】
キャリアガス導入部１３は、原料の粉体をキャリアするために用いられる気体、即ち、キャリアガスをエアロゾル生成容器１１の内部に導入する。キャリアガス導入部１３は、例えば、１本のチューブをエアロゾル生成容器１１の外側及び内側に渡して蓋１２に固定するか、或いは、２本のチューブを蓋１２の部分で接続することによって作製される。キャリアガス導入部１３の材料としては、少なくとも、エアロゾル生成容器１１の外側部分には、テフロン（登録商標）等の所定の弾性を有する材料が用いられる。この外側部分において、キャリアガス導入部１３は、エアロゾル生成容器１１の運動を妨げないように、十分な長さを有している。また、エアロゾル生成容器１１の内側部分においては、テフロン（登録商標）の他、金属等の材料を用いても良い。なお、キャリアガスとしては、乾燥空気、窒素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、ヘリウムガス等が用いられる。
【００１６】
キャリアガス導入部１３の形状としては、様々なものが考えられる。例えば、図１に示すように、キャリアガス導入部１３の噴出口付近を円周に沿うように湾曲させ、キャリアガスを接線方向に噴出させるようにしても良い。また、単に直線形状にして、エアロゾル生成容器１１の底面に向けてキャリアガスを噴出させるようにしても良い。或いは、キャリアガス導入部１３の噴出口付近を「く」の字のように曲げ、エアロゾル生成容器１１の底部からキャリアガスを噴き上げるようにしても良い。
【００１７】
キャリアガス導入部１３の配置については、原料の粉体１が効率良く噴き上げられるように考慮することが必要である。例えば、キャリアガス導入部１３の噴出口がエアロゾル生成容器１１の底部から離れた位置に来るように配置し、原料の粉体１の上からキャリアガスを噴き付けるようにしても良い。或いは、キャリアガス導入部１３の噴出口が原料の粉体１に埋没するように、エアロゾル生成容器１１の低い位置に配置し、原料の粉体１の中からキャリアガスを噴き上げるようにしても良い。後者の場合には、前者に比較して効率良くエアロゾルが生成されるので、より望ましい。即ち、噴出口が粉体に埋没している状態でキャリアガスを噴出すると、同じ流量のガスを噴出しても、エアロゾルの濃度を高くすることができるからである。また、一定のガス流量に対して、ほぼ一定量の粉体が噴き上げられるので、エアロゾルの濃度をほぼ一定に保つことができ、成膜時に生じるムラを低減することができるからである。
【００１８】
エアロゾル導出部１４は、生成されたエアロゾルを吸引して成膜チャンバ２０に導く。また、圧力調整ノズル１５は、エアロゾル生成容器１１と成膜チャンバ２０との圧力差を調整する際に用いられる。これらのエアロゾル導出部１４及び圧力調整ノズル１５は、キャリアガス導入部１３と同様に、少なくとも蓋１２の外側においてはテフロン（登録商標）等の弾性を有する材料によって形成されており、エアロゾル生成容器１１の運動を妨げないように、十分な長さを有している。なお、エアロゾル導出部１４及び圧力調整ノズル１５は、蓋１２の内側においては、金属等の材料によって形成されても良い。
【００１９】
成膜チャンバ２０においては、エアロゾルデポジション法により成膜が行われる。成膜チャンバ２０には、排気管２１と、エアロゾル導入部２２と、ノズル２３と、可動ステージ２４とが備えられている。排気管２１は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ２０内を排気する。エアロゾル導入部２２は、エアロゾル生成部１０のエアロゾル導出部１４に接続されており、エアロゾル生成部１０において生成されたエアロゾルを成膜チャンバ２０内に導入する。ノズル２３は、エアロゾル導入部２２を介して導入されたエアロゾルを基板２に吹き付けることにより、原料の粉体１を基板２上に堆積させる。可動ステージ２４は、基板とノズル２４との相対位置を制御するための３次元に移動可能なステージである。
【００２０】
エアロゾル生成補助部３０は、エアロゾル生成容器１１の内部に配置されている原料の粉体１を撹拌するために、エアロゾル生成容器１１を含むエアロゾル生成部１０に微小な振動及び所定の運動を与える。ここで、微小な振動とは、小さい振幅（例えば、振幅０．１ｍｍ程度）で与えられる高周波（例えば、５０Ｈｚ）の振動であり、原料の粉体に運動エネルギーを与えてキャリアガス中に浮き上がり易くすると共に、キャリアガス導入部１３のガス噴出口付近に次々と粉体を供給するために与えられる。また、所定の運動とは、上記の微小な振動に比較して大きな振幅（例えば、振幅２〜３ｃｍ）で与えられる低周波（例えば、３Ｈｚ）の運動であり、具体的には、振り子運動、並行移動、自転や公転を含む回転運動等が挙げられる。
【００２１】
ここで、通常のエアロゾルデポジション法を用いた成膜装置において、最初に容器に配置された原料の粉体（１次粒子）は、時間の経過と共に、静電気力やファンデルワールス力等によって結合し、数μｍ〜数ｍｍの巨大な凝集粒子を形成してしまう。このような凝集粒子は質量も大きいため容器の底部に溜まるが、それらがキャリアガス導入部１３の噴出口付近に留まると、キャリアガスによって１次粒子を噴き上げることができず、エアロゾルの濃度が低下して成膜速度が落ちてしまう。そのため、本実施形態においては、エアロゾル生成部１０に、比較的ゆっくりとした大きな運動を与えることにより、凝集粒子が１箇所に留まらないようにしている。
【００２２】
エアロゾル生成補助部３０は、押さえリング３１と、２本の支持柱３２と、支持台３３と、駆動部３４と、振動部３５とを含んでいる。
押さえリング３１は、エアロゾル生成容器１１を外側から押さえ、駆動部３４によって与えられる運動をエアロゾル生成容器１１に伝える。
【００２３】
図２の（ａ）に示すように、押さえリング３１は、エアロゾル生成容器１１を外側から押さえるリング部分３１ａと、リング部分３１ａの側面の対向する２箇所に形成されているリング支え３１ｂとを含んでいる。図１に示すように、２本の支持柱３２は、支持台３３の上面に、対向するように固定されている。図２の（ｂ）又は（ｃ）に示すように、支持柱３２の上部には、通孔３２ａ又は溝３２ｂが形成されている。図２の（ａ）に示す押さえリング３１のリング支え３１ｂを、通孔３２ａに通すか、或いは、溝３２ｂに渡し、リング支え３１ｂの一方に、脱落防止用のナット３１ｃを固定する。これにより、押さえリング３１が、可動な状態で支持柱３２に支持される。また、他方のリング支え３１ｂは、駆動部３４（図１参照）に接続される。
【００２４】
駆動部３４は、一方の支持柱３２に固定されている。駆動部３４は、押さえリング３１のリング支え３１ｂを所定の周期（例えば、３Ｈｚ）で所定の角度αだけ回転させることにより、エアロゾル生成部１０に振り子運動させる。この際に、駆動部３４は、リング支え３１ｂを±α度回転させても良いし、１方向にのみα度回転させ、反対方向への回転については自然に戻る力を利用しても良い。
【００２５】
支持台３３は、振動部３５に接続されている。振動部３５は、所定の周波数（例えば、５０Ｈｚ）で振動する振動子を含んでおり、振動部３５それ自体が振動することにより、支持台３３及び押さえリング３１を介して、エアロゾル生成部１０を振動させる。
【００２６】
図３に示すように、エアロゾル生成補助部３０をこのような構成にすることにより、エアロゾル生成部１０は微小に振動しながら振り子運動を行う。本願においては、このようにして微小振動以外にエアロゾル生成部１０に与えられる振り子運動やその他の運動のことを、補助運動という。なお、キャリアガス導入部１３、エアロゾル導出部１４、圧力調整ノズル１５は、弾性を有する材料によって形成されていると共に、十分な長さを有しているので、エアロゾル生成補助部３０による補助運動を妨げることはなく、補助運動によってキャリアガスの供給やエアロゾルの導出等に影響を与えることもない。
【００２７】
次に、図１及び図４を参照しながら、本実施形態に係る成膜方法について説明する。本実施形態に係る成膜方法においては、金属、合金、セラミック等の様々な材料を用いて膜を形成することができるが、ここでは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）　ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ）膜を形成するものとして説明を行う。
【００２８】
まず、ステップＳ１において、成膜装置に原料及び基板をセットする。即ち、ＰＺＴの粉体１をエアロゾル生成容器１１に配置する。膜形成に用いられる粉体の粒子径は、サブミクロンのオーダーであることが望ましく、本実施形態においては、平均粒子径０．３μｍの粉体を用いている。また、膜を形成する基板２を、成膜チャンバ２０内の可動ステージ２４にセットする。本実施形態においては、ガラス基板を用いている。次に、ステップＳ２において、成膜チャンバ２０の内部を排気する。
【００２９】
ステップＳ３において、駆動部３４及び振動部３５を駆動する。これにより、エアロゾル生成部１０は、微小に振動しながら補助運動を行う。
ステップＳ４において、キャリアガス導入部１３からエアロゾル生成容器１１にキャリアガスを導入する。本実施形態においては、キャリアガスとして窒素ガス（Ｎ２）を用いる。これにより、キャリアガス導入部１３の噴出口から接線方向にキャリアガスが噴出し、エアロゾル生成容器１１の内部に渦巻き状の気流が発生して原料の粉体１を巻き上げる。このようにしてエアロゾルが生成される。
【００３０】
ステップＳ５において、生成されたエアロゾルを成膜チャンバに導入し、ノズル２３から基板２に向けて噴射する。これにより、エアロゾルに含まれるＰＺＴの粉体が基板、又は、既に基板に堆積されたＰＺＴ膜に衝突し、破砕されて堆積する。この際に、可動ステージ２４の移動方向及び移動速度を制御することにより、基板２の所望の領域に所望の厚さの膜を形成することができる。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る成膜方法を用いて成膜を行った実験結果であり、成膜時間と膜厚との関係を示す図である。直線（１）は、本実施形態に係る成膜方法を用いて成膜を行った場合、即ち、補助運動を与えて成膜を行った場合を示しており、曲線（２）は、比較のために、補助運動を与えないで成膜を行った場合を示している。どちらの場合にも、エアロゾル生成部１０に、振幅０．１ｍｍ、周波数５０Ｈｚの振動を与えており、さらに、直線（１）の場合には、補助運動として、周波数３Ｈｚ、振幅２〜３ｃｍの往復運動を与えている。
【００３２】
曲線（２）より明らかなように、補助運動を与えない場合には、時間の経過と共に、成膜速度（＝膜厚／成膜時間）が遅くなっている。これは、ミクロン〜ミリオーダーの巨大な凝集粒子の位置を移動させないので、キャリアガス噴出口付近に凝集粒子が留まってしまい、サブミクロンの粒子を噴き上げることができなかったからである。これに対して、曲線（１）に示すように、補助運動を与えた場合には、時間が経過しても成膜速度はかわらず、ほぼ一定になっている。これは、補助運動によりキャリアガス噴出口付近から巨大な凝集粒子が除かれ、サブミクロンの粒子を安定して供給することができたからである。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、時間が経過しても成膜速度を落とすことなく、効率良く成膜を行うことができる。
なお、本実施形態においては、最初から駆動部３４を駆動させたが、最初の内は振動部３５によってエアロゾル生成部１０に振動のみを与え、凝集粒子が増加してきたら駆動部３４を駆動させて補助運動を与えるようにしても良い。
【００３４】
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６を参照しながら説明する。本実施形態に係る成膜装置は、補助運動として振り子運動を与えるものであり、図１に示す駆動部３４の替わりに、駆動部４０を有している。その他の構成については、図１に示す成膜装置と同様である。
【００３５】
駆動部４０は、エアロゾル生成容器１１の裏側に配置されたコイル４１と、支持台３３に配置された磁石４２とを含んでいる。コイル４１に電流を流すことにより、コイル４１は電磁石として働く。このため、コイル４１に所定の向きに電流を流すと、コイル４１と磁石４２とが反発し、図６の（ａ）に示すようにエアロゾル生成部１０が振れる。この時に、電流を切断すると、コイル４１と磁石４２の間の斥力がなくなり、エアロゾル生成部１０は、通常の振り子運動を行う。さらに、コイル４１が磁石４２の真上を通過した直後に、再び、先と同じ向きにコイル４１に電流を流す。すると、再び、コイル４１と磁石４２との間の斥力により、図６の（ｂ）に示すようにエアロゾル生成部１０が振れる。このように、コイル４１に流れる電流のスイッチや、電流の向きを制御することにより、エアロゾル生成部１０に振り子運動させることができる。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る成膜装置について、図７を参照しながら説明する。本実施形態に係る成膜装置は、補助運動としてエアロゾル生成部に公転運動させるものである。
図７に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、エアロゾル生成補助部５０を有している。エアロゾル生成補助部５０は、押さえリング５１と、２本の支持柱５２と、支持台５３と、駆動部５４とを含んでいる。その他の構成については、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置と同様である。
【００３７】
本実施形態において、押さえリング５１は、２本の支持柱５２に所定の角度で固定されている。これらの２本の支持柱５２は、支持台５３の一方の面に固定されている。駆動部５４は、支持台５３を微小に振動させながら、支持台５３を円周上の経路に沿って駆動することにより、公転運動をさせる。この際に、駆動部５４は、支持台５３を一方向のみに回転させても良く、所定の角度ごとに回転方向を変更しても良い。
【００３８】
エアロゾル生成補助部５０をこのように構成をすることにより、図７の（ａ）〜（ｄ）に示すように、エアロゾル生成部１０は、微小に振動しながら公転運動を行う。本実施形態においては、押さえリングを支持台に固定することにより、エアロゾル生成部１０の傾きが水平面に対して一定に保たれるので、キャリアガス噴出口を容器底部の中で最も低い位置に保っておくことができる。これにより、キャリアガス噴出口が常に原料の粉体に埋没している状態になり、粉体を効率良く噴き上げることが可能になる。
なお、駆動部５４によって支持台５３を駆動する経路を変更することにより、支持台５３及びエアロゾル生成部１０に、１方向又は複数方向への往復運動や、その他、様々な経路に沿った運動をさせることも可能である。
【００３９】
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８を参照しながら説明する。本実施形態に係る成膜装置は、補助運動としてエアロゾル生成部に回転運動させるものである。
図８に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、エアロゾル生成補助部６０を有している。エアロゾル生成補助部６０は、押さえリング６１と、２本の支持柱６２と、回転台６３と、駆動部６４と、振動部６５とを含んでいる。その他の構成については、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置と同様である。
【００４０】
本実施形態において、押さえリング６１は、回転台６３の一方の面に固定された２本の支持柱６２に、所定の角度で固定されている。また、回転台６３には、振動部６５が設けられている。振動部６５は、それ自体が微小に振動することにより、回転台６３を介してエアロゾル生成部１０を振動させる。さらに、駆動部６４は、回転台６３を回転させる。
【００４１】
ここで、図１に示すように、エアロゾル生成部１０の蓋１２には、キャリアガス導入部１３やエアロゾル導出部１４が接続されているので、エアロゾル生成部１０を回転させると配管が問題になる。そこで、本実施形態においては、回転台６３の回転の向きを所定の周期で変更することにより、回転台６３及びエアロゾル生成部１０が最大１８０度までしか回転しないようにする。
【００４２】
エアロゾル生成補助部６０をこのように構成することにより、図８の（ａ）〜（ｄ）に示すように、エアロゾル生成部１０は、振動しながら、回転台６３の中央を軸として回転する。本実施形態においても、押さえリングを支持台に固定することにより、エアロゾル生成部１０の傾きが水平面に対して常に一定に保たれるので、キャリアガス噴出口を容器底部の中でも最も低い位置に保っておくことができる。これにより、キャリアガス噴出口が常に原料の微粒子に埋没している状態になり、原料の微粒子を効率良く噴き上げることが可能になる。
【００４３】
次に、本発明の第５の実施形態について、図９を参照しながら説明する。
本実施形態に係る成膜装置は、補助運動としてエアロゾル生成部に自転運動させるものである。
図９の（ａ）に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、エアロゾル生成容器７１と、蓋７３と、支持リング７６と、２本の支持柱７７と、回転台７８と、駆動部７９とを有している。その他、成膜チャンバ等の構成については、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置と同様である。
【００４４】
エアロゾル生成容器７１には、回転用溝７２が設けられている。また、図９の（ｂ）に示すように、蓋７３は、中央部分７３ａと、その周囲の枠部分７３ｂとを含んでおり、両者は相対的に回転可能な構造になっている。中央部分７３ａには、キャリアガス導入部７４、エアロゾル導出部７５、及び、圧力調整ノズル７６が設けられている。また、枠部分７３ｂは、原料の粉体が配置された後に、エアロゾル生成容器７１に固定される。蓋７３をこのような構造にすることにより、キャリアガス導入部７４、エアロゾル導出部７５、及び、圧力調整ノズル７６の向きを変えずに、エアロゾル生成容器７１を回転させることができる。
【００４５】
支持リング７６は、２本の支持柱７７に対して所定の角度になるように固定されている。また、エアロゾル生成容器７１は、その支持リング７６に、回転可能な状態で支えられている。さらに、回転台７８の上面には、エアロゾル生成容器７１の底部に設けられている回転用溝７２と噛み合うように、回転用溝７８ａが形成されている。回転台７８は、駆動部７９に接続されており、駆動部７９に駆動されて回転運動を行う。
【００４６】
図９の（ａ）に示すように、回転台７８を回転させることにより、エアロゾル生成容器７１は、回転台７８の回転の向きとは反対向きに回転する。この際に、先に説明したように、エアロゾル生成容器７１が回転しても、キャリアガス導入部７４、エアロゾル導出部７５、及び、圧力調整ノズル７６を含む中央部分７３ａは最初の向きのまま保たれるようにする。これにより、中央部分７３ａに設けられているキャリアガス導入部７４等に配管のねじれ等を起こすことなく、エアロゾル生成容器７１を回転させることができる。また、エアロゾル生成容器７１の内部においては、エアロゾル生成容器７１とキャリアガス導入部７４との相対位置が変化するので、エアロゾル生成容器７１を回転させても、キャリアガス導入部７４の噴出口を容器底部の中で最も低い位置に保ち、原料の粉体に埋没させておくことができる。
【００４７】
なお、本実施形態においては、振動部が備えられていないが、エアロゾル生成容器７１に設けられた回転用溝７２や回転台７８に設けられた回転用溝７８ａの数や形状を調節することにより、エアロゾル生成容器７１に、微小な振動を与えることができる。
【００４８】
次に、本発明の第６の実施形態について、図１０を参照しながら説明する。本実施形態においては、エアロゾル生成部１０に補助運動を与える替わりに、容器に配置されている原料を直接撹拌する。
図１０の（ａ）に示すように、この成膜装置は、撹拌子８１と、駆動部８２と、振動部８３とを有している。撹拌子８１及び駆動部８２は、蓋１２に設けられている。撹拌子８１は、例えば、羽のような形状をしており、駆動部８２によって回転し、エアロゾル生成容器１１の一部に留まっている凝集粒子を撹拌する。駆動部８２は、低い周波数（例えば、３Ｈｚ程度）で撹拌子８１を回転させる。振動部８３は、エアロゾル生成部１０に微小な振動を与える。
或いは、図１０の（ｂ）に示すように、撹拌子８４をエアロゾル生成容器１１の底部に設け、エアロゾル生成容器１１の下部から駆動部８５を用いて回転させるようにしても良い。また、電磁力を用いることにより、撹拌子を遠隔的に回転させるようにしても良い。
【００４９】
以上、第１〜第６の実施形態に係る成膜装置について説明したが、それぞれの実施形態において行われている補助運動を複数組み合わせても良い。即ち、エアロゾル生成容器に、振り子運動、公転及び自転を含む回転運動、撹拌子による運動等の中から２つ以上の運動を組み合わせて与えることにより、エアロゾル生成容器内に配置されている原料の粉体を撹拌し、巨大な凝集粒子をより効果的に移動させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エアロゾル生成部に微小な振動及び補助運動を与えながらエアロゾルを生成するので、キャリアガス噴出口付近からミクロン〜ミリオーダーの巨大な凝集粒子を除いてサブミクロンの粒子を継続的に供給し、安定的にエアロゾルを生成することができる。従って、時間が経過しても成膜速度が低下することがなくなり、トータルの成膜時間を短縮し、品質の安定した成膜を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【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】図１に示す成膜装置のエアロゾル生成補助部の一部を示す図である。
【図３】図１に示す成膜装置における補助運動を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法によって成膜を行った場合の成膜時間と膜厚との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図１１】従来の成膜装置の一部を示す模式図である。
【符号の説明】
１　原料の粉体
２　基板
１０　エアロゾル生成部
１１、７１、１０１　エアロゾル生成容器
１２、７３、１０２　蓋
１３、７４、１０３　キャリアガス導入部
１４、７５、１０４　エアロゾル導出部
１５、７６、１０５　圧力調整ノズル
２０　成膜チャンバ
２１　排気管
２２　エアロゾル導入部
２３　ノズル
２４　可動ステージ
３０、４０、５０、６０、７０　エアロゾル生成補助部
３１、５１、６１　押さえリング
３１ａ　リング部分
３１ｂ　リング支え
３１ｃ　ナット
３２、５２、６２、７７　支持柱
３２ａ　通孔
３２ｂ　溝
３３、５３　支持台
３４、４０、５４、６４、７９、８２、８５　駆動部
３５、６５、８３、１１０　振動部
４１　コイル
４２　磁石
６３、７８　回転台
７２、７８ａ　回転用溝
７６　支持リング
８１、８４　撹拌子
１０６　１次粒子
１０７　凝集粒子
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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