エアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法
【課題】
エアロゾルデポジション法により超１００μm厚の成膜体を形成する方法を提供する。
【解決手段】
複数のノズルから原料微粒子を被堆積基板の略同一箇所に向けて噴射し、その基板入射角度を制御することにより、堆積された膜のエッチングを行いつつ成膜体を形成する。
エアロゾルデポジション法により超１００μm厚の成膜体を形成する方法を提供する。
【解決手段】
複数のノズルから原料微粒子を被堆積基板の略同一箇所に向けて噴射し、その基板入射角度を制御することにより、堆積された膜のエッチングを行いつつ成膜体を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾルデポジション法を用いて膜厚の厚い成膜体を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と記す）は、粒径が数十ｎｍ〜数μmのセラミックスあるいは金属の微粒子から成る原料をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して基板に噴射して、被膜を形成する技術である。近年、ＡＤ法は、低基板温度で、かつ高成膜速度で、原料である微粒子と同様の結晶構造を有する緻密な被膜が形成できる方法として着目されている。
【０００３】
ＡＤ法を用いた成膜装置について図７を用いて説明する。図７は、成膜装置の基本構成を示した概略図である。図中、７１は被成膜基板、７２は被成膜基板７１を移動せしめるＸＹステージ、７３はノズル、７４は成膜チャンバ、７５は分級器、７６はエアロゾル発生器、７７は高圧ガス供給源、７８はマスフロー制御器、７９はパイプライン、図中矢印は基板走査方向を模式的に示したものである。セラミックスあるいは金属からなる原料微粒子は、エアロゾル発生器７６の内部でマスフロー制御器７８を介して供給される搬送ガス（図示せず）と混合されてエアロゾル化される。成膜チャンバ７４の内部は、真空ポンプ（図示せず）で〜５０Ｐａ程度に減圧されており、この圧力とエアロゾル発生器７６内部の圧力との差圧によって生じるガス流によってエアロゾル化された原料微粒子は、分級器７５を介して成膜チャンバ７４内に導かれ、ノズル７３を通して加速、被成膜基板７１に噴射される。ガスによって搬送された原料微粒子は、１ｍｍ以下の微小開口のノズルを通すことで数百ｍ／ｓまでに加速される。
【０００４】
加速された原料微粒子は被成膜基板７１に衝突し、その運動エネルギーは一気に解放され、皮膜が形成されることになる。しかし、加速された原料微粒子が有する運動エネルギーが全て基板に衝突した原料微粒子の温度上昇に費やされたとしても、その温度は、例えばセラミックスの焼結に必要な温度等と比べると一桁程度低く、緻密な成膜体が得られるメカニズムについては不明な点が多い。しかし、その成膜過程には、原料微粒子の基板衝突時に発生する破砕が重要な役割担っていると考えられている。なお、“原料微粒子の破砕”とは、基板に飛来した原料微粒子自体の破砕と、既に基板表面に付着している原料微粒子の破砕の両者を意味する。
【０００５】
すなわち、特開２００３−７３８５５号公報においては、脆性材料から成る原料微粒子の場合、その微粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上で、かつその形状が非球形の不定形形状で、少なくとも一カ所以上、角を持つ形状とすることにより、当該角の部分に基板衝突時の衝撃力が集中し、原料微粒子の破砕が促進される結果、緻密な成膜体が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−７３８５５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、我々のＡＤ法による膜厚の大きい成膜体を形成するための系統的な検討の結果、１０〜２０μm程度の成膜体は比較的容易に形成されるものの、それ以上の膜厚、例えば１００μmを超える膜厚の成膜体を安定に形成することが困難であることが判明した。すなわち、成膜初期過程、換言すると膜厚が２０μm程度以下と薄い状態においては、緻密な成膜体が得られるものの、膜厚が増大するにつれ緻密な成膜体は形成されず、圧粉体のみが形成される、と云う問題があることが明らかとなった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、
本発明により提供される第１の手段は、
原料微粒子を搬送ガスと混合してエアロゾル化し、該搬送ガスと共に、原料微粒子を並列配置された複数のノズルを通して加速して被堆積基板表面に向けて噴射せしめることにより減圧チャンバ内で成膜体を形成するエアロゾルデポジション法であって、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子が、該被堆積基板の被堆積表面の略同一箇所に入射し、かつ各ノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向が異なることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
【０００８】
また、本発明により提供される第２の手段は、
前記第１の手段において、該複数のノズルの少なくとも一から噴射される、該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の密度が、他のノズルから噴射される該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の濃度と異なることを特徴とする前述したエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
【０００９】
また、本発明により提供される第３の手段は、
前記第１又は第２の手段において、該複数のノズルの少なくとも一から間欠的に該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスが噴射されることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
また、本発明により提供される第４の手段は、
前記第１乃至第３いずれかの手段において、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向の一と該被堆積基板の被堆積面とのなす角度が略９０度であることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
更に、本発明により提供される第５の手段は
前記第１乃至第３いずれかの手段において、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向と該被堆積基板の被堆積面とのなす角度の少なくとも一が略同一で、かつ該角度が９０度以下であることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
【００１０】
ＡＤ法で形成された膜であって、成膜初期段階では緻密な成膜体で、膜厚の増加と共に圧粉体となった膜の組織を電子顕微鏡で観察した結果、例えば図８に模式的に示すような組織を有していることが明らかとなった。図８は、搬送ガス流量が一定の条件下で形成した膜の断面組織を模式的に示した概略図であり、図中８１は基板、８２は成膜体層、８３は圧粉体層である。すなわち、搬送ガス流量が一定で、原料微粒子の基板入射角度が基板８１の表面の法線方向と略一致する条件下で、唯一のノズルから噴射された原料微粒子によって形成された膜の組織は、同図に示したように、成膜体層８２では緻密な膜が形成されており、かつ成膜体層８２を構成する粒子の径は原料微粒子の粒径の約１／１０〜１／５であった。一方、圧粉体層８３においては、基板８１からの距離が大きくなるにつれ（膜厚が増加するにつれ）、空隙部の数、大きさ共に増大し、かつ圧粉体層を構成する粒子の径も増大し、最終的には原料微粒子の粒径と同程度になることが明らかとなった。また、成膜体層８２と圧粉体層８３との境界は明瞭に区別できるものではなく、成膜体層から圧粉体層への組織変化は連続的に発生していることも明らかとなった。
【００１１】
この観察結果より、圧粉体層８３が形成される原因は、膜厚の増加につれて原料微粒子の破砕（前述したように、“原料微粒子の破砕”とは基板に飛来した原料微粒子自体の破砕と既に基板表面に付着した原料微粒子の破砕の両者を意味する。）が発生し難くなっていることにあることが判った。
【００１２】
一方、原料微粒子が破砕される原因は、その基板衝突時における原料微粒子の有する運動エネルギーの解放に伴う衝撃力であり、係る原料微粒子の有する運動エネルギーは基板衝突速度によって決定される。ところで、原料微粒子の基板衝突速度は、搬送ガスの流量によって決定されることから、搬送ガス流量：一定の条件下で成膜する場合には、原料微粒子の基板衝突速度は常に一定であり、衝突時に解放される運動エネルギーも一定になる。従って、理想的には、形成された膜厚の如何を問わず、原料微粒子の破砕は同様に発生して然るべきである。
【００１３】
しかし、前述したように、ＡＤ法で形成した膜の断面組織を電子顕微鏡で観察した結果、膜厚の増加と共に、空隙部の数及びその大きさ、共に増大していることから、以下に述べるような現象が発生してものと想定される。
【００１４】
図９は、原料微粒子の基板衝突によって発生する圧力と成膜体層及び圧粉体層に発生する歪みとの関係を模式的に示した図である。一般的に、圧力（応力）と歪みとは、同図に示したように、圧力が小さい領域では、圧力に応じて歪みは線形的に増加するが（図中、弾性変形領域）、その後圧力の上昇に歪み量は追従しなくなり、最終的には破砕に至る（図中破砕発生点）。圧粉体層においては、空隙部が多数存在するため、緻密な成膜体層に比べて変形し易く、弾性変形領域が広いと考えられ、結果として破砕が発生するために要する圧力（以下、臨界圧力と記す）も大きくなっていると推定される。すなわち、原料微粒子の基板衝突によって発生する圧力が、成膜体層における臨界圧力は超えるが、圧粉体層の臨界圧力を下回る場合には、一旦圧粉体層が形成されると、最早基板に付着した原料微粒子の破砕は発生せず、圧粉体層が形成され続けることになる。
【００１５】
係る圧粉体層の形成を阻止するためには、圧粉体層の形成の源となる、基板表面に付着している未破砕の原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子を除去することが必要となる。係る未破砕原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子は、基板表面、あるいは基板に既に形成されている成膜体との密着力が低いと考えられ、比較的容易に除去され得るものと考えられる。
【００１６】
すなわち、本発明は、以下に説明する基板に入射する原料微粒子のエッチング効果に着目し、未破砕原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子を除去しつつ緻密な成膜体を形成せんとするものである。
【００１７】
図４〜６に原料微粒子の入射方向、換言すると基板入射角度の影響を示す。
【００１８】
図４ａは原料微粒子の入射方向と基板入射角度との関係を示す模式図で、図中４１は基板、４２は成膜された膜、４３はノズル、４４はノズル開口部、４５はノズル開口部４４から噴射された原料微粒子である。図４ｂは基板位置を固定して一定時間形成された成膜体の形状を模式的に示したものである。図中、４６は成膜体の形状、４７は等膜厚線、Ｐは最も膜厚の厚い点を基板に投影した点である。基板４１を固定し、一定時間原料微粒子を基板表面に向けて噴射せしめた場合、原料微粒子４５は、ある程度の方向分布を持って基板に入射するため、形成された成膜体は成膜体４６に示すような山型の形状となる。ここで云う、原料微粒子の入射方向とは点Ｐとノズル開口部４４の中心と結ぶ直線に平行で、かつノズル開口部４４から点Ｐに向かう方向の意である。大略的には、図４ａに示した矢印、及びブロック矢印で示した方向と理解される。また、ここで云う基板入射角度とは、図４ａに示すように、基板表面法線方向と入射方向とのなす角度、Θの意であり、被堆積表面と入射方向とのなす角度は（９０−Θ）度に相当する。
【００１９】
図５は基板入射角度と一定時間成膜した成膜体の膜厚との関係を示す。図中●印は、搬送ガス流量が小さい場合、□印は搬送ガス流量が大きい場合に対応する。いずれの場合も、基板入射角度が０度（すなわち被堆積表面とのなす角度が９０度）で成膜した場合に得られる膜厚で規格化されている。同図に示したように、基板入射角度が２０度を超えた辺りから、成膜体の膜厚は急激に減少しはじめ、搬送ガス流量が小さい場合の減少量は、同流量が大きい場合に比べて小さい。この原因は、基板入射角度の増大と共に、基板に入射する粒子のエッチング効果が顕在化することにあると推定される。
【００２０】
図６は、一定の膜厚の成膜体を形成した後、一定時間の間、原料微粒子を基板に入射せしめた後の膜厚減少量と基板入射角度との関係を示したものである。図５と同様に、図中●印は、搬送ガス流量が小さい場合、□印は搬送ガス流量が大きい場合に対応する。また、同図において、膜厚減少量が０とは、膜厚の減少が発生しない場合、及び基板に入射された原料微粒子が堆積されて膜厚が増加した場合の両者を意味する。
【００２１】
同図に示したように、搬送ガス流量が大きい場合、基板入射角度が２５度を超えた辺りから、膜厚減少が顕在化するのに対し、搬送ガス流量が小さい場合には基板入射角度が４０度を超えた辺りから膜厚減少が顕在化する。
【００２２】
以上の結果から、ＡＤ法においては、原料微粒子の基板入射角度、及び搬送ガス流量を適当に選定することにより、原料微粒子のエッチング効果を制御できることが理解される。
【００２３】
すなわち、本発明は、複数のノズルを用いて成膜することにより、前述したエッチング効果と堆積効果とを調和させ、圧粉体層の形成の源となる、基板表面に付着している未破砕の原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子を除去しつつ、膜厚が厚く、かつ緻密性に優れた成膜体を形成せんとするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、ＡＤ法を用いて超１００μm厚の膜厚の厚い成膜体を安定して形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は本発明の実施の形態を示す模式図で、基板位置とノズルとの関係を模式的に示したものである。
【００２６】
図１は、第１と第２の２つのノズルから噴射される原料微粒子によって成膜体が形成される場合を模式的に示したものである。図中、１１は第１のノズル、１２は第２のノズル、１３は第１のノズルから噴射される原料微粒子、１４は第２のノズルから噴射される原料微粒子である。また、図中の矢印、及びブロック矢印は、各々の原料微粒子１３，１４の基板入射方向を示す。同図に示した構成においては、原料微粒子１３の入射方向は基板表面の法線と略平行（基板入射角度は略０度）であり、主に成膜体４２の形成を担う。一方、原料微粒子１４は、主に成膜体表面に付着した未破砕原料微粒子、あるいは破砕が不充分な粒子を除去する機能を担うことから、その入射方向は、基板表面の法線と有限の角度をなし、その値はエッチング効果が顕在化する角度（ここで云う“エッチング効果が顕在化する”とは、必ずしも膜の堆積が全く発生しないことを意味するのではなく、堆積速度が減少しはじめることを意味し、“エッチング効果が顕在化する角度”とは、例えば、基板入射角度が略２０度若しくはそれ以上の角度を云う。以下同様）に設定される。また、各々のノズル１１、１２から噴射される原料微粒子の基板衝突速度、換言すると搬送ガス流量、あるいは搬送ガス中の原料微粒子の濃度等は、緻密な成膜体４２が形成されることを条件として、適宜選定することができる。また、各ノズル１１、１２から、連続的に原料微粒子を噴射させるか、それとも間歇的に噴射させるか、等についても同様に選定することができる。
【００２７】
図２は、第１、第２及び第３の３つのノズルから噴射される原料微粒子によって成膜体が形成される場合を模式的に示したものである。図中、２１は第１のノズル、２２は第２のノズル、２３は第３のノズル、２４は第１のノズルから噴射される原料微粒子、２５は第２のノズルから噴射される原料微粒子、２６は第３のノズルから噴射される原料微粒子である。また、図中の矢印、及びブロック矢印は、各々の原料微粒子２４、２５、２６の基板入射方向を示す。
【００２８】
同図に示した構成は、図１に示した構成のバリエーションの構成に対応する。すなわち、原料微粒子２４の入射方向は基板表面の法線と略平行（基板入射角度は略０度）であり、主に成膜体４２の形成を担う。一方、原料微粒子２５、２６は、主に成膜体表面に付着した未破砕原料微粒子、あるいは破砕が不充分な粒子を除去する機能を担うことから、その入射方向は、基板表面の法線と有限の角度をなし、その値はエッチング効果が顕在化する角度に設定される。また、各々のノズル２１、２２、２３から噴射される原料微粒子の基板衝突速度、換言すると搬送ガス流量、あるいは搬送ガス中の原料微粒子の濃度等は、緻密な成膜体４２が形成されることを条件として、適宜選定することができる。また、各ノズル２１、２２、２３から、連続的に原料微粒子を噴射させるか、それとも間歇的に噴射させるか、等についても同様に選定することができる。
【００２９】
図３は、第１と第２の２つのノズルから噴射される原料微粒子によって成膜体が形成される場合を模式的に示したものである。図中、３１は第１のノズル、３２は第２のノズル、３３は第１のノズルから噴射される原料微粒子、３４は第２のノズルから噴射される原料微粒子である。また、図中の矢印、及びブロック矢印は、各々の原料微粒子３３，３４の基板入射方向を示す。同図に示した構成は、第１と第２の２つのノズルから構成される点においては、図１に示した構成と共通するが、原料微粒子３３及び原料微粒子３４の基板入射方向が、共に基板表面の法線と一定の角度をなす点において異なる。本構成は、原料微粒子３３、３４の基板入射角度を、エッチング効果が明らかに認められるが、なお、膜の堆積効果が優っている角度（例えば、基板入射角度が２０度〜３０度の範囲）に設定し、エッチングを行いつつ成膜体を形成する、と云う構成である。勿論、一のノズルで、エッチングを行いつつ成膜体を形成することは可能であるが、係る場合には成膜速度が減少し、特に超１００μmを超える膜厚を形成する方法としては適さない。従って、図３に示した構成で、ノズルの数を３個以上と増加すれば、その分短時間で所望の膜厚を有する成膜体の形成が可能となる。
【００３０】
以下、実施例を用いて、本発明の実施の形態について、更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
原料微粒子として平均粒径が０．７μmのアルミナ粒子を用い、搬送ガスとして空気を用いて成膜した。基板とノズル配置は、図１に示した構成と略同一である。第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図１において原料微粒子１３に対応）の基板入射角度は略０度で、第２のノズル（図１においてノズル１２に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図１において原料微粒子１４に対応）の基板入射角度は略３０度に設定した。第１、第２のノズルのノズル開口は、共に５nm×０．３nmで、用いた基板は石英ガラスである。また、第１、第２のノズルら噴射されるガス流量を、共に、３ｌ／ｍｉｎに設定した。このとき、第１、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、共に２２０ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は１０μm／ｍｉｎであった。
成膜中、前述した搬送ガス流量を保持し、膜厚が１２０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【００３２】
なお、第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図１において原料微粒子１３に対応）のみによる成膜も試みたが、膜厚が３０μmを超えた辺りから圧粉体の形成が認められ、超１００μm厚の成膜体を形成することは出来なかった。
【実施例２】
【００３３】
実施例１と同様の条件で１００μm厚のアルミナ成膜体を形成した。ただし、第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射される搬送ガス流量は、実施例１と同様の、３ｌ／ｍｉｎであるが、本実施例においては、第２のノズル（図１においてノズル１２に対応）から噴射される搬送ガスの流量を、５ｌ／ｍｉｎとした。このとき、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、３００ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は７μm／ｍｉｎであった。成膜中、前述した搬送ガス流量を保持して、１００μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【実施例３】
【００３４】
実施例２と同様の条件で１１０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。ただし、第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射される搬送ガス流量は、実施例２と同様の、３ｌ／ｍｉｎであるが、本実施例においては、第２のノズル（図１においてノズル１２に対応）から噴射される搬送ガス種をＨｅとして、その流量を４ ｌ／ｍｉｎとした。このとき、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、４５０ｍ／ｓであり、アルミナ膜の堆積は認められなかった。
【００３５】
本実施例においては、第１のノズルからのアルミナ微粒子の噴射を連続的して行いつつ、第２のノズルからのアルミナ微粒子の噴射を間歇的に行った。その噴射スキームを図１０に示す。すなわち、２分経過する毎に、約２０秒間、第２のノズルからアルミナ微粒子を噴射する、と云うサイクルを複数回繰り返すことにより、１１０μm厚のアルミナ微粒子を成膜した。
【実施例４】
【００３６】
実施例３とほぼ同様の条件で、１２０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。ただし、本実施例の場合、第１及び第２のノズル共に、そこからなされるアルミナ微粒子の噴射を間歇的に行った。その噴射スキームを図１１に示す。すなわち、第１のノズルからアルミナ微粒子を２分間噴射した後に噴射を停止し、その後、約２０秒間第２のノズルからアルミナ微粒子を噴射する、と云うサイクルを繰り返して１２０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【実施例５】
【００３７】
原料微粒子として平均粒径が０．７μmのアルミナ粒子を用い、搬送ガスとして空気を用いて成膜した。基板とノズル配置は、図２に示した構成と略同一である。第１のノズル（図２においてノズル２１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図２において原料微粒子２４に対応）の基板入射角度は略０度で、第２のノズル（図２においてノズル２２に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図２において原料微粒子２５に対応）の基板入射角度は略３０度で、第３のノズル（図２においてノズル２３に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図２において原料微粒子２６に対応）の基板入射角度は略３０度に設定した。第２及び第３のノズルから噴射されるアルミナ微粒子の基板入射角度は、その絶対値が略同一で符号が正負で異なる（すなわち、角度は略同一であるが入射方向が異なる）。第１、第２及び第３のノズルのノズル開口は、共に５nm×０．３nmで、用いた基板は石英ガラスである。また、第１、第２及び第３のノズルら噴射されるガス流量を、共に、３ｌ／ｍｉｎに設定した。このとき、第１、第２及び第３のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、共に２２０ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は１３μm／ｍｉｎであった。
成膜中、前述した搬送ガス流量を保持し、膜厚が１１０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【実施例６】
【００３８】
原料微粒子として平均粒径が０．７μmのアルミナ粒子を用い、搬送ガスとして空気を用いて成膜した。基板とノズル配置は、図３に示した構成と略同一である。第１のノズル（図３においてノズル３１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図３において原料微粒子３３に対応）の基板入射角度は略３０度で、第２のノズル（図３においてノズル３２に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図３において原料微粒子３４に対応）の基板入射角度は略３０度に設定した。第１及び第２のノズルから噴射されるアルミナ微粒子の基板入射角度は、その絶対値が略同一で符号が正負で異なる（すなわち、角度は略同一であるが入射方向が異なる）。第１、第２のノズルのノズル開口は、共に５nm×０．３nmで、用いた基板は石英ガラスである。また、第１、第２のノズルら噴射されるガス流量を、共に、３ｌ／ｍｉｎに設定した。このとき、第１、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、共に２２０ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は６μm／ｍｉｎであった。
成膜中、前述した搬送ガス流量を保持し、膜厚が１００μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【００３９】
以上、実施例を用いて、本発明について詳細に説明したが、本発明は前述した搬送ガス種、流量、搬送ガスの噴射スキーム、あるいは原料微粒子の材料、更にはノズルの数、原料微粒子の基板入射角度等に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明により成る成膜方法は、ＡＤ法を用いて、１００μmを超える厚さの成膜体を形成する上で有用であり、係る成膜体を用いた部品、材料に係る産業分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】基板位置とノズルとの関係を示す模式図である。
【図２】基板位置とノズルとの関係を示す模式図である。
【図３】基板位置とノズルとの関係を示す模式図である。
【図４】基板入射角度を説明するための模式図である。
【図５】成膜体の膜厚と基板入射角度との関係を示す図である。
【図６】膜厚減少量と基板入射角度との関係を示す図である。
【図７】ＡＤ法を用いた成膜装置の基本構成を示した概略図である。
【図８】ＡＤ法で形成した試料の断面組織を模式的に示した概略図である。
【図９】原料微粒子の基板衝突によって発生する圧力と成膜体層及び圧粉体層に発生する歪みとの関係を模式的に示した図である
【図１０】搬送ガスの噴射スキームを示す図である。
【図１１】搬送ガスの噴射スキームを示す図である・
【符号の説明】
【００４２】
１１ 第１のノズル
１２ 第２のノズル
１３ 第１のノズルから噴射される原料微粒子
１４ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
２１ 第１のノズル
２２ 第２のノズル
２３ 第３のノズル
２４ 第１のノズルから噴射される原料微粒子
２５ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
２５ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
２６ 第３のノズルから噴射される原料微粒子
３１ 第１のノズル
３２ 第２のノズル
３３ 第１のノズルから噴射される原料微粒子
３４ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
４１ 基板
４２ 成膜された膜
４３ ノズル
４４ ノズル開口部
４５ ノズル開口部４４が噴射された原料微粒子
４６ 成膜体の形状
４７ 等膜厚線
７１ 被成膜基板
７２ ＸＹステージ
７３ ノズル
７４ 成膜チャンバ
７５ 分級器
７６ エアロゾル発生器
７７ 高圧ガス供給源
７８ マスフロー制御器
７９ パイプライン
８１ 基板
８２ 成膜体層
８３ 圧粉体層
Ｐ 最も膜厚の厚い点を基板に投影した点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾルデポジション法を用いて膜厚の厚い成膜体を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と記す）は、粒径が数十ｎｍ〜数μmのセラミックスあるいは金属の微粒子から成る原料をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して基板に噴射して、被膜を形成する技術である。近年、ＡＤ法は、低基板温度で、かつ高成膜速度で、原料である微粒子と同様の結晶構造を有する緻密な被膜が形成できる方法として着目されている。
【０００３】
ＡＤ法を用いた成膜装置について図７を用いて説明する。図７は、成膜装置の基本構成を示した概略図である。図中、７１は被成膜基板、７２は被成膜基板７１を移動せしめるＸＹステージ、７３はノズル、７４は成膜チャンバ、７５は分級器、７６はエアロゾル発生器、７７は高圧ガス供給源、７８はマスフロー制御器、７９はパイプライン、図中矢印は基板走査方向を模式的に示したものである。セラミックスあるいは金属からなる原料微粒子は、エアロゾル発生器７６の内部でマスフロー制御器７８を介して供給される搬送ガス（図示せず）と混合されてエアロゾル化される。成膜チャンバ７４の内部は、真空ポンプ（図示せず）で〜５０Ｐａ程度に減圧されており、この圧力とエアロゾル発生器７６内部の圧力との差圧によって生じるガス流によってエアロゾル化された原料微粒子は、分級器７５を介して成膜チャンバ７４内に導かれ、ノズル７３を通して加速、被成膜基板７１に噴射される。ガスによって搬送された原料微粒子は、１ｍｍ以下の微小開口のノズルを通すことで数百ｍ／ｓまでに加速される。
【０００４】
加速された原料微粒子は被成膜基板７１に衝突し、その運動エネルギーは一気に解放され、皮膜が形成されることになる。しかし、加速された原料微粒子が有する運動エネルギーが全て基板に衝突した原料微粒子の温度上昇に費やされたとしても、その温度は、例えばセラミックスの焼結に必要な温度等と比べると一桁程度低く、緻密な成膜体が得られるメカニズムについては不明な点が多い。しかし、その成膜過程には、原料微粒子の基板衝突時に発生する破砕が重要な役割担っていると考えられている。なお、“原料微粒子の破砕”とは、基板に飛来した原料微粒子自体の破砕と、既に基板表面に付着している原料微粒子の破砕の両者を意味する。
【０００５】
すなわち、特開２００３−７３８５５号公報においては、脆性材料から成る原料微粒子の場合、その微粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上で、かつその形状が非球形の不定形形状で、少なくとも一カ所以上、角を持つ形状とすることにより、当該角の部分に基板衝突時の衝撃力が集中し、原料微粒子の破砕が促進される結果、緻密な成膜体が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−７３８５５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、我々のＡＤ法による膜厚の大きい成膜体を形成するための系統的な検討の結果、１０〜２０μm程度の成膜体は比較的容易に形成されるものの、それ以上の膜厚、例えば１００μmを超える膜厚の成膜体を安定に形成することが困難であることが判明した。すなわち、成膜初期過程、換言すると膜厚が２０μm程度以下と薄い状態においては、緻密な成膜体が得られるものの、膜厚が増大するにつれ緻密な成膜体は形成されず、圧粉体のみが形成される、と云う問題があることが明らかとなった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、
本発明により提供される第１の手段は、
原料微粒子を搬送ガスと混合してエアロゾル化し、該搬送ガスと共に、原料微粒子を並列配置された複数のノズルを通して加速して被堆積基板表面に向けて噴射せしめることにより減圧チャンバ内で成膜体を形成するエアロゾルデポジション法であって、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子が、該被堆積基板の被堆積表面の略同一箇所に入射し、かつ各ノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向が異なることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
【０００８】
また、本発明により提供される第２の手段は、
前記第１の手段において、該複数のノズルの少なくとも一から噴射される、該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の密度が、他のノズルから噴射される該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の濃度と異なることを特徴とする前述したエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
【０００９】
また、本発明により提供される第３の手段は、
前記第１又は第２の手段において、該複数のノズルの少なくとも一から間欠的に該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスが噴射されることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
また、本発明により提供される第４の手段は、
前記第１乃至第３いずれかの手段において、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向の一と該被堆積基板の被堆積面とのなす角度が略９０度であることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
更に、本発明により提供される第５の手段は
前記第１乃至第３いずれかの手段において、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向と該被堆積基板の被堆積面とのなす角度の少なくとも一が略同一で、かつ該角度が９０度以下であることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法である。
【００１０】
ＡＤ法で形成された膜であって、成膜初期段階では緻密な成膜体で、膜厚の増加と共に圧粉体となった膜の組織を電子顕微鏡で観察した結果、例えば図８に模式的に示すような組織を有していることが明らかとなった。図８は、搬送ガス流量が一定の条件下で形成した膜の断面組織を模式的に示した概略図であり、図中８１は基板、８２は成膜体層、８３は圧粉体層である。すなわち、搬送ガス流量が一定で、原料微粒子の基板入射角度が基板８１の表面の法線方向と略一致する条件下で、唯一のノズルから噴射された原料微粒子によって形成された膜の組織は、同図に示したように、成膜体層８２では緻密な膜が形成されており、かつ成膜体層８２を構成する粒子の径は原料微粒子の粒径の約１／１０〜１／５であった。一方、圧粉体層８３においては、基板８１からの距離が大きくなるにつれ（膜厚が増加するにつれ）、空隙部の数、大きさ共に増大し、かつ圧粉体層を構成する粒子の径も増大し、最終的には原料微粒子の粒径と同程度になることが明らかとなった。また、成膜体層８２と圧粉体層８３との境界は明瞭に区別できるものではなく、成膜体層から圧粉体層への組織変化は連続的に発生していることも明らかとなった。
【００１１】
この観察結果より、圧粉体層８３が形成される原因は、膜厚の増加につれて原料微粒子の破砕（前述したように、“原料微粒子の破砕”とは基板に飛来した原料微粒子自体の破砕と既に基板表面に付着した原料微粒子の破砕の両者を意味する。）が発生し難くなっていることにあることが判った。
【００１２】
一方、原料微粒子が破砕される原因は、その基板衝突時における原料微粒子の有する運動エネルギーの解放に伴う衝撃力であり、係る原料微粒子の有する運動エネルギーは基板衝突速度によって決定される。ところで、原料微粒子の基板衝突速度は、搬送ガスの流量によって決定されることから、搬送ガス流量：一定の条件下で成膜する場合には、原料微粒子の基板衝突速度は常に一定であり、衝突時に解放される運動エネルギーも一定になる。従って、理想的には、形成された膜厚の如何を問わず、原料微粒子の破砕は同様に発生して然るべきである。
【００１３】
しかし、前述したように、ＡＤ法で形成した膜の断面組織を電子顕微鏡で観察した結果、膜厚の増加と共に、空隙部の数及びその大きさ、共に増大していることから、以下に述べるような現象が発生してものと想定される。
【００１４】
図９は、原料微粒子の基板衝突によって発生する圧力と成膜体層及び圧粉体層に発生する歪みとの関係を模式的に示した図である。一般的に、圧力（応力）と歪みとは、同図に示したように、圧力が小さい領域では、圧力に応じて歪みは線形的に増加するが（図中、弾性変形領域）、その後圧力の上昇に歪み量は追従しなくなり、最終的には破砕に至る（図中破砕発生点）。圧粉体層においては、空隙部が多数存在するため、緻密な成膜体層に比べて変形し易く、弾性変形領域が広いと考えられ、結果として破砕が発生するために要する圧力（以下、臨界圧力と記す）も大きくなっていると推定される。すなわち、原料微粒子の基板衝突によって発生する圧力が、成膜体層における臨界圧力は超えるが、圧粉体層の臨界圧力を下回る場合には、一旦圧粉体層が形成されると、最早基板に付着した原料微粒子の破砕は発生せず、圧粉体層が形成され続けることになる。
【００１５】
係る圧粉体層の形成を阻止するためには、圧粉体層の形成の源となる、基板表面に付着している未破砕の原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子を除去することが必要となる。係る未破砕原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子は、基板表面、あるいは基板に既に形成されている成膜体との密着力が低いと考えられ、比較的容易に除去され得るものと考えられる。
【００１６】
すなわち、本発明は、以下に説明する基板に入射する原料微粒子のエッチング効果に着目し、未破砕原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子を除去しつつ緻密な成膜体を形成せんとするものである。
【００１７】
図４〜６に原料微粒子の入射方向、換言すると基板入射角度の影響を示す。
【００１８】
図４ａは原料微粒子の入射方向と基板入射角度との関係を示す模式図で、図中４１は基板、４２は成膜された膜、４３はノズル、４４はノズル開口部、４５はノズル開口部４４から噴射された原料微粒子である。図４ｂは基板位置を固定して一定時間形成された成膜体の形状を模式的に示したものである。図中、４６は成膜体の形状、４７は等膜厚線、Ｐは最も膜厚の厚い点を基板に投影した点である。基板４１を固定し、一定時間原料微粒子を基板表面に向けて噴射せしめた場合、原料微粒子４５は、ある程度の方向分布を持って基板に入射するため、形成された成膜体は成膜体４６に示すような山型の形状となる。ここで云う、原料微粒子の入射方向とは点Ｐとノズル開口部４４の中心と結ぶ直線に平行で、かつノズル開口部４４から点Ｐに向かう方向の意である。大略的には、図４ａに示した矢印、及びブロック矢印で示した方向と理解される。また、ここで云う基板入射角度とは、図４ａに示すように、基板表面法線方向と入射方向とのなす角度、Θの意であり、被堆積表面と入射方向とのなす角度は（９０−Θ）度に相当する。
【００１９】
図５は基板入射角度と一定時間成膜した成膜体の膜厚との関係を示す。図中●印は、搬送ガス流量が小さい場合、□印は搬送ガス流量が大きい場合に対応する。いずれの場合も、基板入射角度が０度（すなわち被堆積表面とのなす角度が９０度）で成膜した場合に得られる膜厚で規格化されている。同図に示したように、基板入射角度が２０度を超えた辺りから、成膜体の膜厚は急激に減少しはじめ、搬送ガス流量が小さい場合の減少量は、同流量が大きい場合に比べて小さい。この原因は、基板入射角度の増大と共に、基板に入射する粒子のエッチング効果が顕在化することにあると推定される。
【００２０】
図６は、一定の膜厚の成膜体を形成した後、一定時間の間、原料微粒子を基板に入射せしめた後の膜厚減少量と基板入射角度との関係を示したものである。図５と同様に、図中●印は、搬送ガス流量が小さい場合、□印は搬送ガス流量が大きい場合に対応する。また、同図において、膜厚減少量が０とは、膜厚の減少が発生しない場合、及び基板に入射された原料微粒子が堆積されて膜厚が増加した場合の両者を意味する。
【００２１】
同図に示したように、搬送ガス流量が大きい場合、基板入射角度が２５度を超えた辺りから、膜厚減少が顕在化するのに対し、搬送ガス流量が小さい場合には基板入射角度が４０度を超えた辺りから膜厚減少が顕在化する。
【００２２】
以上の結果から、ＡＤ法においては、原料微粒子の基板入射角度、及び搬送ガス流量を適当に選定することにより、原料微粒子のエッチング効果を制御できることが理解される。
【００２３】
すなわち、本発明は、複数のノズルを用いて成膜することにより、前述したエッチング効果と堆積効果とを調和させ、圧粉体層の形成の源となる、基板表面に付着している未破砕の原料微粒子、若しくは破砕が不充分な微粒子を除去しつつ、膜厚が厚く、かつ緻密性に優れた成膜体を形成せんとするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、ＡＤ法を用いて超１００μm厚の膜厚の厚い成膜体を安定して形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は本発明の実施の形態を示す模式図で、基板位置とノズルとの関係を模式的に示したものである。
【００２６】
図１は、第１と第２の２つのノズルから噴射される原料微粒子によって成膜体が形成される場合を模式的に示したものである。図中、１１は第１のノズル、１２は第２のノズル、１３は第１のノズルから噴射される原料微粒子、１４は第２のノズルから噴射される原料微粒子である。また、図中の矢印、及びブロック矢印は、各々の原料微粒子１３，１４の基板入射方向を示す。同図に示した構成においては、原料微粒子１３の入射方向は基板表面の法線と略平行（基板入射角度は略０度）であり、主に成膜体４２の形成を担う。一方、原料微粒子１４は、主に成膜体表面に付着した未破砕原料微粒子、あるいは破砕が不充分な粒子を除去する機能を担うことから、その入射方向は、基板表面の法線と有限の角度をなし、その値はエッチング効果が顕在化する角度（ここで云う“エッチング効果が顕在化する”とは、必ずしも膜の堆積が全く発生しないことを意味するのではなく、堆積速度が減少しはじめることを意味し、“エッチング効果が顕在化する角度”とは、例えば、基板入射角度が略２０度若しくはそれ以上の角度を云う。以下同様）に設定される。また、各々のノズル１１、１２から噴射される原料微粒子の基板衝突速度、換言すると搬送ガス流量、あるいは搬送ガス中の原料微粒子の濃度等は、緻密な成膜体４２が形成されることを条件として、適宜選定することができる。また、各ノズル１１、１２から、連続的に原料微粒子を噴射させるか、それとも間歇的に噴射させるか、等についても同様に選定することができる。
【００２７】
図２は、第１、第２及び第３の３つのノズルから噴射される原料微粒子によって成膜体が形成される場合を模式的に示したものである。図中、２１は第１のノズル、２２は第２のノズル、２３は第３のノズル、２４は第１のノズルから噴射される原料微粒子、２５は第２のノズルから噴射される原料微粒子、２６は第３のノズルから噴射される原料微粒子である。また、図中の矢印、及びブロック矢印は、各々の原料微粒子２４、２５、２６の基板入射方向を示す。
【００２８】
同図に示した構成は、図１に示した構成のバリエーションの構成に対応する。すなわち、原料微粒子２４の入射方向は基板表面の法線と略平行（基板入射角度は略０度）であり、主に成膜体４２の形成を担う。一方、原料微粒子２５、２６は、主に成膜体表面に付着した未破砕原料微粒子、あるいは破砕が不充分な粒子を除去する機能を担うことから、その入射方向は、基板表面の法線と有限の角度をなし、その値はエッチング効果が顕在化する角度に設定される。また、各々のノズル２１、２２、２３から噴射される原料微粒子の基板衝突速度、換言すると搬送ガス流量、あるいは搬送ガス中の原料微粒子の濃度等は、緻密な成膜体４２が形成されることを条件として、適宜選定することができる。また、各ノズル２１、２２、２３から、連続的に原料微粒子を噴射させるか、それとも間歇的に噴射させるか、等についても同様に選定することができる。
【００２９】
図３は、第１と第２の２つのノズルから噴射される原料微粒子によって成膜体が形成される場合を模式的に示したものである。図中、３１は第１のノズル、３２は第２のノズル、３３は第１のノズルから噴射される原料微粒子、３４は第２のノズルから噴射される原料微粒子である。また、図中の矢印、及びブロック矢印は、各々の原料微粒子３３，３４の基板入射方向を示す。同図に示した構成は、第１と第２の２つのノズルから構成される点においては、図１に示した構成と共通するが、原料微粒子３３及び原料微粒子３４の基板入射方向が、共に基板表面の法線と一定の角度をなす点において異なる。本構成は、原料微粒子３３、３４の基板入射角度を、エッチング効果が明らかに認められるが、なお、膜の堆積効果が優っている角度（例えば、基板入射角度が２０度〜３０度の範囲）に設定し、エッチングを行いつつ成膜体を形成する、と云う構成である。勿論、一のノズルで、エッチングを行いつつ成膜体を形成することは可能であるが、係る場合には成膜速度が減少し、特に超１００μmを超える膜厚を形成する方法としては適さない。従って、図３に示した構成で、ノズルの数を３個以上と増加すれば、その分短時間で所望の膜厚を有する成膜体の形成が可能となる。
【００３０】
以下、実施例を用いて、本発明の実施の形態について、更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
原料微粒子として平均粒径が０．７μmのアルミナ粒子を用い、搬送ガスとして空気を用いて成膜した。基板とノズル配置は、図１に示した構成と略同一である。第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図１において原料微粒子１３に対応）の基板入射角度は略０度で、第２のノズル（図１においてノズル１２に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図１において原料微粒子１４に対応）の基板入射角度は略３０度に設定した。第１、第２のノズルのノズル開口は、共に５nm×０．３nmで、用いた基板は石英ガラスである。また、第１、第２のノズルら噴射されるガス流量を、共に、３ｌ／ｍｉｎに設定した。このとき、第１、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、共に２２０ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は１０μm／ｍｉｎであった。
成膜中、前述した搬送ガス流量を保持し、膜厚が１２０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【００３２】
なお、第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図１において原料微粒子１３に対応）のみによる成膜も試みたが、膜厚が３０μmを超えた辺りから圧粉体の形成が認められ、超１００μm厚の成膜体を形成することは出来なかった。
【実施例２】
【００３３】
実施例１と同様の条件で１００μm厚のアルミナ成膜体を形成した。ただし、第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射される搬送ガス流量は、実施例１と同様の、３ｌ／ｍｉｎであるが、本実施例においては、第２のノズル（図１においてノズル１２に対応）から噴射される搬送ガスの流量を、５ｌ／ｍｉｎとした。このとき、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、３００ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は７μm／ｍｉｎであった。成膜中、前述した搬送ガス流量を保持して、１００μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【実施例３】
【００３４】
実施例２と同様の条件で１１０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。ただし、第１のノズル（図１においてノズル１１に対応）から噴射される搬送ガス流量は、実施例２と同様の、３ｌ／ｍｉｎであるが、本実施例においては、第２のノズル（図１においてノズル１２に対応）から噴射される搬送ガス種をＨｅとして、その流量を４ ｌ／ｍｉｎとした。このとき、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、４５０ｍ／ｓであり、アルミナ膜の堆積は認められなかった。
【００３５】
本実施例においては、第１のノズルからのアルミナ微粒子の噴射を連続的して行いつつ、第２のノズルからのアルミナ微粒子の噴射を間歇的に行った。その噴射スキームを図１０に示す。すなわち、２分経過する毎に、約２０秒間、第２のノズルからアルミナ微粒子を噴射する、と云うサイクルを複数回繰り返すことにより、１１０μm厚のアルミナ微粒子を成膜した。
【実施例４】
【００３６】
実施例３とほぼ同様の条件で、１２０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。ただし、本実施例の場合、第１及び第２のノズル共に、そこからなされるアルミナ微粒子の噴射を間歇的に行った。その噴射スキームを図１１に示す。すなわち、第１のノズルからアルミナ微粒子を２分間噴射した後に噴射を停止し、その後、約２０秒間第２のノズルからアルミナ微粒子を噴射する、と云うサイクルを繰り返して１２０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【実施例５】
【００３７】
原料微粒子として平均粒径が０．７μmのアルミナ粒子を用い、搬送ガスとして空気を用いて成膜した。基板とノズル配置は、図２に示した構成と略同一である。第１のノズル（図２においてノズル２１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図２において原料微粒子２４に対応）の基板入射角度は略０度で、第２のノズル（図２においてノズル２２に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図２において原料微粒子２５に対応）の基板入射角度は略３０度で、第３のノズル（図２においてノズル２３に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図２において原料微粒子２６に対応）の基板入射角度は略３０度に設定した。第２及び第３のノズルから噴射されるアルミナ微粒子の基板入射角度は、その絶対値が略同一で符号が正負で異なる（すなわち、角度は略同一であるが入射方向が異なる）。第１、第２及び第３のノズルのノズル開口は、共に５nm×０．３nmで、用いた基板は石英ガラスである。また、第１、第２及び第３のノズルら噴射されるガス流量を、共に、３ｌ／ｍｉｎに設定した。このとき、第１、第２及び第３のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、共に２２０ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は１３μm／ｍｉｎであった。
成膜中、前述した搬送ガス流量を保持し、膜厚が１１０μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【実施例６】
【００３８】
原料微粒子として平均粒径が０．７μmのアルミナ粒子を用い、搬送ガスとして空気を用いて成膜した。基板とノズル配置は、図３に示した構成と略同一である。第１のノズル（図３においてノズル３１に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図３において原料微粒子３３に対応）の基板入射角度は略３０度で、第２のノズル（図３においてノズル３２に対応）から噴射されるアルミナ微粒子（図３において原料微粒子３４に対応）の基板入射角度は略３０度に設定した。第１及び第２のノズルから噴射されるアルミナ微粒子の基板入射角度は、その絶対値が略同一で符号が正負で異なる（すなわち、角度は略同一であるが入射方向が異なる）。第１、第２のノズルのノズル開口は、共に５nm×０．３nmで、用いた基板は石英ガラスである。また、第１、第２のノズルら噴射されるガス流量を、共に、３ｌ／ｍｉｎに設定した。このとき、第１、第２のノズルから噴射されたアルミナ微粒子の基板衝突速度は、共に２２０ｍ／ｓであり、得られた成膜速度は６μm／ｍｉｎであった。
成膜中、前述した搬送ガス流量を保持し、膜厚が１００μm厚のアルミナ成膜体を形成した。
【００３９】
以上、実施例を用いて、本発明について詳細に説明したが、本発明は前述した搬送ガス種、流量、搬送ガスの噴射スキーム、あるいは原料微粒子の材料、更にはノズルの数、原料微粒子の基板入射角度等に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明により成る成膜方法は、ＡＤ法を用いて、１００μmを超える厚さの成膜体を形成する上で有用であり、係る成膜体を用いた部品、材料に係る産業分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】基板位置とノズルとの関係を示す模式図である。
【図２】基板位置とノズルとの関係を示す模式図である。
【図３】基板位置とノズルとの関係を示す模式図である。
【図４】基板入射角度を説明するための模式図である。
【図５】成膜体の膜厚と基板入射角度との関係を示す図である。
【図６】膜厚減少量と基板入射角度との関係を示す図である。
【図７】ＡＤ法を用いた成膜装置の基本構成を示した概略図である。
【図８】ＡＤ法で形成した試料の断面組織を模式的に示した概略図である。
【図９】原料微粒子の基板衝突によって発生する圧力と成膜体層及び圧粉体層に発生する歪みとの関係を模式的に示した図である
【図１０】搬送ガスの噴射スキームを示す図である。
【図１１】搬送ガスの噴射スキームを示す図である・
【符号の説明】
【００４２】
１１ 第１のノズル
１２ 第２のノズル
１３ 第１のノズルから噴射される原料微粒子
１４ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
２１ 第１のノズル
２２ 第２のノズル
２３ 第３のノズル
２４ 第１のノズルから噴射される原料微粒子
２５ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
２５ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
２６ 第３のノズルから噴射される原料微粒子
３１ 第１のノズル
３２ 第２のノズル
３３ 第１のノズルから噴射される原料微粒子
３４ 第２のノズルから噴射される原料微粒子
４１ 基板
４２ 成膜された膜
４３ ノズル
４４ ノズル開口部
４５ ノズル開口部４４が噴射された原料微粒子
４６ 成膜体の形状
４７ 等膜厚線
７１ 被成膜基板
７２ ＸＹステージ
７３ ノズル
７４ 成膜チャンバ
７５ 分級器
７６ エアロゾル発生器
７７ 高圧ガス供給源
７８ マスフロー制御器
７９ パイプライン
８１ 基板
８２ 成膜体層
８３ 圧粉体層
Ｐ 最も膜厚の厚い点を基板に投影した点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料微粒子を搬送ガスと混合してエアロゾル化し、該搬送ガスと共に、原料微粒子を並列配置された複数のノズルを通して加速して被堆積基板表面に向けて噴射せしめることにより減圧チャンバ内で成膜体を形成するエアロゾルデポジション法であって、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子が、該被堆積基板の被堆積表面の略同一箇所に入射し、かつ各ノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向が異なることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項２】
該複数のノズルの少なくとも一から噴射される、該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の密度が、他のノズルから噴射される該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の濃度と異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ション法による成膜体の形成方法。
【請求項３】
該複数のノズルの少なくとも一から間欠的に該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスが噴射されることを特徴とする請求項１又は２記載のエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項４】
該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向の一と該被堆積基板の被堆積表面とのなす角度が略９０度であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項５】
該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向と該被堆積基板の被堆積表面とのなす角度の少なくとも一が略同一で、かつ該角度が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項１】
原料微粒子を搬送ガスと混合してエアロゾル化し、該搬送ガスと共に、原料微粒子を並列配置された複数のノズルを通して加速して被堆積基板表面に向けて噴射せしめることにより減圧チャンバ内で成膜体を形成するエアロゾルデポジション法であって、該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子が、該被堆積基板の被堆積表面の略同一箇所に入射し、かつ各ノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向が異なることを特徴とするエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項２】
該複数のノズルの少なくとも一から噴射される、該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の密度が、他のノズルから噴射される該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスの流量、若しくは搬送ガス中の原料微粒子の濃度と異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ション法による成膜体の形成方法。
【請求項３】
該複数のノズルの少なくとも一から間欠的に該エアロゾル化された原料微粒子を含む搬送ガスが噴射されることを特徴とする請求項１又は２記載のエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項４】
該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向の一と該被堆積基板の被堆積表面とのなす角度が略９０度であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【請求項５】
該複数のノズルから加速噴射された原料微粒子の該被堆積基板への入射方向と該被堆積基板の被堆積表面とのなす角度の少なくとも一が略同一で、かつ該角度が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のエアロゾルデポジション法による成膜体の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１３２９４５（Ｐ２００９−１３２９４５Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６８４２４（Ｐ２００６−６８４２４）
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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