DE112011105618T5

DE112011105618T5 - Oxidfilm-Niederschlagsverfahren und Oxidfilm-Niederschlagsvorrichtung

Info

Publication number: DE112011105618T5
Application number: DE112011105618.4T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Orita; Takahiro Shirahata; Takahiro Hiramatsu
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2014-06-18
Also published as: JPWO2013038484A1; CN103648974B; WO2013038484A1; US20140141170A1; HK1190999A1; US10016785B2; TW201311363A; TWI474872B; JP5841156B2; CN103648974A; KR20140012153A; KR101505354B1

Abstract

Diese Erfindung gibt ein Verfahren zur Bildung eines Oxidfilmes an, durch das die normale Bildung eines Oxidfilmes immer erzielt wird ohne Einfluss einer Änderung in der Atmosphäre, wodurch ein Metalloxidfilm mit niedrigem Widerstand gebildet werden kann und eine hohe Effizienz der Filmbildung erzielt wird. Erfindungsgemäß wird ein Nebel aus einer Ausgangsmateriallösung gebildet, die eine Alkylverbindung enthält und auf ein Substrat (100) in der Atmosphäre ejiziert wird. Zusätzlich wird ein Oxidationsmittel, das eine Oxidationswirkung auf die Alkylverbindung auswirkt, zu dem Nebel der Ausgangsmateriallösung geführt. Durch die oben beschriebenen Verfahren wird ein Oxidfilm auf dem Substrat dieser Erfindung gebildet.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Oxidfilmes und eine Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes.
Hintergrund der Erfindung
Ein Oxidfilm ist ein funktioneller dünner Film, der verschiedene Arten von Leistung entsprechend einem Bestandteilselement davon entfaltet (leitende, Isolations-, piezoelektrische, magnetische, dielektrische oder superleitende Eigenschaften) und wegen der Vielzahl der physikalischen Eigenschaften für Gebiete von vielen elektronischen Vorrichtungen verwendet wird. Beispielsweise wird ein dünner Zinkoxidfilm, der als leitender Transportfilm mit leitender Eigenschaft dient, in einer Solarzelle, einer LED (Licht-emittierende Diode), einem Touchpanel oder dgl. verwendet.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des dünnen Zinkoxidfilmes ist ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren (CVD), bei dem eine Organozinkverbindung als Ausgangsmaterial verwendet wird. Bei dem chemischen Dampfniederschlagsverfahren muss jedoch der Film im Vakuum gebildet werden, was einen großen Vakuumbehälter zusätzlich zu einer Vakuumpumpe und dgl. erfordert. Darüber hinaus beinhaltet das chemische Dampfniederschlagsverfahren ein Problem, dass ein Substrat mit einer großen Fläche nicht als Substrat verwendbar ist, auf dem der Film gebildet werden soll, im Hinblick auf die Kosten und dgl.
Eine Alkylverbindung (z. B. Diethylzink), die sehr reaktiv ist, ist in der Atmosphäre brennbar. Daher ist es praktisch unmöglich, dass die Alkylverbindung vergast und in einem Filmbildungsverfahren verwendet wird, das in der Atmosphäre durchgeführt wird (Vergasen einer Lösung mit einer Alkylverbindung verursacht die Freisetzung eines Alkylverbindungsgases und eines Gases, das von einem Lösungsmittel resultiert, so dass das Alkylverbindungsgas in direktem Kontakt mit der Atmosphäre steht, unter Verursachung einer Entzündung oder dgl.). Demzufolge ist es zur Bildung beispielsweise eines dünnen Zinkoxidfilmes in der Atmosphäre notwendig, dass beispielsweise Diethylzink, das in einem Lösungsmittel aufgelöst ist, im flüssigen Zustand verwendet wird.
Angesichts der oben beschriebenen Probleme kann beispielsweise Patentdokument 1 als Dokument des Standes der Technik erwähnt werden, das ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Zinkoxidfilmes auf einem Substrat offenbart.
In dem Verfahren zur Bildung eines dünnen Zinkoxidfilmes, das in dem Patentdokument 1 offenbart ist, wird eine Lösung, in der eine Organozinkverbindung in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst ist, durch Sprühen auf eine Substratoberfläche in der Atmosphäre (eine Atmosphäre, bei der Wasser vorhanden ist) aufgetragen. Die Größe eines jeden Tröpfchens, das bei dieser Sprühanwendung verwendet wird, ist im Bereich von 1 bis 30 μm.
Die Technik von Patentdokument 1 umfasst einen Filmgebungsvorgang in der Atmosphäre und erfordert daher keine Vakuumpumpe, Vakuumkammer und Vorrichtungen wie Druckmessgerät, was beachtlich die Anlagekosten und die Herstellungskosten im Vergleich zu dem chemischen Dampfniederschlagsverfahren reduzieren kann. Zusätzlich erfordert die Technik des Patentdokumentes 1 keine Verwendung eines Vakuumbehälters und daher werden Einschränkungen, die durch den Vakuumbehälter verursacht werden, nicht verursacht (ein Vakuumbehälter mit einer großen Kapazität ist im Hinblick auf die Luftdichtigkeit und dgl. teuer). Daher ist es möglich, einen dünnen Zinkoxidfilm auf einem Substrat mit einer großen Fläche zu bilden.
Weiterhin wendet die Technik von Patentdokument 1 kein Verfahren an, bei dem Diethylzink oder dgl. vergast wird und ein Substrat, das in der Atmosphäre angeordnet ist, dem vergasten Diethylzink oder dgl. ausgesetzt wird, sondern verwendet ein Verfahren, bei dem eine Ausgangsmateriallösung, die Diethylzink enthält, auf ein Substrat gesprüht wird. Als Ergebnis tritt eine Situation nicht auf, bei der gasförmiges Diethylzink in der Atmosphäre während eines Filmbildungsverfahrens vorhanden ist, und daher tritt das Problem der Entzündung und dgl. ebenfalls nicht auf.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung 2010-126402

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wie oben beschrieben bildet die Technik des Patentdokumentes 1 einen dünnen Film aus Zinkoxid, indem eine Lösung, in der Diethylzink aufgelöst ist, durch Sprühen auf ein Substrat in einer Atmosphäre aufgetragen wird, in der Wasser vorhanden ist. Das heißt die Technik des Patentdokumentes 1 verursacht, dass die gesprühte Ausgangsmateriallösung mit Feuchtigkeit reagiert, die in der Atmosphäre enthalten ist, in der das Substrat angeordnet ist, unter Bildung eines dünnen Filmes aus Zinkoxid.
Die Atmosphäre, in der die Filmbildung implementiert wird, wird jedoch im großen Umfang durch die Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst. Die Menge an Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten ist, hängt von der Feuchtigkeit und der Temperatur der Umgebung und dgl. ab und kann somit nicht angemessen gesteuert werden. Daher kann die Technik von Patentdokument 1 manchmal keinen dünnen Zinkoxidfilm bilden wegen einer Änderung der Feuchtigkeit und Temperatur der Umgebung und dgl. Obwohl ein dünner Zinkoxidfilm gebildet wird, ist es aufgrund einer Änderung der Feuchtigkeit und Temperatur der Umgebung und dgl. schwierig, einen dünnen Zinkoxidfilm mit einer gewünschten Leistung stabil zu bilden (beispielsweise leitende, kristalline, Permeations-Eigenschaften, Filmdichte und Oberflächenform) mit guter Reproduzierbarkeit (insbesondere tritt ein Problem auf, dass der Widerstand nicht erniedrigt werden kann) zu bilden und darüber hinaus wird die Geschwindigkeit der Filmbildung ebenfalls beeinflusst.
In der Technik von Patentdokument 1 wird verursacht, dass die aufgesprühte Ausgangsmateriallösung mit Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten ist, in der das Substrat angeordnet ist, reagiert. Dies beinhaltet ein Problem, das die Effizienz der Filmbildung bezogen auf die Menge der Zufuhr der Ausgangsmateriallösung gering ist (d. h. eine größere Menge der Ausgangsmateriallösung muss auf das Substrat gesprüht werden, damit ein gebildeter Film ein gewünschte Filmdicke aufweist).
Daher liegt ein Ziel dieser Erfindung darin, ein Oxidfilm-Bildungsverfahren und eine Oxidfilm-Bildungsanlage anzugeben, durch die ein Oxidfilm mit einer gewünschten Leistung immer stabil ohne Beeinflussung einer Änderung durch die Atmosphäre mit guter Reproduzierbarkeit und guter Effizienz der Filmbildung gebildet werden kann.
Mittel zur Lösung der Probleme
Um das Ziel zu erreichen ist das Oxidfilm-Bildungsverfahren gemäß dieser Erfindung ein Oxidfilm-Bildungsverfahren zur Bildung eines Oxidfilmes auf einem Substrat, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (A) ein Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsverfahren zur Bildung einer Ausgangsmateriallösung, umfassend eine Alkylverbindung, zu einem Nebel und Ejizieren des Nebels auf das Substrat in der Atmosphäre; und (B) ein Oxidationsmittel-Zuführverfahren zum Zuführen eines Oxidationsmittels, das eine Oxidationswirkung bei der Alkylverbindung entfaltet, zu dem Nebel der Ausgangsmateriallösung, die auf das Substrat durch das Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsverfahren ejiziert ist.
Eine Oxidfilm-Bildungsanlage gemäß dieser Erfindung ist eine Oxidfilm-Bildungsanlage zur Bildung eines Oxidfilmes auf einem Substrat, wobei die Anlage umfasst: eine Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung, konfiguriert zum Ejizieren einer nebeligen Ausgangsmateriallösung, die eine Alkylverbindung enthält, auf das Substrat, das in der Atmosphäre angeordnet ist; und eine Oxidationsmittel-Zuführöffnung, konfiguriert zum Zuführen eines Oxidationsmittels, das eine Oxidationswirkung auf die Alkylverbindung entfaltet, zum Nebel der Ausgangsmittellösung, die von der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung auf das Substrat ejiziert ist.
Wirkungen der Erfindung
In dieser Erfindung wird eine Ausgangsmateriallösung, die eine Alkylverbindung enthält, zu einem Nebel gebildet und dann auf ein Substrat in der Atmosphäre ejiziert. Dann wird ein Oxidationsmittel, das eine Oxidationswirkung auf die Alkylverbindung entfaltet, zu dem Nebel aus der Ausgangsmateriallösung geführt.
Demzufolge kann erfindungsgemäß der Nebel des Ausgangsmaterials positiv einer ausreichenden Menge eines Oxidationsmittels zusätzlich zur Feuchtigkeit und dgl., die in der Atmosphäre enthalten sind, ausgesetzt werden. Bei der Bildung eines Oxidfilmes durch Anwendung des Nebelverfahrens, kann daher die Bildung des Oxidfilmes sicher erzielt werden, die Geschwindigkeit der Bildung des Oxidfilmes (Effizienz der Filmbildung) kann verbessert und der Oxidfilm mit gewünschter Leistung stabil mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Zusätzlich kann erfindungsgemäß zusätzlich zu der Feuchtigkeit und dgl., die in der Atmosphäre enthalten ist, das Oxidationsmittel positiv und ausreichend zu dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial geführt werden. Selbst wenn beispielsweise die Menge an Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten ist, durch einen Einfluss der Temperatur und Feuchtigkeit geändert wird, kann der Oxidfilm auf der oberen Oberfläche des Substrates nahezu ohne Einfluss der Änderung der Feuchtigkeit gebildet werden (d. h. eine normale Bildung des Oxidfilmes wird immer in der Atmosphäre erzielt).
Diese und andere Merkmale, Ziele, Aspekte und Vorteile dieser Erfindung werden aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung dieser Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines externen Aussehens einer Nebelstrahldüse 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
[2] Eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung und eine interne Konfiguration der Nebelstrahldüse 1 zeigt.
[3] Eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung und eine interne Konfiguration der Nebelstrahldüse 1 zeigt.
Ausführungsbeispiel zum Durchführen der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes auf einem Substrat, das in der Atmosphäre angeordnet ist, durch Strahlen eines Nebels aus einem Ausgangsmaterial des Oxidfilmes auf das Substrat in der Atmosphäre. In dieser Erfindung wird der Nebel des Ausgangsmaterials erhalten durch Bildung einer Ausgangsmateriallösung, worin eine Alkylverbindung, die sehr reaktiv ist, in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, zu einem Nebel, indem ein Ultraschallatomisator verwendet wird. Somit kann der Nebel aus dem Ausgangsmaterial als Ausgangsmateriallösung angesehen werden, die in einem Nebelzustand vorliegt.
Diese Erfindung wendet kein Verfahren an, bei dem ein Substrat einem Gas aus einer Alkylverbindung in einem gasförmigen Zustand ausgesetzt wird, um hierdurch einen Oxidfilm auf dem Substrat zu bilden, sondern wendet ein Verfahren an, bei dem ein ”Nebel” aus der Ausgangsmateriallösung auf ein Substrat gesprüht wird, um hierdurch einen Oxidfilm auf dem Substrat zu bilden.
In der Beschreibung bedeutet der Ausdruck ”Nebel” die Ausgangsmateriallösung, die durch einen Ultraschallatomisator atomisiert wird, so dass der Durchmesser eines jeden Tröpfchens 10 μm oder weniger ist. Die Einstellung der oberen Grenze des Tröpfchendurchmessers auf 10 μm oder weniger kann einen Temperaturabfall im Substrat verhindern, der sonst auftreten kann aufgrund der Tröpfchen mit einer Wärmekapazität.
Keine besondere Beschränkung gibt es bezüglich der unteren Grenze des Teilchendurchmessers des ”Nebels”, so lange die Ausgangsmateriallösung nicht in einem gasförmigen, sondern in einem flüssigen Zustand vorliegt. Ein erläuterndes Beispiel der unteren Grenze des ”Nebels” ist etwa 0,1 μm.
Weil der Ultraschallatomisator die Ausgangsmateriallösung atomisiert, kann die Größe der Nebeltröpfchen auf einen kleinen Wert wie oben eingestellt werden, und somit kann eine Fallgeschwindigkeit, mit der der ejizierte Nebel des Ausgangsmaterials das Substrat erreicht, ausreichend erniedrigt werden (d. h. es kann erwartet werden, dass der Nebel aus dem Ausgangsmaterial wie ein Gas reagiert). Weil die Nebeltröpfchen eine kleine Größe von 10 μm oder weniger haben, wird eine Reaktion des Oxidfilmes auf dem Substrat schnell verursacht.
In dem Sprühverfahren wird ein Inertgas verwendet, zur Herstellung von Tröpfchen, und die Tröpfchen ebenso wie das Inertgas werden in Richtung zum Substrat ejiziert. Erfindungsgemäß wird im Gegensatz dazu die Ausgangsmateriallösung atomisiert (ein Nebel aus dem Ausgangsmaterial wird hergestellt) durch Verwendung eines Ultraschallatomisators, und ein Inertgas wird als Trägergas für den Nebel des Ausgangsmaterials verwendet. Während das Sprühverfahren eine Schwierigkeit beim Einstellen der Strahlgeschwindigkeit der Tröpfchen hat, kann das erfindungsgemäß angewandte Nebelverfahren die Ejektionsgeschwindigkeit des Nebels des Ausgangsmaterials lediglich durch Einstellen der Fließrate des Inertgases einstellen.
Darüber hinaus verwendet das Sprüheverfahren das Inertgas, so dass Tröpfchen jeweils mit einer Größe von etwa mehreren 10 μm aus der Ausgangsmateriallösung hergestellt werden, wie oben erwähnt. Dies erfordert eine große Menge des zuzuführenden Inertgases. Die Zufuhr einer großen Menge des Inergases erhöht die Fallgeschwindigkeit der Tröpfchen, was verursacht, dass die Tröpfchen mit dem Substrat mit hoher Geschwindigkeit kollidieren. Dies verursacht Probleme, dass beispielsweise die Tröpfchen auf dem Substrat verstreut werden und die Tröpfchen auf dem Substrat unreagiert verbleiben.
Das Nebelverfahren wendet den Ultraschallatomisator an, zum Atomisieren der Ausgangsmateriallösung (zur Herstellung des Nebels aus dem Ausgangsmaterial), und verwendet ein Inertgas als Trägergas für den Nebel des Ausgangsmaterials. Das Inertgas trägt nicht zur Herstellung der Tröpfchen bei. Daher ist es nicht notwendig, eine große Menge an Inertgas zuzuführen. Somit werden die Probleme des Sprühverfahrens gelöst durch das Nebelverfahren, das erfindungsgemäß angewandt wird (die Fließrate des Inertgases ist frei einstellbar entsprechend der Ejektionsgeschwindigkeit des Nebels aus dem Ausgangsmaterial).
Das Verfahren zur Bildung eines Oxidfilmes, offenbart in dem oben beschriebenen Patentdokument 1, das das Sprühverfahren anwendet, wurde durch die Erfinder unter Verwendung des Nebelverfahrens anstelle des Sprühverfahrens implementiert. Als Ergebnis dieser Implementierung trat ein Fall auf, bei dem die Bildung eines Oxidfilmes nicht erreicht wurde.
Zusätzlich haben die Erfinder folgendes als Ergebnis dieser Implementierung festgestellt. Selbst wenn die Bildung eines Oxidfilmes erreicht wurde, war die Geschwindigkeit der Bildung des Oxidfilmes (Effizienz der Filmbildung) niedrig und der Widerstand kann nicht ausreichend bei der Herstellung eines Oxidfilmes mit leitenden Eigenschaften reduziert werden.
Darüber hinaus haben die Erfinder viele Untersuchungen, Experimente und dgl. durchgeführt und folgendes festgestellt. Bei der Bildung eines Oxidfilmes durch Anwendung des Nebelverfahrens ist eine Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit, wie im Patentdokument 1 offenbart, nicht als Umgebung der Filmbildung geeignet, weil ein Einfluss der Temperatur und der Feuchtigkeit groß ist.
Weiterhin haben diese Erfinder festgestellt, dass bei Bildung eines Oxidfilmes durch Verwendung des Nebelverfahrens folgendes notwendig ist, um sicher einen Oxidfilm zu erhalten, die Geschwindigkeit der Bildung eines Oxidfilmes (Effizienz der Filmbildung) zu verbessern und einen Oxidfilm mit hoher Leitfähigkeit herzustellen. Das heißt, die Erfinder haben ebenfalls festgestellt, dass folgendes gewünscht ist: ein Oxidationsmittel sollte positiv zum ejizierten Nebel-Ausgangsmaterial zusätzlich zu einem Oxidationsmittel, das in der Atmosphäre enthalten ist (mit anderen Worten ist die Menge an Feuchtigkeit (die als Oxidationsmittel angesehen wird), die in der Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 90% enthalten ist, nicht ausreichend für die Verursachung einer Reaktion mit dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial zur Bildung eines Oxidfilmes), zugeführt werden; und die Menge des zugeführten Oxidationsmittels sollte eingestellt werden.
Nachfolgend erfolgt eine spezifische Beschreibung dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erläutern.
<Ausführungsbeispiel>
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines externen Aussehens einer Nebelstrahldüse 1 zeigt, die in einer Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes gemäß einem Ausführungsbeispiel enthalten ist. 1 zeigt ebenfalls die Koordinatenachsen X-Y-Z. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der gesamten Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes zeigt. 2 zeigt einen Querschnitt der Konfiguration, die in 1 dargestellt ist, entlang der Y-Richtung.
Zur Vereinfachung der Zeichnung zeigt 1 nicht die Kammern 20, 30, 40, die Rohre 51, 52, 53, 54, einen Ultraschallatomisator 25 und eine Zuführeinstellungseinheit 50, die in 2 gezeigt sind. In 1 ist zur Vereinfachung der Zeichnung eine interne Konfiguration der Nebelstrahldüse 1 ebenfalls nicht gezeigt. 2 zeigt ebenfalls ein X-Z-Koordinatensystem. In 2 ist zur Erläuterung der internen Konfiguration der Nebelstrahldüse 1 die Nebelstrahldüse 1 mit einer vergrößerten Größe in Bezug auf die Größen der Kammern 20, 30 und 40 erläutert.
In einer beispielhaften Konfiguration, die in 1 dargestellt ist, ist zur Bildung eines dünnen Oxidfilmes auf einem Substrat 100 mit einer rechteckigen Form mit einer Länge, die gleich oder größer als 1 m auf einer Seite ist, die Nebelstrahldüse 1 oberhalb des Substrates 100 angeordnet. Die Nebelstrahldüse 1 strahlt einen Nebel aus einem Ausgangsmaterial, das ein Ausgangsmaterial aus einem zu bildenden Film ist, auf eine obere Oberfläche des Substrates 100. Beim Durchführen des Strahlens wird beispielsweise das Substrat 100 in horizontaler Richtung (X-Richtung) bewegt. Das Strahlen des Nebels mit einer solchen Bewegung ermöglicht, dass der Nebel aus dem Ausgangsmaterial auf die gesamte Oberfläche der oberen Oberfläche des Substrates 100 gestrahlt wird. Als Ergebnis kann ein gleichmäßiger dünner Oxidfilm auf der gesamten Oberfläche der oberen Oberfläche des Substrates 100 gebildet werden.
Das Substrat 100 kann erwärmt oder nicht erwärmt sein (d. h. die Filmbildung kann bei normaler Temperatur durchgeführt werden). Der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrates 100 und einem Endbereich der Nebelstrahldüse 1 während des Nebelstrahlens ist beispielsweise etwa mehrere mm.
Das Substrat 100 wird in der Atmosphäre angeordnet und die Nebelstrahldüse 1 wird ebenfalls in der Atmosphäre während eines Filmbildungsverfahrens angeordnet.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes die Nebelstrahldüse 1, die Kammern 20, 30, 40, die Rohre 51, 52, 53, 54, den Ultraschallatomisator 25 und die Zuführeinstelleinheit 50.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Nebelstrahldüse 1 einen Hauptkörper 1A mit einem Hohlteil 1H. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, hat der Hauptkörper 1A als äußeres Aussehen eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform mit einer kurzen Breite in der X-Richtung (beispielsweise etwa mehrere cm), eine lange Tiefe in der Y-Richtung (die etwas kürzer ist als der Durchmesser des Substrates 100 in der Y-Richtung; z. B. 1 m oder länger) und eine etwas große Höhe in der Z-Richtung (z. B. etwa 10–20 cm).
Der Hauptkörper 1A kann beispielsweise aus Edelstahl gebildet sein, aber angesichts der Gewichtsreduktion ist Aluminium anwendbar. Bei Verwendung von Aluminium ist es wünschenswert, eine Beschichtung aufzutragen, um eine Korrosionsresistenz des Hauptkörpers 1A zu verbessern.
Wie in 2 dargestellt ist der Hauptkörper 1A mit einer Ausgangsmaterial-Nebelzuführöffnung 2, einer Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3, Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 und Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 versehen. Der Hauptkörper 1A ist ebenfalls mit einer Ausgangsmaterial-Nebelzuführpassage 10, einer Ausgangsmaterial-Nebelpassage 7, Inertgas-Passagen 8 und Oxidationsmittel-Passagen 9 versehen. Wie in 2 gezeigt, ist die Breite des Hohlteils 1H in der X-Richtung glatt verengt in Richtung zu der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 (Ausgangsmaterial-Nebelpassage 7).
Die Ausgangsmaterial-Nebelzuführöffnung 2 ist an einem oberen Bereich des Hohlteils 1H vorgesehen und verbindet die Ausgangsmaterial-Nebelzuführpassage 10 mit der Hohlpassage 1H. Die Ausgangsmaterial-Nebelzuführöffnung 2 kann in einer Seitenoberfläche des Hohlteils 1H vorgesehen sein. Ein Nebel aus einem Ausgangsmaterial, erzeugt in einer Ausgangsmaterial-Nebelerzeugungskammer 20, wird in das Hohlteil 1H des Hauptkörpers 1A durch das Rohr 52, die Ausgangsmaterial-Nebelzuführpassage 10 und die Ausgangsmaterial-Nebelzuführöffnung 2 zugeführt.
Eine untere Seite des Hohlteils 1H ist mit einem Ende der Ausgangsmaterial-Nebelpassage 7 verbunden. Das andere Ende der Ausgangsmaterial-Nebelpassage 7 ist mit der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 versehen. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 in einem Bereich des Hauptkörpers 1A an einer Position vorgesehen, die leicht in der Z-Richtung in Bezug auf das untere Ende der Nebelstrahldüse 1 ausgespart ist.
Die Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 ist in einer Oberfläche des Hauptkörpers 1A so gebildet, dass die Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 der oberen Oberfläche (wo ein dünner Film gebildet wird) des Substrates 100 während des Nebelstrahlens gegenüberliegt. Der Nebel aus dem Ausgangsmaterial, der in das Hohlteil 1H gesprüht wird, gelangt durch die Ausgangsmaterial-Nebelpassage 7 und wird von der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 zum Substrat 100 ejiziert (gestrahlt).
Wie in 2 gezeigt ist, wird die Inergas-Ejektionsöffnung 4 in einem Bereich des Hauptkörpers 1A gebildet, der zu der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 benachbart ist, wobei ein dünner Bereich des Hauptkörpers 1A dazwischen angeordnet ist. In einer beispielhaften Konfiguration, die in 2 dargestellt ist, sind zwei Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 in der Nebelstrahldüse 1 vorgesehen, und die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 ist zwischen den beiden Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 angeordnet (d. h. die Ejektionsöffnungen 3 und 4 sind so vorgesehen, dass eine Inertgas-Ejektionsöffnung 4, der Hauptkörper 1A, die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3, der Hauptkörper 1A und die andere Inertgas-Ejektionsöffnung 4 in dieser Reihenfolge in Bezug auf die X-Richtung angeordnet sind, wie in 2 gezeigt ist).
Zwei Inertgas-Passagen 8 sind in dem Hauptkörper 1A so gebildet, dass jede von diesen jeder der Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 entspricht. Ein Ende einer jeden Inertgas-Passage 8 ist mit dem Rohr 53 verbunden, und das andere Ende einer jeden Inertgas-Passage 8 ist mit jeder der Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 verbunden.
Wie in 2 gezeigt ist, sind ähnlich wie die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 ebenfalls in Bereichen des Hauptkörpers 1A an Positionen vorgesehen, die leicht in der Z-Richtung in Bezug auf das untere Ende der Nebelstrahldüse 1 ausgespart sind. In der beispielhaften Konfiguration gemäß 2 sind die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 und die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 in dem Hauptkörper 1A so vorgesehen, dass sie bei nahezu der gleichen Höhe in Bezug auf die Z-Richtung vorhanden sind.
Die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 sind in der Oberfläche des Hauptkörpers 1A gebildet, so dass die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 zu der oberen Oberfläche des Substrates 100 während des Nebelstrahlens gerichtet sind. Ein Inertgas, das von der Inertgaskammer 30 zugeführt wird, wird durch die Inertgas-Passagen 8 von den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 zum Substrat 100 ejiziert (gestrahlt).
Die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 sind in dem Hauptkörper 1A so gebildet, dass das Inertgas, das von den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 eine umgebende Fläche des gestrahlten Nebels aus dem Ausgangsmaterial in der Nähe der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 reinigt. Mehr spezifisch sind die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 zu der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 benachbart und eine Öffnungsoberfläche einer jeden Inertgas-Ejektionsöffnung 4 ist zur oberen Oberfläche des Substrates 100 gerichtet, um es möglich zu machen, eine Umgebungsfläche des Nebels aus dem Ausgangsmaterial, das aus der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 ejiziert ist, zu reinigen.
Wie aufgrund der oben angegebenen Beschreibung und der in 2 gezeigten Konfiguration ersichtlich ist, ist ein System zum Ejizieren des Inertgases verschieden von einem System zum Ejizieren des Nebels aus dem Ausgangsmaterial.
Jede der Öffnungen der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 und der Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 hat eine schlitzartige Form, die in der Y-Richtung erstreckt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Hauptkörper 1A einen Hohlraum 6, dessen Querschnitt sich in der X-Richtung in Richtung zum unteren Ende der Nebelstrahldüse 1 aufweitet. Die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 werden in geneigten Oberflächen des Hohlraums gebildet. In der beispielhaften Konfiguration gemäß 2 sind zwei Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 vorgesehen, und jede der Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 ist in dem Hauptkörper 1A so vorgesehen, dass die Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 einer jeden der geneigten Oberflächen entspricht.
Zwei Oxidationsmittel-Passagen 9 werden in dem Hauptkörper 1A so gebildet, dass jede von diesen einer jeden Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 entspricht. Ein Ende von jeder Oxidationsmittel-Passage 9 ist mit dem Rohr 54 verbunden, und das andere Ende einer jeden Oxidationsmittel-Passage 9 ist mit jeder der Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 verbunden.
Wie in 2 gezeigt ist, sind die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 in Bereichen des Hauptkörpers 1A an Positionen vorgesehen, die in der Z-Richtung in Bezug auf das untere Ende der Nebelstrahldüse 1 leicht ausgespart sind. In der beispielhaften Konfiguration gemäß 2 sind die Positionen, bei denen die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 gebildet sind, näher an dem Substrat 100 (enger an dem unteren Ende der Nebelstrahldüse 1) als die Positionen, bei denen die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 und die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 gebildet sind.
Die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 werden in einer Oberfläche des Hauptkörpers 1A so gebildet, dass die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 der oberen Oberfläche des Substrates 100 und dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial, der in Richtung zum Substrat 100 während des Nebelstrahlens gestrahlt wird, gegenüberliegen. Ein Oxidationsmittel, das von der Oxidationsmittelkammer 40 zugeführt wird, wird durch die Oxidationsmittel-Passagen 9 zum Nebel aus dem Ausgangsmaterial zugeführt, das von der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 ejiziert wird.
Die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 sind in dem Hauptkörper 1A so gebildet, dass das Oxidationsmittel, das von der Oxidationsmittelzuführöffnung 5 herausgegeben wird, von rechts und links in der X-Richtung mit dem gestrahlten Nebel aus dem Ausgangsmaterial in einem Mischbereich gemischt wird (ein Bereich, dessen Querschnitt sich in Richtung zum Substrat 100 aufweitet; ein bestimmter Bereich im Hohlraum 6, der dem Substrat 100 gegenüberliegt), der ein Teil des Hohlraumes 6 in der Nähe der oberen Oberfläche des Substrates 100 ist.
Die Breite des Mischbereiches 6a in der X-Richtung wird breiter eingestellt als die eines anderen Bereiches des Hohlraums 6 (in der beispielhaften Konfiguration gemäß 2 ein Bereich des Hohlraumes 6, dessen Querschnitt eine rechteckige Form hat) als dem Mischbereich 6a. In diesem breiten Bereich wird der Nebel aus dem Ausgangsmaterial mit dem Oxidationsmittel vermischt, wie später beschrieben wird.
Wie aufgrund der oben angegebenen Beschreibung und der in 2 gezeigten Konfiguration ersichtlich ist, ist ein System zum Ejizieren des Oxidationsmittels verschieden von dem System zum Ejizieren des Nebels aus dem Ausgangsmaterial.
Die Öffnung der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 hat eine schlitzartige Form, die in Y-Richtung gedehnt ist.
Die Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes umfasst ebenfalls die Ausgangsmaterial-Nebelerzeugungskammer 20. Die Ausgangsmaterial-Nebelerzeugungskammer 20 enthält darin eine Ausgangsmateriallösung, die eine Alkylverbindung enthält. Der Ultraschallatomisator 25 ist in der Ausgangsmaterial-Nebelerzeugungskammer 20 angeordnet. In der Ausgangsmaterial-Nebelerzeugungskammer 20 wird die Ausgangsmateriallösung zu einem Nebel durch einen Ultraschallatomisierungsvorgang unter Verwendung eines Ultraschallatomisators umgewandelt (d. h. der Ultraschallatomisator 25 erzeugt den Nebel aus dem Ausgangsmaterial von der Ausgangsmateriallösung, was als Nebelerzeugungsverfahren angesehen werden kann).
Die Alkylverbindung, die als Lösung der Ausgangsmateriallösung dient, ist irgendeine von Diethylzink, Dimethylzink, Dimethylmagnesium, Diethylmagnesium, Biscyclopentadienylmagnesium, Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Trimethylgallium, Triethylgallium, Trimethylindium, Triethylindium, Tetramethylsilan, Tetraethylsilan, Trimethylsilan, Triethylsilan, Dimethylsilan und Diethylsilan.
Als Lösungsmittel der Ausgangsmateriallösung sind Lösungsmittel auf Aminbasis auf der Basis von Trimethylamin, Triethylamin, Triphenylamin und Lösungsmittel auf Etherbasis auf der Basis von Diethylether, Di-n-propylether, Diisopropylether, Dibutylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, Glym, Diglym, Triglym und dgl. anwendbar. Alternativ sind Kohlenstoffhydrid, Alkohol und dgl. ebenfalls als Lösungsmittel der Ausgangsmateriallösung anwendbar.
Der Nebel aus dem Ausgangsmaterial, das in der Ausgangsmaterial-Nebelerzeugungskammer 20 erzeugt ist, wird auf einem Trägergas getragen, das von dem Rohr 51 zugeführt wird, und wird zu dem Rohr 52 geführt. Der Nebel aus dem Ausgangsmaterial gelangt durch das Rohr 52 und die Ausgangsmaterial-Nebelzuführpassage 10 und wird von der Ausgangsmaterial-Nebelzuführöffnung 2 in den hohlen Teil 1H der Nebelstrahldüse 1 geführt. Beispielsweise sind Stickstoff und Edelgas als Trägergas verwendbar.
Der Nebel aus dem Ausgangsmaterial mit einer Verteilung in dem hohlen Teil 1H gelangt durch die Ausgangsmaterial-Nebelpassage 7 und wird von der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 zu der oberen Oberfläche des Substrates 100 ejiziert (gestrahlt) (was als Ausgangsmaterial-Nebelejektionsvorgang angesehen werden kann).
Die Fließrate des Nebels aus dem Ausgangsmaterial, der von der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 ejiziert wird, kann eingestellt werden durch Einstellung der Fließrate des Trägergases, das von dem Rohr 51 zugeführt wird.
Die Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes umfasst ebenfalls die Inertgaskammer 30. Die Inertgaskammer 30 enthält darin ein Inertgas. Stickstoff oder Edelgas ist als Edelgas anwendbar.
Das Inertgas in der Inertgaskammer 30 wird zu dem Rohr 53 bei einem bestimmten Fließkanal geführt. Dann gelangt das Inertgas durch das Rohr 53 und die Inertgaspassagen 8 und wird von den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 ejiziert (gestrahlt). Das Inertgas, das von den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 ejiziert wird, wird zu der umgebenden Fläche des Nebels aus dem Ausgangsmaterial in der Nähe der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3 gesprüht (ejiziert) und gelangt dann zusammen mit dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial in Richtung zur oberen Oberfläche des Substrates 100 (dies kann als Inertgas-Ejektionsverfahren angesehen werden).
Die Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes umfasst ebenfalls die Oxidationsmittelkammer 40. Die Oxidationsmittelkammer 40 enthält darin ein Oxidationsmittel, das eine Oxidationswirkung bei der Alkylverbindung ausübt, die in der Ausgangsmateriallösung enthalten ist.
Als Oxidationsmittel, das eine Oxidationswirkung auf die Alkylverbindung ausübt, ist irgendeines von Wasser, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon, Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid anwendbar. Das Oxidationsmittel kann in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand vorliegen.
Das Oxidationsmittel in der Oxidationsmittelkammer 40 wird zum Rohr 54 abgegeben. Dann gelangt das Oxidationsmittel durch das Rohr 54 und die Oxidationsmittel-Passage 9 und wird von den Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 zu dem Mischbereich 6a des Hohlraumes 6 der Nebelstrahldüse 1 auf punktförmige und positive Weise abgegeben (d. h. ein Oxidationsmittel wird zusätzlich zu einem Oxidationsmittel zugeführt, das in der Atmosphäre enthalten ist). Das von den Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 zugegebene Oxidationsmittel wird mit dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial in dem Mischbereich 6a, der am unteren Ende der Nebelstrahldüse 1 lokalisiert ist, die in der Nähe des Substrates 100 vorgesehen ist, vermischt (zugeführt) und dann zusammen mit dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial in Richtung zur oberen Oberfläche des Substrates 100 geleitet (was als Oxidationsmittel-Zuführverfahren angesehen werden kann).
In dem Mischbereich 6a in der Nähe der oberen Oberfläche des Substrates 100 verursachen der Nebel aus dem Ausgangsmaterial und das Oxidationsmittel eine Oxidationswirkung, so dass ein bestimmter Oxidationsfilm (Oxidfilm mit leitenden Eigenschaften oder Oxidfilm mit Isolationseigenschaften) entsprechend dem Typ der Alkylverbindung auf der oberen Oberfläche des Substrates 100 gebildet wird.
Die Zuführeinstelleinheit 50, beispielsweise ein Massenfluss-Kontrollgerät ist in dem Rohr 54 vorgesehen. Die Zuführeinstelleinheit 50 ist in der Lage, die Fließrate des Oxidationsmittels, das durch das Rohr 54 fließt, auf irgendeinen gewünschten konstanten Wert einzustellen.
Eine Konfiguration, bei der die Zuführeinstelleinheit 50 in dem Rohr 54 vorgesehen ist, wird in einem Fall vorgesehen, bei dem das Oxidationsmittel, das von der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 zugeführt wird, in einem gasförmigen Zustand vorliegt. Beispielsweise wird in einem Fall, wenn das Oxidationsmittel, das von der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 zugeführt wird, in einem flüssigen Zustand vorliegt, eine Konfiguration gemäß 3 angewandt.
In einer beispielhaften Konfiguration, die in 3 gezeigt ist, wird zum Zuführen eines flüssigen Oxidationsmittels ein flüssiges Oxidationsmittel in der Kammer 50 zu einem Nebel durch einen Ultraschallatomisator 40a umgewandelt. Dann wird das zu einem Nebel umgewandelte Oxidationsmittel auf einem Trägergas getragen, das von einem Rohr 51a zugeführt wird, und zum Rohr 54 geleitet. Wie in der Konfiguration von 3 gezeigt ist, ist dann, wenn das zugeführte Oxidationsmittel in einem flüssigen Zustand vorliegt, die Zuführeinstelleinheit 50 wie eine Massenfluss-Kontrolleinrichtung in dem Rohr 51a vorgesehen, das eine Passage zum Zuführen des Trägergases ist. Die Zuführeinstelleinheit 50 stellt die Fließrate des Trägergases, das durch das Rohr 51a fließt, auf irgendeinen gewünschten konstanten Wert ein und kann hierdurch die Fließrate des zu einem Nebel gebildeten Oxidationsmittels, das durch das Rohr 54 fließt, auf irgendeinen konstanten Wert einstellen.
Wie oben beschrieben ist die Zuführeinstelleinheit 50 in der Lage, die Menge des Oxidationsmittels (in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand), das zu dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial geführt wird, auf einen gewünschten konstanten Wert einzustellen. Die Menge der Zufuhr des Oxidationsmittels wird entsprechend dem Typ des Nebels des Ausgangsmaterials, dem Typ des Oxidationsmittels und der Fließrate des Nebels aus dem Ausgangsmaterial bestimmt.
Wenn beispielsweise die Zuführfließrate des Oxidationsmittels so eingestellt wird, dass sie eine Zuführfließrate I1 ist, indem die Zuführeinstelleinheit 50 verwendet wird, wird nach der Einstellung das Oxidationsmittel mit der Zuführfließrate I1 stetig aus der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 abgegeben.
Wenn die Zuführfließrate des Oxidationsmittels so eingestellt ist, dass sie eine Zuführfließrate I2 ist, in dem die Zuführeinstelleinheit 50 entsprechend dem Typ der Alkylverbindung verwendet wird, wird nach der Einstellung das Oxidationsmittel mit der Zuführfließrate I2 stetig von der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 abgegeben.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Bereich des Hauptkörpers 1A von dem unteren Ende der Nebelstrahldüse 1 eingekerbt, und hierdurch wird der Hohlraum 6 innerhalb des Hauptkörpers 1A gebildet. Im Inneren des Hauptkörpers 1A sind die Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3, die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 und die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 so gebildet, dass sie dem Hohlraum 6 gegenüberliegen. Der Mischbereich 6a mit einer großen Kapazität ist an der Seite des Substrates 100 des Hohlraums 6 vorgesehen. Somit sind alle von der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3, den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4, den Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 und dem Mischbereich 6a in dem Hohlraum 6 vorgesehen, der durch Einkerben eines Bereiches des unteren Endes der Nebelstrahldüse 1 gebildet ist, und diese Teile 3, 4, 5 und 6a sind im Inneren des Hauptkörpers 1A gebildet.
Wie oben beschrieben wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Nebel aus dem Ausgangsmaterial, das die Alkylverbindung enthält, in Richtung zum Substrat 100 in der Atmosphäre ejiziert. Zusätzlich wird das Oxidationsmittel, das eine Oxidationswirkung auf die Alkylverbindung ausübt, positiv punktartig zu dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial, das zum Substrat 100 ejiziert wird, geführt. Aufgrund der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die Zufuhr des Oxidationsmittels zu dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial in dem Mischbereich 6a des Hohlraums 6, der in der Nähe der oberen Oberfläche des Substrates 100 ist, implementiert ist.
Demzufolge kann bei diesem Ausführungsbeispiel der Nebel aus dem Ausgangsmaterial positiv einer ausreichenden Menge an Oxidationsmittel zusätzlich zur Feuchtigkeit und dgl., die in der Atmosphäre enthalten sind, ausgesetzt werden. Bei der Bildung eines Oxidfilmes durch Anwendung des Nebelverfahrens kann somit die Bildung des Oxidfilmes sicher erzielt werden, die Geschwindigkeit der Bildung des Oxidfilmes (Effizienz der Filmbildung) kann verbessert werden und der Oxidfilm mit einer gewünschten Leistung kann stabil mit guter Reproduzierbarkeit gebildet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann wie oben beschrieben zusätzlich zur Feuchtigkeit und dgl., die in der Atmosphäre enthalten ist, das Oxidationsmittel positiv und ausreichend zum Nebel aus dem Ausgangsmaterial zugeführt werden. Wenn beispielsweise die Menge an Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten ist, aufgrund eines Temperatur- und Feuchtigkeitseinflusses geändert wird, kann der Oxidfilm auf der oberen Oberfläche des Substrates 100 nahezu ohne Einfluss von der Änderung der Feuchtigkeit gebildet werden (d. h. die normale Bildung des Oxidfilmes wird in der Atmosphäre immer erreicht).
Die Bildung eines dünnen Zinkoxidfilmes (ein dünner Zinkoxidfilm mit leitenden Eigenschaften als transparenter leitender Film) auf einem Substrat wurde unter Anwendung des Nebelverfahrens versucht. Dieser Versuch erfolgte in einem Fall, wenn eine bestimmte Menge eines Oxidationsmittels positiv zum Nebel des Ausgangsmaterials (erster Fall) zugeführt wurde, und in einem Fall, wenn ein Oxidationsmittel nicht positiv zugeführt wurde und nur Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten war, mit dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial reagieren konnte (letzter Fall). Diethylzink wurde als Alkylverbindung, die in dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial enthalten ist, verwendet und ein Nebel aus Wasser wurde als Oxidationsmittel verwendet. Die Menge der Zufuhr aus dem Nebel des Ausgangsmaterials und eine Zeitperiode des Filmbildungsverfahrens waren in beiden Fällen gleich.
Im zuletzt genannten Fall diente nur Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten war, als Oxidationsmittel. Daher ist es notwendig, dass der Nebel aus dem Ausgangsmaterial, der ejiziert wurde, mit der Atmosphäre möglichst stark in Kontakt stand. Demzufolge musste in dem zuletzt genannten Fall der Abstand von dem unteren Ende der Strahldüse zum Strahlen des Nebels aus dem Ausgangsmaterial auf das Substrat etwa mehrere cm sein (im zuerst genannten Fall war der Abstand vom unteren Ende der Nebelstrahldüse 1 zum Substrat 100 etwa mehrere mm wie oben beschrieben).
Als Ergebnis war die Filmdicke des Zinkoxidfilmes, der in dem zuerst genannten Fall gebildet war, etwa 5-mal größer als die Filmdicke des Zinkoxidfilmes, der im zuletzt genannten Fall gebildet war. Basierend auf der Überlegung, dass die Zeitperiode des Filmbildungsverfahrens und die Menge der Zufuhr des Ausgangsmaterialgases und dgl. gleich waren, zeigt dieses Ergebnis an, dass die Geschwindigkeit der Bildung des Oxidfilmes (Effizienz der Filmbildung) im zuerst genannten Fall im Vergleich zum zuletzt genannten Fall verbessert war.
In einem Beispiel der Filmbildung im zuerst genannten Fall wurde Diethylzink als Alkylverbindung und Wasser als Oxidationsmittel verwendet. Viele der Alkylverbindungen sind für Oxidation sehr stark empfänglich und reagieren leicht mit Feuchtigkeit in der Luft durch ihre molekulare Struktur. Daher konnte geschlossen werden, dass gleichermaßen wie Diethylzink andere Alkylverbindungen, die von Diethylzink verschieden sind, ebenfalls einen Oxidfilm mit einer gewünschten Leistung auf effiziente und stabile Weise mit guter Reproduzierbarkeit bilden können, selbst wenn ein Oxidationsmittel positiv zugegeben wird. Wie oben beschrieben haben die Erfinder festgestellt, dass zur Bildung eines Oxidfilmes durch Verwendung einer Alkylverbindung als Ausgangsmaterial ein Oxidationsmittel, das in der Atmosphäre enthalten ist, nicht ausreichend ist, und dass es notwendig ist, ein Oxidationsmittel, das eine Oxidationswirkung auf eine Alkylverbindung ausübt, positiv zuzugeben angesichts der Verbesserung der Effizienz der Filmbildung und der stabilen Bildung eines Oxidfilmes mit einer gewünschten Leistung. Obwohl Wasser (Wasserdampf) als Oxidationsmittel in dem Beispiel der Filmbildung im zuerst genannten Fall verwendet wurde, sind Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon, Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dgl. ebenfalls verwendbar, solange sie ein Oxidationsmittel sind, die eine Oxidationswirkung bei einer Alkylverbindung ausüben. Das Oxidationsmittel kann in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand vorliegen.
Der Lagenwiderstand des Zinkoxidfilmes, der in dem zuerst genannten Fall gebildet ist, war etwa 1/250 des Lagenwiederstandes des Zinkoxidfilmes, der im zuletzt genannten Fall gebildet war. Dies zeigt an, dass der Widerstand des Oxidfilmes im zuerst genannten Fall niedriger ist als im zuletzt genannten Fall.
Wie in 2 gezeigt ist, sind die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 nicht in der Nähe der Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung 3, sondern in der Nähe des unteren Endes der Nebelstrahldüse 1 gebildet, die enger beim Substrat 100 liegt. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die Reaktion, die durch Mischen des Nebels aus dem Ausgangsmaterial und des Oxidationsmittels in der Nähe des Substrates auftritt und nicht in der Nähe der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3. Demzufolge kann das Anhaften eines Reaktionsproduktes, erzeugt als Ergebnis einer Reaktion zwischen dem Nebel aus dem Ausgangsmaterial und dem Oxidationsmittel, in der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 unterdrückt werden. Dies kann folglich das Verstopfen der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 unterdrücken.
Angesichts der Effizienz der Bildung des Oxidfilmes auf dem Substrat 100 ist es gewünscht, dass die Oxidationsmittelzuführöffnungen 5 nicht in der Nähe der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3, sondern in der Nähe des unteren Endes der Nebelstrahldüse 1 gebildet sind, die näher beim Substrat 100 liegt.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Mischbereich 6a des Hohlraumes 6 einen Querschnitt, der sich in Richtung zum unteren Ende der Nebelstrahldüse 1 aufweitet, so dass eine verhältnismäßig große Kapazität an der unteren Endseite des Hauptkörpers 1A sichergestellt wird. Demzufolge tritt die Reaktion des Nebels aus dem Ausgangsmaterial und dem Oxidationsmittel in den Mischbereich 6a mit der verhältnismäßig großen Kapazität auf. Somit wird ein schlechter Einfluss beispielsweise durch das Verstopfen aufgrund des Anhaftens eines Reaktionsproduktes nicht in dem Mischbereich 6a verursacht.
In der in 2 dargestellten Konfiguration können die Konfigurationen 30, 53, 8 und 4, die zu dem Inertgas-Ejektionsverfahren beitragen, weggelassen werden. Wie oben beschrieben ist es jedoch gewünscht, die Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 in der Nähe der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 vorzusehen und die Konfigurationen 30, 53, 8 und 4 vorzusehen, die ermöglichen, dass ein Inertgas an die Umgebungsfläche des ejizierten Nebels aus dem Ausgangsmaterial gesprüht wird.
Das Vorsehen der Konfigurationen 30, 53, 8 und 4, die den Inertgas-Ejektionsvorgang ermöglichen, kann das Auftreten eines Kontaktes des Nebels des Ausgangsmaterials, das von der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 ejiziert ist, mit einer Substanz (Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten ist), die anders ist als das Oxidationsmittel, das aus den Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 ausgegeben wird und zu einer Reaktion in einer umgebenden Atmosphäre beiträgt, verhindern. Daher kann in der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 das Auftreten einer Reaktion des Nebels des Ausgangsmaterials und der Substanz, die zur Reaktion in der umgebenden Atmosphäre beiträgt, verhindert werden. Als Ergebnis kann das Anhaften eines Reaktionsproduktes in der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 verhindert werden. Somit tritt ein Verstopfen der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 nicht auf.
Angesichts der Verhinderung des Anhaftens eines Reaktionsproduktes in der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 werden die Inertgas-Zuführöffnungen 4 nicht in der Nähe des unteren Endes der Nebelstrahldüse 1 gebildet, die näher beim Substrat 100 liegt, sondern in der Nähe der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3.
Damit das Inertgas, das von den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 ejiziert wird, auch auf den Nebel des Ausgangsmaterials gesprüht werden kann, können die Öffnungsoberflächen der Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 in Richtung zum ejizierten Nebel aus dem Ausgangsmaterial gerichtet sein (umfassend die Umgebungen der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3).
Wenn die Konfigurationen 30, 53, 8 und 4, die zu dem Inertgas-Ejektionsverfahren beitragen, weggelassen werden, ist es gewünscht, dass die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 in der Nähe des unteren Endes der Nebelstrahldüse 1 vorgesehen ist, die näher beim Substrat 100 und in der Nähe der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 liegt. Das Anordnen der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 bei einer Position näher an dem Substrat kann das Anhaften eines Reaktionsproduktes in der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 unterdrücken.
Wenn die Konfigurationen 30, 53, 8 und 4, die zu dem Inertgas-Ejektionsverfahren beitragen, weggelassen werden, ist es gewünscht, dass die Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3 an der gleichen Höhe wie die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 in Bezug auf die Z-Achsenrichtung oder höher als die Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 in Bezug auf die Z-Richtung positioniert sind (in 2 sind sie oberhalb der Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 in Bezug auf die Z-Richtung positioniert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Ultraschallatomisator verwendet, um den Nebel aus dem Ausgangsmaterial aus der Ausgangsmateriallösung zu erzeugen.
Das Atomisieren der Ausgangsmateriallösung durch Verwendung des Ultraschallatomisators ermöglicht, dass die Größe der Nebeltröpfchen klein eingestellt wird, so dass die Fallgeschwindigkeit des ejizierten Nebels aus dem Ausgangsmaterial ausreichend erniedrigt werden kann. Weil die Größe der Nebeltröpfchen klein ist, wird eine Oxidationsfilmreaktion auf dem Substrat schnell erzeugt. Zusätzlich wird ein Inertgas nicht verwendet, um die Ausgangsmateriallösung zu atomisieren. Daher kann die Geschwindigkeit der Ejektion des Nebels aus dem Ausgangsmaterial nur durch Ändern der Fließrate des Trägergases eingestellt werden. Wie oben erwähnt trägt das Trägergas (Inertgas) nicht bei der Erzeugung des Nebels aus dem Ausgangsmaterial bei. Daher ist bei diesem Ausführungsbeispiel, das das Nebelverfahren anwendet, die Zufuhr einer großen Menge an Inertgas nicht notwendig. Somit werden die Probleme nicht verursacht, dass die Tröpfchen auf dem Substrat verstreut werden und die Tröpfchen unreagiert auf dem Substrat verbleiben.
Anstelle der in 2 gezeigten Konfiguration kann irgendeine von der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3, der Oxidationsmittel-Zuführöffnung 5 und der Inertgas-Injektionsöffnung 4 in einer von der Nebelstrahldüse 1 verschiedenen Düse oder in getrennten Düsen, die von der Nebelstrahldüse 1 verschieden sind, angeordnet werden. Wenn alle von der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung 3, den Oxidationsmittel-Zuführöffnungen 5 und den Inertgas-Ejektionsöffnungen 4 in der gleichen Nebelstrahldüse 1 wie in 2 gezeigt vorgesehen sind, kann die Anlage zur Bildung eines Oxidfilmes vereinfacht werden.
Die Erfinder haben auf der Basis der Wirkungen der oben beschriebenen Erfindung festgestellt, dass die positive Zufuhr eines Oxidationsmittels zusätzlich zu Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre enthalten ist, notwendig ist. Jedoch ist die Zufuhr einer größeren Menge eines Oxidationsmittels nicht immer besser. Mehr spezifisch kann angesichts der Effizienz der Filmbildung und der Qualität des gebildeten Oxidfilmes die Menge der Zufuhr des Oxidationsmittels entsprechend dem Typ der Alkylverbindung, die in der Ausgangsmateriallösung enthalten ist, bestimmt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher, wie in 2 (die einen Fall zeigt, bei dem das Oxidationsmittel in einem Gaszustand vorliegt) und 3 gezeigt ist (die einen Fall zeigt bei dem das Oxidationsmittel in einem flüssigen Zustand ist) die Zuführeinstelleinheit 50 vorgesehen, die konfiguriert ist, um die Menge der Zufuhr des Oxidationsmittels einzustellen. Wenn die Zuführeinstelleinheit 50 vorgesehen wird, kann eine angemessene Menge an Oxidationsmittel entsprechend dem Typ der Alkylverbindung immer zu dem Mischbereich 6a des Hohlraumes 6 zugeführt werden. Daher werden eine Verbesserung der Effizienz der Filmbildung und der Bildung eines Oxidfilmes mit hoher Qualität immer erzielt.
Wie oben beschrieben kann das Oxidationsmittel in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand vorliegen. Wenn eine Taukondensation durch Reaktion des Nebels aus dem Ausgangsmaterial und des Oxidationsmittels auftritt, ist es wünschenswert, dass das Oxidationsmittel eher in einem gasförmigen als in einem flüssigen Zustand vorliegt.
Diese Erfindung verwendet ein Düsenverfahren, bei dem der Nebel aus dem Ausgangsmaterial zum Substrat unter Verwendung der Nebelstrahldüse 1 ejiziert wird. Das Düsenverfahren ist geeignet zur Bildung eines gleichmäßigen Filmes auf einem Substrat mit einer großen Fläche.
Während dieser Erfindung detailliert gezeigt und beschrieben worden ist, ist die oben genannte Beschreibung in allen Aspekten erläutert und nicht beschränkend. Es wird daher verstanden, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Nebelstrahldüse
1A: Hauptkörper
1H: Hohlteil
2: Ausgangsmaterialnebel-Zuführöffnung
3: Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung
4: Inertgas-Ejektionsöffnung
5: Oxidationsmittel-Zuführöffnung
6: Hohlraum
6a: Mischbereich
7: Ausgangsmaterial-Nebelpassage
8: Inertgas-Passage
9: Oxidationsmittel-Passage
10: Ausgangsmaterialnebel-Zuführpassage
20: Ausgangsmaterialnebel-Erzeugungskammer
25, 40a: Ultraschallatomisator
30: Inertgaskammer
40: Oxidationsmittelkammer
50: Zuführeinstelleinheit
51, 51a, 52, 53, 54: Rohr
100: Substrat

Claims

Oxidfilm-Bildungsverfahren zur Bildung eines Oxidfilmes auf einem Substrat (100), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (A) ein Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsverfahren zur Bildung einer Ausgangsmateriallösung, umfassend eine Alkylverbindung, zu einem Nebel und Ejizieren des Nebels auf das Substrat in der Atmosphäre; und (B) ein Oxidationsmittel-Zuführverfahren zum Zuführen eines Oxidationsmittels, das eine Oxidationswirkung bei der Alkylverbindung entfaltet, zu dem Nebel der Ausgangsmateriallösung, die auf das Substrat durch das Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsverfahren ejiziert ist.
Oxidfilm-Bildungsverfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die Durchführung eines (C) Inertgas-Ejektionsverfahrens zum Ejizieren eines Inertgases auf die Umgebungsfläche des Nebels aus der Ausgangsmateriallösung, die ejiziert ist.
Oxidfilm-Bildungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin (A) ein Nebelerzeugungsverfahren zum Bilden eines Nebels aus der Ausgangsmateriallösung durch ein Ultraschallatomisierverfahren umfasst.
Oxidfilm-Bildungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Alkylverbindung eine von Diethylzink, Dimethylzink, Dimethylmagnesium, Diethylmagnesium, Biscyclopentadienylmagnesium, Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Trimethylgallium, Triethylgallium, Trimethylindium, Triethylindium, Tetramethylsilan, Tetraethylsilan, Trimethylsilan, Triethylsilan, Dimethylsilan und Diethylsilan ist.
Oxidfilm-Bildungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Oxidationsmittel irgendeines von Wasser, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon, Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid ist.
Oxidfilm-Bildungsverfahren nach Anspruch 2, worin das Inertgas eines von Stickstoff und einem Seltenerdgas ist.
Oxidfilm-Bildungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin (B) das Oxidationsmittel-Zuführverfahren zum Zuführen des Oxidationsmittels ist, das auf eine gewünschte Menge eingestellt ist.
Oxidfilmbildungsanlage zur Bildung eines Oxidfilmes auf einem Substrat (100) wobei die Anlage umfasst: eine Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung (3), konfiguriert zum Ejizieren einer nebeligen Ausgangsmateriallösung, die eine Alkylverbindung enthält, auf das Substrat, das in der Atmosphäre angeordnet ist; und eine Oxidationsmittel-Zuführöffnung (5), konfiguriert zum Zuführen eines Oxidationsmittels, das eine Oxidationswirkung auf die Alkylverbindung entfaltet, zum Nebel der Ausgangsmittellösung, die von der Ausgangsmaterialnebel-Ejektionsöffnung auf das Substrat ejiziert ist.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine Inertgas-Ejektionsöffnung (4), die in der Nähe der Nebelejektionsöffnung angeordnet und zum Ejizieren eines Inertgases konfiguriert ist.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend einen Ultraschallatomisator (25), konfiguriert zur Bildung eines Nebels aus der Ausgangsmateriallösung.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 9, worin die Ausgangsmaterial-Nebelejektionsöffnung, die Oxidationsmittel-Zuführöffnung und die Inertgas-Ejektionsöffnung in der gleichen Düse (1) gebildet sind.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, worin die Alkylverbindung eine von Diethylzink, Dimethylzink, Dimethylmagnesium, Diethylmagnesium, Biscyclopentadienylmagnesium, Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Trimethylgallium, Triethylgallium, Trimethylindium, Triethylindium, Tetramethylsilan, Tetraethylsilan, Trimethylsilan, Triethylsilan, Dimethylsilan und Diethylsilan ist.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, worin das Oxidationsmittel eines von Wasser, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon, Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid ist.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 9, worin das Inertgas eines von Stickstoff und Seltenerdgas ist.
Oxidfilmbildungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend eine Zuführeinstelleinheit (50), die konfiguriert ist, zum Einstellen der Menge der Zufuhr des Oxidationsmittels.