JP2006249490A

JP2006249490A - Aerosol spraying device for film formation apparatus, and film formation apparatus

Info

Publication number: JP2006249490A
Application number: JP2005066878A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukuda; 武司福田; Munehisa Fujimaki; 宗久藤巻
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aerosol spraying device for a film formation apparatus, and to provide a film formation apparatus suitable to form a uniform film in a wide area. SOLUTION: In the film formation apparatus 1 for forming a thin film formed of particles on a surface of a substrate material 12 by spraying aerosol 16 with particles 6 dispersed in a gas from an aerosol spraying device 13 and colliding the aerosol with the substrate material 12, and an aerosol spraying device 13 used therefor, the aerosol spraying device 13 comprises a plurality of nozzles 14, 14 having one spray port 15 to spray the aerosol 16, and the nozzles 14, 14 are arrayed with a predetermined space therebetween. COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、エアロゾル化した微粒子を基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜するために用いられる成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置に関する。 The present invention relates to an aerosol injection apparatus for a film forming apparatus and a film forming apparatus which are used for causing aerosolized fine particles to collide with a substrate material and forming a thin film made of the fine particles on the surface of the substrate material.

電子機器の回路にはＩＣ等とともに多くのコンデンサが搭載されている。このため、電子機器の更なる小型化を実現するには、コンデンサを基板内部に直接作ることが必要となる。この課題に対して、例えば特許文献１に記載されているように、エアロゾルデポジション法によるコンデンサの製造方法が提案されている。ここでエアロゾルデポジション法とは、微粒子をエアロゾル化して基板材料に衝突させ、この衝突による衝撃で前記微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて新たに生じた活性な表面を介して微粒子同士を再結合させることにより、基板材料の表面に微粒子からなる構造物（薄膜など）を形成する方法である。
エアロゾルデポジション法により得られる膜の大面積化に関しては、例えば特許文献２に記載されているように、エアロゾル化した微粒子を噴射させる導出口を長方形とし、かつノズルの内部形状を工夫したノズルが提案されている。
また、エアロゾルデポジション法により得られる膜の平滑さや緻密さに関しては、例えば特許文献３に記載されているように、エアロゾル化した微粒子の流れを基板表面に対して斜めに入射させる成膜方法が提案されている。
特開２００４−９５７９３号公報特開２００３−２４７０８０号公報特開２００２−２０８７８号公報 Many capacitors are mounted on the circuit of an electronic device together with an IC or the like. For this reason, in order to realize further downsizing of electronic equipment, it is necessary to make a capacitor directly inside the substrate. In order to deal with this problem, for example, as described in Patent Document 1, a method of manufacturing a capacitor by an aerosol deposition method has been proposed. Here, the aerosol deposition method means that the fine particles are aerosolized and collide with the substrate material, and the fine particles are deformed or crushed by the impact of the collision, and the fine particles are passed through the active surface newly generated by the deformation or crushing. In this method, a structure (such as a thin film) made of fine particles is formed on the surface of the substrate material by recombining them.
Regarding the increase in the area of the film obtained by the aerosol deposition method, for example, as described in Patent Document 2, a nozzle having a rectangular outlet port for injecting aerosolized fine particles and a devised internal shape of the nozzle is provided. Proposed.
As for the smoothness and denseness of the film obtained by the aerosol deposition method, as described in Patent Document 3, for example, there is a film forming method in which a flow of aerosolized fine particles is obliquely incident on the substrate surface. Proposed.
JP 2004-95793 A JP 2003-247080 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-20878

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、細長い領域の成膜は同時に実現できるが、幅広い二次元領域に一括で成膜することはできない。このため、この提案では、膜の大面積化に限界がある。また、成膜を継続するうちに、微粒子の衝突によりノズルの内面や開口部の周縁が削れてしまう。この提案では、ノズルの内部形状を利用してエアロゾル化した微粒子の濃度を均一に保ちながら微粒子の流れの長辺方向の幅を拡大するように意図しているが、ノズルの内部形状が変化することで、意図した効果が得られなくなり、濃度ムラが生じ、最終的には薄膜のパラメータ（膜厚など）の面内均一性が悪化するおそれがある。 However, the method described in Patent Document 2 can simultaneously form a long and narrow region, but cannot form a film in a wide two-dimensional region. For this reason, this proposal has a limit in increasing the area of the film. In addition, as the film formation continues, the inner surface of the nozzle and the periphery of the opening are scraped off by the collision of the fine particles. In this proposal, the internal shape of the nozzle is used to increase the width in the long side direction of the fine particle flow while maintaining the concentration of aerosolized fine particles uniformly, but the internal shape of the nozzle changes. As a result, the intended effect cannot be obtained, density unevenness occurs, and the in-plane uniformity of the parameters (film thickness, etc.) of the thin film may eventually deteriorate.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、幅広い領域に均一な膜を成膜するのに適した成膜装置用エアロゾル噴射装置および成膜装置を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the aerosol injection apparatus for film-forming apparatuses and film-forming apparatus which are suitable for forming a uniform film | membrane in a wide area | region.

前記課題を解決するため、本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置に用いられるエアロゾル噴射装置において、前記エアロゾル噴射装置は、エアロゾルを噴射する噴射口を１箇所有するノズルを複数本備えて構成されており、各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とする成膜装置用エアロゾル噴射装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a method for forming a thin film composed of the fine particles on the surface of the substrate material by injecting an aerosol in which the fine particles are dispersed in a gas from an aerosol injection device to collide with the substrate material. In the aerosol injection device used in the membrane device, the aerosol injection device includes a plurality of nozzles each having an injection port for injecting aerosol, and the nozzles are arranged with a predetermined gap therebetween. An aerosol injection device for a film forming apparatus is provided.

本発明の成膜装置用エアロゾル噴射装置においては、ノズルを直線状に一列に配列することができる。また、ノズルを二次元平面内に配列することもできる。
ノズルは、噴射口の大きさを互いに等しくすることもできる。また、各ノズルの噴射口の大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。また、噴射口の大きさを可変とする機構を備えることもできる。また、噴射口の大きさを一定に維持する機構を備えるノズルを用いることもできる。
ノズルは、等間隔に配列することもできる。また、ノズル間の間隔が段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。また、各ノズルがエアロゾルを噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるように配列することもできる。 In the aerosol injection apparatus for a film forming apparatus of the present invention, the nozzles can be arranged in a straight line. The nozzles can also be arranged in a two-dimensional plane.
The nozzles can also have the same size of injection ports. Moreover, it can also arrange so that the magnitude | size of the injection port of each nozzle may become large or small in steps. Also, a mechanism that makes the size of the injection port variable can be provided. Moreover, a nozzle provided with a mechanism for maintaining the size of the injection port constant can also be used.
The nozzles can also be arranged at equal intervals. Moreover, it can also arrange so that the space | interval between nozzles may become large or small in steps. Moreover, it can also arrange so that the pressure which each nozzle injects aerosol may become large or small in steps.

また、本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置において、エアロゾル噴射装置が上述の成膜装置用エアロゾル噴射装置であることを特徴とする成膜装置を提供する。
本発明の成膜装置においては、ノズルは噴射口の大きさを可変とする機構を備え、前記薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、前記モニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいて前記ノズルの噴射口の大きさを制御する制御装置とを備えた構成を採用することもできる。 The present invention also provides an aerosol in a film forming apparatus in which an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas is injected from an aerosol injection apparatus to collide with the substrate material, and a thin film made of the fine particles is formed on the surface of the substrate material. There is provided a film forming apparatus, wherein the spray apparatus is the above-described aerosol spray apparatus for a film forming apparatus.
In the film forming apparatus of the present invention, the nozzle includes a mechanism for changing the size of the injection port, the monitor device for monitoring the thickness of the thin film, and the nozzle based on the film thickness monitored by the monitor device It is also possible to adopt a configuration including a control device that controls the size of the injection port.

本発明によれば、ノズルを複数本配列し、これらのノズルからエアロゾル化した微粒子を基板材料の表面に向けて噴射するので、成膜速度や誘電率などの面内均一性を向上し、幅広い領域に均一な膜を成膜することができる。
基板材料に対して角度をもってノズルを設置し、ノズルの角度に合わせてノズルの噴射口の大きさやノズルの設置間隔を段階的に変化させることで、さらに面内均一性を向上することができる。
ノズルの噴射口の大きさを可変にすることで、微粒子の流量変化に対して成膜条件を動的に制御することが可能になる。また、微粒子の衝撃によるノズルの形状変化に対してノズルの大きさを常に一定に維持することができるので、膜厚の面内均一性を向上することができる。 According to the present invention, a plurality of nozzles are arranged, and aerosolized fine particles are ejected from the nozzles toward the surface of the substrate material. A uniform film can be formed in the region.
The in-plane uniformity can be further improved by installing the nozzles at an angle with respect to the substrate material, and changing the size of the nozzle outlets and the nozzle installation intervals in steps according to the nozzle angle.
By making the size of the nozzle injection port variable, it is possible to dynamically control the film forming conditions with respect to changes in the flow rate of the fine particles. In addition, since the size of the nozzle can be kept constant with respect to the change in the shape of the nozzle due to the impact of the fine particles, the in-plane uniformity of the film thickness can be improved.

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の成膜装置１の一例を示す模式図である。図１において、キャリアガス（単に「ガス」という場合もある。）が充填されたガスボンベ２（ガス供給手段）は、ホース状の第１の配管３を介してエアロゾル発生器５の容器７に連結されており、エアロゾル発生器５にガスを供給するようになっている。ガスボンベ２からエアロゾル発生器５に供給されるガスの流量は、第１の配管３に設けられたマスフローコントローラ４によって制御可能である。
キャリアガスは、エアロゾル発生器５において微粒子６と混合してエアロゾルを構成するものであり、好適には、高圧のアルゴンのほか、ヘリウム、ネオン、窒素等の不活性ガスを用いることができる。なお、微粒子６としてペロブスカイト構造を有するセラミックス材料を用いる場合には、酸化性のガス、例えば酸素や空気を用いても良い。 The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus 1 of the present invention. In FIG. 1, a gas cylinder 2 (gas supply means) filled with a carrier gas (sometimes simply referred to as “gas”) is connected to a container 7 of an aerosol generator 5 via a hose-like first pipe 3. The gas is supplied to the aerosol generator 5. The flow rate of the gas supplied from the gas cylinder 2 to the aerosol generator 5 can be controlled by the mass flow controller 4 provided in the first pipe 3.
The carrier gas mixes with the fine particles 6 in the aerosol generator 5 to form an aerosol. Preferably, in addition to high-pressure argon, an inert gas such as helium, neon, or nitrogen can be used. When a ceramic material having a perovskite structure is used as the fine particles 6, an oxidizing gas such as oxygen or air may be used.

エアロゾル発生器５は、微粒子６を内蔵した容器７と、微粒子６を一次粒子化する振動を発生する振動機８とを備える。エアロゾル発生器５では、振動機８の振動によって微粒子６を一次粒子化するとともに、ガスボンベ２から供給されるガスを微粒子６の層に吹き込むことにより、微粒子６をガス中に分散させ、エアロゾルを発生させることができる。
エアロゾル発生器５によって発生したエアロゾルを搬送するため、エアロゾル発生器５の容器７と成膜室１０とを接続する第２の配管９，９，…が複数本設けられている。
振動機８が発生する振動の種類としては、超音波振動や電磁振動、機械的振動などが挙げられる。微粒子６の一次粒子化により、エアロゾル中に粗大な粒子が混入することが防止され、緻密かつ均一な薄膜を形成するのに有利となる。 The aerosol generator 5 includes a container 7 in which fine particles 6 are incorporated, and a vibrator 8 that generates vibrations for converting the fine particles 6 into primary particles. In the aerosol generator 5, the fine particles 6 are converted into primary particles by the vibration of the vibrator 8, and the gas supplied from the gas cylinder 2 is blown into the layer of the fine particles 6, thereby dispersing the fine particles 6 in the gas and generating an aerosol. Can be made.
In order to convey the aerosol generated by the aerosol generator 5, a plurality of second pipes 9, 9,... Connecting the container 7 of the aerosol generator 5 and the film forming chamber 10 are provided.
Examples of the vibration generated by the vibrator 8 include ultrasonic vibration, electromagnetic vibration, and mechanical vibration. By making the fine particles 6 into primary particles, coarse particles are prevented from being mixed into the aerosol, which is advantageous for forming a dense and uniform thin film.

微粒子６は、エアロゾルデポジション法に用いられる微粒子であれば特に限定されるものではないが、一般に粒径１ｎｍ〜数μｍ程度、より好ましくは粒径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の微粒子が望ましい。微粒子６の材質も、膜形成材料となるものであれば特に限定されないが、例えば、金属材料やセラミックス材料、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等など、種々のものが使用可能である。 The fine particles 6 are not particularly limited as long as they are fine particles used in the aerosol deposition method, but in general, fine particles having a particle diameter of about 1 nm to several μm, more preferably about 1 nm to 100 nm are desirable. The material of the fine particles 6 is not particularly limited as long as it is a film forming material, but various materials such as a metal material, a ceramic material, a metal oxide, a metal nitride, and a metal carbide can be used.

成膜室１０内には、基板材料１２を保持する基板保持台１１と、基板材料１２に向けて配置された複数本のノズル１４，１４，…を有するエアロゾル噴射装置１３とが設けられている。また、成膜室１０内の圧力を低圧とするため、メカニカルブースターポンプ１８およびロータリーポンプ１９が成膜室１０に接続されている。 In the film forming chamber 10, there are provided a substrate holder 11 for holding the substrate material 12 and an aerosol injection device 13 having a plurality of nozzles 14, 14,. . Further, a mechanical booster pump 18 and a rotary pump 19 are connected to the film forming chamber 10 in order to make the pressure in the film forming chamber 10 low.

基板保持台１１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三方向の位置を精密に移動させることが可能なＸＹＺステージ（図示略）に連結されている。これにより、基板材料１２の位置を精密に制御することが可能になっている。
基板材料１２は、成膜される膜（図示略）を保持するものである。基板材料１２としては特に限定されるものではなく、シリコン等の半導体基板、セラミックスやガラスなどの絶縁体基板、金属などの導電体基板などを用いることができる。 The substrate holder 11 is connected to an XYZ stage (not shown) capable of precisely moving the positions in the three directions X, Y, and Z. Thereby, the position of the substrate material 12 can be precisely controlled.
The substrate material 12 holds a film (not shown) to be formed. The substrate material 12 is not particularly limited, and a semiconductor substrate such as silicon, an insulator substrate such as ceramics or glass, a conductor substrate such as metal, or the like can be used.

本発明において、エアロゾル１６を噴射するノズル１４は複数本が用いられており、エアロゾル噴射装置１３は、エアロゾル１６を末広がり状に噴射する噴射口１５を１箇所有するノズル１４，１４，…を複数本備えて構成されている。また、各ノズル１４，１４，…は互いに所定の隙間１７を介して配列されている。
ノズル１４，１４，…の隙間１７は、具体的には、それぞれのノズル１４，１４，…から噴出するエアロゾル１６が基板材料１２の表面で互いに接して、エアロゾル１６中に含まれる微粒子からなる膜が基板材料１２上に連続的に形成されるようにする。これにより、基板材料１２上の幅広い領域に成膜することが可能となる。ノズル１４，１４を隙間なく集束した場合、隣り合うノズル１４，１４から噴出されるエアロゾル１６が基板材料１２上で重なり合ってしまうので、エアロゾル１６が重なり合ったところで膜厚が大きくなってしまい、均一な膜厚が得られない。 In the present invention, a plurality of nozzles 14 for injecting the aerosol 16 are used, and the aerosol injection device 13 has a plurality of nozzles 14, 14,... Having one injection port 15 for injecting the aerosol 16 in a divergent shape. It is prepared for. The nozzles 14 are arranged with a predetermined gap 17 therebetween.
Specifically, the gap 17 between the nozzles 14, 14,... Is a film made of fine particles contained in the aerosol 16, with the aerosols 16 ejected from the nozzles 14, 14,. Is continuously formed on the substrate material 12. Thereby, it is possible to form a film in a wide area on the substrate material 12. When the nozzles 14 and 14 are converged without gaps, the aerosol 16 ejected from the adjacent nozzles 14 and 14 overlaps on the substrate material 12, so that the film thickness increases when the aerosol 16 overlaps and is uniform. The film thickness cannot be obtained.

図１に示す形態例では、ノズル１４，１４，…の形状は互いに同一であり、噴射口１５の大きさは互いに等しくされている。これにより、エアロゾル１６を各ノズル１４，１４，…から等量噴出させることができるので、膜の面内均一性を向上することができる。また、ノズル１４，１４，…は等間隔に配列するとともに、ノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して垂直とされている。これにより、ノズル１４，１４，…の配列が容易になり、配列の精度も向上する。
ノズル１４，１４，…の配列は、図２に示すように、直線状に一列の配列とすることもできる（図２中、列を一点鎖線で示す）。この場合、ノズル１４，１４，…の配列方向に垂直な方向（図１では紙面に垂直な前後方向）に基板材料１２またはノズル１４，１４，…を動かし、基板材料１２上でエアロゾル１６が吹き付けられる位置を移動させることによって、基板材料１２表面の幅広い領域に成膜することが可能となる。
また、図３に示すように、ノズル１４，１４，…を二次元平面内に複数の列をなすように配列することもできる（図３中、列をそれぞれ一点鎖線で示す。）。これにより、基板材料１２表面のより幅広い領域に成膜することが可能となる。 In the embodiment shown in FIG. 1, the shapes of the nozzles 14, 14,... Are the same, and the sizes of the injection ports 15 are the same. Thereby, the aerosol 16 can be ejected in an equal amount from the nozzles 14, 14,..., So that the in-plane uniformity of the film can be improved. Further, the nozzles 14, 14,... Are arranged at equal intervals, and the spraying angle of the nozzles 14 is perpendicular to the substrate material 12. This facilitates the arrangement of the nozzles 14, 14,... And improves the accuracy of the arrangement.
As shown in FIG. 2, the nozzles 14, 14,... Can also be arranged in a line in a straight line (in FIG. 2, the lines are indicated by a one-dot chain line). In this case, the substrate material 12 or the nozzles 14, 14,... Are moved in a direction perpendicular to the arrangement direction of the nozzles 14, 14,. It is possible to form a film over a wide area on the surface of the substrate material 12 by moving the position.
Further, as shown in FIG. 3, the nozzles 14, 14,... Can be arranged in a two-dimensional plane so as to form a plurality of rows (in FIG. 3, each row is indicated by a one-dot chain line). Thereby, it is possible to form a film in a wider area on the surface of the substrate material 12.

図１に示す成膜装置１を用いて基板材料１２の表面に膜を成膜する方法の概略を説明する。
微粒子６をエアロゾル発生器５の容器７内に充填して、微粒子６を振動機８で加振しつつガスボンベ２からキャリアガスを供給することにより、微粒子６をエアロゾル化する。エアロゾル１６は、キャリアガスとともにジェット流となって噴射され、第２の配管９を通ってノズル１４の噴射口１５から噴出される。エアロゾル１６中の微粒子は、基板材料１２の表面に堆積し、薄膜を形成する。
図１の成膜装置１では、上述のように、エアロゾル噴射装置１３が複数本のノズル１４，１４，…を備えて構成され、これらのノズル１４，１４，…が互いに所定の隙間１７を介して配列されているので、成膜速度や誘電率、膜厚などの面内均一性を向上し、幅広い領域に均一な膜を成膜することができる。 An outline of a method for forming a film on the surface of the substrate material 12 using the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described.
The fine particles 6 are filled into the container 7 of the aerosol generator 5, and the fine particles 6 are aerosolized by supplying the carrier gas from the gas cylinder 2 while vibrating the fine particles 6 with the vibrator 8. The aerosol 16 is jetted as a jet flow together with the carrier gas, and is jetted from the jet port 15 of the nozzle 14 through the second pipe 9. The fine particles in the aerosol 16 are deposited on the surface of the substrate material 12 to form a thin film.
In the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, as described above, the aerosol injection device 13 includes a plurality of nozzles 14, 14,..., And these nozzles 14, 14,. Therefore, in-plane uniformity such as film formation speed, dielectric constant, and film thickness can be improved, and a uniform film can be formed in a wide area.

以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
図１では、使用するノズル１４，１４，…の形状を同一とし、また、ノズル１４，１４，…を等間隔に配列するとともに、ノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して垂直としたが、特許文献３に記載されているように、ノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して斜めとすることもできる（図４，図５参照）。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned example, Various modifications are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
In FIG. 1, the nozzles 14, 14,... Used have the same shape, the nozzles 14, 14,... Are arranged at equal intervals, and the spray angle of the nozzle 14 is perpendicular to the substrate material 12. As described in Patent Document 3, the spraying angle of the nozzle 14 can be inclined with respect to the substrate material 12 (see FIGS. 4 and 5).

ノズル１４からエアロゾル１６を基板材料１２に対して斜めに吹き付ける場合、基板材料１２に対するエアロゾル１６の入射角度αは、−６０°〜−５°または＋５°〜＋６０°、特に好ましくは、−３０°〜−５°または＋５°〜＋３０°となるように、ノズル１４，１４，…と基板材料１２との配置を調節するのが望ましい。ただし、エアロゾル１６の入射角度αは、ノズル１４の中心軸線２０と基板材料１２の表面の法線２１とがなす角として定義する。
なお、図４，図５ではノズルは、入射角度αが互いに等しくなるように（すなわち、ノズルの中心軸線２０が互いに平行となるように）設置している。
このように、入射角度αを±６０°〜±５°の範囲内とすることにより、微粒子の接合が充分で組織が緻密になり、また、表面が平滑で密度の均一な膜を実現することができる。また、基板材料１２の表面に向けて噴出された微粒子のうち、成膜に利用されず、基板材料１２に接合しなかった微粒子が基板材料１２の表面で反射してノズル１４に衝突するのを防止することもできる。 When the aerosol 16 is sprayed obliquely from the nozzle 14 with respect to the substrate material 12, the incident angle α of the aerosol 16 with respect to the substrate material 12 is −60 ° to −5 ° or + 5 ° to + 60 °, particularly preferably −30 °. It is desirable to adjust the arrangement of the nozzles 14, 14,... And the substrate material 12 so as to be −5 ° or + 5 ° to + 30 °. However, the incident angle α of the aerosol 16 is defined as an angle formed by the central axis 20 of the nozzle 14 and the normal line 21 of the surface of the substrate material 12.
4 and 5, the nozzles are installed such that the incident angles α are equal to each other (that is, the central axes 20 of the nozzles are parallel to each other).
As described above, by setting the incident angle α within the range of ± 60 ° to ± 5 °, the fine particles can be sufficiently joined and the structure can be made dense, and the surface can be smooth and the density can be uniform. Can do. Further, among the fine particles ejected toward the surface of the substrate material 12, the fine particles that are not used for film formation and are not bonded to the substrate material 12 are reflected by the surface of the substrate material 12 and collide with the nozzle 14. It can also be prevented.

ところでノズル１４の吹き付け角度を基板材料１２に対して斜めとした場合、大きさの均一な複数本のノズル１４，１４，…を等間隔に配置すると、ノズル１４の先端と基板材料１２との距離が一定にならないので、膜の面内均一性が悪化するおそれがある。
この問題は、図４に示すように、ノズル１４，１４Ａ，１４Ｂの噴射口１５，１５Ａ，１５Ｂの大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列することによって解決することができる。図４では、ノズル１４，１４Ａ，１４Ｂは、噴射口１５が図の右寄りに傾くように設置されており、噴射口１５，１５Ａ，１５Ｂの大きさが左から右に向かうにつれて順に大きくなるように配列されている。
また、図５に示すように、噴射口１５，１５，…の大きさが均一なノズル１４，１４，…を配列するときに、ノズルの間隔を段階的に大きく又は小さくなるように配列することによっても解決できる。この場合、異なる形状のノズルを複数種類用意する必要がないという利点もある。
また、ノズル１４，１４，…ごとにエアロゾル１６を噴射する圧力を変える機構を設け、エアロゾル１６を噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるようにノズル１４，１４，…を配列することによっても解決できる。
図４，図５に示すように、基板材料に対して角度をもってノズルを設置し、ノズルの角度に合わせてノズルの噴射口の大きさやノズルの設置間隔、あるいはエアロゾルの噴射圧力を段階的に変化させることで、さらに面内均一性を向上することができる。 When the spray angle of the nozzle 14 is oblique with respect to the substrate material 12, the distance between the tip of the nozzle 14 and the substrate material 12 is provided when a plurality of nozzles 14, 14,. Is not constant, the in-plane uniformity of the film may be deteriorated.
As shown in FIG. 4, this problem can be solved by arranging the nozzles 14, 14 A, 14 B so that the sizes of the injection ports 15, 15 A, 15 B are increased or decreased stepwise. In FIG. 4, the nozzles 14, 14 A, 14 B are installed such that the injection port 15 is inclined to the right in the figure, and the size of the injection ports 15, 15 A, 15 B increases in order from the left to the right. It is arranged.
As shown in FIG. 5, when arranging the nozzles 14, 14,... With the uniform size of the injection ports 15, 15,. Can also be solved. In this case, there is an advantage that it is not necessary to prepare a plurality of types of nozzles having different shapes.
Also, a mechanism for changing the pressure for injecting the aerosol 16 for each nozzle 14, 14,... Is provided, and the nozzles 14, 14,... Are arranged so that the pressure for injecting the aerosol 16 increases or decreases stepwise. can be solved.
As shown in FIGS. 4 and 5, nozzles are installed at an angle with respect to the substrate material, and the nozzle injection port size, nozzle installation interval, or aerosol injection pressure is changed step by step according to the nozzle angle. By doing so, the in-plane uniformity can be further improved.

また、成膜条件は、ノズル１４の噴射口１５を通過するときのエアロゾル化された微粒子の速度で変化する。例えば、エアロゾル発生器５や配管９中で微粒子の凝集が起きたり、または他の要因で微粒子の速度が変化してしまうと、成膜条件に影響を与える。ノズルごとに噴射される微粒子の速度が異なると、面内均一性が悪化するおそれもある。この問題を解決するため、ノズル１４は、噴射口１５の大きさを可変とする機構を備えることもできる。この場合、基板材料１２上に形成された薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、このモニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいてノズル１４の噴射口１５の大きさをフィードバック制御する制御装置を設けることによって、面内均一性の高い膜を成膜することが可能である。 In addition, the film forming conditions change depending on the velocity of the aerosolized fine particles when passing through the injection port 15 of the nozzle 14. For example, if the aggregation of fine particles occurs in the aerosol generator 5 or the pipe 9 or the speed of the fine particles changes due to other factors, the film forming conditions are affected. If the speed of the fine particles ejected for each nozzle is different, the in-plane uniformity may be deteriorated. In order to solve this problem, the nozzle 14 may be provided with a mechanism that makes the size of the injection port 15 variable. In this case, a monitor device that monitors the thickness of the thin film formed on the substrate material 12 and a control device that feedback-controls the size of the nozzle 15 of the nozzle 14 based on the film thickness monitored by the monitor device. By providing, a film with high in-plane uniformity can be formed.

また、成膜を継続するうちに、微粒子の衝突によりノズルの形状や噴射口の大きさが変化することがある。この問題は、噴射口１５の大きさを一定に維持する機構をノズルに設けることで解決される。これにより、膜厚の面内均一性やサンプルごと（ロットごと）の均一性を向上することができる。 Further, as the film formation continues, the shape of the nozzle and the size of the injection port may change due to the collision of fine particles. This problem can be solved by providing the nozzle with a mechanism for maintaining the size of the injection port 15 constant. Thereby, the in-plane uniformity of the film thickness and the uniformity of each sample (each lot) can be improved.

本発明は、エアロゾルデポジション法を用いた成膜によって得られる種々の電子素子、例えばコンデンサなどの製造などに利用することができる。 The present invention can be used for the manufacture of various electronic elements obtained by film formation using the aerosol deposition method, such as capacitors.

本発明の成膜装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the film-forming apparatus of this invention. ノズルが直線状に一列に配列されたエアロゾル噴射装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the aerosol injection apparatus with which the nozzle was linearly arranged in a line. ノズルが二次元平面内に複数列されたエアロゾル噴射装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the aerosol injection apparatus with which the nozzle was arranged in multiple rows in the two-dimensional plane. 本発明の変形例に係る成膜装置の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the film-forming apparatus which concerns on the modification of this invention. 本発明の他の変形例に係る成膜装置の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the film-forming apparatus which concerns on the other modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ，１Ｂ…成膜装置、６…微粒子、１２…基板材料、１３…エアロゾル噴射装置、１４，１４Ａ，１４Ｂ…ノズル、１５，１５Ａ，１５Ｂ…噴射口、１６…エアロゾル、１７…ノズル間の隙間。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A, 1B ... Film-forming apparatus, 6 ... Fine particle, 12 ... Substrate material, 13 ... Aerosol injection apparatus, 14, 14A, 14B ... Nozzle, 15, 15A, 15B ... Injection port, 16 ... Aerosol, 17 ... Between nozzles Gap.

Claims

微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置に用いられるエアロゾル噴射装置において、
前記エアロゾル噴射装置は、エアロゾルを噴射する噴射口を１箇所有するノズルを複数本備えて構成されており、各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されていることを特徴とする成膜装置用エアロゾル噴射装置。 In an aerosol injection apparatus used for a film forming apparatus for injecting an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas to be injected from an aerosol injection apparatus and colliding with a substrate material, and forming a thin film made of the fine particles on the surface of the substrate material,
The aerosol injection apparatus includes a plurality of nozzles each having one injection port for injecting aerosol, and each nozzle is arranged with a predetermined gap therebetween. Aerosol spray device.

前記ノズルが直線状に一列に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the nozzles are arranged in a straight line.

前記ノズルが二次元平面内に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the nozzles are arranged in a two-dimensional plane.

前記ノズルは、噴射口の大きさが互いに等しいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the nozzles have the same injection port size.

前記ノズルは、各ノズルの噴射口の大きさが段階的に大きく又は小さくなるように配列されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol spray device for a film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the nozzles are arranged so that the size of the spray ports of the nozzles is increased or decreased stepwise.

前記ノズルは、噴射口の大きさを可変とする機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the nozzle includes a mechanism that makes the size of the injection port variable.

前記ノズルは、噴射口の大きさを一定に維持する機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the nozzle includes a mechanism that maintains the size of the injection port constant.

前記ノズルは、等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the nozzles are arranged at equal intervals.

前記ノズルは、間隔が段階的に大きく又は小さくなるように配列されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the nozzles are arranged so that the interval increases or decreases stepwise.

前記ノズルは、各ノズルがエアロゾルを噴射する圧力が段階的に大きく又は小さくなるように配列されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置。 The aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the nozzles are arranged so that the pressure at which each nozzle injects the aerosol increases or decreases stepwise.

微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル噴射装置から噴射して基板材料に衝突させ、前記基板材料の表面に前記微粒子からなる薄膜を成膜する成膜装置において、
前記エアロゾル噴射装置が請求項１ないし１０に記載の成膜装置用エアロゾル噴射装置であることを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus for spraying an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas from an aerosol injection device to collide with the substrate material, and forming a thin film made of the fine particles on the surface of the substrate material,
A film forming apparatus, wherein the aerosol injection apparatus is an aerosol injection apparatus for a film forming apparatus according to claim 1.

前記ノズルは噴射口の大きさを可変とする機構を備え、前記エアロゾル噴射装置は、前記薄膜の厚さをモニタするモニタ装置と、前記モニタ装置によってモニタされた膜厚に基づいて前記ノズルの噴射口の大きさを制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。 The nozzle includes a mechanism that makes the size of the injection port variable. The aerosol injection device includes a monitoring device that monitors the thickness of the thin film, and an injection of the nozzle based on the film thickness monitored by the monitoring device. The film forming apparatus according to claim 11, further comprising a control device that controls a size of the mouth.