JP2008240092A - Film deposition system and film deposition method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition system and a film deposition method by which sticking of floating particles onto a surface through which a laser passes can be prevented and the particle concentration can be thereby measured stably with the elapse of time when the particle concentration of an aerosol flow is measured by using the laser in an aerosol deposition method. <P>SOLUTION: In the film deposition system equipped with: an aerosol generating part; a spray nozzle for spraying aerosol onto an object to be treated; a chamber in which the spray nozzle and the object to be treated are arranged; a means for emitting a laser to a sprayed aerosol flow; a means for receiving emitted laser; and a means for calculating the particle concentration of the aerosol flow based on the intensity of received laser, a light-transmissive member is further provided on the laser beam passage from a laser emitting element to the aerosol flow, and a light-transmissive photothermal conversion means is provided on the surface, to which material particles floating in the chamber can stick, of the light-transmissive member. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エアロゾルデポジション法を利用した成膜装置及び成膜方法に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method using an aerosol deposition method.

圧電アクチュエータ等として用いられるセラミックス薄膜を形成する方法として、近年、エアロゾルデポジション法が注目されている。この方法は、気体中にセラミックス微粒子を分散してなるエアロゾルをノズルから噴射し、高速で基板表面に吹き付けることによって、当該基板上で微粒子を粉砕し堆積させてセラミックス薄膜を形成するものである。当該方法はセラミックス微粒子の常温衝撃固化現象を利用し、従来のセラミックス薄膜形成法において実施されていた１０００℃以上での焼結プロセスを不要とするものである。そのため、寸法精度を考慮した薄膜設計を行う必要がなくなり、また、微粒子の破砕によって緻密なナノ結晶組織が形成されるので、きわめて平滑な表面を持つセラミックス薄膜を製造することができる。   In recent years, the aerosol deposition method has attracted attention as a method for forming a ceramic thin film used as a piezoelectric actuator or the like. In this method, an aerosol formed by dispersing ceramic fine particles in a gas is sprayed from a nozzle and sprayed onto the substrate surface at a high speed, whereby fine particles are pulverized and deposited on the substrate to form a ceramic thin film. This method utilizes the phenomenon of normal temperature impact solidification of ceramic fine particles, and eliminates the need for the sintering process at 1000 ° C. or higher, which has been performed in the conventional ceramic thin film forming method. Therefore, it is not necessary to design a thin film in consideration of dimensional accuracy, and a fine nanocrystal structure is formed by crushing fine particles, so that a ceramic thin film having an extremely smooth surface can be manufactured.

エアロゾルデポジション法においては、成膜を実施している過程において、エアロゾル発生装置での微粒子の減少や、微粒子同士の凝集による凝集巨大粒子の形成、エアロゾル供給管や噴射ノズル等の目詰まりなど種々の要因によって、ノズルから噴射されるエアロゾル流の粒子濃度にムラが生じることがある。しかしながらエアロゾル流の粒子濃度にムラがあると、得られるセラミックス薄膜の膜厚にもムラが生じ、その性能に悪影響を与えることになる。セラミックス薄膜の膜厚、ひいては性能を均一に維持するには、エアロゾル流の粒子濃度をリアルタイムで測定し、その結果に応じてエアロゾルの発生条件や、吹き付け条件等を制御することが望まれる。   In the aerosol deposition method, various processes such as the reduction of fine particles in the aerosol generation device, the formation of agglomerated giant particles due to the aggregation of fine particles, clogging of the aerosol supply pipe, injection nozzle, etc. This may cause unevenness in the particle concentration of the aerosol flow ejected from the nozzle. However, if there is unevenness in the particle concentration of the aerosol flow, unevenness also occurs in the film thickness of the resulting ceramic thin film, which adversely affects its performance. In order to maintain the film thickness and thus the performance of the ceramic thin film uniformly, it is desired to measure the particle concentration of the aerosol flow in real time and to control the generation conditions and spraying conditions of the aerosol according to the results.

一般にエアロゾルの粒子濃度は、レーザー回折・散乱法に基づいた粒度分布測定装置を利用して、エアロゾルによって回折、散乱された光の強度に基づいて算出できることが知られている。具体的な測定方法として、特許文献１では、セル中を流れるエアロゾルにレーザーを照射して得られる回折、散乱光強度を測定し、その測定結果と、既知濃度のエアロゾルを測定対象として予め得た回折、散乱光強度測定結果との関係を用いて、エアロゾルの粒子濃度を求めることが記載されている。   In general, it is known that the particle concentration of aerosol can be calculated based on the intensity of light diffracted and scattered by aerosol using a particle size distribution measuring apparatus based on a laser diffraction / scattering method. As a specific measurement method, in Patent Document 1, the intensity of diffraction and scattered light obtained by irradiating a laser to an aerosol flowing in a cell is measured, and the measurement result and an aerosol having a known concentration are obtained in advance as a measurement target. It describes that the particle concentration of the aerosol is determined using the relationship with the diffraction and scattered light intensity measurement results.

このような測定方法を利用して、特許文献２では、エアロゾルデポジション法において噴射されたエアロゾルの自由流に対してレーザーを投光し、これによって回折、散乱された光を受光し、受光した光の輝度に基づいて、当該エアロゾル自由流の流れに影響を及ぼすことなく、エアロゾル流の粒子濃度をリアルタイムに測定することが記載されている。
特開２０００−４６７２２号公報 特開２００５−４９２２８号公報 By utilizing such a measurement method, in Patent Document 2, a laser is projected on the free stream of aerosol ejected in the aerosol deposition method, thereby receiving and receiving light diffracted and scattered. Based on the brightness of light, it is described that the particle concentration of the aerosol flow is measured in real time without affecting the flow of the aerosol free flow.
JP 2000-46722 A JP-A-2005-49228

エアロゾルデポジション法においては、エアロゾル流として基板表面に吹き付けられたセラミックス微粒子のすべてが薄膜形成のために消費されるわけではない。セラミックス微粒子の多くは基板表面に衝突した後、薄膜の形成に寄与せずに反発し、チャンバ内の雰囲気中に浮遊することになる。チャンバ内で浮遊している微粒子は、チャンバの壁面や、チャンバ内に設置されている各種部材に接触すると、これに付着する場合も多い。   In the aerosol deposition method, not all ceramic fine particles sprayed on the substrate surface as an aerosol flow are consumed for forming a thin film. Most of the ceramic fine particles collide with the substrate surface and then repel without contributing to the formation of the thin film and float in the atmosphere in the chamber. Fine particles floating in the chamber often adhere to the wall of the chamber or various members installed in the chamber.

レーザーを利用してエアロゾル流の粒子濃度を測定する際に、レーザーの光路上に位置するチャンバ壁面や各種部材に上述の浮遊微粒子が付着すると、この付着した微粒子によってレーザーの一部が回折・散乱して、エアロゾル流による回折・散乱光の強度についての正確な測定が阻害される。すなわち、付着微粒子によってレーザーの一部がエアロゾル流に到達する前に回折・散乱してしまうので、レーザー発光装置の発光素子が発出したレーザーの強度と比較して、エアロゾル流に実際に照射されるレーザーの強度が低減することになる。エアロゾルデポジション法の進行に伴い付着微粒子量は増加していくので、時間の経過と共に、エアロゾル流に実際に照射されるレーザーの強度が低下していく。エアロゾル流の粒子濃度は回折、散乱された光の強度に基づいて測定されるものであるから、照射レーザー強度の経時的な低下は、エアロゾル流の粒子濃度の正確な測定を困難にする。   When measuring the particle concentration of aerosol flow using a laser, if the above-mentioned suspended fine particles adhere to the chamber wall or various members located on the optical path of the laser, a part of the laser is diffracted and scattered by the attached fine particles. Thus, accurate measurement of the intensity of the diffracted / scattered light by the aerosol flow is hindered. In other words, since part of the laser is diffracted and scattered by the attached fine particles before reaching the aerosol flow, the aerosol flow is actually irradiated compared with the intensity of the laser emitted from the light emitting element of the laser light emitting device. The intensity of the laser will be reduced. As the amount of adhering fine particles increases with the progress of the aerosol deposition method, the intensity of the laser that is actually applied to the aerosol flow decreases with time. Since the particle concentration of the aerosol flow is measured based on the intensity of diffracted and scattered light, the decrease in the irradiation laser intensity over time makes it difficult to accurately measure the particle concentration of the aerosol flow.

そこで本発明は、エアロゾルデポジション法においてレーザーを利用してエアロゾル流の粒子濃度を測定するに際し、レーザー発光装置の発光素子からエアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置する部材におけるレーザー通過面に浮遊微粒子が付着するのを防止し、これによって経時的に安定な粒子濃度測定を可能にする成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, when measuring the particle concentration of the aerosol flow using a laser in the aerosol deposition method, the laser passage surface of the member located on the laser light path from the light emitting element of the laser light emitting device to the aerosol flow is used. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus and a film forming method that prevent adhesion of suspended fine particles and thereby enables stable particle concentration measurement over time.

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、本発明に係る成膜装置は、キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部と、前記エアロゾル発生部に接続されて前記エアロゾルをエアロゾル流として被処理物に吹き付ける噴射ノズルと、前記噴射ノズル及び前記被処理物が内部に配置されるチャンバと、レーザー発光素子を有し、前記噴射ノズルが噴射したエアロゾル流に向けてレーザーを発出するレーザー発出手段と、前記レーザー発出手段によって発出されたレーザーを受光する受光手段と、前記受光手段が受光したレーザーの強度に基づいて、前記エアロゾル流の粒子濃度を算出する算出手段と、を備え、さらに、前記レーザー発光素子から前記エアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置する透光性部材を備え、前記透光性部材の、前記チャンバ内に浮遊する材料粒子が付着し得る面に対して、透光性の光熱変換手段を設けたことを特徴とする。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and a film forming apparatus according to the present invention includes an aerosol generating unit that generates aerosol by dispersing material particles in a carrier gas, and the aerosol generating unit connected to the aerosol generating unit. An injection nozzle that sprays aerosol on an object to be processed as an aerosol flow, a chamber in which the injection nozzle and the object to be processed are disposed, a laser light emitting element, and a laser toward the aerosol flow injected by the injection nozzle A laser emitting means for emitting the light, a light receiving means for receiving the laser emitted by the laser emitting means, and a calculating means for calculating the particle concentration of the aerosol flow based on the intensity of the laser received by the light receiving means; And is located on the laser light path from the laser light emitting element to the aerosol flow Includes an optical member, wherein the light-transmitting member, to the plane of the material particles suspended may be attached to the chamber, characterized in that a photothermal conversion means translucent.

前記透光性光熱変換手段とは、そこに照射された光のエネルギーを熱に変換するものである。本発明において、透光性光熱変換手段はレーザー発光素子からエアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置するので、レーザーが当該光熱変換手段を通過することになるが、光熱変換手段は通過するレーザーの一部を熱に変換して熱を発生させる。   The translucent light-to-heat conversion means converts light energy applied thereto into heat. In the present invention, since the translucent photothermal conversion means is located on the laser light path from the laser light emitting element to the aerosol flow, the laser passes through the photothermal conversion means, but the photothermal conversion means passes through the laser. Part of this is converted into heat to generate heat.

一般的に、微粒子が浮遊している気体に温度勾配がある場合、当該微粒子は高温側から低温側に向かって自然と移動していく、いわゆる熱泳動という現象が知られている。本発明では、レーザーの通過によって光熱変換手段が発熱するために、当該手段の温度が周辺温度よりも高くなる。そうすると、熱泳動現象のために浮遊材料粒子が当該光熱変換手段の近傍に近寄り難くなり、結果として浮遊材料粒子が光熱変換手段に接触することがなくなる。これによって、光熱変換手段が設けられたレーザー通過面に対して浮遊材料粒子が付着するのを防止することができる。   In general, when a gas in which fine particles are floating has a temperature gradient, a so-called thermophoresis phenomenon is known in which the fine particles naturally move from a high temperature side to a low temperature side. In the present invention, since the photothermal conversion means generates heat due to the passage of the laser, the temperature of the means becomes higher than the ambient temperature. If it does so, it becomes difficult for floating material particles to approach the vicinity of the said photothermal conversion means because of a thermophoresis phenomenon, and as a result, floating material particles do not contact a photothermal conversion means. Thereby, it is possible to prevent the floating material particles from adhering to the laser passage surface provided with the photothermal conversion means.

本発明によると、エアロゾル流の粒子濃度測定のためにレーザーを発出している全時間を通じて光熱変換手段が発熱していることになるので、レーザー通過面への浮遊材料粒子の付着を効率よく防止することが可能である。よって、エアロゾル流の粒子濃度を経時的に安定して測定することが可能になる。   According to the present invention, since the photothermal conversion means generates heat throughout the entire time when the laser is emitted to measure the particle concentration of the aerosol flow, it is possible to efficiently prevent the floating material particles from adhering to the laser passage surface. Is possible. Therefore, the particle concentration of the aerosol flow can be stably measured over time.

さらに本発明では、レーザー通過面への浮遊材料粒子の付着を防止するためにヒーター等の加熱手段や、エアー吐出手段等を設ける必要がなく、また、レーザー通過面に付着した材料粒子を除去するためにワイパー等の電動手段を設ける必要もないので、成膜装置の構成を簡素化することができる。   Furthermore, in the present invention, there is no need to provide a heating means such as a heater or an air discharge means in order to prevent the floating material particles from adhering to the laser passage surface, and the material particles adhering to the laser passage surface are removed. Therefore, it is not necessary to provide an electric means such as a wiper, so that the configuration of the film forming apparatus can be simplified.

本発明において前記レーザー発出手段のレーザーを発出するレーザー発出面が前記チャンバの外部に配置されている場合には、前記チャンバの壁面の、前記レーザー光路上に位置する部分を構成する透光性部材に光熱変換手段を設けてもよい。   In the present invention, when the laser emitting surface for emitting the laser of the laser emitting means is arranged outside the chamber, the translucent member constituting the portion of the wall surface of the chamber located on the laser light path A photothermal conversion means may be provided.

この場合レーザー発出面がチャンバの外部に配置されているので、レーザー発出面自体に浮遊材料粒子が付着することはなく、さらにチャンバの壁面の、レーザー光路上に位置する部分には透光性光熱変換手段が設けられることになるので、上述した熱泳動現象によってチャンバ壁面のレーザー通過面に浮遊材料粒子が付着することを防止できる。   In this case, since the laser emitting surface is arranged outside the chamber, the floating material particles do not adhere to the laser emitting surface itself, and the portion of the wall surface of the chamber located on the laser beam path is transparent light heat. Since the conversion means is provided, it is possible to prevent the floating material particles from adhering to the laser passage surface of the chamber wall surface due to the thermophoretic phenomenon described above.

本発明において前記レーザー発出手段のレーザーを発出するレーザー発出面が前記チャンバの内部に配置されている場合には、前記レーザー発出面を構成する透光性部材に光熱変換手段を設けてもよい。   In the present invention, when a laser emitting surface for emitting the laser of the laser emitting means is disposed inside the chamber, a light-to-heat conversion means may be provided on the translucent member constituting the laser emitting surface.

この場合チャンバ内部に位置するレーザー発出面に透光性光熱変換手段が設けられることになるので、上述した熱泳動現象によって当該レーザー発出面に浮遊材料粒子が付着することを防止できる。   In this case, since the translucent photothermal conversion means is provided on the laser emission surface located inside the chamber, it is possible to prevent floating material particles from adhering to the laser emission surface due to the above-described thermophoresis phenomenon.

同様に、本発明において前記レーザー発出手段のレーザーを発出するレーザー発出面が前記チャンバの内部に配置されている場合には、前記レーザー発出面を透光性の遮蔽部材で覆い、この遮蔽部材に光熱変換手段を設けてもよい。   Similarly, in the present invention, when the laser emitting surface for emitting the laser of the laser emitting means is disposed inside the chamber, the laser emitting surface is covered with a light-transmitting shielding member, and this shielding member is covered with this shielding member. Photothermal conversion means may be provided.

この場合レーザー発出面は透光性の遮蔽部材によって浮遊材料粒子から隔離されているので、レーザー発出面自体に浮遊材料粒子が付着することはなく、さらに当該遮蔽部材の、レーザー光路上に位置する部分には透光性光熱変換手段が設けられるので、上述した熱泳動現象によって遮蔽部材のレーザー通過面に浮遊材料粒子が付着することを防止できる。   In this case, since the laser emitting surface is isolated from the floating material particles by the light-transmitting shielding member, the floating material particles do not adhere to the laser emitting surface itself, and are further positioned on the laser light path of the shielding member. Since the translucent photothermal conversion means is provided in the portion, it is possible to prevent the floating material particles from adhering to the laser passage surface of the shielding member due to the above-described thermophoretic phenomenon.

さらに、本発明は成膜方法に係るものであってもよく、当該成膜方法は、キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生工程と、発生したエアロゾルを、チャンバの内部に配置された噴射ノズルからエアロゾル流として噴出させて、前記チャンバの内部に配置された被処理物に吹き付けることにより、前記材料粒子の膜を前記被処理物上に形成する膜形成工程と、前記噴射ノズルから噴射された前記エアロゾル流に向けて、レーザー発光素子を有するレーザー発出手段によってレーザーを発出する発出工程と、前記発出工程において発出されたレーザーを受光する受光工程と、前記受光工程において受光されたレーザーの強度に基づいて、前記エアロゾル流の粒子濃度を算出する算出工程と、を含み、前記レーザー発光素子から前記エアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置する透光性部材の、前記チャンバ内に浮遊する材料粒子が付着し得る面に対して、透光性の光熱変換手段を設け、この光熱変換手段を通過するレーザーの一部を熱に変換して熱を発生させることによって、前記透光性部材におけるレーザー通過面への前記材料粒子の付着を防止することを特徴とする。   Further, the present invention may relate to a film forming method, and the film forming method includes an aerosol generation step of dispersing material particles in a carrier gas to generate an aerosol, and the generated aerosol in the chamber. A film forming step of forming a film of the material particles on the object to be processed by ejecting the material from the arranged nozzle as an aerosol flow and spraying it on the object to be processed disposed inside the chamber; A laser emitting unit having a laser emitting element emits a laser toward the aerosol flow ejected from the nozzle, a light receiving step for receiving the laser emitted in the emitting step, and a light receiving step in the light receiving step. And calculating a particle concentration of the aerosol flow based on the intensity of the laser. -A translucent photothermal conversion means is provided on the surface of the translucent member located on the laser beam path from the light emitting element to the aerosol flow to which the material particles floating in the chamber can adhere, A part of the laser that passes through the photothermal conversion means is converted into heat to generate heat, thereby preventing the material particles from adhering to the laser passing surface of the translucent member.

本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、エアロゾルデポジション法においてレーザーを利用してエアロゾル流の粒子濃度を測定するに際し、レーザー発光素子からエアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置する部材におけるレーザー通過面に浮遊材料粒子が付着するのを防止し、これによって経時的に安定な粒子濃度測定を可能にする。   According to the film forming apparatus and the film forming method of the present invention, when measuring the particle concentration of the aerosol flow using a laser in the aerosol deposition method, it is positioned on the laser light path from the laser light emitting element to the aerosol flow. The floating material particles are prevented from adhering to the laser passage surface of the member, thereby enabling stable particle concentration measurement over time.

（第１実施形態）
以下では本発明の第１実施形態を、図１、図２を参照しつつ具体的に記載する。 (First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 2.

図１は、本発明の第１実施形態におけるエアロゾルデポジション法を利用した成膜装置を概略的に示している。この成膜装置は、キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部１０と、内部で成膜を行うためのチャンバ２０を備えている。エアロゾル発生部１０は内部に材料粒子が収納され、キャリアガスを導入することができるように構成されている。エアロゾル発生部１０の上部にはエアロゾル供給管１１の一端が挿入されている。エアロゾル供給管１１の他端には噴射ノズル２１が接続されている。   FIG. 1 schematically shows a film forming apparatus using an aerosol deposition method according to a first embodiment of the present invention. This film forming apparatus includes an aerosol generating unit 10 that generates material particles by dispersing material particles in a carrier gas, and a chamber 20 for film forming inside. The aerosol generation unit 10 is configured so that material particles are accommodated therein and a carrier gas can be introduced. One end of an aerosol supply pipe 11 is inserted into the upper part of the aerosol generation unit 10. An injection nozzle 21 is connected to the other end of the aerosol supply pipe 11.

前記材料粒子を構成する材料としては、エアロゾルデポジション法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、アルミナ等の無機粉体、樹脂等の有機粉体を使用することができる。本形態では、前記材料粒子を構成する材料としてセラミックスを用いる。   The material constituting the material particles is not particularly limited as long as it can be used in the aerosol deposition method. For example, lead zirconate titanate (PZT) which is a piezoelectric material, inorganic powder such as alumina, resin Organic powders such as can be used. In this embodiment, ceramics are used as the material constituting the material particles.

前記材料粒子の粒径としても、エアロゾルデポジション法に使用可能な粒径であればよいが、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度のものでよい。   The particle size of the material particles may be any particle size that can be used for the aerosol deposition method, but may be, for example, about several μm to several tens of μm.

前記キャリアガスとしては、エアロゾルデポジション法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや、窒素、空気、酸素等を使用することができる。   The carrier gas is not particularly limited as long as it can be used in the aerosol deposition method, and for example, inert gas such as helium and argon, nitrogen, air, oxygen and the like can be used.

チャンバ２０の内部には、被処理物である基板２３を取り付けるための基板ホルダー２４と、その下方に噴射ノズル２１が配置されている。基板ホルダー２４は矩形板状に形成されており、基板ホルダー移動機構２５によって水平姿勢でチャンバ２０の天井からつり下げられ、その下面側に基板２３を保持することができるようになっている。基板ホルダー移動機構２５は制御装置からの指令に応じて駆動できるようになっており、これによって基板ホルダー２４は水平面内において、前後方向及び左右方向に移動することができる。   Inside the chamber 20, a substrate holder 24 for mounting a substrate 23, which is an object to be processed, and an injection nozzle 21 are disposed below the substrate holder 24. The substrate holder 24 is formed in a rectangular plate shape, and is suspended from the ceiling of the chamber 20 in a horizontal posture by the substrate holder moving mechanism 25 so that the substrate 23 can be held on the lower surface side thereof. The substrate holder moving mechanism 25 can be driven in accordance with a command from the control device, whereby the substrate holder 24 can move in the front-rear direction and the left-right direction in the horizontal plane.

チャンバ２０には、ブースターポンプ、ロータリーポンプ等が接続されており、その内部を減圧できるように構成されている。   A booster pump, a rotary pump, or the like is connected to the chamber 20 so that the inside thereof can be decompressed.

本発明で用いられる基板２３の材料としては特に限定されず、例えば、金属、シリコン、半導体、樹脂等であってよい。   The material of the substrate 23 used in the present invention is not particularly limited, and may be, for example, metal, silicon, semiconductor, resin, or the like.

噴射ノズル２１は、上下にスリット状の開口を有し、かつ内部に空洞を有する筒状のものであるが、下部にある開口は上述のようにエアロゾル供給管１１の他端に接続されており、エアロゾルの導入開口となっている。上部にある開口は、そこからエアロゾル流２２を噴射する射出開口であり、当該射出開口は、基板ホルダー２４の下面に保持された基板２３の、セラミックス薄膜を形成すべき表面に向けられている。図１では、射出開口は、エアロゾル流２２を基板２３に対して垂直方向に噴射するような向きで配置されているが、基板２３に対して斜め方向に噴射するような向きに配置されてもよい。噴射ノズル２１の内部の空洞は、導入開口から射出開口に向けて、横断面積が減少するよう、当該空洞の内壁にはテーパ部が設けられている。   The injection nozzle 21 has a slit-like opening at the top and bottom and has a hollow inside, and the opening at the bottom is connected to the other end of the aerosol supply pipe 11 as described above. This is an aerosol introduction opening. The upper opening is an injection opening through which the aerosol flow 22 is injected. The injection opening is directed to the surface of the substrate 23 held on the lower surface of the substrate holder 24 on which the ceramic thin film is to be formed. In FIG. 1, the injection opening is arranged in such a direction as to inject the aerosol flow 22 in a direction perpendicular to the substrate 23, but may be arranged in a direction in which the aerosol flow 22 is injected in an oblique direction to the substrate 23. Good. The cavity inside the injection nozzle 21 is provided with a tapered portion on the inner wall of the cavity so that the cross-sectional area decreases from the introduction opening toward the injection opening.

エアロゾル発生部１０では、超音波加振装置を配置して振動を加えたり、内部に巻き上げガスを導入してサイクロン流を生成させたり、床部から流動ガスを供給したりすることによって、キャリアガスに材料粒子を分散させ、エアロゾルを発生させる。ここで、チャンバ２０の内圧をエアロゾル発生部１０の内圧と比較して低圧にすると、その差圧によって、エアロゾル発生部１０内のエアロゾルは、エアロゾル供給管１１に吸い込まれ、これを経由して噴射ノズル２１に供給される。なお、エアロゾル供給管１１の途中には、キャリアガスの総量を調整できるようにキャリアガスを補充するガス補充管が接続されてもよい。   In the aerosol generation unit 10, an ultrasonic vibration device is arranged to apply vibration, a hoisting gas is introduced into the cyclone flow to generate a cyclone flow, or a flowing gas is supplied from the floor portion to thereby generate a carrier gas. The material particles are dispersed in the aerosol to generate aerosol. Here, when the internal pressure of the chamber 20 is made lower than the internal pressure of the aerosol generating unit 10, the aerosol in the aerosol generating unit 10 is sucked into the aerosol supply pipe 11 due to the differential pressure, and injected through this. It is supplied to the nozzle 21. In the middle of the aerosol supply pipe 11, a gas replenishing pipe for replenishing the carrier gas may be connected so that the total amount of the carrier gas can be adjusted.

前記導入開口から噴射ノズル２１の内部に進入したエアロゾルは、前記テーパ部の存在によって通過する横断面積が減少するので加速がされたうえで、前記射出開口から、エアロゾル流２２として基板２３に吹き付けられる。基板２３の表面に衝突した材料粒子は破砕し、堆積することによって、セラミックス薄膜が形成される。エアロゾル流２２の吹き付け時に基板ホルダー２４を水平面内で少しずつ移動させることによって、基板２３の全面にセラミックス薄膜を形成することができる。なお、噴射ノズル２１の射出開口と基板２３とのあいだにマスクを設置して、基板２３上の任意の位置に任意の形状でセラミックス薄膜が形成されるようにしてもよい。   The aerosol that has entered the inside of the injection nozzle 21 from the introduction opening is accelerated because the cross-sectional area through which it passes is reduced due to the presence of the tapered portion, and is sprayed from the injection opening onto the substrate 23 as the aerosol flow 22. . The material particles colliding with the surface of the substrate 23 are crushed and deposited to form a ceramic thin film. A ceramic thin film can be formed on the entire surface of the substrate 23 by moving the substrate holder 24 little by little in the horizontal plane when spraying the aerosol flow 22. A ceramic thin film may be formed in an arbitrary shape at an arbitrary position on the substrate 23 by installing a mask between the injection opening of the injection nozzle 21 and the substrate 23.

このように噴射ノズル２１から噴射された材料粒子はセラミックス薄膜を形成するのであるが、吹き付けられた材料粒子のすべてが薄膜形成のために消費されるのではなく、基板２３の表面に衝突した後、薄膜を形成することなく反発して、チャンバ２０の内部に浮遊している材料粒子も多数存在する。浮遊材料粒子は、上述したブースターポンプ、ロータリーポンプ等の吸引力によってチャンバ２０の外部に順次排出されるが、排出される前にチャンバの壁面や、チャンバ内に配置されている各種部材に接触すると、これに付着してしまう。   Thus, the material particles sprayed from the spray nozzle 21 form a ceramic thin film, but not all of the sprayed material particles are consumed for thin film formation, but after colliding with the surface of the substrate 23. There are also many material particles repelling without forming a thin film and floating inside the chamber 20. The suspended material particles are sequentially discharged to the outside of the chamber 20 by the suction force of the above-described booster pump, rotary pump, or the like. However, when the floating material particles come into contact with the wall surface of the chamber or various members arranged in the chamber before being discharged. , Stick to this.

チャンバ２０の外部には、エアロゾル流２２の粒子濃度を測定することを目的として、レーザー発出手段たるレーザー照射機３１が配置される。レーザー照射機３１は、それが発出するレーザー４１をエアロゾル流２２に照射することができ、かつそれによって回折・散乱された光を後述の受光手段が受光できるような位置に配置されればよい。図１ではエアロゾル流２２に対してレーザー４１が垂直に交差するようにレーザー照射機３１を配置しているが、斜めに交差するように配置してもよい。ただし、粒子速度の測定を伴う場合には斜めに交差する必要がある。   A laser irradiator 31 serving as laser emitting means is disposed outside the chamber 20 for the purpose of measuring the particle concentration of the aerosol flow 22. The laser irradiator 31 may be disposed at a position where the aerosol 41 can be irradiated with the laser 41 emitted from the laser irradiator 31 and the light receiving means described below can receive the light diffracted and scattered by the aerosol. In FIG. 1, the laser irradiator 31 is arranged so that the laser 41 intersects the aerosol flow 22 perpendicularly, but may be arranged so as to intersect obliquely. However, when accompanied by measurement of particle velocity, it is necessary to cross diagonally.

レーザー照射機３１は、内部に、例えば半導体レーザー素子によって構成されるレーザー発光素子３１ａを有し、外面にレーザー発出面３１ｂを有する。   The laser irradiator 31 has a laser light emitting element 31a formed of, for example, a semiconductor laser element inside, and a laser emitting surface 31b on the outer surface.

レーザー照射機３１はエアロゾル流２２にレーザー４１を照射するが、そのレーザー光路上には、チャンバ２０の壁面が存在する。当該壁面がレーザーの通過を妨害しないよう、チャンバ２０の壁面のうち少なくともレーザー光路上に位置する部分は透光性部材５１によって構成されている。透光性部材５１は図１のようにチャンバ２０の壁面においてレーザー４１を通過させるための透過窓として設けられたものであってもよいし、チャンバ２０の壁面全体が透光性部材によって構成されていてもよい。本形態では透光性部材５１として透過窓が形成されている。透光性部材としては、レーザーが透過する性質を有するものであればよく、ガラス、樹脂等からシート状に成形されたものを用いることができる。   The laser irradiator 31 irradiates the aerosol flow 22 with the laser 41, and the wall surface of the chamber 20 exists on the laser light path. In order to prevent the wall surface from obstructing the passage of the laser, at least a portion of the wall surface of the chamber 20 located on the laser light path is constituted by a translucent member 51. The translucent member 51 may be provided as a transmission window for allowing the laser 41 to pass through the wall surface of the chamber 20 as shown in FIG. 1, or the entire wall surface of the chamber 20 is configured by the translucent member. It may be. In this embodiment, a transmissive window is formed as the translucent member 51. As the translucent member, any member having a property of transmitting laser can be used, and a member formed into a sheet shape from glass, resin, or the like can be used.

図２は、透光性部材（透過窓）５１近傍を示す拡大断面図である。透光性部材５１の、チャンバ２０の内部にある面は、透光性の光熱変換手段たる光熱変換材料製のシート（以下、光熱変換シートと言う）５２によって被覆されている。当該光熱変換シート５２は、少なくともレーザー光路上に位置する部分を被覆するように設けられており、色材と色材を分散させるために色材を溶解させた無色透明のバインダ材料から構成される。前記色材はその吸収ピークをレーザー光の波長領域と一致させることが発熱効率の面で望ましく、顔料系の色材はレーザー光を散乱させやすいため、染料系の色材の方が望ましい。前記バインダ材料は、ガラス、ポリスチレン、低密度ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアセタールなどの無色透明なものが望ましい。そして、光熱変換シート５２は、透光性の接着剤や粘着テープ等を用いて壁面に貼付することによって設けてもよいし、光熱変換シート５２自体が粘着性を有する場合にはこれを直接、壁面に貼付したりすることによって設けてもよいし、色材が溶解した溶融状態のバインダ材を壁面に塗布し乾燥することによって設けてもよい。具体的には、レーザー照射機３１が波長６３３ｎｍのレーザーを発出するヘリウムネオンガスレーザである場合において、溶剤として酢酸エチル７０ｇを用い、これに色材であるアシッドブルー９を０．１ｇ、バインダ材であるポリエステル樹脂（ユニチカ：UE−３６００）を３０ｇ溶融させて、色材をバインダ材に分散させ、これをシート状に塗付し溶剤を揮発させることで形成する。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a translucent member (transmission window) 51. The surface of the translucent member 51 inside the chamber 20 is covered with a sheet (hereinafter referred to as a photothermal conversion sheet) 52 made of a photothermal conversion material, which is a translucent photothermal conversion means. The photothermal conversion sheet 52 is provided so as to cover at least a portion located on the laser optical path, and is composed of a colorless and transparent binder material in which the color material is dissolved in order to disperse the color material. . The colorant preferably has its absorption peak coincident with the wavelength region of the laser light in terms of heat generation efficiency, and the pigment-based colorant is preferably a dye-based colorant because it easily scatters the laser light. The binder material is preferably colorless and transparent such as glass, polystyrene, low density polyethylene, polycarbonate, polypropylene, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyamide, polyacetal. And the light-to-heat conversion sheet 52 may be provided by sticking to a wall surface using a translucent adhesive, an adhesive tape or the like, or when the light-to-heat conversion sheet 52 itself has adhesiveness, You may provide by sticking to a wall surface, and you may provide by apply | coating to a wall surface the molten binder material which the color material melt | dissolved, and drying. Specifically, when the laser irradiator 31 is a helium neon gas laser that emits a laser beam having a wavelength of 633 nm, 70 g of ethyl acetate is used as a solvent, and 0.1 g of acid blue 9 as a coloring material is used as a binder material. It is formed by melting 30 g of a certain polyester resin (Unitika: UE-3600), dispersing the color material in the binder material, applying it in a sheet form, and volatilizing the solvent.

本発明は熱泳動現象を利用してレーザー通過面への浮遊材料粒子の付着を防止するものであるので、レーザー４１が光熱変換シート５２を通過することによる光熱変換シート５２の温度上昇は高くなるほど好ましい。具体的には、光熱変換シート５２の温度がレーザー通過によって、周囲温度よりも２０〜３０℃以上高くなることが好ましく、５０℃以上高くなることがより好ましい。光熱変換シート５２の上昇温度は、レーザー４１の強度及び波長や、光熱変換シート５２の種類及び厚み等の調整によって容易に制御することが可能である。ただし、光熱変換シート５２を通過したレーザー４１の強度が粒子濃度の測定が不能となる程度まで劣化しないよう、レーザー照射機３１からの発出を制御する必要がある。   Since the present invention uses the thermophoresis phenomenon to prevent floating material particles from adhering to the laser passage surface, the temperature rise of the photothermal conversion sheet 52 due to the laser 41 passing through the photothermal conversion sheet 52 increases. preferable. Specifically, the temperature of the photothermal conversion sheet 52 is preferably higher by 20 to 30 ° C. than the ambient temperature by laser passage, and more preferably higher by 50 ° C. or more. The rising temperature of the photothermal conversion sheet 52 can be easily controlled by adjusting the intensity and wavelength of the laser 41, the type and thickness of the photothermal conversion sheet 52, and the like. However, it is necessary to control the emission from the laser irradiator 31 so that the intensity of the laser 41 that has passed through the photothermal conversion sheet 52 does not deteriorate to such an extent that measurement of the particle concentration becomes impossible.

図１、図２では、光熱変換シート５２をチャンバ２０の内部に配置している状態を示しているが、本実施形態ではチャンバ２０の壁面内側のレーザー通過面が加熱されれば効果を達成できるので、透光性部材５１が伝熱性を有する場合には、光熱変換シート５２はチャンバ２０の外側壁面を被覆するように配置してもよい。さらに、光熱変換シート５２を別途設けるのではなく、透光性部材５１そのものを、光熱変換機能を有する透光性材料で形成してもよい。   1 and 2 show a state in which the photothermal conversion sheet 52 is disposed inside the chamber 20, but in this embodiment, the effect can be achieved if the laser passage surface inside the wall surface of the chamber 20 is heated. Therefore, when the translucent member 51 has heat conductivity, the photothermal conversion sheet 52 may be disposed so as to cover the outer wall surface of the chamber 20. Furthermore, instead of separately providing the light-heat conversion sheet 52, the light-transmitting member 51 itself may be formed of a light-transmitting material having a light-heat conversion function.

レーザー発光素子３１ａが放出したレーザー４１は、レーザー発出面３１ｂを通過することでレーザー照射機３１から発出され、さらに、チャンバ２０の壁面を構成する透光性部材５１、及びその表面に設けられた光熱変換シート５２を通過してチャンバ２０の内部に進入し、そのまま直進してエアロゾル流２２を照射する。レーザー４１が光熱変換シート５２を通過する際、光熱変換シート５２は、これを通過するレーザーの一部を熱に変換して熱を発生させることになる。   The laser 41 emitted from the laser light emitting element 31a is emitted from the laser irradiator 31 by passing through the laser emitting surface 31b, and is further provided on the surface of the translucent member 51 constituting the wall surface of the chamber 20 and the surface thereof. The light passes through the photothermal conversion sheet 52 and enters the chamber 20, and advances straight as it is to irradiate the aerosol flow 22. When the laser 41 passes through the light-to-heat conversion sheet 52, the light-to-heat conversion sheet 52 converts a part of the laser passing through it to heat and generates heat.

光熱変換シート５２のレーザー通過面はレーザーの通過によって熱を帯びることになるので、熱泳動現象のために、チャンバ２０の内部に浮遊している材料粒子は、光熱変換シート５２のレーザー通過面の近傍に近寄り難くなり、結果として光熱変換シート５２のレーザー通過面に接触することがなくなる。このため、エアロゾル流２２に実際に照射されるレーザー４１の強度が、レーザー通過面に対する浮遊材料粒子の付着によって、成膜の進行に伴い経時的に低下していくのを回避することができる。本発明では、レーザーを発出している全時間を通じて、特別の装置を設けることなく、レーザー通過面への浮遊材料粒子の付着を防止できるので、きわめて効率が良い。   Since the laser passage surface of the photothermal conversion sheet 52 is heated by the passage of the laser, the material particles floating inside the chamber 20 are caused to flow on the laser passage surface of the photothermal conversion sheet 52 due to the thermophoresis phenomenon. It becomes difficult to approach the vicinity, and as a result, it does not contact the laser passage surface of the photothermal conversion sheet 52. For this reason, it is possible to avoid the intensity of the laser 41 actually irradiated to the aerosol flow 22 from decreasing with time as the film formation progresses due to the attachment of the floating material particles to the laser passage surface. In the present invention, since the floating material particles can be prevented from adhering to the laser passage surface without providing a special device throughout the entire time when the laser is emitted, the efficiency is extremely high.

本発明におけるレーザーは粒子濃度測定のほか、レーザー通過面への浮遊材料粒子の付着防止をも目的とするものであるから、エアロゾルデポジション法を実施している間は常に、粒子濃度を測定していない時にあっても、レーザーの発出を継続するほうが好ましい。また、エアロゾルデポジション法を開始する（すなわち、チャンバ２０内を減圧にしてエアロゾルを噴射ノズル２１から噴射させる）前に、レーザの発出を開始するほうが、浮遊材料粒子の付着防止には効果的である。   The laser in the present invention is intended not only for particle concentration measurement, but also for preventing floating material particles from adhering to the laser passage surface. Therefore, during the aerosol deposition method, the particle concentration is always measured. Even when it is not, it is preferable to continue emitting laser. In addition, before starting the aerosol deposition method (that is, before depressurizing the inside of the chamber 20 and injecting the aerosol from the injection nozzle 21), it is more effective to prevent adhesion of floating material particles. is there.

光熱変換シート５２によって透過されエアロゾル流２２に照射されたレーザー４１は、エアロゾル流２２中の材料粒子によって回折・散乱される。つまり、エアロゾル流２２を通過した後のレーザーは回折・散乱光４２となるが、回折・散乱光４２は、チャンバ２０の壁面に設けられた回折・散乱光用の透過窓を通過してチャンバ２０の外部に達した後、受光手段３２によって検出される。   The laser 41 transmitted through the photothermal conversion sheet 52 and applied to the aerosol flow 22 is diffracted and scattered by the material particles in the aerosol flow 22. In other words, the laser after passing through the aerosol flow 22 becomes diffracted / scattered light 42, but the diffracted / scattered light 42 passes through the transmission window for diffracted / scattered light provided on the wall surface of the chamber 20. Is detected by the light receiving means 32.

受光手段３２は、チャンバ２０の外側で、レーザー照射機３１が配置された位置とはチャンバ２０を挟んで反対側に設置されている。受光手段３２はレーザー４１の直進方向において回折・散乱光４２を検出するとともに、レーザー４１の直進方向に対して斜めの方向にある少なくとも１箇所で、回折・散乱光４２を検出する。粒子濃度の計測に際しては回折・散乱光の総量の強度を測定することが必要であるから、より正確な粒子濃度の測定を可能とするには、斜め方向での検出地点は、レーザー４１の直進方向からの角度を種々変更して複数設置したほうが好ましい。ただし、回折・散乱光はレーザーの直進方向近傍で検出されるものが大部分を占めており、側方や後方への散乱光の強度は総強度と比較すると無視できる程度のものであるから、これらを受光するための受光手段は設けなくともよい。受光手段３２としては光センサ素子や、カメラ等を用いることができる。   The light receiving means 32 is installed outside the chamber 20 on the opposite side of the chamber 20 from the position where the laser irradiator 31 is disposed. The light receiving means 32 detects the diffracted / scattered light 42 in the straight direction of the laser 41 and also detects the diffracted / scattered light 42 at at least one position that is oblique to the straight direction of the laser 41. When measuring the particle concentration, it is necessary to measure the intensity of the total amount of diffracted / scattered light. Therefore, in order to enable more accurate measurement of the particle concentration, the detection point in the oblique direction is a straight line of the laser 41. It is preferable to install a plurality of devices by changing the angle from the direction. However, most of the diffracted / scattered light is detected in the vicinity of the straight direction of the laser, and the intensity of the scattered light to the side and rear is negligible compared to the total intensity. It is not necessary to provide a light receiving means for receiving these. As the light receiving means 32, an optical sensor element, a camera, or the like can be used.

図１、図２では受光手段３２はチャンバ２０の外部に設置しているが、チャンバ２０の内部に設置してもよい。さらに、エアロゾル流２２通過後の回折・散乱光４２の光路上に位置する透光性部材に浮遊材料粒子が付着することを防止するために、当該透光性部材に、上述のような光熱変換シートを設けてもよいし、また、ヒーター等の加熱手段や、浮遊材料粒子をふき飛ばすためにエアー吐出手段等を設けてもよい。また、当該透光性部材に一度付着した材料粒子を拭き取るために、ワイパー等の電動手段を設けてもよい。   1 and 2, the light receiving means 32 is installed outside the chamber 20, but may be installed inside the chamber 20. Further, in order to prevent the floating material particles from adhering to the translucent member positioned on the optical path of the diffracted / scattered light 42 after passing through the aerosol flow 22, the photothermal conversion as described above is applied to the translucent member. A sheet may be provided, or a heating means such as a heater, an air discharge means or the like may be provided to wipe off floating material particles. In addition, an electric means such as a wiper may be provided in order to wipe off the material particles once attached to the translucent member.

受光手段３２で検出された回折・散乱光の出力は、算出手段３４に伝達される。そこでＡ−Ｄ変換器によってデジタル化された後、複数存在する光強度データが積算され、その積算データが算出される。また、算出手段３４には、あらかじめ、同じ材質の粒子群を分散質とする複数種の既知濃度のエアロゾルについて回折・散乱光の強度を実測して導出した回折・散乱光の強度とエアロゾルの粒子濃度との関係式が記憶されており、当該関係式に、前記積算データを当てはめることによってエアロゾル流２２の粒子濃度が直ちに算出される。   The output of the diffracted / scattered light detected by the light receiving means 32 is transmitted to the calculating means 34. Therefore, after digitization by the A-D converter, a plurality of existing light intensity data are integrated, and the integrated data is calculated. Further, the calculation means 34 previously calculates the intensity of the diffracted / scattered light and the aerosol particles derived by actually measuring the intensities of the diffracted / scattered light with respect to a plurality of types of aerosols having a known concentration of particles of the same material. A relational expression with the concentration is stored, and the particle concentration of the aerosol flow 22 is immediately calculated by applying the integrated data to the relational expression.

本発明ではエアロゾル流２２の粒子濃度をリアルタイムに算出することができるので、エアロゾルデポジション法を実施している最中にあっても、測定された粒子濃度の結果を利用して、形成されるセラミックス薄膜の膜厚の均一化、ひいては品質の向上を図ることができる。具体的には、リアルタイムで測定されたエアロゾル流２２の粒子濃度を、エアロゾル発生部１０内でエアロゾルを発生させる際の条件や、前記ガス補充管によるガス補充量にフィードバックして、エアロゾル流２２の粒子濃度が大きく変動しないように調整することもできるし、また、エアロゾル流２２を基板に吹き付ける際の条件にフィードバックして、エアロゾル２２の粒子濃度の変動による影響を相殺するように調整することもできる。すなわち、エアロゾル発生条件の調整は、例えば、前記巻き上げガスや前記流動ガスの流量の調節、前記超音波加振装置による振動の振動数の調節、エアロゾル発生部１０への材料粒子の補充等により達成することができる。吹き付け条件の調整は、例えば、エアロゾル発生部１０とチャンバ２０との差圧の調節によるエアロゾル流２２の噴射速度の変更、基板２３の移動速度の調節、噴射ノズル２１の射出開口と基板２３間の距離の調節、基板２３に対するエアロゾル流２２の吹き付け角度の調節等により達成することができる。また、リアルタイムで測定されたエアロゾル流２２の粒子濃度に異常が生じた場合には、製造を直ちに中止して製品に何らかの欠陥が生じるのを事前に防止することもできる。   In the present invention, since the particle concentration of the aerosol flow 22 can be calculated in real time, it is formed using the result of the measured particle concentration even during the aerosol deposition method. The thickness of the ceramic thin film can be made uniform, and the quality can be improved. Specifically, the particle concentration of the aerosol flow 22 measured in real time is fed back to the conditions when the aerosol is generated in the aerosol generation unit 10 and the gas replenishment amount by the gas replenishment pipe, so that the aerosol flow 22 It can be adjusted so that the particle concentration does not fluctuate greatly, or it can be fed back to the conditions when the aerosol flow 22 is sprayed onto the substrate so as to cancel the influence of the fluctuation of the particle concentration of the aerosol 22. it can. That is, the adjustment of the aerosol generation conditions is achieved, for example, by adjusting the flow rate of the hoisting gas or the flowing gas, adjusting the vibration frequency by the ultrasonic vibration device, and replenishing the aerosol generating unit 10 with material particles. can do. For example, the spraying conditions are adjusted by changing the spray speed of the aerosol flow 22 by adjusting the differential pressure between the aerosol generator 10 and the chamber 20, adjusting the moving speed of the substrate 23, and between the injection opening of the spray nozzle 21 and the substrate 23. This can be achieved by adjusting the distance, adjusting the spray angle of the aerosol flow 22 on the substrate 23, or the like. In addition, when an abnormality occurs in the particle concentration of the aerosol flow 22 measured in real time, it is possible to immediately stop the production and prevent any defects from occurring in the product in advance.

本発明では、エアロゾル流２２の粒子濃度の測定と並行して、エアロゾル流２２の粒度分布や、流速についても測定できるような構成としてもよい。
（第２実施形態）
以下では本発明の第２実施形態を、図３、図４を参照しつつ具体的に記載する。 In this invention, it is good also as a structure which can also measure the particle size distribution of the aerosol flow 22, and the flow velocity in parallel with the measurement of the particle concentration of the aerosol flow 22.
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 3 and 4.

図３は、本発明の第２実施形態におけるエアロゾルデポジション法を利用した成膜装置を概略的に示している。図４は、レーザー照射機３１の先端部近傍を示す拡大断面図である。   FIG. 3 schematically shows a film forming apparatus using the aerosol deposition method in the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the tip of the laser irradiator 31.

第２実施形態では、レーザー照射機３１がチャンバ２０の内側に配置されるとともに、光熱変換シート５２はレーザー発出面３１ｂを被覆するように配置される。すなわち第２実施形態では、レーザー照射機３１のカバーレンズ３１ｃが、レーザー光路上に位置する透光性部材であり、チャンバ２０の内部に浮遊する材料粒子の付着を防止すべき部材に該当することになる。また、チャンバ２０の壁面には透過窓を設けていない。その他の構成は、図１で示した第１実施形態と同様である。   In 2nd Embodiment, while the laser irradiation machine 31 is arrange | positioned inside the chamber 20, the photothermal conversion sheet 52 is arrange | positioned so that the laser emission surface 31b may be coat | covered. That is, in the second embodiment, the cover lens 31c of the laser irradiator 31 is a translucent member located on the laser optical path, and corresponds to a member that should prevent the adhesion of material particles floating inside the chamber 20. become. In addition, a transmission window is not provided on the wall surface of the chamber 20. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

本形態は、光熱変換シート５２をレーザー照射機３１のレーザー発出面３１ｂの外面に直接設けるという極めて簡便な手法のみで構成することができ、チャンバ２０の外部でのレーザー照射機３１の設置場所を省略できるので成膜装置全体のサイズをコンパクトにすることもできる。   In the present embodiment, the photothermal conversion sheet 52 can be configured only by a very simple method of directly providing the photothermal conversion sheet 52 on the outer surface of the laser emitting surface 31b of the laser irradiator 31. Since it can be omitted, the overall size of the film forming apparatus can be made compact.

この構成によって、レーザー発出面３１ｂに対して浮遊材料粒子が付着するのを防止することができるので、エアロゾル流２２に実際に照射されるレーザー４１の強度が経時的に減少していくのを回避することができる。   With this configuration, it is possible to prevent the floating material particles from adhering to the laser emitting surface 31b, so that the intensity of the laser 41 actually irradiated to the aerosol flow 22 is prevented from decreasing with time. can do.

図２では、光熱変換シート５２がレーザー発出面３１ｂを被覆している状態を示しているが、本実施形態ではレーザー発出面３１ｂが加熱されればよいので、カバーレンズ３１ｃが伝熱性を有する場合には、光熱変換シート５２はカバーレンズ３１ｃの内側面を被覆するように配置してもよい。さらに、光熱変換シート５２を別途設けるのではなく、カバーレンズ３１ｃそのものを、光熱変換機能を有する透光性材料で形成してもよい。
（第３実施形態）
以下では本発明の第３実施形態を、図５、図６を参照しつつ具体的に記載する。 FIG. 2 shows a state in which the photothermal conversion sheet 52 covers the laser emission surface 31b. However, in the present embodiment, the laser emission surface 31b only needs to be heated, and thus the cover lens 31c has heat conductivity. Alternatively, the photothermal conversion sheet 52 may be disposed so as to cover the inner surface of the cover lens 31c. Further, instead of separately providing the photothermal conversion sheet 52, the cover lens 31c itself may be formed of a translucent material having a photothermal conversion function.
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 5 and 6.

図５は、本発明の第３実施形態におけるエアロゾルデポジション法を利用した成膜装置を概略的に示している。図６は、レーザー照射機３１の先端部近傍を示す拡大断面図である。   FIG. 5 schematically shows a film forming apparatus using the aerosol deposition method in the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the tip of the laser irradiator 31.

第３実施形態では、第２実施形態と同様にレーザー照射機３１がチャンバ２０の内側に配置されているが、レーザー発出面３１ｂを含むレーザー照射機３１の頭部を取り囲むように、透光性の遮蔽部材５３が設置されている。遮蔽部材５３は、レーザーが透過する性質を有するものであればよく、ガラス、樹脂等から成形されたものを用いることができる。遮蔽部材５３は、材料粒子が浮遊しているチャンバ２０内の雰囲気とレーザー発出面３１ｂ周囲の雰囲気とを区分し、浮遊材料粒子が、遮蔽部材５３によって囲まれたレーザー発出面３１ｂ周囲の雰囲気内に侵入しないように、レーザー照射機３１の頭部に嵌合してその周囲を密封できるような形状に成形されている。これを設けることによって、チャンバ２０内の浮遊材料粒子がレーザー発出面３１ｂに付着するのを阻止することができ、かつ微細な浮遊材料粒子がレーザー照射機３１の内部に入り込んで正常な作動を阻害するのを防止することができる。   In the third embodiment, the laser irradiator 31 is arranged inside the chamber 20 as in the second embodiment. However, the laser irradiator 31 is disposed so as to surround the head of the laser irradiator 31 including the laser emitting surface 31b. The shielding member 53 is installed. The shielding member 53 may be any member as long as it has a property of transmitting a laser, and a member molded from glass, resin, or the like can be used. The shielding member 53 divides the atmosphere in the chamber 20 in which the material particles are floating and the atmosphere around the laser emitting surface 31 b, and the floating material particles are in the atmosphere around the laser emitting surface 31 b surrounded by the shielding member 53. In order to prevent intrusion into the laser beam, it is formed into a shape that can be fitted into the head of the laser irradiator 31 and sealed around the head. By providing this, it is possible to prevent the floating material particles in the chamber 20 from adhering to the laser emitting surface 31b, and the fine floating material particles enter the inside of the laser irradiator 31 and inhibit normal operation. Can be prevented.

また、遮蔽部材５３は、図５、図６のようにレーザー発出面３１ｂを含むレーザー照射機３１の頭部のみを取り囲むように構成するのではなく、レーザー照射機３１全体を取り囲むように構成してもよい。   Further, the shielding member 53 is configured not to surround only the head of the laser irradiator 31 including the laser emitting surface 31b as shown in FIGS. 5 and 6, but to surround the entire laser irradiator 31. May be.

さらに、光熱変換シート５２が、遮蔽部材５３の外面（チャンバ２０内の、材料粒子が浮遊している雰囲気中に位置している面）のうち少なくともレーザーが通過する面を被覆するように配置される。その他の構成は、図３、図４で示した第２実施形態と同様である。この構成によって、遮蔽部材５３のレーザー通過面に浮遊材料粒子が付着するのを防止することができ、エアロゾル流２２に実際に照射されるレーザー４１の強度が経時的に減少していくのを回避することができる。   Furthermore, the photothermal conversion sheet 52 is arranged so as to cover at least the surface through which the laser passes among the outer surface of the shielding member 53 (the surface in the chamber 20 located in the atmosphere where the material particles are floating). The Other configurations are the same as those of the second embodiment shown in FIGS. With this configuration, it is possible to prevent the floating material particles from adhering to the laser passage surface of the shielding member 53, and to avoid the intensity of the laser 41 actually irradiated to the aerosol flow 22 from decreasing with time. can do.

図５、図６では、光熱変換シート５２が遮蔽部材５３の外面を被覆している状態を示しているが、本実施形態では遮蔽部材５３の外面側が加熱されればよいので、遮蔽部材５３を構成する部材が伝熱性を有する場合には、光熱変換シート５２が遮蔽部材５３の内面を被覆するように配置してもよい。さらに、光熱変換シート５２を別途設けるのではなく、遮蔽部材５３を構成する部材そのものを、光熱変換機能を有する透光性材料で形成してもよい。   5 and 6 show a state in which the photothermal conversion sheet 52 covers the outer surface of the shielding member 53. However, in this embodiment, the outer surface side of the shielding member 53 only needs to be heated. When the member to comprise has heat conductivity, you may arrange | position so that the photothermal conversion sheet 52 may coat | cover the inner surface of the shielding member 53. FIG. Furthermore, instead of separately providing the photothermal conversion sheet 52, the member itself constituting the shielding member 53 may be formed of a translucent material having a photothermal conversion function.

本発明の第１実施形態による成膜装置の概略図Schematic of the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図１における透光性部材５１近傍を示す拡大断面図FIG. 1 is an enlarged sectional view showing the vicinity of a translucent member 51 in FIG. 本発明の第２実施形態による成膜装置の概略図Schematic of the film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図３におけるレーザー照射機３１の先端部近傍を示す拡大断面図FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the tip of the laser irradiator 31 本発明の第３実施形態による成膜装置の概略図Schematic of a film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention. 図５におけるレーザー照射機３１の先端部近傍を示す拡大断面図Enlarged sectional view showing the vicinity of the tip of the laser irradiation machine 31 in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ エアロゾル発生部
１１ エアロゾル供給管
２０ チャンバ
２１ 噴射ノズル
２２ エアロゾル流
２３ 基板
２４ 基板ホルダー
２５ 基板ホルダー移動機構
３１ レーザー照射機
３１ａ レーザー発光素子
３１ｂ レーザー発出面
３１ｃ カバーレンズ
３２ 受光手段
３４ 算出手段
４１ レーザー発光素子３１ａからエアロゾル流２２に至るまでのレーザー
４２ 回折・散乱光
５１ 透光性部材
５２ 光熱変換シート
５３ 遮蔽部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Aerosol generating part 11 Aerosol supply pipe 20 Chamber 21 Injection nozzle 22 Aerosol flow 23 Substrate 24 Substrate holder 25 Substrate holder moving mechanism 31 Laser irradiation machine 31a Laser light emitting element 31b Laser emitting surface 31c Cover lens 32 Light receiving means 34 Calculation means 41 Laser light emission Laser 42 from element 31a to aerosol flow 22 Diffracted / scattered light 51 Translucent member 52 Photothermal conversion sheet 53 Shielding member

Claims (5)

キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部と、
前記エアロゾル発生部に接続されて前記エアロゾルをエアロゾル流として被処理物に吹き付ける噴射ノズルと、
前記噴射ノズル及び前記被処理物が内部に配置されるチャンバと、
レーザー発光素子を有し、前記噴射ノズルが噴射したエアロゾル流に向けてレーザーを発出するレーザー発出手段と、
前記レーザー発出手段によって発出されたレーザーを受光する受光手段と、
前記受光手段が受光したレーザーの強度に基づいて、前記エアロゾル流の粒子濃度を算出する算出手段と、を備えた成膜装置であって、
さらに、前記レーザー発光素子から前記エアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置する透光性部材を備え、
前記透光性部材の、前記チャンバ内に浮遊する材料粒子が付着し得る面に対して、透光性の光熱変換手段を設けたことを特徴とする、成膜装置。 An aerosol generator for generating aerosol by dispersing material particles in a carrier gas;
An injection nozzle connected to the aerosol generating unit and spraying the aerosol on a workpiece as an aerosol flow;
A chamber in which the spray nozzle and the workpiece are disposed;
A laser emitting means having a laser light emitting element and emitting a laser toward the aerosol flow ejected by the ejection nozzle;
A light receiving means for receiving the laser emitted by the laser emitting means;
A calculation unit that calculates a particle concentration of the aerosol flow based on the intensity of the laser received by the light receiving unit;
Furthermore, a translucent member located on the laser light path from the laser light emitting element to the aerosol flow,
A film forming apparatus, wherein a translucent photothermal conversion means is provided on a surface of the translucent member to which material particles floating in the chamber can adhere. 前記レーザー発出手段のレーザーを発出するレーザー発出面が、前記チャンバの外部に配置され、
前記透光性部材が、前記チャンバの壁面の、前記レーザー光路上に位置する部分を構成する部材である、請求項１記載の成膜装置。 A laser emitting surface for emitting a laser of the laser emitting means is disposed outside the chamber;
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the translucent member is a member constituting a portion of the wall surface of the chamber located on the laser light path. 前記レーザー発出手段のレーザーを発出するレーザー発出面が、前記チャンバの内部に配置され、
前記透光性部材が、前記レーザー発出面を構成する部材である、請求項１記載の成膜装置。 A laser emitting surface for emitting a laser of the laser emitting means is disposed inside the chamber;
The film-forming apparatus of Claim 1 whose said translucent member is a member which comprises the said laser emission surface. 前記レーザー発出手段のレーザーを発出するレーザー発出面が、前記チャンバの内部に配置され、
前記透光性部材が、前記レーザー発出面を覆う透光性の遮蔽部材である、請求項１記載の成膜装置。 A laser emitting surface for emitting a laser of the laser emitting means is disposed inside the chamber;
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the translucent member is a translucent shielding member that covers the laser emitting surface. キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生工程と、
発生したエアロゾルを、チャンバの内部に配置された噴射ノズルからエアロゾル流として噴出させて、前記チャンバの内部に配置された被処理物に吹き付けることにより、前記材料粒子の膜を前記被処理物上に形成する膜形成工程と、
前記噴射ノズルから噴射された前記エアロゾル流に向けて、レーザー発光素子を有するレーザー発出手段によってレーザーを発出する発出工程と、
前記発出工程において発出されたレーザーを受光する受光工程と、
前記受光工程において受光されたレーザーの強度に基づいて、前記エアロゾル流の粒子濃度を算出する算出工程と、を含む成膜方法であって、
前記レーザー発光素子から前記エアロゾル流に至るまでのレーザー光路上に位置する透光性部材の、前記チャンバ内に浮遊する材料粒子が付着し得る面に対して、透光性の光熱変換手段を設け、この光熱変換手段を通過するレーザーの一部を熱に変換して熱を発生させることによって、前記透光性部材におけるレーザー通過面への前記材料粒子の付着を防止することを特徴とする、成膜方法。 An aerosol generating step of generating aerosol by dispersing material particles in a carrier gas;
The generated aerosol is ejected as an aerosol flow from an injection nozzle disposed inside the chamber, and sprayed onto the object to be processed disposed inside the chamber, whereby the film of the material particles is applied onto the object to be processed. A film forming step to be formed;
An emitting step of emitting a laser by a laser emitting means having a laser emitting element toward the aerosol flow injected from the injection nozzle;
A light receiving step for receiving the laser emitted in the emitting step;
A calculation step of calculating the particle concentration of the aerosol flow based on the intensity of the laser received in the light receiving step,
A translucent photothermal conversion means is provided on the surface of the translucent member positioned on the laser beam path from the laser light emitting element to the aerosol flow to which material particles floating in the chamber can adhere. The material particles are prevented from adhering to the laser passage surface of the translucent member by generating heat by converting a part of the laser that passes through the photothermal conversion means into heat. Film forming method.

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