JP6094344B2 - Aerosol deposition apparatus and aerosol deposition method - Google Patents
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Description
本発明は、エアロゾルデポジション装置及びエアロゾルデポジション法に関する。 The present invention relates to an aerosol deposition apparatus and an aerosol deposition method.
従来、エアロゾルデポジション法を用いた成膜が行われている。 Conventionally, film formation using an aerosol deposition method has been performed.
エアロゾルデポジション法は、エアロゾル状態の材料粒子をノズルから成膜基板へ向けて噴射する。ノズルから噴射された材料粒子は、成膜基板へ衝突する。この衝突の時に、材料粒子の持つ運動エネルギーが成膜エネルギーに変えられて、基板-粒子間及び粒子間の結合を実現して、材料粒子による膜が形成される。 In the aerosol deposition method, material particles in an aerosol state are ejected from a nozzle toward a film formation substrate. The material particles ejected from the nozzle collide with the film formation substrate. At the time of this collision, the kinetic energy of the material particles is changed to the film formation energy, and the bonding between the substrate and the particles and between the particles is realized, and a film made of the material particles is formed.
エアロゾルデポジション法では、室温において、セラミックス、金属又はこれらの複合体の成膜を行うことができる。 In the aerosol deposition method, a ceramic, a metal, or a composite thereof can be formed at room temperature.
一方、従来のセラミックスの成膜では、高温の焼成処理が行われていた。 On the other hand, in conventional ceramic film formation, a high-temperature firing process has been performed.
エアロゾルデポジション法では、このような高温の焼成処理を行わずにセラミックスの膜を形成することができるので、他の材料を高温にさらすことを防ぐと共に、製造工程を簡略にできる。 In the aerosol deposition method, a ceramic film can be formed without performing such a high-temperature baking treatment, so that other materials can be prevented from being exposed to a high temperature and the manufacturing process can be simplified.
このような利点を有するエアロゾルデポジション法であるが、従来のエアロゾルデポジション法では、成膜されない粒子が多いため、成膜速度が速くないという問題があった。 Although the aerosol deposition method has such advantages, the conventional aerosol deposition method has a problem that the film formation rate is not high because there are many particles that are not formed.
そこで、本明細書では、成膜速度の速いエアロゾルデポジション装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present specification is to provide an aerosol deposition apparatus having a high film formation rate.
また、本明細書では、成膜速度の速いエアロゾルデポジション法を提供することを目的とする。 Another object of the present specification is to provide an aerosol deposition method having a high film formation rate.
本明細書に開示するエアロゾルデポジション装置の一形態によれば、成膜基板を保持する基板保持部及び成膜ノズルを有する成膜室と、上記成膜ノズルにエアロゾル状態の材料粒子を供給するエアロゾル発生部と、上記エアロゾル発生部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、上記成膜ノズル側に向いた第1面と、上記基板保持部側に向いた第2面と、上記第1面から上記第2面に向かって貫通する貫通孔を有し、上記成膜ノズルと上記基板保持部との間に配置される電気絶縁性の帯電板と、を備える。 According to one embodiment of the aerosol deposition apparatus disclosed in this specification, a substrate holding unit that holds a deposition substrate, a deposition chamber having a deposition nozzle, and aerosol material particles are supplied to the deposition nozzle. An aerosol generation unit, a carrier gas supply unit for supplying a carrier gas to the aerosol generation unit, a first surface facing the film forming nozzle, a second surface facing the substrate holding unit, and the first An electrically insulating charging plate having a through-hole penetrating from the surface toward the second surface and disposed between the film forming nozzle and the substrate holding portion.
また、本明細書に開示するエアロゾルデポジション法の一形態によれば、成膜ノズルから、エアロゾル状態の材料粒子を噴射する第1工程と、噴射した材料粒子を、成膜ノズル側の第1面から上記第1面とは反対側の第2面に向かって貫通する貫通孔を有する電気絶縁性の帯電板の貫通孔を通過させて、材料粒子を帯電させる第2工程と、帯電した材料粒子を、成膜基板上に堆積させて成膜する第3工程と、を備える。 Further, according to one form of the aerosol deposition method disclosed in the present specification, the first step of injecting the aerosol state material particles from the deposition nozzle, and the ejected material particles on the deposition nozzle side of the first step. A second step of charging material particles by passing through a through hole of an electrically insulating charging plate having a through hole penetrating from the surface toward the second surface opposite to the first surface; and charged material And a third step of depositing particles on a deposition substrate to form a film.
上述した本明細書に開示するエアロゾルデポジション装置の一形態によれば、成膜速度が速い。 According to one embodiment of the aerosol deposition apparatus disclosed in the present specification described above, the film forming speed is high.
また、上述した本明細書に開示するエアロゾルデポジション法の一形態によれば、成膜速度が速い。 In addition, according to one embodiment of the aerosol deposition method disclosed in the present specification, the film formation rate is high.
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。 The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.
以下、本明細書で開示するエアロゾルデポジション装置の好ましい第1実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。 Hereinafter, a preferred first embodiment of an aerosol deposition apparatus disclosed in the present specification will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図1は、本明細書に開示するエアロゾルデポジション装置の第1実施形態を示す図である。図2(A)は、第1実施形態のエアロゾルデポジション装置の帯電板を示す断面図であり、図2(B)は、帯電板の貫通孔を示す平面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an aerosol deposition apparatus disclosed in this specification. FIG. 2A is a cross-sectional view showing a charging plate of the aerosol deposition apparatus of the first embodiment, and FIG. 2B is a plan view showing through holes of the charging plate.
本実施形態のエアロゾルデポジション装置10(以下、単に装置10ともいう)は、エアロゾルデポジション法を用いて、成膜基板上に材料粒子を成膜する装置である。 The aerosol deposition apparatus 10 (hereinafter also simply referred to as the apparatus 10) of the present embodiment is an apparatus that forms material particles on a film formation substrate using an aerosol deposition method.
装置10は、成膜室11と、エアロゾル発生部12と、キャリアガス供給部13と、減圧部18と、帯電板14を備える。
The
成膜室11は、成膜基板20を保持する基板保持部(別名「XYステージ」)11b及び成膜ノズル11aを有する。基板保持部(別名「XYステージ」)11bは、成膜基板20を保持する保持面を有しており、成膜基板20はこの保持面上に保持される。
The
また、成膜室11は、基板保持部11b(別名「XYステージ」)を水平方向又は垂直方向に移動させる駆動部15を有する。駆動部15は、支柱11cを介して基板保持部11b(別名「XYステージ」)と接続される。成膜基板20は、駆動部15によって駆動される基板保持部(別名「XYステージ」)11bと共に移動しながら成膜される。
In addition, the
キャリアガス供給部13は、エアロゾル発生部12にキャリアガスを供給する。キャリアガス供給部13は、酸素ガス又は窒素ガス等のキャリアガスを供給するキャリアガスタンクを有する。キャリアガス供給部13は、流量計17を備えた配管19bを介してエアロゾル発生部12と接続される。
The carrier
エアロゾル発生部12は、成膜ノズル11aにエアロゾル状態の材料粒子を供給する。エアロゾル発生部12は、材料粒子Mを収容する容器を振動させる超音波振動部12aを有する。エアロゾル発生部12は、配管19aを介して成膜ノズル11aと接続される。
The
減圧部18は、メカニカルブースタポンプ18b及び真空ポンプ18aを有する。成膜室11は、メカニカルブースタポンプ18bを介して真空ポンプ18aと接続される。また、エアロゾル発生部12も、配管19cを介して、メカニカルブースタポンプ18b及び真空ポンプ18aと接続される。
The
成膜に使用される材料粒子としては、特に制限はなく、電気絶縁体、導電体又はこれらの混合物を用いることができる。 The material particles used for film formation are not particularly limited, and an electrical insulator, a conductor, or a mixture thereof can be used.
成膜基板としては、特に制限はなく、電気絶縁体又は導電体を用いることができるが、荷電した材料粒子の電荷を速やかに放電させる観点から、導電体を用いることが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a film-forming board | substrate, Although an electrical insulator or a conductor can be used, it is preferable to use a conductor from a viewpoint of discharging the electric charge of the charged material particle rapidly.
帯電板14は、電気絶縁性であり、成膜ノズル11aと基板保持部(別名「XYステージ」)11bとの間に配置される。帯電板14は、成膜ノズル11a側に向いた第1面P1と、基板保持部11b側に向いた第2面P2と、第1面P1から第2面P2に向かって貫通する複数の貫通孔Hを有する(図2(A)参照)。
The
帯電板14は、連結部11dによって基板保持部(別名「XYステージ」)11bと連結される。従って、帯電板14は、駆動部15によって、基板保持部(別名「XYステージ」)11bに保持される成膜基板20と共に駆動される。
The
具体的には、駆動部15が、基板保持部(別名「XYステージ」)11bを水平方向に、即ち、貫通孔Hが帯電板14を貫通する方向と交差又は直交する向きに駆動することにより、帯電板15も成膜基板20と共に水平方向に移動する。
Specifically, the
成膜ノズル11aから噴射されたエアロゾル状態の材料粒子Zは、帯電板14の貫通孔Hを通過する間に、貫通孔Hの内壁と衝突して、摩擦帯電と同様の電荷移行により帯電する。そして、荷電した材料粒子は、成膜基板20に向かって衝突する。
The aerosol-state material particles Z ejected from the
帯電板14は、電気絶縁性の材料を用いて形成される。帯電板14を形成する材料としては、複数の貫通孔Hが形成された状態で所定の機械的強度を有するものであれば、特に制限されない。帯電板14の形成材料として、例えば、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウム等を用いても良い。
The
また、装置10は、成膜基板20を帯電させる電荷発生部16を備える。電荷発生部16は、帯電板20の貫通孔Hを通過した材料粒子が帯電する極性とは反対の極性に、成膜基板20を帯電させる。帯電板14の貫通孔Hを通過し、第1の極性(例えば正の極性)に荷電した材料粒子は、第2の極性(例えば負の極性)に帯電した成膜基板20に対して、静電引力により引きつけられて衝突し膜が形成される。
In addition, the
電荷発生部16は、例えば、ナイロン樹脂とフッ素樹脂を、しゅう動させることにより、正の極性及び負の極性の電荷を発生することができる。この場合、ナイロン樹脂から正の極性を取り出すことでき、フッ素樹脂から負の極性を取り出すことできる。また,電荷発生部16は電圧計を用いることも可能である。
The
成膜する際には、成膜室11内を減圧部18で減圧にした後、材料粒子Mを収容したエアロゾル発生部12の容器を超音波振動部12aで振動させながら、キャリアガス供給部13よりエアロゾル発生部12の容器内にキャリアガスを送り込んでエアロゾルZを発生させる。
When forming a film, the inside of the
発生したエアロゾルZは、配管19aを介して成膜ノズル11aに搬送され、成膜ノズル11aから、駆動部15により貫通孔Hが帯電板14を貫通する方向と交差又は直交する向きに駆動される帯電板14に向けて噴射される。噴射されたエアロゾルZ中の材料粒子は、貫通孔Hを通過する際に貫通孔Hの内壁と衝突することにより帯電する。そして、第1の極性に荷電した材料粒子は、第2の極性に帯電した成膜基板20に引き寄せられて衝突し、膜状に堆積する。
The generated aerosol Z is conveyed to the
次に、帯電板14について、更に以下に詳述する。
Next, the charging
帯電板14の貫通孔Hは曲がっていることが、貫通孔Hを通過する材料粒子を内壁と衝突させて材料粒子の帯電を促進する観点から好ましい。この場合、貫通孔Hは、角を有した曲がりよりも、角を有さない湾曲した形状を有することが、材料粒子による貫通孔Hの閉塞を防止する上で好ましい。
It is preferable that the through hole H of the charging
図2(A)に示すように、本実施形態の装置10では、貫通孔Hは、螺旋形状を有する。
As shown in FIG. 2A, in the
貫通孔Hは、帯電板14を第1面P1から第2面P2に向かって螺旋状に貫通する。貫通孔Hは、多くの曲がった部分を有するので、貫通孔Hを通過する材料粒子と内壁との間の衝突回数を増加して材料粒子の帯電を促進する。
The through hole H penetrates the charging
装置10では、貫通孔Hの断面形状は円形である。貫通孔Hの直径L3としては、材料粒子の体積平均粒子径に対して、20倍〜2000倍の範囲にあることが、材料粒子の帯電を促進すると共に貫通孔Hの閉塞を防止する観点から好ましい。なお、材料粒子が不定形である場合には、材料粒子の径は、材料粒子の体積平均粒子径を直径として有する球の半径として扱うことができる。
In the
貫通孔Hの直径L3は、螺旋の外径L1と内径L2との差で表される。貫通孔Hは、例えば、外径L1と内径L2で規定される螺旋形状を有するドリルを用いて電気絶縁性の板に孔を開けることにより形成される。 The diameter L3 of the through hole H is represented by the difference between the outer diameter L1 and the inner diameter L2 of the spiral. The through hole H is formed, for example, by opening a hole in an electrically insulating plate using a drill having a spiral shape defined by an outer diameter L1 and an inner diameter L2.
隣接する貫通孔H同士の間の距離L4は、適宜設定され得る。例えば、距離L4は、0.1mmから1mmというようにしても良い。 The distance L4 between the adjacent through holes H can be set as appropriate. For example, the distance L4 may be 0.1 mm to 1 mm.
貫通孔Hの螺旋の数は、材料粒子の帯電を促進すると共に貫通孔Hの閉塞を防止する観点から、適宜設定され得る。 The number of spirals of the through hole H can be appropriately set from the viewpoint of promoting charging of the material particles and preventing the through hole H from being blocked.
また、帯電板14の厚さも、材料粒子の帯電を促進すると共に貫通孔Hの閉塞を防止する観点から、適宜設定され得る。
The thickness of the charging
帯電板14は、具体的には、成膜ノズル11aと、基板保持部(別名「XYステージ」)11b上に保持される成膜基板20との間に配置されるが、成膜ノズル11aと接触するように配置しても良い。
Specifically, the charging
また、成膜ノズル11aを、電荷発生部と同様の装置を用いて、材料粒子が帯電板14によって帯電するのと同じ極性に帯電させても良い。
Further, the
上述した帯電板14は、駆動部15によって駆動されるので、帯電板14の同じ部分に材料粒子が噴射され続けないため、貫通孔Hが閉塞することが防止される。
Since the above-described
帯電板14の貫通孔Hを通過させて、材料粒子を成膜基板20上に堆積させる観点から、成膜ノズル11aから噴射される材料粒子の速度は、30〜100m/秒の範囲にすることが好ましい。
From the viewpoint of passing the through holes H of the charging
図3は、第1実施形態のエアロゾルデポジション装置の帯電板の貫通孔の径と、閉塞性及び静電気力との関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the diameter of the through hole of the charging plate of the aerosol deposition apparatus according to the first embodiment, the blocking property, and the electrostatic force.
図3に示す関係は、本実施形態の装置10を用いて、帯電板14により帯電させた材料粒子を成膜基板20上に堆積させて得られた。
The relationship shown in FIG. 3 was obtained by depositing material particles charged by the charging
材料粒子として、体積平均粒子径が0.5μmであるチタン酸バリウムを用いた。材料粒子の前処理として、減圧下において、約130℃×30分の熱処理を行って、水分を除去した。成膜基板20として銅箔を用いた。
As the material particles, barium titanate having a volume average particle diameter of 0.5 μm was used. As a pretreatment of the material particles, a heat treatment was performed at about 130 ° C. for 30 minutes under reduced pressure to remove moisture. A copper foil was used as the
帯電板14の形成材料として、酸化アルミニウムを用いた。貫通孔Hの螺旋の数は6とした。貫通孔Hの直径L3は、図3の横軸に示すように1μm〜10000μmの範囲とした。
Aluminum oxide was used as a material for forming the charging
キャリアガスとして、酸素を用いた。キャリアガス供給部13からのガス流量は、流量計17を用いて10L/分とした。
Oxygen was used as a carrier gas. The gas flow rate from the carrier
図3における左側の縦軸の閉塞性は、帯電板14の貫通孔Hが粒子によって閉塞される程度を示している。この縦軸の閉塞性は、成膜速度が高い程、貫通孔Hの閉塞性が小さく、成膜速度が低い程、貫通孔Hの閉塞性が大きいと判断した。これは、貫通孔Hの閉塞が小さい時には、貫通孔Hを通過する材料粒子の数が多いので成膜速度が高くなり、一方、貫通孔Hの閉塞が大きい時には、貫通孔Hを通過する材料粒子の数が少ないので成膜速度が低くなるためである。
The blockage of the left vertical axis in FIG. 3 indicates the degree to which the through holes H of the charging
図3における右側の縦軸の静電気力は、帯電板14が材料粒子を帯電させる帯電量の度合いを示している。この縦軸の静電気力は、成膜ノズル11aから噴射した材料粒子の内、成膜基板20ではなく、成膜室11の内壁へ付着した粒子の量が多い程、静電気力が小さく、成膜室11の内壁へ付着した粒子の量が少ない程、静電気力が大きいと判断した。
The electrostatic force on the vertical axis on the right side in FIG. 3 indicates the degree of charge with which the charging
図3に示すように、体積平均粒子径が0.5μmである材料粒子を用いた場合、貫通孔の径L3が10〜1000μmの範囲にあることが、良好な閉塞性及び静電気力を兼ね備えている。 As shown in FIG. 3, when material particles having a volume average particle diameter of 0.5 μm are used, the diameter L3 of the through hole is in the range of 10 to 1000 μm, which has both good blockage and electrostatic force. Yes.
従って、貫通孔Hの直径L3としては、上述したように、材料粒子の体積平均粒子径に対して、20倍〜2000倍の範囲にあることが好ましいことが分かる。 Therefore, it can be seen that the diameter L3 of the through hole H is preferably in the range of 20 to 2000 times the volume average particle diameter of the material particles as described above.
上述した本実施形態の装置10によれば、帯電板14によって第1の極性に帯電した材料粒子が、第2の極性に帯電した成膜基板20に引き寄せられて衝突して堆積するので、成膜速度が向上する。
According to the
また、装置10を用いることにより、良好な電気的特性を有するキャパシタを形成することができる。例えば、酸素等のキャリアガスを用い、材料粒子としてチタン酸バリウム等の誘電体粒子を用いることにより、酸化物誘電体セラミックスである膜状のキャパシタを形成できる。
Further, by using the
次に、上述したエアロゾルデポジション装置の第2実施形態を、図4及び図5を参照しながら以下に説明する。第2実施形態について特に説明しない点については、上述の第1実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。 Next, a second embodiment of the above-described aerosol deposition apparatus will be described below with reference to FIGS. For points that are not particularly described in the second embodiment, the description in detail regarding the first embodiment is applied as appropriate. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
図4は、本明細書に開示するエアロゾルデポジション装置の第2実施形態の帯電板を示す断面図である。 FIG. 4 is a sectional view showing a charging plate of the second embodiment of the aerosol deposition apparatus disclosed in this specification.
本実施形態の装置10は、帯電板の部分が異なる他は上述した第1実施形態と同様の構成を有する。
The
装置10は、成膜ノズル11aと基板保持部11b(別名「XYステージ」)との間に、間隔を空けて配置された第1帯電板14aと、第2帯電板14bと、第3帯電板14cを備える。
The
成膜ノズル11a側に配置された第1帯電板14aの貫通孔Haの断面積は、第1帯電板14aよりも基板保持部11b側に配置された第2帯電板14bの貫通孔Hbの断面積よりも大きい。
The cross-sectional area of the through hole Ha of the
また、第2帯電板14bの貫通孔Hbの断面積は、第2帯電板14bよりも基板保持部11b側に配置された第3帯電板14cの貫通孔Hcの断面積よりも大きい。
Further, the cross-sectional area of the through hole Hb of the
このように、3枚の帯電板の貫通孔の断面積は、成膜ノズル11a側から基板保持部11b側に向かって減少している。なお、帯電板の数は、2枚以上であれば、3枚でなくても良い。
Thus, the cross-sectional areas of the through holes of the three charging plates decrease from the
エアロゾル状態の材料粒子は、1次粒子が凝集して、粒径の大きな2次粒子となっているものがある。例えば、体積平均粒子径が0.5μmであっても、数10μm以上の粒径を有する2次粒子が存在する場合がある。このような大きな粒径の材料粒子が膜内に存在すると、膜内に空隙が生じたりして、電気的性質等の膜質に影響を与えるおそれがある。 Some material particles in an aerosol state are secondary particles having a large particle diameter by agglomeration of primary particles. For example, even if the volume average particle diameter is 0.5 μm, secondary particles having a particle diameter of several tens of μm or more may exist. When material particles having such a large particle diameter are present in the film, voids may be generated in the film, which may affect the film quality such as electrical properties.
第1帯電板14aの貫通孔Haよりも径の大きな材料粒子又は粒子凝集体が、貫通孔Haに衝突すると、材料粒子又は粒子凝集体は粉砕されて、小さな粒子へ分解されるか、又は、貫通孔を閉塞することになる。従って、貫通孔Haよりも径の大きな材料粒子又は粒子凝集体が、第1帯電板14aを通過することが防止される。この働きは、第2帯電板14bの貫通孔Hb及び第3帯電板14cの貫通孔Hcについても同様である。
When material particles or particle aggregates larger in diameter than the through holes Ha of the
従って、貫通孔Hcの径以下の径を有する材料粒子が、第3帯電板14cを通過し、成膜基板20に衝突し、成膜基板20に堆積して膜が形成される。
Therefore, material particles having a diameter equal to or smaller than the diameter of the through hole Hc pass through the
このように、本実施形態では、材料粒子を、径の大きな貫通孔から径の小さな貫通孔へ順番に通過させることにより、所定の径以下の粒子を用いて膜を形成することができる。 Thus, in this embodiment, a film can be formed using particles having a predetermined diameter or less by sequentially passing material particles from a through hole having a large diameter to a through hole having a small diameter.
本実施形態の装置10では、各帯電板の貫通孔は、直線状である。各帯電板の貫通孔は、帯電板を第1面P1から第2面P2に向かって直線状に貫通する。ここで、貫通孔の断面積は、貫通孔が帯電板を貫通する方向と直交する向きの面積である。
In the
直線形状の貫通孔を用いる場合、材料粒子を帯電させる能力が、曲がった形状を有する貫通孔よりも低くなる場合があるので、装置10では、3つの帯電板を間隔を開けて配置することにより、材料粒子が貫通孔の内壁と衝突して帯電する機会を増やしている。
When linear through holes are used, the ability to charge material particles may be lower than through holes having a bent shape. Therefore, in the
なお、材料粒子の径が貫通孔の径よりも小さく、貫通孔が閉塞する可能性が低い場合には、上述した第1実施形態と同様に、曲がった形状を有する貫通孔を用いても良い。 In addition, when the diameter of the material particles is smaller than the diameter of the through hole and the possibility that the through hole is blocked is low, a through hole having a bent shape may be used as in the first embodiment described above. .
貫通孔の断面形状は、特に制限されないが、加工が容易である観点からは、例えば、円形又は矩形とすることができる。 The cross-sectional shape of the through hole is not particularly limited, but may be, for example, a circle or a rectangle from the viewpoint of easy processing.
第1帯電板14aの厚さM4は、材料粒子の帯電を促進すると共に貫通孔の閉塞を防止する観点から、適宜設定され得る。第2帯電板14b及び第3帯電板14cの厚さについても、同様の観点から決定され得る。
The thickness M4 of the
図5は、上下の帯電板の貫通孔の配置を示す図である。図5に示す例では、貫通孔の断面は、円形としている。 FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the through holes of the upper and lower charging plates. In the example shown in FIG. 5, the cross section of the through hole is circular.
第1帯電板14aの貫通孔Haの径N1は、第2帯電板14bの貫通孔Hbの径N3よりも大きいことが、分級の効果を高める観点から好ましい。
The diameter N1 of the through hole Ha of the
図5に示すように、平面視して貫通孔Ha内に貫通孔Hbが位置するように、第1帯電板14aを第2帯電板14bに対して配置することが、材料粒子の貫通孔の通過を容易にして成膜速度を高める観点から好ましい。ただし、第1帯電板14aと第2帯電板14bとの間の距離N5(図4参照)を調節して、第1帯電板14aの貫通孔Haを通過した材料粒子が、第2帯電板14bの貫通孔Hbに入れるように移動する時間を確保しても良い。
As shown in FIG. 5, it is possible to dispose the
第1帯電板14aの隣接する貫通孔Ha同士の間の距離N2は、成膜速度又は帯電板の機械的強度等を考慮して適宜決定され得る。例えば、距離N2は、10μmから1000μmというようにしても良い。
The distance N2 between the adjacent through holes Ha of the
上述した第1帯電板14aと第2帯電板14bとの関係に対する説明は、第2帯電板14bと第3帯電板14cとの関係に対しても適宜適用される。
The above description of the relationship between the
上述した本実施形態の装置10によれば、所定の径以下の粒子を用いて膜を形成できるので、膜質を向上できる。また、上述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
According to the
以下、本明細書に開示するエアロゾルデポジション装置について、実施例を用いて更に説明する。ただし、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。 Hereinafter, the aerosol deposition apparatus disclosed in the present specification will be further described using examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
実施例1
図1に示す装置を用いて、成膜を行った。
Example 1
Film formation was performed using the apparatus shown in FIG.
材料粒子として、体積平均粒子径が0.5μmであるチタン酸バリウムを用いた。材料粒子の前処理として、減圧下において、約130℃×30分の熱処理を行って、水分を除去した。成膜基板20として銅箔を用いた。
As the material particles, barium titanate having a volume average particle diameter of 0.5 μm was used. As a pretreatment of the material particles, a heat treatment was performed at about 130 ° C. for 30 minutes under reduced pressure to remove moisture. A copper foil was used as the
帯電板14の形成材料として、酸化アルミニウムを用いた。帯電板14の厚さは、3mmであった。貫通孔Hの螺旋の数は6とした。貫通孔Hの直径L3は、0.2μmとした。螺旋の外径L1は1.1mmであり、内径L2は0.9mmとした。隣接する貫通孔H同士の間の距離L4は、500μmとした。
Aluminum oxide was used as a material for forming the charging
キャリアガスとして、酸素を用いた。キャリアガス供給部13からのガス流量は、流量計17を用いて10L/分とした。
Oxygen was used as a carrier gas. The gas flow rate from the carrier
実施例2
図4に示す装置を用いて、成膜を行った。
Example 2
Film formation was performed using the apparatus shown in FIG.
第1〜3帯電板14a〜14cの形成材料は、酸化アルミニウムであった。第1〜3帯電板14a〜14cの厚さは、2mmとした。帯電板同士の間隔は1mmとした。
The forming material of the first to
第1〜3帯電板14a〜14cの断面形状は、正方形とした。第1帯電板14aの貫通孔Haの正方形の一辺の長さは1mmとした。隣接する貫通孔Ha同士の間の距離は、1mmとした。第2帯電板14bの貫通孔Hbの正方形の一辺の長さは100μmとした。隣接する貫通孔Hb同士の間の距離は、100μmとした。第3帯電板14cの貫通孔Hcの正方形の一辺の長さは10μmとした。隣接する貫通孔Hc同士の間の距離は、10μmとした。
The cross-sectional shapes of the first to
その他は、実施例1と同様にして成膜を行い実施例2とした。 Otherwise, film formation was performed in the same manner as in Example 1 to obtain Example 2.
比較例
図1の装置から帯電板及び帯電部を除いた装置を用いた成膜を行い比較例とした。
Comparative Example Film formation was performed using an apparatus in which the charging plate and the charging unit were removed from the apparatus shown in FIG.
図6は、実施例及び比較例の結果を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the results of Examples and Comparative Examples.
実施例1の成膜速度は、比較例の4倍であり、実施例2の成膜速度は、比較例の4.5倍であった。 The deposition rate of Example 1 was 4 times that of the comparative example, and the deposition rate of Example 2 was 4.5 times that of the comparative example.
また、実施例1の歩留まりは、比較例の3.5倍であり、実施例2の成膜速度は、比較例の4倍であった。 The yield of Example 1 was 3.5 times that of the comparative example, and the film formation rate of Example 2 was 4 times that of the comparative example.
ここで、歩留まりは、以下のようにして求めた。 Here, the yield was obtained as follows.
歩留まりは、成膜前の(基板保持部+成膜基板の質量:x)と成膜後の(基板保持部+成膜基板の質量:y)との差(y−x)と、成膜室の内壁に付着した材料粒子の質量zとの比(y−x)/zを百分率で示した。 The yield is the difference (y−x) between (substrate holding part + film formation substrate mass: x) before film formation and (substrate holding part + film formation substrate mass: y) after film formation. The ratio (yx) / z to the mass z of the material particles adhering to the inner wall of the chamber was shown as a percentage.
本発明では、上述した実施形態のエアロゾルデポジション装置及びエアロゾルデポジション法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。 In the present invention, the aerosol deposition apparatus and the aerosol deposition method of the above-described embodiment can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In addition, the configuration requirements of one embodiment can be applied to other embodiments as appropriate.
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。 All examples and conditional words mentioned herein are intended for educational purposes to help the reader deepen and understand the inventions and concepts contributed by the inventor. All examples and conditional words mentioned herein are to be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanisms in the specification are not related to showing the superiority and inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
10 エアロゾルデポジション装置
11 成膜室
11a 成膜ノズル
11b 基板保持部(別名「XYステージ」)
11c 支柱
11d 連結部
12 エアロゾル発生部
12a 超音波振動部
13 キャリアガス供給部
14、14a、14b、14c 帯電板
P1 第1面
P2 第2面
H、Ha、Hb、Hc 貫通孔
15 駆動部
16 電荷発生部
17 流量計
18 減圧部
18a 真空ポンプ
18b メカニカルブースター
19a、19b、19c 配管
20 成膜基板
M 材料粒子
Z エアロゾル
DESCRIPTION OF
11c Strut
Claims (7)
前記成膜ノズルにエアロゾル状態の材料粒子を供給するエアロゾル発生部と、
前記エアロゾル発生部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、
前記成膜ノズル側に向いた第1面と、前記基板保持部側に向いた第2面と、前記第1面から前記第2面に向かって貫通する貫通孔を有し、前記成膜ノズルと前記基板保持部との間に配置される電気絶縁性の帯電板と、
前記貫通孔が前記帯電板を貫通する方向と交差する向きに、前記帯電板を移動させる駆動部と、
を備えるエアロゾルデポジション装置。 A film forming chamber having a substrate holding unit and a film forming nozzle for holding the film forming substrate;
An aerosol generator for supplying material particles in an aerosol state to the film formation nozzle;
A carrier gas supply unit for supplying a carrier gas to the aerosol generating unit;
A first surface facing the film forming nozzle; a second surface facing the substrate holding portion; and a through-hole penetrating from the first surface toward the second surface. And an electrically insulative charging plate disposed between the substrate holding part and
A drive unit that moves the charging plate in a direction that intersects the direction in which the through hole penetrates the charging plate ;
An aerosol deposition apparatus comprising:
前記電荷発生部は、前記帯電板の前記貫通孔を通過した材料粒子が帯電する極性とは反対の極性に、前記成膜基板を帯電させる請求項1〜5の何れか一項に記載のエアロゾルデポジション装置。 A charge generation unit for charging the film formation substrate;
The charge generating section, the opposite polarity to the polarity which the passes through the through hole material particles of the charge plate is charged aerosol according to any one of claim 1 to 5 for charging the deposition substrate Deposition device.
噴射した材料粒子を、成膜ノズル側の第1面から前記第1面とは反対側の第2面に向かって貫通する貫通孔を有する電気絶縁性の帯電板の貫通孔を通過させて、材料粒子を帯電させる第2工程であって、前記貫通孔が前記帯電板を貫通する方向と交差する向きに、前記帯電板を移動させながら材料粒子を帯電させる第2工程と、
帯電した材料粒子を、成膜基板上に堆積させて成膜する第3工程と、
を備えるエアロゾルデポジション方法。 A first step of injecting aerosol state material particles from a film forming nozzle;
The ejected material particles are passed through the through hole of the electrically insulating charging plate having a through hole penetrating from the first surface on the film forming nozzle side toward the second surface opposite to the first surface, A second step of charging the material particles, the second step of charging the material particles while moving the charging plate in a direction intersecting the direction in which the through hole penetrates the charging plate ;
A third step of depositing charged material particles on a deposition substrate to form a film;
An aerosol deposition method comprising:
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