JPH03274283A - マスクレスパターン化薄膜の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（上　高能率で精度の高い新規な薄膜作製方法に
関するものであム 従来の技術 従来　高能率な膜形成方法としては　塗装、塗工による
方法があり、中でも静電塗装、電着塗嵐粉体塗装等は近
年発達した方法である。

−Ｘ　　蒸着、スパッタリングなどの方法は原子オーダ
までの精度の高い方法が多く開発されていも また　プラズマ重合、蒸着重合肱　反応性スパッ久　Ｃ
ＶＤなどの化学反応を利用する反応性薄膜形成法もあも 発明が解決しようとする課題 上記のように静電塗装　電着塗良　粉体塗装などの塗装
による方法４１　　大気中でできる高能率な方法である
爪　薄膜形成には精度が低く薄膜を均一に形成できない
上　別に乾燥工程を必要とするという課題があっ九 −Ｘ　　蒸着、スパッタリング、反応性薄膜形成法など
の方法１友　真空を必要とし時間がかかり高能率になら
ないという課題のは力＼　原料の１００％有効利用の面
でも経済性に乏しく多くの課題があった　また　複合組
成よりなるソースを用いたときはソースと同一組成でガ
ス化できないという欠点がありｔら そこで本発明法　高能率で精度の高い新規な薄膜作製方
法を提供することを目的としていも課題を解決するため
の手段 上記目的を遠戚するために　本発明（上　キャリヤガス
を満たした空間中に　薄膜形成物質またはその前駆体を
含有する溶液または懸濁液を霧化手段により霧化し　前
記霧化粒子を電気的手段によって帯電させ飛翔方向を制
御し　かつ溶媒トラップ手段によって前記キャリヤガス
の溶媒蒸気分圧を低減させ前記霧化粒子中の溶媒量を飛
翔中に制御シ　　加熱された対極ターゲット上に付着さ
せてなる薄膜作製方法を提供すも 作用 本発明の薄膜作製方法（友　次のような作用を持てち ａ）真空中でソースから原子・分子を蒸発やイオン衝撃
によって飛翔させる方法ではなく、霧化手段によってキ
ャリヤガス中に液体微粒子を飛翔させる方法よりなも　
それ故、ソースの液体が溶液、分散液（懸濁液）のよう
な多成分液体であってＬ　蒸発現象と異なリソースと同
一組成の微粒子を飛翔させることができ、また分散質が
多成分錯体であっても錯体を壊さず、分解することなく
その組成で飛翔させることができ瓜 ｂ）霧化手段によって飛翔するたべ　飛翔に熱が必ずし
も必要でなく薄膜形成物質がきわめて熱損傷なく飛翔す
も Ｃ）キャリヤガス中に常圧で飛翔させる事ができること
から工業的にも能率的なシステムを構成できも　霧化さ
れた微粒子はインクジェット法と同様な技術で帯電させ
、方向制御を容易にする事ができも ｄ）霧化粒子を電気的手段によって帯電させ飛翔方向を
制御するた取　対極ターゲットには静電気力により衝突
するため付着力が強い上　飛翔粒子ターゲット上の薄膜
は飛翔粒子と同一極性に帯電していることで、その静電
斥力によって膜厚の薄いピンホールの箇所に優先的に付
着し均一な薄膜を形成するたべ　誘電体薄膜に有用であ
も実施例 本発明の薄膜作製方法（友　キャリヤガスを満たした空
間中に　薄膜形成物質またはその前駆体を含有する溶液
または懸濁液を霧化手段により霧化し　前記霧化粒子を
電気的手段によって帯電させ飛翔方向を制御シ　　かつ
溶媒トラップ手段によって前記キャリヤガスの溶媒蒸気
分圧を低減させ前記霧化粒子中の溶媒量を飛翔中に制＠
し　加熱された対極ターゲット上に薄膜を形成する方法
であも 本発明の薄膜作製方法（戴　キャリヤガスを満たしたほ
ぼ常圧の空間中で行われる方法であるため連続装置が容
易であり工業的価値の高い方法であム　本発明は気相形
成法の困難な高分子やセラミックスにも容易に適用でき
るという特徴があもソース液体に高分子溶液を用いれば
ピンホールレスの均一な高分子薄膜を作製でき、優れた
誘電体焦　絶縁体風　不働態膜として利用できる。

また　薄膜形成物質またはその前駆体を含有する無機微
粒子の懸濁液を用いれば　真空中で蒸発分子よりクラス
タを生成させイオン化するクラスタイオンビーム法のよ
うな薄膜形成ができる上クラスタイオンビーム法より多
種類の材料を容易に飛翔させることができ、高能率な薄
膜作製システムを構成でき也 この場合の霧化粒子はマルチクラスタ粒子とでも言うク
ラスタ粒子の凝集体が飛翔中に形成されも　これは多孔
質薄膜の形成に有用であもまた本発明の方法は　単に塗
料のような様々の種類の溶液もしくは懸濁液をソースと
して用いることができるだけに留まらず、溶質もしくは
分散質としてあらゆる種類の分子、粒子を用いることが
できも 懸濁液の場合にζ友　平均粒径５０ｎｍ以下の無機超微
粒子の懸濁液でコロイド溶液である方力匁沈降などの組
成変動がなく適していも 本発明のキャリヤガスに（友　窒ｉ　　酸素　不活性気
体　反応性気体およびこれらの混合気体のいずれを用い
てもよい力ｔ　その溶媒蒸気分圧が低いことが必要で、
溶媒蒸気と親和性が良く飽和溶媒蒸気圧の高いキャリヤ
ガスを選択するのがよ（ち第３図に示したように飛翔し
た霧化粒子３（友飛翔中に溶媒もしくは分散媒を蒸発し
て、濃宿液体状−泥状−固体（クラスタ）状の粒子へと
変化すも その飛翔粒子は帯電手段によって帯電されているので、
イオン化クラスタとなって加熱された対極ターゲットに
衝突し　薄膜として膜形成すも対極ターゲットに衝突す
る粒子の大きさ（よ　ソース溶液もしくは分散液の濃度
　霧化粒径、溶媒の飛翔中の蒸発量などにより制御でき
も飛翔中に霧化粒子の溶艦　分散媒を効率的に蒸発させ
るためには　飛翔空間の温度が高く、低い溶媒蒸気分圧
であることが望まし賎 しかし　この帯電手段によって、全ての飛翔粒子が帯電
できるというわけではなく、中性霧化粒子もｉｔ図のよ
うに結果的に混在していてもよ賎キャリャガスカｔ　霧
化粒子の電界による飛翔制御方向と同一方向に流された
場合に（戴　霧化粒子がキャリヤガスに乗って方向制御
され　ソース材料の無駄がなく薄膜形成できも また溶媒蒸気分圧を低減させるための溶媒トラップ、を
通過したキャリヤガス！友　温度と流量を制御された後
循環され　この温度と流量の条件により溶媒蒸発速度が
制御できん このようにキャリヤガスを、霧化粒子の電界による飛翔
制御方向と同一方向に流し　霧化粒子をキャリヤガスに
乗せて方向制御することのできりことも大きな特徴であ
ａ さらに飛翔粒子が薄膜の前駆体である場合（友加熱され
たターゲット上で化学反応（分脈　酸化など）Ｌ　反応
生成物が薄膜を形成す社 従って本発明は　反応性・薄膜形成法としても用いるこ
とができも この場合キャリヤガスに！戴　酸素　水素など反応性気
体を適時用いればよ１％。

この場合の薄膜は表面活性な膜となるたべ　触媒膜に有
用であも また熱硬化性のプレポリマ溶液を本発明の方法で飛翔さ
せ、加熱されたターゲット上で熱硬化させることにより
樹脂薄膜を形成する目的にｋ　本発明は優れた方法であ
ａ 霧化手段にｉｔ　　スプレー法　超音波飄　静電気嵐　
加熱バブル法などがある力文　中でも超音波法静電気汰
　加熱バブル法によるインクジェットヘッドが最も適し
ていも　これらはヘッドのノズル内の液体を各々超音波
、クーロン九　加熱による発生バブルによって押しだし
飛翔させるものであム これらの霧化手段として、マルチヘッド（マルチソース
）も容易に作ることができ瓜 また　強誘電体よりなる電歪素子を用いて、超音波加湿
器のようにミストを発生させる方法もあも 帯電手段（よ　インクジェット法やイオンビーム法では
一般的な公知手段で、コロナ放電や紫外レーザによる電
子放出等の手段があａ 対極ターゲットは飛翔粒子電荷と逆極性の電極を用いも このように電場下での薄膜形成ができることから、本発
明は双極子が同一方向に配向した強誘電性薄膜の作製に
も有用であん キャリヤガスの溶媒蒸気分圧を低減させる手段として１
よ　溶媒の融点以下の温度に設定されたトラップが最も
簡単で効率的である。

この溶媒トラップを通過したキャリヤガス【友温度と流
量を制御した後循環される力曳　これらの条件が飛翔粒
子の溶媒蒸発速度を左右すもなおトラップされた溶剤は
繰り返し利用できも本発明の薄膜（友　先に述べた誘電
体薄瓜　触媒膜のは力＼　接着罠　光機能風　超伝導薄
跣　メモリー薄脱　半導体薄膜など多種の目的に有用で
ある。

以下、本発明の具体的実施例を添付図面に基づいて説明
すも 実施例１ 第１図のように窒素キャリヤガスを満たしたチャンバー
〈空間）１１中に　セラミックス電歪素子を有する超音
波式インクジェットヘッド１により、アクリル系の水性
ディスバージョン塗料を霧化し　霧化粒子３をコロナ放
電させた空間２を通過させて帯電させ、加速電界８及び
８−１により飛翔方向を制御した 溶媒トラップ手段１０を設けて前記キャリヤガスの溶媒
蒸気分圧を低減させ、前記霧化粒子中の溶媒量を飛翔中
に制御り、、　　１５０ｔに加熱された対極ターゲット
７上に付着させ薄膜を得ｔら溶媒トラップを通過したキ
ャリヤガス９ζ友　温度と流量を制御されて後循環した こうして得た薄膜の膜厚は１μｍで、その耐電圧は５１
０６Ｖ／ｃｍと高かッｔう 実施例２ 第２図に本発明の別の実施例の装置の構成を示す。

この装置は連続装置とヒ　液体ソースタンク１３から材
料を供給し　長尺状の基板１６上に薄膜を形成する装置
とした 窒素キャリヤガスを満たしたチャンバー１１中に　静電
式のインクジェットヘッド１により、接着性ポリイミド
ワニスを霧化し　霧化粒子をコロナ放電させた空間２を
通過させて帯電させ、飛翔方向を制御しｔも 溶媒トラップ１０を設けて、前記キャリヤガスの溶媒蒸
気分圧を低減させ、罰記霧化粒子中の溶媒量を飛翔中に
制御した １８０℃に加熱された対極ターゲツト７上Ｑ長尺状のＡ
Ｉ基板１６上に付着させ薄膜を得たこれをさらに３００
℃の連続炉中でポストベークして、強い均一な薄膜を得
九 溶媒トラップ１０を通過したキャリヤガス９（戴加熱器
１４によって温度を制御され　ガス循環用ポンプ１２に
よって流量を制御されて循環した霧化粒子の飛翔空間に
７１３００℃の遠赤外線輻射板１５を設けて、霧化粒子
を輻射加熱した実施例３ 第１図のように窒素キャリヤガスを満たしたチャンバー
１１中に　電歪素子を有する超音波式インクジェットヘ
ッドｌにより、　Ｓｎドープ酸化インジウムの水性分散
液を霧化ｔ−霧化粒子３をコロナ放電させた空間２を通
過させて、帯電させ加速電界８及び８−１により飛翔方
向を制御した一２０℃の溶媒トラップ手段１０を設けて
、前記キャリヤガスの水蒸気分圧を低減させ、前記霧化
粒子中の溶媒量を飛翔中に制御Ｌ　　２００ｔに加熱さ
れた対極ターゲット７上のセラミックス基板に付着させ
、透明導電性薄膜を得ｔう溶媒トラップを通過したキャ
リヤガス（上　温度と流量を制御されて後循環し１゜ 霧化粒子の飛翔空間部の温度は６００ｔとした実施例４ 第２図に示したように本発明の装置を構成し九この装置
は連続装置とし　液体ソースタンク１３か板　ソース材
料であるポリフェニレンスルフイツト系高分子の溶液を
供給し　長尺状の基板１６上に薄膜を形成する装置とし
池 空気を満たした空間１１中（′−、ポリフェニレンスル
フイツト系高分子の溶液を、静電式のインクジェットヘ
ッドｌにより霧化し　霧化粒子をコロナ放電させた空間
２を通過させて帯電させ、飛翔方向を制御しｔら 溶媒トラップ手段１０を設けて前記キャリヤガスの溶媒
蒸気分圧を低減させ、削記霧化粒子中の溶媒量を飛翔中
に制御しｔも １５０℃に加熱された対極ターゲツト７上Ｑ長尺状のＡ
１基板１６上に付着させ薄膜を得ｔ、：。

溶媒トラップ１０を通過した空気（よ　ガス循環用ポン
プ１２と、加熱器１４とによって循環され温度と流量を
制御されて循環した 霧化粒子の飛翔空間部にＬＬ、２００℃の遠赤外線輻射
板１５を設けて霧化粒子を加熱しｔうこうして得たピン
ホールレスのポリフエニレンスルフイツトの薄膜を誘電
体として、積層フィルムキャパシタを高能率で得た 発明の効果 以上のように本発明は　キャリヤガスを満たした空間中
成　薄膜形成物質またはその削駆体を含有する溶液また
は懸濁液を、霧化手段により霧化し　帯電させることに
よって飛翔方向を制御しかつ前記霧化粒子中の溶媒量を
飛翔中に制御し加熱された対極ターゲット上に付着させ
てなる薄膜作製方法を提供するものであも このような本発明の薄膜作製方法によって、高能率でピ
ンホールレスの新規な薄膜作製方法を提供するもので、
気相形成法の困難な高分子やセラミックスにも容易に適
用できるという特徴があり、誘電体薄膜の形成に有用で
あも また　触媒活性薄膜の形成にも有用であん本発明の薄膜
作製方法ζよ　キャリヤガスを満たしたほぼ常圧の空間
中で行われる方法で８あるた鳳連続装置が容易であり工
業的価値の高い方法であも また　溶媒トラップでトラップされた溶剤は繰り返し利
用できるという工業上の利点もあも本発明はソースの液
体が溶液もしくは分散液（懸濁液）のような多成分液体
であってＬ　ソースと同一組成の微粒子を飛翔させるこ
とができるという特徴があも それ故、分散質が多成分錯体であっても錯体を壊さず、
分解することなくその組成で飛翔させることができも また　霧化手段によって飛翔するたべ　飛翔に熱が必ず
しも必要でなく、薄膜形成物質がきわめて損傷なく飛翔
すム 帯電した霧化粒子が対極ターゲットに静電気力により衝
突するた臥　飛翔粒子の付着力が強い上ターゲット上の
薄膜は飛翔粒子と同一極性に帯電しているた取　その静
電斥力によって膜厚の薄いピンホールの箇所に優先的に
付着し　均一な薄膜を形成するという効果があも キャリャガス力文　霧化粒子の電界による飛翔制御方向
と同一方向に流された場合に！主務化粒子がキャリヤガ
スに乗って方向制御され　ソース材料の無駄がなく薄膜
形成できも このように本発明は工業的価値の大なるものであも

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例における薄膜作製方
法を示す概念＠　第３図は本発明の霧化粒子の飛翔中の
変化の一例を示す模式図であムト・・霧化手段、　２．
２−１・・・帯電平叙３・・・霧化粒子、　４・　・イ
オン化霧化粒子、６・・・加速型１ｉ７・・・対極ター
ゲット、９・キャリヤガスｉ　　１０・・・溶剤トラッ
プ、１１・・・チャンバー、　１２・・・ガス循環用ポ
ンプ、　１３・・・液体ソースタン久　１４・・加熱像
　１５・・・遠赤外線輻射板　１６・長尺状の基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）キャリヤガスを満たした空間中に、薄膜形成物質
   またはその前駆体を含有する溶液または懸濁液を霧化手
   段により霧化し、前記霧化粒子を電気的手段によって帯
   電させ飛翔方向を制御し、かつ溶媒トラップ手段によっ
   て前記キャリヤガスの溶媒蒸気分圧を低減させ前記霧化
   粒子中の溶媒量を飛翔中に制御し、加熱された対極ター
   ゲット上に付着させてなる薄膜作製方法。
2. （２）キャリヤガスが、霧化粒子の電界による飛翔制御
   方向と同一方向に流され、霧化粒子がキャリヤガスに乗
   って方向制御されてなる請求項１に記載の薄膜作製方法
   。
3. （３）溶媒トラップ手段が、溶媒の融点以下の温度に設
   定されたトラップであり、この溶媒トラップを通過した
   キャリヤガスが循環されてなる請求項１または２に記載
   の薄膜作製方法。
4. （４）薄膜形成物質を含有する溶液が、熱可塑性高分子
   の溶液あるいは熱硬化性のプレポリマ溶液である請求項
   １に記載の薄膜作製方法。