JP2011214090A - ガスデポジション用ナノ粒子生成装置、及びガスデポジション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノ粒子の搬送に寄与するキャリアガスの流れを高めることのできるガスデポジション用ナノ粒子生成装置、及びガスデポジション装置を提供する。
【解決手段】ナノ粒子が生成される坩堝５の上方に位置するナノ粒子搬送管２へのナノ粒子キャリアガスの流れを作る整流手段１２を備える。
【選択図】図３

Description

本発明はガスデポジション成膜に用いられる装置に関する。

従来、ガスデポジション法による成膜のためのナノ粒子は例えば、図１に例示したようにナノ粒子生成室１にて生成され、粒子搬送管２を通して成膜室３に供給される。ナノ粒子生成室１では、高周波誘導加熱コイル４が外周に設けられた坩堝５内の成膜材料６からナノ粒子が作られる。成膜室３では、ナノ粒子生成室１からのナノ粒子が粒子搬送管２の先端ノズル２１から噴出し、ステージ７上の基板等のサンプル８に堆積する。ステージ７はＸＹ駆動手段９等を用いて適宜スキャン動作される。このナノ粒子の搬送には、キャリアガスとしてＨｅガスをナノ粒子生成室１内に流入させることがしばしば行われる。

キャリアガスの流れとしては、例えば図２にて矢印で示すように、
（１）坩堝５の下方空間から上方空間への流れ
（２）粒子搬送管２に吸い込まれる流れ
（３）余分粒子排出管１０に吸い込まれる流れ
（４）ナノ粒子生成室１内で対流する流れ
がある。

（１）ではキャリアガスが高周波誘導加熱コイル４の回りや高周波誘導加熱コイル４と坩堝５との間の空間を通って坩堝５の上方へ流れ、（２）ではこの上方へ流れるキャリアガスの一部が搬送管２に流れ込み、（３）では搬送管２の周りに位置した余分粒子排出管１０にキャリアガスの一部が流れ込み、（４）ではキャリアガス供給口１１から流入したキャリアガスがナノ粒子生成室１内を下方から上方へそして下方へと対流する。

しかしながら、この流れにおいて、キャリアガス供給口１１からナノ粒子生成室１内に供給されたキャリアガスは、供給口１１から流出するとすぐに生成室１内に拡散してしまう。また、余分粒子排出管１０及び粒子搬送管２に、生成室１に供給されたキャリアガスの一部と生成室１内に対流していたキャリアガスとが混ざり合った状態で入り込むことで、坩堝５と粒子搬送管２との間のガスの流れに乱れが生じ、生成されたナノ粒子が拡散してしまう。したがって、ナノ粒子の搬送に寄与する搬送管２へ流れ込むキャリアガス量は全体の供給量のごく一部であり、搬送管２入口付近のキャリアガス密度が小さく、効率的であるとは言えなかった。また、キャリアガスの流れを整えるためには、キャリアガス供給口１１から供給するガス流量を多く、かつ、余分粒子排出管１０から排出するガス量を多くする必要があり、大量のガスを消費する。

特開平07-166332 渕田英嗣, "ナノ粒子を使用したガスデポジション成膜装置とその応用," エアロゾル研究, Vol. 22, No. 1, pp. 26-33, 2007.

本発明は、ナノ粒子の搬送に寄与するキャリアガスの流れを高めることのできるガスデポジション用ナノ粒子生成装置、及びガスデポジション装置を提供することを課題とする。

本発明は、ガスデポジション成膜用のナノ粒子を生成する装置であって、坩堝の上方に位置するナノ粒子搬送管へのナノ粒子キャリアガスの流れを作る整流手段を備える、ナノ粒子生成装置を提供する。

また、ガスデポジション成膜用のナノ粒子を生成するチャンバ内に、ナノ粒子のキャリアガスを坩堝の上方に位置するナノ粒子搬送管に導く整流手段を備える、ガスデポジション装置を提供する。

従来例を示す図である。 従来例を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 図２及び図３の比較実験の条件を示す図である。 比較実験において形成する膜の模式図である。 比較実験の結果を示す図である。 本発明の別の一実施形態を示す図である。 本発明の別の一実施形態を示す図である。

本発明の一実施形態では、図３に例示したように、坩堝５の上方に位置する粒子搬送管２へのナノ粒子のキャリアガスの流れを作る整流手段１２が、ナノ粒子生成室（以下チャンバと呼ぶ）１内に設けられている。矢印で示すように、整流手段１２によって、チャンバ１内に供給されたキャリアガスが、坩堝５の上方に位置する粒子搬送管２に導かれる。

本実施形態における整流手段１２は、キャリアガス供給口１１から坩堝５を取り囲み、坩堝５上方へ延びる整流管１２となっている。この整流管１２は、チャンバ１の底部から複数のキャリアガス供給口１１を囲んで上方に真っ直ぐ伸びる立ち上がり部１２１と、立ち上がり部から坩堝５の方向へ傾斜して伸びる傾斜部１２２と、傾斜部１２２から坩堝５と高周波加熱コイル４との間を通って坩堝５を囲み、坩堝５上方へ延びる筒状の垂直部１２３とを有している。

立ち上がり部１２１及び傾斜部１２２は、チャンバ１内におけるキャリアガス供給口１１からのキャリアガス流入空間を坩堝５下方の空間に制限し、この空間内に流入したＨｅガス等のキャリアガスを坩堝５方向へ導く。垂直部１２３は、傾斜部１２２により坩堝５下方に導かれたキャリアガスを、垂直部１２３と坩堝５との間に形成された空隙を通して坩堝５上方へ通す。これにより、キャリアガス供給口１１から粒子生成チャンバ１内に供給されて、整流管１２の上部開口から流れ出るキャリアガスは、坩堝５の上空に局所的に流れるように拘束されることによって、拡散が抑えられ、粒子搬送管２の入口付近のキャリアガス密度が増大する。

また、供給されるガス流量と粒子搬送管２及び余分粒子排出管１０により排出されるガス流量がほぼ同じとすることができ、坩堝５と粒子搬送管２との間のキャリアガスの流れが整流されて、ナノ粒子の拡散をさらに防ぐことで成膜速度を上げることができる。また、前述した図２の状態と比較してキャリアガスの供給流量を少なくしても整流効果が出ることから、ガスの消費量を低減できる。

図４〜図１１はそれぞれ整流手段１２の別の実施形態を示す。図４の整流手段１２は、図３の整流管１２の立ち上がり部１２１が無い形態であり、チャンバ１の底部から直接傾斜部１２２が坩堝５方向に伸びた、傾斜部１２２と垂直部１２３との２段構成となっている整流管である。図５の整流手段１２では、図４の整流管１２の傾斜部１２２が、立ち上がり部１２１と筒状部１２３を繋ぐ水平部１２４になっている。図６の整流手段１２では、図４における整流管１２の傾斜部１２２が、垂直部１２３に向かって湾曲した曲面部１２５になっている。図７の整流手段１２では、曲面部１２５と垂直部１２３との接合部が滑らかな曲面で形成されている。図８及び図９の整流手段１２は簡素な形状を持ち、図８では底面部から上面の開口部までが一定の傾斜を持つ傾斜部１２５、図９では底面部から上面の開口部までが垂直に伸びた垂直部１２６で構成された整流管１２となっている。

ここで、前述した図２及び図３に示した整流管１２が無い場合と有る場合におけるキャリアガス導入流量に対する成膜膜厚の変化を、図１０の実験条件で比較した。キャリアガスとしてはＨｅガスを用いた。搬送管２は図１に示したような成膜室３に接続されている。図１１はこの比較実験において形成する膜の模式図であり、山脈形状に成膜したAu薄膜の頂上と、Si基板表面との高度差をレーザ顕微鏡を用いて計測して膜厚とする。図１２に示すように、整流管１２を設けた場合では、整流管１２が無い場合と比較して同じＨｅガス導入流量でより厚い膜が成膜されていることがわかる。これは、整流管１２によってキャリアガスが粒子搬送管２に集まり、このキャリアガスの流れに乗ったＡｕナノ粒子が粒子搬送管２内により多く流れ込み、成膜室内にてステージ上の基板に効率良く堆積したことによる。

本発明では、以上説明した整流手段１２に加えて、図１３に例示したように、余分粒子排出管１０の外周に、キャリアガスが対流する坩堝５の上方空間を含む余分粒子排出管１０の下方周囲空間を少なくとも覆うように余分粒子捕集手段１３を設けてもよい。図１３における余分粒子捕集手段１３は、お椀型に湾曲している板状の水冷ジャケット１３１であり、お椀型湾曲板の外側に巻きつけるように配置された水冷管１３２に冷却水を流し、お椀型湾曲板を冷却する。冷却されたお椀の内側面に、チャンバ１内を対流するナノ粒子１４が接触し、吸着されることで、対流ガス中の余分なナノ粒子１４を粒子搬送管２及び余分粒子排出管１０内に流入させないよう積極的に捕集する、これにより対流によって凝集したナノ粒子１４の成膜室３（図１参照）への誤搬送を防ぐことができる。

また、余分粒子捕集手段１３は、整流管１２によって坩堝５上方に流れるキャリアガスのうち、粒子搬送管２及び余分粒子排出管１０から排出されなかったガスについて、余分粒子捕集手段１３の内面に沿ってゆるやかにチャンバ１の下方へと流れの向きを変えることで気流を整え、坩堝５周りの乱流の発生を抑えて、整流管１２の効果を高めることができる。

図１４は、余分粒子捕集手段１３の異なる形状を示す。図１３の余分粒子捕集手段１３は、その壁面の図１３の視点から見た断面形状が円弧状になっているが、図１４のように多角形形状でも良く、この場合でも図１３の形態と同様に対流ナノ粒子の吸着及びキャリアガスの整流を効果的に実現することができる。

１ ナノ粒子生成室
２ 粒子搬送管
２１ ノズル
３ 成膜室
４ 高周波誘導加熱コイル
５ 坩堝
６ 成膜材料
７ ステージ
８ サンプル
９ ＸＹステージ駆動手段
１０ 余分粒子排出管
１１ キャリアガス供給口
１２ 整流手段／整流管
１２１ 立ち上がり部
１２２ 傾斜部
１２３ 垂直部
１２４ 水平部
１２５ 曲面部
１２６ 傾斜部
１２７ 垂直部
１３ 余分粒子捕集手段
１３１ 水冷ジャケット
１３２ 水冷管
１４ ナノ粒子

Claims (8)

1. ガスデポジション成膜用のナノ粒子を生成する装置であって、坩堝の上方に位置するナノ粒子搬送管へのナノ粒子キャリアガスの流れを作る整流手段を備える、ナノ粒子生成装置。
2. 整流手段は、キャリアガス供給口から坩堝を取り囲み、坩堝上方へ延びる整流管である、請求項１に記載のナノ粒子生成装置。
3. ナノ粒子生成室内に対流するナノ粒子を吸着して捕集する余分粒子捕集手段をさらに備える、請求項１又は２に記載のナノ粒子生成装置。
4. 余分粒子捕集手段が水冷ジャケットである、請求項３に記載のナノ粒子生成装置。
5. ガスデポジション成膜用のナノ粒子を生成するチャンバ内に、ナノ粒子のキャリアガスを坩堝の上方に位置するナノ粒子搬送管に導く整流手段を備える、ガスデポジション装置。
6. 整流手段は、キャリアガス供給口から坩堝を取り囲み、坩堝上方へ延びる整流管である、請求項５に記載のガスデポジション装置。
7. チャンバ内に対流するナノ粒子を吸着して捕集する余分粒子捕集手段をさらに備える、請求項５又は６に記載のガスデポジション装置。
8. 余分粒子捕集手段が水冷ジャケットである、請求項７に記載のガスデポジション装置。