JP2002339058A - Gas phase film deposition method, and deposition device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はガスデポジション成
膜方法及びガスデポジション成膜装置に係り、特には、
ガスデポジション法を利用して微粒子膜を形成する方法
と、その際に使用される装置とに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas deposition film forming method and a gas deposition film forming apparatus.
The present invention relates to a method for forming a fine particle film using a gas deposition method, and an apparatus used for the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、アクチュエータや振動子、あ
るいは、音響部品などとして機能する圧電体厚膜を形成
する材料としては、強誘電性及び高圧電特性を有するＰ
ｂ系ペロブスカイト酸化物であるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3 結晶（以下、ＰＺＴ結晶という）が知られている。そ
して、このＰＺＴ結晶を材料として微粒子膜、いわゆる
セラミック膜を形成する際にあっては、ＣＶＤを中心と
する気相法やスパッタリング法、金属アルコキシド溶液
を用いたゾルゲル法、固相反応で得た圧電体粒子を有機
ビヒクルでペースト化しておき、かつ、このペーストを
印刷したうえで焼成するのに伴って微粒子膜を形成する
スクリーン印刷法などが採用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a material for forming a piezoelectric thick film functioning as an actuator, a vibrator, or an acoustic component, a material having a ferroelectric property and a high piezoelectric property has been used.
Pb (Zr, Ti) O which is a b-based perovskite oxide
Three crystals (hereinafter referred to as PZT crystals) are known. When forming a fine particle film, a so-called ceramic film, using this PZT crystal as a material, a gas phase method centering on CVD, a sputtering method, a sol-gel method using a metal alkoxide solution, and a solid-phase reaction are used. A screen printing method or the like in which piezoelectric particles are formed into a paste with an organic vehicle, and the paste is printed and fired to form a fine particle film as the paste is fired is employed.
【０００３】ＣＶＤ法やスパッタリング法を採用した場
合には、微粒子膜が形成されるべき基板、つまり、膜形
成基板の表面上への原子的に制御された吸着と膜成長と
により、非常に緻密で配向性に優れた高品位の微粒子膜
を形成することができる。しかし、個々の原料が有する
熱分解速度とスパッタ率とが異なるため、膜組成と特性
の安定性を確保するには、膜形成材料の組成を厳密に管
理する必要がある。また、成膜速度が比較的遅いため、
数十μｍというような厚膜の形成には適していない。When a CVD method or a sputtering method is adopted, very fine particles are formed by atomically controlled adsorption and film growth on the surface of a substrate on which a fine particle film is to be formed, that is, on the surface of the film forming substrate. Thus, a high-quality fine particle film having excellent orientation can be formed. However, since the thermal decomposition rates and sputter rates of the individual raw materials are different, it is necessary to strictly control the composition of the film forming material in order to secure the stability of the film composition and characteristics. In addition, since the deposition rate is relatively slow,
It is not suitable for forming a thick film having a thickness of several tens μm.
【０００４】ゾルゲル法を採用している際には、溶液組
成の厳密な管理がＣＶＤ法やスパッタリング法と同様に
必要ではあるものの、数μｍ程度の薄膜を形成すること
が可能となる。しかしながら、膜厚がそれ以上のレベル
になると、形成された微粒子膜にクラックが発生するこ
とがある。また、スクリーン印刷法を採用している場合
には、１度の成膜によって数十μｍというような膜厚の
微粒子膜を形成できるという利点が確保される。ところ
が、スクリーン印刷法においては、印刷後の乾燥塗膜中
の粒子充填密度が低くなり、膜形成基板による焼結収縮
の拘束を受けるため、微粒子膜の高密度化が難しくなっ
てしまう。When the sol-gel method is employed, strict control of the solution composition is required as in the case of the CVD method and the sputtering method, but it is possible to form a thin film of about several μm. However, when the film thickness is higher than that, cracks may occur in the formed fine particle film. Further, when the screen printing method is adopted, an advantage that a fine particle film having a thickness of several tens of μm can be formed by one film formation is secured. However, in the screen printing method, the particle packing density of the dried coating film after printing becomes low, and sintering shrinkage by the film-forming substrate is restrained, so that it is difficult to increase the density of the fine particle film.
【０００５】さらに、これらの方法における不都合を解
消し得る他の膜形成方法としては、微粒子をエアロゾル
化したうえで膜形成基板へと吹き付けるのに伴って微粒
子膜を形成するガスデポジション成膜方法がある。そし
て、この方法で使用されるガスデポジション成膜装置の
一例としては、図５で概略構成を示すようなものがあ
る。すなわち、このガスデポジション成膜装置では、微
粒子の原料粉末５１が原料貯蔵室５２内に貯蔵されてお
り、搬送ガス供給源であるガスボンベ５３から供給され
てきた搬送ガスが原料粉末５１内を通過しながら混合さ
れるのに伴ってエアロゾル状微粒子が生成される。Further, as another film forming method which can solve the disadvantages of these methods, there is a gas deposition film forming method in which fine particles are formed into an aerosol and then sprayed onto a film forming substrate to form a fine particle film. There is. An example of a gas deposition film forming apparatus used in this method is shown in FIG. That is, in this gas deposition film forming apparatus, the fine particle source powder 51 is stored in the source storage chamber 52, and the carrier gas supplied from the gas cylinder 53 as the carrier gas supply source passes through the source powder 51. While mixing, aerosol-like fine particles are generated.
【０００６】そして、生成されたエアロゾル状微粒子
は、原料貯蔵室５２と接続された搬送配管５４を介した
うえで膜形成基板Ｓが設置された膜形成室５５内へと導
入されることとなり、搬送配管５４の先端位置に設けら
れて膜形成室５５内に配設された噴射ノズル５６からは
エアロゾル状微粒子が噴射される。その結果、Ｘ−Ｙ−
Ｚ−θテーブル５７でもって支持されながら膜形成室５
５内に配備されている基板ホルダ５８上に設置された膜
形成基板Ｓの表面上には、所定膜厚の微粒子膜が形成さ
れる。Then, the generated aerosol-like fine particles are introduced into a film forming chamber 55 in which a film forming substrate S is installed, via a transport pipe 54 connected to a raw material storage chamber 52, and Aerosol-like fine particles are ejected from an ejection nozzle 56 provided at a distal end position of the transfer pipe 54 and disposed in the film forming chamber 55. As a result, XY-
While being supported by the Z-θ table 57, the film forming chamber 5
A fine particle film having a predetermined thickness is formed on the surface of the film forming substrate S provided on the substrate holder 58 provided in the inside 5.
【０００７】なお、図５中の符号５９は流量調節弁、６
０，６１は停止弁であり、流量調節弁５９及び停止弁６
０はガスボンベ５３のガス供給部に配設される一方、停
止弁６１は搬送配管５４の途中位置に配設されている。
また、図５中の符号６２は真空ポンプであり、この真空
ポンプ６２は停止弁６３を介したうえで膜形成室５５と
接続されている。[0007] Incidentally, reference numeral 59 in FIG.
Reference numerals 0 and 61 denote stop valves, and the flow control valve 59 and the stop valve 6
Numeral 0 is disposed in the gas supply section of the gas cylinder 53, while the stop valve 61 is disposed at an intermediate position of the transport pipe 54.
Reference numeral 62 in FIG. 5 denotes a vacuum pump, and this vacuum pump 62 is connected to the film forming chamber 55 via a stop valve 63.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスデ
ポジション成膜方法を採用している際には、１度の成膜
処理によって膜形成基板Ｓの片面のみにしか微粒子膜を
形成することができず、また、膜形成時もしくは後工程
の熱処理時に発生する応力に伴って膜形成基板Ｓそのも
のに歪みが生じてしまう。そして、このような歪みが生
じていると、膜形成基板Ｓが反ってしまったり、形成さ
れた微粒子膜にクラックが発生したり、極端な場合には
微粒子膜が膜形成基板Ｓから剥離したりすることが起こ
る。However, when the gas deposition film forming method is adopted, a fine particle film can be formed only on one side of the film forming substrate S by one film forming process. In addition, the film-forming substrate S itself is distorted due to the stress generated at the time of film formation or heat treatment in a later step. When such distortion occurs, the film-formed substrate S warps, cracks are generated in the formed fine particle film, and in an extreme case, the fine particle film is peeled from the film-formed substrate S. To happen.
【０００９】そこで、これらの不都合を回避するために
は、膜形成基板Ｓの厚みを膜形成時や熱処理時の応力に
耐え得る程度以上としておくか、あるいは、微粒子膜の
膜厚を薄くしておく必要がある。ところが、このような
微粒子膜が形成された素子の用途を考慮した場合、例え
ば、ＰＺＴ結晶膜を有する圧電素子や音響素子であれ
ば、微粒子膜の特性を最大限まで引き出す必要上から膜
形成基板Ｓの厚さをできるだけ薄くし、かつ、形成され
た微粒子膜の膜厚を厚くすることが望ましい。Therefore, in order to avoid these inconveniences, the thickness of the film-forming substrate S must be set to a value that can withstand the stress during film formation or heat treatment, or the thickness of the fine particle film must be reduced. Need to be kept. However, in consideration of the use of the element having such a fine particle film formed thereon, for example, in the case of a piezoelectric element or an acoustic element having a PZT crystal film, it is necessary to extract the characteristics of the fine particle film to the maximum. It is desirable to reduce the thickness of S as much as possible and to increase the thickness of the formed fine particle film.
【００１０】また、圧電素子や音響素子などでは、表裏
面上に形成された微粒子膜でもって膜形成基板Ｓをその
両側から挟み込んだ構造、いわゆるバイモルフ構造が採
用されるが、このような構造を得るには、膜形成基板Ｓ
の表裏面上に微粒子膜を形成することが必要となる。と
ころが、従来のガスデポジション成膜方法では、膜形成
基板Ｓの片面毎に対して微粒子膜を形成するため、多大
な処理時間及び処理コストを要することが避けられず、
また、同一の膜厚を有する均一な微粒子膜を膜形成基板
Ｓの表裏面上に形成することが困難となっていた。すな
わち、従来のガスデポジション成膜方法を採用している
限りは、性能的に優れた素子を作製することができない
のが実情であった。In the case of a piezoelectric element, an acoustic element, or the like, a so-called bimorph structure in which a film forming substrate S is sandwiched from both sides by fine particle films formed on the front and back surfaces is employed. To obtain, the film-forming substrate S
It is necessary to form a fine particle film on the front and back surfaces. However, in the conventional gas deposition film forming method, since a fine particle film is formed on each side of the film forming substrate S, it is inevitable that a large processing time and processing cost are required,
Further, it has been difficult to form a uniform fine particle film having the same thickness on the front and back surfaces of the film forming substrate S. That is, as long as the conventional gas deposition film forming method is adopted, it is impossible to produce a device having excellent performance.
【００１１】本発明はこのような不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、１度の成膜処理によって膜形成基板
の表裏面に微粒子膜を形成することが可能であり、か
つ、膜形成基板に歪みが生じることを容易に防止できる
ガスデポジション成膜方法及びガスデポジション成膜装
置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of such inconvenience, and it is possible to form a fine particle film on the front and back surfaces of a film forming substrate by a single film forming process. It is an object of the present invention to provide a gas deposition film forming method and a gas deposition film forming apparatus that can easily prevent a substrate from being distorted.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ガスデポジション成膜方法は、微粒子の原料粉末を搬送
ガスと混合してエアロゾル状微粒子を生成し、該エアロ
ゾル状微粒子を膜形成室内に導入して該膜形成室内に設
置された膜形成基板上に微粒子膜を形成する方法であ
り、前記エアロゾル状微粒子を前記膜形成基板の表裏面
それぞれに対して同時に供給し、該表裏面上に前記微粒
子膜を同時に形成することを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a gas deposition film forming method, wherein a raw material powder of fine particles is mixed with a carrier gas to generate aerosol fine particles, and the aerosol fine particles are formed into a film. A method of forming a fine particle film on a film forming substrate installed in the film forming chamber by introducing the fine particles into the chamber, wherein the aerosol fine particles are simultaneously supplied to each of the front and rear surfaces of the film forming substrate, The method is characterized in that the fine particle film is simultaneously formed thereon.
【００１３】本発明の請求項２に係るガスデポジション
成膜方法は請求項１に記載した方法であり、前記エアロ
ゾル状微粒子の生成は、前記原料粉末内を前記搬送ガス
が通過しながら混合されるのに伴って行われることを特
徴としている。A gas deposition film forming method according to a second aspect of the present invention is the method according to the first aspect, wherein the aerosol-like fine particles are formed by mixing the carrier gas while passing the carrier gas through the raw material powder. It is characterized by being performed along with
【００１４】本発明の請求項３に係るガスデポジション
成膜方法は請求項１または請求項２に記載した方法であ
り、前記膜形成基板の表裏面上に形成される前記微粒子
膜のそれぞれは、同一の組成を有していることを特徴と
する。A gas deposition film forming method according to claim 3 of the present invention is the method described in claim 1 or 2, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate is , And have the same composition.
【００１５】本発明の請求項４に係るガスデポジション
成膜方法は請求項１または請求項２に記載した方法であ
り、前記膜形成基板の表裏面上に形成される前記微粒子
膜のそれぞれは、異なる組成を有していることを特徴と
する。A gas deposition film forming method according to a fourth aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate is , Having different compositions.
【００１６】本発明の請求項５に係るガスデポジション
成膜方法は請求項１〜請求項４のいずれかに記載した方
法であり、前記膜形成基板の表裏面上に形成される前記
微粒子膜のそれぞれは、略同等の応力を有していること
を特徴とする。A gas deposition film forming method according to a fifth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the fine particle film is formed on the front and back surfaces of the film forming substrate. Are characterized by having substantially the same stress.
【００１７】本発明の請求項６に係るガスデポジション
成膜方法は請求項５に記載した方法であり、前記膜形成
基板の表裏面上に形成される前記微粒子膜のそれぞれ
は、同一の組成を有するとともに、略同等の膜厚を有し
ていることを特徴とする。A gas deposition film forming method according to claim 6 of the present invention is the method described in claim 5, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate has the same composition. And having substantially the same film thickness.
【００１８】本発明の請求項７に係るガスデポジション
成膜方法は請求項５に記載した方法であり、前記膜形成
基板の表裏面上に形成される前記微粒子膜のそれぞれ
は、異なる組成を有するとともに、異なる膜厚を有して
いることを特徴とする。A gas deposition film forming method according to claim 7 of the present invention is the method described in claim 5, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate has a different composition. And different thicknesses.
【００１９】本発明の請求項８に係るガスデポジション
成膜装置は、微粒子の原料粉末を搬送ガスと混合してエ
アロゾル状微粒子を生成する混合室と、膜形成基板が設
置され、かつ、前記エアロゾル状微粒子が導入される膜
形成室とを備えており、該膜形成室内には、前記エアロ
ゾル状微粒子の搬送配管を介して前記混合室と接続され
たうえ、前記膜形成基板の表裏面それぞれに対して前記
エアロゾル状微粒子を噴射する噴射ノズルを配設してい
ることを特徴とする。The gas deposition film forming apparatus according to claim 8 of the present invention is provided with: a mixing chamber for mixing a raw material powder of fine particles with a carrier gas to generate aerosol fine particles; A film-forming chamber into which aerosol-like fine particles are introduced, wherein the film-forming chamber is connected to the mixing chamber via a conveying pipe for the aerosol-like fine particles, and the front and rear surfaces of the film-forming substrate, respectively. And a spray nozzle for spraying the aerosol-like fine particles.
【００２０】本発明の請求項９に係るガスデポジション
成膜装置は請求項８に記載した装置であって、前記混合
室は前記原料粉末を貯蔵している原料貯蔵室であり、搬
送ガス供給源から供給されてきた前記搬送ガスが前記原
料粉末内を通過しながら混合される構成であることを特
徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the gas deposition film forming apparatus according to the eighth aspect, wherein the mixing chamber is a raw material storage chamber for storing the raw material powder, The carrier gas supplied from a source is mixed while passing through the raw material powder.
【００２１】本発明の請求項１０に係るガスデポジショ
ン成膜装置は請求項８または請求項９に記載した装置で
あり、前記搬送ガス供給源には、前記混合室内に供給さ
れる前記搬送ガスの流量を調整する流量調整弁を配設し
ていることを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the gas deposition film forming apparatus according to the eighth or ninth aspect, wherein the carrier gas supplied to the mixing chamber is supplied to the carrier gas supply source. Characterized in that a flow control valve for adjusting the flow rate is provided.
【００２２】本発明の請求項１１に係るガスデポジショ
ン成膜装置は請求項８または請求項９に記載した装置で
あり、前記搬送配管の途中位置には、前記噴射ノズルに
供給される前記エアロゾル状微粒子の流量を調整する流
量調整弁を配設していることを特徴とする。A gas deposition film forming apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the gas deposition apparatus according to the eighth or ninth aspect, wherein the aerosol supplied to the injection nozzle is provided at an intermediate position of the transport pipe. A flow control valve for adjusting the flow rate of the fine particles is provided.
【００２３】本発明の発明者らは、種々の検討を行うこ
とにより、膜形成時や熱処理時に発生する応力に伴って
膜形成基板に歪みが生じることを防止するには膜形成基
板の表裏面に微粒子膜を同時に形成することが望ましい
との知見を得た。そこで、本発明に係るガスデポジショ
ン成膜方法及びガスデポジション成膜装置では、微粒子
の原料粉末を搬送ガスと混合してなるエアロゾル状微粒
子を膜形成基板の表裏面それぞれに対して同時に供給
し、かつ、その表裏面上に微粒子膜を同時に形成するこ
ととし、これらの微粒子膜によって膜形成基板の歪みを
均衡させることとしている。The inventors of the present invention have made various studies to prevent the distortion of the film-forming substrate due to the stress generated during the film formation or the heat treatment. It was found that it is desirable to form a fine particle film at the same time. Therefore, in the gas deposition film forming method and the gas deposition film forming apparatus according to the present invention, aerosol fine particles obtained by mixing the raw material powder of the fine particles with the carrier gas are simultaneously supplied to each of the front and back surfaces of the film forming substrate. In addition, fine particle films are formed simultaneously on the front and back surfaces, and the distortion of the film-forming substrate is balanced by these fine particle films.
【００２４】すなわち、本発明に係る成膜方法及び成膜
装置であれば、膜形成基板の表裏面に微粒子膜を同時に
形成するに際し、膜形成基板の表裏面それぞれに対して
同時に供給されるエアロゾル状微粒子の衝突によって膜
形成基板の表裏面に発生する衝撃力を等しくなるように
制御することが可能となる。そして、膜形成基板の表裏
面から等しい力が加わっている限りは、膜形成基板の中
心位置に作用する力がキャンセルされるため、膜形成時
の粒子衝撃に起因した膜形成基板の歪みは生じ得なくな
る。In other words, with the film forming method and the film forming apparatus according to the present invention, when simultaneously forming the fine particle film on the front and back surfaces of the film forming substrate, the aerosol simultaneously supplied to each of the front and back surfaces of the film forming substrate is used. It is possible to control the impact force generated on the front and back surfaces of the film forming substrate by the collision of the fine particles so as to be equal. As long as equal forces are applied from the front and back surfaces of the film-forming substrate, the force acting on the center position of the film-forming substrate is canceled, so that distortion of the film-forming substrate due to particle impact during film formation occurs. No longer.
【００２５】また、同一の組成を有し、かつ、略同等の
膜厚を有する微粒子膜を膜形成基板の表裏面上に形成し
た場合には、これら微粒子膜が形成されていることに伴
って膜形成基板に生じる応力が等しくなり、膜形成基板
の中心位置では作用する力がキャンセルされるため、熱
処理時にも応力は発生し得ないこととなる。従って、本
発明の成膜方法及び成膜装置を採用すれば、膜形成基板
の厚さを薄くしながら膜厚の厚い微粒子膜を形成するこ
とが可能となり、しかも、処理時間及び処理コストを削
減することが可能になる。When fine particle films having the same composition and substantially the same thickness are formed on the front and back surfaces of the film-forming substrate, the fine particles are formed with the fine particles. Since the stress generated in the film-forming substrate becomes equal and the acting force is canceled at the center position of the film-forming substrate, no stress can be generated even during the heat treatment. Therefore, by employing the film forming method and the film forming apparatus of the present invention, it is possible to form a fine particle film having a large thickness while reducing the thickness of the film forming substrate, and to reduce the processing time and the processing cost. It becomes possible to do.
【００２６】さらに、本発明に係る成膜方法及び成膜装
置であれば、同一の組成を有する微粒子膜または異なる
組成を有する微粒子膜を膜形成基板の表裏面に対して同
時に形成し得る。そこで、厚みの薄い膜形成基板に厚膜
の微粒子膜を形成した場合であっても、表裏面それぞれ
に形成された微粒子膜同士が各々によって発生する応力
を均衡させるバランス膜として作用することになり、膜
形成基板に生じる応力がキャンセルされる結果、膜形成
後におけるデバイスの加工性を向上させることも可能と
なる。Furthermore, according to the film forming method and the film forming apparatus of the present invention, fine particle films having the same composition or different compositions can be simultaneously formed on the front and back surfaces of the film forming substrate. Therefore, even when a thick fine particle film is formed on a thin film-forming substrate, the fine particle films formed on the front and back surfaces each act as a balance film that balances the stress generated by each. As a result, the stress generated in the film-forming substrate is canceled, so that the processability of the device after the film is formed can be improved.
【００２７】さらにまた、本発明に係る成膜方法及び成
膜装置では、膜形成基板の表裏面上に形成される微粒子
膜それぞれの材質及び膜厚を任意に選択したうえで制御
することが可能となる。そのため、膜形成基板における
応力解消は勿論のこと、その表裏面上に形成される微粒
子膜の材質を互いに異ならせることによってデバイスの
機能性を高めることもできる。Furthermore, in the film forming method and the film forming apparatus according to the present invention, the material and the film thickness of each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate can be controlled after being arbitrarily selected. Becomes Therefore, the functionality of the device can be enhanced by making the materials of the fine particle films formed on the front and back surfaces different from each other, as well as eliminating the stress in the film forming substrate.
【００２８】例えば、コンデンサ材料となり得る誘電体
膜と圧電体膜とを膜形成基板の表裏面に形成するとし、
歪み差によって残留する応力のバランスを考慮したうえ
で両方の膜厚を決定しておけば、圧電体膜の駆動条件に
よって容量を変化させることが可能な膜型コンデンサを
作製し得る。また、磁性体と圧電体の組み合わせとすれ
ば、磁歪によるインピーダンス変化を検知できるハイブ
リッドセンサを作製することも可能となる。For example, suppose that a dielectric film and a piezoelectric film which can be capacitor materials are formed on the front and back surfaces of a film forming substrate.
If both film thicknesses are determined in consideration of the balance of the residual stress due to the difference in strain, a film capacitor capable of changing the capacitance depending on the driving conditions of the piezoelectric film can be manufactured. In addition, if a combination of a magnetic material and a piezoelectric material is used, a hybrid sensor that can detect a change in impedance due to magnetostriction can be manufactured.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
ガスデポジション成膜装置を図示したうえ、図面に基づ
いて間成膜装置の構成を説明する。また、このガスデポ
ジション成膜装置を使用して実行されるガスデポジショ
ン成膜方法、つまり、膜形成基板に対して微粒子膜を形
成するためのガスデポジション成膜方法を、成膜装置の
構成とともに説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a gas deposition film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be illustrated, and the configuration of an inter-layer film forming apparatus will be described with reference to the drawings. Further, a gas deposition film forming method executed using this gas deposition film forming apparatus, that is, a gas deposition film forming method for forming a fine particle film on a film forming substrate, is described in the following. It will be described together with the configuration.
【００３０】（実施例１）実施例１に係るガスデポジシ
ョン成膜方法は、微粒子の原料粉末を搬送ガスと混合し
て生成されたエアロゾル状微粒子を膜形成基板の表裏面
それぞれに対して同時に供給し、これらの表裏面上に同
一の組成を有する微粒子膜を同時に形成することを特徴
としている。そして、図１は実施例１に係る成膜方法で
使用されるガスデポジション成膜装置の構成を簡略化し
て示す説明図であり、図２は図１の成膜装置を使用した
成膜方法によって形成された微粒子膜の外観状態を示す
表面ＳＥＭ写真である。なお、図２（ａ）は実施例１に
係るガスデポジション成膜装置を使用して形成された微
粒子膜の外観状態を示し、図２（ｂ）は従来例に係るガ
スデポジション成膜装置を使用して形成された微粒子膜
の外観状態を示している。(Embodiment 1) In a gas deposition film forming method according to Embodiment 1, an aerosol-like fine particle produced by mixing a raw material powder of fine particles with a carrier gas is simultaneously applied to the front and back surfaces of a film-forming substrate. The fine particle films having the same composition are simultaneously formed on these front and back surfaces. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a simplified configuration of a gas deposition film forming apparatus used in the film forming method according to the first embodiment, and FIG. 2 is a film forming method using the film forming apparatus of FIG. 5 is a surface SEM photograph showing an appearance state of a fine particle film formed by the above method. FIG. 2A shows an appearance state of a fine particle film formed by using the gas deposition film forming apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2B shows a conventional gas deposition film forming apparatus. 3 shows the appearance of a fine particle film formed by using.
【００３１】実施例１に係るガスデポジション成膜装置
は、エアロゾル状微粒子を生成する混合室１と、膜形成
基板Ｓ上に微粒子膜を形成するための膜形成室２を備え
るとともに、Ｎ2 などの搬送ガスを供給する搬送ガス供
給源であるガスボンベ３を具備している。すなわち、こ
こでの混合室１は微粒子の原料粉末４を搬送ガスと混合
することによってエアロゾル状微粒子を生成するもので
ある。The gas deposition film forming apparatus according to the first embodiment includes a mixing chamber 1 for forming aerosol fine particles, a film forming chamber 2 for forming a fine particle film on a film forming substrate S, and N 2 A gas cylinder 3 which is a carrier gas supply source for supplying a carrier gas such as a gas is provided. That is, the mixing chamber 1 generates aerosol-like fine particles by mixing the raw material powder 4 of fine particles with the carrier gas.
【００３２】そして、この混合室１を構成する原料貯蔵
室５内には、ゾルゲル法を利用して合成され、かつ、６
５０℃の温度下で仮焼処理されたＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48
Ｏ3粉末（平均粒径０．５μｍ）が原料粉末４として貯
蔵されている。つまり、この際における微粒子の原料粉
末４は、６００〜６５０℃の仮焼温度においても良好な
ぺロブスカイト相の結晶性を有し、７５０℃以上の焼成
処理でネッキングを開始する平均粒径が１μｍ以下のＰ
ＺＴ微粒子であることになっている。In the raw material storage chamber 5 constituting the mixing chamber 1, the raw material is synthesized by the sol-gel method, and
PbZr 0.52 Ti 0.48 calcined at a temperature of 50 ° C.
O 3 powder (average particle size: 0.5 μm) is stored as raw material powder 4. In other words, the raw material powder 4 of fine particles at this time has good perovskite phase crystallinity even at the calcination temperature of 600 to 650 ° C., and has an average particle size at which necking starts by firing at 750 ° C. or more is 1 μm. The following P
It is supposed to be ZT fine particles.
【００３３】また、混合室１を構成する原料貯蔵室５
と、ガスボンベ３との間はガス配管６を介したうえで接
続されており、このガス配管６は原料貯蔵室５内に貯蔵
されて予備乾燥処理が実施された原料粉末４内にまで挿
入されている。そこで、ガス配管６から供給されてきた
搬送ガスは原料粉末４内を通過することになり、搬送ガ
スが原料粉末４内を通過しながら混合されることに伴っ
てエアロゾル状微粒子が生成される。なお、図中の符号
７はガス流量調整弁、８はガス停止弁であり、原料貯蔵
室５（混合室１）に供給される搬送ガスの供給量を調整
するガス流量調整弁７はガスボンベ３のガス供給部に配
設される一方、ガス停止弁８はガス配管６の途中位置に
配設されている。The raw material storage chamber 5 constituting the mixing chamber 1
And the gas cylinder 3 are connected via a gas pipe 6, and this gas pipe 6 is inserted into the raw material powder 4 stored in the raw material storage chamber 5 and subjected to the preliminary drying process. ing. Thus, the carrier gas supplied from the gas pipe 6 passes through the raw material powder 4, and the carrier gas is mixed while passing through the raw material powder 4 to generate aerosol fine particles. Reference numeral 7 in the drawing denotes a gas flow control valve, 8 denotes a gas stop valve, and the gas flow control valve 7 for adjusting the supply amount of the carrier gas supplied to the raw material storage chamber 5 (mixing chamber 1) is a gas cylinder 3 On the other hand, the gas stop valve 8 is disposed at an intermediate position of the gas pipe 6.
【００３４】さらに、混合室１（原料貯蔵室５）で生成
されたエアロゾル状微粒子は、この混合室１と接続され
た一対の搬送配管９ａ，９ｂを介して膜形成室２内へと
導入されることになり、膜形成室２内には、微粒子膜が
形成される膜形成基板Ｓ、例えば、Ｐｔ膜（膜厚１０μ
ｍ）でもって予め被覆されたＺｒＯ2 基板（基板厚５０
μｍ）である膜形成基板Ｓが設置されている。そして、
この膜形成基板Ｓは基板ホルダ１０上に設置されてお
り、この膜形成基板Ｓは基板ホルダ１０を支持したＸ−
Ｙ−Ｚ−θテーブル１１でもって表裏面が任意の向きと
なるよう走査される構成となっている。なお、膜形成基
板Ｓとしては、前もって金属膜（電極）が形成されたシ
リコン基板やセラミックス基板（ＺｒＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3な
ど）が好ましいが、音響効果を得る必要がある場合に
は、ステンレス薄板、例えば、耐熱性を有する低熱膨張
性のＳＵＳ４３０を使用してもよい。Further, the aerosol-like fine particles generated in the mixing chamber 1 (raw material storage chamber 5) are introduced into the film forming chamber 2 through a pair of conveying pipes 9a and 9b connected to the mixing chamber 1. That is, in the film forming chamber 2, a film forming substrate S on which a fine particle film is formed, for example, a Pt film (10 μm thick)
m) pre-coated ZrO 2 substrate (substrate thickness 50
μm) is provided. And
The film forming substrate S is set on the substrate holder 10, and the film forming substrate S supports the X-
With the YZ-θ table 11, scanning is performed so that the front and back surfaces are oriented in an arbitrary direction. As the film forming substrate S, a silicon substrate or a ceramic substrate (ZrO 2 , Al 2 O 3, etc.) on which a metal film (electrode) has been formed in advance is preferable. A thin plate, for example, SUS430 having heat resistance and low thermal expansion may be used.
【００３５】さらにまた、この膜形成室２内には、混合
室１と接続されたエアロゾル状微粒子の搬送配管９ａ，
９ｂがそれぞれ引き込まれており、各搬送配管９ａ，９
ｂの先端位置には、膜形成基板Ｓの表裏面それぞれと対
面し、かつ、これら表裏面の各々に対してエアロゾル状
微粒子を噴射する噴射ノズル１２ａ，１２ｂが配設され
ている。すなわち、従来例のガスデポジション成膜装置
では、エアロゾル状微粒子の搬送配管５４が１本しか配
設されておらず、この搬送配管５４に設けられた噴射ノ
ズル５６から膜形成基板Ｓの片面のみに対してエアロゾ
ル状微粒子が供給されていたのに対し、実施例１に係る
ガスデポジション成膜装置では、２本の搬送配管９ａ，
９ｂがエアロゾル状微粒子の供給用として配設され、か
つ、搬送配管９ａ，９ｂの各々に設けられた噴射ノズル
１２ａ，１２ｂから膜形成基板Ｓの表裏面に対してはエ
アロゾル状微粒子が同時に供給されることになってい
る。Further, in the film forming chamber 2, a transport pipe 9a for aerosol fine particles connected to the mixing chamber 1 is provided.
9b are drawn in, respectively, and each transport pipe 9a, 9
At the front end position b, spray nozzles 12a and 12b that face the front and back surfaces of the film forming substrate S and that spray aerosol fine particles to each of the front and back surfaces are disposed. That is, in the conventional gas deposition film forming apparatus, only one transport pipe 54 for the aerosol fine particles is provided, and only one side of the film forming substrate S is supplied from the injection nozzle 56 provided in the transport pipe 54. Aerosol fine particles were supplied to the gas deposition film forming apparatus according to the first embodiment.
9b is provided for supplying the aerosol-like fine particles, and the aerosol-like fine particles are simultaneously supplied to the front and back surfaces of the film-forming substrate S from the injection nozzles 12a and 12b provided in the transport pipes 9a and 9b, respectively. Is supposed to be.
【００３６】そこで、混合室１で生成された後に搬送配
管９ａ，９ｂを介して供給されたエアロゾル状微粒子は
噴射ノズル１２ａ，１２ｂのそれぞれから膜形成基板Ｓ
の表裏面へと同時に噴射されて供給されることになり、
その結果として膜形成基板Ｓの表裏面上には同一の組成
を有する微粒子膜、つまり、圧電体膜であるＰＺＴ膜が
形成される。さらに、この際、各噴射ノズル１２ａ，１
２ｂから噴出されるエアロゾル状微粒子の供給量が互い
に略等しくなるよう調整しておくと、膜形成基板Ｓの表
裏面それぞれに形成される微粒子膜の各々は略同等の膜
厚、例えば、５０μｍの膜厚をともに有することにな
る。そして、表裏面上に形成された微粒子膜のそれぞれ
が同一の組成を有し、かつ、略同等の膜厚を有する膜形
成基板Ｓでは、成膜時や熱処理時に生じる応力が等しく
なる。Therefore, the aerosol-like fine particles generated in the mixing chamber 1 and supplied through the conveying pipes 9a and 9b are supplied from the spray nozzles 12a and 12b to the film-forming substrate S, respectively.
Will be injected and supplied simultaneously to the front and back of the
As a result, a fine particle film having the same composition, that is, a PZT film which is a piezoelectric film is formed on the front and back surfaces of the film forming substrate S. Further, at this time, each injection nozzle 12a, 1
If the supply amounts of the aerosol-like fine particles ejected from 2b are adjusted to be substantially equal to each other, each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film-forming substrate S has substantially the same thickness, for example, 50 μm. It has both film thicknesses. Then, in the film-forming substrate S having the same composition in each of the fine particle films formed on the front and back surfaces and having substantially the same film thickness, the stress generated at the time of film formation or heat treatment becomes equal.
【００３７】なお、図１中の符号１３ａ，１３ｂは停止
弁であり、搬送配管９ａ，９ｂの途中位置に配設された
停止弁１３ａ，１３ｂの操作に伴ってはエアロゾル状微
粒子が噴出させられる一方、その噴出が停止させられ
る。また、図１中の符号１４は真空ポンプであり、この
真空ポンプ１４は停止弁１５を介したうえで膜形成室２
と接続されている。また、図示省略しているが、噴射ノ
ズル１２のそれぞれに供給されるエアロゾル状微粒子の
供給量を調整するための流量調整弁を各搬送配管９ａ，
９ｂの途中位置に配設しておいてもよいことは勿論であ
る。Reference numerals 13a and 13b in FIG. 1 denote stop valves, and aerosol-like fine particles are ejected in accordance with the operation of the stop valves 13a and 13b provided at intermediate positions of the conveying pipes 9a and 9b. On the other hand, the ejection is stopped. Reference numeral 14 in FIG. 1 denotes a vacuum pump, and this vacuum pump 14 is connected to a film forming chamber 2 through a stop valve 15.
Is connected to Although not shown, a flow control valve for adjusting the supply amount of the aerosol fine particles supplied to each of the injection nozzles 12 is provided in each of the transport pipes 9a,
Needless to say, it may be arranged at an intermediate position of 9b.
【００３８】すなわち、実施例１に係るガスデポジショ
ン成膜装置では、エアロゾル状微粒子を膜形成基板Ｓの
表裏面それぞれに対して同時に供給し、かつ、その表裏
面上に微粒子膜を同時に形成するガスデポジション成膜
方法が実現される。そして、このガスデポジション成膜
方法においては、膜形成基板Ｓの表裏面上に形成される
微粒子膜のそれぞれが同一の組成を有しており、また、
これらの微粒子膜それぞれが、同一の組成を有するとと
もに、略同等の膜厚を有している。従って、実施例１に
係るガスデポジション成膜装置を使用したガスデポジシ
ョン成膜方法を採用すれば、膜形成基板Ｓの表裏面上に
形成される微粒子膜のそれぞれが略同等の応力を有する
構成とすることも可能になる。That is, in the gas deposition film forming apparatus according to the first embodiment, the aerosol fine particles are simultaneously supplied to each of the front and back surfaces of the film forming substrate S, and the fine particle films are simultaneously formed on the front and back surfaces. A gas deposition film forming method is realized. In this gas deposition film forming method, each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate S has the same composition,
Each of these fine particle films has the same composition and substantially the same thickness. Therefore, if the gas deposition film forming method using the gas deposition film forming apparatus according to the first embodiment is adopted, each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate S has substantially the same stress. It is also possible to adopt a configuration.
【００３９】ところで、噴射ノズル１２ａ，１２ｂのそ
れぞれから膜形成基板Ｓの表裏面へとエアロゾル状微粒
子を同時に供給することにより、膜形成基板Ｓの表裏面
上に室温下で同時に形成された微粒子膜の相対密度は約
７５％であるが、その後、８５０℃の温度下で３時間に
わたる熱処理を実施すると、微粒子膜の相対密度は約９
１％にまで増大する。すなわち、実施例１に係る成膜装
置を使用したガスデポジション成膜方法では、熱処理前
における相対密度が７０％以上の微粒子膜を形成してお
いた後、７５０℃以上の温度下における焼成処理によっ
て更に高密度化した微粒子膜を得ることが行われる。By simultaneously supplying the aerosol-like fine particles to the front and back surfaces of the film forming substrate S from each of the spray nozzles 12a and 12b, the fine particle films simultaneously formed on the front and back surfaces of the film forming substrate S at room temperature. The relative density of the fine particle film is about 75%. Thereafter, when the heat treatment is performed at 850 ° C. for 3 hours, the relative density of the fine particle film is about 9%.
Increase to 1%. That is, in the gas deposition film forming method using the film forming apparatus according to the first embodiment, after forming a fine particle film having a relative density of 70% or more before the heat treatment, a baking treatment at a temperature of 750 ° C. or more is performed. Thus, a fine particle film having a higher density is obtained.
【００４０】そして、このような状態となった膜形成基
板Ｓ、つまり、本実施例に係るガスデポジション成膜方
法を採用して表裏面上に微粒子膜が形成された膜形成基
板Ｓ（実施例１）と、従来例に係るガスデポジション成
膜方法を採用して片面のみに微粒子膜が形成された膜形
成基板Ｓ（比較例）との各々における熱処理後の反り量
を測定してみたところ、表１で示すような結果が得られ
た。すなわち、この表１によれば、片面成膜とされた比
較例に係る膜形成基板Ｓの最大反り量が約４００μｍ／
５０．８ｍｍであるのに対し、両面成膜とされた実施例
１に係る膜形成基板Ｓの最大反り量は約８０μｍ／５
０．８ｍｍであり、実施例１の反り量が比較例よりも大
幅に低減していることが分かる。Then, the film forming substrate S in such a state, that is, the film forming substrate S having the fine particle film formed on the front and back surfaces by employing the gas deposition film forming method according to the present embodiment (implementation) The amount of warpage after heat treatment was measured for each of Example 1) and the film-formed substrate S (Comparative Example) in which the fine particle film was formed on only one side by employing the gas deposition film forming method according to the conventional example. However, the results shown in Table 1 were obtained. That is, according to Table 1, the maximum warpage amount of the film-formed substrate S according to the comparative example in which single-sided film formation was performed was about 400 μm /
50.8 mm, whereas the maximum warpage of the film-formed substrate S according to the example 1 in which both surfaces are formed is about 80 μm / 5.
0.8 mm, which indicates that the amount of warpage of Example 1 is much smaller than that of the comparative example.
【００４１】[0041]
【表１】 [Table 1]
【００４２】また、実施例１に係る膜形成基板Ｓの電気
的特性、具体的には、比誘導率及び誘導ヒステリシスを
測定したところ、表２で示すように、この微粒子膜は、
約７１０の比誘導率を有するとともに、約２３ｐＣ／Ｎ
と良好な残留分極値及び約５０ｋＶ／ｃｍの抗電界値を
有することが確認された。これに対し、比較例に係る膜
形成基板Ｓでは、反り量が大き過ぎるため、電気的特性
が測定できなかった。When the electrical characteristics of the film-forming substrate S according to Example 1, specifically, the specific dielectric constant and the induced hysteresis were measured, as shown in Table 2, this fine particle film was
Having a specific induction of about 710 and about 23 pC / N
And a good coercive electric field value of about 50 kV / cm. On the other hand, in the film forming substrate S according to the comparative example, the electrical characteristics could not be measured because the amount of warpage was too large.
【００４３】[0043]
【表２】 [Table 2]
【００４４】さらに、この際における実施例１に係る膜
形成基板Ｓの外観状態は図２（ａ）の表面ＳＥＭ写真で
示す通りであるのに対し、比較例に係る膜形成基板Ｓの
外観状態は図２（ｂ）の表面ＳＥＭ写真で示すようにな
っている。そして、これらによれば、実施例１に係る膜
形成基板Ｓの表裏面に対する微粒子膜の成膜性は良好で
あり、片面成膜とされた比較例に比較して両面成膜とさ
れた実施例１では微粒子膜の剥離も観察されないことが
明らかとなっている。Further, at this time, the appearance of the film-formed substrate S according to Example 1 is as shown in the surface SEM photograph of FIG. 2A, whereas the appearance of the film-formed substrate S according to the comparative example is shown. Is as shown in the surface SEM photograph of FIG. 2 (b). According to these, the film forming property of the fine particle film on the front and back surfaces of the film forming substrate S according to Example 1 was good, and the film formation was performed on both surfaces as compared with the comparative example in which the film was formed on one surface. In Example 1, it is clear that no separation of the fine particle film is observed.
【００４５】（実施例２）実施例２に係るガスデポジシ
ョン成膜方法は、微粒子の原料粉末を搬送ガスと混合し
て生成されたエアロゾル状微粒子を膜形成基板の表裏面
それぞれに対して同時に供給し、これらの表裏面上に異
なる組成を有する微粒子膜の各々を同時に形成すること
を特徴としている。そして、図３は実施例２に係るガス
デポジション成膜装置の構成を簡略化して示す説明図で
あり、図４は本実施例に係るガスデポジション成膜装置
を使用したガスデポジション成膜方法を採用して形成さ
れた圧電体−磁性体ハイブリッドセンサの積層構造を示
す説明図である。なお、実施例２を示す図３及び図４に
おいて、実施例１を示す図１と互いに同一もしくは相当
する各種の機器や部品、部分については同一符号を付し
ている。(Embodiment 2) In a gas deposition film forming method according to Embodiment 2, aerosol-like fine particles generated by mixing raw material powder of fine particles with a carrier gas are simultaneously applied to the front and back surfaces of a film-forming substrate. It is characterized in that each of the fine particle films having different compositions is simultaneously formed on these front and rear surfaces. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a simplified configuration of the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment, and FIG. 4 is a gas deposition film forming apparatus using the gas deposition film forming apparatus according to the present embodiment. It is explanatory drawing which shows the laminated structure of the piezoelectric-magnetic hybrid sensor formed by adopting the method. In FIGS. 3 and 4 showing the second embodiment, the same reference numerals are given to various devices, parts, and portions which are the same as or correspond to those of FIG. 1 showing the first embodiment.
【００４６】実施例２に係るガスデポジション成膜装置
は、エアロゾル状微粒子を生成する混合室１ａ，１ｂ
と、膜形成基板Ｓ上に微粒子膜を形成するための膜形成
室２を備えるとともに、Ｎ2 などの搬送ガスを供給する
搬送ガス供給源であるガスボンベ３ａ，３ｂを具備して
いる。そして、ここでの混合室１ａを構成する原料貯蔵
室５ａ内には磁性体材料であるＮｉ−Ｃｕ−Ｃｏフェラ
イト粉末が原料粉末４ａとして貯蔵されている一方、混
合室１ｂを構成している原料貯蔵室５ｂ内には、ゾルゲ
ル法を利用して合成され、かつ、６５０℃の温度下で仮
焼処理されたＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ3 粉末（平均粒径
０．５μｍ）が圧電体材料の原料粉末４ｂであるとして
貯蔵されている。In the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment, the mixing chambers 1a and 1b for generating aerosol fine particles are used.
When provided with a film forming chamber 2 for forming a fine particle film on the film formation substrate S, a gas cylinder 3a is a carrier gas supply source for supplying a carrier gas such as N 2, is provided with a 3b. In the raw material storage chamber 5a forming the mixing chamber 1a, Ni-Cu-Co ferrite powder as a magnetic material is stored as the raw material powder 4a, while the raw material forming the mixing chamber 1b is stored. In the storage room 5b, PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 powder (average particle size 0.5 μm) synthesized by using the sol-gel method and calcined at a temperature of 650 ° C. is used as a raw material of the piezoelectric material. It is stored as powder 4b.
【００４７】また、混合室１ａ，１ｂを構成している原
料貯蔵室５ａ，５ｂと、ガスボンベ３ａ，３ｂとの各々
同士はガス配管６ａ，６ｂを介したうえで接続されてお
り、これらのガス配管６ａ，６ｂは原料貯蔵室５ａ，５
ｂそれぞれ内に貯蔵された原料粉末４ａ，４ｂ内にまで
挿入されている。そこで、ガス配管６ａ，６ｂから供給
されてきた搬送ガスは原料粉末４ａ，４ｂ内を通過する
ことになり、搬送ガスが原料粉末４ａ，４ｂ内を通過し
ながら混合されるのに伴ってエアロゾル状微粒子が生成
される。なお、図中の符号７ａ，７ｂはガス流量調整
弁、８ａ，８ｂはガス停止弁であり、原料貯蔵室５ａ，
５ｂ（混合室１ａ，１ｂ）に供給される搬送ガスの供給
量を調整するガス流量調整弁７ａ，７ｂのそれぞれはガ
スボンベ３ａ，３ｂのガス供給部に配設される一方、ガ
ス停止弁８ａ，８ｂの各々はガス配管６ａ，６ｂの途中
位置に配設されている。The raw material storage chambers 5a, 5b constituting the mixing chambers 1a, 1b and the gas cylinders 3a, 3b are connected to each other via gas pipes 6a, 6b. The pipes 6a, 6b are connected to the raw material storage rooms 5a, 5
b are inserted into the raw material powders 4a and 4b stored in each of them. Therefore, the carrier gas supplied from the gas pipes 6a and 6b passes through the raw material powders 4a and 4b, and is mixed with the carrier gas while passing through the raw material powders 4a and 4b. Fine particles are generated. In the drawings, reference numerals 7a and 7b denote gas flow control valves, and reference numerals 8a and 8b denote gas stop valves.
Each of the gas flow control valves 7a and 7b for adjusting the supply amount of the carrier gas supplied to the mixing chambers 1b and 5b is provided in the gas supply section of the gas cylinders 3a and 3b, while the gas stop valves 8a and 7b are provided. Each of the gas pipes 8b is disposed at an intermediate position of the gas pipes 6a and 6b.
【００４８】さらに、混合室１ａ，１ｂ（原料貯蔵室５
ａ，５ｂ）で生成された磁性体材料及び圧電体材料それ
ぞれのエアロゾル状微粒子は、これらの混合室１ａ，１
ｂと接続された一対の搬送配管９ａ，９ｂを介して膜形
成室２内へと導入されることになり、この膜形成室２内
には、微粒子膜が形成される膜形成基板Ｓ、例えば、Ｐ
ｔ膜（膜厚１０μｍ）で予め被覆されたＺｒＯ2 基板
（基板厚５０μｍ）である膜形成基板Ｓが設置されてい
る。そして、この際、膜形成基板Ｓは基板ホルダ１０上
に設置されており、この膜形成基板Ｓは基板ホルダ１０
を支持したＸ−Ｙ−Ｚ−θテーブル１１によって走査さ
れることになっている。Further, mixing chambers 1a and 1b (raw material storage chamber 5)
The aerosol fine particles of the magnetic material and the piezoelectric material generated in a, 5b) are mixed in the mixing chambers 1a, 1b.
b is introduced into the film formation chamber 2 through a pair of transfer pipes 9a and 9b connected to the film formation substrate 2, and a film formation substrate S on which a fine particle film is formed, for example, , P
A film forming substrate S, which is a ZrO 2 substrate (substrate thickness 50 μm) previously coated with a t film (film thickness 10 μm), is provided. At this time, the film forming substrate S is set on the substrate holder 10 and the film forming substrate S is
Is to be scanned by the XYZ-θ table 11 supporting.
【００４９】さらにまた、この膜形成室２内には、混合
室１ａ，１ｂと接続されたエアロゾル状微粒子の搬送配
管９ａ，９ｂが引き込まれており、各搬送配管９ａ，９
ｂの先端位置には、膜形成基板Ｓの表裏面それぞれと対
面し、かつ、これら表裏面の各々に対してエアロゾル状
微粒子を噴射する噴射ノズル１２ａ，１２ｂがそれぞれ
配設されている。すなわち、この実施例２に係るガスデ
ポジション成膜装置では、２本の搬送配管９ａ，９ｂが
組成の異なるエアロゾル状微粒子の供給用であるとして
２本の搬送配管９ａ，９ｂが配設されており、かつ、搬
送配管９ａ，９ｂの各々に設けられた噴射ノズル１２
ａ，１２ｂから膜形成基板Ｓの表裏面に対しては組成の
異なったエアロゾル状微粒子が同時に供給される構成が
採用されている。Further, inside the film forming chamber 2, conveying pipes 9a and 9b for aerosol fine particles connected to the mixing chambers 1a and 1b are drawn.
At the front end position b, ejection nozzles 12a and 12b are provided, which face the front and back surfaces of the film-forming substrate S, respectively, and eject aerosol fine particles to each of the front and back surfaces. That is, in the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment, the two transfer pipes 9a and 9b are provided assuming that the two transfer pipes 9a and 9b are for supplying aerosol fine particles having different compositions. And an injection nozzle 12 provided in each of the transfer pipes 9a and 9b.
A configuration is adopted in which aerosol fine particles having different compositions are simultaneously supplied from a and 12b to the front and back surfaces of the film-formed substrate S.
【００５０】そこで、混合室１ａ，１ｂで生成された後
に搬送配管９ａ，９ｂを介して供給されたエアロゾル状
微粒子は噴射ノズル１２ａ，１２ｂのそれぞれから膜形
成基板Ｓの表裏面へと同時に噴射されるのに伴って供給
されることになり、その結果として膜形成基板Ｓの表裏
面上には異なる組成を有する微粒子膜、つまり、磁性体
膜と圧電体膜（ＰＺＴ膜）とが各別として形成される。
さらに、この際においては、各噴射ノズル１２ａ，１２
ｂから噴出されるエアロゾル状微粒子である磁性体材料
及び圧電体材料の供給量を調整する、つまり、磁性体及
び圧電体それぞれのバルク本来の熱膨張係数と弾性定数
とを参考にしたうえで応力のバランスが取れる膜厚比と
なるように調整することが好ましい。Therefore, the aerosol-like fine particles generated in the mixing chambers 1a and 1b and supplied through the transport pipes 9a and 9b are simultaneously jetted from the jet nozzles 12a and 12b to the front and back surfaces of the film forming substrate S. As a result, fine particle films having different compositions, that is, a magnetic film and a piezoelectric film (PZT film) are separately provided on the front and back surfaces of the film forming substrate S. It is formed.
Further, in this case, each injection nozzle 12a, 12
b. Adjust the supply amounts of the magnetic material and piezoelectric material, which are aerosol-like fine particles ejected from b. In other words, refer to the bulk thermal expansion coefficient and elastic constant of each of the magnetic material and piezoelectric material, and adjust the stress. It is preferable to adjust the film thickness ratio so as to balance the above.
【００５１】そして、このような調整を行っていると、
膜形成基板Ｓの表裏面それぞれに形成される磁性体膜及
び圧電体膜の各々は、異なる組成を有するとともに、異
なる膜厚を有していることになり、図４で積層構造を示
すような圧電体−磁性体ハイブリッドセンサ２１が作製
されたことになる。なお、図４中の符号Ｓは膜形成基板
であり、かつ、２２は磁性体膜を示し、２３は圧電体膜
を示している。When such adjustments are made,
Each of the magnetic film and the piezoelectric film formed on each of the front and back surfaces of the film forming substrate S has a different composition and a different film thickness, as shown in FIG. This means that the piezoelectric-magnetic hybrid sensor 21 has been manufactured. In FIG. 4, reference symbol S denotes a film forming substrate, 22 denotes a magnetic film, and 23 denotes a piezoelectric film.
【００５２】そこで、厚みの薄い膜形成基板Ｓに対して
厚膜の微粒子膜を形成した場合においても、表裏面それ
ぞれに形成された微粒子膜同士が各々によって発生する
応力を均衡させるバランス膜として作用するため、膜形
成基板Ｓに生じる応力はキャンセルされてしまう。その
結果、実施例２に係るガスデポジション成膜装置を使用
したうえで表裏面上に微粒子膜がそれぞれ形成された膜
形成基板Ｓでは、成膜時や熱処理時に生じる応力が等し
くなる。Therefore, even when a thick fine particle film is formed on a thin film-forming substrate S, the fine particle films formed on the front and back surfaces act as balance films for balancing the stresses generated by each. Therefore, the stress generated in the film forming substrate S is canceled. As a result, in the film forming substrate S on which the fine particle films are formed on the front and back surfaces, respectively, using the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment, the stresses generated during film formation and heat treatment become equal.
【００５３】すなわち、実施例２に係るガスデポジショ
ン成膜装置では、エアロゾル状微粒子を膜形成基板Ｓの
表裏面それぞれに対して同時に供給し、かつ、その表裏
面上に微粒子膜を同時に形成するガスデポジション成膜
方法が実現される。そして、このガスデポジション成膜
方法であれば、膜形成基板Ｓの表裏面上に形成される微
粒子膜のそれぞれが異なる組成を有しており、また、異
なる膜厚を有していることになる。従って、実施例２に
係るガスデポジション成膜装置を使用したガスデポジシ
ョン成膜方法を採用すれば、膜形成基板Ｓの表裏面上に
形成される微粒子膜のそれぞれが略同等の応力を有する
ことともなる。That is, in the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment, the aerosol fine particles are simultaneously supplied to the front and back surfaces of the film forming substrate S, and the fine particle films are simultaneously formed on the front and back surfaces. A gas deposition film forming method is realized. According to this gas deposition film forming method, the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate S have different compositions and have different film thicknesses. Become. Therefore, if the gas deposition film forming method using the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment is adopted, each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate S has substantially the same stress. It can be.
【００５４】ところで、従来例に係るガスデポジション
成膜方法を採用して図４で示すような圧電体−磁性体ハ
イブリッドセンサ２１を作製するに際しては、ガラス製
などの膜形成基板Ｓを用意し、スパッタリング法などに
よってアモルファス状の磁性体膜２２を膜形成基板Ｓの
一面上に蒸着した後、薄く加工されたＰＺＴ板を圧電体
膜２３として膜形成基板Ｓの他面上に貼り付けることが
行われる。しかしながら、この従来例においては、膜形
成基板Ｓ及びＰＺＴ板を薄く加工するためのハンドリン
グが可能な厚みに限界がある。これに対し、実施例２に
係るガスデポジション成膜方法であれば、膜形成基板Ｓ
及びＰＺＴ板を薄く加工するプロセスをなくすことが可
能であり、かつ、必要に応じて膜形成基板Ｓ及び圧電体
膜２３の厚みを変更することが可能となる。When the piezoelectric-magnetic hybrid sensor 21 as shown in FIG. 4 is manufactured by employing the gas deposition method according to the conventional example, a film-forming substrate S made of glass or the like is prepared. After the amorphous magnetic film 22 is vapor-deposited on one surface of the film forming substrate S by a sputtering method or the like, a thinly processed PZT plate may be attached as a piezoelectric film 23 on the other surface of the film forming substrate S. Done. However, in this conventional example, there is a limit to the thickness that can be handled for processing the film forming substrate S and the PZT plate thinly. On the other hand, in the case of the gas deposition film forming method according to the second embodiment, the film forming substrate S
In addition, it is possible to eliminate the process of thinning the PZT plate, and to change the thickness of the film forming substrate S and the piezoelectric film 23 as necessary.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
デポジション成膜方法及びガスデポジション成膜装置で
は、微粒子の原料粉末を搬送ガスと混合してなるエアロ
ゾル状微粒子を膜形成基板の表裏面に対して同時に供給
するので、膜形成基板の表裏面上に相対密度の高い微粒
子膜を高速で形成することができる。そして、膜形成基
板の表裏面上に微粒子膜をそれぞれ形成している場合に
は、微粒子膜を形成したことに伴って膜形成基板の中心
位置に作用する力がキャンセルされるため、この膜形成
基板に歪みが生じることは起こらないという効果が得ら
れる。As described above, in the gas deposition film forming method and the gas deposition film forming apparatus according to the present invention, the aerosol fine particles obtained by mixing the raw material powder of the fine particles with the carrier gas are used for forming the film forming substrate. Since the particles are simultaneously supplied to the front and back surfaces, a fine particle film having a high relative density can be formed on the front and back surfaces of the film forming substrate at a high speed. When the fine particle film is formed on each of the front and back surfaces of the film forming substrate, the force acting on the center position of the film forming substrate is canceled due to the formation of the fine particle film. The effect is obtained that no distortion occurs in the substrate.
【００５６】また、本発明に係るガスデポジション成膜
方法及びガスデポジション成膜装置であれば、同一の組
成あるいは異なる組成を有する微粒子膜を膜形成基板の
表裏面に対して同時に形成することが可能となる。そし
て、膜形成基板の表裏面上にそれぞれ形成された微粒子
膜同士が各々によって発生する応力を均衡させるバラン
ス膜として作用するため、膜形成基板に反りが生じた
り、微粒子膜にクラックが発生したりすることを有効に
防止できる。さらに、このような構成であれば、膜形成
基板の表裏面上に形成される微粒子膜それぞれの材質及
び膜厚を任意に選択したうえで制御することが可能とな
る結果、形成される微粒子膜の材質を互いに異ならた
り、組成を異ならせることによってハイブリッドセンサ
を容易に作製できるという効果も得られる。In the gas deposition film forming method and the gas deposition film forming apparatus according to the present invention, fine particle films having the same composition or different compositions are simultaneously formed on the front and back surfaces of the film forming substrate. Becomes possible. Further, since the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate act as balance films for balancing the stress generated by each of them, the film forming substrate may be warped or the fine particle film may be cracked. Can be effectively prevented. Further, with such a configuration, the material and thickness of each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate can be arbitrarily selected and controlled, and as a result, the formed fine particle film It is also possible to easily produce a hybrid sensor by using different materials or different compositions.
【図１】実施例１に係るガスデポジション成膜装置の構
成を簡略化して示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a simplified configuration of a gas deposition film forming apparatus according to a first embodiment.
【図２】実施例１に係るガスデポジション成膜装置を使
用したガスデポジション成膜方法によって形成された微
粒子膜の外観状態を示す表面ＳＥＭ写真である。FIG. 2 is a surface SEM photograph showing an appearance state of a fine particle film formed by a gas deposition film forming method using the gas deposition film forming apparatus according to Example 1.
【図３】実施例２に係るガスデポジション成膜装置の構
成を簡略化して示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a simplified configuration of a gas deposition film forming apparatus according to a second embodiment.
【図４】実施例２に係るガスデポジション成膜装置を用
いて形成された圧電体−磁性体ハイブリッドセンサの積
層構造を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a laminated structure of a piezoelectric-magnetic hybrid sensor formed using the gas deposition film forming apparatus according to the second embodiment.
【図５】従来の形態に係るガスデポジション成膜装置の
構成を簡略化して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a simplified configuration of a gas deposition film forming apparatus according to a conventional embodiment.
１ 混合室 ２ 膜形成室 ３ ガスボンベ ４ 微粒子の原料粉末 ５ 原料貯蔵室 ６ ガス配管 ７ ガス流量調整弁 ８ ガス停止弁 ９ａ 搬送配管 ９ｂ 搬送配管 １０ 基板ホルダ １１ Ｘ−Ｙ−Ｚ−θテーブル １２ａ 噴射ノズル １２ｂ 噴射ノズル １３ａ 停止弁 １３ｂ 停止弁 １４ 真空ポンプ １５ 停止弁 REFERENCE SIGNS LIST 1 mixing chamber 2 film forming chamber 3 gas cylinder 4 raw material powder of fine particles 5 raw material storage chamber 6 gas pipe 7 gas flow control valve 8 gas stop valve 9a transfer pipe 9b transfer pipe 10 substrate holder 11 XYZ-θ table 12a injection Nozzle 12b Injection nozzle 13a Stop valve 13b Stop valve 14 Vacuum pump 15 Stop valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BB08 BC10 BD03 BD04 BD14 DA01 EB01 EC01 EC06 EE12 FB02 4K029 AA04 BA50 BB04 BC00 BC06 BD00 DA04 5F045 AA00 AB31 BB00 BB08 DP02 DP03 DP05 EB02 EB19 EC01 EC07 EE02 EE05 EF08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 4G075 AA24 BB08 BC10 BD03 BD04 BD14 DA01 EB01 EC01 EC06 EE12 FB02 4K029 AA04 BA50 BB04 BC00 BC06 BD00 DA04 5F045 AA00 AB31 BB00 BB08 DP02 DP03 DP05 EB02 EB19 EC01 EE02 EC05
Claims (11)
アロゾル状微粒子を生成し、該エアロゾル状微粒子を膜
形成室内に導入して該膜形成室内に設置された膜形成基
板上に微粒子膜を形成するガスデポジション成膜方法で
あって、 前記エアロゾル状微粒子を前記膜形成基板の表裏面それ
ぞれに対して同時に供給し、該表裏面上に前記微粒子膜
を同時に形成することを特徴とするガスデポジション成
膜方法。An aerosol-like fine particle is generated by mixing a raw material powder of a fine particle with a carrier gas, and the aerosol-like fine particle is introduced into a film forming chamber, and the fine particle film is formed on a film forming substrate installed in the film forming chamber. Wherein the aerosol-like fine particles are simultaneously supplied to each of the front and back surfaces of the film-forming substrate, and the fine particle films are simultaneously formed on the front and back surfaces. Gas deposition film forming method.
料粉末内を前記搬送ガスが通過しながら混合されるのに
伴って行われることを特徴とする請求項１に記載したガ
スデポジション成膜方法。2. The gas deposition film according to claim 1, wherein the aerosol-like fine particles are generated as the carrier gas is mixed while passing through the raw material powder. Method.
々の前記微粒子膜は、同一の組成を有していることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載したガスデポジ
ション成膜方法。3. The gas deposition according to claim 1, wherein the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate have the same composition. Film formation method.
々の前記微粒子膜は、異なる組成を有していることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載したガスデポジ
ション成膜方法。4. The gas deposition composition according to claim 1, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate has a different composition. Membrane method.
々の前記微粒子膜は、略同等の応力を有していることを
特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載したガ
スデポジション成膜方法。5. The method according to claim 1, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate has substantially the same stress. Gas deposition film forming method.
々の前記微粒子膜は、同一の組成を有するとともに、略
同等の膜厚を有していることを特徴とする請求項５に記
載したガスデポジション成膜方法。6. The method according to claim 5, wherein the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate have the same composition and substantially the same thickness. The described gas deposition film forming method.
々の前記微粒子膜は、異なる組成を有するとともに、異
なる膜厚を有していることを特徴とする請求項５に記載
したガスデポジション成膜方法。7. The gas according to claim 5, wherein each of the fine particle films formed on the front and back surfaces of the film forming substrate has a different composition and a different film thickness. Deposition film formation method.
アロゾル状微粒子を生成する混合室と、膜形成基板が設
置され、かつ、前記エアロゾル状微粒子が導入される膜
形成室とを備えており、該膜形成室内には、前記エアロ
ゾル状微粒子の搬送配管を介して前記混合室と接続さ
れ、かつ、前記膜形成基板の表裏面それぞれに対して前
記エアロゾル状微粒子を噴射する噴射ノズルを配設して
いることを特徴とするガスデポジション成膜装置。8. A mixing chamber for producing aerosol-like fine particles by mixing raw material powder of fine particles with a carrier gas, and a film-forming room in which a film-forming substrate is installed and into which the aerosol-like fine particles are introduced. In the film forming chamber, an injection nozzle connected to the mixing chamber via a conveying pipe for the aerosol-like fine particles, and for spraying the aerosol-like fine particles to each of the front and back surfaces of the film-forming substrate is provided. A gas deposition film forming apparatus, which is provided.
原料貯蔵室であり、搬送ガス供給源から供給されてきた
前記搬送ガスが前記原料粉末内を通過しながら混合され
る構成であることを特徴とする請求項８に記載したガス
デポジション成膜装置。9. The mixing chamber is a raw material storage chamber for storing the raw material powder, wherein the carrier gas supplied from a carrier gas supply source is mixed while passing through the raw material powder. 9. The gas deposition film forming apparatus according to claim 8, wherein:
に供給される前記搬送ガスの供給量を調整する流量調整
弁を配設していることを特徴とする請求項８または請求
項９に記載したガスデポジション成膜装置。10. The carrier gas supply source is provided with a flow control valve for adjusting a supply amount of the carrier gas supplied into the mixing chamber. The gas deposition film forming apparatus described in 1 above.
ノズルに供給される前記エアロゾル状微粒子の供給量を
調整する流量調整弁を配設していることを特徴とする請
求項８または請求項９に記載したガスデポジション成膜
装置。11. A flow control valve for adjusting a supply amount of the aerosol-like fine particles to be supplied to the injection nozzle is provided at an intermediate position of the transport pipe. Item 10. A gas deposition film forming apparatus according to Item 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001144524A JP2002339058A (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | Gas phase film deposition method, and deposition device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001144524A JP2002339058A (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | Gas phase film deposition method, and deposition device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002339058A true JP2002339058A (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=18990461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2001144524A Pending JP2002339058A (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | Gas phase film deposition method, and deposition device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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- 2001-05-15 JP JP2001144524A patent/JP2002339058A/en active Pending
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