JP2006193784A

JP2006193784A - エアロゾルデポジッション成膜装置

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Publication number: JP2006193784A
Application number: JP2005006658A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Imanaka; 佳彦今中; Jun Aketo; 純明渡
Original assignee: Fujitsu Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Fujitsu Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP4555992B2

Abstract

【課題】緻密で膜密着性が高く、結晶性の良好な膜を形成可能なエアロゾルデポジッション成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜材料の微粒子をエアロゾル化するエアロゾル形成部２０と、エアロゾル２９にレーザ光を照射しエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱する加熱部３０と、エアロゾル２９を基板４３に向けて噴射して成膜を行う成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０などから構成し、加熱部３０において、エアロゾルを形成する微粒子にレーザ光を照射して微粒子を加熱し、微粒子を構成する材料に誘起されている歪みを低減する。さらに加熱により微粒子の結晶性を向上し、微粒子表面の付着物を除去する。加熱された微粒子は、成膜部４０で噴射ノズル４２により噴射された際に断熱膨張により冷却されるので基板４３に熱的なダメージを与えない。赤外線、紫外線、マイクロ波等によりエアロゾルを加熱する例をさらに開示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エアロゾル化した微粒子材料を用いて成膜するエアロゾルデポジッション成膜装置に関する。

ユビキタス社会を目指して、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、その他モバイル機器等の分野で、ポータブル・ウエアラブル・モバイル電子機器の開発が望まれている。このような電子機器の小型化・高性能化・多機能化を実現するためには種々の機能をもった材料を同じ空間内に集積化して形成することが重要である。これまで、回路基板や半導体素子、受動電子部品の開発の中で、樹脂材料と金属材料、セラミック材料と金属材料との組み合わせによる構造体を形成することにより、要求に見合ったデバイスの開発を可能にしてきた。

しかしながら、樹脂材料とセラミック材料との組み合わせによる構造体は、それぞれのプロセス温度が大きく異なるために、その複合化に制限があり、双方の特性を充分に発現した手法が存在しなかった。手法の一つとして、樹脂中にセラミック粉末等を混ぜ合わせて複合化する方法が試みられているが、要求特性を充分に満たしていないのが現状である。例えば、高誘電率化を達成するための高誘電率セラミックスと樹脂との組み合わせにおいても、樹脂中のセラミックスの充填率が制限され、比誘電率が数十程度の材料しか得られない。このために、低いプロセス温度で形成可能なセラミックスあるいは、耐熱温度の高い樹脂材料の開発が望まれている。

そこで、無機材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し基板上に衝突させることにより、基板上に無機材料の膜を形成させる、いわゆるエアロゾルデポジション法は、常温付近でセラミック膜が形成できるために、材料本来の特性を損なうことなく、樹脂材料との複合・集積化が可能となるとみられており、この分野の研究・開発が活発化し始めているところである。

エアロゾルデポジション成膜装置は、セラミック粒子にガスを吹き込んで得られたエアロゾルをノズルから基板上に噴射し、基板上にセラミック膜を形成する。これは、噴射された個々のセラミック粒子が基板や粒子同士が衝突することにより、粒子表面が塑性変形したり、粒子が破砕したりして、基板や他の粒子と密着することによりエアロデポジション膜が形成される。

セラミック粒子は数百ｎｍ程度の微粒子であるため、その表面に水分子が付着したり、汚染層が形成されたりする。このようなセラミック粒子をそのまま用いて成膜すると、微粒子同士の密着性が低下し、脆弱で空孔の多い膜が形成される。

そこで、イオンや低温プラズマ等の高エネルギーの原子や分子を成膜前あるいは成膜中にセラミック粒子に照射して微粒子表面の汚染層を除去して成膜する手法が提案されている（例えば、特許文献１または２参照。）。
特許第２９６３９９３号明細書特開２０００−２１２７６６号公報

ところで、セラミック粒子は、セラミックのバルク材料を衝撃式粉砕機やボールミル等により機械的に破砕等して微粒子化されるので、セラミック粒子の表面には歪みが誘起されている。歪みが過度に大きいと、エアロゾルデポジション成膜装置で噴射した際に新たに形成される歪み量が小さいため、セラミック粒子と基板との密着性やセラミック粒子同士の密着性が低下し、エアロゾルデポジション膜の基板との密着性やエアロゾルデポジション膜の緻密性が低下するという問題が生ずる。

また、エアロゾルデポジション膜の結晶性は、材料のセラミック粒子の結晶性を引き継ぐため、セラミック粒子の結晶性が重要となる。しかし、機械的な破砕処理を経たセラミック粒子は結晶性が劣化している場合がある。従来、ＡＤ成膜装置では、エアロゾルを基板に噴射しながら基板にレーザを照射したり、成膜後に基板およびエアロゾルデポジション膜にレーザを照射して、結晶性を向上させる加熱処理を行っていた。このような場合、耐熱性の低いプラスチックを基板とする場合には基板を損傷してしまい、プラスチックとエアロゾルデポジション膜との複合材料の形成が困難になるという問題を生じる。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、緻密で膜密着性の高く、結晶性が良好な膜を形成可能なエアロゾルデポジッション成膜装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、無機材料からなる微粒子をキャリアガスに分散させたエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、前記エアロゾルを噴射ノズルにより噴射して基体上に無機材料膜を成膜する成膜手段と、前記エアロゾル形成手段と前記成膜手段との間に、前記エアロゾル中の微粒子を加熱する加熱手段と、を備え、前記加熱手段は、高エネルギーの電磁波をエアロゾルに照射することを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置が提供される。

本発明によれば、噴射ノズルからエアロゾルを噴射する前に、エアロゾルを形成する微粒子に高エネルギーの電磁波を照射することにより、エアロゾルの流れを阻害することなく、電磁波が照射された微粒子自体の発熱により微粒子が加熱される。その結果、微粒子に誘起されていた歪みが低減され、結晶性が向上する。よって、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルを形成する微粒子は、基板あるいは既に堆積した微粒子と衝突し、微粒子表面に微粒子同士が密着するために十分な歪みが誘起される。その結果、緻密で膜密着性が高く、結晶性の良好な無機材料の膜を形成できる。さらに、微粒子の加熱により微粒子表面の水分や汚染層が除去され、この点においても膜に緻密性や膜密着性が向上する。

前記高エネルギーの電磁波は、可視光、赤外光、紫外光、およびマイクロ波からなる群のうちいずれか一種でもよく、またレーザ光でもよい。

本発明によれば、エアロゾルを形成する微粒子を噴射前に加熱することにより、微粒子に誘起されていた歪みが低減されるので、緻密で膜密着性が高く、結晶性の良好な膜を形成可能なエアロゾルデポジッション成膜装置を提供できる。

以下図面を参照しつつ実施の形態を具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置は、エアロゾルを噴射ノズルから噴射する前にエアロゾルにレーザ光を照射する加熱部を備えたことに主な特徴がある。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。

図１を参照するに、エアロゾルデポジッション（以下「ＡＤ」と略称する。）成膜装置１０は、大略、成膜材料の微粒子２７をエアロゾル化するエアロゾル形成部２０と、エアロゾル２９にレーザ光を照射し、エアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱する加熱部３０と、エアロゾル２９を基板に向けて噴射してＡＤ膜４３を形成する成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０などから構成される。ＡＤ成膜装置１０は、加熱部３０において、エアロゾル２９にレーザ光を照射してエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱し、微粒子２７に誘起された歪みを低減する。その結果、エアロゾルが基板４３に噴射された際に、その微粒子２７と基板４３、あるいは既に堆積した微粒子との衝突により、微粒子表面に十分な歪みが誘起され、基板４３との密着性や微粒子同士の密着性が向上する。以下、ＡＤ成膜装置１０の具体的構成を説明する。

エアロゾル形成部２０は、エアロゾル発生器２１と、エアロゾル発生器２１に圧縮されたキャリアガスを供給するガスボンベ２２と、コンプレッサー２３と、マスフローコントローラ２４と、配管２５、２８とから構成される。

エアロゾル発生器２１は、容器２６内に成膜材料の微粒子２７が充填されている。エアロゾル発生器２１は、微粒子２７内にキャリアガスを導入する配管２５と、キャリアガスにより容器２６内に舞い上がった微粒子２７とキャリアガスとが形成するエアロゾル２９を加熱部３０に送出する配管２８とが接続されている。エアロゾル発生器２１では、キャリアガスを容器２６内に導入することで、容器２６内の空間に微粒子２７が舞い上がりエアロゾル２９が形成される。

エアロゾル発生器２１には、超音波振動や、電磁振動、機械的振動を微粒子２７に印加するための加振器を設けてもよい。加振器により微粒子２７の凝集を機械的に分離させることで、均質なＡＤ膜が形成できる。また、エアロゾル発生器２１には微粒子２７を乾燥するためのヒータ等の加熱器を設けてもよい。

また、エアロゾル発生器２１内を予め減圧雰囲気に設定するために、配管５６およびバルブ５６ｂを介して容器２７が真空系５０に接続されている。エアロゾル発生器２１内の乾燥、特に微粒子２７の乾燥を行う場合には、真空系５０を動作させバルブ５６ｂを開いて容器２６内を排気する。その際、微粒子２７に加振器で振動を印加してもよく、加熱器で加熱してもよい。

微粒子２７は無機材料から構成され、その平均粒径は、例えば１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。微粒子２７は、無機材料であれば材料に特に制限はないが、例えば、回路基板や半導体装置の層間絶縁層を形成する場合は、高周波における低誘電損失の観点から、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＢａＺｒＯ₃、ＺｒＳｎＴｉＯ₄、ＢａＴｉ₄Ｏ₉、Ｂａ₂Ｔｉ₉Ｏ₂₀、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＺｒＯ₃、Ｂａ（Ｚｎ_1/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃、Ｂａ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｂａ（Ｍｇ_1/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃、Ｂａ（Ｃｏ_1/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃、Ｂａ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｂａ（Ｎｉ_1/3Ｔａ_2/3）Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＳｒＺｒＯ₃、Ｎｄ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ₃、Ｂａ（ＴｉＺｒ）Ｏ₃、ＰｂＺｒＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＰｂＺｒＯ₃、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂(ムライト）、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃(スピネル）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂(フォルステライト）、２Ａｌ₂Ｏ₃・２ＭｇＯ・５ＳｉＯ₂(コージエライト）、ＣａＯ・ＳｉＯ₂(ウォラストナイト）、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂（アノーサイト）、ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂（ディオプサイド）、２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂（ゲーレナイト）等のセラミックス粉末及びこれらから選択される１種あるいは２種以上のセラミックス粉末の混合物が好適である。

また、回路基板や半導体装置の配線パターンを形成する場合は、微粒子２７として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｌ又はこれらの元素からなる合金を含む金属材料が挙げられる。また、微粒子２７として、これらの金属材料及びこれらから選択される１種あるいは２種以上の金属材料の混合物が好適である。なお、微粒子２７は、十分に除湿後容器２６に充填されることが好ましい。

ガスボンベ２２にはキャリアガスが充填され、キャリアガスとしては、アルゴンガスの他、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン、窒素などの不活性ガスを用いることができる。なお、微粒子２７にペロブスカイト構造を有する酸化物セラミックスを用いる場合は、キャリアガスは酸化性のガス、例えば酸素ガスや空気を用いてもよく、これらのガスを不活性ガスに添加してもよい。酸化物セラミックス微粒子材料の酸素欠損を抑制することができる。

コンプレッサー２３は、キャリアガスの圧力を制御し、エアロゾル発生器２１に充填された微粒子２７の吹き上げ量、すなわちエアロゾル中の微粒子量を制御する。なお、コンプレッサー２３のかわりにボンベ２３内のガス圧力が十分高い場合は、ボンベ用ガスレギュレータを用いてもよい。また、コンプレッサー２３を使用する場合は、キャリアガスの供給源をガスボンベ２３のかわり液体窒素等のキャリアガスの液体を蒸発させてもよく、窒素ガスや酸素ガスの場合は空気中から回収・精製してもよい。

マスフローコントローラ２４はキャリアガスの流量を制御し、エアロゾル発生器２１で形成されるエアロゾルの流量を制御する。

このように、エアロゾル発生器２１では、成膜材料となる微粒子２７にキャリアガスを微粒子２７中に導入し、あるいはさらに加振器や加熱器を用いて微粒子２７をキャリアガス中に舞い上がらせてエアロゾル２９を形成し、配管２８を通じて加熱部３０に送出される。

加熱部３０は、レーザ光源３１と、レーザ光源３１から射出されたレーザ光を集光する集光レンズ３２と、配管２８の一部に嵌合等され、集光されたレーザ光を透過させる光学窓３３とから構成される。レーザ光を光学窓３３を介してエアロゾル２９に照射することで、エアロゾル２９を形成する微粒子２７の表面が加熱され、微粒子表面に形成されていた歪みを低減し、微粒子２７の結晶性を向上する。

レーザ光源３１は、特に制限はなく、例えば、ＣＯ₂レーザ（１０．６μｍ）やＣＯレーザ等の赤外ガスレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（６３２．８ｎｍ）やＨｅ−Ｃｄ⁺レーザ（４４１．６ｎｍ）、Ａｒ⁺レーザ（４８８．０ｎｍ、５１４．５ｎｍ）、金属蒸気レーザ（Ｃｕ蒸気５１０．６ｎｍ）等の可視ガスレーザ、エキシマレーザ（ＡｒＦ１９３ｎｍ）やＨｅ−Ｃｄ⁺レーザ（３２５．０ｎｍ）等の紫外レーザを用いることができる。また、レーザ光源３１は、ルビーレーザ（６９４．３ｎｍ）やＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、ガラスレーザ、ＣａＷＯ₄レーザ等の固体レーザを用いることができる。なお、括弧内の数値はレーザ光の波長である。

微粒子２７が誘電体材料からなる場合は、照射されたレーザ光が誘電体内部で熱に変換される割合が高い点で、レーザ光源３１は、赤外光あるいは紫外光のレーザ光を射出するものが好ましい。

レーザ光源３１は、高速で配管２８中を流れるエアロゾル２９にむらなくレーザ光を照射できる点で、連続発振型のレーザ光源３１を用いることが好ましい。連続発振型のレーザ光源３１としては、Ａｒ⁺レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（例えば１．０６μｍおよびその高調波）、Ｎｄ：ガラスレーザ（例えば１．０６μｍおよびその高調波）、Ｎｄ：ＣａＷＯ₄レーザが挙げられる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ガラスレーザは、レーザ励起源としてレーザダイオード（ＬＤ）を用いたものが、レーザ光源３１の高効率及び超寿命の点で好ましい。

エアロゾル２９に照射されるレーザ光の照射エネルギー（レーザ光源３１の出力）は、微粒子２７の材料や粒子径、エアロゾル濃度により適宜選択される。具体的には、レーザ光の照射エネルギーは、微粒子２７が高温になりその歪みを低減できる点でより大きいほど好ましいが、微粒子２７が溶融しない程度に設定すべきである。なお、このように微粒子２７が高温に加熱されても、噴射ノズル４２からエアロゾル２９が噴射されると断熱膨張によりエアロゾル２９の微粒子２７は急激に冷却されるので、基板４３に悪影響を及ぼすことはない。

また、レーザ光源３１は、低出力（例えば３Ｗ）から高出力（例えば１０ｋＷ）までの出力範囲のレーザ光を出射可能なレーザ光源３１が、入手し易い点で好ましい。上述したエアロゾル２９の微粒子２７の材料や微粒子２７の粒子径、エアロゾル濃度等にあわせてレーザ光源３１を選択できる。

レーザ光のスポット径は、エアロゾル２９に照射する位置において、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設定されるが、微粒子２７にレーザ光をより長い時間照射できる点で、より大きいことが好ましい。かかるスポット径は、レーザ光源３１から射出されるレーザビーム径や集光レンズ３２の焦点距離等により制御される。

光学窓３３は、レーザ光の透過率が高い材料であれば材料に特に制限はなく、耐熱性が高いことが好ましい。光学窓３３は高透過率および耐熱性を兼ね備える点で、石英ガラスが好ましい。

また、配管２８は、加熱部３０において、その内径は、加熱部３０以外の配管の内径と同一でもよく、加熱部３０における内径を加熱部以外の配管２８の内径よりも大きくしてもよい。加熱部３０において配管２８の内径を加熱部以外の配管２８の内径と同一とすることで、エアロゾル２９の流れに渦等の乱れが生じないため、光学窓３３の内壁に微粒子２７が付着することを防止でき、光学窓３３のクリーニングサイクルを長時間化できる。

一方、加熱部３０における配管２８の内径を加熱部３０以外の配管２８の内径よりも大きくすることで、エアロゾル２９にレーザ光が照射される時間を長くとれ、レーザ光の出力を低減しても微粒子２７を高温にできる。

なお、レーザ光源３１と集光レンズ３２との間に、レーザ光の進行方向に直交する断面における強度を均一化するセグメント鏡やカライドスコープ等の均一光学系を設けてもよい。

このように加熱部３０を構成することで、配管中を流通するエアロゾル２９を形成する微粒子２７にレーザ光を照射して、微粒子２７を加熱し、微粒子表面に形成されていた歪みを除去し、さらに微粒子２７の結晶性を向上することができる。

成膜部４０は、成膜室４１と、成膜室４１内に配管２８に接続されエアロゾル２９を噴射する噴射ノズル４２と、噴射ノズル４２と対向して配置され、基板４３を保持する基板保持台４４と、基板４３および基板保持台４４の位置を制御するＸＹＺステージ４５等から構成される。成膜部４０では、噴射ノズル４２から噴射されたエアロゾル２９の微粒子２７が基板４３の表面や、既に基板４３に堆積したＡＤ膜４６に衝突し微粒子２７が強固に付着する。

エアロゾル２９の噴射速度は、キャリアガスの圧力や、成膜室４１の圧力（減圧雰囲気）、噴射ノズル４２の開口面積により制御される。噴射速度は、ＡＤ膜の緻密性が良好になる点で大きいほど好ましいが、例えば、５０ｍ／ｓ〜１０００ｍ／ｓに噴射速度を設定する。噴射ノズル４２の開口面積は、配管内のエアロゾル２９が流れる流路の断面積よりも小さく設定し、すなわちエアロゾル２９が流れる流路を狭窄するように先細りの形状にしてもよい。エアロゾル２９の流速を増すことができる。

ＸＹＺステージ４５は、基板保持台４３をエアロゾル２９の入射方向に対して垂直方向の２方向（Ｘ方向およびＹ方向）と、エアロゾルの入射方向（Ｚ方向）に沿って移動させる。さらに、ＸＹＺステージ４５は、定速・繰り返し駆動動作をＸ方向およびＹ方向に行うものであってもよい。基板保持台４３を定速・繰り返し駆動動作させることで、面積が広いあるいは膜厚が一定なＡＤ膜４６を形成することができる。

排気系５０は、成膜室４１に接続され、成膜室４１内の圧力を減圧雰囲気とするためのメカニカルブースタ５１と、真空ポンプ５２と、これらを接続する配管５３、５４等から構成される。排気系５０は、成膜室４１を減圧雰囲気としてエアロゾル２９の噴射速度を高める。真空ポンプ５２は、例えば、ロータリーポンプやダイアフラム型真空ポンプ等を用いることができる。なお、成膜室４１とメカニカルブースタ５１とを接続する配管５３やメカニカルブースタ５１と真空ポンプ５２を接続する配管５４に集塵機を設けてもよい。

次に、ＡＤ成膜装置１０を用いたＡＤ膜４６の成膜方法を、図１を参照しつつ説明する。最初に、メカニカルブースタ５１および真空ポンプ５２を用いて成膜室４１、エアロゾル発生器２１の容器２６の内部、配管２５、２８、５６等の内部を排気して減圧雰囲気にする。

次いで、ガスボンベ２２のバルブ２２ｂを開きキャリアガスを送出する。コンプレッサー２３およびマスフローコントローラ２４によりキャリアガスの圧力および流量を制御してエアロゾル発生器２１の容器２６の微粒子２７にキャリガスを導入し、微粒子２７をエアロゾル化してエアロゾル２９を形成する。エアロゾル２９の濃度はキャリアガスの圧力および流量により制御する。

そして、エアロゾル２９は、配管２８を通じて加熱部３０に送出され、加熱部３０では、エアロゾル２９レーザ光が照射されて微粒子２７の温度が上昇し、微粒子２７表面の歪みが低減される。このようにして加熱された微粒子２７を含むエアロゾル２９は噴射ノズル４２から噴射され断熱膨張する。微粒子２７は断熱膨張の作用により冷却される。したがって、基板４３に堆積する時点では、微粒子２７の温度は低下し、基板４３に熱的な損傷を与えることはない。微粒子２７は衝突のエネルギーにより表面に十分な歪みが誘起され、微粒子と基板、あるいは微粒子同士が密着し、このようにして緻密で膜密着性の高いＡＤ膜４６が成膜される。

本実施の形態によれば、エアロゾル２９を噴射ノズル４２から噴射する前に、エアロゾル２９の状態で加熱部３０においてレーザ光を照射して微粒子２７の温度を上昇させる。このようにすることで微粒子２７に形成されていた歪みを低減し、緻密性が高く、密着強度の高いＡＤ膜４６を形成できる。

また、本実施の形態によれば、エアロゾル２９の状態で微粒子２７を加熱するので、従来のように粉体のまま加熱する場合に生じる微粒子同士の融着を回避し、微粒子の粒径分布の変化を防止できるので、均一性が高いＡＤ膜４６を形成できる。また、本実施の形態によれば、成膜に使用する微粒子２７の製造条件がＡＤ膜４６に与える影響を低減できるので、ＡＤ膜４６の品質安定化を図ることができる。

図２は、第１の実施の形態の変形例に係るＡＤ成膜装置の要部を示す図である。図２を参照するに、エアロゾル２９が加熱部３０に到達する前にエアロゾル２９の微粒子２７を加熱する予備加熱部３５が設けられている。すなわち、予備加熱部３５は、図１に示すエアロゾル容器２１と加熱部３０との間に設けられている。

予備加熱部３５は、エアロゾル２が流通する配管２８に沿って設けられた電熱線３６と、電熱線３６を覆う断熱部材３７と、電熱線３６に電力を供給する交流電源（不図示）等から構成される。予備加熱部３５は、配管２８を囲むように電熱線３６が設けられ、配管２８を流通するエアロゾル２９に電熱線３６からの熱が集中するようになっている。

電熱線３６は、発熱体であれば特に制限はないが、例えばフェライト系合金の発熱体が挙げられる。電熱線３６は耐熱合金製のチューブに挿入されていてもよい。

断熱部材３７は公知の材料を用いることができ、例えばセラミックファイバ、石綿等の耐熱性と断熱性を兼ね備えた材料を用いることが好ましい。

また、配管２８の材料は、高融点でかつ高温下で熱的に安定な、例えば酸化し難いものが好ましい。このような配管材料としては、例えばＭｇＯ、ステンレス、インコネル、アルミナ、ジルコニア、石英ガラス等が挙げられる。もちろん、このような配管材料は、電熱線３６が接する範囲の配管２８に用いればよい。なお、予備加熱部３５は、さらに予備加熱部３５の温度を測定する熱電対と、電熱線３６に供給する電力を制御する温度制御装置を更に備えてもよい。

本変形例によれば、予備加熱部３５は、電熱線３６から放射される熱の伝導により配管２８中を流通するエアロゾル２９の微粒子２７を加熱して一定の温度に上昇させる。したがって、微粒子２７は予備加熱されているので加熱部３０における所望の温度までの温度上昇分を低減できる。したがって、加熱部３０における加熱が容易化し、出力の低いレーザ光源が使用でき、レーザ光源の選択範囲を広げることができる。

また、本実施の形態のＡＤ成膜装置１０は、図１に示す、エアロゾル形成部２０と加熱部３０との間、あるいは、加熱部３０と噴射ノズル４２との間に、エアロゾルの微粒子の粒子径を分級して、所望の粒子径の範囲の微粒子を選別する分級機（不図示）を設けてもよい。分級機によりエアロゾル中の微粒子から所望の粒子径の微粒子を選別することにより、均質なＡＤ膜を形成できる。すなわち、エアロゾル形成部２０と加熱部３０との間に分級機を設けることにより、所望の粒子径の範囲の微粒子、すなわち粒子径のそろった微粒子のみが加熱部３０により加熱されるので、微粒子の温度上昇が微粒子間で同程度になる。また、加熱部３０と噴射ノズル４２との間に分級機を設けることにより、所望の粒子径の範囲の微粒子のみが選別され、それらの微粒子は微粒子の温度上昇が微粒子間で同程度である。その結果、均質なＡＤ膜４６を形成できる。分級機としては、気流旋回型（例えばサイクロイン、クラシクオロン等。）や機械的回転型（例えばスターテバント型。）の遠心分級機や、静電式分級機を用いることができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態に係るＡＤ成膜装置は、エアロゾルを噴射ノズルから噴射する前にエアロゾルに赤外線を照射する加熱部を備えたことに主な特徴がある。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＡＤ成膜装置の概略構成図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

図３を参照するに、ＡＤ成膜装置６０は、大略、成膜材料の微粒子２７をエアロゾル化するエアロゾル形成部２０と、エアロゾル２９に赤外線を照射しエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱する加熱部６１と、エアロゾル２９を基板４３に向けて噴射してＡＤ膜４３を形成する成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０とから構成される。ＡＤ成膜装置６０は、加熱部６１が、図１に示す第１の実施の形態に係るＡＤ成膜装置１０の加熱部３０と異なる以外は同様の構成からなる。

ＡＤ成膜装置６０は、加熱部６１において、エアロゾル２９に赤外光を照射してエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱し、微粒子２７に誘起された歪みを低減する。その結果、エアロゾルが基板４３に噴射された際に、その微粒子２７と基板４３、あるいは既に堆積した微粒子との衝突により、微粒子表面に十分な歪みが誘起され、基板４３との密着性や微粒子同士の密着性が向上する。以下、ＡＤ成膜装置６０の加熱部６１の具体的構成を説明する。

加熱部６１は、赤外線ランプ６２と、赤外線ランプ６２から発光された赤外線を反射する反射部材６３と、エアロゾル２９が流通する配管２８に接続された赤外線を透過する耐熱管６４と、赤外線ランプ６２に電力を供給する電源（不図示）等から構成される。

赤外線ランプ６２は、透明石英管の中に配置されたタングテン・フィラメントと、透明石英管内を排気後封入されたＮｅ、Ａｒ、およびＫｒなどの不活性ガス等から構成される。赤外線ランプ６２の形状は特に制限はなく、例えば、直管型、円筒型等を用いることができる。赤外線ランプ６２は、特に高出力の点でハロゲンランプが好ましい。ハロゲンランプは、封入ガスの不活性ガスにハロゲン（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素）ガスを微量添加したもので、高電力密度を有する。

反射部材６３は金属材料、例えばアルミニウムから構成され、その反射面６３ａは、放物面や楕円面の形状をなしている。反射面６３ａをこのような形状にすることで、赤外線ランプ６２からの赤外線をエアロゾルが流通する耐熱管６４に集光することができる。

また、反射面６３ａは光沢面を形成し、反射面６３ａの表面には、赤外線（例えば波長１．０μｍ〜１．３μｍ）の反射率を高めるため、Ａｕめっき膜を形成してもよい。

加熱部６１は、複数の赤外線ランプ６２と、赤外線ランプ６２の各々に配置された反射部材６３とが耐熱管６４を囲むように配置され、各々の赤外線ランプ６２からの赤外線を耐熱管６４の中心軸付近に集光する集光炉であることが好ましい。集光炉を用いることで、高出力の赤外線を効率よくエアロゾルに照射でき、微粒子の加熱を短時間で行うことができる。集光炉は、例えば最大出力が２ｋＷ〜３６ｋＷのものを用いることができる。

耐熱管６４は、赤外線を透過し、かつ耐熱温度が１０００℃以上であることが好ましい。耐熱管６４は、例えば石英ガラスを用いることができる。

加熱部６１は、赤外線ランプ６２を、耐熱管６４に沿って長尺に設けるほど流通するエアロゾル２９の微粒子２７により長い時間に亘って加熱できる点で好ましく、１０ｃｍ〜１００ｃｍの範囲に亘って赤外線ランプ６２を設けることが好ましい。

本実施の形態によれば、エアロゾルを噴射ノズル４２から噴射する前に、エアロゾル２９の状態で加熱部６１において赤外線を照射して微粒子２７の温度を上昇させる。このようにすることで微粒子２７に形成されていた歪みを低減し、緻密性が高く、密着強度の高いＡＤ膜４６を形成できる。

また、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、エアロゾル２９の状態で微粒子２７を加熱するので、微粒子同士の融着を回避し、微粒子２７の粒径分布の変化を防止できるので、均一性が高いＡＤ膜４６を形成でき、また、成膜に使用する微粒子２７の製造条件がＡＤ膜に与える影響が低減されるので、ＡＤ膜４６の品質安定化を図れる。

赤外線が吸収された微粒子２７は、主として、赤外線により微粒子２７を構成するイオンが振動し、その分子内摩擦により熱が発生する。微粒子２７が無機酸化物の場合、無機酸化物はイオン性物質であるので、照射された赤外線が熱に変換される割合がイオン性物質でない場合よりも大きい。したがって、本実施の形態によれば、微粒子２７が無機酸化物の場合、赤外線をエアロゾル２９の微粒子２７を照射することにより、効率良く微粒子２７を加熱でき、その結果、微粒子２７の歪みを効率良く低減できる。

また、本実施の形態によれば、赤外線ランプ６２をエアロゾルが流通する耐熱管６４に沿って長尺に設けることにより、エアロゾル２９をより長時間に亘って加熱でき、その結果、微粒子２７を容易に高温度に加熱できる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態に係るＡＤ成膜装置は、エアロゾルを噴射ノズルから噴射する前にエアロゾルに紫外線を照射する加熱部を備えたことに主な特徴がある。

図４は、本発明の第３の実施の形態に係るＡＤ成膜装置の概略構成図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

図４を参照するに、ＡＤ成膜装置７０は、大略、成膜材料の微粒子２７をエアロゾル化するエアロゾル形成部２０と、エアロゾル２９に紫外線を照射しエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱する加熱部７１と、エアロゾル２９を基板４３に向けて噴射してＡＤ膜４３を形成する成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０とから構成される。ＡＤ成膜装置７０は、加熱部７１が、図１に示す第１の実施の形態に係るＡＤ成膜装置の加熱部３０と異なる以外は同様の構成からなる。

ＡＤ成膜装置７０は、加熱部７１において、エアロゾル２９に紫外線を照射してエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱し、微粒子２７に誘起された歪みを低減する。すなわち、紫外線を吸収した微粒子２７は、電子分極、すなわち、正の電荷を有する原子核と、原子核の周りを回る負電荷の電子とが外部からの電界により形成される分極が、紫外線により振動が生じ、紫外線に対する分極の振動の遅れの分が分子内摩擦により熱が発生する。この熱により微粒子２７の温度が上昇し、微粒子２７に誘起された歪みを低減し、さらに微粒子２７の結晶性を向上する。その結果、エアロゾルが基板４３に噴射された際に、その微粒子２７と基板４３、あるいは既に堆積した微粒子との衝突により、微粒子表面に十分な歪みが誘起され、基板４３との密着性や微粒子同士の密着性が向上する。以下、ＡＤ成膜装置７０の加熱部７１の具体的構成を説明する。

加熱部７１は、水銀ランプ７２と、水銀ランプ７２から発光された紫外線を反射する反射部材７３と、エアロゾル２９が流通する配管２８に接続された紫外線を透過する耐熱管７４と水銀ランプ７２に電力を供給する電源（不図示）等から構成される。

水銀ランプ７２は、例えば、透明石英管の中に水銀と２つの電極とを封じ込めて構成される。水銀ランプ７２は、例えば、２８９ｎｍ、２９７ｎｍ、３０３ｎｍ、３１３ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ等の紫外領域の波長に輝度のピークを有する。水銀ランプ７２の輝度は高いほど好ましい。

反射部材７３は金属材料、例えばアルミニウムからなり、その反射面７３ａは、放物面や楕円面の形状をなしている。反射面７３ａをこのような形状にすることで、水銀ランプ７２からの紫外線をエアロゾル２９が流通する耐熱管７４に集光することができる。

なお、水銀ランプ７２と反射面７３ａとの間に窒素ガスやＡｒガス等の不活性ガスを充填することが好ましい。このようにすることで、紫外線照射によるオゾンの発生を防止できる。

加熱部７１は、第２の実施の形態と同様に、複数の紫外線ランプ７２と、紫外線ランプ７２の各々に配置された反射部材７３とが耐熱管７４を囲むように配置され、各々の紫外線ランプ７２からの紫外線を耐熱管７４の中心軸付近に集光する集光炉であることが好ましい。集光炉を用いることで、高出力の紫外線をエアロゾルに照射でき、微粒子の加熱を短時間で行うことができる。

耐熱管７４は、紫外線を透過し、かつ耐熱温度が１０００℃以上であることが好ましい。耐熱管７４は、例えば、石英ガラス等を用いることができる。

加熱部７１は、紫外線ランプ７２を、耐熱管７４に沿って長尺に設けるほど流通するエアロゾル２９の微粒子２７により長い時間に亘って加熱できる点で好ましく、１０ｃｍ〜１００ｃｍの範囲に亘って紫外線ランプ７２を設けることが好ましい。

本実施の形態によれば、エアロゾルを噴射ノズル４２から噴射する前に、エアロゾル２９の状態で加熱部７１において紫外線を照射して微粒子２７の温度を上昇させる。このようにすることで微粒子２７に形成されていた歪みを低減し、緻密性が高く、密着強度の高いＡＤ膜４６を形成できる。

また、本実施の形態によれば、水銀ランプ７２をエアロゾルが流通する耐熱管７４に沿って長尺に設けることにより、エアロゾルをより長時間に亘って加熱でき、その結果、微粒子を容易に高温度に加熱できる。なお、水銀ランプ７２のかわりに紫外線を発生するランプであれば特に制限なく用いることができ、例えばエキシマキセノンランプ（ピーク波長１７２ｎｍ）を用いることができる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態に係るＡＤ成膜装置は、エアロゾルを噴射ノズルから噴射する前にエアロゾルにマイクロ波を照射する加熱部を備えたことに主な特徴がある。

図５は、本発明の第３の実施の形態に係るＡＤ成膜装置の概略構成図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

図５を参照するに、ＡＤ成膜装置８０は、大略、成膜材料の微粒子２７をエアロゾル化するエアロゾル形成部２０と、エアロゾル２９にマイクロ波を照射しエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱する加熱部８１と、エアロゾル２９を基板４３に向けて噴射してＡＤ膜４３を形成する成膜部４０と、成膜部４０を減圧雰囲気に保持する排気系５０等から構成される。ＡＤ成膜装置８０は、加熱部８１が、図１に示す第１の実施の形態に係るＡＤ成膜装置の加熱部３０と異なる以外は同様の構成からなる。

ＡＤ成膜装置８０は、加熱部８１においてエアロゾル２９にマイクロ波を照射してエアロゾル２９を形成する微粒子２７を加熱し、微粒子２７に誘起された歪みを低減する。その結果、エアロゾルが基板４３に噴射された際に、その微粒子２７と基板４３、あるいは既に堆積した微粒子との衝突により、微粒子表面に十分な歪みが誘起され、基板４３との密着性や微粒子同士の密着性が向上する。

加熱部８１は、マイクロ波発生器８２と、マイクロ波発生器８２から射出されたマイクロ波を伝送する導波管８３と、マイクロ波をエアロゾル２９に集中させて微粒子２７を加熱するアプリケータ８４とから構成される。

マイクロ波発生器８２は、特に制限されないが、例えば、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロンを用いることができる。このうち、１０ＧＨｚ以上の周波数で数ｋＷ以上の出力のマイクロ波が安定して得られる点で、ジャイロトロンが好ましい。

導波管８３は、金属中空管であり、例えば断面が矩形の矩形導波管を用いることができる。導波管８３は、マイクロ波発生器８２から射出されたマイクロ波をアプリケータ８４に伝送する。

図６は、加熱部のアプリケータの要部拡大図である。図６を参照するに、アプリケータ８４は、矩形の導波管８３と、導波管８３のマイクロ波を供給する側に、中央に円形に開口する結合窓８５ａを有する遮蔽板８５と、導波管８３のマイクロ波の進行方向の奥部に設けられた短絡板８６と、結合窓８５ａと短絡板８６との間に、導波管８３の中央をマイクロ波の進行方向に対して直交する方向に沿って設けられたガラス管８４等から構成される。ガラス管８４は、エアロゾル２９が流通する配管（図５に示す配管２８。）に接続され、ガラス管８４中をエアロゾル２９が通過する。また、ガラス管８４は、導波管８７の外部ではマイクロ波の漏洩を防止するために金属管８８により周囲を覆われている。

アプリケータ８４は、いわゆるシングルモード方式の共振型アプリケータである。アプリケータ８４は、導波管８３を伝送し結合窓８５ａから入射したマイクロ波の進行波と、その進行波がガラス管８４の奥に配置された短絡板８６により反射された反射波とにより定在波を形成する。定在波は、ガラス管８７の位置で振幅が最大となるように短絡板８６の位置が制御される。このように定在波を形成することで、ガラス管８７内に加熱領域８９が形成され、ガラス管８７内を流通するエアロゾル２９の微粒子２７にマイクロ波が集中して照射される。このアプリケータ８４は、マイクロ波を狭い領域に集中させることが可能な点で好ましい。マイクロ波を照射された微粒子２７は、微粒子自体が発熱して温度が上昇し、微粒子の歪みが低減され、微粒子の結晶性が向上する。また、シングルモード方式の共振型アプリケータ８４は小型化が容易である点で優れている。

なお、図示を省略するが、微粒子の温度上昇を十分に確保できる場合は、定在波を発生させず、様々な位相のマイクロ波を照射するマルチモード方式、つまりオーブン方式のアプリケータ８４を用いてもよい。

マイクロ波の照射エネルギーは、微粒子２７の材料に応じて適宜決定されるが、微粒子２７に吸収されたマイクロ波のエネルギーのうち熱に変換される割合は、微粒子が誘電体の場合、誘電損率に比例する。誘電損率は誘電率を複素数で表した場合の虚数部の大きさ、つまり誘電損率ε”であり、実数部の大きさ、つまり誘電率ε’とｔａｎδ（δは誘電体損失角）との積に等しい。照射エネルギーは、具体的には微粒子の誘電損率ε”、および融点に応じて適宜選択される。

また、加熱部８１に用いられるマイクロ波は周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲の電磁波であるが、微粒子を効率よく加熱できる点では周波数は高い方が好ましく、１ＧＨｚ以上、さらには微粒子材料の誘電損率ε”が増加する点で１０ＧＨｚ以上であることが好ましい。

ガラス管８７は、マイクロ波の透過性の点でその厚さが薄いほど好ましい。ただし、ガラス管８７は機械的強度を確保できる程度の厚さが必要である。

本実施の形態によれば、エアロゾルを噴射ノズル４２から噴射する前に、エアロゾルの状態で加熱部８１においてマイクロ波を照射して微粒子の温度を上昇させる。このようにすることで微粒子２７に形成されていた歪みを低減し、緻密性が高く、密着強度の高いＡＤ膜４６を形成できる。

次に実施例１〜３と、本発明によらない比較例について説明する。

［実施例１］
実施例１は、第１の実施の形態に係るＡＤ成膜装置を用いて、レーザ光源にＮｄ：ＹＡＧレーザを用いてレーザ光をエアロゾルに照射し成膜を行った。

具体的には、最初に、前処理として、平均粒径０．５μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子をエアロゾル発生器の容器に入れ、ＢａＴｉＯ₃微粒子を１５０℃に加熱し、容器全体に超音波を印加しながら３０分間、排気系により容器内を排気し、ＢａＴｉＯ₃微粒子を乾燥した。また、成膜室は予め真空度が１０Ｐａ以下になるまで排気した。

次いで、このようにして得られたＢａＴｉＯ₃微粒子を酸素ガス（純度：９９．９％、ガス圧：２ｋｇ／ｃｍ²、ガス流量：４ｌ／ｍｉｎ）を容器に導入しエアロゾルを形成した。

このようにして得られたエアロゾルに、加熱部でＮｄ：ＹＡＧレーザ（第２高調波、波長５３２ｎｍ）を出力４０Ｗに設定し、連続的にレーザ光（照射位置でのスポット径：約１０ｍｍ）をＢａＴｉＯ₃微粒子に照射した。エアロゾルの速度は１００ｍ／秒に設定した。なお、個々のＢａＴｉＯ₃微粒子へのレーザ光の照射時間は、１００ｎ秒程度と見積もられる。

このようにして加熱されたエアロゾルを噴射ノズルから、電子基板に用いられる、表面に銅箔が形成されたＦＲ４基板に向けて２０分間噴射し、膜厚４０μｍのＢａＴｉＯ₃膜を形成した。なお、成膜中は成膜室内の圧力を２００Ｐａとした。成膜速度は、２±０．５μｍ／分であった。

［実施例２］
実施例２は、第３の実施の形態に係るＡＤ成膜装置を用いて、紫外線をエアロゾルに照射し成膜を行った。

具体的には、実施例１と同様に、ＢａＴｉＯ₃微粒子の前処理および成膜室の排気を行い、エアロゾルを形成した。

このようにして得られたエアロゾルに、加熱部で水銀ランプを用いて２０Ｗ／ｃｍ²の紫外線（波長２００ｎｍ）を照射した。加熱部は配管に沿って１０ｃｍの範囲に設けた。
エアロゾルの速度は１００ｍ／秒に設定した。なお、個々のＢａＴｉＯ₃微粒子への紫外光の照射時間は、１ｍ秒程度と見積もられる。

このようにして加熱されたエアロゾルを噴射ノズルから表面に銅箔が形成されたＦＲ４基板に向けて２０分間噴射し、膜厚４０μｍのＢａＴｉＯ₃膜を形成した。なお、成膜中は成膜室内の圧力を２００Ｐａとした。成膜速度は、２±μｍ／分であった。

［実施例３］
実施例３は、第４の実施の形態に係るＡＤ成膜装置を用いて、マイクロ波をエアロゾルに照射し成膜を行った。

このようにして得られたエアロゾルに、加熱部で波長２８ＧＨｚ、出力１ｋＷのマイクロ波を照射した。マイクロ波により加熱される領域は、エアロゾルの流通方向に沿って２００ｍｍ程度である。エアロゾルの速度は１００ｍ／秒に設定した。なお、個々のＢａＴｉＯ₃微粒子へのマイクロ波の照射時間は、２ｍ秒程度と見積もられる。

このようにして加熱されたエアロゾルを噴射ノズルから表面に銅箔が形成されたＦＲ４基板に向けて２０分間噴射し、膜厚６０μｍのＢａＴｉＯ₃膜を形成した。なお、成膜中は成膜室内の圧力を２００Ｐａとした。成膜速度は、３±１μｍ／分であった。

［比較例］
本発明によらない比較例では、実施例１において、加熱部を設けなかった以外は同様にして成膜を行った。

図７は、実施例１〜３および比較例のＢａＴｉＯ₃膜の特性図である。図７を参照するに、膜の緻密性を示す吸水率は実施例１〜３のＢａＴｉＯ₃膜と比較例のＢａＴｉＯ₃膜ではほぼ同じ値が得られたが、より微視的な緻密性を示す比誘電率では、比較例の１５０よりも、実施例１〜３はいずれも高く、比較例に対して実施例１〜３のＢａＴｉＯ₃膜はより緻密に形成されていることが分かる。また、誘電損失ｔａｎδは、比較例に対して実施例１〜３のＢａＴｉＯ₃膜は低減されていることが分かる。

また、ＢａＴｉＯ₃膜とガラス基板との密着強度（膜−基板間密着強度）は、比較例の３ｋｇ／ｍｍ²以上に対して、実施例１〜３のＢａＴｉＯ₃膜は、５ｋｇ／ｍｍ²以上であり、膜−基板間密着硬度が向上していることが分かる。

また、平均粒子径は、ＢａＴｉＯ₃膜を構成する粒子の平均粒子径であり、比較例が３０ｎｍに対して、実施例１〜３はいずれも大きくなっている。特に実施例３の平均粒子径が大きいのは、加熱時に近傍凝集粒子の粒子間でのネッキングが起こり、一次粒子レベルで粒子が成長したためと推察される。

なお、吸水率は、ＢａＴｉＯ₃膜が形成された基板を水に１時間浸漬し、その前後の質量の差を膜の質量で割って求めた。

比誘電率および誘電損失ｔａｎδは、比誘電率はＢａＴｉＯ₃膜の表面に電極を形成し、ＦＲ４基板の銅箔を他方の電極として、これらの電極を介してＢａＴｉＯ₃膜に周波数１ＧＨｚの高周波電圧を印加して測定した。ｔａｎδは摂動法を用いて、ネットワークアナライザを使用して測定した。

また、ＢａＴｉＯ₃膜のＦＲ４基板に対する膜−基板間密着強度は、セバスチャン法を用いて測定した。セバスチャン法は、ＢａＴｉＯ₃膜が形成されたガラス基板を固定し、ＢａＴｉＯ₃膜の表面に密着試験子を接着剤で固定する。そして、密着試験子を引き上げてＢａＴｉＯ₃膜がガラス基板から剥がれたときの密着試験子単位面積当りの引き上げ力（ｋｇ／ｍｍ²）の大きさを密着性の指標とするものであり、引き上げ力が大きいほど密着性が大きいことが示す。平均粒子径は、断面ＴＥＭ写真（総合倍率約５００００倍）を用いて、約５０個をサンプリングしてその平均値を求めたものである。

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、第１の実施の形態の変形例を構成する予備加熱部および／または分級機を第２の実施の形態から第４の実施の形態に係るＡＤ成膜装置に設けてもよい。また、第１の実施の形態の変形例を構成する予備加熱部のみで微粒子材料を所望の温度に上昇させ、この場合は加熱部を省略してもよい。また、上記の実施の形態では、基板上にＡＤ膜を形成したが、被成膜体としては、表面が平坦な基板に限定されず、表面に凹凸が形成された基体等でもよい。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）無機材料からなる微粒子をキャリアガスに分散させたエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、
前記エアロゾルを噴射ノズルにより噴射して基体上に無機材料膜を成膜する成膜手段と、
前記エアロゾル形成手段と前記成膜手段との間に、前記エアロゾル中の微粒子を加熱する加熱手段と、を備え、
前記加熱手段は、高エネルギーの電磁波をエアロゾルに照射することを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記２）前記加熱手段は、エアロゾル中の微粒子を、該微粒子の融点よりも低い温度に加熱することを特徴とする付記１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記３）前記高エネルギーの電磁波は、可視光、赤外光、紫外光、およびマイクロ波からなる群のうちいずれか一種であることを特徴とする付記１または２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記４）前記高エネルギーの電磁波はレーザ光であることを特徴とする付記１または２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記５）前記高エネルギーの電磁波はレーザ光であり、前記加熱手段は、レーザ光源と、レーザ光源から射出されたレーザ光をエアロゾル形成手段と噴射ノズルとの間のエアロゾルが流通する配管に設けられた光学窓を介してエアロゾルに照射する光学系とからなることを特徴とする付記１、２、および４のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記６）前記レーザ光源は、連続発振型レーザであることを特徴とする付記５記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記７）前記レーザ光源は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ガラスレーザ、およびＮｄ：ＣａＷＯ₄レーザからなる群のうち、いずれか１種のレーザ装置であることを特徴とする付記６記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記８）前記高エネルギーの電磁波は赤外線であり、
前記加熱手段は、エアロゾルを搬送する配管に設けられた赤外線を透過する耐熱管と、該耐熱管の外部に設けられた赤外線照射部とからなることを特徴とする付記１または２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記９）前記赤外線照射部は、赤外線ランプと、赤外線ランプから発光された赤外線をエアロゾルに集光する反射部を備えることを特徴とする付記８記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１０）前記赤外線ランプはハロゲンランプであることを特徴とする付記９記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１１）前記高エネルギーの電磁波は紫外線であり、
前記加熱手段は、エアロゾルを搬送する配管に設けられた紫外線を透過する耐熱管と、該耐熱管の外部に設けられた紫外線照射部とからなることを特徴とする付記１または２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１２）前記赤外線照射部は、紫外線ランプと、紫外線ランプから発光された紫外線をエアロゾルに集光する反射部を備えることを特徴とする付記１１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１３）前記高エネルギーの電磁波はマイクロ波であり、
前記加熱手段は、マイクロ波発生器と、該マイクロ波発生器から射出されたマイクロ波を伝送する導波管と、該マイクロ波をエアロゾルに照射するアプリケータからなることを特徴とする付記１または２記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１４）前記アプリケータは、シングルモード方式の共振型アプリケータであることを特徴とすする付記１３記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１５）前記アプリケータは、
前記導波管から延在する他の導波管と、
前記他の導波管内にマイクロ波を透過する結合窓を有する遮蔽板と、
前記遮蔽板に対向し、前記マイクロ波を反射する短絡板と、
前記遮蔽板と短絡板との間に、マイクロ波の伝送方向に対して直交する方向に、導波管を貫通するように設けられたエアロゾルを搬送する他の配管と、を備え、
前記マイクロ波の定在波を形成し、他の配管中で定在波の振幅が最大となるように設定することを特徴とする付記１４記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１６）前記エアロゾル形成手段と加熱手段との間に前記エアロゾル中の微粒子を加熱する予備加熱部をさらに備え、
前記加熱手段は、前記配管の周囲に配置された電熱線により微粒子を加熱することを特徴とする付記１〜１５のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１７）前記エアロゾル形成手段と加熱手段との間、または、加熱手段と成膜手段との間に、エアロゾルの微粒子を選別する分級機を設けることを特徴とする付記１〜１６のうち、いずれか一項記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
（付記１８）無機材料からなる微粒子をキャリアガスに分散させたエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、
前記エアロゾル中の微粒子を加熱する加熱手段と、
前記エアロゾルを噴射ノズルにより噴射して基体上に無機材料膜を成膜する成膜手段と、を備え、
前記加熱手段は、噴射ノズルからエアロゾルを噴射する前に電熱線加熱によりエアロゾルを加熱することを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置。

本発明の第１の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。第１の実施の形態の変形例に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の要部を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。本発明の第３の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。本発明の第４の実施の形態に係るエアロゾルデポジッション成膜装置の概略構成図である。加熱部のアプリケータの要部拡大図である。実施例および比較例のＢａＴｉＯ₃膜の特性図である。

符号の説明

１０、６０、７０、８０エアロゾルデポジッション成膜装置（ＡＤ成膜装置）
２０エアロゾル形成部
２１エアロゾル発生器
２２ガスボンベ
２３コンプレッサー
２４マスフローコントローラ
２５、２８、５３、５４、５６配管
２６容器
２７微粒子
２９エアロゾル
３０、６１、７１、８１加熱部
３１レーザ光源
３２集光レンズ
３３光学窓
３５予備加熱部
３６電熱線
３７断熱部材
４０成膜部
４１成膜室
４２噴射ノズル
４３基板
４４基板保持台
４５ＸＹＺステージ
４６エアロデポジション膜（ＡＤ膜）
５０排気系
５１メカニカルブースタ
５２真空ポンプ
６２赤外線ランプ
６３、７３反射部材
６３ａ、７３ａ反射面
６４、７４耐熱管
７２水銀ランプ
８２マイクロ波発生器
８３導波管
８４アプリケータ

Claims

無機材料からなる微粒子をキャリアガスに分散させたエアロゾルを形成するエアロゾル形成手段と、
前記エアロゾルを噴射ノズルにより噴射して基体上に無機材料膜を成膜する成膜手段と、
前記エアロゾル形成手段と前記成膜手段との間に、前記エアロゾル中の微粒子を加熱する加熱手段と、を備え、
前記加熱手段は、高エネルギーの電磁波をエアロゾルに照射することを特徴とするエアロゾルデポジッション成膜装置。
前記高エネルギーの電磁波はレーザ光であり、
前記加熱手段は、レーザ光源と、レーザ光源から射出されたレーザ光をエアロゾル形成手段と噴射ノズルとの間のエアロゾルが流通する配管に設けられた光学窓を介してエアロゾルに照射する光学系とからなることを特徴とする請求項１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
前記高エネルギーの電磁波は赤外線であり、
前記加熱手段は、エアロゾルを搬送する配管に設けられた赤外線を透過する耐熱管と、該耐熱管の外部に設けられた赤外線照射部とからなることを特徴とする請求項１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
前記高エネルギーの電磁波は紫外線であり、
前記加熱手段は、エアロゾルを搬送する配管に設けられた紫外線を透過する耐熱管と、該耐熱管の外部に設けられた紫外線照射部とからなることを特徴とする請求項１記載のエアロゾルデポジッション成膜装置。
前記高エネルギーの電磁波はマイクロ波であり、
前記加熱手段は、マイクロ波発生器と、該マイクロ波発生器から射出されたマイクロ波を伝送する導波管と、該マイクロ波をエアロゾルに照射するアプリケータからなることを特徴とする請求項１のエアロゾルデポジッション成膜装置。