JP2007084924A - 成膜装置および噴出ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＤ法によって成膜を行う成膜装置において、薄く均一な膜の形成を可能とする成膜装置を提供することにある。
【解決手段】噴出ノズル３０の内部通路３１に進入したエアロゾルＺは、ブロック部３５を配することによって流路を狭められた狭窄路３４Ｂを通過する際に流速を増し、その下流側に設けられたテーパ面３６Ａに衝突する。このとき、エアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍのうち比較的質量の大きい凝集粒子がこのテーパ面３６Ａに衝突し、微粉化される。このように、凝集粒子が粉砕され、微粒化した状態で噴出ノズル３０から供給されるから、被処理材上に薄く均一な膜を形成することができる。加えて、テーパ部３６が設けられた領域は狭窄路３４Ｂより流路面積が広い拡張部３７とされており、ここでテーパ面３６Ａへの衝突によって生じた凝集粒子の破砕片がミキシングされる。これにより、エアロゾルＺの濃度を均一化することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＡＤ法を用いてセラミックスや金属材料を成膜するための成膜装置、および成膜装置に用いられる噴出ノズルに関する。

インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等に用いられる圧電アクチュエータの圧電膜の製造方法として、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）と呼ばれるものがある。これは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料の微粒子を気体中に分散させたもの（エアロゾル）を基板表面に向けて噴射させ、微粒子を基板上に衝突・堆積させることにより圧電膜を形成させるものである。この製法は、圧電材料の成膜に限られず、セラミックス材料や金属材料の成膜にも利用されている。

例えば、特許文献１（特開２００３−２９３１５９公報）には、このようなＡＤ法を使用して成膜を行うための装置が開示されている。この装置は、エアロゾルを発生させるためのエアロゾル形成室と、発生したエアロゾルの基板への噴き付けを行うための成膜室と、成膜室の内部に備えられたノズルとを備え、エアロゾル形成室で発生したエアロゾルは、搬送管を通ってノズルに導かれ、このノズルから基板に向かって噴射される。
特開２００３−２９３１５９公報 図９は、成膜装置で用いられる従来の一般的なノズル７０の側断面図を示している。ノズル７０は全体として上下方向に貫通する円筒状であり、その内部にはエアロゾルが流れる内部通路７１が形成されている。この内部通路７１の下端側の開口は、エアロゾルの搬送管と接続されてエアロゾルを受け入れる供給口７２を画成し、上端側の開口はエアロゾルを噴出する噴出口７３を画成している。エアロゾルは、供給口７２からノズル７０内に進入して内部通路７１を上方に向かって流れ、噴出口７３から基板に向かって噴射される。

ところが、前出のようなノズルに導かれる前に、エアロゾル発生の段階で粒子が充分に微粒化されず、あるいはいったん微粒化した粒子がエアロゾル形成室からノズルに至るまでの間に再凝集して、大きな凝集粒子となった状態で基板へ吹き付けられることがある。これらの凝集粒子は、質量が大きいために基板へ衝突する際の衝突エネルギーが大きくなり、膜にダメージを与えるなど、薄く均一な膜の形成を阻害する一因となっていた。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＡＤ法によって成膜を行う成膜装置において、薄く均一な膜の形成を可能とする成膜装置および成膜装置に用いられる噴出ノズルを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の態様に従えば、材料粒子をキャリアガスに分散してエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部と、内部に前記エアロゾルを流す内部通路が設けられ、この内部通路の一端が前記エアロゾル発生部からの前記エアロゾルの供給を受ける供給口を画成し、他端が前記エアロゾルを被処理材に向けて噴出する噴出口を画成する噴出ノズルと、前記内部通路に設けられてその上流側よりも流路面積が狭い狭窄路と、前記狭窄路よりも下流側に設けられて前記狭窄路を通過した前記エアロゾルの流れが衝突する衝突部と、を備える成膜装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、材料粒子をキャリアガスに分散してエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部を備えた成膜装置に用いられる噴出ノズルであって、内部に前記エアロゾルを流す内部通路が設けられ、この内部通路の一端は前記エアロゾル発生部からの前記エアロゾルの供給を受ける供給口を画成し、他端は前記エアロゾルを前記被処理材に向けて噴射する噴射口を画成し、前記内部通路に設けられてその上流側よりも流路面積が狭い狭窄路と、前記狭窄路よりも下流側に設けられて前記狭窄路を通過した前記エアロゾルの流れが衝突する衝突部と、を備える噴出ノズルが提供される。

本発明の成膜装置および噴出ノズルにおいて、前記狭窄路は、前記内部通路に前記エアロゾルの流れを妨げる障害部材を設けることにより形成されてもよい。

本発明の成膜装置および噴出ノズルでは、ノズルの内部通路に進入したエアロゾルは、狭窄路を通過する際に流速を増し、その下流側に設けられた衝突部へ至る。このとき、エアロゾルに含まれる材料粒子のうち、質量の小さい微粒子は衝突部の壁面を回り込んで下流側へ流れていくが、比較的質量の大きい凝集粒子は慣性力が大きいために衝突部を回り込むことができずにこの衝突部に衝突し、粉砕される。このように、凝集粒子が粉砕され、微粒化した状態でノズルから供給されるから、被処理材上に薄く均一な膜を形成することができる。

本発明の成膜装置において、前記衝突部における前記エアロゾルの流れと対向する衝突面が、前記エアロゾルの流れの方向に対して傾く傾斜面であってもよい。この場合、粒子の衝突エネルギーが大きくなりすぎて衝突面に粒子が固着したり、エアロゾルの滞留が起こり、粒子が吹き溜りとなって堆積してしまう等の不具合を低減することができる。

本発明の成膜装置において、前記衝突面の傾き角度は、前記エアロゾルの流れの方向に対して４５°〜６０°であってもよい。ここで、衝突面の角度は上記した不具合を抑制できる程度に小さいことが好ましいが、あまりに小さすぎれば、凝集粒子の衝突面に対する衝突エネルギーが小さくなり、粒子が充分に破砕されなくなるおそれがある。したがって、衝突面の角度は４５°〜６０°とされるのが好ましい。

本発明の成膜装置において、前記内部通路における前記狭窄路の流路面積がこの狭窄路よりも上流位置での流路面積の５０％以下とされてもよい。このように流路面積が制限されると、狭窄路を通過するエアロゾルを充分に加速し、凝集粒子が粉砕するのに充分な衝突エネルギーをもって衝突部に衝突させることができる。

本発明の成膜装置において、前記内部通路の前記衝突部よりも下流側には、前記噴出口に向かって流路が絞られた絞り部が設けられており、前記噴出口の開口面積が前記絞り部の入口の流路面積の３分の１以下とされてもよい。このように絞り部において流路を絞ることにより、衝突部への衝突によってエアロゾルの流れが乱れ、減速したとしても、十分な加速を行ない、被処理材への固着に十分な衝突エネルギーを材料粒子に付与することができる。

本発明の成膜装置において、前記障害部材における前記エアロゾルの流れと対向する対向面が、前記エアロゾルの流れの方向に対して傾く傾斜面であってもよく、上流側へ張り出す弧状面であってもよい。また、前記障害部材は柱状の形状であってもよい。このような形状により、粒子の衝突エネルギーが大きくなりすぎて対向面に粒子が固着したり、エアロゾルの滞留が起こり、粒子が吹き溜りとなって堆積してしまう等の不具合を低減することができる。

本発明の成膜装置において、前記対向面の傾き角度は、前記エアロゾルの流れの方向に対して３０°〜６０°であってもよい。ここで、対向面の角度は上記した不具合を防止できる程度に小さいことが好ましいが、あまりに小さすぎれば、必要な流路の絞り量、すなわち対向面においてエアロゾルの流れの方向と交差方向の長さを稼ぐために流れの方向と沿った方向の長さを大きくしなければならないから、障害部材を大型化する必要が生じる。このため、対向面の角度は３０°〜６０°とされるのが好ましい。

本発明の成膜装置において、前記障害部材が、前記内部通路の中心軸線上に設けられてもよい。この場合、エアロゾルは中心軸線上にある障害部材を迂回してやや外周方向へと向きを変えて進み、その下流側において内部通路の内壁面に衝突する。このような構造によれば、内部通路の内壁面を衝突部として利用可能であるから、噴出ノズルの構造の複雑化を回避できる。

本発明の成膜装置および噴出ノズルにおいて、前記噴出口がスリット状に形成されており、前記障害部材が前記噴出口の長さ方向に沿って形成されてもよい。また本発明の成膜装置において、前記噴出口がスリット状に形成されており、前記噴出口の長さ方向に前記障害部材を支持する支持部材が延在してもよい。この構造によれば、スリットの長さ方向の全長に渡って、エアロゾルの流れの偏りが生じにくいから、均一な膜形成ができる。

本発明の成膜装置において、前記障害部材が前記絞り部の入口に設けられることで前記絞り部の内壁面が前記衝突面とされてもよい。この場合、衝突部を別部材として設けなくても良いから、噴出ノズルの構造の複雑化を回避しつつ凝集粒子を粉砕し、均一な膜形成を図ることができる。

本発明の成膜装置において、前記内部通路において前記狭窄路よりも下流側に前記狭窄路よりも流路面積が広げられた拡張部が設けられてもよい。この構造によれば、拡張部で流路が急激に広げられることによって乱流が生じ、衝突部によって破砕した粒子の破砕片がミキシングされる。これにより、エアロゾル濃度を均一化して均質な膜を形成することができる。

本発明の成膜装置において、前記内部通路の前記障害部材を包囲する内壁面は、下流側に向かってテーパ状に形成されてもよい。この場合、テーパ状に形成された内壁面が衝突部とされ、上流側の領域が拡張部となる。このように、テーパ状の内壁面という一つの構造によって衝突部と拡張部とを形成できる。したがって、噴出ノズルの構造の複雑化を回避しつつ凝集粒子を粉砕し、均一な膜形成を図ることができる。

本発明の成膜装置において、前記内部通路の内壁面の面粗度がＲＺ０．３μｍ以下であってもよい。このように内壁面を一定以上の粗さとしておくことにより、この内壁面への材料粒子の付着を抑制できる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。

図１には、本発明を具体化した成膜装置１の概略図を示す。この成膜装置１は、材料粒子Ｍをキャリアガスに分散させてエアロゾルＺを形成するエアロゾル発生器１０、およびエアロゾルＺを噴出ノズル３０から噴出させて基板Ｂ（本発明の被処理材に該当する）に付着させるための成膜チャンバ２０を備えている。

エアロゾル発生器１０には、内部に材料粒子Ｍを収容可能なエアロゾル室１１と、このエアロゾル室１１に取り付けられてエアロゾル室１１を振動する加振装置１２とが備えられている。エアロゾル室１１には、キャリアガスを導入するためのガスボンベＧが導入管１３を介して接続されている。導入管１３の先端はエアロゾル室１１内部において底面付近に位置し、材料粒子Ｍ中に埋没するようにされている。キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスや空気、酸素等を使用することができる。

成膜チャンバ２０には、基板Ｂを取り付けるためのステージ２１と、このステージ２１の下方に設けられた噴出ノズル３０が備えられている。この成膜チャンバ２０には、粉体回収装置２２を介して真空ポンプＰが接続されており、その内部を減圧できるようにされている。

さて、噴出ノズル３０は図２に示すように、全体として上下方向に貫通する円筒状に形成され、その内部の空間はエアロゾルＺが流れる内部通路３１が形成されています。この内部通路３１の下端側の開口は、エアロゾル供給管１４と接続されてエアロゾルＺを受け入れる供給口３２を画成し、一方、上端側の開口は、スリット状に形成されてエアロゾルＺを噴出する噴出口３３が画成されている。供給口３２から噴出口３３までの長さは７０〜１００ｍｍとなるように形成されている。また上記スリット状の噴出口３３は、長手方向が１０〜１５ｍｍ、短手方向が０．２〜０．５ｍｍとなるように形成されている。エアロゾル室１１からエアロゾル供給管１４を介して供給されたエアロゾルＺは、供給口３２から噴出ノズル３０内に進入して内部通路３１を上方に向かって流れ、噴出口３３から基板Ｂに向かって噴射される。

この内部通路３１において供給口３２のやや上方位置には、ブロック部３５（本発明の障害部材に該当する）が設けられている。ブロック部３５はニッケル合金またはステンレスにより円錐状に形成され、その表面は衝突耐久性を考慮してダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）によりコーティングされるのが好ましい。円錐の頂点３５Ａが下側（上流側）を向くとともに、円錐の頂点３５Ａと底面３５Ｂの中心点とを結ぶ軸が内部通路３１の中心軸線Ｌと一致するようにして設置されている。これにより、ブロック部３５においてエアロゾルＺの流れに相対する面である円錐面３５Ｃ（本発明の対向面に該当する）が、エアロゾルＺの流れる方向（噴出ノズル３０の延在方向）に対して傾斜するようになっている。この円錐面３５Ｃを構成する母線の傾き角度θ１は、エアロゾルＺの流れの方向（内部通路３１の中心軸線Ｌの延在方向）に対して３０°〜６０°の範囲に設定されている。

一方、内部通路３１の内壁面３１Ａにおいて前記障害部材を包囲する部分には、下流側に向かってテーパ状に形成されたテーパ部３６、言い換えると、上流側に向かって拡径されたテーパ部３６が設けられている。このテーパ部３６はニッケル合金またはステンレスにより形成され、その表面は衝突耐久性を考慮してＤＬＣによりコーティングされているのが好ましい。テーパの始端、すなわち径小側の端部３６Ｂの位置はブロック部３５の下流側の端部（円錐の底面３５Ｂ）に対応する位置よりもやや下流位置とされており、テーパの終端、すなわち径大側の端部３６Ｃの位置はブロック部３５の上流側の端部（円錐の頂点３５Ａ）よりも下流であって下流側の端部（円錐の底面３５Ｂ）よりも上流となる位置とされている。

また、内部通路３１においてテーパ部３６よりも上流側は、テーパ部３６の径小側の端部３６Ｂと略同一径の直管部３４とされており、直管部３４の下流側の端部３４Ａの位置がテーパ部３６の下流側の端部３６Ｃの位置に一致している。そして、ブロック部３５の頂点３５Ａは、この直管部３４内に位置している。

また、図３に示すように、ブロック部３５の円錐面３５Ｃからは、スリット状の噴出口３３の長手方向に向かって、それぞれ円柱状に形成された２つの連結軸３５Ｄが互いに反対方向に突出され、これら連結軸３５Ｄの先端は内部通路３１において直管部３４の下流側端部３４Ａに固定されている。

これらのブロック部３５およびテーパ部３６によって、内部通路３１には狭窄路３４Ｂおよび拡張部３７が形成され、かつ、テーパ部３６は、狭窄路３４Ｂを通過してきたエアロゾルＺが衝突する衝突部とされている。すなわち、直管部３４においてブロック部３５の頂点３５Ａに対応する位置から下流側の端部３４Ａまでの領域は、その上流側に比べて流路面積が狭められた狭窄路３４Ｂとされ、テーパ部３６に対応する領域においてブロック部３５の底面３５Ｂよりも下流側の領域は、狭窄路３４Ｂよりも流路が拡大された拡張部３７とされている。また、テーパ部３６のテーパ面３６Ａは、狭窄路３４Ｂを通過してきたエアロゾルＺが衝突する衝突面とされている。

内部通路３１の流路面積（断面積）は、狭窄路３４Ｂにおいてはブロック部３５の頂点３５Ａに対応する位置から徐々に狭められ、直管部３４とテーパ部３６との境界位置（直管部３４の端部３４Ａとテーパ部３６の径大側の端部３６Ｃに対応する位置。図２のＢ−Ｂ線位置に相当する）において最も絞られる。この境界位置を超えると流路面積はいったん拡大するが、下流に向かうに従ってテーパ面３６Ａと円錐面３５Ｃとによって徐々に狭められる。そして、ブロック部３５の端部（円錐の底面３５Ｂ）を超えて拡張部３７に入ると流路面積は一気に拡大するようになっている。なお、狭窄路３４Ｂにおいて流路が最も狭められた位置における流路面積は、それよりも上流での流路面積の５０％以下とされている。

また、上記したテーパ面３６Ａの傾き角度θ２は、テーパ部３６の直前（上流側）にある狭窄部３４Ｂを通過してきたエアロゾルの流れの方向、すなわち、ブロック部３５の円錐面Ｃを構成する母線に沿う方向に対して４５°〜６０°の範囲に設定されている。

内部通路３１においてこの拡張部３７よりもやや下流位置には、下流側に向かってなだらかに流路が絞られた絞り部３８が設けられている。この絞り部３８は最終的に噴出口３３と同形状のスリット状に絞られており、その終端部（上端部）から噴出口３３に至るまでの通路は断面形状が噴出口３３の形状と同形をなす細幅の先端通路３９とされている。先端通路３９の長さは２０〜３０ｍｍとなるように形成されている。絞り部３８における流路の絞り量は、終端位置での断面積（噴出口３３の開口面積に等しい）が内部通路３１において絞り部３８の入口３８Ａ、すなわち絞り開始位置における断面積の３分の１以下となるように設定されており、これによりエアロゾルＺが充分に加速されて噴出口３３から噴出するようになっている。

なお、内部通路３１の内壁面３１Ａは面粗度ＲＺ０．３μｍ以下の平滑な面とされており、これにより内壁面３１Ａに材料粒子Ｍが付着しないようにされている。

次に、上記のように構成された本実施形態の成膜装置および噴出ノズルの動作及び原理について説明する。

成膜装置１を用いて材料粒子Ｍの膜を形成する際には、まず、基板Ｂをステージ２１にセットする。次いで、エアロゾル室１１の内部に材料粒子Ｍを投入する。材料粒子Ｍとしては、例えば圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を使用することができる。

そして、ガスボンベＧからキャリアガスを導入して、そのガス圧で材料粒子Ｍを舞い上がらせる。それととともに、加振装置１２によってエアロゾル室１１を振動することで、材料粒子Ｍとキャリアガスとを混合してエアロゾルＺを発生させる。次いで、成膜チャンバ２０内を真空ポンプＰにより減圧する。すると、エアロゾル室１１と成膜チャンバ２０との間の差圧により、エアロゾル室１１内のエアロゾルＺは高速に加速しつつエアロゾル供給管１４から噴出ノズル３０の内部通路３１に進入する。図２において、エアロゾルＺの流れを矢印で示した。

噴出ノズル３０の内部通路３１に進入したエアロゾルＺは、ブロック部３５を設けることにより形成された狭窄路３４Ｂを通過する際に流速を増すとともに、円錐面３５Ｃに沿った方向の流れとなって、その下流側に設けられたテーパ部３６のテーパ面３６Ａにぶつかる。このとき、エアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍのうち、質量の小さい微粒子はテーパ部３６のテーパ面３６Ａに沿って向きを変えられ、下流側へ流れていくが、比較的質量の大きい凝集粒子は慣性力が大きいために容易に方向を転換することができずにこのテーパ部３６に衝突し、粉砕される。このように、凝集粒子が粉砕され、微粒化した状態で供給されるから、基板Ｂ上に薄く均一な膜を形成することができる。このとき、凝集粒子の粉砕のためにエアロゾルＺの流れの方向に対して斜め向きのテーパ面３６Ａを利用することで、衝突エネルギーが大きくなりすぎて材料粒子Ｍがテーパ部３６に固着したり、エアロゾルＺの滞留が起こり、材料粒子Ｍがテーパ面３６Ａ上に吹き溜りとなって堆積してしまう等の不具合を防ぐことが出来る。

なお、狭窄路３４Ｂにおいて最も狭められた部分の流路面積はこの狭窄路３４Ｂよりも上流位置での流路面積の５０％以下とされている。これにより、狭窄路３４Ｂを通過するエアロゾルＺを充分に加速し、凝集粒子が粉砕するのに充分な衝突エネルギーをもってテーパ面３６Ａに衝突させることができる。また、テーパ面３６Ａの角度は上記した不具合を抑制できる程度に小さいことが好ましいが、あまりに小さすぎれば、凝集粒子のテーパ面３６Ａに対する衝突エネルギーが小さくなり、凝集粒子が充分に破砕されなくなるおそれがある。このため、傾き角度θ２をエアロゾルＺの流れの方向（ブロック部３５の円錐面Ｃを構成する母線に沿う方向）に対して４５°以上６０°以下に設定している。

さらに、ブロック部３５を円錐の頂点３５Ａが下側（上流側）を向く姿勢で設置することにより、エアロゾルＺの流れに相対する面である円錐面３５ＣがエアロゾルＺの流れの方向に対して傾斜するようにしている。これにより、衝突エネルギーが大きくなりすぎて材料粒子Ｍがブロック部３５に固着したり、エアロゾルＺの滞留が起こり、材料粒子Ｍが吹き溜りとなってブロック部３５の表面に堆積してしまう等の不具合が起こることを防いでいる。なお、傾き角度θ１は上記した不具合を防止できる程度に小さいことが好ましいが、あまりに小さすぎれば、必要な流路の絞り量、すなわち円錐面３５ＣにおいてエアロゾルＺの流れの方向と交差方向の張り出し長さを稼ぐためにブロック部３５全体を大型化する必要が生じる。このため、傾き角度θ１をエアロゾルＺの流れの方向（内部通路３１の中心軸線Ｌの延在方向）に対して３０°以上６０°以下に設定している。

狭窄路３４Ｂを通過したエアロゾルＺは、その下流側に設けられている拡張部３７に至る。この拡張部３７においては、エアロゾルＺの流路が急激に広げられることによって乱流が生じ、テーパ部３６への衝突によって生じた凝集粒子の破砕片がミキシングされる。これにより、エアロゾルＺの濃度を均一化することができる。

なお、本実施形態では、テーパ部３６とブロック部３５からなる単純な構造によって材料粒子Ｍを破砕するための衝突部とミキシングのための拡張部３７とを形成している。すなわち、このテーパ部３６のテーパ面３６Ａが凝集粒子を粉砕するための衝突面とされるとともに、テーパ部３６によって拡張された領域のうちブロック部３５が存在しない領域（ブロック部３５の底面３５Ｂよりも下流側の領域）が拡張部３７となる。これにより、噴出ノズル３０の構造の複雑化を回避しつつ凝集粒子を粉砕し、均一な膜形成を図ることができる。

拡張部３７を通過したエアロゾルＺは、さらに下流側の絞り部３８へと進んでいく。絞り部３８においては、最終的に流路面積が入口３８Ａの流路面積の３分の１以下にまで絞られることにより、拡張部３７においていったん減速したエアロゾルＺを充分に加速し、基板Ｂへの固着に十分な衝突エネルギーを材料粒子Ｍに付与することができる。

絞り部３８および先端通路３９を通過したエアロゾルＺは噴出口３３から噴出する。噴出したエアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍは基板Ｂに衝突して堆積し、膜を形成する。

以上のように本実施形態によれば、エアロゾル室１１から噴出ノズル３０に至るまでの間に再凝集してできた大きな凝集粒子を噴出ノズル３０内で再度解砕することにより、薄く均一な膜の形成が可能となる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図４および図５を参照しつつ説明する。本実施形態の第１実施形態との主たる相違点は、ブロック部４５においてエアロゾルＺの流れと相対する面が円弧状面である点、および、衝突部４６が内部通路４１に張り出し形成されている点にある。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の噴出ノズル４０は、第１実施形態と同様の成膜装置１に使用される。噴出ノズル４０は、第１実施形態と同様に内部通路４１を備えた円筒状に形成されており、この内部通路４１の下端側の開口が供給口４２を画成し、上端側の開口がスリット状の噴出口４３を画成している。

この噴出ノズル４０の内部通路４１において供給口４２よりやや上方（下流位置）には、ブロック部４５（本発明の障害部材に該当する）が配されることによって狭窄路４４が設けられている。ブロック部４５は円柱状に形成され、その軸方向が噴出口４３のスリット長さ方向に沿う姿勢で、かつ、その径方向の中心位置が内部通路４１の中心軸線Ｌ上に位置するように配されている。すなわち、ブロック部４５の中心軸線は内部通路４１の中心軸線と直交している。

また、ブロック部４５においてエアロゾルＺの流れと相対する面が、円柱の外周面４５Ａ、すなわち、上流側へ張り出す円弧状の面となっている。なお、狭窄路４４において最も流路が狭められている位置（図４のＶＢ−ＶＢ線位置に相当）での流路面積は、第１実施形態と同様の理由でこの狭窄路４４よりも上流位置での流路面積の５０％以下とされていることが好ましい。

このブロック部４５の軸方向の両端部はそれぞれ内部通路４１の内壁面４１Ａに固定されている。

また、内部通路４１においてこのブロック部４５よりもやや上方には、衝突部４６が設けられている。この衝突部４６は、内部通路４１の全周にわたって中心軸線Ｌ側へ張り出す円環状に形成されている。この衝突部４６の下側面４６Ａは中心軸線Ｌ側に向かって上る傾斜面とされ、上側面４６Ｂは内側に向かって下る傾斜面とされている。なお、エアロゾルＺが衝突する衝突面である下側面４６Ａの傾き角度θ３は、第１実施形態と同様の理由でエアロゾルＺの流れの方向（中心軸線Ｌの延在方向）に対して４５°以上６０°以下に設定されていることが好ましい。

内部通路４１においてこの衝突部４６よりも下流位置には、第１実施形態と同様に絞り部４８および先端通路４９が設けられている。

上記のような噴出ノズル４０を備えた成膜装置１を用いて材料粒子Ｍの膜を形成する際には、第１実施形態と同様に、基板Ｂをステージ２１にセットする。そして、エアロゾル室１１においてエアロゾルＺを発生させ、噴出ノズル４０に導く。図４において、エアロゾルＺの流れを矢印で示した。

噴出ノズル４０の内部通路４１に進入したエアロゾルＺは、ブロック部４５を設けることにより形成された狭窄路４４を通過する際に流速を増し、その下流側に設けられた衝突部４６の下側面４６Ａにぶつかる。これにより、第１実施形態と同様に、凝集粒子を粉砕して、微粉化することができる。このとき、ブロック部４５はその軸方向が噴出口４３のスリット長さ方向に沿うとともに、その径方向の中心位置が内部通路４１の中心軸線Ｌ上に位置するように配されている。これにより、エアロゾルＺはブロック部４５の長さ方向（噴出口４３の長さ方向に一致）の全長に渡ってほぼ均等に分断されながら狭窄路４４を通過していくから、噴出口４３の長さ方向におけるエアロゾルＺの流れの偏りが生じにくくなり、均一な膜形成が可能となる。また、ブロック部４５においてエアロゾルＺの流れと相対する対向面が、円柱の外周面４５Ａ、すなわち、上流側へ張り出す円弧状の面となっている。これにより、対向面が傾斜面（円錐面３５Ｃ）とされている第１実施形態と同様に、衝突エネルギーが大きくなりすぎてブロック部４５に材料粒子Ｍが固着したり、エアロゾルＺの滞留が起こり、材料粒子Ｍが吹き溜りとなって堆積してしまう等の不具合を防止できる。

また、衝突部４６より下流であって絞り部４８よりも上流の領域には、内部通路４１にエアロゾルＺの流れの障害となるような部材が特に設けられておらず、これにより、この領域は狭窄路４４と比べて相対的に流路面積が広い拡張部４７の役割を果たす。この拡張部４７においては、第１実施形態と同様に流路が急激に広げられることによって乱流が生じ、衝突部４６への衝突によって破砕した材料粒子Ｍの破砕片がミキシングされる。これにより、エアロゾルＺの濃度を均一化することができる。

拡張部４７を通過したエアロゾルＺは、第１実施形態と同様に絞り部４８、先端通路４９を通過して噴出口４３から噴出する。噴出したエアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍは基板Ｂに衝突して堆積し、膜を形成する。

以上のように本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、エアロゾル室１１から噴出ノズル４０に至るまでの間に再凝集してできた大きな凝集粒子を噴出ノズル４０内で再度解砕することにより、薄く均一な膜の形成が可能となる。加えて、ブロック部４５が噴出口４３のスリット長さ方向に沿って形成されている。これにより、スリット長さ方向の全長に渡って、エアロゾルＺの流れの偏りが生じにくくなり、より均一な膜形成が可能となる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について、図６および図７を参照しつつ説明する。本実施形態の第１実施形態との主たる相違点は、ブロック部５５が絞り部５８の入口に設けられることで絞り部５８の内壁面５８Ｂが衝突面とされている点にある。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の噴出ノズル５０は、第１実施形態と同様の成膜装置１に使用することができる。噴出ノズル５０は、第１実施形態と同様に内部通路５１を備えた円筒状に形成されており、この内部通路５１の下端側の開口が供給口５２を画成し、上端側の開口がスリット状の噴出口５３を画成している。

この噴出ノズル５０の内部通路５１において下流側には、第１実施形態と同様に絞り部５８および先端通路５９が設けられている。

この絞り部５８の入口５８Ａには、ブロック部５５が配されることによって狭窄路５４が設けられている。このブロック部５５は、第２実施形態と同様の円柱状に形成され、円柱の軸方向が噴出口５３のスリット長さ方向に沿うとともに、その径方向の中心位置が内部通路５１の中心軸線Ｌと直交するように配されており、かつ、ブロック部５５においてエアロゾルＺの流れと対向する対向面が、円柱の外周面５５Ａ、すなわち、上流側へ張り出す円弧状の面となっている。ブロック部５５の軸方向の両端部はそれぞれ内部通路５１の内壁面５１Ａに固定されている。なお、狭窄路５４において最も流路が狭められた位置での流路面積は、第１実施形態と同様の理由でこの狭窄路５４よりも上流位置での流路面積の５０％以下とされていることが好ましい。

上記のような噴出ノズル５０を備えた成膜装置１を用いて材料粒子Ｍの膜を形成する際には、第１実施形態と同様に、基板Ｂをステージ２１にセットする。そして、エアロゾル室１１においてエアロゾルＺを発生させ、噴出ノズル５０に導く。図６において、エアロゾルＺの流れを矢印で示した。

噴出ノズル５０の内部通路５１に進入したエアロゾルＺは、ブロック部５５を設けることにより形成された狭窄路５４を通過する際に流速を増し、その下流側に設けられた絞り部５８に進入する。そして、下流側に向かって縮径するテーパ状となっている絞り部５８の内壁面５８Ｂに衝突する。これにより、第１実施形態と同様に、凝集粒子が粉砕され、微粉化される。このように、本実施形態では、ブロック部５５を絞り部５８の入口５８Ａに設けることで絞り部５８の内壁面５８Ｂを衝突面として利用している。

なお、第２実施形態と同様に、ブロック部５５はその軸方向が噴出口５３のスリット長さ方向に沿うとともに、その径方向の中心位置が内部通路５１の中心軸線Ｌ上に位置するように配されているから、噴出口５３の長さ方向の全長に渡ってエアロゾルＺの流れの偏りが生じにくくなり、均一な膜形成が可能となる。また、ブロック部５５においてエアロゾルＺの流れと対向する対向面が、円柱の外周面５５Ａ、すなわち、上流側へ張り出す円弧状の面となっているから、第２実施形態と同様に、材料粒子Ｍの衝突エネルギーが大きくなりすぎてブロック部５５に粒子が固着したり、エアロゾルＺの滞留が起こり、材料粒子Ｍが吹き溜りとなって堆積してしまう等の不具合を防止できる。

絞り部５８、先端通路５９を通過したエアロゾルＺは噴出口５３から噴出する。噴出したエアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍは基板Ｂに衝突して堆積し、膜を形成する。

以上のように本実施形態によれば、上記各実施形態と同様に、エアロゾル室１１から噴出ノズル５０に至るまでの間に再凝集してできた大きな凝集粒子を噴出ノズル５０内で再度解砕することにより、薄く均一な膜の形成が可能となる。加えて、ブロック部５５を絞り部５８の入口５８Ａに設けることで絞り部５８の内壁面５８Ｂを衝突面として利用しているから、衝突部を別部材として設けなくても良い。これにより、噴出ノズル５０の構造の複雑化を回避しつつ凝集粒子を粉砕し、均一な膜形成を図ることができる。

＜他の実施形態＞
本発明の技術的範囲は、上記した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。その他、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
（１）例えば図８に示す噴出ノズル６０のように、内部通路６１のブロック部６３が設置される位置から上流側となる部分を流路断面の径が小さい小径部６１Ｂとして構成し、この小径部６１Ｂの内径（流路断面の径）をブロック部６３の断面円の径とほぼ同じかそれよりも小さくすることで、内部通路６１の内壁面６１Ａを衝突部として利用しても良い。すなわち、ブロック部６３が設置される位置から上流側となる部分を小径部６１Ｂとしたことで、この小径部６１Ｂを流れるエアロゾルＺの全てがブロック部６３を迂回して内部通路６１の外周側にやや傾く流れとなって内部通路６１の内壁面６１Ａに衝突することとなる。このような構成によれば、噴出ノズル６０の構造を複雑化させることなく、内部通路６１を流れるエアロゾルＺのほぼ全てを内壁面６１Ａに確実に衝突させることができ、凝集粒子の粉砕作用を高めることができる。
（２）障害部材の形状は、必ずしも上記実施例で述べたような円錐形、あるいは円柱形に限るものではなく、例えば四角錐、三角錐などの錐体状であっても良く、半球状、または四角柱、三角柱などの柱状であっても良い。
（３）材料粒子として、上記実施形態では圧電材料であるＰＺＴを使用したが、材料粒子の種類はエアロゾルデポジション法による膜形成に使用可能なものであれば特に制限はなく、例えば絶縁材料であるアルミナを使用しても良い。
（４）第１実施形態では、連結軸３５Ｄが２つ設けられていたが、連結軸は３つ以上設けられていてもよく、その場合はブロック部の外周方向に沿って均等ピッチで突出させることが好ましい。

第１実施形態の成膜装置の概略図である。 第１実施形態の噴出ノズルの側断面図である。 図３（Ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、図３（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。 第２実施形態の噴出ノズルの側断面図である。 図５（Ａ）は図４のＣ−Ｃ線断面図、図５（Ｂ）は図４のＤ−Ｄ線断面図である。 第３実施形態の噴出ノズルの側断面図である。 図６のＥ−Ｅ線断面図である。 他の実施形態の噴出ノズルの側断面図である。 従来の噴出ノズルの側断面図である。

符号の説明

１…成膜装置
１０…エアロゾル発生器（エアロゾル発生部）
３０、４０、５０、６０…噴出ノズル
３１、４１、５１、６１…内部通路
３１Ａ、４１Ａ、５１Ａ…内壁面
３２、４２、５２…供給口
３３、４３、５３…噴出口
３４、４４、５４…狭窄路
３５、４５、５５、６３…ブロック部（障害部材）
３５Ｃ…円錐面（対向面）
３６…テーパ部
３６Ａ…テーパ面（衝突部）
３７、４７…拡張部
３８、４８、５８…絞り部
４５Ａ…外周面（対向面）
４６…衝突部
５８Ｂ…内壁面（衝突部）
６１Ａ…内壁面（衝突部）
Ｍ…材料粒子
Ｚ…エアロゾル

Claims (20)

1. 材料粒子をキャリアガスに分散してエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部と、
   内部に前記エアロゾルを流す内部通路が設けられ、この内部通路の一端側が前記エアロゾル発生部からの前記エアロゾルの供給を受ける供給口を画成し、他端側が前記エアロゾルを被処理材に向けて噴出する噴出口を画成する噴出ノズルと、
   前記内部通路に設けられてその上流側よりも流路面積が狭い狭窄路と、
   前記狭窄路よりも下流側に設けられて前記狭窄路を通過した前記エアロゾルの流れが衝突する衝突部と、
   を備える成膜装置。
2. 前記衝突部において前記エアロゾルの流れと対向する衝突面が、前記エアロゾルの流れの方向に対して傾く傾斜面である請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記衝突面の傾き角度が、前記エアロゾルの流れの方向に対して４５°以上６０°以下である請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記内部通路において前記狭窄路の流路面積がこの狭窄路よりも上流位置での流路面積の５０％以下である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の成膜装置。
5. 前記内部通路において前記衝突部よりも下流側には、前記噴出口に向かって流路が絞られた絞り部が設けられており、前記噴出口の開口面積が前記絞り部の入口の流路面積の３分の１以下である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の成膜装置。
6. 前記狭窄路が、前記内部通路に前記エアロゾルの流れを妨げる障害部材を設けることにより形成されている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の成膜装置。
7. 前記障害部材において前記エアロゾルの流れと対向する対向面が、前記エアロゾルの流れの方向に対して傾く傾斜面である請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記対向面の傾き角度が、前記エアロゾルの流れの方向に対して３０°以上６０°以下である請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記障害部材において前記エアロゾルの流れと対向する対向面が、下流側へ張り出す弧状面である請求項６に記載の成膜装置。
10. 前記障害部材が、前記内部通路の中心軸線上に設けられている請求項６〜請求項９のいずれかに記載の成膜装置。
11. 前記障害部材は柱状の形状である請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の成膜装置。
12. 前記噴出口がスリット状に形成されており、前記障害部材が前記噴出口の長さ方向に沿って形成されたものである請求項６〜請求項１１のいずれかに記載の成膜装置。
13. 前記噴出口がスリット状に形成されており、前記噴出口の長さ方向に前記障害部材を支持する支持部材が延在する請求項６〜請求項１１のいずれかに記載の成膜装置。
14. 前記障害部材が前記絞り部の入口に設けられることで前記絞り部の内壁面が前記衝突面とされている請求項６〜請求項１３のいずれかに記載の成膜装置。
15. 前記内部通路において前記狭窄路よりも下流側に前記狭窄路よりも流路面積が広げられた拡張部が設けられている請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の成膜装置。
16. 前記内部通路の前記障害部材を包囲する内壁面は、前記障害部材の設置位置よりも下流側から上流側に向かうほどに前記障害部材側から離れるテーパ部が設けられている請求項６〜請求項１４のいずれかに記載の成膜装置。
17. 前記内部通路の内壁面の面粗度がＲＺ０．３μｍ以下である請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の成膜装置。
18. 材料粒子をキャリアガスに分散してエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部を備えた成膜装置に用いられる噴出ノズルであって、
    内部に前記エアロゾルを流す内部通路が設けられ、この内部通路の一端側が前記エアロゾル発生部からの前記エアロゾルの供給を受ける供給口を画成し、他端側が前期エアロゾルを前記被処理材に向けて噴射する噴射口を画成し、
    前記内部通路に設けられてその上流側よりも流路面積が狭い狭窄路と、
    前記狭窄路よりも下流側に設けられて前記狭窄路を通過した前記エアロゾルの流れが衝突する衝突部と、
    を備える噴出ノズル。
19. 前記狭窄路が、前記内部通路に前記エアロゾルの流れを妨げる障害部材を設けることにより形成されている請求項１８に記載の噴出ノズル。
20. 前記噴出口がスリット状に形成されており、前記障害部材が前記噴出口の長さ方向に沿って形成されている請求項１９に記載の噴出ノズル。
    

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