JP5656036B2 - 複合構造物 - Google Patents

Description

本発明の態様は、一般的に、複合構造物に関し、具体的にはノズルから噴射したセラミックスやガラスなどの脆性材料を含む微粒子を基材表面に吹き付けて、基材上に脆性材料を含む構造物を形成した複合構造物に関する。

基材の表面に脆性材料を含む構造物を形成させる方法として、例えばエアロゾルデポジション法やガスデポジション法などがある（特許文献１〜３）。エアロゾルデポジション法やガスデポジション法では、脆性材料を含む微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを吐出口から基材に向けて噴射し、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材に微粒子を衝突させる。この衝突の衝撃により脆性材料微粒子に変形や破砕を起させしめてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料を含む膜状構造物をダイレクトに形成させる。

この方法によれば、特に加熱手段などを必要とせず、常温で膜状構造物の形成が可能であり、焼成体と比較して同等以上の機械的強度を有する膜状構造物を得ることができる。また、微粒子を衝突させる条件や微粒子の形状、組成などを制御することにより、構造物の密度や機械強度、電気特性などを多様に変化させることが可能である。

しかし、この方法では、微粒子の繰り返し衝突によって衝撃が印加されて緻密な構造物が形成されるため、製膜時には膜状構造物及び基材に応力が残存する。例えば、製膜領域の境界や基材の陵部付近では、局所的に比較的大きい応力がかかる。比較的大きい応力がかかる部分では、膜状構造物の自己崩壊によって膜状構造物が剥離するという問題がある。

また、例えば平面や側面に膜状構造物を形成させる場合においては、製膜領域の境界付近には局所的に比較的大きい応力がかかり、この境界を基点として膜状構造物が剥離するおそれがある。さらに、膜状構造物の形成の対象（基材）の面内に膜状構造物の端部が設けられる場合には、端部付近に応力が集中する。そのため、膜厚が厚くなると膜状構造物の自己崩壊が生ずるおそれがある。膜状構造物の剥離や自己崩壊は、応力による疲労が膜状構造物または基材に蓄積されることで、膜状構造物の形成直後のみならず１日あるいは１週間などの時間が経ってから生ずることがある。

国際公開第０１／２７３４８号パンフレット 特開２００７−１６２０７７号公報 特開２００５−２４６１号公報

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、膜状構造物の剥離や自己崩壊の発生を抑えることができる複合構造物を提供することを目的とする。

第１の発明は、基材と、セラミックスの脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを前記基材に衝突させて前記基材の表面に形成され前記脆性材料微粒子の構成材料を含む膜状構造物と、を備え、前記膜状構造物の端部であって前記表面に存在する端部と、前記膜状構造物の膜厚がその平均膜厚と等しくなる部分のうちで前記端部に最も近い最外部と、の間の距離であって前記表面に対して垂直にみたときの距離は、前記平均膜厚の１０倍以上であることを特徴とする複合構造物である。

この複合構造物によれば、膜状構造物の端部の近傍において、基材および膜状構造物にかかる応力を緩和することができる。そのため、膜状構造物の剥離や崩壊あるいは基材の崩壊が生ずることを抑えることができる。膜状構造物の端部と、膜状構造物の膜厚がその平均膜厚と等しくなる部分のうちで端部に最も近い最外部と、の間の距離であって基材の表面に対して垂直にみたときの距離は、平均膜厚の１０倍以上であることが好ましく、平均膜厚の２０倍以上あるいは５０倍以上であることがより好ましく、１００倍以上であることがさらに好ましい。また、膜状構造物の端部と、膜状構造物の膜厚がその平均膜厚と等しくなる部分のうちで端部に最も近い最外部と、の間の距離であって基材の表面に対して垂直にみたときの距離を長くすることにより応力の緩和効果を期待することができる。工業製品としてのデザインを考慮すると、その距離を、平均膜厚の１００００倍以下程度にすることが好ましい。

第２の発明は、第１の発明において、前記膜状構造物は、前記膜厚が前記最外部から前記端部へ段階的に薄くなる傾斜部を有することを特徴とする複合構造物である。

この複合構造物によれば、膜状構造物の傾斜部を比較的容易に形成することができる。また、所望の精度で膜状構造物の形状（例えば傾斜部の形状）を制御することができる。そのため、比較的簡易的な方法あるいは所望の精度を有する方法により、膜状構造物の端部の近傍において、基材および膜状構造物にかかる応力を緩和することができる。これにより、膜状構造物の剥離や崩壊あるいは基材の崩壊が生ずることを抑えることができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記膜状構造物は、前記膜厚が前記最外部から前記端部へ連続的に薄くなる傾斜部を有することを特徴とする複合構造物である。

この複合構造物によれば、粒子のふきつけ角度を調整する、或いは膜外周部を研磨加工で滑らかに加工する等の簡易的な機構により、膜厚が連続的に変化する傾斜部を形成することができる。そのため、簡易的な機構により、膜状構造物の端部の近傍において、基材および膜状構造物にかかる応力を緩和することができる。これにより、膜状構造物の剥離や崩壊あるいは基材の崩壊が生ずることを抑えることができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記基材は、前記端部を含む領域に設けられ前記表面が湾曲したラウンド部を有し、前記ラウンド部の半径は、前記平均膜厚の１０倍以上であることを特徴とする複合構造物である。

この複合構造物によれば、ラウンド部上で膜厚の傾斜部を容易に形成することができ、更に、基板端部の近傍にかかる応力をさらに緩和することができる。そのため、基材および膜状構造物にかかる応力をさらに緩和することができる。これにより、膜状構造物の剥離や崩壊あるいは基材の崩壊が生ずることをさらに抑えることができる。

本発明の態様によれば、膜状構造物の剥離や自己崩壊の発生を抑えることができる複合構造物が提供される。

本発明の実施の形態にかかる複合構造物を表す模式的断面図である。 本実施形態の比較例にかかる複合構造物を表す模式的断面図である。 図１（ａ）に表した領域Ａ１を拡大した模式的断面図である。 本実施形態の膜状構造物の傾斜部を説明する模式的断面図である。 本発明の他の実施の形態にかかる複合構造物を表す模式的断面図である。 本実施形態の傾斜部の他の形状を例示する模式的断面図である。 本実施形態の端部の近傍の他の形状を例示する模式的断面図である。 比較例の端部の形状を例示する模式的断面図である。 酸化イットリウムを含む膜状構造物の剥離の有無の検討結果の一例を例示する表である。 酸化アルミニウムを含む膜状構造物の剥離の有無の検討結果の一例を例示する表である。 膜厚が２段階以上で段階的に変化する膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。 膜厚が１段階で段階的に変化する膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。 ノズルまたは基材の走査を制御することで膜状構造物の膜厚を段階的に変化させる膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。 膜状構造物の膜厚を略連続的に変化させる膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。 図９に表した試料（５）の傾斜部の一例を例示する写真および断面プロファイルである。 図１０に表した試料（１７）の傾斜部の一例を例示する写真および断面プロファイルである。 図９に表した試料（３）の傾斜部の一例を例示する断面プロファイルである。 図９に表した試料（１）の傾斜部の一例を例示する写真および断面プロファイルである。 図９に表した試料（２）の傾斜部の一例を例示する断面プロファイルである。 膜状構造物の端部にかかる応力のシミュレーションの結果の一例を例示する表である。 膜状構造物の傾斜部のモデルを例示する模式的断面図である。 本実施形態の膜状構造物を形成する成膜装置の具体例を例示する概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる複合構造物を表す模式的断面図である。
図２は、本実施形態の比較例にかかる複合構造物を表す模式的断面図である。
図１（ａ）および図２（ａ）は、膜状構造物の端部が基材の面上に設けられた複合構造物を表す模式的断面図である。図１（ｂ）および図２（ｂ）は、膜状構造物の端部が基材の稜部に設けられた複合構造物を表す模式的断面図である。

図１（ａ）に表した複合構造物１００ａおよび図１（ｂ）に表した複合構造物１００ｂは、基材１１０と、基材１１０の上に設けられた膜状構造物１２０と、を備える。膜状構造物１２０は、例えばエアロゾルデポジション法やガスデポジション法などにより、脆性材料を含む微粒子がガス中に分散されたエアロゾルをノズルなどの吐出口から基材１１０に向けて噴射することで形成される。

図１（ａ）に表した複合構造物１００ａでは、膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０の表面１１１の上に存在する。言い換えれば、図１（ａ）に表した複合構造物１００ａにおける膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０の稜部１１３（図１（ｂ）参照）よりも内側の表面１１１の途中に存在する。

一方、図１（ｂ）に表した複合構造物１００ｂでは、膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０の稜部１１３に存在する。言い換えれば、図１（ｂ）に表した複合構造物１００ｂにおける膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０の稜部１１３にかかっている。

以下、本実施形態では、膜状構造物１２０がエアロゾルデポジション法により形成される場合を例に挙げて説明する。
エアロゾルデポジション法の原理について説明する前に、まず、本明細書において用いる用語について説明する。

本明細書において「微粒子」とは、緻密質粒子である場合は、走査型電子顕微鏡などにより同定される平均粒径が０．１マイクロメータ以上１０マイクロメータ以下の粒子をいう。また、「一次粒子」とは、微粒子の最小単位（一粒）をいう。走査型電子顕微鏡での平均粒径の同定においては、観察像中、任意に１００ヶの微粒子を選択し、その長軸と短軸の平均値を採用して、観察した微粒子全ての平均値から算出することができる。微粒子中の脆性材料粒子は、エアロゾルデポジション法における構造物形成の主体となり、一次粒子の平均粒径は０．０１マイクロメータ以上、１０マイクロメータ以下、より望ましくは０．１マイクロメータ以上、５マイクロメータ以下である。

本願明細書において「エアロゾル」とは、ヘリウムガスやアルゴンガスのような不活性ガス、窒素ガス、酸素ガス、乾燥空気、水素ガス、有機ガス、フッ素ガス、これらを含む混合ガスなどのガス中に前述の微粒子を分散させた状態をいう。エアロゾルは、一部凝集体を含む場合もあるが、実質的には微粒子が単独で分散している状態をいう。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を１気圧、温度を摂氏２０度に換算した場合に、ノズルなどの吐出口から噴射される時点において０.０００３ｍＬ／Ｌ〜１０ｍＬ／Ｌの範囲内であることが膜状構造物の形成にとって好ましい。

次に、エアロゾルデポジション法の原理について説明する。
エアロゾルデポジション法において利用される微粒子は、セラミックスや半導体などの脆性材料を主体とする。微粒子としては、同一材質の微粒子が単独で用いられたり、あるいは粒径の異なる微粒子が混合され用いられる。または、異種の脆性材料微粒子が混合されたり、あるいは複合され用いられることも可能である。

エアロゾルデポジション法において、微粒子を基材に対して５０〜４５０ｍ／ｓの速度で衝突させると、微粒子中の脆性材料微粒子の構成材料を含む構造物を得るのに好適である。

エアロゾルデポジション法のプロセスは、通常は常温で実施される。微粒子材料の融点より十分に低い温度、すなわち摂氏数１００度以下で膜状構造物の形成が可能である。この点が、エアロゾルデポジション法の特徴のひとつである。

結晶性の脆性材料微粒子が原料として用いられる場合、エアロゾルデポジション法によって形成される複合構造物のうち膜状構造物の部分において、結晶粒子サイズは、原料微粒子サイズに比べて小さい。膜状構造物の部分は、多結晶体となっている。その結晶は、実質的に結晶配向性がない場合が多い。また、脆性材料結晶同士の界面には、ガラス層からなる粒界層が実質的に存在しない。また、多くの場合、膜状構造物の部分において、基材の表面に食い込む「アンカー層」が形成されている。アンカー層が形成されているため、膜状構造物は、基材に対して極めて高い強度で強固に付着して形成される。

エアロゾルデポジション法により形成される膜状構造物は、微粒子同士が圧力によりパッキングされ物理的な付着で形態を保っている状態のいわゆる「圧粉体」とは明らかに異なり、十分な強度を有している。エアロゾルデポジション法により形成された良質な膜状構造物は、その材料を用いて焼成法にて形成されたバルクと同等程度の硬さを有する。

この場合、エアロゾルデポジション法において、飛来してきた脆性材料微粒子が基材の上で破砕・変形を起していることは、原料として用いる脆性材料微粒子の結晶子サイズと、形成された脆性材料構造物の結晶子サイズと、をＸ線回折法などで測定することにより確認可能である。

エアロゾルデポジション法で形成された膜状構造物の結晶子サイズは、原料微粒子の結晶子サイズよりも小さい。また、微粒子が破砕や変形をすることで形成される「ずれ面」や「破面」には、もともとの微粒子の内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった「新生面」が形成される。そして、表面エネルギーが高く活性な新生面が、隣接した脆性材料微粒子の表面や、隣接した脆性材料の新生面あるいは基材の表面と接合することにより、膜状構造物が形成されると考えられる。

エアロゾル中の微粒子の表面に水酸基がほどよく存在する場合には、微粒子の衝突時に微粒子同士の間や微粒子と構造物との間に生じる局部のずれ応力などにより、メカノケミカルな酸塩基脱水反応が起き、これら同士が接合することも考えられる。外部から連続した機械的衝撃力が付加されると、これらの現象が継続的に発生し、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料からなる膜状構造物が成長すると考えられる。

ここで、膜状構造物１２０がエアロゾルデポジション法により形成される過程では、外部から連続した機械的衝撃力が印加されることで、基材１１０および膜状構造物１２０の少なくともいずれかに応力が加わる。また、膜状構造物１２０の成長に伴い、歪が増大する。基材１１０の材料として、ステンレスやアルミニウムなどの延性材料が用いられた場合には、基材１１０が応力により変形することがある。あるいは、基材１１０の材料として、ガラスやシリコンウェーハなどの脆性材料が用いられた場合には、基材１１０が欠けたり陥没したりすることがある。

一般的に、応力は、形状が局所的に尖った部分や、形成された膜状構造物１２０のうちの端部に集中する傾向を有する。そのため、図２（ａ）に表した複合構造物２００ａおよび図２（ｂ）に表した複合構造物２００ｂのように、複合構造物２００ａ、２００ｂを側方からみたときの断面視において、基材１１０の表面１１１に対する膜状構造物１２０の端部の角度が比較的大きい場合には、応力が局所的に集中する箇所が起点となり、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることがある。

これに対して、本実施形態にかかる複合構造物１００ａ、１００ｂでは、膜状構造物１２０の端部において傾斜部１２３が設けられている。図１（ａ）および図１（ｂ）に表したように、膜状構造物１２０の傾斜部１２３における膜厚は、膜状構造物１２０の内側から端部へ向かって略連続的に薄くなる。傾斜部１２３の上部は、傾斜部１２３の下部（基材１１０との接触部）よりも膜状構造物１２０の内側へ後退している。これについて、図面を参照しつつさらに説明する。

図３は、図１（ａ）に表した領域Ａ１を拡大した模式的断面図である。
図３に表したように、膜状構造物１２０の端部の近傍を拡大してみると、膜状構造物１２０の表面（上面）は、平坦ではなく凹凸形状を有する。そして、膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔと等しくなる部分が存在する。本実施形態では、膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔと等しくなる部分のうちで最も外側に位置する点（端部１２１に最も近い点）を最外部１２５とする。

ここで、本願明細書において「平均膜厚」とは、基材１１０と接合してなる膜状構造物１２０の厚みの平均値をいう。膜状構造物１２０の厚みにばらつきがある場合には、複数の計測を行った平均によって「平均膜厚」を求める。例えば、一連の膜状構造物１２０の厚みについて必要十分な点数を計測し、計測した値の平均値から「平均膜厚」を求める。具体的には、膜状構造物１２０の形状のうちの最長のライン上において、膜厚がゼロとなる両端部を除きその両端部の間を均等間隔で１００点を計測した値の平均値を「平均膜厚」とする。例えば、基材１１０の表面１１１に対して垂直にみたときに、膜状構造物１２０の形状が四角形である場合には、その四角形の対角線の上において、膜厚がゼロとなる両端部を除きその両端部の間を均等間隔で１００点を計測した値の平均値を「平均膜厚」とする。例えば、基材１１０の表面１１１に対して垂直にみたときに、膜状構造物１２０の形状が円弧を包含する場合には、その円弧を包含する基材の上において、膜厚がゼロとなる両端部を除きその両端部の間を均等間隔で１００点を計測した値の平均値を「平均膜厚」とする。

膜状構造物１２０の厚みは、基材１１０と膜状構造物１２０の表面との段差、若しくは断面画像で確認される膜状構造物１２０の厚みなどから求められる。または、膜状構造物１２０の厚みは、紫外線、可視光、赤外線、Ｘ線、β線などの所謂透過型の膜厚計、静電容量や渦電流を用いた膜厚計、静電容量や電気抵抗を用いた膜厚計、若しくは磁力を用いた電磁式の膜厚計などから求められる。
また、膜状構造物１２０の比重が既知であり、且つ膜状構造物１２０の断面情報を算出することが困難である場合には、膜状構造物１２０の重量から平均膜厚を算出することも可能である。つまり、膜状構造物１２０の重量と膜状構造物１２０の比重とから膜状構造物１２０の体積を算出し、基材１１０の表面１１１に対して垂直にみたときの膜状構造物１２０の面積で膜状構造物１２０の体積を割ることで平均膜厚を算出することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）に関して前述したように、膜状構造物１２０は、端部に設けられた傾斜部１２３を有する。基材１１０の表面１１１に略沿って最外部１２５から端部１２１までみたときに、膜状構造物１２０の傾斜部１２３における膜厚は、変化している。

例えば、図３に表した第１の傾斜面１２３ａおよび第２の傾斜面１２３ｂでは、膜状構造物１２０の膜厚は、最外部１２５から端部１２１へ向かって略連続的に薄くなる。最外部１２５における第１の傾斜面１２３ａの傾斜角度は、端部１２１における第１の傾斜面１２３ａの傾斜角度よりも小さい。言い換えれば、最外部１２５における第１の傾斜面１２３ａは、端部１２１における第１の傾斜面１２３ａよりも「緩やかな斜面」である。一方で、最外部１２５における第２の傾斜面１２３ｂの傾斜角度は、端部１２１における第２の傾斜面１２３ｂの傾斜角度よりも大きい。言い換えれば、最外部１２５における第２の傾斜面１２３ｂは、端部１２１における第２の傾斜面１２３ｂよりも「急な斜面」である。

あるいは、例えば、図３に表した第３の傾斜面１２３ｃでは、膜状構造物１２０の膜厚は、最外部１２５から端部１２１へ向かって略段階的に薄くなる。つまり、図３に表したように、第３の傾斜面１２３ｃは、最外部１２５と端部１２１との間において階段状部１２４を有する。これについては、後に詳述する。

本実施形態にかかる複合構造物１００ａでは、第１〜３の傾斜面１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃのいずれにおいても、最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ１であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ１は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。

最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ１であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ１を測定する方法としては、表面形状測定器を用いた方法が挙げられる。例えば、表面形状測定器を用いて膜状構造物１２０の表面および基材１１０の表面１１１の形状を計測し、最外部１２５および端部１２１を求める。続いて、基材１１０の表面１１１に対して垂直に最外部１２５を投影した部分と、基材１１０の表面１１１に対して垂直に端部１２１を投影した部分と、の間の距離を計測することによって距離Ｄ１を求めることができる。
あるいは、距離Ｄ１を測定する方法としては、断面写真（例えばＳＥＭなど）を用いた方法が挙げられる。例えば、複合構造物（例えば複合構造物１００ａ）の断面写真を撮影し、その断面写真上において最外部１２５および端部１２１を求める。続いて、基材１１０の表面１１１に対して垂直に最外部１２５を投影した部分と、基材１１０の表面１１１に対して垂直に端部１２１を投影した部分と、の間の距離を計測することによって距離Ｄ１を求めることができる。
あるいは、距離Ｄ１を測定する方法としては、膜厚計を用いた方法が挙げられる。例えば、膜状構造物１２０の膜厚の測定に用いた膜厚計により、例えば平均膜厚ｔと同程度の間隔で傾斜部１２３を直線上に測定する。続いて、膜厚計が測定した直線上の座標から距離Ｄ１を求めることができる。
なお、後述する距離Ｄ２〜Ｄ６についても、同様の方法により距離Ｄ２〜Ｄ６を測定することができる。

これによれば、膜状構造物１２０の端部において、基材１１０および膜状構造物１２０にかかる応力を緩和することができる。そのため、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることを抑えることができる。
なお、図１（ｂ）に関して前述した複合構造物１００ｂの膜状構造物１２０の端部における構造は、前述した複合構造物１００ａの膜状構造物１２０の端部における構造と同様である。そのため、図１（ｂ）に関して前述した複合構造物１００ｂにおいても、前述した複合構造物１００ａの効果と同様の効果が得られる。

ここで、膜状構造物１２０の傾斜部１２３は、膜状構造物１２０の膜厚が変化する部分である。つまり、膜状構造物１２０の傾斜は、膜状構造物１２０の膜厚が変化することを意味する。膜状構造物１２０の傾斜部１２３は、膜状構造物１２０の形状に傾斜を設けることで形成されてもよいし、基材１１０の形状（例えば厚さ）を予め変化させておくことで形成されてもよい。これについて、さらに説明する。

図４は、本実施形態の膜状構造物の傾斜部を説明する模式的断面図である。
図４（ａ）は、本実施形態の膜状構造物の傾斜部を説明する模式的断面図である。図４（ｂ）は、本実施形態の膜状構造物の他の傾斜部を説明する模式的断面図である。図４（ｃ）は、本実施形態の膜状構造物のさらに他の傾斜部を説明する模式的断面図である。

前述したように、膜状構造物１２０の傾斜は、膜状構造物１２０の膜厚が変化することを意味する。そのため、図４（ａ）〜図４（ｃ）に表したように、膜状構造物１２０の傾斜部１２３は、基材１１０の形状（例えば厚さ）を予め変化させておくことで形成されててもよい。

図４（ａ）に表した複合構造物１００ｇでは、膜状構造物１２０の傾斜部１２３における基材１１０の厚さｔｓは、膜状構造物１２０の中央部から端部１２１へ向かって略直線的に厚くなる。つまり、基材１１０の第１の傾斜面１１７ａの傾斜角度は、膜状構造物１２０の中央部から端部１２１へ向かって略一定である。
図４（ｂ）に表した複合構造物１００ｈおよび図４（ｃ）に表した複合構造物１００ｉでは、膜状構造物１２０の傾斜部１２３における基材１１０の厚さｔｓは、膜状構造物１２０の中央部から端部１２１へ向かって略連続的に厚くなる。図４（ｂ）に表したように、膜状構造物１２０の相対的に中央部の側における第２の傾斜面１１７ｂの傾斜角度は、膜状構造物１２０の相対的に端部１２１の側における第２の傾斜面１１７ｂの傾斜角度よりも大きい。図４（ｃ）に表したように、膜状構造物１２０の相対的に中央部の側における第３の傾斜面１１７ｃの傾斜角度は、膜状構造物１２０の相対的に端部１２１の側における第３の傾斜面１１７ｃの傾斜角度よりも小さい。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に表したいずれの傾斜部１２３においても、緻密な構造物が形成されている。傾斜部１２３が緻密な構造物を有するか否かについては、傾斜部１２３の硬さを測定することで判断可能である。本実施形態によれば、膜状構造物１２０の端部１２１の近傍に緻密な構造物を形成した場合でも、膜状構造物１２０の端部１２１の近傍に傾斜部１２３が設けられているため、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることを抑えることができる。また、複合構造物１００ｇの用途によっては、膜状構造物１２０の端部１２１の近傍においても機能を要求されることがある。この場合でも、膜状構造物１２０の端部１２１の近傍に傾斜部１２３が設けられているため、膜状構造物１２０の膜質が一定に保たれる。これにより、膜状構造物１２０の端部１２１の近傍においても機能を満たすことができる。なお、傾斜部１２３が緻密な構造物を有するか否かの詳細については、後述する。

図５は、本発明の他の実施の形態にかかる複合構造物を表す模式的断面図である。
図５（ａ）は、膜状構造物の端部が基材の面上に設けられた複合構造物を表す模式的断面図である。図５（ｂ）は、膜状構造物の端部が基材の稜部に設けられた複合構造物を表す模式的断面図である。

図５（ａ）に表した複合構造物１００ｃおよび図５（ｂ）に表した複合構造物１００ｄは、基材１１０と、基材１１０の上に設けられた膜状構造物１２０と、を備える。膜状構造物１２０は、図１に関して前述したエアロゾルデポジション法などにより形成される。

本実施形態にかかる複合構造物１００ｃ、１００ｄでは、膜状構造物１２０の端部において傾斜部１２６が設けられている。図５（ａ）および図５（ｂ）に表したように、膜状構造物１２０の傾斜部１２６における膜厚は、膜状構造物１２０の内側から端部へ向かって略段階的に薄くなる。つまり、膜状構造物１２０の膜厚は、最外部１２５（図３参照）から端部１２１（図３参照）へ向かって段階的に薄くなる。複合構造物１００ｃのその他の構造は、図１（ａ）に関して前述した複合構造物１００ａの構造と同様である。また、複合構造物１００ｄのその他の構造は、図１（ｂ）に関して前述した複合構造物１００ｂの構造と同様である。

本実施形態によれば、膜状構造物１２０の傾斜部１２６を比較的容易に形成することができる。そのため、比較的簡易的な方法により、膜状構造物１２０の端部において、基材１１０および膜状構造物１２０にかかる応力を緩和することができる。これにより、比較的簡易的な方法により、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることを抑えることができる。なお、本実施形態の傾斜部１２６を形成する方法については、後に詳述する。

図６は、本実施形態の傾斜部の他の形状を例示する模式的断面図である。
図６（ａ）は、膜状構造物の傾斜部における膜厚が連続的に変化する例を例示する模式的断面図である。図６（ｂ）は、膜状構造物の傾斜部における膜厚が局所的に厚くなる例を例示する模式的断面図である。図６（ｃ）は、膜状構造物の傾斜部における膜厚が一部において厚くなる例を例示する模式的斜視図である。

図６（ａ）に表したように、膜状構造物１２０の膜厚が膜状構造物１２０の内側から端部へ向かって略連続的に薄くなる場合には、端部１２１の近傍において膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔとなる点は１つ存在する。その点が、最外部１２５となる。そして、最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ２であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ２は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。

図６（ｂ）に表したように、膜状構造物１２０の内側から端部へ向かってみたときに、膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔよりも一旦薄くなった後に局所的に平均膜厚ｔよりも厚くなり、再び平均膜厚ｔよりも薄くなると、端部１２１の近傍において膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔとなる点は３つ存在する（点Ｐ１、点Ｐ２および点Ｐ３）。点Ｐ１〜Ｐ３のうちで最も外側に位置する点Ｐ３が、最外部１２５となる。そして、最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ３であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ３は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。そして、膜状構造物１２０の膜厚は、最外部１２５から端部１２１へ向かって略段階的に薄くなっている。

図６（ｃ）に表したように、膜状構造物１２０の内側から端部へ向かってみたときに、膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔよりも一旦薄くなった後に、一部において厚くなっても平均膜厚ｔよりも薄い場合には、端部１２１の近傍において膜状構造物１２０の膜厚が平均膜厚ｔとなる点は１つ存在する。その点が、最外部１２５となる。そして、最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ４であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ４は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。

このように、本実施形態の傾斜部１２３は、種々の形状を取り得る。膜状構造物１２０の傾斜部がいずれの形状を有していても、最外部１２５と端部１２１との間の距離であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離が平均膜厚ｔの１０倍以上である限り、その傾斜部は、本実施形態の傾斜部１２３の範囲に包含される。

図７は、本実施形態の端部の近傍の他の形状を例示する模式的断面図である。
図８は、比較例の端部の形状を例示する模式的断面図である。
図７（ａ）は、膜状構造物１２０の傾斜部１２３における膜厚が膜状構造物１２０の内側から端部へ向かって略連続的に薄くなる場合を例示している。図７（ｂ）は、膜状構造物１２０の傾斜部１２６における膜厚が膜状構造物１２０の内側から端部へ向かって略段階的に薄くなる場合を例示している。

図１（ｂ）に関して前述した複合構造物１００ｂでは、膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０の稜部１１３にかかっている。これに対して、図７（ａ）に表した複合構造物１００ｅでは、基材１１０ａは、膜状構造物１２０の端部１２１を含む領域においてラウンド部１１５を有する。図７（ａ）に表したように、ラウンド部１１５は、湾曲面１１１ａを有する。湾曲面１１１ａは、基材１１０ａの表面が湾曲した形状を呈する。そのため、複合構造物１００ｅの基材１１０ａは、稜部１１３を有していない。これにより、図７（ａ）に表した膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０ａの稜部にはかかっていない。ラウンド部１１５の半径Ｒ１は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ５であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ５は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。

また、図５（ｂ）に関して前述した複合構造物１００ｄでは、膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０の稜部１１３にかかっている。これに対して、図７（ｂ）に表した複合構造物１００ｆでは、基材１１０ａは、膜状構造物１２０の端部１２１を含む領域においてラウンド部１１５を有する。図７（ｂ）に表したように、ラウンド部１１５は、湾曲面１１１ａを有する。湾曲面１１１ａは、基材１１０ａの表面が湾曲した形状を呈する。そのため、複合構造物１００ｆの基材１１０ａは、稜部１１３を有していない。これにより、図７（ｂ）に表した膜状構造物１２０の端部１２１は、基材１１０ａの稜部にはかかっていない。ラウンド部１１５の半径Ｒ２は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。最外部１２５と端部１２１との間の距離Ｄ６であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離Ｄ６は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。

これによれば、基材１１０の端部の近傍にかかる応力をさらに緩和することができる。そのため、基材１１０および膜状構造物１２０にかかる応力をさらに緩和することができる。これにより、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることをさらに抑えることができる。

本実施形態では、ラウンド部１１５の半径Ｒ１は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。また、ラウンド部１１５の半径Ｒ２は、平均膜厚ｔの１０倍以上である。これにより、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることを抑えることができる。つまり、本実施形態によれば、平均膜厚ｔの１０倍以上の半径を有するラウンド部１１５を利用して膜状構造物１２０の傾斜部１２３を形成することができる。ラウンド部１１５の半径は、平均膜厚ｔの１００倍以上であることがより望ましい。

図８に表したように、基材１１０の湾曲面１１１ａの途中に膜状構造物１２０の終端部を設ける場合、湾曲面１１１ａを有する基材１１０に膜を形成するだけでは、終端部に効果的に傾斜部を形成することができないことがある。そのため、図８に表したように、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５が生ずることがある。

このような場合において、本実施形態では、例えば図１（ａ）に表した複合構造物１００ａのように、基材１１０が膜状構造物１２０の端部１２１において曲率を有していない場合でも傾斜部１２３を形成することができる。このように、本実施形態によれば、膜状構造物１２０の膜厚を意図的に制御する手段を適宜選択することによって、膜状構造物１２０の崩壊を抑制することができる。

次に、本発明者が実施した検討について、図面を参照しつつ説明する。
図９は、酸化イットリウムを含む膜状構造物の剥離の有無の検討結果の一例を例示する表である。

本発明者は、基材１１０として酸化アルミニウム（アルミナ）、石英およびステンレス（ＳＵＳ３０４）を用い、それぞれの基材１１０の上にエアロゾルデポジション法により酸化イットリウムの膜状構造物１２０を形成した。

具体的には、所定の開口面積の開口部を有するノズルを用い、窒素ガスの流量を適宜設定して、酸化イットリウムの膜状構造物１２０を形成した。また、チャンバー内の圧力についても、適宜設定を行った。膜状構造物１２０の膜厚、および最外部１２５と端部１２１との間の距離であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離については、表面形状測定器ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａにより測定した。

基材１１０、倍率および剥離の判定の結果は、図９に表した通りである。
図９に表した表の中の「倍率」とは、最外部１２５と端部１２１との間の距離であって表面１１１に対して垂直にみたときの距離の平均膜厚ｔに対する倍率である。つまり、「倍率」とは、図３に関して前述した複合構造物１００ａでは「Ｄ１／ｔ」を表す。

図９に表した表によれば、倍率が１０倍以上であれば、膜状構造物１２０の剥離が生じないことが分かった。また、本発明者は、倍率が３０倍、４０倍、６０倍、７０倍、８０倍、１５０倍、２００倍、３００倍、および５００倍の場合にも膜状構造物１２０の剥離が生じないことを確認することができた。倍率を大きくすることにより応力の緩和効果を期待することができる一方で、工業製品としてのデザインを考慮すると、倍率を１００００倍以下程度にすることが好ましい。
なお、試料（１）〜試料（１４）の膜状構造物１２０の形成方法については、後に詳述する。

図１０は、酸化アルミニウムを含む膜状構造物の剥離の有無の検討結果の一例を例示する表である。
本発明者は、基材１１０としてアルミナを用い、アルミナの基材１１０の上にエアロゾルデポジション法により酸化アルミニウムの膜状構造物１２０を形成した。酸化アルミニウムの膜状構造物１２０の製膜条件については、図９に関して前述した条件と同様である。また、ノズルの開口部と基材１１０の表面１１１との間の距離、およびチャンバー内の圧力についても、適宜設定を行った。測定器としては、図９に関して前述した表面形状測定器ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａを使用した。

倍率および剥離の判定の結果は、図１０に表した通りである。
すなわち、倍率が１０倍以上であれば、膜状構造物１２０の剥離が生じないことが分かった。
なお、試料（１５）〜試料（２０）の膜状構造物１２０の形成方法については、後に詳述する。

次に、図９および図１０に関して前述した試料（１）〜試料（２０）の膜状構造物１２０の形成方法の具体例について、図面を参照しつつ説明する。
図１１は、膜厚が２段階以上で段階的に変化する膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。

図９に表した試料（５）の膜状構造物１２０は、本具体例の形成方法により形成されている。
図１１（ａ）に表したように、まず、ノズル１４０の吐出口から基材１１０の表面１１１に向けてエアロゾルを噴射することで第１の膜体１２７を形成する。このとき、図１１（ａ）に表した矢印Ｂ１のように、ノズル１４０あるいは基材１１０を走査することで、基材１１０の表面１１１の略全体に第１の膜体１２７を形成する。

続いて、図１１（ａ）に表したように、第１の膜体１２７の上面のうちの端部にマスキングテープ１３０を設置する。続いて、図１１（ａ）に表した矢印Ｂ１のように、ノズル１４０あるいは基材１１０を走査することで、マスキングテープ１３０の部分を除く第１の膜体１２７の表面（上面）の略全体に第２の膜体１２８を形成する。

続いて、図１１（ｂ）に表したように、マスキングテープ１３０を取り除く。これにより、膜状構造物１２０の内側から端部へ向かって膜厚が２段階以上で段階的に変化する膜状構造物１２０を形成することができる。つまり、膜状構造物１２０の端部に傾斜部１２６を形成することができる。

本具体例の形成方法によれば、所望の精度で膜状構造物１２０の形状（例えば傾斜部１２６の形状）を制御することができる。

図１２は、膜厚が１段階で段階的に変化する膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。
図９に表した試料（１）〜試料（３）および図１０に表した試料（１７）の膜状構造物１２０は、本具体例の形成方法により形成されている。

図１２（ａ）に表したように、基材１１０の表面１１１のうちの端部にマスキングテープ１３０を設置する。続いて、図１２（ａ）に表した矢印Ｂ１のように、ノズル１４０あるいは基材１１０を走査することで、マスキングテープ１３０の部分を除く基材１１０の表面１１１の略全体に膜状構造物１２０を形成する。

続いて、図１２（ｂ）に表したように、マスキングテープ１３０を取り除き、膜状構造物１２０の端部に対して、いわゆるバフ研磨を施す。すなわち、図１２（ｂ）に表した矢印Ｂ２のように、例えば研磨輪１５０に所定の研磨剤を付けて回転させることで、膜状構造物１２０の端部に傾斜部１２３を形成する。

本具体例の形成方法によれば、所望の精度で膜状構造物１２０の形状（例えば傾斜部１２６の形状）を制御することができるとともに、より安定した傾斜部１２３を形成することができる。

図１３は、ノズルまたは基材の走査を制御することで膜状構造物の膜厚を段階的に変化させる膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。
図１３（ａ）は、走査方向を反転させる膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。図１３（ｂ）は、走査速度を変化させる膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。

図９に表した試料（７）および試料（１４）の膜状構造物１２０は、図１３（ａ）に表した具体例の形成方法により形成されている。
図１３（ａ）に表した膜状構造物１２０の形成方法では、所望の傾斜部１２６の幅（例えば図３に表した成分Ｄ１）と略同じ幅のノズル１４０を使用する。そして、図１３（ａ）に表した矢印Ｂ３および矢印Ｂ４のように、所望の端部１２１でノズル１４０の走査方向を反転させることで、傾斜部１２６を形成することができる。

例えば、幅が１０ｍｍのノズル１４０を用いて、１ｍｍ刻みの送り量（ステップ量）で、ノズル１４０の吐出口から基材１１０の表面１１１に向けてエアロゾルを噴射する。すると、膜状構造物１２０の膜厚は、１０ｍｍの幅において、１０段階で段階的に変化する。つまり、１０ｍｍの幅において、１０段の階段が形成される。言い換えれば、重ねて噴射を行わない膜状構造物１２０の端部において、ノズル１４０の幅の分の傾斜部１２６が形成される。
これによれば、ノズル１４０の幅により、傾斜部１２６の幅を制御することができる。

図１３（ｂ）に表した膜状構造物１２０の形成方法では、ノズル１４０または基材１１０の走査速度Ｖを部分的に変化させる。具体的には、図１３（ｂ）に表したように、ノズル１４０が所望の端部１２１に近づくと、ノズル１４０または基材１１０の走査速度Ｖを速くする。これにより、傾斜部１２６を形成することができる。
これによれば、走査プログラムを予め設定しておくことで、膜状構造物１２０を形成する工程を中断することなく、傾斜部１２６を形成することができる。

図１４は、膜状構造物の膜厚を略連続的に変化させる膜状構造物の形成方法を説明する模式的平面図である。
図９に表した試料（１０）の膜状構造物１２０は、本具体例の形成方法により形成されている。

図１４に表した膜状構造物１２０の形成方法では、ノズル１４０と基材１１０との間にマスク１６０が設けられている。ノズル１４０の吐出口から基材１１０の表面１１１に向けて噴射され、マスク１６０の端部の近傍を通過したエアロゾルは、図１４に表した矢印Ｂ６のように、マスク１６０の下側へ回り込む。これにより、膜厚が略連続的に変化する傾斜部１２３を形成することができる。
これによれば、マスク１６０を設けるといったより簡易的な機構により、膜厚が略連続的に変化する傾斜部１２３を形成することができる。
また、微粒子のふきつけ角度を調整する、或いは膜外周部を研磨加工で滑らかに加工する等の簡易的な機構によっても、膜厚が連続的に変化する傾斜部を形成することができる。

次に、本発明者が測定した傾斜部の形状について、図面を参照しつつ説明する。
図１５は、図９に表した試料（５）の傾斜部の一例を例示する写真および断面プロファイルである。

図９に表した試料（５）の膜状構造物１２０は、図１１に関して前述した形成方法により形成されている。
図９および図１５（ｂ）に表したように、試料（５）の傾斜部１２６における倍率は、７５７μｍ／１３μｍ≒５８倍である。これによれば、図１５（ａ）に表したように、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５は、生じていない。

図１６は、図１０に表した試料（１７）の傾斜部の一例を例示する写真および断面プロファイルである。
図１０に表した試料（１７）の膜状構造物１２０は、図１２に関して前述した形成方法により形成されている。
図１０および図１６（ｂ）に表したように、試料（１７）の傾斜部１２３における倍率は、５４０μｍ／１１．１μｍ≒４９倍である。これによれば、図１６（ａ）に表したように、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５は、生じていない。

本発明者は、図９に表した試料（５）および図１０に表した試料（１７）を用いて、傾斜部１２３、１２６の任意の点におけるビッカース硬度と、平均膜厚ｔの部分の任意の点におけるビッカース硬度と、をそれぞれ３回測定した。その結果は、以下の通りである。なお、本発明者は、ビッカース硬度（ＨＶ）をギガパスカル（ＧＰａ）の単位の値に変換している。

図１５（ｂ）に表した第１の測定点１２２ａにおけるビッカース硬度は、８．０６ＧＰａ（１回目の測定）、８．０４ＧＰａ（２回目の測定）、７．８０ＧＰａ（３回目の測定）である。図１５（ｂ）に表した第２の測定点１２２ｂにおけるビッカース硬度は、７．８０ＧＰａ（１回目の測定）、７．７９ＧＰａ（２回目の測定）、８．０４ＧＰａ（３回目の測定）である。
図１６（ｂ）に表した第３の測定点１２２ｃにおけるビッカース硬度は、７．８２ＧＰａ（１回目の測定）、８．０３ＧＰａ（２回目の測定）、８．０３ＧＰａ（３回目の測定）である。図１６（ｂ）に表した第４の測定点１２２ｄにおけるビッカース硬度は、８．０２ＧＰａ（１回目の測定）、８．００ＧＰａ（２回目の測定）、７．８３ＧＰａ（３回目の測定）である。

これによれば、第１〜４の測定点１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄにおける全てのビッカース硬度の平均値は、７．９３１ＧＰａである。第１〜４の測定点１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄにおける全てのビッカース硬度の標準偏差（σ）は、０．１２９ＧＰａである。第１〜４の測定点１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄにおける全てのビッカース硬度の変動係数は、１．６％である。本発明者が得た知見によれば、緻密度の指標として次の条件が満たされると、その構造物は緻密な構造物であると判断することができる。

０．７＜（平均値±６σ）／平均値＜１．３

これにより、本願明細書において、傾斜部１２３におけるビッカース硬度が平均膜厚ｔの部分におけるビッカース硬度の７０％よりも大きく１３０％よりも小さい場合には、傾斜部１２３において緻密な構造物が形成されていると判断できる。

図１７は、図９に表した試料（３）の傾斜部の一例を例示する断面プロファイルである。
図９に表した試料（３）の膜状構造物１２０は、図１２に関して前述した形成方法により形成されている。
図９および図１７に表したように、試料（３）の傾斜部における倍率は、３５４μｍ／３３．６μｍ≒１０倍である。これによれば、膜状構造物１２０の剥離２０１や崩壊２０３あるいは基材１１０の崩壊２０５は、生じていない。

図１８は、図９に表した試料（１）の傾斜部の一例を例示する写真および断面プロファイルである。
図９に表した試料（１）の膜状構造物１２０は、図１２に関して前述した形成方法により形成されている。
図９および図１８（ｂ）に表したように、試料（１）の傾斜部における倍率は、１４２μｍ／２２．３μｍ≒７倍であり、１０倍未満である。これによれば、図１８（ａ）に表したように、膜状構造物１２０の剥離２０１あるいは崩壊２０３が生じている。

図１９は、図９に表した試料（２）の傾斜部の一例を例示する断面プロファイルである。
図９に表した試料（２）の膜状構造物１２０は、図１２に関して前述した形成方法により形成されている。
図９および図１９に表したように、試料（２）の傾斜部における倍率は、２４４μｍ／２６μｍ≒９倍であり、１０倍未満である。これによれば、膜状構造物１２０の剥離２０１が生じている。

次に、本発明者が実施したシミュレーションの結果の一例について、図面を参照しつつ説明する。
図２０は、膜状構造物の端部にかかる応力のシミュレーションの結果の一例を例示する表である。
図２１は、膜状構造物の傾斜部のモデルを例示する模式的断面図である。

本発明者は、酸化イットリウムを含む膜状構造物１２０を酸化アルミニウムの基材１１０の上に形成した場合の応力を計算した。図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に表したように、膜状構造物１２０の膜厚を１２μｍに設定した。応力の計算（シミュレーション）においては、Ｓｉｅｍｅｎｓ社のＮＸＩ-ＤＥＡＳ Ｖｅｒ.５を用いた。また、応力の解析には、次式を用いた。



ここで、式（１）の中の「σ」は、応力を表す。式（１）の中の「Ｅ」は、基材のヤング率を表す。式（１）の中の「ν」は、基材１１０のポアソン比を表す。式（１）の中の「ｈ」は、基材１１０の厚さを表す。式（１）の中の「ｔ」は、膜状構造物１２０の膜厚を表す。式（１）の中の「Ｒ」は、基材１１０の変形で生じる屈曲半径を表す。

図２０に表したモデル（１）は、図１２に関して前述した形成方法により形成されたことに設定した。
図２０に表したモデル（２）は、図１４に関して前述した形成方法により形成されたことに設定した。
図２０に表したモデル（３）は、図１３（ｂ）に関して前述した形成方法により形成されたことに設定した。

基材１１０にかかる最大応力の計算結果の一例は、図２０に表した通りである。すなわち、倍率が大きくなると、基材１１０にかかる応力が小さくなることが分かった。つまり、膜状構造物１２０の端部に傾斜部１２３、１２６を形成すると、基材１１０にかかる応力を緩和できることが分かった。

次に、本実施形態の膜状構造物１２０を形成する成膜装置の具体例について、図面を参照しつつ説明する。
図２２は、本実施形態の膜状構造物を形成する成膜装置の具体例を例示する概略構成図である。

本具体例の製膜装置３００は、ガスボンベ３１０と、ガス供給機構３２０と、エアロゾル発生器３３０と、製膜チャンバー３４０と、真空ポンプ３５０と、を備える。エアロゾル発生器３３０の一端部には、ノズル３３１が設置されている。ノズル３３１は、製膜チャンバー３４０の内部に配置されている。ノズル３３１の吐出口に対面する位置には、基材１１０が配置される。基材１１０は、製膜チャンバー３４０の内部に設置されたステージ３４１に支持される。

エアロゾルデポジションに用いられるキャリアガスは、ガスボンベ３１０からガス供給機構３２０によって流量が調整されてエアロゾル発生器３３０に導入される。エアロゾル発生器３３０には、原料微粒子が充填される。エアロゾルは、エアロゾル発生器３３０の内部において、ガス供給機構３２０から導入されたキャリアガスと、原料微粒子と、が混合することで得られる。エアロゾル発生器３３０の内部で発生したエアロゾルは、圧力差によってノズル３３１へ搬出され、ノズル３３１の吐出口より基材１１０に向けて噴射される。基材１１０は、ステージ３４１に支持されている。例えばステージ３４１をＸＹ軸の２次元に揺動させることで、所望の面積にエアロゾルを噴射させ、微粒子を堆積させて膜状構造物１２０を形成することができる。製膜環境下では、製膜チャンバー３４０の内部の空気は、真空ポンプ３５０によって排気される。

エアロゾル中では、微粒子が一次粒子の状態で分散している状態が望ましい。但し、複数個の一次粒子が凝集し凝集粒の状態でガス中に分散されているものも本願でいうエアロゾルに含まれる。

搬送ガスは、微粒子を分散させてエアロゾルを形成することができればよい。例えば、搬送ガスは、乾燥空気、水素ガス、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスの他、メタンガス、エタンガス、エチレンガス、アセチレンガスなどの有機ガス、また、フッ素ガスなどの腐食性のあるガス等でもよく、必要に応じてこれらの混合ガスでもよい。

微粒子としては、粒径が０．１μｍ〜５μｍ程度のものが利用可能である。微粒子の原料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化珪素、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化ガドリニウム、酸化イッテルビウム等の酸化物の他、窒化物、ホウ化物、炭化物、フッ化物などの脆性材料が利用可能である。

基材１１０の材質としては、金属、ガラス、セラミックス、樹脂のいずれか、もしくはこれらの複合材料が使用可能である。なお、基材１１０の表面１１１の形状は、平面に限定されず、リング形状の内周側面や、円柱の外周といった曲面でもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、基材１１０および膜状構造物１２０などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などや傾斜部１２３、１２６の設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉ 複合構造物、 １１０、１１０ａ 基材、 １１１ 表面、 １１１ａ 湾曲面、 １１３ 稜部、 １１５ ラウンド部、 １１７ａ 第１の傾斜面、１１７ｂ 第２の傾斜面、１１７ｃ 第３の傾斜面、 １２０ 膜状構造物、 １２１ 端部、 １２２ａ 第１の測定点、 １２２ｂ 第２の測定点、 １２２ｃ 第３の測定点、 １２２ｄ 第４の測定点、 １２３ 傾斜部、 １２３ａ 第１の傾斜面、 １２３ｂ 第２の傾斜面、 １２３ｃ 第３の傾斜面、 １２４ 階段状部、 １２５ 最外部、 １２６ 傾斜部、 １２７ 第１の膜体、 １２８ 第２の膜体、 １３０ マスキングテープ、 １４０ ノズル、 １５０ 研磨輪、 １６０ マスク、 ２００ａ 、２００ｂ、２００ｃ 複合構造物、 ２０１ 剥離、 ２０３、２０５ 崩壊、 ３００ 製膜装置、 ３１０ ガスボンベ、 ３２０ ガス供給機構、 ３３０ エアロゾル発生器、 ３３１ ノズル、 ３４０ 製膜チャンバー、 ３４１ ステージ、 ３５０ 真空ポンプ

Claims (4)

1. 基材と、
   セラミックスの脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを前記基材に衝突させて前記基材の表面に形成され前記脆性材料微粒子の構成材料を含む膜状構造物と、
   を備え、
   前記膜状構造物の端部であって前記表面に存在する端部と、前記膜状構造物の膜厚がその平均膜厚と等しくなる部分のうちで前記端部に最も近い最外部と、の間の距離であって前記表面に対して垂直にみたときの距離は、前記平均膜厚の１０倍以上であることを特徴とする複合構造物。
2. 前記膜状構造物は、前記膜厚が前記最外部から前記端部へ段階的に薄くなる傾斜部を有することを特徴とする請求項１記載の複合構造物。
3. 前記膜状構造物は、前記膜厚が前記最外部から前記端部へ連続的に薄くなる傾斜部を有することを特徴とする請求項１記載の複合構造物。
4. 前記基材は、前記端部を含む領域に設けられ前記表面が湾曲したラウンド部を有し、
   前記ラウンド部の半径は、前記平均膜厚の１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の複合構造物。