JP7491508B2 - 成膜装置、成膜方法及び成膜体 - Google Patents
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Description
セラミックス原料粉をガス中に分散させたエアロゾルを噴出端から前記基材に向けて噴出するエアロゾル搬送路と、
前記エアロゾル搬送路内を流通する前記エアロゾルを加熱する加熱手段とを備え、
前記加熱手段は、前記エアロゾルの流通方向に沿って複数配設され、
複数の前記加熱手段のうち前記エアロゾルの流通方向最下流に配設された前記加熱手段の目標加熱温度は、500℃以上且つ残りの前記加熱手段の目標加熱温度よりも200℃以上高くなるよう制御される点にある。
また、上記目的を達成するための本発明に係る成膜方法の特徴構成は、セラミックス原料粉をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル搬送路の噴出端から基材に向けて噴出させて前記基材上に膜を形成する方法において、
前記エアロゾル搬送路内を流通する前記エアロゾルを、前記エアロゾルの流通方向に沿った複数の加熱位置において加熱し、
複数の前記加熱位置のうち前記エアロゾルの流通方向最下流の加熱位置での目標加熱温度を、500℃以上且つ残りの前記加熱位置での目標加熱温度よりも200℃以上高くするよう制御を行う点にある。
また、本発明に係る成膜方法の更なる特徴構成は、複数の前記加熱位置での前記エアロゾルの加熱は、前記流通方向最上流の前記加熱位置から前記流通方向の下流側に向かうにつれて目標加熱温度が高くなるように制御を行う点にある。
図1に示すように、本実施形態に係る成膜装置1は、処理室2やエアロゾル発生部6、エアロゾル搬送管10(エアロゾル搬送路)、搬送ガス送給手段15、加熱手段20を備える。
成膜装置1で用いられるセラミックス原料粉を構成する粒子としては、密度4.0g/cm3以上であるものが好ましく、このような粒子としては、例えば、ジルコニアにイットリウムやカルシウム、マグネシウム、ハフニウムなどを含有する安定化ジルコニアの粒子である。尚、本実施形態においては、イットリウムを含有するジルコニア(YSZ)をセラミックス原料粉として用いる。
次に、上記成膜装置1を用いた成膜方法により、基材K上に膜(成膜体)を形成する過程について説明する。本実施形態に係る成膜方法では、エアロゾル搬送管10内を流通するエアロゾルを、エアロゾルの流通方向に沿った複数の加熱位置(即ち、第1ヒーター21a、第2ヒーター21b、第3ヒーター21cを設置した位置)において加熱し、エアロゾルの流通方向最下流の加熱位置での目標加熱温度を、500℃以上且つエアロゾルの流通方向最上流の加熱位置での目標加熱温度よりも200℃以上高くする。即ち、まず、第1ヒーター21a、第2ヒーター21b及び第3ヒーター21cでの目標加熱温度が所定の温度となるように各ヒーター21a,21b,21cを作動させる。具体的に、第1ヒーター21a、第2ヒーター21b、第3ヒーター21cは、流通方向下流側に設置されたものであるほど目標加熱温度が高くなるように各ヒーター21a,21b,21cを作動させる。より具体的には、第3ヒーター21cを、500℃以上且つ第1ヒーター21aよりも200℃以上高い加熱温度となるように作動させ、第2ヒーター21bを、第1ヒーター21aの目標加熱温度以上且つ第3ヒーター21cの目標加熱温度以下の加熱温度となるように作動させる。
〔1〕上記実施形態においては、複数の加熱手段として、3つのヒーター21a,21b,21cを設ける態様としたが、加熱手段の数はこれに限られるものではなく、2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。尚、4つ以上の加熱手段を設ける場合には、エアロゾルの流通方向最上流及び最下流に配設された加熱手段以外の加熱手段(流通方向中流に配設された加熱手段)の目標加熱温度は、最下流に配設された加熱手段の目標加熱温度以下且つ最上流に配設された加熱手段の目標加熱温度以上とすることが好ましく、流通方向中流に複数の加熱手段を設ける場合には、これらの加熱手段の目標加熱温度は、流通方向上流側から下流側に向かうにつれて高くすることが好ましい。
このようにしても、エアロゾル搬送管の噴出端での流路断面内におけるエアロゾルの温度は、外周部の方が中心部よりも高くなり、熱対流効果によって外周部に存在するセラミックス原料粉の割合が減少し、その結果、セラミックス原料粉の速度分布がシャープになり、基材上に均質な膜が形成される。更に、エアロゾル搬送管の噴出端から噴出されるエアロゾルの温度が従来よりも高くなるため、緻密度の高い膜が形成される。
また、第3ヒーター21cを500℃以上且つ残りのヒーター(即ち、第1ヒーター21a及び第2ヒーター21b)の目標加熱温度よりも200℃以上高くなるようにしてもよい。
10 エアロゾル搬送管
10a 噴出端
21a 第1ヒーター
21b 第2ヒーター
21c 第3ヒーター
K 基材
Claims (8)
- 基材上に膜を形成する成膜装置であって、
セラミックス原料粉をガス中に分散させたエアロゾルを噴出端から前記基材に向けて噴出するエアロゾル搬送路と、
前記エアロゾル搬送路内を流通する前記エアロゾルを加熱する加熱手段とを備え、
前記加熱手段は、前記エアロゾルの流通方向に沿って複数配設され、
複数の前記加熱手段のうち前記エアロゾルの流通方向最下流に配設された前記加熱手段の目標加熱温度は、500℃以上且つ残りの前記加熱手段の目標加熱温度よりも200℃以上高くなるよう制御される、成膜装置。 - 複数の前記加熱手段は、前記エアロゾルの流通方向最上流に配設された前記加熱手段から前記流通方向の下流側に向かうにつれて目標加熱温度が高くなるよう制御される請求項1に記載の成膜装置。
- 前記セラミックス原料粉を構成する粒子の密度が4.0g/cm3以上である請求項1又は2に記載の成膜装置。
- 前記セラミックス原料粉は、安定化ジルコニアである請求項1~3のいずれか一項に記載の成膜装置。
- セラミックス原料粉をガス中に分散させたエアロゾルをエアロゾル搬送路の噴出端から基材に向けて噴出させて前記基材上に膜を形成する方法において、
前記エアロゾル搬送路内を流通する前記エアロゾルを、前記エアロゾルの流通方向に沿った複数の加熱位置において加熱し、
複数の前記加熱位置のうち前記エアロゾルの流通方向最下流の前記加熱位置での目標加熱温度を、500℃以上且つ残りの前記加熱位置での目標加熱温度よりも200℃以上高くするよう制御を行う成膜方法。 - 複数の前記加熱位置での前記エアロゾルの加熱は、前記エアロゾルの流通方向最上流の前記加熱位置から前記流通方向の下流側に向かうにつれて目標加熱温度が高くなるように制御を行う請求項5に記載の成膜方法。
- 前記セラミックス原料粉を構成する粒子の密度が4.0g/cm3以上である請求項5又は6に記載の成膜方法。
- 前記セラミックス原料粉は、安定化ジルコニアである請求項5~7のいずれか一項に記載の成膜方法。
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