JPH06116743A

JPH06116743A - ガス・デポジション法による微粒子膜の形成法およびその形成装置

Info

Publication number: JPH06116743A
Application number: JP26491592A
Authority: JP
Inventors: Chikara Hayashi; 主税林; Seiichirou Kashiyuu; 誠一郎賀集
Original assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Current assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上に形成される微粒子の堆積膜に部分的
な特性を極めて簡単に形成することが出来るガス・デポ
ジション法による微粒子膜の形成法と、それに用いる形
成装置。【構成】基板上にキャリアガスと微粒子を同時に搬送
して、微粒子膜を形成する際、微粒子の組成比の変化
と、結晶粒の大きさの変化とを単独、または併用で行う
微粒子膜の形成法。基板上にキャリアガスと微粒子を搬
送する搬送管の途中にガス導入・排出室を配置した微粒
子膜の形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス・デポジション法
による微粒子膜の形成法およびその形成装置に関し、更
に詳細には、粒子の大きさが０．１μｍ以下の超微粒子
および粒子の大きさが１μｍ以下の微粒子を使用した主
にエレクトロニクスやファイン・メカニカルの分野で利
用される機能性の厚膜を形成する方法およびその形成装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の膜の形成法としては、本発明者
らは、特許第１５１３６０７号（特公昭６４−１１３２
８号）で、図９に示すような、２個の微粒子生成室ａ，
ｂを設けると共に、その各生成室ａ，ｂに互いに異種の
蒸発すべき材料ｃ，ｄを収容する容器ｅ，ｆと、これら
材料ｃ，ｄを加熱すべき加熱装置ｇ，ｈと、各生成室
ａ，ｂ内を真空にすべき真空排気装置ｉ，ｉと、各生成
室ａ，ｂに導入すべきキャリアガス導入管ｊ，ｊと、各
室ａ，ｂからキャリアガスと材料の微粒子を導出する搬
送管ｋ，ｌとを設けると共に、各生成室ａ，ｂより導出
の搬送管ｋ，ｌを同じ搬送方向に向けて重複させて二重
管部ｍを設け、該二重管部ｍの先端側を延設して、二重
管部ｍで混合された材料の混合微粒子の搬送管ｎを、真
空排気装置ｏを備え、基板ｐが保持されている膜形成室
（混合微粒子放出室ともいう）ｑ内に接続して成る装置
を用い、微粒子生成室ａ，ｂで生成した材料ｃ，ｄの微
粒子を搬送管ｋ，ｌで搬送し、その搬送途中の二重管部
ｍで２種の微粒子を混合し、混合微粒子を膜形成室ｑ内
に搬送し、該膜形成室ｑ内の基板ｐ表面に噴射して混合
圧粉体の膜（微粒子膜）を形成する微粒子の混合による
ガス・デポジション法を提案した。

【０００３】更に、前記微粒子の混合によるガス・デポ
ジション法による膜形成の具体例を説明する。先ず、微
粒子生成室ａ内の容器ｅに材料ｃとしてＡｇ（銀）を、
また微粒子生成室ｂ内の容器ｆに材料ｄとしてＦｅ
（鉄）を夫々用意し、各材料ｃ，ｄを夫々加熱装置ｇ，
ｈで所定温度に加熱する。次いで真空排気装置ｉ，ｏを
作動させると共に、ガス導入管ｊよりキャリアガスとし
てＨ₂（水素）ガスを各生成室ａ，ｂに導入すると、生
成室ａで蒸発・生成したＡｇ微粒子は導入されたＨ₂ガ
ス中に混合されてエアロゾル状となり、搬送管ｋの入口
に送り込まれ、また、生成室ｂで蒸発・生成したＦｅ微
粒子は導入されたＨ₂ガス中に混合されてエアロゾル状
となり搬送管ｌの入口に送り込まれる。

【０００４】そして夫々の搬送管ｋ，ｌに送り込まれた
両エアロゾルは搬送管ｋ，ｌより搬送管ｎに搬送される
間に二重管部ｍで均一に混合し、従って、エアロゾル中
のＡｇ微粒子とＦｅ微粒子もＨ₂ガス中で均一に混合
し、膜形成室ｑ内で搬送管ｎの先端より噴射して基板ｐ
上に堆積膜（Ａｇ微粒子とＦｅ微粒子の均一混合膜）を
形成する。

【０００５】尚、図中、ｒは生成室ａ，ｂと真空排気装
置ｉとをバルブｓを介して接続する接続管、ｔは膜形成
室ｑと真空排気装置ｏとをバルブｕを介して接続する接
続管、ｖはキャリアガス導入管ｊに配置したバルブを示
す。

【０００６】また、本発明者らは、特開平４−４２８５
３号で、図１０に示すような、微粒子ａとキャリアガス
ｂとを混合する混合容器ｃと、該混合容器ｃから導出す
る搬送管ｄと、該搬送管ｄの先端側に接続するノズルｅ
と、該ノズルｅの先端に近接して配置した基板ｆ上に堆
積される微粒子ａを加熱するハロゲンランプを熱源とす
るビーム加熱装置ｇとから成る膜形成装置を用い、微粒
子ａとしてＢＰＳＣＣＯ系(Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O)系高温超
伝導材微粒子を、キャリアガスｂとして乾燥空気を使用
して、ノズルｅの先端から加熱された微粒子ａをキャリ
アガスｂと共に基板ｆ上に噴射し、ビーム加熱装置ｇの
ファイバーｈより照射する赤外線熱で微粒子ａの堆積部
を加熱し、微粒子膜ｉの形成と同時に熱処理を同時に行
うガス・デポジション法を提案した。

【０００７】更に、前記膜形成と熱処理を同時に行うガ
ス・デポジション法による膜形成の具体例を説明する。
先ず、容器ｃ内にＢＰＳＣＣＯ系高温超伝導材微粒子
（平均粒径０．２μｍ）ａを入れ、ガスボンベｊより乾
燥空気をキャリアガスｂとして導入すると、混合容器ｃ
内で微粒子ａは導入された空気中に混合されてエアロゾ
ル状となり、搬送管ｄの入口に送り込まれる。また、ノ
ズルｅの先端に間隔０．５mmを存して保持されたマグネ
シヤ製の基板ｆを予め３００℃に加熱し、ｘ方向に１ｍ
ｍ／ｍｉｎの速度で移動させながら、該基板ｆ上に搬送
管ｄ内に送り込まれた微粒子ａとキャリアガスｂのエア
ロゾルを搬送管ｄよりその先端側に設けたノズルｅの先
端より噴射した。

【０００８】そして、ノズルｅから噴射された微粒子ａ
を基板ｆ上に堆積させながら、その堆積部をねらってビ
ーム加熱装置ｇよりの出力２５０Ｗのハロゲンランプを
熱源とする集束された赤外線ビームを赤外線導入用ファ
イバｇでスポット照射して微粒子膜ｉを形成する。その
照射面の温度は赤外線放射温度計ｋのセンサーｌの測温
で９２０℃であった。このようにして、膜形成と熱処理
が同時にかつ連続して行われて基板ｇ上に形成されたＢ
ＰＳＣＣＯ系高温超伝導材微粒子膜の形状は幅０．３ｍ
ｍ、厚さ２５μｍであり、膜全体が約９００℃に加熱さ
れていることが、その後の膜の超伝導特性の測定で示さ
れている。

【０００９】尚、図中、ｍは容器ｃ内にキャリアガスｂ
を噴出させるキャリアガス導入管、ｎは膜形成室、ｏは
膜形成室ｎの真空排気装置、ｐは基板ｆの移動装置、ｑ
は基板ｆの加熱装置、ｒはビーム加熱装置ｈの電圧調節
器を示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記図９に示す形成装
置では、生成室での２種の微粒子（前記具体例ではＡｇ
微粒子とＦｅ微粒子）材料の蒸発、生成量を常に一定に
しているので、基板上に形成される微粒子膜は、予め設
定した組成比、例えばＡｇ２０％−Ｆｅ８０％となって
いるため、単一の特性、機能を備えた微粒子の堆積膜し
か形成することが出来ないという問題がある。

【００１１】また、前記図１０に示す形成装置ではキャ
リアガスと共に搬送され、基板上に堆積された微粒子の
加熱は同一条件で加熱されるため、単一の特性、機能を
備えた微粒子の堆積膜しか形成することが出来ないとい
う問題があり、また、堆積された微粒子を加熱する加熱
装置はハロゲンランプを熱源としているため、ハロゲン
ランプ（通常の使用電力は電圧５０Ｖ、電流６Ａで３０
０Ｗの入力である）の熱容量が大きく、またハロゲンラ
ンプから放射された赤外線の集光のミラーは温度変化へ
の対応に時間を要するため、堆積中の微粒子に対する加
熱温度制御を短時間のうちに切換えることが出来ないと
いう問題がある。

【００１２】本発明はかかる問題点を解消し、基板上に
噴射される微粒子とキャリアガスとの混合率を変化させ
ると共に、基板上に堆積される微粒子の堆積部への加熱
条件を変化させることにより、同じ膜内でも場所により
異なった膜特性を与え、それにより膜全体の組成、機能
を変化させて膜特性を高めた微粒子膜の形成法と、その
膜形成に用いる形成装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するガス・デポジション法による微粒子膜の形成法を
提案するもので、微粒子をキャリアガス中に浮遊させ、
キャリアガスと共に搬送し、噴射して基板上に微粒子膜
を形成するガス・デポジション法において、基板上に堆
積する微粒子膜の厚さ方向、または長さ方向に組成比の
変化と、結晶粒の大きさの変化とを単独、または併用で
行って、微粒子膜に複合的特性を与え、該特性を広範囲
に制御することを特徴とする。

【００１４】また、更に本発明は、前記形成法を実施す
るための形成装置を提案するもので、基板と、該基板に
キャリアガスと共に微粒子を搬送する搬送管と、該搬送
管の先端側に設けた微粒子を基板上に噴射するノズルと
から成るガス・デポジション法による微粒子膜の形成装
置において、前記搬送管の一部にガス導入・排気室を配
置したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】キャリアガスと共に微粒子は搬送管で搬送され
てノズルより基板上に噴射されて堆積される。その際、
搬送管の途中にガス導入・排出室が配置されているの
で、ノズル中を流れるエアロゾルガスの流量を一定にし
ながら、そのガス中の微粒子の濃度を変化させることが
出来るから、基板上に堆積する微粒子膜の厚さ方向、ま
たは長さ方向に組成比の変化と、結晶粒の大きさの変化
とを単独、または併用して行えば、基板上に部分的な特
性の異なる微粒子の堆積膜が形成される。

【００１６】

【実施例】本発明における微粒子とは粒径が０．１〜
１．０μｍ程度の微粒子および粒径が０．００５〜０．
１μｍ程度の超微粒子を総称するものである。

【００１７】先ず、本発明の形成法における混合微粒子
の組成比の制御について述べる。混合微粒子の組成比を
制御する方法として、微粒子生成室の微粒子蒸発・生成
の速度を変化させることが考えられるが、蒸発部（蒸発
原料やルツボやボート等の蒸発材料）の熱容量が大き
く、蒸発・生成のための加熱電力を変化させても蒸発・
生成速度が変化するのに実験装置でも数１０ｓｅｃの時
間が必要となる。

【００１８】このため本発明では、微粒子の蒸発・生成
速度を一定にし、搬送管の途中に微粒子を含んだエアロ
ゾルと、微粒子を含まないガスの流量を調節し、膜形成
室へのガス流量は一定にして微粒子の搬送量を制御する
ようにした。

【００１９】この方式では、ガス／微粒子の搬送系での
バルブの切替えのみで行えるため、切替所要時間は１〜
２ｓｅｃで可能である。更に詳しく述べると、当初の微
粒子を含んだエアロゾルの流量をＱ₁とし、そのエアロ
ゾル中の微粒子の濃度の調節のために微粒子濃度調節容
器即ち、ガス導入・排出室内に導入するガス（補充キャ
リアガス）の流量をＱ₂とし、また、エアロゾル中のガ
ス導入・排出室から排出されるガス流量をＱ₃とすれ
ば、常にＱ₂＝Ｑ₃の状態を保つことにより、Ｑ₁を一定
にすれば、膜形成のためにノズルに流れるガス（エアロ
ゾル）の流量は一定にしてそのガス中の微粒子の濃度を
変化させることが出来る。

【００２０】この方法では、微粒子の蒸発・生成条件を
常に一定にし、搬送管の途中に配置したガス導入・排出
室内へのガス導入およびガス排出の調節で最終的にノズ
ルに流れるガス中の微粒子濃度を制御することが出来る
ので、そのガス導入およびガス排出の調節は、１〜２ｓ
ｅｃの短時間で可能となり、また、連続した調節も可能
となる。

【００２１】続いて、本発明の形成法における微粒子堆
積部の加熱による結晶粒の大きさの制御について述べ
る。前記本発明者らが先に提案せる特開平４−４２８５
３号では微粒子堆積部の加熱方法として、ハロゲンラン
プを熱源とする赤外線加熱方式を用いているが、用いる
ハロゲンランプは通常、使用電力が電圧５０Ｖ、電流６
Ａで３００Ｗの入力であるため、熱容量は大きく、ま
た、ハロゲンランプから放射された赤外線の集光のミラ
ーは温度変化への対応に時間を要する。

【００２２】このため、本発明実施例では、短時間（１
〜２ｓｅｃ）で出力を変化させることが出来るレーザー
ビームに着目し、基板上に堆積中の微粒子への加熱装置
としてレーザービームを使用することにした。レーザー
ビームのレーザー発振器の出力の調整は容易に行えるた
め、堆積中の微粒子への出力変化は１〜２ｓｅｃで行う
ことが出来て、堆積の進行と共にレーザービーム出力を
変化させて堆積部への加熱温度を変化させ、堆積膜の密
度や結晶粒の制御が出来る。

【００２３】次に、本発明の実施例を添付図面に基づき
説明する。図１は本発明を実施する形成装置の１例を示
すもので、図中、１は微粒子の第１生成室、２は微粒子
の第２生成室、３は微粒子膜を形成する膜形成室を示
す。

【００２４】第１生成室１内は真空ポンプ４に真空バル
ブ５を備えた接続管６を介して接続し、また、第１生成
室１内に連通されたガス導入管７から例えばＡｒ（アル
ゴン）ガスをガス供給源８より調節弁９で流量を調整し
ながら導入出来るようにした。更に、第１生成室１内の
下方には加熱蒸発させる蒸発原料Ａとして粒状のＡｇ
（銀）を収容する黒鉛ルツボ１０を配置し、該ルツボ１
０をバンド状タンタルヒーター１１で間接加熱するよう
にした。この場合、第１生成室１内を真空ポンプ４で一
度真空に排気した後、ガス導入管７よりＡｒガスを所定
圧まで導入する。

【００２５】同様に、第２生成室２内は真空ポンプ１２
に真空バルブ１３を備えた接続管１４を介して接続し、
また、第２生成室２内に連通されたガス導入管１５から
例えばＡｒ（アルゴン）ガスをガス供給源１６より調節
弁１７で流量を調整しながら導入出来るようにした。更
に、第２生成室２内の下方には加熱蒸発させる蒸発原料
Ｂとして小片のＦｅ（鉄）を収容するアルミナコートの
バスケット状タングステンヒーター１８を配置し、該ヒ
ーター１８に接続した電極１９で直接加熱するようにし
た。その場合、第２生成室２内を真空ポンプ１２で一度
真空に排気した後、ガス導入管１５よりＡｒガスを所定
圧まで導入する。

【００２６】また、第１生成室１の上方に原料Ａの加熱
蒸発せる微粒子をキャリアガスと共に搬送する内径５mm
の第１搬送管２０の一端を気密に挿入して接続し、その
他端を膜形成室３側に延設した。また、第２生成室２の
上方に加熱蒸発せる原料Ｂの微粒子をキャリアガスと共
に搬送する内径５mmの第２搬送管２１の一端を気密に挿
入して接続し、その他端を膜形成室３側に延設した。そ
して、第１搬送管２０の延設部分の搬送管２２の先端
を、第２搬送管２２の延設部分の搬送管２３に、その管
壁から内部に同心に挿入して気密に接続し、膜形成室３
に向かって開口する同心の二重管部２４を形成した。
尚、この場合二重管部２４における内外通路の断面積を
等しくすることにより、第１生成室１および第２生成室
２で夫々蒸発・生成した微粒子を含むキャリアガスの搬
送量を同一量とすることが出来る。

【００２７】また、二重管部２４の先端側を内径５mmの
搬送管２５に形成すると共に、該搬送管２５の先端部分
に内径１．０mmのステンレス鋼製のノズル２６を設け
た。

【００２８】膜形成室３内は真空ポンプ２７に真空バル
ブ２８を備えた接続管２９を介して接続し、また、膜形
成室３の下方に基板３０を保持し、該基板２７を水平方
向に移動させる基板保持装置３１を配置し、また、第１
生成室１に接続されている第１搬送管２０と搬送管２
２、および第２生成室２に接続されている第２搬送管２
１と搬送管２３に連なる二重管部２４の先端側の搬送管
２５の先端部分に設けられているノズル２６を膜形成室
３の内部に気密に挿入し、ノズル２６の先端を膜形成室
３内の基板３０と所定間隔を存して配置し、第１生成室
１および第２生成室２で蒸発・生成した微粒子をキャリ
アガスと共に第１搬送管２０と搬送管２２、および第２
搬送管２１と搬送管２３並びに二重管部２４と、搬送管
２５を経てノズル２６より噴射して基板３０上に微粒子
膜Ｆを形成するようにした。この場合、膜形成室３内を
真空ポンプ２７で所定圧に排気するようにした。

【００２９】ここで、前記構成装置において蒸発原料Ａ
としてＡｇ、蒸発原料ＢとしてＦｅを用いた場合の作動
について説明する。

【００３０】先ず、第１生成室１内を真空ポンプ４で所
定圧に減圧した後、第１生成室１内の黒鉛ルツボ１０を
タンタルヒーター１１に電圧４．８Ｖ、電流２２０Ａを
印加して加熱し、該黒鉛ルツボ１０内のＡｇを溶融し、
溶湯表面温度１１８０℃に保持する。その際、第１生成
室１内にガス導入バルブ９で流量を調整しながらガス供
給源８よりＡｒ（アルゴン）ガスを１．８リットル／ｍ
ｉｎを導入して、ガス圧力３００Torrに保持した。

【００３１】また、第２生成室２内を真空ポンプ１２で
所定圧に減圧した後、第２生成室２内のタングステンヒ
ーター１８を電極１９に電圧４．８Ｖ、電流４６Ａを印
加して加熱し、該タングステンヒーター１８内のＦｅを
溶融し、溶湯表面温度を１５８０℃に保持する。その
際、第２生成室２内にはガス導入バルブ１７で流量を調
整しながらガス供給源１６よりＡｒ（アルゴン）ガスを
１．８リットル／ｍｉｎを導入して、ガス圧力３００To
rrに保持した。

【００３２】そして、第１生成室１で蒸発・生成したＡ
ｇ微粒子は導入したＡｒガスと混合してエアロゾル状と
なり、第１搬送管２０および搬送管２２を通過し、ま
た、第２生成室２で蒸発・生成したＦｅ微粒子は導入し
たＡｒガスと混合してエアロゾル状となり、第２搬送管
２１および搬送管２３を通過し、二重管部２４内で両エ
アロゾル状のガスの混合により、Ａｇ微粒子とＦｅ微粒
子が混合され、搬送管２５を通過して、膜形成室３内に
搬送され、ノズル２６の先端から真空ポンプ２７で所定
圧に排気されている膜形成室３内の基板３０上に噴射す
る。この際、基板３０は基板保持装置３１により水平方
向（矢印Ｘ方向）に移動させることにより、基板３０上
にＡｇ微粒子とＦｅ微粒子が重量比で５０：５０の微粒
子膜Ｆが形成される（以後の組成比は全て重量比て示
す）。尚、膜形成室３内の圧力は０．５Torrとした。

【００３３】前記構成は本発明者らが先に特許第１５３
１６０７号で提案せる装置と特に変わりはないが、本発
明装置は本発明の特徴に基づき次の構成を備えるもので
ある。

【００３４】第１搬送管２０と搬送管２２との間に第１
ガス導入・排出室３２を配設し、また、第２搬送管２１
と搬送管２３との間に第２ガス導入・排出室３３を配設
した。そして、第１ガス導入・排出室３２内は真空ポン
プ３４に真空バルブ３５を備えた接続管３６に接続し、
また、圧力計３７と圧力調整系３８を配置し、真空バル
ブ３５の開閉で第１ガス導入・排出室３２内を設定した
圧力に保持されるようにした。更に、第１ガス導入・排
出室３２内に連通されたガス導入管３９から例えばＡｒ
（アルゴン）ガスをガス供給源４０よりガスバルブ４１
とその流量調節系４２で流量を調整しながら導入出来る
ようにした。

【００３５】同様に、第２ガス導入・排出室３３内は真
空ポンプ４３に真空バルブ４４を備えた接続管４５に接
続し、また、圧力計４６と圧力調整系４７を配置し、真
空バルブ４４の開閉で第２ガス導入・排出室３３内を設
定した圧力に保持されるようにした。更に、第２ガス導
入・排出室３３内に連通されたガス導入管４８から例え
ばＡｒ（アルゴン）ガスをガス供給源４９よりガスバル
ブ５０とその流量調整系５１で流量を調整しながら導入
出来るようにした。

【００３６】また、図示例では堆積中の微粒子への加熱
装置として、下記加熱装置を用いた。膜形成室３内のノ
ズル２６の先端部分近傍にノズル２６から噴射され、基
板３０上に堆積される微粒子を加熱するために照射する
レーザービーム用の位置調整自在の反射鏡５２と位置調
整自在の集束レンズ５３を配置し、膜形成室３の外方に
配置された例えばＣＯ₂ガスレーザーのレーザー光発振
器（最高出力は１２Ｗで連続定格）５４よりレーザービ
ームＬＢをレーザー光の吸収の少ないガラス製のレーザ
ー光導入窓５５を通過させ、膜形成室３内に導入し、反
射鏡５２および集束レンズ５３の位置調整によりノズル
２６先端の真下の基板２７上に堆積される微粒子に焦点
が合うようにレーザービームＬＢをスポット状に照射す
るようにした。

【００３７】また、ノズル２６の先端部分近傍にレーザ
ービームＬＢの照射時に堆積中の微粒子の膜表面温度を
測定する温度測定器５６を配置した。

【００３８】尚、図中、５７はレーザー光発振器５４の
レーザー出力調整器、５８は温度測定器５６の温度表示
器を夫々示す。

【００３９】次に前記図１に示す膜形成装置を用いて、
微粒子膜の具体的作成例を説明する。

【００４０】実施例１本実施例ではＡｇ：Ｆｅの組成比が７０：３０の微粒子
膜の作成例である。先ず、第１生成室１内の黒鉛ルツボ
１０内に蒸発原料Ａとして粒状のＡｇを充填し、また、
第２生成室２内のタングステンヒーター１８内に蒸発原
料Ｂとして小片のＦｅを充填した。また、膜形成室３内
の基板保持装置３１に長さ３０mm、幅３０mm、厚さ１mm
のアルミナ製の基板３０を保持し、該基板３０とノズル
２６の先端とを０．５mmの間隔に保った。

【００４１】次に、第１生成室１内を真空ポンプ４で２
×１０^- ²Torrに減圧した後、黒鉛ルツボ１０をタンタ
ルヒーター１１に電圧４．８Ｖ、電流２２０Ａを印加し
て加熱し、該黒鉛ルツボ１０内のＡｇを溶融し、溶湯表
面温度を１１８０℃に保持すると共に、第１生成室１内
にガス導入バルブ９で流量を調整しながらガス供給源８
よりＡｒガスを１．８リットル／ｍｉｎを導入して、ガ
ス圧３００Torrに保持した。

【００４２】また、第２生成室２内を真空ポンプ１２で
２×１０^- ²Torrに減圧した後、タングステンヒーター
１８に電極１９に電圧４．８Ｖ、電流４６Ａを印加して
加熱し、該タングステンヒーター１８内のＦｅを溶融
し、溶湯表面温度を１５８０℃に保持すると共に、第２
生成室２内にガス導入バルブ１７で流量を調整しながら
ガス供給源１６よりＡｒガスを１．８リットル／ｍｉｎ
を導入して、ガス圧３００Torrに保持した。この場合、
第１ガス導入・排出室３２および第２ガス導入・排出室
２内の圧力は夫々２９０Torrを示している。

【００４３】続いて、第２ガス導入・排出室３３内にガ
スバルブ５０と流量調整系５１で流量を調整しながらガ
ス供給源４９よりＡｒガスを２．３リットル／ｍｉｎ導
入すると共に、真空ポンプ４３および圧力計４６と圧力
調整系４７を作動させながらにより真空バルブ４４の開
閉操作で第２ガス導入・排出室２内の圧力を第１ガス導
入・排出室１内の圧力と同じ２９０Torrになるように設
定した。

【００４４】そして、第１生成室１内で蒸発、生成した
Ａｇ微粒子を該室内に導入したＡｒガスと混合させてエ
アロゾル状とし、これを搬送管２０を経て第１ガス導入
・排出室３２内に送り込む。また、第２生成室２内で蒸
発、生成したＦｅ微粒子を該室内に導入したＡｒガスと
混合させてエアロゾル状とし、これを搬送管２１を経て
第２ガス導入・排出室３３内に送り込む。

【００４５】第１ガス導入・排出室３２内に送り込まれ
たＡｇ微粒子を含むエアロゾルガスは搬送管２２を経て
二重管部２４に送り込まれると共に、第２ガス導入・排
出室３３内に送り込まれ、該室内でのガス導入、排出操
作によりガス中のＦｅ濃度が変わったＦｅ微粒子を含む
エアロゾルガスが搬送管２３を経て二重管部２４に送り
込まれ、両エアロゾルガスを該二重管部２４内で合流、
混合させて、均一に混合した混合エアロゾルガスを搬送
管２５の先端側のノズル２６より膜形成室３内の基板３
０上に噴射して、図２示すような長さ２５mm、幅１．０
mm、厚さ１００μｍのＡｇとＦｅとから成る微粒子膜Ｆ
を形成した。また、膜形成室３内の圧力は真空ポンプ２
７の作動で０．５Torrとし、基板３１の移動速度（矢印
Ｘ方向）は３ｍｍ／ｍｉｎとした。

【００４６】尚、本実施例では基板３０上に堆積中の微
粒子にはレーザー光発振器からのレーザービーム照射に
よる加熱処理は行わなかった。

【００４７】基板３０上に形成された微粒子膜Ｆの組成
をＸ線マイクロ分析（ＸＭＡ）で測定したところ、Ａｇ
（微粒子）：Ｆｅ（微粒子）の組成比は７０．８：２
９．２であり、目標とした組成比のＡｇ７０：Ｆｅ３０
に合致していることが確認された。

【００４８】本実施例の膜形成法による組織の均一な混
合微粒子膜は、エレクトロニクス素子としての導電材、
抵抗材、誘電材等の特性の安定と特性の向上に寄与す
る。

【００４９】実施例２前記実施例１では微粒子膜Ｆ中のＡｇとＦｅの組成比が
一定（Ａｇ７０：Ｆｅ３０）の微粒子膜の作成例とした
が、本実施例は、その組成比を連続的変化させた組成比
の微粒子膜、即ち膜形成（堆積）の初期ではＡｇ９０：
Ｆｅ１０の組成比とし、連続的にその割合を変化し、膜
形成終了時はＡｇ１０：Ｆｅ９０の組成比とした微粒子
膜の作成例である。

【００５０】第１ガス導入・排出室３２と、第２ガス導
入・排出室３３のＡｒガスの導入および排気の設定条件
を下記表１とした以外は前記実施例１と同様の方法で基
板３０上に微粒子膜を形成した。

【００５１】

【表１】

【００５２】上記表１に示すように第１ガス導入・排出
室３２と、第２ガス導入・排出室３３へのＡｒガス導入
流量を連続的変化させることにより、基板上に堆積する
混合微粒子膜の組成比は、膜形成初期のＡｇ９０−Ｆｅ
１０から、膜形成の終了時にはＡｇ１０−Ｆｅ９０に、
その間は第１ガス導入・排出室３２および第２ガス導入
・排出室３３へのＡｒガス導入量と排気の調整で連続的
に変化する。その基板３０上に形成された微粒子膜Ｆの
長さ方向と微粒子組成比との関係を図３に示す。

【００５３】このように、基板上への微粒子の堆積時に
その組成比を任意に制御することが可能となり、それに
より基板上に形成される微粒子膜の長さ方向で図３のよ
うな組成比を連続的に変化させ得ることが出来る。

【００５４】本実施例の膜形成法では、２種類の元素の
組成比を連続的に変化させた傾斜材料として、任意に組
成を選択し、設計および作成が出来る。その傾斜材料膜
は異種材料との接合時に、夫々の材料に適したぬれ性を
有する材料の微粒子を選択して組み合わせる。

【００５５】実施例３前記実施例２では基板３０上に線状の微粒子膜Ｆの作成
例としたが、本実施例は基板等の部材上に厚さ方向に組
成比が連続的に変化させた微粒子圧粉体の作成例であ
る。

【００５６】本実施例では基板の代わりに図４に示すよ
うな、例えば径１０mm、高さ４０mmのＣｕ（銅）製の部
材６１を用い、これを下方向（矢印Ｙ方向）に移動させ
ながら、該部材６１上に混合エアロゾルを噴射させなが
ら堆積させて、径１．０mm、高さ６mmの堆積状の小さな
塊の微粒子圧粉体Ｐを形成させた。この場合のノズル２
６より噴射される微粒子の堆積速度を０．４ｍｍ／ｍｉ
ｎとし、その他の条件は前記実施例２と同じとした。

【００５７】その部材６１上に形成された微粒子圧粉体
Ｐの厚さ方向と微粒子組成比との関係を図５に示す。こ
のように、基板上への微粒子の堆積時にその組成比を任
意に制御することが可能となり、それにより基板上に形
成される微粒子膜の厚さ方向で図５のような組成比を連
続的に変化させ得ることが出来る。

【００５８】実施例４本実施例は基板上に堆積中の微粒子への加熱条件を変化
させながら微粒子膜の作成例である。

【００５９】第２生成室２内のアルミナコート・バスケ
ット状のタングステンヒーター１８内に小片のＮｉを充
填した後、第２生成室２を真空ポンプ１２で圧力２×１
０^- ²Torrに減圧し、該タングステンヒーター１８を電極
１９に電圧４．６Ｖ、電流４４Ａを印加して加熱し、Ｎ
ｉを溶融し、溶湯表面温度を１５５０℃に保持する。そ
の際、第２生成室２内にガス導入バルブ１７で流量を調
整しながらガス供給源１６よりＡｒガスを１．８リット
ル／ｍｉｎ導入して、ガス圧３００Torrに保持した。

【００６０】本実施例では第１生成室１での蒸発、生成
の操作、並びに第１ガス導入・排出室３２へのガス導入
および排気は一切行わない。また、第２ガス導入・排出
室３３でのガス導入および排気も行わない。また、本実
施例では微粒子膜を堆積させる基板３０として長さ３０
mm、幅３０mm、厚さ１mmのＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）製板を
用いた。

【００６１】そして、第２生成室２内で蒸発、生成した
Ｎｉ微粒子は該室内に導入したＡｒガスと混合して、エ
アロゾル状となり、第１搬送管２２、第２ガス導入・排
出室３３および搬送管２３、更に二重管部２４、搬送管
２５を経て内径０．６ｍｍのノズル２６より、真空ポン
プ２７で室内圧０．３５Torrに排気されている膜形成室
３内の基板３０上に噴射して微粒子膜Ｆを堆積形成し
た。

【００６２】この場合、微粒子の堆積は直径０．６ｍｍ
でＮｉ微粒子の堆積速度を１μｍ／ｓｅｃとし、３０ｓ
ｅｃ堆積して、膜厚３０μｍの微粒子膜Ｆを形成するよ
うにした。また、微粒子膜Ｆの堆積中は下記表２に示す
ようにガスレーザーのレーザー光発振器５４にレーザー
出力器５９よりの出力を変化、調整させながら通電し、
レーザービームＬＢをレーザー光導入窓５５を通過さ
せ、膜形成室３内に導入せしめ、位置調整された反射鏡
５２で反射させ、これを位置調整された集束レンズ５３
よりスポット径１mmのレーザービームＬＢとして図６に
示すように照射した。また、堆積中の微粒子の表面温度
は、温度測定器５６の測温で堆積初期は１８０℃、ま
た、１５秒経過後は４８０℃、また、３０秒の堆積終了
時は７２０℃であった。尚、基板３０上への微粒子の堆
積初期は無加熱とし、また、微粒子の堆積中は基板３０
の移動は行っていない。

【００６３】

【表２】

【００６４】基板３０上に堆積、加熱されたＮｉ微粒子
膜Ｆは調べたところ、下部は硬く、断面観察では下部の
微粒子膜Ｆはエアロゾル状で搬送された平均粒径３０ｎ
ｍのＮｉ微粒子が緻密に堆積されて、あたかも微結晶
（結晶粒径３０ｎｍ）の組織を示しており、また、微粒
子膜Ｆの上部では膜が軟らかく、断面観察では微粒子膜
Ｆの上部側、即ち膜表面に近くなるに従い、粒子が粗大
となっており、微粒子膜Ｆの表面近くでは、結晶粒径は
ほぼ１μｍの大きさに成長していた。

【００６５】このことは、Ｎｉ微粒子焼結成形体の結晶
粒径と硬度との関係を表す図７［林宏爾、江藤浩之：日
本金属学会誌、平成元年２月号（１９８９）２２１〜２
２６頁より引用］に三角印でプロットされている特性値
線と一致する。

【００６６】本実施例の堆積、加熱法により形成された
Ｎｉ微粒子膜では、結晶粒径３０ｎｍの堆積部（下部
膜）のビッカース硬度は５２０であり、また、結晶粒径
１μｍの堆積部（膜の表面部分）のビッカース硬度は１
４０であった。また、堆積された微粒子膜Ｆのほぼ中間
部分では結晶粒径は３００ｎｍ（０．３μｍ）で、ビッ
カース硬度は２８０であった。参考までに焼鈍ずみＮｉ
圧延板（結晶粒径≒５μｍ）のビッカース硬度は１２０
である。

【００６７】本実施例の堆積、加熱法で堆積された微粒
子膜の硬度は基板近くから表面近くにかけて連続的に低
下している。この逆の傾向、即ち基板近くの微粒子膜の
硬度が軟らかく、微粒子膜の表面近くの硬度が硬い微粒
子膜の形成も出来る。この場合は、前記表２に示すレー
ザービーム出力を微粒子の堆積開始時に大きくし、その
後は堆積の進行と共に、レーザービーム出力を順次小さ
くしてゆけばよい。

【００６８】このように、基板上への微粒子の堆積時に
それを加熱する加熱温度を任意に制御することが可能と
なり、それにより基板上に形成される微粒子膜の長さ方
向で図８（Ａ）のような、また、微粒子圧粉体の微粒子
の厚さ方向で図８（Ｂ）のような微粒子の結晶粒の大き
さを連続的に変化させ得ることが出来る。

【００６９】また、本実施例の膜形成法では、堆積され
た微粒子膜の表面硬度を高くすることにより摺動を伴う
精密機械部品の接点や端子に、また、堆積された微粒子
膜の表面硬度を低くすることにより電気的なコンタクト
の良好な接点や端子に利用することが出来る。

【００７０】本発明の膜形成法は前記実施例に限定され
るものではなく、基板上に形成する微粒子膜、または部
材上に形成する微粒子圧粉体の特性、および用途に対応
させて、基板上に堆積させる微粒子の組成比と、堆積中
の微粒子への加熱処理とを組み合わせて行えばよい。即
ち、微粒子の組成比を一定状態でノズルより噴射させる
か、或いは微粒子の堆積中に微粒子の組成比を変化させ
ながらノズルより噴射させて基板上に微粒子を堆積させ
るか、更に、基板上に堆積と同時に微粒子に加熱処理を
施すことにより、微粒子膜に複合的特性を与えて、同じ
微粒子膜内でも場所により異なった膜特性を有し、膜全
体の組成、機能を変化させて膜特性を高めた微粒子膜を
容易に形成することが出来る。

【００７１】

【発明の効果】本発明のガス・デポジション法による微
粒子膜の形成法によるときは、堆積される微粒子膜の厚
さ方向、または長さ方向に組成比の変化と、結晶粒の大
きさの変化とを単独、または併用して行うようにしたの
で、基板上に堆積される微粒子の堆積膜に部分的な特性
を極めて簡単に形成することが出来る等の効果がある。

【００７２】また、本発明のガス・デポジション法によ
る微粒子膜の形成装置によるときは、搬送管の一部にガ
ス導入・排出室を配置したので、基板上に堆積される微
粒子膜の厚さ方向、または長さ方向に組成比の変化と、
結晶粒の大きさの変化とを単独、または併用して行うこ
とができるから、基板上に堆積される微粒子の堆積膜に
部分的な特性を極めて簡単に形成することが出来る形成
装置を提供出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粒子膜の形成装置の１実施例の説
明線図、

【図２】図１の形成装置を用いて基板上に微粒子膜の
形成状態の説明図、

【図３】微粒子膜の長さ方向と組成比との関係を表す
特性線図、

【図４】図１の形成装置を用いて部材上に微粒子圧粉
体の形成状態の説明図、

【図５】微粒子圧粉体の厚さ方向と組成比との関係を
表す特性線図、

【図６】基板上に堆積中の微粒子へのレーザービーム
の照射状態の説明図、

【図７】超微粒子焼結成形体の結晶粒直径と硬度との
関係を表す特性線図、

【図８】（Ａ）は微粒子膜の長さ方向と結晶粒直径と
の関係を表す特性線図、（Ｂ）は微粒子圧粉体の厚さ方
向と結晶粒直径との関係を表す特性線図、

【図９】従来の微粒子膜の形成装置の１例の説明線
図、

【図１０】従来の微粒子膜の形成装置の他例の説明線
図、

【符号の説明】

２０，２１，２２，２３，２４，２５搬送管、２６ノズル、３０，６１基板、３２，３３ガス導入・排出室、Ｆ，Ｐ微粒子膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粒子をキャリアガス中に浮遊させ、キ
ャリアガスと共に搬送し、噴射して基板上に微粒子膜を
形成するガス・デポジション法において、基板上に堆積
する微粒子膜の厚さ方向、または長さ方向に組成比の変
化と、結晶粒の大きさの変化とを単独、または併用で行
って、微粒子膜に複合的特性を与え、該特性を広範囲に
制御することを特徴とするガス・デポジション法による
超微粒子膜の形成法。
【請求項２】基板と、該基板にキャリアガスと共に微
粒子を搬送する搬送管と、該搬送管の先端側に設けた微
粒子を基板上に噴射するノズルとから成るガス・デポジ
ション法による微粒子膜の形成装置において、前記搬送
管の一部にガス導入・排気室を配置したことを特徴とす
るガス・デポジション法による微粒子膜の形成装置。