WO2021201099A1 - 成膜装置、成膜方法及び成膜体 - Google Patents

成膜装置、成膜方法及び成膜体 Download PDF

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aerosol
film forming
film
ejection end
flow path
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Inventor
真鍋享平
檜垣勝己
大西久男
越後満秋
曽木忠幸
明渡純
青柳倫太郎
松井浩明
篠田健太郎
津田弘樹
Original Assignee
大阪瓦斯株式会社
国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0012—Apparatus for achieving spraying before discharge from the apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B16/00—Spray booths
    • B05B16/60—Ventilation arrangements specially adapted therefor
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1404—Arrangements for supplying particulate material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1481—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material
    • B05B7/1486—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material for spraying particulate material in dry state

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film on a substrate, and a film forming body.
  • AD method aerosol deposition method
  • a method of forming a film made of a metal oxide material on a substrate without undergoing heat treatment at a high temperature such as sintering In this AD method, raw material powder composed of fine particles such as metal oxides is sprayed from a nozzle toward a base material such as ceramics or plastic at a sound velocity, and the fine particles are crushed by the energy when the raw material powder collides with the base material.
  • -It is a method of forming a film on a base material by deforming it.
  • the film forming apparatus described in Patent Document 1 includes an aerosol generation unit that generates an aerosol in which raw material powder and a carrier gas are mixed, a nozzle that injects the aerosol from an injection port, and the like, and is based on the injection port of the nozzle.
  • An aerosol can be sprayed onto the material to form a film on the substrate.
  • the impact force of the fine particles colliding with the base material has a great influence on the density of the film. Therefore, in order to obtain the desired film quality uniformly, the speed of the fine particles colliding with the base material is within an appropriate range. Need to be controlled.
  • the zirconia-based material has high hardness and is not easily brittle and deformed when the base material collides, and the process window capable of forming a film is very narrow. Therefore, in order to form a homogeneous film, it is necessary to control the velocity of the particles with high accuracy.
  • the film forming apparatus described in Patent Document 1 uses a nozzle having a small opening area and a throttle, or a nozzle having a rectangular cross section of the flow path.
  • a nozzle with a small opening area and a throttle is used, the carrier gas component of the aerosol is rapidly accelerated at the ejection end of the nozzle. It cannot keep up with the acceleration and collides with the substrate at a low speed. Therefore, there is a problem that a porous region having a low film density is generated and it is difficult to obtain a dense film.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a film forming apparatus and a film forming method capable of stably supplying a large amount of ceramic raw material powder for a long time and forming a uniform and dense film, and a film forming body. Is the purpose.
  • the characteristic configuration of the film forming apparatus according to the present invention for achieving the above object is a film forming apparatus for forming a film on a substrate. It is provided with an aerosol transport path for ejecting an aerosol in which ceramic raw material powder is dispersed in a gas from an ejection end toward the base material.
  • the aerosol transport path is at a point where the cross section of the flow path at the ejection end is approximately circular with an area of 10 mm 2 or more.
  • the characteristic configuration of the film forming method according to the present invention for achieving the above object is that an aerosol in which ceramic raw material powder is dispersed in a gas is ejected from an ejection end of an aerosol transport path toward a base material to form the basis.
  • the aerosol is ejected from the ejection end having a flow path cross section having an area of 10 mm 2 or more, which is approximately circular, toward the substrate.
  • the cross-sectional shape of the ejection end of the aerosol transport path substantially circular, the flow velocity of the aerosol at the ejection end becomes uniform in the cross section of the flow path. Therefore, a homogeneous and dense film can be formed on the base material.
  • the cross-sectional area of the flow path (area of the cross-section of the flow path) at the ejection end of the aerosol is 10 mm 2 or more, the cross-sectional area of the flow path at the ejection end is significantly larger than before, and the ceramic raw material is inside the aerosol transport path.
  • the powder is less likely to accumulate, and a large amount of ceramic raw material powder can be stably supplied for a long period of time.
  • the gas component of the aerosol is gradually accelerated in the flow path. It becomes easier to follow. Therefore, it is possible to collide the particles with a sufficient speed to obtain a dense film with the substrate.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the distance from the ejection end of the aerosol transport path to the base material is 100 mm or less.
  • the film area formed on the substrate increases as the distance from the ejection end of the aerosol transport path to the substrate increases.
  • the area formed on the substrate becomes large, it is necessary to form a larger area than the target film formation area when scanning the aerosol transport path or the substrate to obtain a homogeneous film. Then, the amount of raw material powder used increases, and there is a risk that the production cost will increase.
  • the distance from the ejection end of the aerosol transport path to the base material is 100 mm or less, it becomes easy to suppress an increase in production cost.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the area of the cross section of the flow path at the ejection end of the aerosol transport path is the distance between the ejection end of the aerosol transfer path and the base material.
  • the value divided by the square of is 0.001 or more.
  • the value obtained by dividing the cross-sectional area of the flow path at the ejection end of the aerosol transport path by the square of the distance between the ejection end of the aerosol transport path and the base material is 0.001 or more. Since the particle velocity in the direction perpendicular to the base material at the time of material collision is less likely to vary, adhesion of green compact and formation of porous material can be suppressed, and a homogeneous film can be formed.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus includes at least a part of the aerosol transport path on the ejection end side and a processing chamber in which the base material is arranged in the internal space. The point is that the cross section of the flow path in the processing chamber transport portion located in the processing chamber of the aerosol transport path is approximately circular with an area of 10 mm 2 or more.
  • a further characteristic configuration of the film forming method according to the present invention is that at least a part of the aerosol transport path on the ejection end side and the base material are arranged in the internal space of the processing chamber. The point is that the aerosol is ejected from the ejection end of the aerosol transport path having an approximately circular shape having an area of 10 mm 2 or more in the transport section of the treatment chamber located in the treatment chamber toward the base material.
  • the cross-sectional area of the flow path in the transport section in the processing chamber is approximately circular with a cross-sectional area of 10 mm 2 or more, the flowability of the aerosol is improved and the ceramic raw material powder is less likely to be deposited in the aerosol transport path. A large amount of ceramic raw material powder can be stably supplied for a long time.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the shape of the flow path cross section at the processing chamber transport portion is the same as the shape of the flow path cross section at the ejection end.
  • the shape of the flow path cross section at the processing chamber transport portion and the shape of the flow path cross section at the ejection end are the same, the flowability of the aerosol is improved and the ceramic raw material powder is less likely to be deposited. Therefore, a large amount of ceramic raw material powder can be stably supplied for a long time.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the pressure in the processing chamber is 0.6 kPa or less.
  • the gas component of the aerosol rapidly decelerates and diffuses to the surroundings when the base material collides, it may be difficult for the affected particles to reach the base material at a sufficient speed. According to the above characteristic configuration, since the viscosity of the gas component of the aerosol becomes small, the particles are less susceptible to the influence of gas motion at the time of collision with the base material, so that a more dense and homogeneous film can be formed.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the aerosol transport path is composed of a straight pipe member.
  • the shape of the cross section of the aerosol transport path is the same throughout. Therefore, the flowability of the aerosol is improved, the ceramic raw material powder is less likely to be deposited, and the ceramic raw material powder can be stably supplied in a large amount for a long time.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the density of the particles constituting the ceramic raw material powder is 4.0 g / cm 3 or more.
  • a homogeneous film can be formed based on the ceramic raw material powder composed of particles having a density of 4.0 g / cm 3 or more.
  • a further characteristic configuration of the film forming apparatus and the film forming method according to the present invention is that the ceramic raw material powder is stabilized zirconia.
  • the inventor of the present application has confirmed by experiments that a homogeneous film can be formed when stabilized zirconia is used as the raw material powder for ceramics.
  • the characteristic configuration of the film-forming body according to the present invention for achieving the above object is that it is formed by the film-forming apparatus or the film-forming method.
  • the film is formed by a film forming apparatus or a film forming method capable of forming a homogeneous and dense film, so that the film-forming body is homogeneous and dense.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the film forming apparatus which concerns on this embodiment. It is the figure which looked at the aerosol transfer pipe which concerns on this embodiment from the ejection end side. It is a figure which shows the positional relationship between an aerosol transfer pipe and a base material. It is a figure which shows the ejection end of the film forming apparatus used in the comparative example 1. FIG. It is a figure which shows the ejection end of the film forming apparatus used in the comparative example 2. It is a figure which shows typically the base material after the film-forming treatment in Comparative Example 1. It is a figure which shows typically the base material after the film formation treatment in the comparative example 2.
  • the film forming apparatus includes a processing chamber 2, an aerosol generating unit 6, an aerosol transport pipe 10 (aerosol transport path), a transport gas feeding means 15, and the like.
  • the processing chamber 2 is an airtight housing.
  • the inside of the processing chamber 2 is depressurized to a predetermined pressure (for example, about 0.6 kPa) or less by discharging gas by the mechanical booster pump 3 and the vacuum pump 4 as exhaust equipment.
  • a holding portion 5 for holding the base material K to be subjected to the film forming treatment and a part of the aerosol transfer pipe 10 are arranged.
  • the aerosol generation unit 6 is a device that generates an aerosol in which ceramic raw material powder is dispersed in a gas.
  • the raw material powder supply unit 7 is connected to the aerosol generation unit 6 via the raw material supply pipe S1.
  • the aerosol transport pipe S2 and the aerosol transport pipe 10, which will be described later, are connected to the aerosol generation unit 6. Then, the aerosol generation unit 6 generates an aerosol in which the ceramic raw material powder supplied from the raw material powder supply unit 7 at a constant speed and the transport gas supplied by the transport gas feeding means 15 are mixed. The generated aerosol is supplied to the aerosol transport pipe 10.
  • the supply rate of the ceramic raw material powder supplied from the raw material powder supply unit 7 to the aerosol generation unit 6 By increasing the supply rate of the ceramic raw material powder supplied from the raw material powder supply unit 7 to the aerosol generation unit 6, the time required to form a film having a target thickness can be shortened, but the supply is possible. If the speed is too high, the supply amount of the raw material powder will pulsate and it will be difficult to obtain a homogeneous film. On the other hand, if the supply rate is too slow, the film quality is improved, but the time required to complete the film formation becomes long, and the manufacturing cost increases. Therefore, the supply rate of the ceramic raw material powder is preferably 1.5 to 30 g / min.
  • the aerosol transport pipe 10 has a ejection end 10a and a processing chamber transport portion 10b (at least a part on the ejection end side), and the ejection end 10a is a holding portion 5 in the processing chamber 2. It is arranged in the processing chamber 2 so as to face each other.
  • the aerosol transport pipe 10 in the present embodiment is a cylindrical straight pipe member having an inner diameter of a predetermined flow path cross-sectional area A1 (the portion shown by shading in FIG. 3), and the end opposite to the ejection end 10a is the aerosol. It is connected to the generator 6.
  • the aerosol transfer pipe 10 of the present embodiment has a circular flow path cross-sectional area A1 in which both the flow path cross section in the processing chamber transport section 10b and the flow path cross section at the ejection end 10a are the same. According to the aerosol transport pipe 10, the aerosol is supplied from the aerosol generation unit 6, and the supplied aerosol is ejected from the opening of the ejection end 10a.
  • the flow path cross-sectional area A1 of the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 is not particularly limited as long as it is 10 mm 2 or more, but is preferably 20 mm 2 or more, and more preferably 30 mm 2 or more. , 95 mm 2 or more is more preferable. In this embodiment, the flow path cross-sectional area A1 is 95 mm 2 .
  • the distance Ia from the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 to the base material K is not particularly limited, but is preferably 100 mm or less, more preferably 40 mm or less, and 10 mm or less. Is even more preferable.
  • the distance between the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 and the base material K is too close, and the base material K has a distorted shape, the aerosol transfer pipe 10 and the base material K are relatively separated from each other. Since there is a risk that the ejection end 10a and the base material K may come into contact with each other when they are moved, the distance Ia between the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 and the base material K must be 2 mm or more. Is preferable. In this embodiment, it is 10 mm.
  • the (A1 / Ia 2 ) value is not particularly limited, but is preferably 0.001 or more, more preferably 0.007 or more, and further preferably 0.03 or more. preferable. Further, the (A1 / Ia 2 ) value is preferably 25 or less, and more preferably 1 or less.
  • the transport gas feeding means 15 includes a gas supply unit 16, a transport gas pressure control unit 17, a transport gas flow rate control unit 18, a transport gas supply pipe S2, and the like.
  • the gas supply unit 16 is connected to the carrier gas feed pipe S2, the gas supply unit 16, air and N 2, the He, carrier gas feed pipe a gas such as Ar by the compressor or gas cylinder It is supplied in S2.
  • the transport gas supply pipe S2 is for feeding the gas supplied from the gas supply unit 16 to the aerosol generation unit 6 as the transport gas.
  • the gas sent from the gas supply unit 16 is supplied as the transfer gas to the aerosol generation unit 6 via the transfer gas pressure control unit 17 and the transfer gas flow rate control unit 18 in this order.
  • the transport gas supply pipe S2 is configured by a plurality of pipes connected between the gas supply unit 16, the transport gas pressure control unit 17, the transport gas flow rate control unit 18, and the aerosol generation unit 6. ..
  • a pressure sensor P1 for detecting the pressure in the transport gas supply pipe S2 is provided between the transport gas flow rate control unit 18 and the aerosol generation unit 6 in the transport gas supply pipe S2.
  • the transport gas pressure control unit 17 statically sets the transport gas flowing in the transport gas supply pipe S2 to an appropriate pressure, and the transport gas flow control unit 18 transports the transport gas flowing in the transport gas supply pipe S2. It controls the flow rate of gas.
  • the operations of the transport gas pressure control unit 17 and the transport gas flow rate control unit 18 are appropriately controlled based on the pressure detected by the pressure sensor P1 and the like.
  • the particles constituting the ceramic raw material powder used in the film forming apparatus 1 preferably have a density of 4.0 g / cm 3 or more, and examples of such particles include zirconia, yttrium, calcium, magnesium, and hafnium. It is a particle of stabilized zirconia containing. In this embodiment, yttrium-containing zirconia (YSZ) is used as the raw material powder for ceramics.
  • YSZ yttrium-containing zirconia
  • the transport gas pressure control unit 17 and the transport gas flow rate control unit 18 adjust the flow rate and pressure of the transport gas flowing in the transport gas supply pipe S2 while adjusting the flow rate and pressure of the transport gas from the gas supply unit 16.
  • the transport gas is supplied to the generation unit 6.
  • the aerosol generation unit 6 generates an aerosol in which the supplied transport gas and the ceramic raw material powder supplied from the raw material powder supply unit 7 are mixed. The generated aerosol is supplied to the aerosol transport pipe 10.
  • the aerosol supplied to the aerosol transport pipe 10 is ejected from the ejection end 10a of the aerosol transport pipe 10 toward the base material K, and the ejected aerosol collides with the base material K to form a film on the base material K. Is formed.
  • the aerosol ejected toward the base material K is ejected from the ejection end 10a having a circular flow path cross section, and the above (A1 / Ia 2 ) value is also 0.95 (that is, that is). 0.001 or more). Therefore, the velocity of the ejected aerosol is uniform in the cross section of the flow path of the ejection end 10a, and the particle velocity in the direction perpendicular to the base material K at the time of collision with the base material K is unlikely to vary. Therefore, the adhesion of green compact and the formation of porosity are suppressed, and a homogeneous and dense film is formed.
  • the ceramic raw material powder when the ceramic raw material powder is stabilized zirconia such as YSZ having a relatively high density, a homogeneous film having a high density can be formed. Further, since the flow path cross-sectional area A1 of the ejection end 10a is 95 mm 2 (that is, 10 mm 2 or more), it becomes difficult for the ceramic raw material powder to be deposited at the ejection end 10a, and a large amount of the ceramic raw material powder is stabilized for a long time. Since it can be supplied, it is possible to form a film on the base material K for a long time.
  • Tables 1 to 3 are tables summarizing various conditions and results relating to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, and the "area of the porous region" in Table 2 refers to the porous material having low adhesion strength.
  • FIG. 4 is a diagram showing the ejection end of the nozzle used in Comparative Example 1, and the area of the A3 portion shown by shading in the figure is the flow path cross-sectional area.
  • the shape of the nozzle used in Comparative Example 1 is a shape conventionally adopted as the shape of the nozzle of the apparatus for performing the film forming process by the AD method. Further, FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing the ejection end of the nozzle used in Comparative Example 2, and the area of the A2 portion shown by shading in the figure is the flow path cross-sectional area.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the base material after the film forming treatment in Comparative Example 1, and the vertical direction is the moving direction of the base material toward the figure.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the base material after the film forming treatment in Comparative Example 2, and similarly to the above, the vertical direction is the moving direction of the base material toward the figure.
  • the portion shown by the dark shading is the portion to which the green compact adheres.
  • the flow path cross-sectional area A1 at the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 is 10 mm 2 or more, and the above (A1 / Ia 2 ) value is 0.001 or more.
  • the present invention is not limited to this. If the flow path cross-sectional area A1 is 10 mm 2 or more, the (A1 / Ia 2 ) value does not have to be 0.001 or more.
  • the distance from the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 to the base material K is 100 mm or less, but this is limited as long as the flow path cross-sectional area A1 is 10 mm 2 or more. It's not a thing. In particular, when the flow path cross-sectional area A1 is 10 mm 2 or more and the (A1 / Ia 2 ) value is 0.001 or more, the particle velocity in the direction perpendicular to the base material at the time of base material collision is unlikely to occur. The effect of suppressing the adhesion of green compacts and the formation of porosity can be obtained.
  • the aerosol transfer pipe 10 is a cylindrical straight pipe member, but the present invention is not limited to this. Even if a crushing mechanism for crushing agglomerated particles or a classification mechanism for classifying particles is separately provided in the middle of the path of the straight pipe member, the flowability of the aerosol is not impaired. The effect of being able to stably supply a large amount of ceramic raw material powder for a long period of time can be obtained. As long as the shape of the cross section of the flow path at the ejection end 10a of the aerosol transfer pipe 10 is approximately circular, it does not have to be a straight pipe member. The approximate circle includes an ellipse as well as a perfect circle.
  • the approximately circular shape includes those in which the corners of a triangle and a polygon having an angle of pentagon or more are curved, and the corners of the quadrangle are curved and the curved portions of the corners in the quadrangle are curved.
  • the ratio (r / R) of the radius r to the radius R of the circumscribing circle is more than 0.3. Even in such a case, since the flow velocity of the aerosol at the ejection end becomes uniform in the cross section of the flow path, the effect of forming a homogeneous and dense film on the base material can be obtained.
  • the flow path cross section in the processing chamber transport section 10b of the aerosol transport pipe 10 and the flow path cross section at the ejection end 10a are both circular with the same flow path cross-sectional area A1.
  • the shape is not limited, and the shapes of the two may be different.
  • the shape of the flow path cross section at the ejection end 10a does not have to be circular
  • the shape of the flow path cross section at the processing chamber transport portion 10b does not have to be circular
  • the shape of both flow path cross sections is circular, and the area. May be different.
  • the area of the flow cross-section in the processing chamber conveyor section 10b of the aerosol carrier pipe 10 is 10 mm 2 or more, more preferably 20 mm 2 or more, still more preferably 30 mm 2 or more, 95 mm 2 The above is more preferable.
  • the pressure in the processing chamber is reduced to 0.6 kPa or less, but the pressure is not limited to this.
  • the present invention can be applied to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film on a substrate, and a film forming body.
  • Film forming apparatus 10 Aerosol transfer pipe (aerosol transfer path) 10a: Ejection end 10b: Processing chamber transport unit K: Base material

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Abstract

セラミックス原料粉を大量に長時間安定して供給でき、均質で緻密な膜を形成できる成膜装置を提供する。基材Ｋ上に膜を形成する成膜装置１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１０ａから基材Ｋに向けて噴出するエアロゾル搬送路１０を備え、エアロゾル搬送路１０は、噴出端１０ａにおける流路断面が、面積が１０ｍｍ２以上の概円形である。

Description

成膜装置、成膜方法及び成膜体
　本発明は、基材上に膜を形成する成膜装置及び成膜方法、並びに成膜体に関する。
　焼結のような高温での熱処理を経ることなく、金属酸化物材料からなる膜を基材上に形成する方法として、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）と呼ばれる手法がある。このＡＤ法は、金属酸化物などの微粒子からなる原料粉を、ノズルから音速程度でセラミックスやプラスチックなどの基材に向けて噴射し、原料粉が基材に衝突する際のエネルギーによって微粒子を破砕・変形させることで、基材上に膜を形成する方法である。
　ＡＤ法に用いられる装置としては、例えば、特許文献１に記載された成膜装置が提案されている。この特許文献１記載の成膜装置は、原料粉末とキャリアガスとを混合したエアロゾルを発生させるエアロゾル発生部や、このエアロゾルを噴射口から噴射するノズルなどを備えており、ノズルの噴射口から基材に向けてエアロゾルを噴射して基材上に膜を形成できる。
特開２００７－２４６９３７号公報
　ＡＤ法では、基材に衝突する微粒子の衝撃力が膜の緻密度に大きな影響を与えるため、所望とする膜質を均質に得るためには、基材に衝突する微粒子の速度を適正な範囲内に制御する必要がある。中でも、ジルコニア系材料は硬度が高く基材衝突時に脆性変形し難く、成膜可能なプロセスウィンドウが非常に狭い。そのため、均質な膜を形成するためには高精度に粒子の速度を制御する必要がある。
　上記特許文献１記載の成膜装置は、開口面積を小さくして絞りを設けたノズルや、流路断面の形状が矩形であるノズルを使用している。しかしながら、開口面積を小さくして絞りを設けたノズルを使用すると、エアロゾルのキャリアガス成分がノズルの噴出端で急加速されるため、比較的比重の大きなジルコニア系材料では、粒子がキャリアガス成分の加速に対して追従しきれずに低速度で基板に衝突してしまう。そのため、膜密度が低い多孔質領域が発生して緻密な膜が得られ難いという問題がある。また、流路断面形状が矩形のノズルを使用すると、矩形エッジ部等でガスの流れが乱れ易くなり、ガス速度が不均一になり、ひいては粒子の速度が不均一になるため、均質な膜を得難いという問題がある。更に、開口面積が比較的小さいノズルを使用すると、原料粉を大量に長時間供給した場合に、ノズル内部に原料粉が堆積し易くなり、堆積した原料粉が吐出されることで、基板衝突時に微粒子が破砕・変形せずに体積した圧粉体形成が頻発し、膜内に欠陥が生じ量産には適さないという問題がある。
　本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、セラミックス原料粉を大量に長時間安定して供給でき、均質で緻密な膜を形成できる成膜装置及び成膜方法、並びに成膜体の提供を、その目的とする。
　上記目的を達成するための本発明に係る成膜装置の特徴構成は、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を備え、
　前記エアロゾル搬送路は、前記噴出端における流路断面が、面積が１０ｍｍ２以上の概円形である点にある。
　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、
　面積が１０ｍｍ２以上の概円形である流路断面を有した前記噴出端から前記基材に向けて前記エアロゾルを噴出させる点にある。
　上記特徴構成によれば、エアロゾル搬送路の噴出端の断面形状を概円形とすることで、噴出端でのエアロゾルの流速が流路断面内において均一になる。そのため、基材上に均質で緻密な膜を形成できる。また、エアロゾルの噴出端における流路断面積（流路断面の面積）が１０ｍｍ２以上であることで、従来よりも噴出端における流路断面積が大幅に大きくなり、エアロゾル搬送路内部にセラミックス原料粉が堆積し難くなり、セラミックス原料粉を大量に長時間安定して供給できる。更に、流路断面積を大きくすることで、エアロゾルのガス成分が流路内で徐々に加速されるため、特に、比較的比重の大きなジルコニア系の原料粉においても、粒子がガスの加速に対して追従し易くなる。そのため、緻密な膜を得るのに十分な速度をもった粒子を基材に衝突させることが可能となる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、前記エアロゾル搬送路の前記噴出端から前記基材までの距離が１００ｍｍ以下である点にある。
　エアロゾル搬送路の噴出端から噴出したエアロゾルは、広がりをもって拡散するため、エアロゾル搬送路の噴出端から基材までの距離が離れるほど、基材上に形成される膜面積は大きくなる。基材上に形成される面積が大きくなると、エアロゾル搬送路もしくは基材をスキャンして均質な膜を得る際に、目標とする成膜面積よりも、より広い面積を成膜する必要がある。そうすると、原料粉の使用量が増えてしまい、生産コストが上がってしまう虞がある。上記特徴構成によれば、エアロゾル搬送路の噴出端から基材までの距離が１００ｍｍ以下であることで、生産コストの増加を抑え易くなる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、前記エアロゾル搬送路の前記噴出端における流路断面の面積を前記エアロゾル搬送路の前記噴出端と前記基材との間の距離の二乗で除した値は、０．００１以上である点にある。
　上記特徴構成によれば、エアロゾル搬送路の噴出端における流路断面積をエアロゾル搬送路の噴出端と基材との間の距離の二乗で除した値が０．００１以上であることによって、基材衝突時における基材に垂直な方向の粒子速度にばらつきが生じ難くなるため、圧粉体の付着や多孔質の形成を抑制でき、均質な膜を形成できる。
　本発明に係る成膜装置の更なる特徴構成は、前記エアロゾル搬送路の前記噴出端側の少なくとも一部及び前記基材が内部空間に配設される処理室を備え、
　前記エアロゾル搬送路のうち前記処理室内に位置する処理室内搬送部における流路断面が、面積が１０ｍｍ２以上の概円形である点にある。
　また、本発明に係る成膜方法の更なる特徴構成は、前記エアロゾル搬送路の前記噴出端側の少なくとも一部及び前記基材を処理室の内部空間内に配設し、
　前記処理室内に位置する処理室内搬送部における流路断面が面積が１０ｍｍ２以上の概円形である前記エアロゾル搬送路の前記噴出端から前記基材に向けて前記エアロゾルを噴出させる点にある。
　上記特徴構成によれば、処理室内搬送部における流路断面積が１０ｍｍ２以上の概円形であるため、エアロゾルの流通性が向上し、エアロゾル搬送路内でセラミックス原料粉が堆積し難くなるため、セラミックス原料粉を大量により長時間安定して供給できる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、前記処理室内搬送部における流路断面の形状が前記噴出端における流路断面の形状と同一である点にある。
　上記特徴構成によれば、処理室内搬送部における流路断面の形状と噴出端における流路断面の形状とが同一であることによって、エアロゾルの流通性が向上し、セラミックス原料粉が堆積し難くなるため、セラミックス原料粉を大量により長時間安定して供給できる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、前記処理室内の圧力を０．６ｋＰａ以下とする点にある。
　エアロゾルのガス成分は、基材衝突時に急激に減速するとともに周囲へ拡散するため、その影響を受ける粒子は十分な速度をもって基材へ到達し難くなる虞がある。上記特徴構成によれば、エアロゾルのガス成分の粘性が小さくなるため、基材衝突時のガス運動の影響を粒子が受け難くなるため、より緻密で均質な膜を形成できる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、前記エアロゾル搬送路は、直管部材で構成されている点にある。
　上記特徴構成によれば、エアロゾル搬送路が全体にわたって流路断面の形状が同一となる。そのため、エアロゾルの流通性が向上し、セラミックス原料粉が堆積し難くなり、セラミックス原料粉を大量により長時間安定して供給できる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、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以上である点にある。
　上記特徴構成によれば、密度が４．０ｇ／ｃｍ３以上である粒子から構成されるセラミックス原料粉を基に均質な膜を形成できる。
　本発明に係る成膜装置及び成膜方法の更なる特徴構成は、前記セラミックス原料粉は、安定化ジルコニアである点にある。
　本願発明者は、セラミックス原料粉として安定化ジルコニアを用いた際に、均質な膜を形成できることを実験により確認している。
　上記目的を達成するための本発明に係る成膜体の特徴構成は、上記成膜装置又は上記成膜方法により形成された点にある。
　上記特徴構成によれば、均質で緻密な膜を形成できる成膜装置又は成膜方法により形成されるため、成膜体は均質で緻密なものとなる。
本実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。 本実施形態に係るエアロゾル搬送管を噴出端側から見た図である。 エアロゾル搬送管と基材との位置関係を示す図である。 比較例１で使用した成膜装置の噴出端を示す図である。 比較例２で使用した成膜装置の噴出端を示す図である。 比較例１における成膜処理後の基材を模式的に示す図である。 比較例２における成膜処理後の基材を模式的に示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る成膜装置及び成膜方法について説明する。
〔成膜装置について〕
　図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、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などを備える。
　処理室２は、気密状の筐体である。処理室２内は、排気設備としてのメカニカルブースターポンプ３及び真空ポンプ４によって気体が排出されることにより、所定圧力（例えば、０．６ｋＰａ程度）以下に減圧される。また、処理室２の内部空間には、成膜処理が施される基材Ｋが保持される保持部５や、エアロゾル搬送管１０の一部が配設されている。
　エアロゾル発生部６は、セラミックス原料粉をガスに分散させたエアロゾルを発生させる装置である。本実施形態において、エアロゾル発生部６には原料供給管Ｓ１を介して原料粉供給部７が接続されている。また、エアロゾル発生部６には、後述する搬送ガス送給管Ｓ２及びエアロゾル搬送管１０が接続されている。そして、エアロゾル発生部６では、原料粉供給部７から一定速度で供給されるセラミックス原料粉と、搬送ガス送給手段１５によって送給される搬送ガスとを混合したエアロゾルが発生する。この発生したエアロゾルは、エアロゾル搬送管１０に送給される。尚、原料粉供給部７からエアロゾル発生部６へと供給されるセラミックス原料粉の供給速度は、速くすることで目標とする厚みを有した膜を形成するのに要する時間を短くできるが、供給速度が速すぎると、原料粉の供給量に脈動が生じて均質な膜が得られ難くなる。一方、供給速度が遅すぎると、膜質は改善されるが成膜完了までに要する時間が長くなって製造コストが増加する。そのため、セラミックス原料粉の供給速度は、１．５～３０ｇ／ｍｉｎであることが好ましい。
　図１～図３に示すように、エアロゾル搬送管１０は、その噴出端１０ａ及び処理室内搬送部１０ｂ（噴出端側の少なくとも一部）が、噴出端１０ａが処理室２内の保持部５と対向するように当該処理室２内に配設されている。本実施形態におけるエアロゾル搬送管１０は、内径が所定の流路断面積Ａ１（図３において網掛けで示す部分）である円筒状の直管部材であり、噴出端１０ａと反対の端部がエアロゾル発生部６に接続されている。即ち、本実施形態のエアロゾル搬送管１０は、処理室内搬送部１０ｂにおける流路断面と噴出端１０ａにおける流路断面とがともに同じ流路断面積Ａ１の円形である。このエアロゾル搬送管１０によれば、エアロゾル発生部６からエアロゾルが送給され、この送給されたエアロゾルが噴出端１０ａの開口部から噴出される。
　次に、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａにおける流路断面積Ａ１、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａと基材Ｋとの間の距離Ｉａ、並びに、流路断面積Ａ１と距離Ｉａとの関係について説明する。
　エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａの流路断面積Ａ１は、１０ｍｍ２以上であれば、特に限定されるものではないが、２０ｍｍ２以上であることが好ましく、３０ｍｍ２以上であることがより好ましく、９５ｍｍ２以上であることが更に好ましい。尚、本実施形態において、流路断面積Ａ１は９５ｍｍ２である。
　また、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａから基材Ｋまでの距離Ｉａは、特に限定されるものではないが、１００ｍｍ以下であることが好ましく、４０ｍｍ以下であることがより好ましく、１０ｍｍ以下であることが更に好ましい。一方、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａと基材Ｋとの間の距離が近すぎると、基材Ｋが歪曲した形状をしている場合、エアロゾル搬送管１０と基材Ｋとを相対的に移動させたような際に、噴出端１０ａと基材Ｋとが接触してしまう虞があるため、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａと基材Ｋとの間の距離Ｉａは２ｍｍ以上であることが好ましい。尚、本実施形態においては、１０ｍｍである。
　そして、成膜装置１では、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａにおける流路断面積Ａ１を、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａと基材Ｋとの間の距離Ｉａの二乗で除した値（以下、「（Ａ１／Ｉａ２）値」という）が０．００１以上となるようにしている（即ち、本実施形態においては、９５／１０２＝０．９５）。尚、（Ａ１／Ｉａ２）値は、特に限定されるものではないが、０．００１以上であることが好ましく、０．００７以上であることがより好ましく、０．０３以上であることが更に好ましい。また、（Ａ１／Ｉａ２）値は２５以下であることが好ましく、１以下であることがより好ましい。
　搬送ガス送給手段１５は、ガス供給部１６や搬送ガス圧力制御部１７、搬送ガス流量制御部１８、搬送ガス送給管Ｓ２などからなる。
　具体的に、ガス供給部１６には、搬送ガス送給管Ｓ２が接続されており、ガス供給部１６は、空気やＮ２、Ｈｅ、Ａｒなどのガスをコンプレッサーやガスボンベによって搬送ガス送給管Ｓ２内に供給するものである。
　本実施形態において、搬送ガス送給管Ｓ２は、ガス供給部１６から供給されるガスを搬送ガスとしてエアロゾル発生部６まで送給するためのものである。具体的に、本実施形態では、ガス供給部１６から送出されたガスが搬送ガスとして、搬送ガス圧力制御部１７、搬送ガス流量制御部１８を順に経由してエアロゾル発生部６まで送給されるようになっており、ガス供給部１６、搬送ガス圧力制御部１７、搬送ガス流量制御部１８及びエアロゾル発生部６の間に接続された複数の配管によって搬送ガス送給管Ｓ２が構成されている。
また、搬送ガス送給管Ｓ２における搬送ガス流量制御部１８とエアロゾル発生部６との間には、搬送ガス送給管Ｓ２内の圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられている。
　搬送ガス圧力制御部１７は、搬送ガス送給管Ｓ２内を流通する搬送ガスを適正圧力に静定するものであり、搬送ガス流量制御部１８は、搬送ガス送給管Ｓ２内を流通する搬送ガスの流量を制御するものである。本実施形態において、搬送ガス圧力制御部１７及び搬送ガス流量制御部１８は、圧力センサＰ１により検出される圧力などを基に、その動作が適宜制御される。
〔セラミックス原料粉について〕
　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。
〔成膜方法について〕
　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、搬送ガス圧力制御部１７及び搬送ガス流量制御部１８によって搬送ガス送給管Ｓ２内を流通する搬送ガスの流量や圧力を調整しながらガス供給部１６からエアロゾル発生部６へと搬送ガスを送給する。エアロゾル発生部６では、送給された搬送ガスと原料粉供給部７から供給されたセラミックス原料粉とが混合したエアロゾルが発生する。発生したエアロゾルは、エアロゾル搬送管１０に送給される。
　エアロゾル搬送管１０に送給されたエアロゾルは、当該エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａから基材Ｋに向けて噴出され、噴出されたエアロゾルが基材Ｋに衝突することで基材Ｋ上に膜が形成される。
　ここで、基材Ｋに向けて噴出されるエアロゾルは、円形である流路断面を有した噴出端１０ａから噴出されており、また、上記（Ａ１／Ｉａ２）値も０．９５（即ち、０．００１以上）となっている。したがって、噴出されるエアロゾルは、噴出端１０ａの流路断面内において速度が均一となっており、基材Ｋ衝突時における基材Ｋに垂直な方向の粒子速度にばらつきも生じ難い。それゆえ、圧粉体の付着や多孔質の形成が抑制され、均質で緻密な膜が形成される。特に、セラミックス原料粉が比較的密度が大きいＹＳＺなどの安定化ジルコニアである場合に、緻密度の高い均質な膜を形成できる。また、噴出端１０ａの流路断面積Ａ１が９５ｍｍ２（即ち、１０ｍｍ２以上）であることにより、噴出端１０ａにおいてセラミックス原料粉が堆積し難くなり、セラミックス原料粉を大量に長時間安定して供給できるため、長時間にわたって基材Ｋ上に膜を形成することが可能である。
　以下、実施例１～５及び比較例１～４について説明する。エアロゾル搬送管の噴出端における流路断面の形状や、流路断面積、噴出端－基材間距離を変えて、基材を所定方向に沿って往復移動させながら所定時間成膜処理を施した。各実施例及び各比較例において、セラミックス原料粉として、密度が５．９ｇ／ｃｍ３、メジアン径が１．０１μｍであるＹＳＺの粒子を使用した。また、各実施例及び各比較例ともに搬送ガスの流量は１８Ｌ／ｍｉｎとし、処理室内の圧力は０．２ｋＰａとした。
　表１～表３は、実施例１～５及び比較例１～４に関する各種条件及び結果をまとめた表であり、表２中の「多孔質領域の面積」とは、密着強度の低い多孔質領域の面積である。
また、図４は、比較例１で使用したノズルの噴出端を示す図であり、同図において網掛けで示したＡ３部分の面積が流路断面積である。この比較例１で使用したノズルの形状は、ＡＤ法による成膜処理を行う装置のノズルの形状として従来採用されている形状である。
更に、図５は、比較例２で使用したノズルの噴出端を示す図であり、同図において網掛けで示したＡ２部分の面積が流路断面積である。また、図６は比較例１における成膜処理後の基材を模式的に示す図であり、同図に向かって上下方向が基材の移動方向である。また、図７は比較例２における成膜処理後の基材を模式的に示す図であり、上記と同様に、同図に向かって上下方向が基材の移動方向である。尚、図６及び図７において、濃い網掛けで示す部分が圧粉体が付着している部分である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　表１から分かるように、実施例１及び２と比較例１及び２とを比べると、実施例１及び２では圧粉体の付着が見られないのに対し、比較例１及び２では基材に大量の圧粉体が付着している（図６及び図７参照）。例えば、図７に示すように、比較例２では、基材を往復移動させながら成膜処理を施した際に、エアロゾルの流れが乱れ易い角部から基材に向けて噴射されたエアロゾル中の粒子が衝突する部分には、大量の圧粉体が付着している。
これらのことから、エアロゾル搬送路の噴出端の断面形状を角形や従来のようなスリット状ではなく、円形にすることで、エアロゾルの流速が流路断面内において均一になり、基材上に均質な膜を形成できることが確認できた。
　また、表２に示すように、実施例１及び２よりも流路断面積を若干小さくした実施例３～５においても、圧粉体の付着は見られない。一方、実施例３～５について、多孔質領域の面積に着目すると、（Ａ１／Ｉａ２）値が高くなるほど、多孔質領域の面積が小さくなっており、膜の均質性が向上することが分かる。
　また、表３に示すように、実施例３～５よりも流路断面積を小さくした比較例３及び４においては、流路断面形状が円形であるにもかかわらず、基材に大量の圧粉体の付着していた。これは、流路断面形状が円形であっても、流路断面積が小さすぎると原料粉が詰まることに起因すると推測される。このことから、流路断面形状が円形であっても、圧粉体の形成を抑え、基材上に均質な膜を形成するためには、ある程度の流路断面積が必要であり、流路断面積が小さすぎると基材上に均質な膜を形成できないことが確認できた。
　以上のことから、本実施形態に係る成膜装置１及び成膜方法のように、エアロゾル搬送管１０として、噴出端１０ａにおける流路断面が、面積が１０ｍｍ２以上の円形であるものを使用することで、セラミックス原料粉を大量に長時間安定して供給でき、均質な膜を形成できることが確認できた。
〔別実施形態〕〔１〕上記実施形態では、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａにおける流路断面積Ａ１が１０ｍｍ２以上であり、且つ、上記（Ａ１／Ｉａ２）値が０．００１以上となる態様としたが、これに限られるものではない。流路断面積Ａ１が１０ｍｍ２以上であれば、（Ａ１／Ｉａ２）値は０．００１以上でなくてもよい。
〔２〕上記実施形態では、エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａから基材Ｋまでの距離が１００ｍｍ以下となる態様としたが、流路断面積Ａ１が１０ｍｍ２以上であれば、これに限られるものではない。特に、流路断面積Ａ１が１０ｍｍ２以上かつ（Ａ１／Ｉａ２）値が０．００１以上であれば、基材衝突時における基材に垂直な方向の粒子速度にばらつきが生じ難くなるため、圧粉体の付着や多孔質の形成を抑制できる効果が得られる。
〔３〕上記実施形態においては、エアロゾル搬送管１０が円筒状の直管部材である態様としたが、これに限られるものではない。直管部材の経路途中に、凝集した粒子を解砕するための解砕機構や粒子を分級するための分級機構等が別途備えられている場合においても、エアロゾルの流通性が損なわれないため、セラミックス原料粉を大量に長時間安定して供給できる効果が得られる。エアロゾル搬送管１０の噴出端１０ａにおける流路断面の形状が概円形であれば、直管部材でなくてもよい。尚、概円形には、真円の他、楕円形も含まれる。また、概円形には、三角形及び五角形以上の角数を持つ多角形の角部が曲面状であるものも含まれ、四角形の角部が曲面状であって当該四角形における角部の曲面部の半径ｒと外接する円の半径Ｒの比（ｒ／Ｒ）が０．３を上回るものも含まれる。このような場合も、噴出端でのエアロゾルの流速が流路断面内において均一になるため、基材上に均質で緻密な膜を形成できる効果が得られる。
〔４〕上記実施形態では、エアロゾル搬送管１０の処理室内搬送部１０ｂにおける流路断面と噴出端１０ａにおける流路断面とがともに同じ流路断面積Ａ１の円形である態様としたが、これに限られるものではなく、両者の形状が異なっていてもよい。例えば、噴出端１０ａにおける流路断面の形状が円形であり、処理室内搬送部１０ｂにおける流路断面の形状が円形でなくてもよいし、両者の流路断面の形状がともに円形であり、面積が異なっていてもよい。尚、エアロゾル搬送管１０の処理室内搬送部１０ｂにおける流路断面の面積は１０ｍｍ２以上であることが好ましく、２０ｍｍ２以上であることがより好ましく、３０ｍｍ２以上であることが更に好ましく、９５ｍｍ２以上であることが更に好ましい。
〔５〕上記実施形態においては、処理室内を０．６ｋＰａ以下に減圧する態様としたがこれに限られるものではない。
　上記実施形態（別実施形態を含む）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
　本発明は、基材上に膜を形成する成膜装置及び成膜方法、並びに成膜体に適用することができる。
１　　　：成膜装置
１０　　：エアロゾル搬送管（エアロゾル搬送路）
１０ａ　：噴出端
１０ｂ　：処理室内搬送部
Ｋ　　　：基材

Claims (20)

  1. 　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を備え、
    　前記エアロゾル搬送路は、前記噴出端における流路断面が、面積が１０ｍｍ２以上の概円形である成膜装置。
  2. 　前記エアロゾル搬送路の前記噴出端から前記基材までの距離が１００ｍｍ以下である請求項１に記載の成膜装置。
  3. 　前記エアロゾル搬送路の前記噴出端における流路断面の面積を前記エアロゾル搬送路の前記噴出端と前記基材との間の距離の二乗で除した値は、０．００１以上である請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 　前記エアロゾル搬送路の前記噴出端側の少なくとも一部及び前記基材が内部空間に配設される処理室を備え、
    　前記エアロゾル搬送路のうち前記処理室内に位置する処理室内搬送部における流路断面が、面積が１０ｍｍ２以上の概円形である請求項１～３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  5. 　前記処理室内搬送部における流路断面の形状が前記噴出端における流路断面の形状と同一である請求項４に記載の成膜装置。
  6. 　前記処理室内の圧力を０．６ｋＰａ以下とする請求項４又は５に記載の成膜装置。
  7. 　前記エアロゾル搬送路は、直管部材で構成されている請求項１～６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  8. 　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１～７のいずれか一項に記載の成膜装置。
  9. 　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１～８のいずれか一項に記載の成膜装置。
  10. 　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、
    　面積が１０ｍｍ２以上の概円形である流路断面を有した前記噴出端から前記基材に向けて前記エアロゾルを噴出させる成膜方法。
  11. 　前記エアロゾル搬送路の前記噴出端から前記基材までの距離が１００ｍｍ以下である請求項１０に記載の成膜方法。
  12. 　前記エアロゾル搬送路の前記噴出端における流路断面積を前記エアロゾル搬送路の前記噴出端と前記基材との間の距離の二乗で除した値は、０．００１以上である請求項１０又は１１に記載の成膜方法。
  13. 　前記エアロゾル搬送路の前記噴出端側の少なくとも一部及び前記基材を処理室の内部空間内に配設し、
    　前記処理室内に位置する処理室内搬送部における流路断面が面積が１０ｍｍ２以上の概円形である前記エアロゾル搬送路の前記噴出端から前記基材に向けて前記エアロゾルを噴出させる請求項１０～１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
  14. 　前記処理室内搬送部における流路断面の形状が前記噴出端における流路断面の形状と同一である請求項１３に記載の成膜方法。
  15. 　前記処理室内の圧力を０．６ｋＰａ以下とする請求項１３又は１４に記載の成膜方法。
  16. 　前記エアロゾル搬送路は、直管部材で構成されている請求項１０～１５のいずれか一項に記載の成膜方法。
  17. 　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１０～１６のいずれか一項に記載の成膜方法。
  18. 　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１０～１７のいずれか一項に記載の成膜方法。
  19. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の成膜装置により形成された成膜体。
  20. 　請求項１０～１８のいずれか一項に記載の成膜方法により形成された成膜体。
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