(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に脆性セラミック材料の超微粒子によって膜厚サブμｍオーダー以下の薄膜を形成する場合に、減圧された成膜チャンバー内に反射面と前記基板とを配置し、材料微粒子をエアロゾル化して前記反射面に衝突させてから、この時に生じる超微粒子の機械的粉砕効果を用いて、新生表面を持つ活性化された超微粒子を生成し、これを減圧状態で、前記基板上に付着させることを特徴とする超微粒子薄膜の形成方法
【請求項２】
前記反射面の硬度は衝突する超微粒子の硬度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の超微粒子薄膜の形成方法
【請求項３】
前記反射面に衝突する前の前記超微粒子の大きさは前記薄膜の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の超微粒子薄膜の形成方法
【請求項４】
前記反射面と前記基板との相対距離が可変であることを特徴とする請求項１記載の超微粒子薄膜の形成方法
【請求項５】
サブμｍオーダー以下の薄膜を形成する形成装置であって、減圧された成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に脆性セラミック材料の超微粒子のエアロゾルを供給するエアロゾル供給装置と、前記成膜チャンバー内に配置された反射面とを備え、前記エアロゾルを前記反射面に吹きつけて前記超微粒子を前記反射面に衝突させてから、この時に生じる超微粒子の機械的粉砕効果を用いて、新生表面を持つ活性化された超微粒子を生成し、これを減圧状態で、前記成膜チャンバー内に配置された基板に付着するように構成したことを特徴とする超微粒子薄膜の形成装置
【請求項６】
前記反射面の硬度は衝突する超微粒子の硬度よりも大きく構成されていることを特徴とする請求項５記載の超微粒子薄膜の形成装置
【請求項７】
前記反射面に衝突する前の前記超微粒子の大きさは前記薄膜の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項５記載の超微粒子薄膜の形成装置
【請求項８】
前記反射面と前記基板との相対距離が可変であることを特徴とする請求項６記載の超微粒子薄膜の形成装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は対象物の表面にサブミクロンオーダーの脆性材料超微粒子を堆積させて超微粒子薄膜を形成する技術に関するものである。このような技術はマイクロマシン、微細加工技術、半導体部品の実装、セラミックスコーティングに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
金属、セラミックス等の超微粒子をガス攪拌などによりエアロゾル化し、微小なノズルを通し加速したり、或いは、電気的に帯電させ電場勾配を用いて加速し、これを基板上に噴射・衝突させて堆積させることで、微細な機能部品やデバイス部品を形成する超微粒子の成膜技術が従来から知られている。
【０００３】
【解決すべき課題】
しかるに従来のこの種の超微粒子の成膜技術では膜厚の制御が必ずしも容易でない。すなわち、形成される薄膜の最小厚さは、それを構成する材料の超微粒子の粒径によって決定されることになるが、ナノメーターオーダーの厚さの薄膜が透明電極や光触媒膜や光歪膜などにおいて必要とされているにもかかわらず、これらの薄膜を構成する市販されている材料の超微粒子としてはミクロンオーダーのものが多く、サブミクロンオーダーやナノメーターオーダーの材料の超微粒子は入手が容易でなく、価格も高価になる。このようなことから、極薄の超微粒子膜を形成することが必ずしも容易でない。
【０００４】
次に、薄膜の強度を高めるためには薄膜を構成する超微粒子同士の接合を良好にする必要があり、そのためには超微粒子の表面が汚れや水蒸気の付着のない新しく活性のものである必要があるが、実際にはそのような超微粒子の表面を新しく活性に保つことが困難であるところから、薄膜の強度を高く維持することが必ずしも容易でない。
【０００５】
次に薄膜を構成する材料の超微粒子の切り替えも容易でない。薄膜の種類によっては、大粒径の材料微粒子によって構成する必要のあるものや、小粒径の材料微粒子によって構成する必要のあるものや、さらには大粒径と小粒径のものを組み合わせて層を構成することが望まれるものがあるが、そのような各種粒径の選択や切り替えが困難である。
【０００６】
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、ナノメーターオーダーの極薄の超微粒子膜を形成することができ、また、材料の超微粒子の表面を新しい活性なものにして、強固な超微粒子間接合の超微粒子薄膜を形成することができ、さらに、超微粒子薄膜の各種の層構成を採ることを可能にする超微粒子薄膜の形成方法及び形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的に対応して、この発明の超微粒子薄膜の形成方法は、基板上に脆性セラミック材料の超微粒子によって膜厚サブμｍオーダー以下の薄膜を形成する場合に、減圧された成膜チャンバー内に反射面と前記基板とを配置し、材料微粒子をエアロゾル化して前記反射面に衝突させてから、この時に生じる超微粒子の機械的粉砕効果を用いて、新生表面を持つ活性化された超微粒子を生成し、これを減圧状態で、前記基板上に付着させることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明の超微粒子薄膜の形成装置は、サブμｍオーダー以下の薄膜を形成する形成装置であって、減圧された成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に脆性セラミック材料の超微粒子のエアロゾルを供給するエアロゾル供給装置と、前記成膜チャンバー内に配置された反射面とを備え、前記エアロゾルを前記反射面に吹きつけて前記超微粒子を前記反射面に衝突させてから、この時に生じる超微粒子の機械的粉砕効果を用いて、新生表面を持つ活性化された超微粒子を生成し、これを減圧状態で、前記成膜チャンバー内に配置された基板に付着するように構成したことを特徴としている。
【０００９】
【実施の形態】
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説明する。
図１において、１は超微粒子薄膜形成装置である。超微粒子薄膜形成装置１は成膜チャンバー２を有する。成膜チャンバー２にはノズル３が取り付けられ、また真空配管４及び真空ポンプ５が接続している。ノズル３は成膜チャンバー２の外に設置されるエアロゾル発生装置６に接続している。真空配管４及び真空ポンプ５は成膜チャンバー２内を減圧する。成膜チャンバー２内にはフレーム７に反射体８及び基板１１が取り付けられている。反射体８及び基板１１はフレーム７に対して固定または位置が可変である。
【００１０】
反射体８は反射面１２を有し、反射面１２の入射側がノズル３に対向している。反射面１２はノズル３から噴出するエアロゾル中に含まれる材料の超微粒子を衝突せて反射させる面であるが、反射面１２の硬度は衝突する超微粒子の硬度よりも大きく構成されている。ここで用いる超微粒子は酸化物、炭化物、窒化物等の脆性のあるセラミックス微粒子であり、粒径はサブミクロンオーダー以上のものである。反射面１２の反射側に基板１１が対向している。基板１１はその表面に薄膜を形成する対象物であり、または、形成された薄膜を支持する支持体である。
【００１１】
このように構成された超微粒子薄膜形成装置１を使用して、超微粒子薄膜は次のような操作によって形成される。成膜チャンバー２内を真空配管４及び真空ポンプ５を運転して減圧状態にしておく。この状態で、エアロゾル発生装置６を運転して材料の超微粒子とドライ空気、ヘリウム等のガスを混合して、超微粒子エアロゾルを発生させ、これを搬送管１３を用いて、減圧された成膜チャンバー２に導入し、細い開口を有するノズル３を通して、硬質材料でできた反射体８の反射面１２に照射する。この時反射面１２に衝突した超微粒子２１は、衝突の衝撃力で粉砕されナノメーターオーダーの粒径の表面活性の高い超微粒子２２に変化する。その後、粉砕されたナノメーターオーダーの粒径の超微粒子は、反射面１２の近傍におかれた基板１１上に飛来、堆積し、透明性を有する強固な薄膜を形成する。反射面１２で反射した超微粒子の粒径によって飛来位置及び飛来距離は異なるので、基板１１の位置を選択することによって、その表面に形成される薄膜の粒径を選択することができる。
【００１２】
【発明の効果】
従来、使用する超微粒子材料の粒径がサブμｍオーダーのため、超微粒子膜の膜厚が最初に基板に付着する超微粒子の粒径に近くになり、サブμｍオーダーの膜厚の薄膜を得ることは困難であったのに対し、本願発明では、超微粒子を直接成膜する基板に吹き付けるのではなく、一度、成膜の起こらないダイアモンドなどの非常に硬度の高い反射面に吹き付け、この時に生じる超微粒子の機械的粉砕効果を用いて、新生表面を持つ活性化されたナノメーターオーダーの超微粒子を生成し、これを基板に堆積させることで、結晶組織の微細なサブμｍオーダー以下の薄膜形成を実現するものである。
【００１３】
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、サブミクロンから数ミクロンオーダーの原料超微粒子を用いて、サブミクロン以下の厚みの緻密な薄膜を高速に形成することができるようになる。これによって、超微粒子を吹き付ける方法で、ＩＴＯ（透明電極材料）、ＴｉＯ２（光触媒）、ＰＬＺＴ（光歪材料）などの機能性セラミックス材料の透明性を有する薄膜を得ることができるようになる。
【００１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】超微粒子薄膜形成装置の構成説明図
【符号の説明】
１    超微粒子薄膜形成装置
２    成膜チャンバー
３    ノズル
４    真空配管
５    真空ポンプ
６    エアロゾル発生装置
７    フレーム
８    反射体
１１  基板
１２  反射面
１３  搬送管
２１  衝突前の超微粒子
２２  衝突後の超微粒子
【図１】
0003558970.tif 000002