(57)【要約】【課題】プロセスや装置を煩雑にすることがなく、微粒子による詰まりが生じるのを防止できるとともに、微粒子の再凝集を抑制してエアロゾルを安定且つ効率良く生成させることが可能な粉体供給器、成膜装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】原料物６を収容する収容部２と、原料物６を解砕して微粒子６１を調製する解砕部３と、微粒子６１をエアロゾル化することでエアロゾル６２を生成させるエアロゾル生成部４とが、同一の生成容器５内において下部側から上部側に向かってこの順で備えられ、原料物６が、収容部２から解砕部３に向けて連続的に供給されるとともに、微粒子６１が、解砕部３からエアロゾル生成部４に向けて連続的に供給され、このエアロゾル生成部４で連続的に生成されたエアロゾル６２を外部に向けて順次送出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料物を収容する収容部と、
前記原料物を解砕して微粒子を調製する解砕部と、
前記微粒子をエアロゾル化するエアロゾル生成部と、を有してなり、
前記収容部、前記解砕部及び前記エアロゾル生成部が、同一の生成容器内において、該生成容器内の下部側から上部側に向かってこの順で備えられており、
前記原料物が、前記収容部から前記解砕部に向けて連続的に供給されるとともに、前記微粒子が、前記解砕部から前記エアロゾル生成部に向けて連続的に供給され、該エアロゾル生成部で連続的に生成された前記エアロゾルを外部に向けて順次送出することを特徴とする粉体供給器。
【請求項２】
前記解砕部が、回転体からなることを特徴とする請求項１に記載の粉体供給器。
【請求項３】
前記解砕部は、前記回転体により、前記生成容器内の前記エアロゾル生成部に向けて上昇する旋回流を発生させる構造とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉体供給器。
【請求項４】
前記解砕部は、前記回転体の回転数が１０００〜３００００ｒｐｍの範囲であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の粉体供給器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の粉体供給器を少なくとも一以上備え、
成膜対象となる基板を収容する成膜室と、
前記粉体供給器から前記成膜室に導入されたエアロゾルを前記基板に向けて噴射させる噴射部と、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
前記粉体供給器を複数備え、該複数の粉体供給器において、それぞれ異なる粒度分布を有するエアロゾルが生成され、前記成膜室に導入されることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の粉体供給器、あるいは、請求項５又は請求項６に記載の成膜装置を用いて、基板上に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体供給器、成膜装置、及び、それらを用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽電池に用いられる光電極等の各種電子部品を製造する際に、基板上に膜状の素子構造体を形成する方法として、エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と称することがある）が用いられることがある。このＡＤ法とは、原料粒子である粉体、特にナノサイズの微粒子をエアロゾル化させた後、このエアロゾルを、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスからなる搬送ガスを用いて、亜音速〜超音速程度まで加速させて物理的に基板に吹き付ける方法である。これにより、ＡＤ法は、衝撃硬化（ｉｍｐａｃｔｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）現象で、微粒子と基板、または、微粒子同士を接合させることで、低い温度条件と高い成膜速度で基板上に薄膜を成膜できる。このようなＡＤ法は、常温下での成膜が可能であることや、基板の特性の制限が少ないことから、ＡＤ法を用いて薄膜を形成する各種電子部品等の開発が、盛んに行われるようになっている。
【０００３】
上述のように、ＡＤ法においては、原料をエアロゾル化させることが必須となるが、従来は、予め調製したエアロゾル化が可能な微粒子を容器内に収容し、その容器にガスを導入することでエアロゾルを生成させる方法が採用されていた（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の方法では、予め原料物を解砕して微粒子を調製した後、その微粒子をエアロゾルの生成容器内に移してエアロゾル化する方法であることから、プロセスが複雑となり、また、容器内における微粒子の凝集状態の変化に伴ってエアロゾルの状態が変化してしまう可能性もあった。
【０００４】
また、原料の微粒子を収容する機構とエアロゾルを生成させる機構とを分離し、原料収容機構からエアロゾル生成機構へ微粒子を定量的に供給する成膜方法並びに装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。しかしながら、特許文献２に記載の成膜方法や装置では、やはり、プロセスや装置構造が繁雑となるという問題がある。また、原料収容機構からエアロゾル生成機構へ微粒子を搬送する際に、微粒子の凝集状態が変化する可能性があり、この変化に伴ってエアロゾルの状態が変化してしまうおそれがある。また、微粒子の搬送過程において、微粒子が容器や輸送管に付着すること等により、微粒子の経路に詰まりが生じるおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０１／２７３４８号
【特許文献２】特開２００６−２０００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、プロセスや装置を煩雑にすることがなく、微粒子による詰まりが生じるのを防止できるとともに、微粒子の再凝集を抑制してエアロゾルを安定且つ効率良く生成させることが可能な粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、粉体供給器であって、原料物を収容する収容部と、前記原料物を解砕して微粒子を調製する解砕部と、前記微粒子をエアロゾル化するエアロゾル生成部とを有してなり、前記収容部、前記解砕部及び前記エアロゾル生成部が、同一の生成容器内において、該生成容器内の下部側から上部側に向かってこの順で備えられており、前記原料物が、前記収容部から前記解砕部に向けて連続的に供給されるとともに、前記微粒子が、前記解砕部から前記エアロゾル生成部に向けて連続的に供給され、該エアロゾル生成部で連続的に生成された前記エアロゾルを外部に向けて順次送出することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、収容部、解砕部及びエアロゾル生成部が同一の生成容器内に備えられている構成なので、原料解砕とエアロゾル化が、同一工程でほぼ同時に連続して進行するため、プロセスが簡便になる。また、解砕部とエアロゾル生成部が同一の生成容器内に備えられることで、装置構造も簡便になる。さらに、原料物を解砕した直後に連続的に微粒子をエアロゾル化できる構成なので、微粒子を搬送する手段を省略することができ、搬送経路において微粒子の詰まりが生じるのを抑制することができるとともに、エアロゾル化前の微粒子の滞留時間を短縮し、微粒子が再凝集するのを抑制できる。従って、プロセスや装置を煩雑にすることがなく、微粒子による詰まりが生じるのを防止できるとともに、微粒子の再凝集を抑制してエアロゾルを安定且つ効率良く生成させることが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体供給器であって、前記解砕部が、回転体からなることを特徴とする。
本発明によれば、回転体からなる解砕部により、原料物を安定した粒度分布で解砕して微粒子化することができるので、エアロゾルをより安定して効率良く生成させることが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の粉体供給器であって、前記解砕部が、前記回転体により、前記生成容器内の前記エアロゾル生成部に向けて上昇する旋回流を発生させる構造とされていることを特徴とする。
本発明によれば、解砕部が回転することで、エアロゾル生成部に向けて上昇旋回流となる気流を発生させる構造なので、解砕部によって調製された微粒子を直ちに生成容器内で浮上させることができ、微粒子が再凝集するのを効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の粉体供給器であって、前記解砕部が、前記回転体の回転数が１０００〜３００００ｒｐｍの範囲であることを特徴とする。
本発明によれば、回転体の回転数を適正範囲にすることで、まず、原料物を効率良く解砕して微粒子として調製できるとともに、調整後の微粒子を直ちに生成容器内で浮上させることができるので、微粒子が再凝集するのをさらに効果的に抑制しながら、エアロゾルを安定して効率良く生成させることが可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、成膜装置であって、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の粉体供給器を少なくとも一以上備え、成膜対象となる基板を収容する成膜室と、前記粉体供給器から前記成膜室に導入されたエアロゾルを前記基板に向けて噴射させる噴射部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記の本発明に係る粉体供給器を備えた構成なので、装置内において微粒子の詰まりや再凝集等が生じるのが抑制され、基板上に、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能となる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の成膜装置であって、前記粉体供給器を複数備え、該複数の粉体供給器において、それぞれ異なる粒度分布を有するエアロゾルが生成され、前記成膜室に導入されることを特徴とする。
本発明によれば、粒度分布の異なるエアロゾルを複数種で成膜室に導入する構成なので、それぞれのエアロゾルの分率を調整することにより、基板上に成膜された薄膜中の粒度分布を任意に調整することが可能となる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、成膜方法であって、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の粉体供給器、あるいは、請求項５又は請求項６に記載の成膜装置を用いて、基板上に薄膜を成膜することを特徴とする。
本発明によれば、上述した粉体供給器あるいは成膜装置を用いて基板上に薄膜を形成する方法なので、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法によれば、上記した解決手段によって以下の効果を奏する。
即ち、本発明に係る粉体供給器によれば、収容部、解砕部及びエアロゾル生成部が同一の生成容器内に備えられている構成なので、原料解砕とエアロゾル化が、同一工程でほぼ同時に連続して進行するため、プロセス及び装置構造が簡便になる。さらに、原料物を解砕した直後に連続的に微粒子をエアロゾル化できる構成なので、微粒子を搬送する手段を省略でき、搬送経路において微粒子の詰まりが生じるのを抑制できるとともに、エアロゾル化前の微粒子を保管する時間を短縮し、微粒子が再凝集するのを抑制できる。
従って、プロセスや装置を煩雑にすることがなく、微粒子による詰まりが生じるのを防止できるとともに、微粒子の再凝集を抑制してエアロゾルを安定且つ効率良く生成させることが可能になるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る成膜装置によれば、上記の粉体供給器を備えた構成なので、装置内において微粒子の詰まりや再凝集等が生じるのが抑制され、基板上に、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能になるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る成膜方法よれば、上記の粉体供給器あるいは成膜装置を用いて基板上に薄膜を形成する方法なので、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である粉体供給器を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である粉体供給器を説明する模式図であり、解砕部に用いられる回転体の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態である成膜装置について説明する図であり、図１に示す粉体供給器を適用した成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】比較例である従来の構成の粉体供給器を説明する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明に係る粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法の一実施形態について、図１〜図３を適宜参照しながらその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は、実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２０】
［粉体供給器］
図１は、本発明の一実施形態である粉体供給器１を示す模式断面図であり、図２は、粉体供給器１に用いられる解砕部３である回転体を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の粉体供給器１は、原料物６を収容する収容部２と、原料物６を解砕して微粒子６１を調製する解砕部（回転体）３と、微粒子６１をエアロゾル化することでエアロゾル６２を生成させるエアロゾル生成部４とを有してなる。粉体供給器１は、収容部２、解砕部３及びエアロゾル生成部４が、同一の生成容器５内において、下部側から上部側に向かってこの順で備えられ、概略構成されている。そして、粉体供給器１は、原料物６が、収容部２から解砕部３に向けて連続的に供給されるとともに、微粒子６１が、解砕部３からエアロゾル生成部４に向けて連続的に供給され、このエアロゾル生成部４で連続的に生成されたエアロゾル６２を外部に向けて順次送出するものである。
【００２１】
本実施形態の粉体供給器１の筐体となる生成容器５は、上記のように、収容部２、解砕部３及びエアロゾル生成部４の各々を同一空間内に備え、エアロゾル６２を連続的に生成して外部に送出する容器状部材であり、例えば、微粒子６１をエアロゾル化する際の容器内における気流の安定化を考慮し、略筒状に形成される。
また、図１に示す例では、生成容器５には、２箇所の粉体輸送ガスの導入口、具体的には、下部導入口５１及び上部導入口５２が設けられており、さらに、容器最上部に、生成されたエアロゾル６２を外部に送出する送出口５３が設けられている。
【００２２】
収容部２は、上述のように、粉体供給器１の筐体でもある生成容器５の最下部に備えられ、微粒子の原料となる原料物６を収容するものであり、図示例では、回転体からなる解砕部３の下方において、生成容器５の底部に配置されている。
本実施形態の収容部２は、図示例のように、生成容器５の内部において、その上方に配置される解砕部３及びエアロゾル生成部４と同一空間で連通するように構成されている。
【００２３】
収容部２に原料物６を装填する手段としては、特に限定されず、詳細な図示を省略するが、例えば、生成容器５の上部に蓋体を設けるか、あるいは、生成容器５を、その高さ方向の何れかの位置で上下に分割して開閉可能な構成とすることで、収容部２に原料物６を装填することができる。
【００２４】
解砕部３は、原料物６を解砕して微粒子６１を調製する解砕機構からなり、本実施形態で説明する例では、図２に示すような回転体から構成されている。
図２に示す解砕部３は、平面視略長方形状で板状の２枚羽根を有する回転体として構成されている。解砕部３は、長手方向の略中心付近に、図１中に示した回転軸３Ａに解砕部３を取り付けるための取付孔３ａが形成されている。また、解砕部３の長手方向で取付孔３ａを挟んだ両側には、原料物６を解砕するための羽根３１、３２が形成されている。また、図示例においては、羽根３１と羽根３２とが、板状とされた解砕部３において、それぞれ逆面側に折り曲げられるように、略くの字状に形成されている。
図１中に示す回転軸３Ａは、生成容器５の外部に設けられる図示略のモータによって回転することにより、解砕部３を回転させるものである。
【００２５】
回転体からなる解砕部３は、原料物６を粉体に解砕するものであることから、ミル等において使用される形状を有するものであることが好ましく、具体的には、図２に例示するような形状を有していることが好ましい。
【００２６】
また、解砕部３は、上記形状とされることで、原料物６を解砕するとともに、上方に向けた旋回流で気流を発生させ、解砕後の微粒子６１を気流に乗せて浮上させることが可能な回転体である、いわゆるヘンシェルミキサー（登録商標）として構成されている。このように、本実施形態では、解砕部３が回転体として構成されることで、生成容器５内の上部側、即ち、エアロゾル生成部４側へ向けての上昇旋回流となる気流を発生させる構造を採用することが好ましい。これにより、解砕部３によって調製された微粒子６１を直ちに生成容器５におけるエアロゾル生成部４側に浮上させることができ、微粒子６１が再凝集するのを効果的に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、解砕部３の近傍には、生成容器５の側面の一部に開口するように、粉体輸送ガスが取り入れられる下部導入口５１が配置されている。解砕部３で調製された微粒子６１は、下部導入口５１から導入された粉体輸送ガスによる気流と、上述したような、解砕部３の回転に伴う上昇旋回流とにより、エアロゾル生成部４側へ向けて浮上させられる。
【００２８】
本実施形態の解砕部３は、上記構成の回転体からなる解砕部３により、原料物６を安定した粒度分布で解砕して微粒子６１とすることができるので、後述のエアロゾル生成部４において、エアロゾルをより安定して効率良く生成させることが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態で用いる解砕部３は、図２に示す形状のものには限定されず、例えば、プロペラ状の回転体で、プロペラ枚数が２〜４枚程度であるものを用いることが、原料物６の解砕効率や粒度分布の安定性、さらには、解砕後の微粒子６１をエアロゾル生成部４に向けて連続的に浮上させることができる点から、さらに好ましい。
【００３０】
また、解砕部３は、原料物６よりも高い硬度の材料からなることが好ましく、例えば、モース硬度が６以上であることがより好ましい。このような硬度を有する材料としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、タングステン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等の各種金属材料が挙げられ、これらの金属材料を、解砕部３に何ら制限無く用いることができる。
【００３１】
また、原料物６を解砕して微粒子６１を調製する際の解砕部３の回転数は、特に限定されないが、例えば、１０００〜３００００ｒｐｍの範囲とすることが好ましい。このように、回転体からなる解砕部３の回転数を適正範囲にすることで、原料物６を効率良く解砕して微粒子６１として調製できるとともに、調整後の微粒子６１を直ちに生成容器５内のエアロゾル生成部４に向けて浮上させることができる。これにより、微粒子６１が再凝集するのをさらに効果的に抑制しながら、後述のエアロゾル生成部４において、エアロゾル６２をより安定して効率良く生成させることが可能となる。
【００３２】
エアロゾル生成部４は、解砕部３で調製された微粒子６１を、生成容器５内に導入される粉体輸送ガスによってエアロゾル化することで、エアロゾル６２を生成させる。具体的には、解砕部３の回転力及び下部導入口５１から導入された粉体輸送ガスによる気流に乗り、エアロゾル生成部４に浮上した微粒子６１を、下部導入口５１から導入された粉体輸送ガス、及び、生成容器５の上部導入口５２から導入された粉体輸送ガス中に分散させてエアロゾル化する。
【００３３】
エアロゾル生成部４において微粒子６１をエアロゾル化してエアロゾル６２とするにあたり、その生成効率は、エアロゾル生成部４に導入される粉体輸送ガスの流量等にも依存する。
図１に示す粉体供給器１においては、まず、生成容器５の下部に設けられた下部導入口５１から、比較的流量の小さな粉体輸送ガスを導入し、解砕部３の回転によって発生した気流に、さらに、粉体輸送ガスによる気流を加えることで、微粒子６１をエアロゾル生成部４の位置まで浮上させる。
さらに、生成容器５の上部に設けられた上部導入口５２から、流量の大きな粉体輸送ガスを導入することで、エアロゾル生成部４において微粒子６１をエアロゾル化するとともに、生成されたエアロゾル６２を外部に送出する。より具体的には、生成容器５の最上部に設けられた送出口５３から、図３に示すような成膜装置１０の成膜室１１内に設置された噴射部１９に向けて、エアロゾル６２を搬送する。
【００３４】
なお、図１（及び図３）に示す例の粉体供給器１では、粉体搬送ガスの導入口として、上記の下部導入口５１と上部導入口５２の２つで設けているが、これには限定されない。例えば、装置設計の都合上、粉体輸送ガスの導入口を生成容器の上部に設けることが必要な場合には、解砕後の微粒子を確実に浮上させる観点から、生成容器の上部及び下部の２箇所に導入口を設けることが好ましいが、生成容器における導入口の配置を適正化することで、導入口が１箇所のみとされた構成であってもよい。
【００３５】
また、送出口５３は、生成されたエアロゾル６２を効率的に外部に送出するため、エアロゾル生成部４の近傍であって、生成容器５において可能な限り上部側に設けられることが好ましい。
【００３６】
以下に、上記構成の粉体供給器１を用いてエアロゾル６２を生成する工程の概略について説明する。なお、本実施形態の粉体供給器１を、図３に示す成膜装置１０に適用した場合の、エアロゾル６２の生成を含む各工程については、後述の成膜装置及び成膜方法の説明において詳述する。
【００３７】
粉体供給器１には、外部に備えられたガスボンベ（図３中のガスボンベ１６を参照）から、下部導入口５１及び上部導入口５２に、例えば、窒素等からなる粉体輸送ガスが導入される。また、粉体供給器１を稼働させる前に、予め、収容部２に原料物６を装填する。
収容部２に装填された原料物６は、収容部２の直上に配置された解砕部３の回転作動により、解砕されて微粒子６１に調製される。この際、原料物６は、解砕部３に向けて連続的に供給されるとともに、解砕部３は、連続的に微粒子６１を調製する。
【００３８】
解砕部３で調製された微粒子６１は、下部導入口５１から導入された粉体輸送ガスの気流、及び、解砕部３の回転に伴う上昇旋回流によってエアロゾル生成部４まで浮上する。
エアロゾル生成部４には、上部導入口５２から粉体輸送ガスが導入されており、微粒子６１が、下部導入口５１及び上部導入口５２から導入された粉体輸送ガス中に分散されることでエアロゾル化され、エアロゾル６２が生成される。
エアロゾル６２は、エアロゾル生成部４の近傍であって生成容器５の最上部に配置された送出口５３から外部に向けて送出され、具体的には、図３中に示す成膜装置１０の成膜室１１内に備えられる噴射部１９に向けて送出される。
【００３９】
なお、本実施形態では、解砕部３で調製された微粒子６１を、エアロゾル生成部４に向けて効果的に浮上させるためには、上昇気流を適正に制御することが好ましい。このように、生成容器５の内部における気流を制御する手段としては、例えば、「生成容器５の高さ寸法」と、「粉体輸送ガスの流量」、「解砕部３の回転数」の各々を制御因子として適正に調整することが挙げられる
【００４０】
また、本実施形態では、原料物６の収容部２への装填に関し、生成容器５の上部に蓋体を設けるか、あるいは、生成容器５を上下に分割して開閉可能な構成とすることを例に挙げて説明しており、この場合、収容部２内の原料物６を使い切る毎に、生成容器５の開閉及び原料物６の充填を行う必要がある。このため、本実施形態では、収容部２に原料物６を装填するための構成として、例えば、生成容器５における収容部２の高さ方向寸法を大きく構成するとともに、解砕部３を生成容器５内における高さ方向で移動可能に構成し、原料物６が解砕されるにつれて解砕部３の高さ位置を低くできる構成を採用することができる。このような構成とした場合、収容部２における原料物６の装填可能量が増大するので、原料物６の装填が必要となる周期を長くすることが可能となる。
【００４１】
ここで、上述のように、原料物６の解砕とほぼ同時に微粒子６１を浮上させた場合、粒径の大きな粒子と小さな粒子とが同時にエアロゾル生成部４まで浮上し、生成されるエアロゾル６２の粒度分布に幅が生じる可能性もある。本実施形態では、例えば、生成容器５の高さを適正に調整することで、微粒子６１の粒径の大小による浮上高さの差を利用して分級機能を持たせることや、後述の製造装置の構成として説明するように、粉体供給器１の後段に分級部を設けることで、エアロゾル６２の粒度分布を適正範囲に抑制する手段を採用できる。
【００４２】
本実施形態の粉体供給器１によれば、上記構成により、原料物６の解砕とエアロゾル化が同一工程でほぼ同時に連続的進行するため、プロセス及び装置構造が簡便になる。
さらに、原料物６を解砕した直後に微粒子６１をエアロゾル化できるので、従来のような微粒子６１の搬送機構を省略でき、搬送経路において、特に粒径が比較的大きな微粒子６１による詰まりが生じるのを抑制できる。また、エアロゾル化前の微粒子６１の滞留時間を短縮し、微粒子６１が再凝集するのを抑制できる。さらに、粉体輸送ガスの気流、及び、解砕部３で発生する上昇旋回流により、装置内における微粒子の付着が防止できる。
これにより、微粒子６１の再凝集を抑制しながら、エアロゾル６２を安定且つ効率良く生成させることが可能となる。
【００４３】
［成膜装置及び成膜方法］
図３は、本実施形態で説明した粉体供給器１を適用した、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を採用した成膜装置１０を説明する概略構成図である。
本実施形態の成膜装置１０は、上記構成の粉体供給器１を少なくとも一以上備え、成膜対象となる基板４１を収容し、その一方の面４１ａに図示略の薄膜を形成するための成膜室１１と、粉体供給器１から成膜室に導入されたエアロゾル６２を基板４１に向けて噴射させる噴射部１９と、を備えている。
【００４４】
成膜室１１内には、基板４１を配置するための配置面１２ａを有するステージ１２が設けられている。ステージ１２は、基板４１を配置した状態で水平方向に移動可能となっている。
また、成膜室１１には、真空ポンプ１３が接続されており、この真空ポンプ１３の吸引により、成膜室１１内が陰圧にされる。
また、成膜室１１内には、上述した噴射部１９が配設されている。噴射部１９は、その吐出口１９ａの開口部がステージ１２の配置面１２ａ、即ち、ステージ１２の配置面１２ａ上に配置された基板４１の一方の面４１ａと対向するように配設されている。
【００４５】
噴射部１９は、輸送管１５を介して、ガスボンベ１６と接続されている。
上記の輸送管１５の経路には、ガスボンベ１６側から順に、マスフロー制御器１７、粉体供給器１が設けられている。また、図示例においては、粉体供給器１と噴射部１９との間に分級器１８が設けられている。これら、輸送管１５、ガスボンベ１６、マスフロー制御器１７、粉体供給器１、及び分級器１８によって粉体輸送機構が構成される。
【００４６】
成膜装置１０においては、例えば、輸送ガスである窒素を、ガスボンベ１６から輸送管１５へ供給し、その窒素の流速をマスフロー制御器１７で調整する。マスフロー制御器１７で調整された窒素は、２本の輸送管１５によって粉体供給器１に導入される。この際、粉体供給器１に導入される窒素の流量は、特に制限されず、成膜室１１内における噴射部１９からの噴射速度等を勘案しながら決定することができる。本実施形態においては、粉体供給器１の下部導入口５１には、微粒子６１を巻き上げられるだけの気流を発生させる程度の流量、例えば、０．５（Ｌ／ｍｉｎ）程度で窒素を導入するとともに、上部導入口５２からは、粉体輸送ガス中に効果的に微粒子６１を分散させてエアロゾル化し、高速で送出口５３から送出できる流量、例えば、５（Ｌ／ｍｉｎ）程度で窒素を導入する条件とすることができる。
【００４７】
また、粉体供給器１への原料物６の装填は、例えば、粉体供給器１に備えられる図示略の蓋体を開放し、生成容器５の底部に配置された収容部２に原料物６を収容することで行われる。
収容部２に装填された原料物６は、回転体からなる解砕部３によって解砕され、微粒子６１として調製されるとともに、解砕部３の回転力及び下部導入口５１から収容部２に導入される粉体輸送ガスの気流により、生成容器５内で上方に配置されるエアロゾル生成部４まで上昇する。
エアロゾル生成部４に導入された微粒子６１は、下部導入口５１及び上部導入口５２からエアロゾル生成部４に導入される粉体輸送ガス中に分散されることでエアロゾル化され、エアロゾル６２として送出口５３から輸送管１５を介して成膜室１１内に設置された噴射部１９に向けて搬送される。なお、図３に示す例においては、粉体供給器１と噴射部１９との間の輸送管１５の経路上に分級器１８が備えられている。
そして、噴射部１９から、エアロゾル６２（微粒子６１）が亜音速〜超音速の噴射速度で、基板４１の一方の面４１ａに向けて吐出・噴射される。
【００４８】
なお、輸送ガスとしては、特に限定されないが、例えば、酸素、窒素、希ガス、空気（大気）等を用いることが好ましい。
【００４９】
本実施形態の成膜装置１０においては、上述した粉体供給器１が備えられた構成なので、装置内において微粒子６１の詰まりや再凝集等が生じるのが抑制され、基板４１上に、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態の成膜装置においては、詳細な図示を省略するが、例えば、粉体供給器１を複数備え、これら複数の粉体供給器１において、それぞれ異なる粒度分布を有する、即ち、平均粒子径が異なるエアロゾル６２（微粒子６１）を生成させ、それぞれ成膜室１１に導入される構成としても良い。このように、粒度分布の異なるエアロゾル６２を複数種で成膜室１１に導入する構成を採用することで、例えば、それぞれのエアロゾル６２の分率の調整により、基板４１上に成膜された薄膜中の粒度分布を任意に調整することが可能となる。また、粒度分布を任意に調製するだけでなく、例えば、基板４１に対して異なる種類の粉体（微粒子）を吹き付けることもでき、得られる薄膜のバリエーションを変化させることも可能となる。
【００５１】
次に、本実施形態の粉体供給器１を適用した成膜装置１０を使用した場合の成膜方法の詳細について説明する。以下においては、成膜装置１０を用いて、ＡＤ法によって薄膜を成膜する一例として、色素増感太陽電池（以下、単に太陽電池と称する）の光電極を形成する方法を挙げて説明する。
【００５２】
この成膜方法においては、無機物質である原料物６の微粒子６１をエアロゾル化し、得られたエアロゾル６２を基板４１に吹き付けて、基板４１と微粒子６１とを接合させるとともに、微粒子６１同士を接合させることによって、基板４１上に無機物質の薄膜を成膜する。
【００５３】
まず、成膜室１１内のステージ１２の配置面１２ａに、基板４１を配置する。
基板４１としては、特に制限されず、例えば、太陽電池に用いられる光電極等の各種電子部品に使用される透明基板が挙げられる。透明基板としては、例えば、ガラスやプラスチックからなる基板、又は、フィルムが挙げられる。また、基板４１の材料であるガラスとしては、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス及び白板ガラス等の一般的なガラスが挙げられる。
【００５４】
基板４１の材料であるプラスチックとしては、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂及びポリアミド樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリエステル樹脂、特に、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、透明耐熱フィルムとして大量に生産及び使用されている点から、入手性等の観点で好ましい。さらに、薄く、軽く、かつフレキシブルな色素増感太陽電池を製造する観点からは、基板４１としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを使用することがより好ましい。
【００５５】
次いで、真空ポンプ１３を作動させて、成膜室１１内を真空にする。
次いで、輸送管１５を介して、ガスボンベ１６から成膜室１１内に窒素を供給し、成膜室１１内を窒素雰囲気とする。
【００５６】
次いで、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化ガリウム／酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの原料粒子を用い、基板４１の一方の面４１ａに導電材からなる透明導電層を形成する。あるいは、予め上記導電材からなる透明導電層が形成された基板４１を使用しても良い。
【００５７】
次いで、基板４１の一方の面４１ａに形成された透明導電層上に、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の金属酸化物からなる光電変換層を形成する。光電変換層を形成するためには、まず、粉体供給器１の収容部２に、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物からなる原料物６を装填する。
次に、解砕部３によって原料物６を解砕することで微粒子６１を調製するとともに、解砕部３の回転力及び下部導入口５１から収容部２に導入される粉体輸送ガスの気流で、微粒子６１をエアロゾル生成部４まで浮上させる。この際、微粒子６１は、下部導入口５１及び上部導入口５２からエアロゾル生成部４に導入される粉体輸送ガス中に分散させてエアロゾル化される。その後、生成されたエアロゾル６２を、送出口５３から輸送管１５に送出し、分級器１８を介して成膜室１１内に設置された噴射部１９へ搬送する。
そして、噴射部１９の吐出口１９ａから、基板４１の一方の面４１ａに形成された透明導電層の表面（透明導電層の基板４１と接している面とは反対側の面）に、エアロゾル６２（微粒子６１）を吹き付ける。
【００５８】
ここで、基板４１上に形成された透明導電層の表面に衝突した微粒子は、少なくともその一部が透明導電層の表面に食い込んで、容易には剥離しない状態となる。また、この衝突により、透明導電層の表面と微粒子表面に新生面が形成されて、主に、この新生面において透明導電層と微粒子６１とが接合する。続いて、さらに吹き付けを継続することにより、透明導電層の表面に食い込んだ微粒子に対して、別の微粒子が衝突する。このような微粒子同士の衝突によって、互いの微粒子表面に新生面が形成されて、主にこの新生面において微粒子同士が接合する。この微粒子同士の衝突においては、微粒子が溶融するような温度上昇は発生し難いため、微粒子同士が接合した界面には、ガラス質からなる粒界層は実質的に存在しない。さらに、微粒子の吹き付けを継続することによって、次第に、基板４１上に形成された透明導電層の表面に多数の微粒子６１が接合してなる薄膜が形成される。形成された薄膜は、色素増感太陽電池の透明導電層として充分な強度を有するので、焼成による焼き締めを必要としない。
【００５９】
上記例示の成膜方法によれば、基板４１の一方の面４１ａに形成された透明導電層の表面に、ＴｉＯ２粒子を高速で吹き付けて、透明導電層とＴｉＯ２粒子とを接合させるとともに、ＴｉＯ２粒子同士を接合させることによって、透明導電層上にＴｉＯ２粒子からなる薄膜を形成することができる。
また、上記の手順で得られる薄膜は、いわゆる圧粉体とは異なり、圧粉体よりも強度が強く、圧粉体よりも基板から剥離し難いものとなる。
【００６０】
上述した本実施形態の成膜方法は、上記の粉体供給器１あるいは成膜装置１０を用いて基板４１上に薄膜を形成する方法なので、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能となる。
【００６１】
［作用効果］
以上説明したように、本発明に係る粉体供給器１、及び、この粉体供給器１を備えた成膜装置１０、並びに、それらを用いた成膜方法によれば、上記した構成によって以下の効果を奏する。
即ち、本発明に係る粉体供給器１によれば、収容部２、解砕部３及びエアロゾル生成部４が同一の生成容器５内に備えられている構成なので、原料解砕とエアロゾル化が、同一工程でほぼ同時に連続して進行するため、プロセス及び装置構造が簡便になる。さらに、原料物６を解砕した直後に微粒子６１をエアロゾル化できる構成なので、微粒子６１の搬送機構を省略でき、搬送経路において微粒子６１の詰まりが生じるのを抑制できるとともに、エアロゾル化前の微粒子６１の滞留時間を短縮し、微粒子６１が再凝集するのを抑制できる。
従って、プロセスや装置を煩雑にすることがなく、微粒子６１による詰まりが生じるのを防止できるとともに、微粒子６１の再凝集を抑制してエアロゾルを安定且つ効率良く生成させることが可能になるという効果を奏する。
【００６２】
また、本発明に係る成膜装置１０によれば、上記の粉体供給器１を備えた構成なので、装置内において微粒子６１の詰まりや再凝集等が生じるのが抑制され、基板４１上に、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能になるという効果を奏する。
【００６３】
また、本発明に係る成膜方法よれば、上記の粉体供給器１あるいは成膜装置１０を用いて基板上に薄膜を形成する方法なので、特性に優れた薄膜を生産性良く成膜することが可能になるという効果を奏する。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００６５】
［実施例］
本実施例では、まず、図１に示すような、原料物６を収容する収容部２と、原料物６を解砕して微粒子６１を調製する回転体からなる解砕部３と、微粒子６１をエアロゾル化することでエアロゾル６２を生成させるエアロゾル生成部４とが同一の生成容器５内に備えられた構成の粉体供給器１を準備した。ここで、解砕部３としては、図２に示すような、ミルとして用いられる形状であるとともに、旋回流を発生させることが可能な形状であり、平面視長方形状で長さが１００ｍｍ、最大幅が１０ｍｍの回転体を用いた。
【００６６】
次に、原料物６として、収容部２、即ち、生成容器５の底部に、酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉体を０．０２ｋｇ装填した。
次に、粉体輸送ガスとして窒素を用い、生成容器５に設けられた下部導入口５１から０．５（Ｌ／ｍｉｎ）、上部導入口５２から５（Ｌ／ｍｉｎ）で窒素を導入しながら、解砕部３を２００００ｒｐｍで回転させた。これにより、原料物６を連続的に解砕して微粒子６１を調製しながら、連続的に、エアロゾル生成部４において、微粒子６１を粉体輸送ガス中に分散させてエアロゾル化した。
【００６７】
［比較例］
比較例では、まず、図４（ａ）に示すように、ミル棒１０１を用いて、図示略の乳鉢内で酸化チタンの粉体からなる原料物６を解砕し、微粒子６１を調製した。
次に、図４（ｂ）に示すような、生成容器１０２の内部にガス導入管１０３及び送出管１０４が導入されてなる従来の構成の粉体供給器を用い、乳鉢で解砕して得られた微粒子６１を生成容器１０２の底部に装填した。
そして、生成容器１０２の内部に、ガス導入管１０３から、粉体輸送ガスとして窒素を５（Ｌ／ｍｉｎ）で導入し、エアロゾル化してエアロゾル６２を生成した。
【００６８】
［評価項目及び評価方法］
（エアロゾルの粒度分布の評価）
上記手順の実施例及び比較例で各々得られたエアロゾルについて、その粒度分布を測定した。この際、粒度分布は、エアロゾル化後の粉体（微粒子）を採集し、エタノール中に分散させた状態で、レーザー回折式粒度分布測定装置にて測定した。
【００６９】
（吐出・吹き付けによる成膜性の評価）
上記手順の実施例及び比較例で各々得られたエアロゾルを、図２に示すような成膜装置１０の成膜室１１に備えられた噴射部１９に導入し、以下に示す条件のエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により、基板４１に対して吐出・吹き付けを行うことで、実際に薄膜を成膜し、その成膜性を評価した。
この際、噴射部１９から基板４１までの距離を１０ｍｍとし、基板４１の一方の面４１ａにエアロゾル６２を吹き付け、薄膜を成膜した。
【００７０】
より具体的には、成膜室１１内の気圧：１００Ｐａ、粉体輸送ガス（窒素）の供給量：５Ｌ／ｍｉｎ、基板４１の掃引速度：３０ｃｍ／ｍｉｎの各条件で、基板４１に対するエアロゾル６２の吹き付けを行い、成膜処理を１回実施し、成膜性の評価を行った。この際、成膜性の評価は、成膜された薄膜の膜厚測定、及び、光学顕微鏡による外観観察により行った。
【００７１】
［評価結果］
上記のような評価試験の結果、実施例と比較例とでは、下記表１に示すように、生成されたエアロゾルの粒度分布がほぼ同様であるとともに、何れも良好な成膜性を示すことが確認された。
【００７２】
【表１】
2015151560.tif 000003
【００７３】
さらに、本発明に係る実施例においては、原料物６を解砕して、直ちに微粒子６１をエアロゾル化することで、収容部内及び配管内における粉体の詰まりがなく、生産性にも優れていることが確認できた。
【００７４】
以上で説明した各実施形態及び実施例における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態及び実施例によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法は、例えば、エアロゾルデポジション法を用いて基板上に膜状の素子構造体を形成する各種電子部品の製造工程において、幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…粉体供給器、２…収容部、３…解砕部（回転体）、３ａ…取付孔、３１，３２…羽根、３Ａ…回転軸、４…エアロゾル生成部、５…生成容器、５１…下部導入口、５２…上部導入口、５３…送出口、６…原料物、６１…微粒子、６２…エアロゾル、１０…成膜装置、１１…成膜室、１２…ステージ、１２ａ…配置面、１３…真空ポンプ、１５…輸送管、１６…ガスボンベ、１７…マスフロー制御器、１８…分級部、１９…噴射部、１９ａ…吐出口、４１…基板、４１ａ…一方の面。
【図１】
2015151560.tif 000004
【図２】
2015151560.tif 000005
【図３】
2015151560.tif 000006
【図４】
2015151560.tif 000007