(57)【要約】【課題】エアロゾルデポジション法においてエアロゾル微粒子の吐出量を正確に計測する方法を提供する。【解決手段】微粒子をガス中に分散したエアロゾルを、真空チャンバー３内でエアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａから基材上に噴射して成膜を行なうエアロゾルデポジション法による成膜工程において、微粒子が通過しない微細な孔を持つ捕集フィルター１０を吐出開口部２ａを覆って取り付け、エアロゾル吐出ノズル２から吐出される微粒子を所定時間捕集するステップと、捕集フィルター１０を取り外し捕集された微粒子重量から吐出量を計測するステップとを備えてなり、上記捕集フィルター１０は、真空チャンバー３内を 1000 Pa 以下に減圧したときのガス通気量が 1 Ｌ／分 以上であり、捕集フィルター１０の微細な孔は粒子径 0.1μm 以上の微粒子を通過させない孔である。【選択図】図１
2008049276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子をガス中に分散したエアロゾルを、真空チャンバー内でエアロゾル吐出ノズルの吐出開口部から基材上に吐出し衝突させて成膜を行なうエアロゾルデポジション法による成膜工程において、前記エアロゾル吐出ノズルから吐出される微粒子の吐出量を計測する微粒子吐出量計測方法であって、
前記微粒子が通過しない微細な孔を持つ捕集フィルターを前記吐出開口部を覆って取り付け、前記エアロゾル吐出ノズルから吐出される微粒子を所定時間捕集するステップと、捕集フィルターを取り外し捕集された微粒子重量から吐出量を計測するステップとを備えてなることを特徴とする微粒子吐出量計測方法。
【請求項２】
前記捕集フィルターは、前記真空チャンバー内を 1000 Pa 以下に減圧したときのガス通気量が 1 Ｌ／分 以上であることを特徴とする請求項１記載の微粒子吐出量計測方法。
【請求項３】
前記捕集フィルターの微細な孔は、粒子径 0.1μm 以上の微粒子を通過させない孔であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の微粒子吐出量計測方法。
【請求項４】
前記微粒子はセラミックス微粒子であり、平均粒子径が 0.1μm〜2μm であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の微粒子吐出量計測方法。
【請求項５】
前記セラミックス微粒子は、アルミナ微粒子であることを特徴とする請求項４記載の微粒子吐出量計測方法。
【請求項６】
前記ガスは、アルゴン、窒素またはヘリウムを含む不活性ガスであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の微粒子吐出量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と記す）において、エアロゾル吐出ノズルから吐出される微粒子の吐出量を計測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上の膜の形成方法として、微粒子ビーム堆積法あるいはＡＤ法と呼ばれる脆性材料の膜や構造物の形成方法がある。ＡＤ法は、脆性材料の微粒子を含むエアロゾルをノズルから基板に向けて吐出し、基板に微粒子を衝突させて、その機械的衝撃力を利用して脆性材料の多結晶構造物を基板上にダイレクトに形成させる方法である。ＡＤ法として例えば、所定の粒子径の微粒子を得るために微粒子を分級して成膜する方法が知られている（特許文献１参照）。
この方法では、成膜を安定して行なうために、分級して得られたエアロゾル微粒子の吐出量を計測・管理することが非常に重要になる。従来、エアロゾル微粒子の吐出量を計測する方法として、ノズルから吐出するエアロゾル微粒子濃度を光学的な方法で計測する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、特許文献２のような光学的な吐出量計測方法では、光学経路中の発信部・受光部へのエアロゾル微粒子の付着や、発信部・受光部の設置によるエアロゾル自由流の流れへの影響等により正確に計測されない場合があるという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−２１６７７号公報
【特許文献２】特開２００５−４９２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、ＡＤ法においてエアロゾル微粒子の吐出量を正確に計測する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の微粒子吐出量計測方法は、微粒子をガス中に分散したエアロゾルを、真空チャンバー内でエアロゾル吐出ノズルの吐出開口部から基材上に吐出し衝突させて成膜を行なうＡＤ法による成膜工程において、上記エアロゾル吐出ノズルから吐出される微粒子の吐出量を計測する微粒子吐出量計測方法であって、上記微粒子が通過しない微細な孔を持つ捕集フィルターを上記吐出開口部を覆って取り付け、上記エアロゾル吐出ノズルから吐出される微粒子を所定時間捕集するステップと、捕集フィルターを取り外し捕集された微粒子重量から吐出量を計測するステップとを備えてなることを特徴とする。
特に、上記捕集フィルターは、真空チャンバー内を 1000 Pa 以下に減圧したときのガス通気量が 1 Ｌ／分 以上であることを特徴とする。また、上記捕集フィルターの微細な孔は、粒子径 0.1μm 以上の微粒子を通過させない孔であることを特徴とする。
【０００６】
上記微粒子はセラミックス微粒子であり、平均粒子径が 0.1μm〜2μm であることを特徴とする。また、上記セラミックス微粒子は、アルミナ微粒子であることを特徴とする。
また、上記ガスは、アルゴン、窒素またはヘリウムを含む不活性ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の微粒子吐出量計測方法は、ＡＤ法における成膜方法において、エアロゾル中の微粒子が通過しない微細な孔を持つ捕集フィルターを吐出開口部を覆って取り付け、エアロゾル吐出ノズルから吐出される微粒子を所定時間捕集するステップと、捕集フィルターを取り外し捕集された微粒子重量から吐出量を計測するステップとを備えてなるので、エアロゾル吐出ノズルから吐出されるエアロゾル微粒子の所定時間あたりの吐出量を正確に計測することができ、光学式の計測方法よりも信頼性に優れる。
【０００８】
また、捕集フィルターとして、真空チャンバー内を 1000 Pa 以下に減圧したときのガス通気量が 1 Ｌ／分 以上で、粒子径 0.1μm 以上の微粒子を通過させないものを使用するので、被膜形成時と同等の減圧条件下においてエアロゾル吐出ノズルから吐出される、ＡＤ法で通常使用される平均粒子径 0.1μm〜2μm 程度の微粒子の吐出量を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ＡＤ法は、脆性材料の微粒子を不活性ガス等のガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてエアロゾル吐出ノズルより吐出し、エアロゾルをこの基材表面に高速で連続的に衝突させ、超微粒子の構成材料からなる被膜を基材上に形成させる方法である。脆性材料の微粒子は、衝突により粉砕し、清浄な新生表面を形成し、低温接合を生じさせるので、室温で超微粒子同士の接合を実現できる。
被膜形成を安定して連続的に行ない、均一な物性の被膜を形成するためには、エアロゾル吐出ノズルから吐出されるエアロゾル中の微粒子量を、被膜形成中において一定量に保つことが重要となる。本発明は、このエアロゾル微粒子の吐出量を簡易な手段で正確に測定する方法であり、該方法で測定されるエアロゾル微粒子の吐出量に基づき、エアロゾル発生装置や真空チャンバー等のＡＤ被膜形成装置における好適条件を決定することができる。
【００１０】
ＡＤ法においてエアロゾル原料として使用する微粒子は、被膜形成可能なものであればよく、主にセラミックス微粒子が挙げられる。セラミックス微粒子としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の酸化物、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の微粒子が挙げられる。これらの中で、それぞれのセラミックスの高純度グレードにおいて、真比重が小さい方がエアロゾル化しやすいことから、アルミナ微粒子が好ましい。
また、セラミックス微粒子以外でも、シリコン、ゲルマニウムなどのへき開性の強い脆性材料の微粒子を使用することも可能である。
【００１１】
ＡＤ法において使用する微粒子の平均粒子径は、0.1μm〜2μm であることが好ましい。0.1μm 未満では凝集しやすくエアロゾル化は困難であり、2μm をこえるとＡＤ法での膜形成はできない（膜成長しない）。なお、本発明において平均粒子径は日機装株式会社製：レーザー式粒度分析計マイクロトラックＭＴ３０００によって測定した値である。
本発明の微粒子吐出量計測方法では、捕集フィルターの孔を上記微粒子が通過しないサイズ、特に粒子径 0.1μm 以上の微粒子を通過させないサイズとすることで、上述のいずれの微粒子についても吐出量の測定が可能である。
【００１２】
本発明の微粒子吐出量計測方法において用いる装置を図１に基づいて説明する。図１は本発明の微粒子吐出量計測方法に係る捕集フィルターを装着したＡＤ法による被膜形成装置を示す図である。
図１に示すように、ＡＤ法による被膜形成装置１はエアロゾル発生装置９と、真空チャンバー３とを有する。エアロゾル発生装置９において脆性材料の微粒子が、搬送ガスと混合されてエアロゾルが形成される。エアロゾルは真空チャンバー３のエアロゾル吐出ノズル２に供給される。エアロゾル吐出ノズル２にはエアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａを覆うように捕集フィルター１０が取り付けられている。エアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａから噴射されたエアロゾル中の所定粒子径よりも大きい粒子が捕集フィルター１０に捕集される。
真空チャンバー３の内部は真空ポンプ８によって減圧される。微粒子の混入を防止するため、真空ポンプ８の直前に微粒子フィルター７が設けられている。また、エアロゾルの搬送ガスとしては、不活性ガスを使用し、ガス供給設備６からエアロゾル発生装置９に供給されている。使用可能な不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム等が挙げられる。
【００１３】
本発明に用いる捕集フィルター１０は、ＡＤ法において使用される上述の一般的な粒子径の微粒子を捕捉することができるよう、 粒子径 0.1μm 以上の微粒子が通過しない微細な孔を持つフィルターで構成することが好ましい。
また、ノズルからのエアロゾルの吐出は、真空チャンバー３内の真空度に依存する。よって、捕集フィルター１０は、被膜形成時と同等の条件における吐出量を測定するために、真空チャンバー３内を真空ポンプ８により 1000 Pa 以下に減圧したときのガス通気量が 1 Ｌ／分 以上のフィルターで構成することが好ましい。
以上の条件を満たす捕集フィルター１０を用いることで、被膜形成効率に関与する、被膜形成時と同条件下における微粒子の吐出量を正確に求めることができる。
【００１４】
捕集フィルター１０の材質としては、織布、不織布、樹脂多孔質体等いずれも特に制限なく使用できる。これらの中で安価な不織布を使用することが好ましい。なお、フィルターを構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも特に制限なく使用できる。
捕集フィルター１０は、真空チャンバー３内で少なくともエアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａを覆う形で取り付けることを必須要件し、この要件を満たせば、ボックス等の所定形状の他、袋状等の不定形状であってもよい。
【００１５】
本発明の微粒子吐出量計測方法を図１に基づいて説明する。
まず、被膜形成装置１を起動する前にエアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａを覆うように捕集フィルター１０をエアロゾル吐出ノズル２に取り付け、微粒子をエアロゾル発生装置９に投入する。次に真空ポンプ８を起動した後、ガス供給設備６からエアロゾル発生装置９に搬送ガスを供給し、エアロゾルを発生させる。発生したエアロゾルをエアロゾル吐出ノズル２から所定時間噴射させ、捕集フィルター１０に所定の粒子径以上の微粒子を捕集する。
次に被膜形成装置１を停止してエアロゾル吐出ノズル２から捕集フィルター１０を取り外し、捕集フィルター１０の重量を測定し、捕集した微粒子の重量から所定時間における微粒子の吐出量を求める。
【００１６】
吐出量の計測後、基材表面に被膜を形成する方法を図２に基づいて説明する。図２は一例として軸受の外輪外径面に被膜を形成する場合の被膜形成装置を示す図である。
図２に示すように、被膜形成対象である外輪１１は、位置決め用ＸＹテーブル４に連設する対象物回転用モータ５に取り付けられ、対象物回転用モータ５により回転させられ（図中Ａ）、位置決め用ＸＹテーブル４により軸方向に移動させられる（図中Ｂ）。
外輪１１を回転・移動させつつ、該外輪１１に向けて、計測された微粒子の吐出量でエアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａから微粒子が吐出され、外輪外径面に被膜が形成される。被膜形成は、基材の用途に応じて被膜厚さが所定の膜厚となるまで行なう。
【実施例】
【００１７】
図１に示す捕集フィルター１０としてアズワン社製帯電防止布フィルターＦＣ１−１（重量 6.7 g 、Φ 55 mm×110 mm 、通気速度 3 cm3・air／cm2・sec ）を、エアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａ（開口サイズ 1.0 mm× 10 mm ）を覆う形で装着した被膜形成装置１を用いた。
エアロゾル発生装置９にアルミナ微粒子として大明化学工業社製、タイミクロンＴＭ-ＤＡＲ 100 g を仕込み、エアロゾル発生装置内 27 kPa で搬送ガス通気量 15 Ｌ／分にて、エアロゾルを発生させ、真空チャンバー内（400 Pa）にてエアロゾル吐出ノズル２の吐出開口部２ａから噴射させたエアロゾル中のアルミナ微粒子を 20分間捕集フィルター１０に捕集した。捕集後、被膜形成装置１を停止して捕集フィルター１０を取り外し、捕集フィルター１０の重量を測定した。捕集後の捕集フィルター１０の重量 31.7 g から捕集されたアルミナ微粒子の重量 25.0 g を求め、所定時間におけるアルミナ微粒子の吐出量 1.25 g/分を算出した。
捕集されたアルミナ微粒子の平均粒子径は、日機装社製：レーザー式粒度分析計マイクロトラックＭＴ３０００によって測定し 平均粒子径 0.16μm であった。
なお、本フィルターを用いて、20分間でエアロゾルチャンバーから排出されたアルミナ微粒子量に対し通気量を損なうことなく平均粒子径 0.16μm の粒子を 84〜89 重量％程度捕集することができた。11〜16 重量％は管路内の付着ロスや捕集フィルタが通気量を損なわずにある程度目が詰まって微粒子が捕集されるまでにフィルターを通過した量と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の微粒子吐出量計測方法は、微細な孔を持つ捕集フィルターをエアロゾル吐出ノズルの吐出開口部を覆う形で取り付けることで、微粒子の吐出量を正確に計測できるので、各種産業に用いられるＡＤ法による被膜形成方法等において各種運転条件設定に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の微粒子吐出量計測方法に係る捕集フィルターを装着したＡＤ法による被膜形成装置を示す図である。
【図２】ＡＤ法による被膜形成装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    被膜形成装置
２    エアロゾル吐出ノズル
２ａ  吐出開口部
３    真空チャンバー
４    位置決め用ＸＹテーブル
５    対象物回転用モータ
６    ガス供給設備
７    微粒子フィルター
８    真空ポンプ
９    エアロゾル発生装置
１０    捕集フィルター
１１    外輪
【図１】
2008049276.tif 000003
【図２】
2008049276.tif 000004