(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料粒子を気体中に分散させたエアロゾルを基板に噴き付けて前記粒子を付着させることにより膜を形成する膜形成装置に接続されるとともに、前記エアロゾルから前記材料粒子を回収する粉体回収装置であって、
前記膜形成装置に接続されて前記基板に噴き付けた後の前記エアロゾルが流される分離槽と、
前記分離槽内に前記エアロゾルの流れに相対して設けられるとともに前記エアロゾルの流路方向に対して斜めに傾く傾斜面を備えた回収壁部と、
前記分離槽に連通する排気路と、
この排気路に設けられるとともに前記材料粒子と分離された前記気体を前記分離槽外へ排気する排気手段と、
を備える粉体回収装置。
【請求項２】
前記エアロゾルの流路方向に対して垂直な面からの前記傾斜面の傾き角度が３０°以上である請求項１に記載の粉体回収装置。
【請求項３】
前記傾斜面のビッカース硬度がＨＶ４００以上である請求項１に記載の粉体回収装置。
【請求項４】
前記傾斜面が前記分離槽において前記エアロゾルの流路の下流側へ向かって下り勾配となる下向き傾斜面とされている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粉体回収装置。
【請求項５】
前記傾斜面が前記エアロゾルの流路を塞ぐように設けられているとともに、前記排気路が前記傾斜面よりも上流側において前記分離槽に連通している前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の粉体回収装置。
【請求項６】
前記分離槽は、前記成膜装置に接続する接続位置における開口面積が前記排気路と連通する連通位置における断面積よりも大きくされたものである請求項５に記載の粉体回収装置。
【請求項７】
前記分離槽の底部に前記材料粒子を排出するための粉末排出路が設けられているとともに、前記回収壁部が前記分離槽の内壁面に沿って前記分離槽内を摺動可能とされている請求項１〜請求項６のいずれかに記載の粉体回収装置。
【請求項８】
前記排気路が、前記分離槽内における前記回収壁部の可動領域よりも上流側において前記分離槽に連通している請求項７に記載の粉体回収装置。
【請求項９】
前記排気路が、前記分離槽の天井部に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の粉体回収装置。
【請求項１０】
前記排気路が前記エアロゾルの流路方向に対して傾きをもって接続されている請求項１〜請求項９のいずれかに記載の粉体回収装置。
【請求項１１】
前記分離槽が前記排気路を介して複数設けられている請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の粉体回収装置。
【請求項１２】
内部に基板が設置されるとともに、材料粒子を気体中に分散させたエアロゾルを前記基板に向けて噴射する噴射ノズルを備えた成膜室と、
前記成膜室に連通して前記基板に噴き付けた後の前記エアロゾルが流される分離槽と、
前記分離槽内に前記エアロゾルの流路に相対して設けられるとともに前記エアロゾルの流路方向に対して斜めに傾く傾斜面を備えた回収壁部と、
前記分離槽に連通する排気路と、
この排気路に設けられるとともに前記材料粒子と分離された前記気体を前記分離槽外へ排気する排気手段と、
を備えた粉体回収装置付き成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体回収装置、および粉体回収装置付き成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばインクジェットプリンタのプリンタヘッド等に用いられる圧電アクチュエータ等の製造方法として、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）と呼ばれるものがある。これは、圧電材料の微粒子を気体中に分散させたもの（エアロゾル）を基板表面に向けて噴射させ、この微粒子を基板上に衝突・堆積させることにより圧電膜を形成するものである。
【０００３】
ところで、このＡＤ法による成膜では、噴射された微粒子のうち基板に付着して膜の生成に寄与するのは多くても１割程度であり、材料の利用率が極めて低い。このため、例えば特許文献１に開示されているように、成膜装置に粉体回収装置を接続して使用後のエアロゾルから微粒子を回収し、再利用しようとする試みが行われている。
【特許文献１】特開２００３−１１９５７３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、エアロゾルデポジション法が減圧下で成膜を行うものであることと、材料粒子の特性等から、従来の粉体回収方法をそのまま用いたのでは種々の不都合が生じる。例えば、電気集塵機を用いる方法では、材料であるセラミックスの粒子が極性を帯びにくいものであるために、効率の良い捕集が難しい。また、フィルタや衝突板を利用して材料粒子を捕集する方法では、成膜時に基板への衝突によって活性の高い新生面が露出された材料粒子が、フィルタや衝突板に強固に付着してしまう。このため、メンテナンスに多大な時間と労力を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エアロゾルデポジション法による膜形成において、簡易かつ効率的に材料粒子の回収、再利用を図ることのできる粉体回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための請求項１の発明に係る粉体回収装置は、材料粒子を気体中に分散させたエアロゾルを基板に噴き付けて前記粒子を付着させることにより膜を形成する膜形成装置に接続されるとともに、前記エアロゾルから前記材料粒子を回収する粉体回収装置であって、前記膜形成装置に接続されて前記基板に噴き付けた後の前記エアロゾルが流される分離槽と、前記分離槽内に前記エアロゾルの流れに相対して設けられるとともに前記エアロゾルの流路方向に対して斜めに傾く傾斜面を備えた回収壁部と、前記分離槽に連通する排気路と、この排気路に設けられるとともに前記材料粒子と分離された前記気体を前記分離槽外へ排気する排気手段と、を備えるものである。
【０００７】
ここで、「材料粒子と分離された」とは、気体から材料粒子が完全に取り除かれた状態のみを意味するのではなく、材料粒子の一部のみが取り除かれて粒子濃度が低くなった状態も含む意である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の粉体回収装置であって、前記エアロゾルの流路方向に対して垂直な面からの前記傾斜面の傾き角度が３０°以上とされたものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の粉体回収装置であって、前記傾斜面のビッカース硬度がＨＶ４００以上とされたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粉体回収装置であって、前記傾斜面が前記分離槽において前記エアロゾルの流路の下流側へ向かって下り勾配となる下向き傾斜面とされたものである。
【００１１】
請求項５の発明は、記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の粉体回収装置であって、前記傾斜面が前記エアロゾルの流路を塞ぐように設けられているとともに、前記排気路が前記傾斜面よりも上流側において前記分離槽に連通しているものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の粉体回収装置であって、前記分離槽は、前記成膜装置に接続する接続位置における開口面積が前記排気路と連通する連通位置における断面積よりも大きくされたものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の粉体回収装置であって、前記分離槽の底部に前記材料粒子を排出するための粉末排出路が設けられているとともに、前記回収壁部が前記分離槽の内壁面に沿って前記分離槽内を摺動可能とされたものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項７に記載の粉体回収装置であって、前記排気路が、前記分離槽内における前記回収壁部の可動領域よりも上流側において前記分離槽に連通しているものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８に記載の粉体回収装置であって、前記排気路が、前記分離槽の天井部に接続されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の粉体回収装置であって、前記排気路が前記エアロゾルの流路方向に対して傾きをもって接続されているものである。
【００１７】
請求項１１の発明は、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の粉体回収装置であって、前記分離槽が前記排気路を介して複数設けられているものである。
【００１８】
請求項１２の発明は、内部に基板が設置されるとともに、材料粒子を気体中に分散させたエアロゾルを前記基板に向けて噴射する噴射ノズルを備えた成膜室と、前記成膜室に連通して前記基板に噴き付けた後の前記エアロゾルが流される分離槽と、前記分離槽内に前記エアロゾルの流路に相対して設けられるとともに前記エアロゾルの流路方向に対して斜めに傾く傾斜面を備えた回収壁部と、前記分離槽に連通する排気路と、この排気路に設けられるとともに前記材料粒子と分離された前記気体を前記分離槽外へ排気する排気手段と、を備えた粉体回収装置付き成膜装置である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１および請求項１２の発明によれば、粉体回収装置において、分離槽内には回収壁部が備えられている。そして、エアロゾルに含まれる材料粒子がこの回収壁部に衝突して付着することにより、材料粒子が気体から分離される。しかし、成膜時と同様に材料粒子が衝突面に強く密着したのでは、この材料粒子を回収壁部から剥ぎ取って再利用に供するのに多大な手間がかかってしまう。そこで、本発明では、衝突面を傾斜面とすることとした。このようにすれば、材料粒子は傾斜面に対して斜め方向から衝突することとなり、傾斜面への入射角が小さくなるため、その衝突エネルギーが、垂直方向から衝突する場合と比べて小さくなる。このため、付着した材料粒子の回収壁部への密着力は弱くなるから、容易に材料粒子を回収壁部から剥離して再利用に供することができる。これにより、材料粒子を簡易に回収・再利用することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、傾斜面の傾き角度が３０°以上とされている。このように、傾斜面への材料粒子の入射角度をある一定の角度以下とすることによって、材料粒子の傾斜面への衝突エネルギーを、材料粒子の破砕か傾斜面へのめり込みが生じず、分子間力（ファンデルワールス力や静電気力）のみによって傾斜面に付着する程度に小さくすることができる。これにより、容易に材料粒子を回収壁部から剥離して再利用に供することができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、傾斜面のビッカース硬度がＨＶ４００以上である。このように、傾斜面を所定以上の硬度を有するものとすれば、材料粒子が傾斜面にめり込むことができないため、堆積した材料粒子層の傾斜面との界面でのアンカー効果を小さくすることができる。したがって、容易に材料粒子を回収壁部から剥離して再利用に供することができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、傾斜面が下向きとされている。このような構成によれば、傾斜面にいったん付着・堆積した材料粒子が、自重により傾斜面から剥がれて落下する。したがって、材料粒子を回収壁部から剥ぎ落とす手間を省くことができ、回収作業を省力化できる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、傾斜面はエアロゾルの流路を塞ぐように設けられている。このような構成によれば、エアロゾルが傾斜面を迂回して裏側へ逃げることがなくなり、分離槽内を流れるエアロゾルが全て傾斜面で受けられることとなる。加えて、エアロゾルは傾斜面にぶつかることにより、急激に向きを変えられて排気路の方へと流れていくこととなるから、分離槽の内周面と傾斜面とで作られる角部付近ではエアロゾルの滞留が起こり、比較的粒径の小さな材料粒子が吹き溜りとなって蓄積される。これにより、材料粒子の回収率を高めることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、分離槽において、成膜装置に接続する接続口における開口面積が、排気路と連通する連通領域における断面積よりも大きくされている。このような構成によれば、排気路との連通口付近、すなわち断面積の狭い領域を通過する際にエアロゾルの流速が速められる。このため、エアロゾルに含まれる材料粒子は、排気路側へ漏れ出すことなく一気に分離槽の奥方へ進入していく。そして、回収壁部に衝突して流れが遅くなるとともに材料粒子と分離された気体のみが、Ｕターンして排気路へと吸引されていく。これにより、排気路が回収壁部の上流側に設けられていても、材料粒子の排気路側への流出を低減でき、材料粒子の回収率を高めることができる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、回収壁部の摺動により、傾斜面にいったん付着した後に分離槽の底面に落下した材料粒子や、分離槽の内周面に付着した材料粒子をかき寄せて、分離槽の底部に設けられた粉末排出路に運ぶことができる。これにより、装置の運転を止めて回収壁部を取り外す、といった煩雑な手順を経ることなく、分離槽内の材料粒子を装置外へ排出することができ、便利である。
【００２６】
請求項８の発明によれば、排気路は、分離槽内における前記回収壁部の可動領域よりも上流側に設けられている。このような構成によれば、回収壁部が最大限上流側に駆動されても、排気路を塞ぐことがないから、成膜装置から分離槽を経て排気路へ至る気流が妨げられることがない。このため、装置の運転を止めることなく、回収壁部を駆動して材料粒子を装置外へ排出することができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、排気路は、分離槽の天井部に接続されている。このような構成によれば、例えば排気路が分離槽の側面や下面に接続される場合と比較して、回収壁部の摺動により分離槽の底面にかき寄せられた材料粒子が排気路へ入り込むおそれが少なくなるため、材料粒子の回収率を高めることができる。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、排気路がエアロゾルの流路方向に対して傾きをもって接続されている。このような構成によれば、エアロゾルは分離槽から排気路に進入する際に急激に進行方向を変えられる。このときエアロゾル内の粒子には慣性力が働くため、排気路へと方向転換したガスの流れに追従するよりも分離槽内で滞留するガスの流れに移りやすい。これにより、材料粒子の運動エネルギーが低下し、壁面への付着や吹き溜まりを生じやすくなるから、材料粒子の回収率を高めることができる。
【００２９】
請求項１１の発明によれば、分離槽が多段に設けられている。このような構成によれば、一の分離槽において回収しきれなかった材料粒子を、その下流に接続された分離槽において回収することができるから、装置全体としての材料粒子の回収率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明を具体化した第１実施形態について、図１〜図４を参照しつつ詳細に説明する。図１には、本実施形態の粉体回収装置付き成膜装置１（以下、単に「成膜装置１」と記す）の概略図を示す。この成膜装置１は、装置本体１０と、この装置本体１０に接続された粉体回収装置３０とを備えている。
【００３１】
装置本体１０は、材料粒子Ｍをキャリアガスに分散させてエアロゾルＺを形成するエアロゾル発生器１１、およびエアロゾルＺを噴射ノズル１７から噴出させて基板Ｂに付着させるための成膜チャンバ１５を備えている。
【００３２】
エアロゾル発生器１１は、内部に材料粒子Ｍを収容可能なエアロゾル室１２と、このエアロゾル室１２に取り付けられてエアロゾル室１２を振動する加振装置１３とを備えている。エアロゾル室１２には、キャリアガスを導入するためのガスボンベＧが導入管１４を介して接続されている。導入管１４の先端はエアロゾル室１２内部において底面付近に位置し、材料粒子Ｍ中に埋没するようにされている。キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスや空気、酸素等を使用することができる。
【００３３】
成膜チャンバ１５は矩形箱状に形成され、その内部には、膜を形成する基板Ｂを取り付けるためのステージ１６と、このステージ１６の下方に設けられた噴射ノズル１７とが設置されている。噴射ノズル１７はエアロゾル供給管１８を介してエアロゾル室１２に接続されており、エアロゾル室１２内のエアロゾルＺがエアロゾル供給管１８を通って噴射ノズル１７に供給されるようになっている。噴射ノズル１７に供給されたエアロゾルＺは、ステージ１６にセットされた基板Ｂに向かって噴射される。また、この成膜チャンバ１５には後述の粉体回収装置３０を介して真空ポンプＰ（本発明の排気手段に該当する）が接続されており、その内部を減圧できるようにされている。
【００３４】
この成膜チャンバ１５の内部には、内壁面に付着した材料粒子Ｍをかき落とすためのスキージ１９が設けられている。スキージ１９は、成膜チャンバ１５における４面の内壁に沿ってそれぞれ一つずつ設けられている。各スキージ１９は、各辺が成膜チャンバ１５における４面の内壁にそれぞれ沿う矩形枠状に形成された支持枠２０に固定されている。そして、この支持枠２０が図示しない駆動装置によって上下方向に駆動されると、スキージ１９が成膜チャンバ１５の内壁に沿って上下方向に駆動され、材料粒子Ｍをかき落とすようになっている。なお、支持枠２０が枠状に形成されていることで、この支持枠２０が上下する際には、ステージ１６や噴射ノズル１７が支持枠２０と衝突することなくこの枠内を通過できるようになっている。
【００３５】
また、成膜チャンバ１５の底部にはチャンバ側ホッパ２１が設けられており、スキージ１９によってかき落とされた材料粒子Ｍをここから外部に排出できるようになっている。このチャンバ側ホッパ２１は、詳細には図示しないが、上下２段のバルブを備えたロックホッパ機構を有するものであり、この上下のバルブを交互に開くことにより、成膜チャンバ１５内を減圧に保ちながら材料粒子Ｍの排出を行うことができるようになっている。すなわち、成膜は成膜チャンバ１５内を減圧した状態で行うものである（詳細は後述する）が、このロックホッパ機構によれば、成膜装置１の運転を停止させることなく、材料粒子Ｍを外部に排出することができる。
【００３６】
この成膜チャンバ１５の側壁部には、粉体回収装置３０が接続されている。この粉体回収装置３０は、材料粒子Ｍをキャリアガスから分離するための分離槽３１と、この分離槽３１内に設けられた回収壁部３２と、この分離槽３１に連通する排気管３６（本発明の排気路に該当する）とを備えている。
【００３７】
分離槽３１は、両端が開放された大径の筒状に形成されており、その一方の端部が成膜チャンバ１５の側壁部に接続されることで、その延在方向が水平方向となる姿勢で成膜チャンバ１５に取り付けられている。成膜チャンバ１５の側壁部においてこの分離槽３１との接続位置には、分離槽３１の開口部とほぼ同じ大きさの排出口２２が設けられており、成膜チャンバ１５内で基板Ｂに吹き付けられた後のエアロゾルＺが、この排出口２２を通って分離槽３１内に進入してくるようになっている（図２を併せて参照）。以下、この分離槽３１において、成膜チャンバ１５と接続されている側をエアロゾルＺの流路方向（分離槽３１の延在方向に沿う方向。図２中矢印で示す）上流側として説明する。
【００３８】
この分離槽３１の内部には、ビッカース硬度がＨＶ４００以上の例えばステンレスによって形成された回収壁部３２が設けられている。この回収壁部３２は、分離槽３１の内径とほぼ等しい大きさに形成されており、分離槽３１において下流側（成膜チャンバ１５に接続されている側とは逆側）の端部付近に、開口部を塞ぐように嵌め込まれている。
【００３９】
この回収壁部３２において上流側（成膜チャンバ１５側）の壁面は、成膜チャンバ１５から流入したエアロゾルＺの流れに相対するとともに、その流路方向に対して斜めに傾く傾斜面３３とされている。この傾斜面３３は、エアロゾルＺの流路方向下流側へ向かって下り勾配となる下向き傾斜面とされており、その傾き角度θは、エアロゾルＺの流路方向、すなわち分離槽３１の延在方向と垂直な面に対して約４５°である。
【００４０】
また、この回収壁部３２において下流側の壁面には、詳細には図示しないが、シリンダのピストン３４が接続されており、このピストン３４が駆動されることにより、回収壁部３２が分離槽３１の延在方向に沿って摺動可能とされている。
【００４１】
この分離槽３１の底部において、下流側の端部よりもやや上流側の位置には、分離槽側ホッパ３５（本発明の粉末排出路に該当する）が接続されており、ここから、分離槽３１内でエアロゾルＺから分離された材料粒子Ｍを排出できるようになっている。この分離槽側ホッパ３５は、上記したチャンバ側ホッパ２１と同様に上下２段のバルブを備えたものであり、この上下のバルブを交互に開くことにより、分離槽３１内を減圧に保ちながら材料粒子Ｍの排出を行うことができるようになっている。
【００４２】
また、この分離槽３１の天井部において分離槽側ホッパ３５よりもやや上流位置には、排気管３６が設けられている。この排気管３６は、軸方向が分離槽３１の延在方向、すなわち分離槽３１内でのエアロゾルＺの流路方向に対して約９０°の角度となるように接続されている。この排気管３６の先端には真空ポンプＰ（本発明の排気手段）が設けられており、この真空ポンプＰによって、成膜チャンバ１５および分離槽３１内部が減圧されるとともに、分離槽３１内で材料粒子Ｍと分離されたキャリアガスが外部に排気される。なお、この排気管３６は、回収壁部３２の可動領域Ｒ（図４を併せて参照）よりも上流側において分離槽３１に連通しており、回収壁部３２を上流側に最大限移動させても排気が妨げられることがないようになっている。
【００４３】
次に、この成膜装置１を用いて成膜を行うとともに、粉体回収装置３０によって使用後のエアロゾルＺから材料粒子Ｍを回収する方法について説明する。
【００４４】
まず、基板Ｂを成膜装置１のステージ１６にセットするとともに、分離槽３１内の回収壁部３２を下流側の端部付近まで下げておき、この回収壁部３２の下端と分離槽３１の底面とが接する位置が分離槽側ホッパ３５よりも下流側となるようにする。この状態で、真空ポンプＰを作動させて成膜チャンバ１５内を減圧する。次いで、エアロゾル室１２の内部に、材料粒子Ｍとして例えば圧電セラミックス材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の粒子を投入する。そして、ガスボンベＧからキャリアガスを導入して、そのガス圧で材料粒子Ｍを舞い上がらせる。それととともに、加振装置１３によってエアロゾル室１２を振動することで、材料粒子Ｍとキャリアガスとを混合してエアロゾルＺを発生させる。そして、エアロゾル室１２と成膜チャンバ１５との間の差圧により、エアロゾル室１２内のエアロゾルＺを高速に加速しつつ噴射ノズル１７から噴出させる。噴出したエアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍは基板Ｂに衝突して堆積し、この基板Ｂ上に膜を形成する。
【００４５】
基板Ｂに衝突した後のエアロゾルＺは、図２中に矢印で示すように、成膜チャンバ１５側面の排出口２２から分離槽３１内へ流入する。そして、真空ポンプＰの吸引力によって排気管３６へと吸引される。このとき、排気管３６は分離槽３１の延在方向、すなわち分離槽３１内でのエアロゾルＺの流路方向に対して約９０°の角度をもって接続されている。このため、エアロゾルＺは排気管３６付近で急激に向きを変化させられるため、この排気管３６付近で乱流が生じ（図３中太矢印で示す）、エアロゾルＺの流れが遅くなる。このため、エアロゾルＺ中の材料粒子Ｍが分離槽３１の内周面との静電引力によってこの内周面に付着する。
【００４６】
また、エアロゾル中に含まれる材料粒子Ｍのうちで比較的大きな粒子は、慣性力によって乱流に乗らずにまっすぐ進み、回収壁部３２に衝突して堆積する。これにより、材料粒子Ｍがキャリアガスから分離される。このとき、後で剥ぎ取ることが困難でない程度の付着力をもって材料粒子Ｍが回収壁部３２に付着するようにされている。すなわち、回収壁部３２におけるエアロゾルＺとの衝突面が傾斜面３３とされ、材料粒子Ｍはこの傾斜面３３に対して斜め方向から衝突するようにされている。したがって、材料粒子Ｍの衝突面への入射角が小さくなり、その衝突エネルギーが、垂直方向から衝突する場合と比べて小さくなる。また、排気管３６付近で生じた乱流により、エアロゾルＺの流速が低下しており、これによっても材料粒子Ｍの傾斜面３３への衝突エネルギーが小さくなる。さらに、回収壁部３２はビッカース硬度がＨＶ４００以上の硬い材料によって形成されているから、材料粒子Ｍが傾斜面３３にめり込むことができず、堆積した材料粒子層の傾斜面３３との界面でのアンカー効果が小さくなる。このように、材料粒子Ｍを回収壁部３２に弱い密着力をもって付着させることによって、容易に材料粒子Ｍを回収壁部３２から剥離して再利用に供することができるのである。
【００４７】
また、この傾斜面３３はエアロゾルＺの流路の下流側へ向かって下り勾配となる下向き傾斜面とされている。このため、傾斜面に付着・堆積した材料粒子Ｍの層が徐々に厚くなっていくと、この材料粒子層が自重により傾斜面３３から自然に剥がれ落ちる。したがって、材料粒子Ｍを回収壁部３２から剥ぎ取る手間を省くことができ、回収作業を省力化できる。
【００４８】
さらに、エアロゾルＺがこの回収壁部３２に衝突して跳ね返されることによっても乱流が生じ（図３中太矢印）、特に分離槽３１の底面と傾斜面３３とで形成される鋭角な角部ＣにはエアロゾルＺが滞留する領域が存在する。したがって、この角部Ｃには材料粒子Ｍの吹き溜まりが生じ、これによっても材料粒子Ｍがキャリアガスから分離される。
【００４９】
材料粒子Ｍを分離した後のキャリアガスは、排気管３６を通って外部に排気される。
【００５０】
さて、成膜装置１の運転を継続していくと、分離槽３１内には分離された材料粒子Ｍが徐々に蓄積する。そこで、回収壁部３２を駆動することにより、蓄積された材料粒子Ｍを外部に排出する（図４参照）。すなわち、ピストン３４により回収壁部３２を上流側へ押し出し、分離槽側ホッパ３５の接続位置まで移動させる。すると、分離槽３１の底面と傾斜面３３とで形成される角部Ｃにおいて吹き溜まりとなった材料粒子Ｍや、傾斜面３３いったんに付着した後に自重により剥がれ落ちた材料粒子Ｍが、分離槽側ホッパ３５に落下して外部へ排出され、回収される。
【００５１】
また、成膜チャンバ１５の内壁面にも材料粒子Ｍが飛散し、付着するため、成膜チャンバ１５内の清掃を併せて行っても良い。すなわち、支持枠２０を下方に向かって移動させると、この支持枠２０に取り付けられたスキージ１９によって壁面に付着した材料粒子Ｍがかき落される。かき落とされた材料粒子Ｍは、チャンバ側ホッパ２１から外部へ排出され、回収される。
【００５２】
このとき、上記したように、２つのホッパ２１、３５はロックホッパ構造となっているので、成膜チャンバ１５および分離槽３１内を減圧に保ったまま材料粒子Ｍの排出を行うことができる。加えて、排気管３６が、分離槽３１内において回収壁部３２の可動領域Ｒよりも上流側に設けられている。したがって、回収壁部３２が最大限上流側に駆動されても、排気管３６が塞がれることがないから、成膜チャンバ１５から分離槽３１を経て排気管３６へ至る気流が妨げられることがない。これらより、成膜装置１の運転を止めることなく、材料粒子Ｍの排出作業を行うことができる。
【００５３】
以上のように本実施形態によれば、成膜装置１の装置本体１０には粉体回収装置３０が接続され、この粉体回収装置３０において、分離槽３１内には回収壁部３２が備えられている。そして、エアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍがこの回収壁部３２に衝突して付着することにより、材料粒子Ｍが気体から分離される。
【００５４】
このとき、後で剥ぎ取ることが困難でない程度の付着力をもって材料粒子Ｍが回収壁部３２に付着するようにされている。すなわち、回収壁部３２におけるエアロゾルＺとの衝突面が傾斜面３３とされ、材料粒子Ｍはこの傾斜面３３に対して斜め方向から衝突するようにされている。したがって、材料粒子Ｍの衝突面への入射角が小さくなり、その衝突エネルギーが、垂直方向から衝突する場合と比べて小さくなる。また、排気管３６付近で生じた乱流により、エアロゾルＺの流速が低下しており、これによっても材料粒子Ｍの傾斜面３３への衝突エネルギーが小さくなる。さらに、回収壁部３２はビッカース硬度がＨＶ４００以上の硬い材料によって形成されているから、材料粒子Ｍが傾斜面３３にめり込むことができず、堆積した材料粒子層の傾斜面３３との界面でのアンカー効果が小さくなる。このように、材料粒子Ｍを回収壁部３２に弱い密着力をもって付着させることによって、容易に材料粒子Ｍを回収壁部３２から剥離して再利用に供することができる。
【００５５】
また、傾斜面３３はエアロゾルＺの流路を塞ぐように設けられている。このような構成によれば、エアロゾルＺが傾斜面３３を迂回して裏側へ逃げることがなくなり、分離槽３１内を流れるエアロゾルＺが全て傾斜面３３で受けられることとなる。加えて、エアロゾルＺは傾斜面３３にぶつかることにより、急激に向きを変えられて排気管３６の方へと流れていくこととなるから、分離槽３１の内周面と傾斜面３３とで作られる角部Ｃ付近ではエアロゾルＺの滞留が起こり、材料粒子Ｍが吹き溜りとなって蓄積される。これにより、材料粒子Ｍの回収率を高めることができる。
【００５６】
さらに、この傾斜面３３はエアロゾルＺの流路の下流側へ向かって下り勾配となる下向き傾斜面とされている。このため、傾斜面３３に付着・堆積した材料粒子Ｍの層が徐々に厚くなっていくと、この材料粒子層が自重により傾斜面３３から自然に剥がれ落ちる。したがって、材料粒子Ｍを回収壁部３２から剥ぎ取る手間を省くことができ、回収作業を省力化できる。
【００５７】
加えて、回収壁部３２の摺動により、分離槽３１の底面と傾斜面３３とで形成される角部Ｃにおいて吹き溜まりとなった材料粒子Ｍや、傾斜面３３にいったん付着した後に自重により剥がれ落ちた材料粒子Ｍをかき寄せて、分離槽３１の底部に設けられた分離槽側ホッパ３５に運ぶことができる。これにより、装置の運転を止めて回収壁部３２を取り外す、といった煩雑な手順を経ることなく、分離槽３１内の材料粒子Ｍを外部へ排出することができ、便利である。このとき、排気管３６は、分離槽３１内における回収壁部３２の可動領域Ｒよりも上流側に設けられている。したがって、回収壁部３２が最大限上流側に駆動されても、排気管３６を塞ぐことがないから、成膜チャンバ１５から分離槽３１を経て排気管３６へ至る気流が妨げられることがない。このため、成膜装置１の運転を止めることなく、回収壁部３２を駆動して材料粒子Ｍを外部へ排出することができる。
【００５８】
また、排気管３６は分離槽３１の天井部に接続されているので、回収壁部３２の摺動により分離槽３１の底面にかき寄せられた材料粒子Ｍが排気管３６に進入するおそれは少なくなる。このため、材料粒子Ｍの回収率を向上することができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図５を参照しつつ説明する。図５には、本実施形態の成膜装置４０の概略図を示した。本実施形態の第１実施形態との相違点は、分離槽４２において成膜チャンバ１５と接続する側の開口部４２Ａの開口面積が、排気管４６との連通位置周辺における断面積よりも大きくされている点にある。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の成膜装置４０には、第１実施形態と同様の構成の装置本体１０と、この装置本体１０に接続された粉体回収装置４１とを備えている。粉体回収装置４１は、第１実施形態と同様に、材料粒子Ｍをキャリアガスから分離するための分離槽４２と、この分離槽４２内に設けられた回収壁部４３と、この分離槽４２に連通する排気管４６とを備えている。
【００６１】
分離槽４２は、全体として大径の筒状に形成されており、第１実施形態と同様に成膜チャンバ１５の排出口２２に接続されている。そして、この分離槽４２には、第１実施形態と同様に、下流側の端部付近に回収壁部４３が設けられているとともに、その上流側に分離槽側ホッパ４５が接続され、さらにその上流側に排気管４６が接続されている。
【００６２】
この分離槽４２において、成膜チャンバ１５と接続されている上流側の開口部４２Ａから排気管４６よりもやや上流位置までの部分には、下流側に向かって徐々に先細りとなる第１のテーパ部４２Ｂが設けられている。そして、この第１のテーパ部４２Ｂの下流側であって排気管４６との連通位置周辺の連通領域は、開口部４２Ａと同軸であってこの開口部４２Ａよりも径の小さい縮径部４２Ｃとされている。そして、この縮径部４２Ｃよりもさらに下流側であって分離槽側ホッパ４５よりもやや上流位置までの部分には、下流側に向かって開口部４２Ａと同径となるまで徐々に広がる第２のテーパ部４２Ｄが設けられている。
【００６３】
次に、この成膜装置４０を用いて成膜を行うとともに、粉体回収装置４１によって使用後のエアロゾルＺから材料粒子Ｍを回収する方法について説明する。
【００６４】
まず、第１実施形態と同様に、基板Ｂをステージ１６にセットする。次いで、真空ポンプＰを作動させて成膜チャンバ１５内を減圧した状態で、エアロゾルＺを噴射ノズル１７から基板Ｂに噴射し、基板Ｂ上に膜を形成する。
【００６５】
基板Ｂに噴き付けられた後のエアロゾルＺは、第１実施形態と同様に、成膜チャンバ１５側面の排出口２２から分離槽４２内へ流入し、真空ポンプＰの吸引力によって排気管４６へと吸引される。このとき、分離槽４２において排気管４６との連通位置周辺の連通領域は、開口部４２Ａよりも径の小さい縮径部４２Ｃとされているから、この縮径部４２ＣにおいてはエアロゾルＺの流速が速まる。よって、材料粒子Ｍは排気管４６側へ流れ出ることなく慣性力によって真っ直ぐに進む。これにより、排気管４６が回収壁部４３の上流側に設けられていても、材料粒子Ｍの排気管４６側への流出を低減できる。
【００６６】
縮径部４２Ｃを通過後、大径の下流側へと進んだところでエアロゾルＺの流速は元に戻り、この状態で回収壁部４３に衝突する。この衝突により、材料粒子Ｍが回収壁部４３に衝突して堆積する。これにより、材料粒子Ｍがキャリアガスから分離される。このとき、第１実施形態と同様に、回収壁部４３におけるエアロゾルＺとの衝突面が傾斜面４４とされているから、材料粒子Ｍは後で剥ぎ取ることが困難でない程度の付着力をもって材料粒子Ｍが回収壁部４３に付着する。また、分離槽４２の底面と傾斜面４４とで形成される鋭角な角部ＣにはエアロゾルＺが滞留し、材料粒子Ｍの吹き溜まりが生じる。これらにより、材料粒子Ｍがキャリアガスから分離される。
【００６７】
材料粒子Ｍを分離した後のキャリアガスは、真空ポンプＰの吸引力によって排気管３６から外部に排気される。
【００６８】
なお、成膜装置４０の運転を継続していくと、分離槽４２および成膜チャンバ１５の内部には材料粒子Ｍが徐々に蓄積する。この場合には、第１実施形態と同様に、回収壁部３２、およびスキージ１９を動かすことにより、清掃を行うことができる。
【００６９】
以上のように本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、エアロゾルＺからの材料粒子Ｍの分離・回収を行うことができる。加えて、分離槽４２において、成膜チャンバ１５に接続する開口部４２Ａにおける開口面積が、排気管４６と連通する連通領域における断面積よりも大きくされている。このため、排気管４６との連通位置周辺、すなわち断面積の狭い領域を通過する際にエアロゾルＺの流速が速められる。このため、エアロゾルに含まれる材料粒子Ｍは、排気管４６側へ漏れ出すことなく一気に分離槽４２の奥方へ進入していく。そして、回収壁部４３に衝突して流れが遅くなるとともに材料粒子Ｍと分離されたキャリアガスのみが、排気管４６へと排出されていく。これにより、排気管４６が回収壁部４３の上流側に設けられていても、材料粒子Ｍの排気管４６側への流出を低減でき、材料粒子Ｍの回収率を高めることができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について、図６を参照しつつ説明する。図６には、本実施形態の成膜装置５０の概略図を示した。本実施形態の第１実施形態との相違点は、分離槽が多段に設けられている点にある。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の成膜装置５０には、第１実施形態と同様の構成の装置本体１０（本発明の膜形成装置に該当する）と、この装置本体１０に接続された粉体回収装置５１とを備えている。
【００７２】
この粉体回収装置５１には、材料粒子Ｍをキャリアガスから分離するための分離槽５２が３段設けられている。すなわち、成膜チャンバ１５には、第１分離槽５２Ａが接続されている。この第１分離槽５２Ａには、第１実施形態と同様に回収壁部５３Ａが備えられるとともに、排気管５４Ａと分離槽側ホッパ５５Ａとが接続されている。
【００７３】
第１分離槽５２Ａに接続された排気管５４Ａの先端は、次の第２分離槽５２Ｂに接続されている。この排気管５４Ａは、第２分離槽５２Ｂの開口部に連結されており、第１分離槽５２Ａから排出されたキャリアガスが第２分離槽５２Ｂに流れ込むようになっている。この第２分離槽５２Ｂには、第１分離槽５２Ａと同様に回収壁部５３Ｂが備えられるとともに、排気管５４Ｂと分離槽側ホッパ５５Ｂとが接続されている。
【００７４】
さらに、第２分離槽５２Ｂに接続された排気管５４Ｂの先端は、同様に次の第３分離槽５２Ｃの開口部に連結されている。この第３分離槽５２Ｃには、上記２段の分離槽５２Ａ、５２Ｂと同様に回収壁部５３Ｃが備えられるとともに、排気管５４Ｃと分離槽側ホッパ５５Ｃとが接続されている。第３分離槽５２Ｃに接続された排気管５４Ｃは、真空ポンプＰに接続されている。
【００７５】
このような構成によれば、基板Ｂに噴き付けられた後のエアロゾルＺは、まず、第１分離槽５２Ａに進入し、ここで、上記各実施形態と同様に材料粒子Ｍがキャリアガスから分離される。そして、キャリアガスは排気管５４Ａを通って排気される。このとき、エアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍを完全に分離できるわけではないため、排出されるキャリアガスにも相当量の材料粒子Ｍが残留している。
【００７６】
排出されたキャリアガスは第２分離槽５２Ｂに進入し、同様に回収壁部５３Ｂに衝突する。これにより、キャリアガス中に残留していた材料粒子Ｍが分離・回収される。そして、分離後のキャリアガスはさらに第３分離槽５２Ｃに導かれ、ここでも、キャリアガス中に残留していた材料粒子Ｍが分離・回収される。
【００７７】
このようにして、分離槽５２が排気管５４を介して複数設けられている。したがって、第１分離槽５２Ａにおいて回収しきれなかった材料粒子Ｍを、その下流に接続された第２、第３の分離槽５２Ｂ、５２Ｃにおいて回収することができるから、装置全体としての材料粒子Ｍの回収率を高めることができる。
【００７８】
＜実施例＞
図７に示すような成膜装置６０を用いて成膜実験を行った。上記実施形態と同様の構成の成膜チャンバ６１において、一の側壁部に外側へ張り出すボックス部６２を設置した。
この成膜チャンバ６１に真空ポンプＰを接続して内部を減圧した。この状態で、図示しないエアロゾル発生器に２０ｇの材料粒子Ｍを投入し、エアロゾルを発生させて、噴射ノズル６３から基板Ｂに噴射した。
【００７９】
基板Ｂ上に付着した材料粒子Ｍは約１ｇ、ボックス部６２内に堆積した材料粒子Ｍは約２〜３ｇであった。特に、ボックス部６２における張り出し端側のコーナ部６２Ａにおいて、多量の材料粒子Ｍの堆積が観察された。これにより、急激な流路方向の変化が生じる部分において、材料粒子Ｍの回収量が増大することが確認された。
【００８０】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００８１】
（１）上記各実施形態では、回収壁部３２、４３、５２は分離槽３１、４２、５３の内径とほぼ同じ大きさに形成され、分離槽３１、４２、５２の開口部を塞ぐように設けられていたが、回収壁部を分離槽の内径よりも小さく形成しても良い。この場合、排気路は回収壁部よりもエアロゾル流路方向下流側に設けられていても良い。
【００８２】
（２）上記各実施形態では、回収壁部３２、４３、５３の傾斜面はエアロゾル流路方向下流側に向かって下る下向き傾斜面とされていたが、傾斜面の傾き方向は上記実施形態の限りではなく、例えばエアロゾル流路方向下流側に向かって上る上向き傾斜面とされていても良い。また、傾斜面の傾き角度も上記実施形態の限りではなく、材料粒子が容易に剥離可能な程度の付着力を持って付着できる程度であればよい。
【００８３】
（３）上記各実施形態では、排気管３６、４６、５４が分離槽３１、４２、５３の延設方向、すなわちエアロゾルの流路方向に対して垂直方向を向くように取り付けられていたが、排気路の取り付け角度については本実施形態の限りではなく、例えばエアロゾルの流路方向に対して６０°〜１２０°の角度をもって流路方向上流側、あるいは下流側へ傾いた向きで取り付けられていても良い。なお、エアロゾルの流れを急激に変化させるという観点からは、分離槽内でのエアロゾルの流路方向と排気路内での気体の流路方向とが鋭角を形成するように、言い換えれば、排気路がエアロゾルの流路方向上流側に傾く姿勢で取り付けられることが、より好ましい。
【００８４】
（４）第２実施形態では、分離槽４２において排気路の連通領域とその上流側および下流側の径大部分との間はテーパ部４２Ｂ、４２Ｄとされていたが、段差部とされていても構わない。
【００８５】
（５）第３実施形態では、分離槽５２が３段設けられていたが、分離槽は２段であってもよく、４段以上であっても良い。分離槽の最適な段数は分離槽の構成やエアロゾルの濃度・流速等によっても異なり一概に限定できないが、２０段以上で約８５％以上の回収率を実現できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】第１実施形態の成膜装置を側面から見た概略図
【図２】エアロゾルが分離槽に流入する様子を示す概略図
【図３】材料粒子が回収壁部に付着する様子を示す概略図
【図４】材料粒子を成膜チャンバおよび分離槽から排出する様子を示す概略図
【図５】第２実施形態の成膜装置を側面から見た概略図
【図６】第３実施形態の成膜装置を側面から見た概略図
【図７】実施例において使用した成膜装置を側面から見た概略図
【符号の説明】
【００８７】
１…成膜装置
１０…装置本体（膜形成装置）
３０、４１、５１…粉体回収装置
３１、４２、５２…分離槽
３２、４３、５３…回収壁部
３３、４４…傾斜面
３５、４５、５５…分離槽側ホッパ（粉末排出路）
３６、４６、５４…排気管（排気路）
Ｂ…基板
Ｍ…材料粒子
Ｐ…真空ポンプ（排気手段）
Ｚ…エアロゾル
【図１】
0004649642.tif 000002
【図２】
0004649642.tif 000003
【図３】
0004649642.tif 000004
【図４】
0004649642.tif 000005
【図５】
0004649642.tif 000006
【図６】
0004649642.tif 000007
【図７】
0004649642.tif 000008