(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一平面と、この第一平面に対し９０度以上１８０度未満の角度を成す第二平面と、前記第一平面と前記第二平面とを繋ぐ湾曲面とを備える対象物にノズルから噴射された超微粒子材料を吹き付けつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、前記第一平面と前記第二平面と前記湾曲面とを連続的に覆う膜を生成する製膜方法であって、
前記超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線が前記第一平面に対して成す角度が３０度から６０度の範囲内となり、且つ、前記第一平面と前記湾曲面との境界である第一の境界線に前記噴射直線が当たるように、前記第一平面に沿って前記ノズルを移動させた場合に、前記第一平面に対し前記噴射直線を投影してなる第一の仮想線と前記第一の境界線との成す角度が０度から６０度の範囲内となるように、前記ノズルを配置する第一配置工程と、
前記ノズルから前記超微粒子材料を噴射しながら、前記ノズルと前記第一平面との距離及び角度を保ちつつ、前記第一平面及び前記第一平面に繋がる前記湾曲面に前記超微粒子材料を連続的に吹き付け、前記第一平面の全体を覆う膜と前記湾曲面の少なくとも一部を覆う膜とを連続的に形成する第一製膜工程と、
前記超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線が前記第二平面に対して成す角度が３０度から６０度の範囲内となり、且つ、前記第二平面と前記湾曲面との境界である第二の境界線に前記噴射直線が当たるように、前記第二平面に沿って前記ノズルを移動させた場合に、前記第二平面に対し前記噴射直線を投影してなる第二の仮想線と前記第二の境界線との成す角度が０度から６０度の範囲内となるように、前記ノズルを配置する第二配置工程と、
前記ノズルから前記超微粒子材料を噴射しながら、前記ノズルと前記第二平面との距離及び角度を保ちつつ、前記第二平面及び前記第二平面に繋がる前記湾曲面に前記超微粒子材料を連続的に吹き付け、前記第二平面を覆う膜と、前記第一製膜工程において前記湾曲面に形成された膜を更に覆う膜とを連続的に形成する第二製膜工程と、を備えることを特徴とする製膜方法。
【請求項２】
前記第一配置工程において、前記噴射直線が前記第一平面に対して成す角度が、前記第一の仮想線と前記第一の境界線との成す角度よりも大きくなるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することを特徴とする、請求項１に記載の製膜方法。
【請求項３】
前記第二配置工程において、前記噴射直線が前記第二平面に対して成す角度が、前記第二の仮想線と前記第二の境界線との成す角度よりも大きくなり、且つ、前記第二の仮想線と前記第二の境界線との成す角度が、前記第一配置工程における前記第一の仮想線と前記第一の境界線との成す角度よりも大きくなるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することを特徴とする、請求項２に記載の製膜方法。
【請求項４】
前記第一配置工程において、前記噴射直線が前記第二平面に対して成す角度が６０度以下となるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することを特徴とする、請求項１に記載の製膜方法。
【請求項５】
前記第一製膜工程及び前記第二製膜工程において、前記ノズルから噴射される前記超微粒子材料は、前記超微粒子材料の吹き付け位置が前記湾曲面に沿って変化する方向よりも、前記超微粒子材料の吹き付け位置が前記湾曲面に向かって変化する方向により広がって吹き付けられるように噴射されることを特徴とする請求項１に記載の製膜方法。
【請求項６】
前記第一製膜工程において、前記ノズルは固定する一方で、前記対象物を前記第一平面に沿って動かすことで、前記超微粒子材料の吹き付け位置を変化させ、
前記第二製膜工程において、前記ノズルは固定する一方で、前記対象物を前記第二平面に沿って動かすことで、前記超微粒子材料の吹き付け位置を変化させることを特徴とする請求項１に記載の製膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物にノズルから噴射された超微粒子材料を吹き付けて、対象物に膜を形成する製膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このように、セラミックス材料や金属材料によって形成される粒子径が１００μｍ以下の超微粒子を用いて、その超微粒子を不活性ガス等でエアロゾル化することで超微粒子材料と成し、その超微粒子材料を対象物に噴射して製膜する技術は、エアロゾルデポジション法として広く知られている（例えば、下記特許文献１参照）。下記特許文献１に記載の製膜方法は、膜内の超微粒子の接合が十分で、組織が緻密であって表面が平滑であり、密度の均一な膜を製造することができる製膜方法を提案している。具体的には、対象物を構成する平面に対して斜めに超微粒子材料を噴射するものである。このように斜めに超微粒子材料を噴射することで、良質の膜を形成することができる。
【０００３】
下記特許文献１に記載されている製膜方法は、対象物を構成する面が平面のみである場合には極めて有効な技術であるが、対象物を構成する面が湾曲面を含む場合は更なる工夫が必要となる。具体的には、湾曲面に対しても超微粒子材料の噴射角度が一定角度を保つように工夫するものであって、例えば下記特許文献２に記載の技術が提案されている。
【０００４】
下記特許文献２に記載の製膜方法では、円筒形状の対象物を構成する湾曲面に製膜するものであって、円筒形状の対象物をその円筒形状の中心軸周りに回転させながら、円筒形状の外周である湾曲面に超微粒子材料を吹き付けている。より具体的には、円筒形状の対象物を回転させながら超微粒子材料を吹き付け、円筒形状の外周の湾曲面で反射された超微粒子材料中の超微粒子を二次衝突させることで、均一な膜を形成している。
【０００５】
また、対象物の外周の一部に湾曲面が形成されている場合の製膜方法の一つとして、下記特許文献３に記載されているような製膜方法が提案されている。下記特許文献３に記載の製膜方法では、対象物の外周の一部に形成された湾曲面の幅と同等の開口を有する専用のノズルを用いることで、湾曲面に密度の高い膜を生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−７８０４号公報
【特許文献３】特開２００８−２４００６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エアロゾルデポジション法による製膜では、上記特許文献１に開示されている通り、製膜対象となる面に対して、超微粒子材料を一定の角度を保ちながら斜めに噴射することが、密度が高く良質な膜を形成するために必要な条件となる。上記特許文献２に記載の製膜方法では、対象物が円筒形状であることを前提とし、超微粒子材料を噴射するためのノズルの位置は固定し、対象物を回転させながら超微粒子材料を吹き付けている。確かにこの製膜方法は、対象物が円筒形状であれば比較的容易に実現可能なものであるけれども、例えば直方体形状の各稜線を面取りしたように、対象物の一部が湾曲面で形成され残部が平面で形成されている場合には、緻密で良質な膜の生成が極めて困難なものである。
【０００８】
対象物の一部が湾曲面で形成され残部が平面で形成されている場合に、上記特許文献２に記載の製膜方法を適用しようとすれば、湾曲面のみに超微粒子材料が吹き付けられるようにするため、湾曲面のみがノズルと正対するように対象物又はノズルを回転させる必要がある。これは、極めて狭い範囲における回転動作を実現する必要があり、その実現は極めて困難なものとなる。更に、湾曲面の曲率半径が小さければ、回転動作の速度を極めて速くする必要も生じるため、その実現はより困難なものとなる。
【０００９】
一方、上記特許文献３に記載の製膜方法を適用しようとすれば、上述したような回転動作の課題は生じないものの、湾曲面に製膜するためのみに専用のノズルを用いる必要がある。そのため、平面に製膜するためのノズルと湾曲面に製膜するためのノズルとを交換する必要が生じたり、双方のノズルを併用するための特別の機構を構築する必要が生じたりするため、煩雑になる作業性や機構の複雑性の観点からその実現が困難なものとなる。更に、上記特許文献３に記載の製膜方法を適用すれば、平面と湾曲面とで連続的に製膜を行っていないため、平面に形成される膜と湾曲面に形成される膜との接合部分が一体的なものとならず、その接合部分において膜質が低下してしまうおそれがある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、第一平面と、この第一平面に対し９０度以上１８０度未満の角度を成す第二平面と、前記第一平面と前記第二平面とを繋ぐ湾曲面とを備える対象物にノズルから噴射された超微粒子材料を吹き付けつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、前記第一平面と前記第二平面と前記湾曲面とを連続的に覆う膜を生成する製膜方法であって、簡易な方法で連続的且つ良質な膜の形成を可能とする製膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明に係る製膜方法は、第一平面と、この第一平面に対し９０度以上１８０度未満の角度を成す第二平面と、前記第一平面と前記第二平面とを繋ぐ湾曲面とを備える対象物にノズルから噴射された超微粒子材料を吹き付けつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、前記第一平面と前記第二平面と前記湾曲面とを連続的に覆う膜を生成する製膜方法であって、第一配置工程と、第一製膜工程と、第二配置工程と、第二製膜工程とを備える。
【００１２】
第一配置工程では、前記超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線が前記第一平面に対して成す角度が３０度から６０度の範囲内となり、且つ、前記噴射直線が前記第一平面と前記湾曲面との境界である第一の境界線に当たるように前記ノズルを位置させた場合に、前記第一平面に対し前記噴射直線を投影してなる第一の仮想線と前記第一の境界線との成す角度が０度から６０度の範囲内となるように、前記第一平面に対向させて前記ノズルを配置する。
【００１３】
第一配置工程に続き、又は第一配置工程と並行して実行される第一製膜工程では、前記ノズルから前記超微粒子材料を噴射しながら、前記ノズルと前記第一平面との距離及び角度を保ちつつ、前記第一平面及び前記第一平面に繋がる前記湾曲面に前記超微粒子材料を連続的に吹き付け、前記第一平面を覆う膜と前記湾曲面の少なくとも一部を覆う膜とを連続的に形成する。
【００１４】
第二配置工程では、前記超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線が前記第二平面に対して成す角度が３０度から６０度の範囲内となり、且つ、前記噴射直線が前記第二平面と前記湾曲面との境界である第二の境界線に当たるように前記ノズルを位置させた場合に、前記第二平面に対し前記噴射直線を投影してなる第二の仮想線と前記第二の境界線との成す角度が０度から６０度の範囲内となるように、前記第二平面に対向させて前記ノズルを配置する。
【００１５】
第二配置工程に続き、又は第二配置工程と並行して実行される第二製膜工程では、前記ノズルから前記超微粒子材料を噴射しながら、前記ノズルと前記第二平面との距離及び角度を保ちつつ、前記第二平面及び前記第二平面に繋がる前記湾曲面に前記超微粒子材料を連続的に吹き付け、前記第二平面を覆う膜と、前記第一製膜工程において前記湾曲面に形成された膜を更に覆う膜とを連続的に形成する。
【００１６】
上述した本発明に係る製膜方法では、第一製膜工程において、ノズルから超微粒子材料を噴射しながら、ノズルと第一平面との距離及び角度を保ちつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、第一平面を覆う膜と湾曲面の少なくとも一部を覆う膜とを連続的に形成している。従って、第一平面を覆う膜と湾曲面を覆う膜とを一体的に形成することができ、接合部分のギャップを生じさせない製膜が可能となる。更に、第一製膜工程の後に実行される第二製膜工程では、ノズルから超微粒子材料を噴射しながら、ノズルと第二平面との距離及び角度を保ちつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、第二平面を覆う膜と、第一製膜工程において湾曲面に形成された膜を更に覆う膜とを連続的に形成している。従って、第二平面を覆う膜と湾曲面上に形成された膜を更に覆う膜とを一体的に形成することができ、接合部分のギャップを生じさせない製膜が可能となる。湾曲面に着目すれば、第一製膜工程で形成する膜に第二製膜工程で形成する膜を重ね合わせているので、第一製膜工程で形成する膜は対象物への密着性を考慮したものとする一方で、第二製膜工程で形成する膜は下層の膜への密着性と外観を考慮したものとすることができ、それぞれに最適化した製膜が可能となる。
【００１７】
更に本発明では、第一製膜工程における第一平面及び湾曲面への製膜をより確実なもとするため、第一配置工程において、対象物に対するノズルの配置を工夫している。具体的には、噴射直線が第一平面に対して成す角度が３０度から６０度の範囲内となるように配置している。このように配置することで、第一平面への製膜に適切な入射角度となるようにノズルを配置することができる。第一平面への製膜のみを考慮すれば、第一平面に対する噴射直線の成す角度を適切に設定すればよいので、第一平面に対する噴射直線の入射方向はその成す角度を保持するものであれば変動させることができる。
【００１８】
本発明者らはこの点に着目し、噴射直線が第一平面に対して成す角度としては上述した条件を守りつつ、更に追加の条件をも満たすようにノズルを配置している。すなわち、噴射直線が第一平面と湾曲面との境界である第一の境界線に当たるようにノズルを位置させた場合に、第一平面に対し噴射直線を投影してなる第一の仮想線と第一の境界線との成す角度が０度から６０度の範囲内となるようにノズルを配置している。
【００１９】
特に第一平面と第二平面とが略直交する場合においては、噴射直線が第一平面と湾曲面との境界である第一の境界線に当たるようにノズルを位置させた場合に、第二平面と正対する側方（噴射直線が第一平面に交わる場所において、第二平面に正対する方向）から見通した第一側方角度が３０度から６０度の範囲となるようにノズルを配置してもよい。その場合でも、ノズルの配置は上記の条件を満たすこととなる。
【００２０】
このように、対象物に対するノズルの角度を工夫して設定することで、第一製膜工程においては、ノズルと対象物とを相対的な２次元運動（例えば、対象物を回転させたり、対象物に対してノズルを平行移動させたりする運動）をさせるように動かすという簡易な方法で、極めて微小な曲率半径の湾曲面を有する対象物に対しても確実に良質の膜を形成することが可能となる。
【００２１】
更に本発明では、第二製膜工程における第二平面及び湾曲面への製膜をより確実なもとするため、第二配置工程において、対象物に対するノズルの配置を工夫している。この場合の対象物に対するノズルの配置は、第一平面を第二平面と読みかえれば第一配置工程における配置と同様のものである。そのような工夫をすることで、第二製膜工程においては、ノズルと対象物とを相対的な２次元運動（例えば、対象物を回転させたり、対象物に対してノズルを平行移動させたりする運動）をさせるように動かすという簡易な方法で、極めて微小な曲率半径の湾曲面を有する対象物に対しても確実に良質の膜を形成することが可能となる。
【００２２】
また本発明に係る製膜方法では、前記第一配置工程において、前記噴射直線が前記第一平面に対して成す角度が、前記第一の仮想線と前記第一の境界線との成す角度よりも大きくなるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することも好ましい。
【００２３】
この好ましい態様では、第一配置工程において、噴射直線が第一平面に対して成す角度が、第一の仮想線と第一の境界線との成す角度よりも大きくなるように、ノズルと対象物とを配置している。このため、噴射直線が第一平面に対して成す角度を相対的に大きく設定する一方で、第一の仮想線と第一の境界線との成す角度は相対的に小さく設定することができる。従って、第一製膜工程において第一平面に超微粒子材料を吹き付ける際には、効率的な製膜が可能となり、製膜速度を高く維持することができる。湾曲面の製膜は、第二製膜工程においても行うため、第一製膜工程における製膜では、対象物への密着性を重視することが剥離といった不具合を発生させないためにも好ましいものである。そこで、第一配置工程では、第一の仮想線と第一の境界線との成す角度を相対的に小さく設定し、湾曲面への超微粒子材料の噴射角度を浅くすることで、対象物への密着性が良好で、膜質の高い膜を形成することができる。
【００２４】
また本発明に係る製膜方法では、前記第二配置工程において、前記噴射直線が前記第二平面に対して成す角度が、前記第二の仮想線と前記第二の境界線との成す角度よりも大きくなり、且つ、前記第二の仮想線と前記第二の境界線との成す角度が、前記第一配置工程における前記第一の仮想線と前記第一の境界線との成す角度よりも大きくなるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することも好ましい。
【００２５】
特に第一平面と第二平面とが略直交する場合においては、噴射直線が第二平面に対して成す角度が、第二の仮想線と第二の境界線との成す角度よりも大きくなり、第一配置工程における第一側方角度よりも、第二配置工程における第二側方角度が大きくなるように、ノズルと対象物とを配置してもよい。ここで、第二側方角度とは、第一平面と正対する側方（噴射直線が第二平面に交わる場所において、第一平面に正対する方向）から見通した場合において、噴射直線が第二平面に対してなす角度である。その場合でも、ノズルの配置は上記の条件を満たすこととなる。
【００２６】
この好ましい態様では、第二配置工程において、噴射直線が第二平面に対して成す角度が、第二の仮想線と第二の境界線との成す角度よりも大きくなるようにノズルと対象物とを配置している。このため、噴射直線が第二平面に対して成す角度を相対的に大きく設定する一方で、第二の仮想線と第二の境界線との成す角度を相対的に小さく設定することができる。従って、第二製膜工程において第二平面に超微粒子材料を吹き付ける際には、効率的な製膜が可能となり、製膜速度を高く維持することができる。湾曲面への製膜は、第一製膜工程において既に行っているため、第二の仮想線と第二の境界線との成す角度を相対的に小さく設定することで製膜速度を低く抑え、最終的に湾曲面に形成される膜が厚くなりすぎてしまうことを防止することができる。
【００２７】
この好ましい態様では、更に、第二の仮想線と第二の境界線との成す角度が、第一配置工程における第一の仮想線と第一の境界線との成す角度よりも大きくなるように、ノズルと対象物とを配置している。このため、第一配置工程における第一の仮想線と第一の境界線との成す角度に対して、第二配置工程における第二の仮想線と第二の境界線との成す角度を、相対的に大きく設定することができる。第二の仮想線と第二の境界線との成す角度を大きく設定することで、第二製膜工程における湾曲面への製膜速度をより高めることができる。上述したように、第一製膜工程において湾曲面には既に膜が形成されているので、その膜に重畳させる膜の製膜速度を上昇させたとしても、剥離といった不具合は起き難いものである。そこで、この好ましい態様のように第二の仮想線と第二の境界線との成す角度を設定することで、湾曲面に形成される膜の対象物への密着性と生産性を確保することができる。
【００２８】
また本発明に係る製膜方法では、前記第一配置工程において、前記噴射直線が前記第二平面に対して成す角度が６０度以下となるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することも好ましい。
【００２９】
特に第一平面と第二平面とが略直交する場合においては、第一配置工程において、噴射直線が第二平面に対して成す角度が、第二側方角度で６０度以下となるように、ノズルと対象物とを配置してもよい。その場合でも、ノズルの配置は上記の条件を満たすこととなる。
【００３０】
この好ましい態様では、第一配置工程において、噴射直線が第二平面に対して成す角度が６０度以下となるように設定されているので、第一製膜工程においてノズルから噴射された超微粒子材料が第二平面に到達したとしても、第二平面に対する入射角度が６０度を超えることが無い。このため、未だ製膜が行われていない第二平面に対して、密着性が悪く膜質の低い膜が製膜されてしまうことを防止することができる。
【００３１】
尚、第一平面と第二平面とが略直交する場合においては、第一配置工程において、噴射直線が第二平面に対して成す角度が、第二側方角度で３０度以下となり、第二配置工程において、噴射直線が第一平面に対して成す角度が、第一側方角度で３０度以下となるように、前記ノズルと前記対象物とを配置することも好ましい。第一平面と第二平面とが略直交する場合においてこのようなノズル配置とすれば、第一製膜工程においてノズルから噴射された超微粒子材料が第二平面に到達したとしても、第二平面に対する入射角度が浅くなるため、製膜には寄与しないように設定することができる。従って、第一製膜工程において第二平面に膜が形成されることを抑制でき、第一製膜工程における被製膜面としては想定されていない第二平面への不要な製膜を抑制することができる。
【００３２】
同様に、第二配置工程において、噴射直線が第一平面に対して成す角度が、第一側方角度で３０度以下となるように設定されているので、第二製膜工程においてノズルから噴射された超微粒子材料が第一平面に到達したとしても、第一平面に対する入射角度が浅くなるため、製膜には寄与しないように設定することができる。従って、第一製膜工程においても第二製膜工程においても、被製膜面としては想定されていない側の平面への不要な製膜を抑制することができ、全体として均一な製膜が可能となる。
【００３３】
また本発明に係る製膜方法では、前記第一製膜工程及び前記第二製膜工程において、前記ノズルから噴射される前記超微粒子材料は、前記超微粒子材料の吹き付け位置が前記湾曲面に沿って変化する方向よりも、前記超微粒子材料の吹き付け位置が前記湾曲面に向かって変化する方向により広がって吹き付けられるように噴射されることも好ましい。
【００３４】
湾曲面に製膜するにあたっては、一度に厚く製膜するよりも、一回当たりの製膜厚みは薄くしつつ、複数回の製膜動作を繰り返した方が、膜厚及び膜質の均質性確保の観点から好ましいものである。そこでこの好ましい態様では、ノズルから噴射される超微粒子材料を、超微粒子材料の吹き付け位置が湾曲面に向って変化する方向により広がって吹き付けられるように噴射することで、吹き付け位置を湾曲面に沿って変化させても一部分が厚くなることなく、薄い膜の塗り重ねによって製膜することを可能なものとしている。
【００３５】
また本発明に係る製膜方法では、前記第一製膜工程において、前記ノズルは固定する一方で、前記対象物を前記第一平面に沿って動かすことで、前記超微粒子材料の吹き付け位置を変化させ、前記第二製膜工程において、前記ノズルは固定する一方で、前記対象物を前記第二平面に沿って動かすことで、前記超微粒子材料の吹き付け位置を変化させることも好ましい。
【００３６】
この好ましい態様では、第一製膜工程においても第二製膜工程においても、ノズルは固定する一方で、対象物を第一平面又は第二平面に沿って動かすことで、超微粒子材料の吹き付け位置を変化させているので、ノズルを動かすことなく製膜することが可能となる。従って、ノズルを固定することで噴射される超微粒子材料の状態を安定させることができ、膜厚及び膜質の均質性を確保することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、第一平面と、この第一平面に対し９０度以上１８０度未満の角度を成す第二平面と、第一平面と第二平面とを繋ぐ湾曲面とを備える対象物にノズルから噴射された超微粒子材料を吹き付けつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、第一平面と第二平面と湾曲面とを連続的に覆う膜を生成する製膜方法であって、簡易な方法で連続的且つ良質な膜の形成を可能とする製膜方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を実施するための製膜装置を示した概略構成図である。
【図２】図１に示した製膜装置を用いて製膜する際の製膜対象物とノズルとの関係を示す斜視図である。
【図３】製膜対象物の一例として、外側面と上面との成す角度が鈍角であるような形状の製膜対象物を示した斜視図である。
【図４】製膜対象物の一例として、内側面と上面との成す角度が鈍角であるような形状の製膜対象物を示した斜視図である。
【図５】第一配置工程及び第一製膜工程における、製膜対象物と超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線との成す角度について説明するための斜視図である。
【図６】第二配置工程及び第一製膜工程における、製膜対象物と超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線との成す角度について説明するための斜視図である。
【図７】製膜対象物と超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線との成す角度について説明するための斜視図である。
【図８】製膜対象物と超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線との側方から見た角度について説明するための図である。
【図９】製膜対象物と超微粒子材料の噴射方向に沿った噴射直線との上方から見た角度について説明するための図である。
【図１０】図９のＩ−Ｉ断面を示す図であって、製膜対象物への膜の形成過程を示す図である。
【図１１】図９のＩ−Ｉ断面を示す図であって、製膜対象物への膜の形成過程を示す図である。
【図１２】図９のＩ−Ｉ断面を示す図であって、製膜対象物への膜の形成過程を示す図である。
【図１３】図９のＩ−Ｉ断面を示す図であって、製膜対象物への膜の形成過程を示す図である。
【図１４】製膜対象物に膜を形成した後の断面を写した写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００４０】
本発明の実施形態である製膜方法に用いられる製膜装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、製膜装置１０の構成を示す概略構成図である。図１に示すように、製膜装置１０は、ガスボンベ１０１と、エアロゾル発生器１０２と、製膜チャンバー１０３と、真空ポンプ１０４とを備えている。
【００４１】
ガスボンベ１０１とエアロゾル発生器１０２とは、キャリアガス流路１０５で繋がっている。エアロゾル発生器１０２には、キャリアガス流路１０５の他に、エアロゾル流路１０６の一端が繋がっている。エアロゾル流路１０６の他端には、ノズル１０７が設けられている。
【００４２】
ノズル１０７は、製膜チャンバー１０３内に配置されている。製膜チャンバー１０３内には、ＸＹＺθαステージ１０８と、試料台１０９とが配置されている。ＸＹＺθαステージには試料台１０９が取り付けられており、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿った方向への移動と、ｘｙ平面内での回転と、試料台１０９に傾斜を与える傾動とが可能なように構成されている。ＸＹＺθαステージ１０８の調整によって、試料台１０９に戴置される製膜対象物にノズル１０７を対向させることが可能なように構成されている。
【００４３】
製膜チャンバー１０３内には、真空ポンプ１０４も繋がれている。真空ポンプ１０４を作動させることで、製膜チャンバー１０３内を減圧することが可能なように構成されている。
【００４４】
エアロゾル発生器１０２内には、セラミックス微粒子（超微粒子）が収められている。ガスボンベ１０１内には、搬送ガスが高圧下で封入されている。搬送ガスとしては、例えばアルゴン、窒素、ヘリウムのような不活性ガスや、酸素、乾燥空気、又はこれらの混合ガスを用いることができる。搬送ガスは、ガスボンベ１０１からキャリアガス流路１０５を経由してエアロゾル発生器１０２内に導入される。エアロゾル発生器１０２内に収められているセラミックス微粒子と、ガスボンベ１０１からエアロゾル発生器１０２内に搬送される搬送ガスとによって、エアロゾル（超微粒子材料）が形成される。
【００４５】
エアロゾル発生器１０２内で形成されたエアロゾルは、エアロゾル流路１０６を経由してノズル１０７に供給される。ノズル１０７に供給されたエアロゾルは、ノズル１０７の先端に設けられた噴射孔から噴射され、ＸＹＺθαステージ１０８に取り付けられた試料台１０９に戴置されている対象物に吹き付けられる。対象物にエアロゾルが吹き付けられると、エアロゾルに含まれるセラミックス微粒子が対象物に衝突し、その機械的な衝撃力によって対象物に緻密なセラミックス被膜が形成される。
【００４６】
続いて、対象物とノズル１０７との相対的な位置関係について図２を参照しながら説明する。図２は、図１に示した製膜装置を用いて製膜する際の製膜対象物Ｗとノズル１０７との関係を示す斜視図である。図２に示す製膜対象物Ｗは、全体として円環状を成すものであって、上面Ｗ０１（第一平面）と、外側面Ｗ０２（第二平面）と、内側面Ｗ１２と、湾曲面Ｗ０３と、湾曲面Ｗ１３とを備えている。上面Ｗ０１は、円環状を成す平面である。外側面Ｗ０２は、上面Ｗ０１と略直交する面であって、上面Ｗ０１の外周円に沿って立設される面である。内側面Ｗ１２は、上面Ｗ０１と略直交する面であって、上面Ｗ０１の内周円に沿って立設される面である。湾曲面Ｗ０３は、上面Ｗ０１と外側面Ｗ０２とを繋ぐ面である。湾曲面Ｗ１３は、上面Ｗ０１と内側面Ｗ１２とを繋ぐ面である。
【００４７】
図２においては、上述のように、外側面Ｗ０２と上面Ｗ０１とが略直交しているような製膜対象物Ｗの例を示している。しかし、本実施形態に係る製膜方法は、このような形状の製膜対象物Ｗのみに限定して適用されるものではない。例えば図３に示したように、外側面Ｗ０２と上面Ｗ０１との成す角度が鈍角である場合、すなわち、９０度を超えて且つ１８０度未満の角度であるような製膜対象物Ｗに対しても適用できるものである。これは内側面Ｗ１２と上面Ｗ０１との成す角度についても同様であり、図４に示したように、内側面Ｗ１２と上面Ｗ０１との成す角度が鈍角である場合、すなわち、９０度を超えて且つ１８０度未満の角度であるような製膜対象物Ｗにおいて、内側面Ｗ１２と上面Ｗ０１とを連続的に製膜するような場合に対しても適用できるものである。
【００４８】
以下では、特に例外として断る場合を除き、製膜対象物Ｗの外側面Ｗ０２と上面Ｗ０１とが略直交し、且つ、内側面Ｗ１２と上面Ｗ０１とが略直交する場合について、本実施形態に係る製膜方法を説明することとする。
【００４９】
ノズル１０７は、その先端からエアロゾルＣｐ（超微粒子材料）を噴射するものである。エアロゾルＣｐの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬは、製膜対象物Ｗに対して衝突点Ｈｐにおいて衝突している。ノズル１０７は、製膜対象物Ｗに対して方向Ｄ２に沿って移動するように構成されている。ノズル１０７が方向Ｄ２に沿って移動すると、衝突点Ｈｐは、移動直線ＭＬに沿って移動する。製膜対象物Ｗは、方向Ｄ１に沿って回転するように試料台１０９に戴置されている。
【００５０】
尚、図２においては、上面Ｗ０１に沿った平面がｘｙ平面となるように、ｘ軸及びｙ軸が設定されている。ｘ軸は、移動直線ＭＬ及び方向Ｄ２に沿って設定されており、ｙ軸はｘ軸に直交するように設定されている。ｚ軸は、製膜対象物Ｗが方向Ｄ２に沿って回転する際の回転中心を貫く中心軸に沿って設定されており、ｘ軸及びｙ軸に直交するように設定されている。以下の説明では、図２において設定したｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準として説明を行うものとする。
【００５１】
図５は、第一配置工程及び第一製膜工程における、製膜対象物ＷとエアロゾルＣｐの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬとの成す角度について説明するための斜視図である。尚、図５では、上面Ｗ０１（第一平面）と外側面Ｗ０２（第二平面）との成す角度ＳＸについても説明するため、図３に示した形状の製膜対象物ＷのＥ部を拡大して示している。
【００５２】
図５に示すように、噴射直線ＪＬが上面Ｗ０１と交わる衝突点Ｈｐが移動直線ＭＬに沿って移動する場合の、噴射直線ＪＬと上面Ｗ０１との成す角度αは、角ＡＨｐＢの角度となっている。点Ａは、噴射直線ＪＬ上の任意の点である。点Ｂは、点Ａから上面Ｗ０１に垂線を下ろした場合の上面Ｗ０１における交点である。本実施形態では、上面Ｗ０１に製膜する際の成す角度αは、３０度から６０度の間の角度になるように設定されている。
【００５３】
点Ｐ１は、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が上面Ｗ０１上の移動直線ＭＬに沿って移動し、湾曲面Ｗ０３に到達した時点における吹き付け位置を示している。上面Ｗ０１（第一平面）と湾曲面Ｗ０３との境界を示す線を第一の境界線ＢＬ１とすると、図５に示すように、点Ｐ１は、移動直線ＭＬと第一の境界線ＢＬ１との交点である。
【００５４】
第一の仮想線ＶＬ１は、上面Ｗ０１（第一平面）に対して噴射直線ＪＬを投影してなる直線である。本実施形態では、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点、すなわち点Ｐ１において、第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１が０度から６０度の間の角度になるように設定されている。第一の境界線ＢＬ１に対して点Ｐ１において接する接線を接線ＢＬＸ１とすると、図５に示すように、上記の角度ｒ１は、第一の仮想線ＶＬ１と接線ＢＬＸ１との成す角度に一致する。
【００５５】
図６は、第二配置工程及び第二製膜工程における、製膜対象物ＷとエアロゾルＣｐの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬ２との成す角度について説明するための斜視図である。図６における製膜対象物Ｗは、図５で示したものと同じものである。尚、第一製膜工程が完了した後の第二配置工程においては、噴射直線ＪＬ２の方向は変更せず、噴射直線ＪＬ２に対する製膜対象物Ｗの向きが変更される。しかし図６では説明の便宜上、図５と同じ向きに製膜対象物Ｗを示しており、噴射直線ＪＬ２の向きを、第一製膜工程における噴射直線ＪＬの向きとは異ならせて示している。
【００５６】
図６に示すように、噴射直線ＪＬ２が外側面Ｗ０２（第二平面）と交わる衝突点Ｈｐ２が移動直線ＭＬ２に沿って移動する場合の、噴射直線ＪＬ２と外側面Ｗ０２との成す角度α２は、角Ａ２Ｈｐ２Ｂ２の角度となっている。点Ａ２は、噴射直線ＪＬ２上の任意の点である。点Ｂ２は、Ｈｐ２において外側面Ｗ０２（第二平面）に接する仮想平面上に点Ａ２から垂線を下ろした場合の、上記仮想平面における交点である。本実施形態では、外側面Ｗ０２に製膜する際の成す角度α２は、３０度から６０度の間の角度になるように設定されている。
【００５７】
点Ｐ２は、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が外側面Ｗ０２（第二平面）上の移動直線ＭＬ２に沿って移動し、湾曲面Ｗ０３に到達した時点における吹き付け位置を示している。外側面Ｗ０２（第二平面）と湾曲面Ｗ０３との境界を示す線を第二の境界線ＢＬ２とすると、図６に示すように、点Ｐ２は、移動直線ＭＬ２と第二の境界線ＢＬ２との交点である。
【００５８】
第二の仮想線ＶＬ２は、上記仮想平面に対して噴射直線ＪＬ２を投影してなる直線である。この第二の仮想線ＶＬ２は、外側面Ｗ０２に対し噴射直線ＪＬ２を投影してなる線と、点Ｐ２において一致する。
【００５９】
本実施形態では、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点、すなわち点Ｐ２において、第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２が０度から６０度の間の角度になるように設定されている。第二の境界線ＢＬ２に対して点Ｐ２において接する接線を接線ＢＬＸ２とすると、図６に示すように、上記の角度ｒ２は、第二の仮想線ＶＬ２と接線ＢＬＸ２との成す角度に一致する。
【００６０】
図５及び図６に示した製膜対象物Ｗの形状は、第一平面（上面Ｗ０１）と第二平面（外側面Ｗ０２）との成す角度ＳＸが鈍角、すなわち、９０度を超えて且つ１８０度未満の角度となっている。本発明に係る製膜方法は、角度ＳＸが９０度以上１８０度未満である場合に適用可能なものである。以下では再び、角度ＳＸが略９０度である製膜対象物Ｗ、すなわち、上面Ｗ０１（第一平面）と外側面Ｗ０２（第二平面）とが略直交している製膜対象物Ｗを図示しながら説明を続ける。
【００６１】
上面Ｗ０１（第一平面）と外側面Ｗ０２（第二平面）とが略直交する場合においては、第一側方角度γが３０度から６０度となるようにノズル１０７を配置することによっても、第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１を０度から６０度の間の角度とすることができる。この第一側方角度γについて、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００６２】
図7は、上面Ｗ０１と外側面Ｗ０２とが略直交する場合において、製膜対象物ＷとエアロゾルＣｐの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬとの成す角度について説明するための斜視図である。図７においても、図５に示したものと同様に、上面Ｗ０１に製膜する際の成す角度αは、３０度から６０度の間の角度になるように設定されている。
【００６３】
図８は、製膜対象物ＷとエアロゾルＣｐの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬとの側方から見た角度について説明するための図である。図８に示すように、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が変化する方向である移動直線ＭＬを見通す側方から見た場合の、噴射直線ＪＬと上面Ｗ０１との見かけ上の角度が第一側方角度γである。より具体的には、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が移動直線ＭＬに沿って移動し、上面Ｗ０１の最も外周に到達して、吹き付け位置が湾曲面Ｗ０３上に位置した場合に、その吹き付け位置において外側面Ｗ０２と正対する方向から見た見かけ上の角度が第一側方角度γとなっている。換言すれば、製膜対象物Ｗは円環状を成すものであって、外側面Ｗ０２は円筒状を成しているので、エアロゾルＣｐの吹き付け位置が湾曲面Ｗ０３上に位置した場合に、その吹き付け位置における外側面Ｗ０２へ接する面に正対する方向から見た見かけ上の角度が第一側方角度γである。
【００６４】
第一側方角度γは上記のように定義されるものであるから、上面Ｗ０１（第一平面）と外側面Ｗ０２（第二平面）とが略直交する場合においては、第一側方角度γが３０度から６０度の間の角度となるようにノズルを配置すれば、第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１を０度から６０度の間の角度とすることができる。
【００６５】
図９は、製膜対象物ＷとエアロゾルＣｐの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬとの上方（外側面Ｗ０２を基準とすれば側方）から見た角度について説明するための図である。図９において、噴射直線ＪＬが上面Ｗ０１に交差する衝突点Ｈｐが、移動直線ＭＬ上を移動するように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとが相対的に移動されている。衝突点Ｈｐが上面Ｗ０１上の位置Ｈｐａにある場合、エアロゾルＣｐは楕円状を成すように上面Ｗ０１に衝突している。このエアロゾルＣｐが衝突している楕円状の領域は、移動直線ＭＬに沿った方向（エアロゾルＣｐの吹きつけ位置が湾曲面Ｗ０３に向って変化する方向）が長軸となり、移動直線ＭＬに直交する方向（エアロゾルＣｐの吹きつけ位置が湾曲面Ｗ０３に沿って変化する方向）に沿った方向が短軸となるように形成されている。
【００６６】
第一製膜工程において衝突点Ｈｐが外側面Ｗ０２（第二平面）に到達し、位置Ｈｐｂに位置した場合、当該位置Ｈｐｂにおいて外側面Ｗ０２（第二平面）と噴射直線ＪＬとの成す角度は、６０度以下となるように設定されている。特に、本実施形態のように上面Ｗ０１（第一平面）と外側面Ｗ０２（第二平面）とが略直交する場合においては、第二側方角度βが６０度以下の角度となるようにノズルを配置することによっても、外側面Ｗ０２（第二平面）と噴射直線ＪＬとの成す角度を６０度以下の角度とすることができる。
【００６７】
第二側方角度βとは、衝突点Ｈｐが外側面Ｗ０２に到達した場合に、上面Ｗ０１（第一平面）と正対する側方から見た場合の角度である。言い換えると、衝突点Ｈｐが外側面Ｗ０２（第二平面）に到達し、位置Ｈｐｂに位置した場合の、位置Ｈｐｂにおける外側面Ｗ０２（第二平面）への接線ＭＬｃと噴射直線ＪＬとの見かけ上の角度である。
【００６８】
第二側方角度βは上記のように定義されるものであるから、上面Ｗ０１（第一平面）と外側面Ｗ０２（第二平面）とが略直交する場合においては、第二側方角度βが６０度以下の角度となるようにノズルを配置すれば、外側面Ｗ０２（第二平面）と噴射直線ＪＬとの成す角度を６０度以下の角度とすることができる。
【００６９】
続いて、製膜対象物Ｗへの製膜方法を説明する。製膜方法の説明にあたっては、図１０〜図１３を参照する。図１０及び図１１は、図９のＩ−Ｉ断面を示す図であって、製膜対象物Ｗへの膜の形成過程を示す図であり、主に上面Ｗ０１及び湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３に製膜する過程を示す図である。図１２及び図１３は、図９のＩ−Ｉ断面を示す図であって、製膜対象物への膜の形成過程を示す図であり、主に外側面Ｗ０２及び湾曲面Ｗ０３，Ｗ０５に製膜する過程を示す図である。
【００７０】
図１０に示すように、ノズル１０７を上面Ｗ０１に対してエアロゾルを吹き付けることが可能な距離を保つように離隔させる一方で、上面Ｗ０１に対するエアロゾルの噴射方向に沿った噴射直線ＪＬの角度が、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αで３０度から６０度となり、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３に達した点において内側面Ｗ１２，外側面Ｗ０２と正対する側方から見通した第一側方角度γで３０度から６０度となるように、上面Ｗ０１に対向させてノズル１０７を配置する（第一配置工程）。このようにノズル１０７を配置した結果、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点においては、上面Ｗ０１を第一の平面として定義される第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１は、０度から６０度の間の角度となっている。
【００７１】
本実施形態では、ノズル１０７を移動直線ＭＬに沿った方向Ｄ２に沿って移動させつつ、製膜対象物Ｗを方向Ｄ１に沿った方向に回転させながら製膜するものであって、噴射直線ＪＬが製膜対象物Ｗの一方の外側から他方の外側まで移動するようにノズル１０７を移動させるものである。
【００７２】
図１０は、噴射直線ＪＬが製膜対象物Ｗの一方の外側から中心近傍まで移動する際の製膜状態を示している。噴射直線ＪＬが製膜対象物Ｗの一方の外側から中心近傍まで移動するように、ノズル１０７を位置１０７ａから位置１０７ｂまで移動させると、製膜対象物Ｗを回転させているので、上面Ｗ０１に被膜Ｆ０１が形成される。ノズル１０７の傾斜方向が、ノズル１０７が移動する方向Ｄ２において後方側にエアロゾルを噴射するように傾斜しているので、湾曲面Ｗ１３に対してエアロゾルの噴射方向が正対する。従って、湾曲面Ｗ１３に被膜Ｆ０１が形成される。一方、ノズル１０７が位置１０７ａから位置１０７ｂまで移動する間に置いては、湾曲面Ｗ０３に対してエアロゾルの噴射方向が正対しないので、湾曲面Ｗ０３に被膜Ｆ０１が形成されない。
【００７３】
図１１は、噴射直線ＪＬが製膜対象物Ｗの中心近傍から他方の外側まで移動する際の製膜状態を示している。噴射直線ＪＬが製膜対象物Ｗの中止近傍から他方の外側まで移動するように、ノズル１０７を位置１０７ｃから位置１０７ｄまで移動させると、製膜対象物Ｗを回転させているので、上面Ｗ０１の被膜Ｆ０１が成長する。ノズル１０７の傾斜方向が、ノズル１０７が移動する方向Ｄ２において後方側にエアロゾルを噴射するように傾斜しているので、今度は湾曲面Ｗ０３に対してエアロゾルの噴射方向が正対する。従って、湾曲面Ｗ０３にも被膜Ｆ０１が形成される。一方、ノズル１０７が位置１０７ｃから位置１０７ｄまで移動する間に置いては、湾曲面Ｗ１３に対してエアロゾルの噴射方向が正対しないので、湾曲面Ｗ１３に形成された被膜Ｆ０１は成長しない。
【００７４】
図１０及び図１１に示すような製膜を行うことで、ノズル１０７からエアロゾルを噴射しながら、当初配置したノズル１０７と製膜対象物Ｗとの距離及び角度を保ちつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させ、上面Ｗ０１及び上面Ｗ０１に繋がる湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３にエアロゾルを連続的に吹き付け、上面Ｗ０１を覆う膜と湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３の少なくとも一部を覆う膜とを連続的に形成することができる（第一製膜工程）。尚、第一配置工程及び第一製膜工程において、上面Ｗ０１方向から見た噴射直線ＪＬと外側面Ｗ０２との第二側方角度βは、３０度の角度となるように設定されている。このようにノズル１０７を配置した結果、エアロゾルの吹き付け位置が変化して外側面Ｗ０２に達した点においては、外側面Ｗ０２と噴射直線ＪＬとの成す角度は、６０度以下の角度となっている。
【００７５】
続いて、図１２に示すように、ノズル１０７を外側面Ｗ０２に対してエアロゾルを吹き付けることが可能な距離を保つように離隔させる一方で、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の角度が、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度で３０度から６０度となり、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０５に達した点において下面Ｗ０４と正対する側方から見通した第一側方角度γで３０度から６０度となるように、外側面に対向させてノズル１０７を配置する（第二配置工程）。
【００７６】
図１２は、噴射直線ＪＬ２が製膜対象物Ｗの一方の外側から他方の外側まで移動する際の製膜状態を示している。噴射直線ＪＬ２が製膜対象物Ｗの一方の外側から他方の外側まで移動するように、ノズル１０７を位置１０７ｅから位置１０７ｆまで移動させると、製膜対象物Ｗを回転させているので、外側面Ｗ０２に被膜Ｆ０２が形成される。ノズル１０７の傾斜方向が、ノズル１０７が移動する方向Ｄ２において後方側にエアロゾルを噴射するように傾斜しているので、湾曲面Ｗ０５に対してエアロゾルの噴射方向が正対する。従って、湾曲面Ｗ０５に被膜Ｆ０２が形成される。一方、この傾斜方向でノズル１０７が位置１０７ｅから位置１０７ｆまで移動する間に置いては、湾曲面Ｗ０３に対してエアロゾルの噴射方向が正対しないので、湾曲面Ｗ０３に被膜Ｆ０２が形成されない。
【００７７】
続いて、図１３に示すように、ノズル１０７の傾斜方向を、ノズル１０７が移動する方向Ｄ２において前方側にエアロゾルを噴射するように傾斜させ、湾曲面Ｗ０３に対してエアロゾルの噴射方向を正対させる。図１３においても、ノズル１０７を外側面Ｗ０２に対してエアロゾルを吹き付けることが可能な距離を保つように離隔させる一方で、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬの角度が、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度で３０度から６０度となり、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点において上面Ｗ０１と正対する側方から見通した第一側方角度γで３０度から６０度となるように、外側面に対向させてノズル１０７を配置している。このようにノズル１０７を配置した結果、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点においては、外側面Ｗ０２を第二平面として定義される第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２は、０度から６０度の間の角度となっている。
【００７８】
この配置で、ノズル１０７を位置１０７ｇから位置１０７ｈまで移動させると、製膜対象物Ｗを回転させているので、外側面Ｗ０２に形成された被膜Ｆ０２が成長する。ノズル１０７の傾斜方向が、ノズル１０７が移動する方向Ｄ２において前方側にエアロゾルを噴射するように傾斜しているので、湾曲面Ｗ０３に対してエアロゾルの噴射方向が正対する。従って、湾曲面Ｗ０３に被膜Ｆ０２が形成される。一方、この傾斜方向でノズル１０７が位置１０７ｇから位置１０７ｈまで移動する間に置いては、湾曲面Ｗ０５に対してエアロゾルの噴射方向が正対しないので、湾曲面Ｗ０５に被膜Ｆ０２が形成されない。
【００７９】
図１２及び図１３では、湾曲面Ｗ０３と湾曲面Ｗ０５との双方に被膜Ｆ０２を形成するため、ノズル１０７の傾斜方向を変えたけれども、湾曲面Ｗ０３にのみ被膜Ｆ０２を形成すれば足りる場合には、図１３に示すようなノズル１０７の角度で製膜することが好ましいものである。また、製膜対象物Ｗが直方体を成しているような場合には、本実施形態のように回転させながら製膜することができないので、図１２及び図１３を参照しながら説明したように、ノズル１０７の傾斜方向を変えて製膜することで、上述したような湾曲面Ｗ０３への製膜が可能なものとなる。
【００８０】
上述した製膜方法で、上面Ｗ０１及び湾曲面Ｗ０３に被膜Ｆ０１を形成し、外側面Ｗ０２及び湾曲面Ｗ０３に被膜Ｆ０２を形成すると、被膜Ｆ０１と被膜Ｆ０２とが一体となって、被膜Ｆとなる。被膜Ｆの断面写真を図１４に示す。図１４に示すように、被膜Ｆは、被膜Ｆ０１と被膜Ｆ０２とが一体となって形成されるものであるから、被膜Ｆ０１と被膜Ｆ０２との境界は消滅して渾然一体となった膜が形成されている。このように湾曲面に対して境界のない製膜を行うことは本実施形態の製膜方法の特徴的な側面である。
【００８１】
上述した本実施形態によれば、第一製膜工程（図１０及び図１１参照）において、ノズル１０７からエアロゾルを噴射しながら、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとの距離及び角度を保ちつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、第一平面である上面Ｗ０１を覆う被膜Ｆ０１と湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３の少なくとも一部を覆う被膜Ｆ０１とを連続的に形成している。従って、上面Ｗ０１を覆う被膜Ｆ０１と湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３を覆う被膜Ｆ０１とを一体的に形成することができ、接合部分のギャップを生じさせない製膜が可能となる。
【００８２】
更に、第一製膜工程の後に実行される第二製膜工程（図１２及び図１３参照）では、ノズル１０７からエアロゾルを噴射しながら、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとの距離及び角度を保ちつつ、その吹き付け位置を連続的に変化させることで、第二平面である外側面Ｗ０２を覆う被膜Ｆ０２と、第一製膜工程において湾曲面Ｗ０３に形成された被膜Ｆ０１を更に覆う被膜Ｆ０２とを連続的に形成している。従って、外側面Ｗ０２を覆う被膜Ｆ０２と湾曲面Ｗ０３上に形成された被膜Ｆ０１を更に覆う被膜Ｆ０２とを一体的に形成することができ、接合部分のギャップを生じさせない製膜が可能となる。
【００８３】
湾曲面Ｗ０３に着目すれば、第一製膜工程で形成する被膜Ｆ０１に第二製膜工程で形成する被膜Ｆ０２を重ね合わせているので、第一製膜工程で形成する被膜Ｆ０１は製膜対象物Ｗへの密着性を考慮したものとする一方で、第二製膜工程で形成する被膜Ｆ０２は下層の被膜Ｆ０１への密着性と外観を考慮したものとすることができ、それぞれに最適化した製膜が可能となる。
【００８４】
更に本実施形態では、第一製膜工程における上面Ｗ０１及び湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３への製膜をより確実なもとするため、第一配置工程において、製膜対象物Ｗに対するノズル１０７の配置を工夫している。具体的には、ノズル１０７を上面Ｗ０１に対してエアロゾルを吹き付けることが可能な距離を保つように離隔させる一方で、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの角度が、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αで３０度から６０度となるように配置している。
【００８５】
このように配置することで、上面Ｗ０１への製膜に適切な入射角度となるようにノズル１０７を配置することができる。上面Ｗ０１への製膜のみを考慮すれば、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αを適切に設定すればよいので、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの入射方向はその成す角度αを保持するものであれば変動させることができる。
【００８６】
本発明者らはこの点に着目し、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの角度が、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αとしては上述した条件を守りつつ、更に追加の条件をも満たすようにノズルを配置している。すなわち、第一平面である上面Ｗ０１と湾曲面Ｗ０３との境界を第一の境界線ＢＬ１としたときに、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点において、上面Ｗ０１に対し噴射直線ＪＬを投影してなる第一の仮想線ＶＬ１と、第一の境界線ＢＬ１との成す角度で０度から６０度の範囲内となるように配置している。
【００８７】
このように、製膜対象物Ｗに対するノズル１０７の角度を工夫して設定することで、第一製膜工程においては、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを相対的な２次元運動（例えば、対象物を回転させたり、対象物に対してノズルを平行移動させたりする運動）をさせるように動かすという簡易な方法で、極めて微小な曲率半径の湾曲面Ｗ０３，Ｗ１３を有する製膜対象物Ｗに対しても確実に良質の膜を形成することが可能となる。
【００８８】
更に本実施形態では、第二製膜工程（図１２及び図１３参照）における外側面Ｗ０２及び湾曲面Ｗ０３への製膜をより確実なもとするため、第二配置工程において、製膜対象物Ｗに対するノズル１０７の配置を工夫している。具体的には、ノズル１０７を外側面Ｗ０２に対してエアロゾルを吹き付けることが可能な距離を保つように離隔させる一方で、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の角度が、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２で３０度から６０度となるように配置している。このように配置することで、外側面Ｗ０２への製膜に適切な入射角度となるようにノズル１０７を配置することができる。外側面Ｗ０２への製膜のみを考慮すれば、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２を適切に設定すればよいので、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の入射方向はその成す角度α２を保持するものであれば変動させることができる。
【００８９】
本発明者らはこの点に着目し、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の角度が、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２としては上述した条件を守りつつ、更に追加の条件をも満たすようにノズルを配置している。すなわち、第二平面である外側面Ｗ０２と湾曲面Ｗ０３との境界を第二の境界線ＢＬ２としたときに、エアロゾルの吹き付け位置が変化して湾曲面Ｗ０３に達した点において、外側面Ｗ０２に対し噴射直線ＪＬ２を投影してなる第二の仮想線ＶＬ２と、第二の境界線ＢＬ２との成す角度で０度から６０度の範囲内となるように配置している。
【００９０】
このように、製膜対象物Ｗに対するノズル１０７の角度を工夫して設定することで、第二製膜工程においても、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを相対的な２次元運動（例えば、対象物を回転させたり、対象物に対してノズルを平行移動させたりする運動）をさせるように動かすという簡易な方法で、極めて微小な曲率半径の湾曲面Ｗ０３，Ｗ０５を有する製膜対象物Ｗに対しても確実に良質の膜を形成することが可能となる。
【００９１】
また本実施形態では、第一配置工程において、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αが、第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１よりも大きくなるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置することも好ましい。
【００９２】
この好ましい配置では、第一配置工程において、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αが、上面Ｗ０１を第一平面として定義される第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１よりも大きくなるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置している。これにより、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αを相対的に大きく設定する一方で、第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１は相対的に小さく設定することができる。
【００９３】
従って、第一製膜工程において上面Ｗ０１にエアロゾルを吹き付ける際には、効率的な製膜が可能となり、製膜速度を高く維持することができる。湾曲面Ｗ０３への製膜は第二製膜工程においても行うため、第一製膜工程における湾曲面Ｗ０３への製膜では製膜対象物Ｗへの密着性を重視することが、剥離といった不具合を発生させないためにも好ましいものである。そこで、第一配置工程では、第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１は相対的に小さく設定し、湾曲面Ｗ０３へのエアロゾルの噴射角度を浅くすることで、膜質の高い膜を形成することができる。
【００９４】
特に第一平面（上面Ｗ０１）と第二平面（外側面Ｗ０２、内側面Ｗ１２）とが略直交する場合においては、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬの成す角度αよりも、第一側方角度γが小さくなるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置してもよい。
【００９５】
また本実施形態では、第二配置工程において、第二平面である外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２が、第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２よりも大きくなり、且つ、第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２が、第一配置工程における第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１よりも大きくなるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置することも好ましい。
【００９６】
特に上面Ｗ０１と外側面Ｗ０２とが略直交する場合においては、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２が、第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２よりも大きくなり、且つ、第二配置工程における第二側方角度βが、第一配置工程における第一側方角度γよりも大きくなるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置してもよい。その場合でも、ノズル１０７の配置は上記の条件を満たすこととなる。
【００９７】
この好ましい配置では、第二配置工程において、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２が、外側面Ｗ０２を第二平面として定義される第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２よりも大きくなるようにノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置している。これにより、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の成す角度α２を相対的に大きく設定する一方で、第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２を相対的に小さく設定することができる。
【００９８】
従って、第二製膜工程において外側面Ｗ０２にエアロゾルを吹き付ける際には、効率的な製膜が可能となり、製膜速度を高く維持することができる。湾曲面Ｗ０３への製膜は、第一製膜工程において既に行っているため、第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２を相対的に小さく設定することで製膜速度を低く抑え、最終的に湾曲面Ｗ０３に形成される膜が厚くなりすぎてしまうことを防止することができる。
【００９９】
この好ましい態様では、更に、第二配置工程における第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２が、第一配置工程における第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１よりも大きくなるように、ノズルと対象物とを配置している。このため、第一配置工程における第一の仮想線ＶＬ１と第一の境界線ＢＬ１との成す角度ｒ１に対して、第二配置工程における第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２を、相対的に大きく設定することができる。第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度ｒ２を大きく設定することで、第二製膜工程における湾曲面Ｗ０３への製膜速度をより高めることができる。
【０１００】
上述したように、第一製膜工程において湾曲面Ｗ０３には既に膜が形成されているので、その膜に重畳させる膜の製膜速度を上昇させたとしても、剥離といった不具合は起き難いものである。そこで、この好ましい態様のように第二の仮想線ＶＬ２と第二の境界線ＢＬ２との成す角度を設定することで、湾曲面Ｗ０３に形成される膜の対象物への密着性と生産性を確保することができる。
【０１０１】
また本実施形態では、第一配置工程において、第二平面である外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬ２の角度α２が６０度以下となるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置することも好ましい。
【０１０２】
特に上面Ｗ０１と外側面Ｗ０２とが略直交する場合においては、第一配置工程において、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬの角度が、第二側方角度βで６０度以下となるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置してもよい。その場合でも、ノズル１０７の配置は上記の条件を満たすこととなる。
【０１０３】
この好ましい配置では、第一配置工程において、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬの角度が、第二側方角度βで６０度以下となるように設定されているので、第一製膜工程においてノズル１０７から噴射されたエアロゾルが外側面Ｗ０２に到達したとしても、外側面Ｗ０２に対する入射角度が６０度を超えることが無い。このため、未だ製膜が行われていない外側面Ｗ０２に対して、密着性が悪く膜質の低い膜が製膜されてしまうことを防止することができる。
【０１０４】
尚、上面Ｗ０１と外側面Ｗ０２とが略直交する場合においては、第一配置工程において、外側面Ｗ０２に対する噴射直線ＪＬの角度が、第二側方角度βで３０度以下となり、第二配置工程において、上面Ｗ０１に対する噴射直線の角度が、第一側方角度γで３０度以下となるように、ノズル１０７と製膜対象物Ｗとを配置することも好ましい。上面Ｗ０１と外側面Ｗ０２とが略直交する場合においてこのような配置とすれば、第一製膜工程においてノズル１０７から噴射されたエアロゾルが外側面Ｗ０２に到達したとしても、外側面Ｗ０２に対する入射角度が浅くなるため、製膜には寄与しないように設定することができる。従って、第一製膜工程において外側面Ｗ０２に膜が形成されることを抑制でき、第一製膜工程における被製膜面としては想定されていない外側面Ｗ０２への不要な製膜を抑制することができる。
【０１０５】
同様に、第二配置工程において、上面Ｗ０１に対する噴射直線ＪＬ２の角度が、第一側方角度で３０度以下となるように設定されているので、第二製膜工程においてノズルから噴射された超微粒子材料が上面Ｗ０１に到達したとしても、上面Ｗ０１に対する入射角度が浅くなるため、製膜には寄与しないように設定することができる。従って、第一製膜工程においても第二製膜工程においても、被製膜面としては想定されていない側の平面への不要な製膜を抑制することができ、全体として均一な製膜が可能となる。
【０１０６】
また本実施形態では、第一製膜工程及び第二製膜工程において、ノズル１０７から噴射されるエアロゾルは、その吹き付け位置が湾曲面Ｗ０３に沿って変化する方向よりも、エアロゾルの吹き付け位置が湾曲面Ｗ０３に向かって変化する方向により広がって吹き付けられるように噴射されている。
【０１０７】
湾曲面Ｗ０３に製膜するにあたっては、一度に厚く製膜するよりも、一回当たりの製膜厚みは薄くしつつ、複数回の製膜動作を繰り返した方が、膜厚及び膜質の均質性確保の観点から好ましいものである。そこで、ノズル１０７から噴射されるエアロゾルを、エアロゾルの吹き付け位置が湾曲面Ｗ０３に向って変化する方向により広がって吹き付けられるように噴射することで、吹き付け位置を湾曲面Ｗ０３に沿って変化させても一部分が厚くなることなく、薄い膜の塗り重ねによって製膜することを可能なものとしている。
【０１０８】
また本実施形態では、第一製膜工程において、ノズル１０７は固定する一方で、製膜対象物Ｗを上面Ｗ０１に沿って動かすことで、エアロゾルの吹き付け位置を変化させ、第二製膜工程において、ノズル１０７は固定する一方で、製膜対象物Ｗを外側面Ｗ０２に沿って動かすことで、エアロゾルの吹き付け位置を変化させている。
【０１０９】
このように、第一製膜工程においても第二製膜工程においても、ノズル１０７は固定する一方で、製膜対象物Ｗを上面Ｗ０１又は外側面Ｗ０２に沿って動かすことで、エアロゾルの吹き付け位置を変化させているので、ノズル１０７を動かすことなく製膜することが可能となる。従って、ノズル１０７を固定することで噴射されるエアロゾルの状態を安定させることができ、膜厚及び膜質の均質性を確保することができる。
【０１１０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１１】
１０：製膜装置
１０１：ガスボンベ
１０２：エアロゾル発生器
１０３：製膜チャンバー
１０４：真空ポンプ
１０５：キャリアガス流路
１０６：エアロゾル流路
１０７：ノズル
１０８：ステージ
１０９：試料台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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