(57)【要約】【課題】設備費を抑えてコストダウンを図るとともに、所望の性能を有する膜を効率良く得ることのできる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜される基板８２を保持するステージ７を備えた成膜室２と、基板８２上に成膜材料を供給する材料供給ユニットと、基板８２に磁場を印加する磁場印加ユニット４と、基板８２を加熱する加熱装置５と、材料供給ユニット、磁場印加ユニット４及び加熱装置５を制御する制御装置６と、を備える。【選択図】図１
2009043890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜される基板を保持する保持手段を備えた成膜室と、
前記基板上に液状体を供給する材料供給手段と、
前記液状体が供給された前記基板に磁場を印加する磁場印加手段と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記材料供給手段、前記磁場印加手段及び前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記磁場印加手段は、強度及び方向のうち少なくとも一方が時間的に変動する変動磁場を発生することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記磁場印加手段は、前記基板の周囲に超伝導線材を巻回したコイルからなる電磁石を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記電磁石は、その軸心から遠ざかるに従って前記超伝導線材が密に巻回されていることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記電磁石が、前記基板の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸を基準にして回転することを特徴とする請求項３または４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記基板が、当該基板の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸を基準にして回転することを特徴とすることを特徴とする請求項３または４記載の成膜装置。
【請求項７】
前記磁場印加手段が一対のコイルからなり、
前記一対のコイルが同軸上に巻回されているとともに互いの巻回方向が逆になっていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記電磁石は、前記基板の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸に対して対称な形状であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁場作用により配向した超伝導高分子材料を基板上に堆積することにより、分子の配向方向が揃った薄膜を基板上に成膜することのできる技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１１０２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では、成膜材料をスパッタ方式を用いて基板上に堆積させている。そのため、上記したように基板の成膜に寄与しない材料が発塵源となって性能が低下する虞がある。また、装置構成も複雑で高価なものとなる。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、設備費を抑えてコストダウンを図るとともに、所望の性能を有する膜を効率良く得ることのできる成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の成膜装置は、上記課題を解決するために、成膜される基板を保持する保持手段を備えた成膜室と、基板上に液状体を供給する材料供給手段と、液状体が供給された前記基板に磁場を印加する磁場印加手段と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記材料供給手段、前記磁場印加手段及び前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の成膜装置によれば、基板上に供給した膜材料の方位を所望の方向に揃えることができる。すなわち、磁場の作用により、磁化軸を有した膜材料を（磁場方向に）配向させることができるので、膜材料の配向方向が揃った薄膜を基板上に成膜することができる。
成膜手順としては、材料供給手段により基板上に膜材料を供給し、磁場印加手段により膜材料の磁化軸を所望の方向に配向可能とする強度の磁場を印加して膜材料を配向させた後、加熱手段を用いて基板を加熱して分散媒を除去する。すると、膜材料を磁場方向に配向させた状態で固定することができる。このように、磁場を印加することで膜材料の配向方向を規定し、所望の方向に配向させることができる。
【０００７】
また、磁場印加手段は、強度及び方向のうち少なくとも一方が時間的に変動する変動磁場を発生することが好ましい。
本発明の成膜装置によれば、一定の磁場強度の下、磁場の方向を変動（回転）させることによって円磁場が形成される。また、磁場の回転に伴って磁場強度も変動（変化）させることによって楕円磁場が形成される。
このような変動磁場（円磁場、楕円磁場）を印加することによって膜材料の配向規制を行うことが可能となる。詳しくは後述するが、例えば、円磁場及び楕円磁場によって膜材料の二軸配向が可能となり、円磁場によって膜材料の一軸配向が可能となる。液状体（膜材料の磁化率、膜材料の大きさ、分散媒の種類等）に応じて印加する磁場を調整することによって、所望の配向性を有する膜構造を得ることができる。
【０００８】
また、磁場印加手段は、基板の周囲に超伝導線材を巻回したコイルからなる電磁石を備えていることが好ましい。
このような構成によれば、基板上に供給された膜材料を所望の方向に配向させるために必要な強度の磁場を確実且つ容易に発生させることができる。
【０００９】
また、電磁石は、その軸心から遠ざかるに従って超伝導線材が密に巻回されていることが好ましい。
このような構成によれば、電磁石の軸心方向外側に向かうに従って超伝導線材の巻き（巻回）密度を高めることによって、磁束密度の弱い外側の磁場強度を高めることができる。これにより、基板に印加する磁場強度を均一化することができるので、膜材料の配向を同一方向に確実に揃えることができる。
【００１０】
また、電磁石が、基板の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸を基準にして回転することが好ましい。
このような構成によれば、基板に印加する磁場強度を基板の周方向に変動させることができ、所謂、変動磁場を形成することができる。例えば、膜材料の３軸が、それぞれ磁化率の異なる磁化軸であった場合、膜材料を二軸配向させることが可能となり、配向性に優れた膜を成膜することができる。
【００１１】
また、基板が、当該基板の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸を基準にして回転することが好ましい。
このような構成によれば、基板に印加する磁場強度を基板の周方向に変動させることができ、所謂、変動磁場を形成することができる。よって、膜材料を二軸配向させることが可能となり、配向性に優れた膜を成膜することができる。
【００１２】
また、磁場印加手段は、超伝導線材の巻回方向が互いに相反する一対の電磁石を具備し、一対の電磁石の軸心が互いに一致しているとともに、一方の電磁石が他方の前記電磁石の径方向外側に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、巻回方向が互いに異なる一対の電磁石を備えているので、一方の電磁石に一定の電流を流し、他方の電磁石に変動する電流を逆向きに流すことによって、一対の電磁石同士の磁場の差が全体の磁場強度となる。そのため、他方の電磁石に流す電流を調整することによって変動磁場を発生することができる。
【００１３】
また、電磁石は、基板の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸に対して対称な形状であることが好ましい。
このような構成によれば、基板全体に略均一な磁場を印加することができる。
本発明の成膜装置を用いて、例えば液晶装置の配向膜を製造すれば、非接触で膜材料の配向方向を揃えることができるので、ラビング処理等が不要となりこれらに起因するパーティクルの発生を防止して、液晶配向性に優れ且つ歩留まりの良好な配向膜を得ることができる。なお、液晶装置の配向膜の他、液晶装置の位相差板（位相差フィルム）や圧電素子の圧電体膜等も製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
（成膜装置）
図１は、本実施形態の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す正面図、図２は、成膜装置の概略構成を示す側面図、図３は、成膜装置の概略構成を示す平面図である。図４は、成膜装置における噴射ヘッドを示す斜視図であって、図５は成膜装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００１６】
本実施形態の成膜装置１は、所望の機能を有する膜を基板上に成膜させるための装置であって、図１〜図３に示すように、成膜対象となる基板を配置する成膜室２と、基板８２上に成膜材料（液状体）を供給する材料供給ユニット３（材料供給手段）と、基板８２に磁場を印加する磁場印加ユニット４（磁場印加手段）と、基板８２を加熱する加熱装置５（加熱手段）と、これら材料供給ユニット３、磁場印加ユニット４及び加熱装置５を制御する制御装置６（制御手段）と、を備えて構成されている。
【００１７】
成膜室２内には、加熱装置５と磁場印加ユニット４が配置されている。
また、本実施形態における成膜室２は、空調や排気等を目的とした排気部８を複数（ここでは４つ）具備しており、各々が天井の四隅に配設されている。
【００１８】
磁場印加ユニット４は、磁場を発生させるための超伝導磁石４１（電磁石）と、超伝導磁石４１を回転させて、変動磁場（回転磁場）を機械的に発生させる回転機構４２とを備えている。
超伝導磁石４１は、超伝導線材を巻回してなるコイルであって左右対称な形状をなす。超伝導線材の巻密度は、径方向内側から外側に行くに従って高くなっており、発生する磁場強度が径方向において（空間Ｋ内で）略均一になるよう構成されている。
【００１９】
回転機構４２は、成膜室２の底部に敷設された回転レール４３と、回転レール４３に接続されるとともに超伝導磁石４１を載置する載置台４４とを有している。超伝導磁石４１は、その軸心を水平にした状態で載置台４４上に載置されている。このような回転機構４２は、回転レール４３に沿って載置台４４を水平面内（ｘｙ平面内）で回転させることで、超伝導磁石４１を回転できるようになっている。
【００２０】
そして、載置台４４(超伝導磁石４１）を所定の回転速度で回転させるとともに超伝導磁石４１に所定の電流を流すことによって、ｘｙ平面（水平面）上に変動磁場を発生させる。
なお、載置台４４を停止させた状態で超伝導磁石４１に一定の電流を流すことにより、ｘｙ平面上に静磁場を発生できるのは勿論のことである。
【００２１】
加熱装置５は、ウェハ状の基板８２を保持するステージ７を備えており、ステージ７を発熱させることで基板８２を加熱する装置である。
ステージ７は、超伝導磁石４１の空芯部分に形成される空間Ｋ内に配設され、支持部１７を介して成膜室２内に固定されている。このステージ７は、基板８２を超伝導磁石４１の空間Ｋの中央に配置させるためのものである。
【００２２】
ステージ７の中心軸Ｌ（基板８２の中心を通るとともに基板面に対して垂直な軸）を基準として、ステージ７に対して超伝導磁石４１が回転することにより、ステージ７上に載置される基板８２に対して変動磁場が印加されるようになっている。変動磁場については後述するものとする。
また、超伝導磁石４１は、基板８２の中心軸Ｌに対して左右対称な形状であるため、空間Ｋ内において均一な磁場を発生できる。よって、基板８２全体に略均一に磁場を印加することが可能となる。
【００２３】
なお、加熱装置５としては、ステージ７上の基板８２を加熱できるものであればよく、例えば成膜室２内にヒーターなどを備えるようにしても良い。
【００２４】
材料供給ユニット３は、膜の材料となる成膜材料を基板８２上に供給するためのものであって、基板８２上に供給される成膜材料を貯留しておくための材料貯留部３０と、貯留されている成膜材料を材料貯留部３０から基板８２上へ噴射する噴射ヘッド３１とを備えている。材料貯留部３０は、成膜室２に隣接する材料貯留室２９内に配置されている。一方、噴射ヘッド３１は、伸縮可能に構成されたアームを介して材料貯留部２９と接続されており、材料貯留室２９と成膜室２との間を水平移動できるようになっている。
【００２５】
噴射ヘッド３１は、対象とする最大サイズの基板８２の直径を越える長さに亘ってノズル３２（図４参照）を多数配列して構成されている。噴射ヘッド３１は、アーム３４の先端に取り付けられ、長手方向がアーム３４の延在方向に対して垂直な姿勢となるように設けられている。そして、各ノズル３２から成膜材料８１が噴射されることにより、基板８２上に成膜材料が塗布される。
【００２６】
噴射ヘッド３１は、上記アーム３４を含むヘッド移動機構３３（図５参照）によって水平方向に移動可能とされている。すなわち、アーム３４が伸縮することによって、基板８２上の噴射位置と、後述する超伝導磁石４１の外部の待機位置との間において水平方向に往復移動するように構成されている。噴射位置とは、噴射ヘッド３１のノズル３２から基板８２へ成膜材料を噴射することによって材料を塗布する位置であり、待機位置とは、材料の噴射を停止して超伝導磁石４１の外で待機する位置であって、超伝導磁石４１の回転の妨げにならない位置である。
【００２７】
アーム３４の長さは、その伸びが最大となったとき、噴射ヘッド３１をその待機位置から最も遠い基板８２の端部Ｆ（図４参照）を越える位置まで移動できる長さに設定される。噴射ヘッド３１による基板８２上への成膜材料の噴射は、アーム３４の長さを最大とした状態から漸次縮めていく過程で行っても良いし、噴射ヘッド３１の待機位置から最も近い基板８２の端部Ｇ（図４参照）側からアーム３４を伸長していく過程で行うようにしてもよい。このように、基板８２上を噴射ヘッド３１が水平移動するに伴い、各ノズル３２から所定量の成膜材料を基板８２上に噴射するようになっている。その結果、未成膜部分を発生させることなく、基板８２の表面全体に成膜材料を塗布可能としている。
【００２８】
制御装置６は、成膜装置１全体の動作を制御する制御手段であって、図５に示すように、ヘッド移動機構３３、回転機構４２、加熱装置５、排気部８等が接続されている。またさらに、成膜材料の噴射制御を行う噴射制御部３５や、発生磁場の強度制御を行う磁場強度制御部４０なども含まれる。このような制御装置６によって、後述の材料供給動作、磁場印加動作、加熱動作などが実行されるようになっている。
【００２９】
このような構成の成膜装置１により、例えば、３つの磁化率（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）が異なる、又はそのうちの２つが等しい粒子（膜材料）と、粒子を分散させる分散液と、からなる成膜材料（液状体）を基板上に塗布した後、この成膜材料に外部磁場を印加することによって、基板８２上における全粒子の配向方向が揃った膜を成膜することが可能である。
【００３０】
以下に、粒子を磁場配向させる原理について述べる。
図６は、粒子（膜材料）の磁化率を表す図であり、図７は、粒子を配向させる外部磁場を表す図である。図に示すｘｙ平面が基板面に相当する。
【００３１】
＜成膜材料＞
まず、図６を参照し、膜の材料である粒子について詳述する。
膜の原材料である粒子８０は、有機、無機からなる斜方晶、単斜晶、三斜晶等の二軸結晶が含まれ、互いに直交する３つの磁化軸（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）に対応する３つの磁化率（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）のうち、少なくとも一つが異なっている。粒子８０が有する任意の磁化率Ｍは、Ｍ＝（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）＝（Ｍｘ，０，０）＋（０，Ｍｙ，０）＋（０，０，Ｍｚ）で表され、Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ≧０となっている。
【００３２】
つまり、図６（ａ）に示すように、３つの磁化率の異なる（Ｍｘ＞Ｍｙ＞Ｍｚ）粒子８０と、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、３つの磁化率のうちの２つが等しい（Ｍｘ＝ＭｙあるいはＭｙ＝Ｍｚ）粒子８０とに分けられる。
【００３３】
Ｍｘ＝Ｍｙの場合、各磁化率（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）の関係は、Ｍｘ，Ｍｙ＞Ｍｚとなっており、Ｍｘ＝Ｍｙの場合、各磁化率（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）の関係は、Ｍｘ＞Ｍｙ，Ｍｚとなっている。ここで、磁化率Ｍｘは磁化容易軸、磁化率Ｍｚは磁化困難軸である。
【００３４】
各粒子８０は、後述する時間的変動磁場によって誘起される運動が、熱揺動により妨げられない大きさ（形状）を有していることが好ましい。
【００３５】
なお、粒子８０は、例えば、液晶装置に用いられる配向膜を成膜する場合、アダマンタン（Ｃ１０Ｈ１６）等の有機物（固体）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）やアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）等の無機物等からなり、位相差フィルムを成膜する場合には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、及びチタン（Ｔｉ）のいずれかを含む、屈折率異方性を有する無機材料等からなり、圧電素子の圧電体膜を成膜する場合には、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）いずれかを含む圧電材料等からなる。
【００３６】
分散媒としては、粒子８０に影響を与えない溶液が好ましく、例えばエタノール、水などが挙げられる。また、粒子８０が無機物である場合、成膜材料８１内に、ゾルゲル材料あるいは有機金属分解（ＭＯＤ：Metal Organic Decomposition Method）材料（以下、単にＭＯＤ材料と言う）が含まれる。ゾルゲル材料、ＭＯＤ材料としては、ポリシラザン等が挙げられる。
【００３７】
＜外部磁場＞
次に、図６及び図７を参照し、成膜装置１によって発生される外部磁場について詳述する。本実施形態の成膜装置１は、上記した成膜材料に磁場を印加することによって粒子８０を所望の方向に配向させることが可能である。磁場は、基板８２の外側から印加する外部磁場Ｂであって、上記超伝導磁石４１を用いて発生させる。
以下の説明では、変動磁場を中心に述べる。
【００３８】
外部磁場Ｂは、時間的変動磁場（時間的に変動する磁場）であり、ｘｙ平面（基板面）上で楕円又は円を描く磁場である。外部磁場Ｂは、Ｂ＝（Ｂ１ｃｏｓωｔ，Ｂ２ｓｉｎωｔ，０）＝（Ｂ１ｃｏｓωｔ，０，０）＋（０，Ｂ２ｓｉｎωｔ，０）で表される。すなわち、磁場方向の軌跡は、磁場のｘ成分及びｙ成分を用いて、Ｂｘ＝Ｂ１ｃｏｓωｔ、Ｂｙ＝Ｂ２ｓｉｎωｔにより描かれる。
【００３９】
ここで、外部磁場Ｂは磁場強度（Ｔ：テスラ）で表され、ωは角速度、ｔは時間（秒）であり、磁場の回転範囲は０≦ωｔ＜２πである。また、Ｂ１はｘ軸方向の磁場成分、Ｂ２はｙ軸方向の磁場成分であり、Ｂ１及びＢ２によってｘｙ平面における磁場の形状（楕円・円）が表される。
【００４０】
Ｂ１＞Ｂ２の場合、図７（ａ）に示すように、長軸（Ｂ１）と短軸（Ｂ２）とからなる楕円磁場となり、図７（ｂ）に示すように、Ｂ１＝Ｂ２の場合、軸Ｂ１（軸Ｂ２）からなる円磁場となる。
【００４１】
時間的変動磁場とは、強度が各々Ｂ１・ｃｏｓ（ωｔ）、Ｂ２・ｓｉｎ（ωｔ）で時間的に変化する楕円磁場、磁場方向がｘｙ平面内で時間的に変化する円磁場（回転磁場）である。楕円磁場の印加は、超伝導磁石４１のｘｙ面上での回転に応じて電流値を変動させることにより実現でき、円磁場の印加は、例えば、一定の磁場強度の下、ｘｙ平面内において超伝導磁石４１を回転させることにより実現できる。また、磁場の回転角の正弦または余弦の関数となるωｔの変位が０°〜４５°となっており、磁場の回転が０°〜４５°で往復するようになっている。
【００４２】
磁場の回転速度は、粒子８０の磁化容易軸Ｍｘが静磁場（固定磁場）下で配向する時間よりも早いことが好ましい。つまり、磁場の回転が低速であった場合には、粒子８０の磁化容易軸Ｍｘが磁場の回転に追従して回転してしまうことになるが、磁場の回転速度が、粒子８０が静磁場（停止磁場）下で配向する時間よりも早い回転であった場合には、時間的に平均化されたポテンシャルエネルギー下に置かれることになる。
【００４３】
すると、磁化容易軸Ｍｘが楕円の長軸（磁場の強い方向）に平行な方向（ｘ軸方向）に規制力を受け、粒子８０の磁化困難軸Ｍｚは磁場形成面（ｘｙ平面）に対して垂直方向（ｚ軸方向）に規制力を受けることになり、粒子８０は回転磁場に追従して回転することなく、磁化安定方向に配向する。
【００４４】
粒子８０に磁場が印加されたときのポテンシャルエネルギーＥは、
【数１】
2009043890.tif 000003
で表される。
【００４５】
エネルギーが最小になる条件は、
【数２】
2009043890.tif 000004
【００４６】
【数３】
2009043890.tif 000005
【００４７】
すなわち、
【数４】
2009043890.tif 000006
【００４８】
よって、粒子８０は、ｘｙ平面内において、０＜ωｔ＜π／４の範囲で安定（配向）する。すなわち、粒子８０は、ｘ軸から０＜ωｔ＜π／４ずれたところで安定する。
なお、粒子８０の配向方向は、磁化成分Ｍｘ，Ｍｙと磁場成分Ｂ１，Ｂ２との関係によって規定される。
【００４９】
楕円磁場の場合、超伝導磁石４１による磁場の大きさは、変動の最大値、つまり、Ｂ１（最大磁場強度）とＢ２（最小磁場強度）との差が１テスラ以上であることが好ましい。磁場変動の強度差が１テスラ以下であった場合には、磁場配向に長時間を要するだけでなく、配向方向を揃えることができない虞もあり、現実的ではない。
【００５０】
磁場の強度は、粒子８０の大きさ及び溶媒の粘度に応じて適宜設定される。また、磁場Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）は、粒子８０の熱エネルギーよりも大きいことが好ましい。
【００５１】
次に、上述の構成を有する本実施形態の成膜装置の動作例について、フローチャート図を参照しながら説明する。図８は、配向膜の製造方法のフローチャート図、図９は、図８のフローチャート図に基づく製造工程図、図１０は、図８及び図９に対応する粒子の配向状態を示す図である。なお、以下の説明において適宜図１〜図７を参照する。
（二軸配向）
まず、３つの磁化率がＭｘ＞Ｍｙ＞Ｍｚという関係を有する粒子８０を、磁場を印加することにより二軸配向させて成膜する場合について述べる。
まず、ガラス、石英などからなる基板８２と、上述した成膜材料８１を用意する。
成膜装置１は、制御装置６（図１参照）により、ステージ７上に載置された基板８２に対して材料供給動作を開始する。制御装置６は、材料供給ユニット３のアーム３４を伸長させて噴射ヘッド３１を噴射開始位置に移動させる（ステップＳＡ１）。本実施例における噴射ヘッド３１の噴射開始位置は、基板８２の、噴射ヘッド３１の待機位置から最も遠い端部Ｆ側とする。
【００５２】
そして、噴射ヘッド３１が噴射開始位置に配置されると、制御装置６は、各ノズル３２から基板８２に向けて成膜材料８１の噴射を実行する（ステップＳＡ２）。なお、ステップＳＡ２では、図９（ａ）に示すように、ヘッド移動機構３３（図５参照）によってアーム３４を縮めつつ、噴射ヘッド３１を基板８２の端部Ｇ側に向かって所定の速度で水平移動させながら噴射を行う。
【００５３】
なお、上述したように、基板８２の、噴射ヘッド３１の待機位置から最も近い端部Ｇ側を噴射開始位置とし、他端部Ｆ側に向かって噴射ヘッド３１を移動させながら基板８２上へ成膜材料８１を塗布するようにしてもよい。
【００５４】
そして、噴射ヘッド３１が基板８２の端部まで移動して、基板面に対する成膜材料の塗布が完了すると、制御装置６は、噴射ヘッド３１からの成膜材料８１の噴射を停止する（ステップＳＡ３）。
ステップＳＡ３に続き、制御装置６は、ヘッド移動機構３３によりアーム３４を縮めて噴射ヘッド３１を超伝導磁石４１の外部に退避させ、待機位置へと移動させる（ステップＳＡ４）。このようにして材料供給動作が終了する。
【００５５】
このとき、基板８２上に塗布された成膜材料８１中の複数の粒子８０は、各々の３軸方位がランダムな方向を向いている（図１０（ａ）参照）。
【００５６】
次に、制御装置６は、基板８２に磁場を印加する磁場印加動作を行う。
制御装置６は、図９（ｂ）に示すように、超伝導磁石４１に所定の電流を流して静磁場Ｂを発生させ（ステップＳＡ５）、図１０（ａ）に示したような初期配向状態にある粒子８０に、所定の強度及び時間でｘ軸方向に静磁場Ｂを印加する。
【００５７】
静磁場Ｂを印加すると、各粒子８０の磁化容易軸Ｍｘがｘ軸方向に向かい、基板８２上で一軸配向する（図１０（ｂ）参照）。粒子８０の大きさによって粒子８０の熱エネルギーによる揺動の影響は違ってくるものの、使用する粒子８０の熱エネルギーよりも大きい強度の静磁場Ｂを印加することによって、粒子８０の熱揺動が抑制され、磁化容易軸Ｍｘを特性方向（ｘ軸）に配向（拘束）させることが可能となる。また、静磁場Ｂは、磁化容易軸Ｍｘを誘起可能とする強度に設定される。
【００５８】
次に、図９（ｃ）に示すように、超伝導磁石４１に所定の電流を流すとともに、回転機構４２により超伝導磁石４１を所定の回転速度で回転させる（ステップＳＡ６）。このようにして、一軸配向状態にある粒子８０に、ｘｙ平面内で回転する変動磁場を印加し、二軸配向（すなわち、三軸配向）させる。以下、楕円磁場あるいは円磁場を用いて粒子８０を二軸配向させる場合について述べる。
【００５９】
「楕円磁場（Ｂ１＞Ｂ２）」
図９（ｃ）に示すように、回転機構４２により、基板８２の中心を軸としてｘｙ平面内で超伝導磁石４１（コイル）を回転させるとともに、超伝導磁石４１の回転に応じて流す電流値を変動させることにより楕円磁場を発生させる。具体的には、ｘｙ平面内で超伝導磁石４１を回転させる際、ｘ軸方向からｙ軸方向にかけて電流値を漸次小さくすることによって、図１０（ｃ）に示すように、Ｂ１（ｘ軸方向）＞Ｂ２（ｙ軸方向）の楕円磁場（図７（ａ）も適宜参照）が形成される。Ｂ１は、磁化容易軸Ｍｘを誘起可能とする強度であって、上記静磁場Ｂと同様かそれ以上の強度に設定する（Ｂ１≧静磁場Ｂ）。また、Ｂ２は、磁化率Ｍｙを誘起可能とする最小の強度である。
【００６０】
このとき、粒子８０が静磁場（停止磁場）下で配向する時間よりも早い速度で超伝導磁石４１（コイル）を回転させることにより、粒子８０の磁化容易軸Ｍｘをｘ軸方向に拘束したまま、他の二軸（Ｍｙ、Ｍｚ）の方向を規定することができる。つまり、磁化容易軸Ｍｘは、回転により時間的に平均化されたポテンシャルエネルギーの下、楕円の長軸（Ｂ１）に平行する方向に規制力を受けることになり、磁場の回転に追従することなくｘ軸方向への配向状態が維持される。
【００６１】
楕円磁場の場合、磁化率Ｍｘと磁化率Ｍｙとの差があまりなくても、Ｂ１とＢ２の磁場強度の差が１テスラ以上（Ｂ１−Ｂ２＞１Ｔ）という関係により、各粒子８０の磁化容易軸Ｍｘがｘ軸方向に短時間で配向する。
【００６２】
一方、超伝導磁石４１（磁場）を回転させることにより、磁化困難軸Ｍｚはｚ軸方向へ向くような拘束を受け、ｘｙ平面上における磁場形成面（ｘｙ平面）に対して略垂直状態となる。一端、ｚ軸方向に配向した磁化困難軸Ｍｚは、磁場に略直交しているので、回転トルクの影響を受けることなくｚ軸方向への配向状態が維持される。
【００６３】
楕円磁場により、磁化容易軸Ｍｘの他に磁化困難軸Ｍｚの配向方向が規定されて粒子８０は二軸配向となり、したがって、Ｍｙの配向方向が規定されて、基板８２上に塗布された成膜材料８１中のすべての粒子８０の磁化軸の方向が揃った配向となる。
【００６４】
「円磁場（Ｂ＝Ｂ１＝Ｂ２）」
超伝導磁石４１に流す電流値を一定に保った状態で、回転機構４２により、基板８２の中心を軸としてｘｙ平面内で超伝導磁石４１（コイル）を回転させることによって、図１１に示すように、Ｂ１（ｘ軸方向）＝Ｂ２（ｙ軸方向）の円磁場（図７（ｂ）参照）を発生させる。
また、Ｂ１，Ｂ２は、磁化率Ｍｙを誘起可能とする最小の強度であって、静磁場Ｂよりも小さい強度に設定する（静磁場Ｂ＞Ｂ１，Ｂ２）。
【００６５】
このような円磁場を印加することにより、粒子８０の磁化容易軸Ｍｘをｘ軸方向に拘束したまま、他の二軸（Ｍｙ、Ｍｚ）の方向を規定することができる。つまり、静磁場Ｂ＞Ｂ１，Ｂ２の円磁場は、磁化容易軸Ｍｘを誘起できるほどの強度ではないため、磁化容易軸Ｍｘは、磁場の回転に追従することなくｘ軸方向への配向状態が維持される。
【００６６】
一方、磁場の回転により、磁化困難軸Ｍｚはｚ軸方向へ向くような拘束を受け、ｘｙ平面上における磁場形成面（ｘｙ平面）に対して略垂直状態となる（二軸配向）。
【００６７】
よって、円磁場により、磁化容易軸Ｍｘのｘ軸方向への配向状態を維持したまま、磁化率Ｍｙをｙ軸方向、磁化率Ｍｚをｚ軸方向に向けることができ、基板８２上に塗布された成膜材料８１中のすべての粒子８０の磁化率の方向が揃った三軸配向となる。
【００６８】
円磁場の場合、磁化率Ｍｘと磁化率Ｍｙとの差が大きいとき、磁化容易軸Ｍｘがｘ軸方向に配向する。
【００６９】
なお、粒子８０の磁場配向において、厳密には、磁化容易軸Ｍｘがｘ軸方向からｄＥ／ｄｔ＝０を満たす角度だけずれたところで安定する。そのため、このような配向の誤差を見込んで磁場方向を規定することにより、所望とする方向に粒子８０を配向させることが可能となる。
【００７０】
また、磁場の回転速度や回転に伴う磁場の強度変化、あるいは分散媒やゾルゲル材料、ＭＯＤ材料の種類や濃度、粘性等により、基板面（ｘｙ平面）に対して粒子８０を斜めに配向させることが可能である。例えば、楕円磁場を印加した場合、磁場の回転に伴って磁場強度がＢ１からＢ２へと変化することにより、磁化率Ｍｘのｘ軸方向への規制力を保持したまま、粒子８０が基板８２に対して若干立ち上がるように配向する。つまり、粒子８０の磁化容易軸Ｍｘがｘ軸方向に向いた状態で、基板面（ｘｙ平面）に対して粒子８０の磁化容易軸Ｍｘが斜めに保持される。
【００７１】
このようにして基板面に対する粒子８０の起立状態（すなわち、基板面と磁化容易軸Ｍｘとのなす角）を調整することにより、所望の膜構造を有した位相差フィルムを製造することが可能である。
【００７２】
次に、制御装置６は、基板８２を加熱して分散媒を除去する加熱動作を行う。
制御装置６は、加熱装置５によりステージ７を発熱させて（ステップＳＡ７）、基板８２を加熱する（第１加熱）。図９（ｄ）に示すように、基板８２を所定の温度で加熱して、分散媒を蒸発させることにより除去する。本実施形態では、磁場を印加した状態のまま、８０℃程度の温度で基板８２を加熱する。加熱により分散媒であるエタノールを除去することによって粒子８０が固定される。すなわち、粒子８０が三軸配向（磁場配向）している状態で分散媒を除去することにより、粒子８０を所望の配向状態で固定することができる。粒子８０が有機物であって場合、この時点で有機膜が完成する。
【００７３】
粒子８０が無機物であった場合にはステップＳＡ８へと移行する。
成膜材料８１中には、ゾルゲル材料あるいはＭＯＤ材料が含まれているので、続けて加熱装置５によってステージ７を発熱させて（ステップＳＡ８）、基板８２を所定の温度で加熱する（第２加熱）。このようにして、基板８２上に残存した粒子８０を、ゾルゲル材料あるいはＭＯＤ材料によって結晶成長させる。ゾルゲル法あるいはＭＯＤ法を用いて、例えば２００℃程度の温度で基板８２を加熱する。加熱温度は、ゾルゲル法、ＭＯＤ法によって適宜設定する。
【００７４】
このようにして基板８２を加熱することにより、ゾルゲル材料あるいはＭＯＤ材料が粒子８０の表面上に結晶化して粒子８０を結晶成長させる。このようにして、成膜装置１による成膜処理が終了し、基板８２上に所望の膜構造を有した無機膜を成膜することができる。
【００７５】
（一軸配向）
以下に、３つの磁化率のうちの一つが異なる粒子を一軸配向させて成膜する場合について述べる。３つの磁化率のうちの一つが異なる粒子として、（１）３つの磁化率がＭｘ＞Ｍｙ＝Ｍｚという関係を有する粒子、（２）３つの磁化率がＭｘ＝Ｍｙ＞Ｍｚという関係を有する粒子を例に挙げ、それぞれの場合について詳述する。
【００７６】
（１）３つの磁化率がＭｘ＞Ｍｙ＝Ｍｚという関係を有する粒子８０を、静磁場を印加することにより一軸配向させて配向膜を製造する。
上記ステップＳＡ１〜ステップＳＡ４を行った後、ステップＳＡ５において、成膜材料８１が塗布された基板８２に対してｘ軸方向に静磁場Ｂを印加する。すると、磁化容易軸Ｍｘがｘ軸方向に規制力を受けて同方向に配向し、粒子８０は一軸配向する。これにより、基板８２上に塗布された成膜材料８１中の粒子８０の磁化容易軸Ｍｘの配向方向がｘ軸方向に揃うことになる。次のステップＳＡ６による時間的変動磁場の印加は省略し、ステップＳＡ７、ステップＳＡ８へと移行する。このようにして、粒子が一軸配向してなる膜が得られる。
【００７７】
なお、ＭｘとＭｙの差が大きい場合には、楕円磁場によっても粒子８０の一軸配向が可能である。また、３つの磁化率全てが異なる粒子８０も静磁場によって一軸配向させることが可能である。
【００７８】
（２）３つの磁化率がＭｘ＝Ｍｙ＞Ｍｚという関係を有する粒子８０を、磁場を印加することにより一軸配向させて配向膜を製造する。
上記ステップＳＡ１〜ステップＳＡ５を実行した後、ステップＳＡ５を省略してステップＳＡ６へと移行する。ステップＳＡ６において、基板８２上で各磁化軸（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）の方向がランダムとなっている各粒子８０に、ｘｙ平面上で回転する時間的変動磁場として円磁場を印加する。すると、磁化困難軸Ｍｚが磁場形成面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように配向し、粒子８０の一軸配向が達成される。その後、ステップＳＡ７、ステップＳＡ８を行い膜を得る。
【００７９】
＜粒子配向度−外部磁場強度曲線の飽和領域の定義＞
図１２に、基板に対する外部磁場の強度分布と粒子の配向度を示す。図１２においては、横軸に磁場強度（任意単位）を示し、縦軸に粒子の配向度を示している。
図１２に示すように、磁場強度の増加に伴って粒子の配向度が増加していることが確認できる。磁場強度の増加に比例して粒子の配向度が増加するのではなく、ある磁場強度に達するとそれ以上磁場強度を増加しても、基板面内における粒子の配向度はほとんど変化しなくなる。
【００８０】
例えば、磁場強度が１Ｔを越える外部磁場において、磁場強度が２倍（例えば、１Ｔ→２Ｔ）に増加した場合、粒子の配向度の増加率が１０％以下（例えば、粒子の配向度０．８→０．９）になったときの外部磁場の強度以上の配向度の領域を飽和領域と定義する。
【００８１】
本実施形態の成膜装置１では、基板面内に及ぼす磁場強度分布が、基板８２の中心を基準とすると周辺部との強度差が±５０％以内となっている。また、磁場強度分布に伴う基板面内での粒子の配向度は、基板面内での平均を基準として±５％以内とすることができ、配向性に優れた膜を成膜することが可能である。
【００８２】
本実施形態の成膜装置１によれば、磁場印加ユニット４によって、所望の磁場強度で変動磁場（楕円磁場・円磁場）を発生させることができる。このような磁場を基板８２上に供給した成膜材料８１に印加することにより、磁化軸を有した粒子８０を所望の方向に配向させることができる。よって、粒子８０の配向方向が揃った薄膜を基板８２上に成膜することができる。
【００８３】
また、磁場を発生する際に、基板８２上における粒子の配向度の変化率が飽和状態となる強度で磁場を発生することが可能であるため、基板面内における粒子８０の配向度を従来よりも高めることができる。
【００８４】
このように、粒子８０の配向を高精度で安定的に達成することが可能となったことにより、粒子８０の物性的な異方性を最大限に生かした膜の創成が可能となった。そのため、成膜装置１を利用して、様々な膜性能を効果的に向上させることができる。
【００８５】
例えば、本実施形態の成膜装置１により液晶装置の配向膜を製造すれば、非接触で粒子８０の配向方向を揃えることができるので、ラビング処理が不要となる。そのため、ラビング処理に起因するパーティクルの発生が防止され、液晶配向性に優れ且つ歩留まりの良好な配向膜を得ることができる。なお、液晶装置の配向膜のほか、位相差板の位相差フィルムや圧電素子の圧電体膜などの製造も可能である。このようにして得られた位相差フィルムや圧電体膜は、偏光効果や圧電効果を従来よりもより効果的に発揮可能なものとなる。
【００８６】
また、本実施形態の成膜装置１は、斜方蒸着装置等が不要なため、装置を簡素化できるとともに設備費が抑えられ、大幅なコストダウンを図ることが可能である。
【００８７】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８８】
例えば、上記実施形態においては、１本の超伝導線材からなるコイルを超伝導磁石４１として用いたが、互いに巻回方向が異なる２つのコイルを超伝導磁石として用いてもよい。具体的には、図１３に示すように、２つのコイル７１，７２は互いの軸心を一致させてなり、一方が他方の外側に配置されている。外側に配置されるコイル７２は、内側に配置されるコイル７１よりも超伝導線材の巻回数が多く、発生する磁場強度が強くなるように構成されている。こうして、磁場強度の均一化が図られている。このような一対のコイル７１，７２からなる超伝導磁石７０は、各々のコイル７１，７２に流れる電流が互いに相反することになる。そして、一方のコイル７１（７２）に流す電流を一定にした状態で他方のコイル７２（７１）に流す電流を変化させ、各コイル７１，７２により発生する磁場強度の差において、超伝導磁石全体７０としての磁場強度が決定する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】成膜装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】成膜装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】成膜装置の概略構成を示す平面図である。
【図４】成膜装置における噴射ヘッドを示す斜視図である。
【図５】成膜装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図６】粒子（膜材料）の磁化率を表す図である。
【図７】粒子を配向させる外部磁場を表す図である。
【図８】配向膜の製造方法のフローチャート図である。
【図９】図８のフローチャート図に基づく製造工程図である。
【図１０】図８及び図９に対応する粒子の配向状態を示す図である。
【図１１】図８及び図９に対応する粒子の配向状態を示す図である。
【図１２】粒子配向度と外部磁場強度との関係を示す曲線図である。
【図１３】超伝導磁石の他の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…成膜装置、２…成膜室、３…材料供給ユニット（材料供給手段）、４…磁場印加ユニット（磁場印加手段）、５…加熱装置（加熱手段）、６…制御装置（制御手段）、７…ステージ（保持手段）、８…排気部、Ｂ…磁場、Ｋ…空間、３１…噴射ヘッド、３２…ノズル、４１…超伝導磁石、４２…回転機構、４３…レール、４４…載置台、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…磁化軸、Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ…磁化率、Ｍｘ…磁化容易軸、Ｍｚ…磁化困難軸、８０…粒子（膜材料）、８１…成膜材料（液状体）、８２…基板、
【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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