JP2019099841A - 成膜方法、成膜用ノズル、及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを噴射して成膜対象物の表面に被膜を形成するにあたり、所望の範囲内に効率的に被膜を形成する。【解決手段】エアロゾル６０をノズル３０の所定領域ＡＲ１に設けられた加速部３２内に流入させ、エアロゾル６０が加速部３２を通過する際に微粒子材料６４の移動速度を加速させる。そして、加速部３２を通過したエアロゾルを、加速部３２よりも下流側に配置され且つ加速部３２よりも低い温度で維持される冷却部３４によって冷却し、冷却部３４によって冷却されたエアロゾルを噴射口４４Ｂから噴射する。【選択図】図２

Description

本発明は、成膜方法、成膜用ノズル、及び成膜装置に関するものである。

特許文献１には、微粒子材料を含むエアロゾルをノズルから噴射して成膜する技術の一例として、エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置が開示されている。この成膜装置は、ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを成膜室内に設けられたノズルから基板に向けて噴射し、エアロゾル内に含まれる微粒子材料を基板表面に衝突させて堆積させるように成膜する。

特開２００５−２４６１号公報 特開２００７−２３１３１７号公報

エアロゾルデポジション法やコールドスプレー法などのように、微粒子材料を含んだエアロゾルをノズルから噴射して成膜する方法では、図３のように、エアロゾルＡｚがノズルＮから噴射された後、成膜対象物Ｗに到達するまでの間にある程度拡散することになる。この拡散度合いが大きいほど、エアロゾルＡｚに含まれる微粒子材料Ｐａも拡散しやすくなり、狙った範囲よりも広範囲にわたって成膜されたり、形成される被膜Ｃｔにおいて吹き付けの外側（拡散する側）が中心側よりも薄く形成されるような厚さの不均一が生じたりしやすくなる。

このような問題を解消するために、特許文献１の成膜装置では、基板の一部をマスクによって覆い、外側に拡散する速度の遅い微粒子流を遮断しながらＡＤ膜を形成するといった方法が採用されている。しかし、この成膜装置が採用する方法では、エアロゾルの拡散自体は抑えることができず、マスクによって遮断されるエアロゾルの割合が大きくなると、成膜対象物上に堆積しない微粒子材料の割合が増加し、成膜効率の悪化を招いてしまう。一方、特許文献２には、エアロゾルデポジション法によってセラミック被膜を形成するにあたり、セラミック被膜の形成に供されずに飛散するセラミック微粒子を回収し、再利用する技術が開示されている。しかし、この方法でも、エアロゾルの拡散自体は抑えることができず、成膜効率の悪化が懸念される。

ところで、この種の成膜方法では、噴射されるガスの流量が多すぎると、図４のような事態が生じやすくなる。図４の例は、ノズルＮから噴射されるエアロゾルＡｚにおいてキャリアガスＧｓのガス流量が多く、エアロゾルＡｚが成膜対象物Ｗに衝突したときにガスＧｓが巻き上がり、更に、ガスＧｓが狙った範囲から外れるように横逃げした例を示している。このような「ガスの巻き上がり」や「ガスの横逃げ」が生じると、ガスの動きに追従しやすい微粒子材料は成膜対象物上に堆積しにくくなり、その結果、成膜効率の悪化を招いてしまうことになる。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを噴射して成膜対象物の表面に被膜を形成するにあたり、所望の範囲内に効率的に被膜を形成することを目的とする。

本発明の第１態様の成膜方法は、
ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルをノズルの噴射口から噴射し、前記微粒子材料が堆積してなる被膜を成膜対象物の表面に形成する成膜方法であって、
前記エアロゾルを前記ノズルの所定領域に設けられた加速部内に流入させ、前記エアロゾルが前記加速部を通過する際に前記微粒子材料の移動速度を加速させ、
前記加速部を通過した前記エアロゾルを、前記ノズルにおいて前記加速部よりも下流側に配置され且つ前記加速部よりも低い温度で維持される冷却部によって冷却し、
前記冷却部によって冷却された前記エアロゾルを前記噴射口から噴射する。

上記第１態様の成膜方法は、エアロゾルを加速部内に流入させて微粒子材料の移動速度を加速させた後、そのエアロゾルを冷却してから噴射することができる。つまり、エアロゾル内のガスの体積を低減させてからエアロゾルを噴射することができるため、冷却部を用いない方法と比較すると単位時間当たりに放出されるガス流量が抑えられ、その結果、エアロゾルの拡散が抑制されることになる。従って、微粒子材料の拡散を抑えながら微粒子材料を成膜対象物に衝突させることが可能となり、ゆえに、微粒子材料を堆積させた被膜を、成膜対象物の表面において狙った範囲内に正確に形成しやすくなる。しかも、成膜対象物をマスク（防護板）のようなもので覆わない構成又は覆う領域を低減した構成であっても、エアロゾルの噴射を狙った範囲に絞ることができるため、マスク（防護板）によって遮断されるエアロゾルを低減又は無くすことができる。ゆえに、投入原料（投入された微粒子材料）において「被膜となる微粒子材料」の割合が高められ、投入原料をより効率的に利用することができる。

しかも、上記第１態様の成膜方法を用いると、ガス流量が抑制された状態でエアロゾルが成膜対象物に吹き付けられることになる。従って、エアロゾルに含まれるガスが成膜対象物に衝突して巻き上がったり、横逃げしたりする事態が生じにくくなり、ガスの巻き上がりや横逃げに起因して微粒子材料の堆積不良が生じることを抑えることができる。ゆえに、微粒子材料を堆積させた被膜をより効率的に且つより正確に形成しやすくなる。

なお、冷却部でエアロゾルを冷却したとしても、微粒子材料の移動速度は減速されることなく加速したままである。そのため、ノズルから成膜対象物（例えば、基板）に向けてエアロゾルを噴射しても、問題なく微粒子材料を成膜対象物の表面に堆積させることができ、良好に成膜することができる。

本発明の第１態様の成膜方法において、ノズルは、貫通孔が形成されたノズル本体を備えていてもよい。また、貫通孔の上流側の端部は、エアロゾルの流入口として構成されていてもよく、下流側の端部は噴射口として構成されていてもよい。さらに、冷却部は、ノズル本体の外壁面と内壁面との間に形成された冷媒用孔部の内部を冷媒が流れる構成であってもよい。
このように、ノズル本体の外壁面と内壁面との間を冷媒が流れるようにすれば、ノズル本体の内壁面付近をより効果的に冷却することができ、ノズル内を通過するエアロゾルを冷却する効果も一層高まる。

本発明の第１態様の成膜方法は、ノズルにおいて加速部と冷却部との間に、加速部及び冷却部よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱部が設けられていてもよい。
このようにすれば、加速部の熱が冷却部側に伝達されることを確実に抑制することができ、冷却部がエアロゾルを冷却するときの冷却効率を効果的に高めることができる。

本発明の第１態様の成膜方法は、エアロゾル発生器によってエアロゾルを発生させつつ、エアロゾルをエアロゾル発生器から送り出し、エアロゾル発生器から送り出されたエアロゾルを乾燥装置によって乾燥させ、乾燥装置によって乾燥させたエアロゾルをノズルに流入させるようにしてもよい。
このように、乾燥装置によって一層乾燥させたエアロゾルをノズルに流入させるようにすれば、冷却部によってエアロゾルを冷却させても結露が生じにくくなり、結露が生じた状態でエアロゾルが吹き付けられることをより確実に防ぐことができる。

本発明の第２態様の成膜用ノズルは、
ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを噴射することで微粒子材料が堆積してなる被膜を成膜対象物の表面上に形成する成膜方法に用いられる成膜用ノズルであって、
エアロゾルを通過させ、エアロゾルの通過時に微粒子材料の移動速度を加速させる加速部と、
加速部よりも下流側に配置されるとともに加速部よりも低い温度で維持され、加速部を通過したエアロゾルを冷却する冷却部と、
冷却部によって冷却された微粒子材料の出口となる噴射口と、
を有する。

第２態様の成膜用ノズルによっても、拡散を抑えながら微粒子材料を成膜対象物に衝突させることが可能となり、微粒子材料を堆積させた被膜を、成膜対象物の表面において狙った範囲内に正確に形成しやすくなる。しかも、投入原料（投入された微粒子材料）において「被膜となる微粒子材料」の割合が高められ、投入原料をより効率的に利用することができる。更に、ガスの巻き上がりや横逃げに起因して微粒子材料の堆積不良が生じることを抑えることができるため、微粒子材料を堆積させた被膜をより効率的に且つより正確に形成しやすくなる。

本発明の第２態様の成膜用ノズルは、貫通孔が形成されたノズル本体を備えていてもよい。また、貫通孔の上流側の端部は、エアロゾルの流入口として構成されていてもよく、下流側の端部は噴射口として構成されていてもよい。さらに、冷却部は、ノズル本体の外壁面と内壁面との間に形成された冷媒用孔部の内部を冷媒が流れる構成であってもよい。
このように、ノズル本体の外壁面と内壁面との間を冷媒が流れるようにすれば、ノズル本体の内壁面付近をより効果的に冷却することができ、ノズル内を通過するエアロゾルを冷却する効果も一層高まる。

本発明の第２態様の成膜用ノズルは、加速部と冷却部との間に、加速部及び冷却部よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱部が設けられていてもよい。
このようにすれば、加速部の熱が冷却部側に伝達されることを確実に抑制することができ、冷却部がエアロゾルを冷却するときの冷却効率を効果的に高めることができる。

本発明の第３態様の成膜装置は、
エアロゾルを発生させつつ、自身からエアロゾルを送り出すエアロゾル発生器と、
エアロゾル発生器から送り出されたエアロゾルが流入するノズルである第２態様の成膜用ノズルと、
を含む。

第３態様の成膜装置によっても、拡散を抑えながら微粒子材料を成膜対象物に衝突させることが可能となり、微粒子材料を堆積させた被膜を、成膜対象物の表面において狙った範囲内に正確に形成しやすくなる。しかも、投入原料（投入された微粒子材料）において「被膜となる微粒子材料」の割合が高められ、投入原料をより効率的に利用することができる。更に、ガスの巻き上がりや横逃げに起因して微粒子材料の堆積不良が生じることを抑えることができるため、微粒子材料を堆積させた被膜をより効率的に且つより正確に形成しやすくなる。

本発明の第３態様の成膜装置は、エアロゾル発生器から送り出されたエアロゾルを乾燥させる乾燥装置を含んだ構成であってもよい。そして、乾燥装置が乾燥させたエアロゾルをノズルに流入させる構成であってもよい。
このように、乾燥装置によって一層乾燥させたエアロゾルをノズルに流入させるようにすれば、冷却部によってエアロゾルを冷却させても結露が生じにくくなり、結露が生じた状態でエアロゾルが吹き付けられることをより確実に防ぐことができる。

本発明によれば、ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを噴射して成膜対象物の表面上に被膜を形成するにあたり、ノズルから噴射されるエアロゾルの拡散を抑えることができるとともに、成膜対象物に衝突したエアロゾルが巻き上がったり横逃げしたりすることを抑えることができる。よって、成膜対象物の表面において所望の範囲内に効率的に被膜を形成しやすくなる。

第１実施形態の成膜装置を概略的に例示する概略図である。 図１の成膜装置に用いられる成膜用ノズルの断面及びその周辺構成を概略的に例示する概略図である。 比較例の成膜用ノズルを使用した状態について説明する説明図である。 比較例の成膜用ノズルを使用した状態について、図３とは異なる例を説明する説明図である。

１．第１実施形態
１−１．成膜装置の概要
まず、図１を参照し、第１実施形態に係る成膜装置１の概要を説明する。
成膜装置１は、エアロゾルデポジション法によってセラミック材料や金属材料の被膜を形成する装置として構成されている。成膜装置１は、主として、エアロゾル発生器２、乾燥装置４、冷却装置６、成膜室８、成膜用ノズル３０（以下、ノズル３０ともいう）、移動装置２０、その他の周辺構成などを備える。

エアロゾル発生器２は、エアロゾルデポジション法で採用される公知のエアロゾル発生器として構成されており、エアロゾルを発生させつつ、エアロゾルをエアロゾル発生器２から送り出す機能を有する。エアロゾル発生器２には、ガスボンベ１４、マスフローコントローラ１６、バルブ１８などが配管を介して接続されている。ガスボンベ１４には、キャリアガスとなるヘリウム等のガスが高圧状態で充填されており、マスフローコントローラ１６は、ガスボンベ１４からのガスの放出を制御する。なお、ガスは、ヘリウムガスに限定されず、例えば、アルゴン、ネオン、窒素の不活性ガスをキャリアガスとして用いることができる。また、微粒子材料６４としてセラミックスを用いる場合、キャリアガスは酸化性のガス、例えば酸素や空気を用いてもよい。

エアロゾル発生器２には、収容器２Ａと振動機２Ｂとが設けられている。収容器２Ａは微粒子材料６４を収容する容器である。微粒子材料６４は、セラミック材料や金属材料などの微粒子である。振動機２Ｂは、超音波振動や電磁振動、機械的振動などにより収容器２Ａ内に収容された微粒子に対して運動エネルギーを与える装置である。収容器２Ａ内に収容された微粒子は、収容器２Ａ内へのキャリアガスの流入と振動機２Ｂの振動作用とによって収容器２Ａ内で巻き上げられ、キャリアガス中に分散する。エアロゾル発生器２は、このように発生させたエアロゾル（キャリアガス内に微粒子材料が分散するようにエアロゾル化させたもの）を、管路２４Ａを介して送り出すように構成される。

乾燥装置４は、エアロゾル発生器２から管路２４Ａを介して送り出されたエアロゾルを乾燥させ、乾燥後のエアロゾルを管路２４Ｂに送り出す機能を有する。乾燥装置４は、公知の様々な乾燥装置を用いることができ、例えば、管路２４Ａから流入するエアロゾルが乾燥装置４に設けられた乾燥室内を通過するように構成し、この乾燥室内をヒータ等によって加熱することでエアロゾルを乾燥させるような方式を用いてもよい。或いは、このようにエアロゾルが乾燥室内を通過するように構成し、乾燥室内を通るエアロゾルに対してマイクロ波を供給することでエアロゾル内の水分を振動させて乾燥させてもよい。なお、これらの乾燥方式に限定されるわけではなく、流入するエアロゾルを乾燥させて送り出し得る公知の乾燥方式であれば、様々な方式を採用することができる。

成膜室８は、ガス（キャリアガス）中に微粒子材料６４が分散してなるエアロゾルをノズル３０から噴射し、成膜対象物９０上に微粒子材料６４の被膜を形成するエリアである。成膜室８は、ノズル３０や成膜対象物９０を配置する空間が複数の壁部によって箱状に囲まれた構成をなしている。

成膜室８には、エアロゾル発生器２からの配管（具体的には、乾燥装置４からの管路２４Ｂ）が接続されたノズル３０と、ノズル３０と対向させた状態で成膜対象物９０を保持する保持台２２と、保持台２２とともに成膜対象物９０を移動させ得る移動装置２０とを備える。移動装置２０は、例えば保持台２２をＸ方向（所定の基準方向）、Ｙ方向（Ｘ方向と直交する方向）、Ｚ方向（Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向）に移動させうるＸＹＺステージとして構成されている。また、成膜室８には、成膜室８内の圧力を減圧とし、ガス（キャリアガス）を排気するためのメカニカルブースタ１０とロータリポンプ１２とが接続されている。

１−２．成膜用ノズル
次に、図１、図２を参照し、成膜装置１に用いられるノズル３０について詳述する。
図１で示すノズル３０は、後述する成膜方法（ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを噴射することで微粒子材料が堆積してなる被膜を成膜対象物９０の表面に形成する成膜方法）に用いられるノズルである。このノズル３０は、エアロゾル発生器２から送り出されたエアロゾル６０が流入するノズルであり、具体的には、乾燥装置４が乾燥させたエアロゾル６０を内部に流入させるように配置されている。

ノズル３０は、図２のような構成をなしている。このノズル３０は、貫通孔４４が形成されたノズル本体４２を備え、貫通孔４４の上流側の端部は、エアロゾル６０の流入口４４Ａとして構成され、下流側の端部はエアロゾル６０を噴射する噴射口４４Ｂとして構成されている。ノズル本体４２は、長手状（具体的には軸状）に構成されており、ノズル本体４２の長手方向一端（軸方向一端）から他端（軸方向他端）まで貫通するように貫通孔４４が形成されている。なお、ノズル本体４２は、後述する加速部３２を構成する管状部材、断熱部３６を構成する管状部材、冷却部３４を構成する管状部材によって構成され、全体として管状の構成をなしている。

流入口４４Ａは、後述する加速部３２の端部（上流側の端部）において管路２４Ｂに連通するように接続されるとともに管路２４Ｂを介して流れるエアロゾル６０をノズル３０内に導入するための入口となっている。噴射口４４Ｂは、後述する冷却部３４の端部（下流側の端部）に形成されており、冷却部３４によって冷却されたエアロゾル６０がノズル３０から放出される際の出口となっている。流入口４４Ａと噴射口４４Ｂとの間には、加速部３２、断熱部３６、冷却部３４が設けられている。

加速部３２は、管路２４Ｂを介して外部から流入するエアロゾル６０を通過させるとともに、エアロゾル６０の通過時に微粒子材料６４の移動速度を加速させるように機能する部分である。なお、図２の例では、領域ＡＲ１が加速部３２の領域である。加速部３２は、管状に構成されており、加速部３２に形成された孔部（具体的には、貫通孔４４の一部）が管路２４Ｂに連通するように配置されている。図２では図示を簡略化しているが、管路２４Ｂの内径よりも加速部３２の内径のほうが小さくなっており、管路２４Ｂから加速部３２に流入するとエアロゾル６０の流速が上昇するようになっている。なお、図示はしていないが、ノズル３０の流入口４４Ａ付近において下流側になるにつれて内径が次第に小さくなるような縮径部を設けるようにしてもよく、管路２４Ｂ側においてこのような縮径部を設けるようにしてもよい。このような縮径部が存在していれば、縮径部をエアロゾル６０が通過する際にガス６２の流速が急上昇することになり、加速部３２内ではガス６２が速い移動速度で流れることになる。

このようにエアロゾル６０が加速部３２内に入り込むと、ガス６２の流速が急速に高まり、ガス６２が速い移動速度で流れることになるが、微粒子材料６４の移動速度の上昇度合いはガス６２の移動速度の上昇度合いよりも緩やかであり、加速部３２内では、ガス６２の速い流れに追従するように微粒子材料６４が次第に加速することになる。

断熱部３６は、ノズル３０において加速部３２と冷却部３４との間に設けられており、加速部３２から冷却部３４への熱の移動、及び冷却部３４から加速部３２側への熱の移動を抑制するように機能する部分である。なお、図２の例では、領域ＡＲ３が断熱部３６の領域である。本実施形態では、加速部３２を構成する管状部材及び冷却部３４を構成する管状部材が金属材料によって構成されており、断熱部３６は、加速部３２及び冷却部３４よりも熱伝導率の低い材料（例えば、これらよりも熱伝導率の低い樹脂材料）からなる。なお、加速部３２及び冷却部３４は公知の様々な金属材料を用いることができ、これらは同一材料であっても、別材料であってもよい。断熱部３６の材料は、冷却部３４よりも熱伝導率が低い材料であれば、公知の様々な樹脂材料、金属材料などを用いることができる。

図２の例では、管状に構成された断熱部３６の外周面がノズル３０の外周面の一部（具体的には、加速部３２の外周面と冷却部３４の外周面との間に位置する外周面）をなし、断熱部３６の内周面が、ノズル３０の内周面の一部（具体的には、加速部３２の内周面と冷却部３４の内周面との間に位置する内周面）をなす。なお、ノズル３０の内周面は、貫通孔４４の内壁面に相当する。

冷却部３４は、加速部３２及び断熱部３６を通過したエアロゾル６０を冷却するように機能する部分である。図２の例では、領域ＡＲ２が冷却部３４の領域である。冷却部３４は、管状に構成されており、加速部３２よりも下流側に配置されるとともに加速部３２よりも低い温度で維持される部分となっている。

冷却部３４は、ノズル本体４２の外壁面４２Ａと内壁面４２Ｂとの間に形成された冷媒用孔部４６を備えており、この冷媒用孔部４６の内部を冷媒が流れる構成をなしている。冷媒用孔部４６は、管状に構成された冷却部３４において、外周面と内周面との間を通るように螺旋状に形成された孔部であり、冷却装置６によって送り出される冷媒が流れる循環路の一部をなしている。冷媒用孔部４６の孔の一端が管路７Ａに連通し、管路７Ａからの冷媒が入り込む入口となっている。冷媒用孔部４６の孔の他端は管路７Ｂに連通し、冷媒用孔部４６を通った冷媒が管路７Ｂに送り出されるようになっている。なお、冷媒用孔部４６の位置を、冷却部３４の外周面よりも内周面に近い位置とすれば、貫通孔４４を流れるエアロゾル６０を冷却する効果が一層高まる。

冷却装置６は、冷却部３４に形成された冷媒用孔部４６に冷媒を継続的に流すための装置であり、例えば液体窒素を冷媒とする公知の液体窒素循環冷却装置などを用いてもよく、水を冷媒とする公知の冷却水循環装置を用いてもよい。冷却装置６は、例えば、管路７Ａを介して冷媒（液体窒素や水などの液体）を送り出し、管路７Ｂを介してその冷媒を回収するように循環装置によって冷媒に循環させ、循環する冷媒を、冷却装置６内に設けられた冷却装置（ラジエータや冷却ファンなど）によって冷却するように構成することができる。

１−３．成膜方法
次に、成膜装置１により成膜する方法について説明する。以下で説明する成膜方法では、エアロゾルデポジション法によって被膜を形成する方法を例示するが、ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルをノズルの噴射口から噴射し、微粒子材料が堆積してなる被膜を成膜対象物の表面に形成する成膜方法であればコールドスプレー法などであってもよい。また、以下の説明では微粒子材料としてセラミック微粒子を例示するが、金属粒子であってもよい。

まず、形成材料となる平均粒径が所定範囲（例えば、１０ｎｍ〜１μｍ）のセラミック微粒子を図１で示すエアロゾル発生器２に充填し、ガスボンベ１４から所定圧力のヘリウムガスをキャリアガスとして収容器２Ａに供給し、更に振動機２Ｂにより加振して、セラミック微粒子をガス内に分散させるようにエアロゾル化する。

エアロゾル発生器２は、生成したエアロゾルを管路２４Ａに送り出し、この管路２４Ａを介して乾燥装置４に流入させる。乾燥装置４は、エアロゾル発生器２から送り出されたエアロゾルを乾燥させ、エアロゾルに含まれる水分を除去する。そして、乾燥装置４は、このように乾燥させたエアロゾルを管路２４Ｂに送り出し、この管路２４Ｂを介してノズル３０に流入させる。

図２のように、エアロゾル６０がノズル３０内に流入すると、このエアロゾル６０は、領域ＡＲ１に設けられた加速部３２内を通過する。上述したように、エアロゾル６０が加速部３２を通過する際には微粒子材料６４の移動速度が加速することになる。従って、微粒子材料６４の平均速度は、加速部３２の上流端の位置での平均速度よりも加速部３２の下流端の位置での平均速度のほうが大幅に大きくなる。

加速部３２を通過したエアロゾルは、断熱部３６を通った後、冷却部３４に流入する。上述したように、冷却部３４は、加速部３２及び断熱部３６よりも下流側において加速部３２よりも低い温度で維持されており、加速部３２及び断熱部３６を通過して流入するエアロゾル６０を冷却する。冷却部３４で冷却されたエアロゾル６０は、冷却部３４の端部に形成された噴射口４４Ｂから噴射される。噴射口４４Ｂは、成膜対象物９０に対向するように配置されるため、噴射口４４Ｂから噴射されたエアロゾル６０は成膜対象物９０の表面９０Ａに衝突し、その表面９０Ａ上に微粒子材料６４が堆積した被膜７０（ＡＤ膜）が形成される。

１−４．効果
上述した成膜装置１、成膜用ノズル３０、及び成膜方法によれば、エアロゾル６０を加速部３２内に流入させて微粒子材料６４の移動速度を加速させた後、そのエアロゾル６０を冷却してから噴射することができる。つまり、エアロゾル６０内のガスの体積を低減させてからエアロゾル６０を噴射することができるため、冷却部３４を用いない方法と比較すると単位時間当たりに放出されるガス流量が抑えられ、その結果、エアロゾル６０の拡散が抑制されることになる。従って、微粒子材料６４の拡散を抑えながら微粒子材料６４を成膜対象物９０に衝突させることが可能となり、ゆえに、微粒子材料６４を堆積させた被膜７０を、成膜対象物９０の表面において狙った範囲内に正確に形成しやすくなる。しかも、成膜対象物９０をマスク（防護板）のようなもので覆わない構成、又は覆う領域を低減した構成であっても、エアロゾル６０の噴射を狙った範囲に絞ることができるため、マスク（防護板）によって遮断されるエアロゾルを低減又は無くすことができる。ゆえに、投入原料（投入された微粒子材料）において「被膜となる微粒子材料」の割合が高められ、投入原料をより効率的に利用することができる。

しかも、ガス６２のガス流量が抑制された状態でエアロゾル６０が成膜対象物９０に吹き付けられるため、エアロゾル６０に含まれるガス６２が成膜対象物９０に衝突して巻き上がったり、横逃げしたりする事態が生じにくくなり、ガス６２の巻き上がりや横逃げに起因して微粒子材料６４の堆積不良が生じることを抑えることができる。ゆえに、微粒子材料６４を堆積させた被膜７０をより効率的に且つより正確に形成しやすくなる。

また、ノズル３０は、貫通孔４４が形成されたノズル本体４２を備えており、貫通孔４４の上流側の端部は、エアロゾル６０の流入口４４Ａとして構成され、下流側の端部は噴射口４４Ｂとして構成され、冷却部３４は、ノズル本体４２の外壁面４２Ａと内壁面４２Ｂとの間に形成された冷媒用孔部４６の内部を冷媒が流れる構成となっている。このように、ノズル本体４２の外壁面４２Ａと内壁面４２Ｂとの間を冷媒が流れるようにすれば、ノズル本体４２の内壁面付近をより効果的に冷却することができ、ノズル３０内を通過するエアロゾル６０を冷却する効果も一層高まる。

更に、ノズル３０において加速部３２と冷却部３４との間には、加速部３２及び冷却部３４よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱部３６が設けられている。このようにすれば、加速部３２の熱が冷却部３４側に伝達されることを確実に抑制することができ、冷却部３４がエアロゾル６０を冷却するときの冷却効率を効果的に高めることができる。

更に、成膜装置１では、エアロゾル発生器２によってエアロゾル６０を発生させつつ、エアロゾル６０をエアロゾル発生器２から送り出し、エアロゾル発生器２から送り出されたエアロゾル６０を乾燥装置４によって乾燥させ、乾燥装置４によって乾燥させたエアロゾル６０をノズル３０に流入させるようになっている。このように乾燥装置４によって一層乾燥させたエアロゾル６０をノズル３０に流入させるようにすれば、冷却部３４によってエアロゾル６０を冷却させても結露が生じにくくなり、結露が生じた状態でエアロゾル６０が吹き付けられることをより確実に防ぐことができる。

２．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る。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わせてもよい。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例でも、冷却部よりも下流側に冷却部よりも高い温度で保たれる管状の部分が設けられていてもよい。つまり、冷却部は、ノズルにおいて最下流の位置に配置されていなくてもよい。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例でも、成膜装置が採用する成膜方法は、エアロゾルデポジション法に限定されない。例えば、成膜装置１は、コールドスプレー法を実施し得る成膜装置として構成されていてもよい。このようなコールドスプレー法を実施し得る成膜装置においても、第１実施形態と同様のノズル３０を用いることができる。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例でも、乾燥装置４を省略してもよい。この場合、エアロゾル発生器２にてエアロゾルを生成する際に、エアロゾルを十分乾燥させることが望ましい。

上述した実施形態では、加速部３２を構成する管状部材と冷却部３４を構成する管状部材とを完全に分断するように断熱部３６が配置されているが、加速部３２を構成する管状部と冷却部３４を構成する管状部との間の領域（図２の領域ＡＲ３）において、一部のみに断熱部が配置されていてもよい。例えば、加速部３２を構成する材料と、冷却部３４を構成する材料とが一部において一体的に連結されていてもよい。

第１実施形態では、冷媒用孔部４６の流路構成を、２巻程度の螺旋構造としたが、上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例でも、１巻の環状構成であってもよく、３巻以上の螺旋構造であってもよい。また、ノズル内を冷媒が流れる構成であれば螺旋状の流路構造や環状の流路構造に限定されない。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例でも、冷却部は、冷媒用孔部４６内に冷媒を通す構成に限定されない。例えば、ノズル本体４２に対して外部から冷却状態となりうる何らかの部材（例えば、冷媒が流れる管路や放熱部材）を接触させたり一体形成したような構成であってもよい。

１…成膜装置
２…エアロゾル発生器
４…乾燥装置
３０…成膜用ノズル
３２…加速部
３４…冷却部
３６…断熱部
４２…ノズル本体
４２Ａ…外壁面
４２Ｂ…内壁面
４４…貫通孔
４４Ａ…流入口
４４Ｂ…噴射口
４６…冷媒用孔部
６０…エアロゾル
６２…ガス
６４…微粒子材料
７０…被膜
９０…成膜対象物

Claims (9)

1. ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルをノズルの噴射口から噴射し、前記微粒子材料が堆積してなる被膜を成膜対象物の表面に形成する成膜方法であって、
   前記エアロゾルを前記ノズルの所定領域に設けられた加速部内に流入させ、前記エアロゾルが前記加速部を通過する際に前記微粒子材料の移動速度を加速させ、
   前記加速部を通過した前記エアロゾルを、前記ノズルにおいて前記加速部よりも下流側に配置され且つ前記加速部よりも低い温度で維持される冷却部によって冷却し、
   前記冷却部によって冷却された前記エアロゾルを前記噴射口から噴射する
   成膜方法。
2. 前記ノズルは、貫通孔が形成されたノズル本体を備え、
   前記貫通孔の上流側の端部は、前記エアロゾルの流入口として構成され、下流側の端部は前記噴射口として構成されており、
   前記冷却部は、前記ノズル本体の外壁面と内壁面との間に形成された冷媒用孔部の内部を冷媒が流れる構成をなす
   請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記ノズルにおいて前記加速部と前記冷却部との間には、前記加速部及び前記冷却部よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱部が設けられている
   請求項１又は請求項２に記載の成膜方法。
4. エアロゾル発生器によって前記エアロゾルを発生させつつ、前記エアロゾルを前記エアロゾル発生器から送り出し、
   前記エアロゾル発生器から送り出された前記エアロゾルを乾燥装置によって乾燥させ、
   前記乾燥装置によって乾燥させた前記エアロゾルを前記ノズルに流入させる
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜方法。
5. ガス中に微粒子材料が分散してなるエアロゾルを噴射することで前記微粒子材料が堆積してなる被膜を成膜対象物の表面に形成する成膜方法に用いられる成膜用ノズルであって、
   前記エアロゾルを通過させ、前記エアロゾルの通過時に前記微粒子材料の移動速度を加速させる加速部と、
   前記加速部よりも下流側に配置されるとともに前記加速部よりも低い温度で維持され、前記加速部を通過した前記エアロゾルを冷却する冷却部と、
   前記冷却部によって冷却された前記微粒子材料の出口となる噴射口と、
   を有する成膜用ノズル。
6. 貫通孔が形成されたノズル本体を備え、
   前記貫通孔の上流側の端部は、前記エアロゾルの流入口として構成され、下流側の端部は前記噴射口として構成されており、
   前記冷却部は、前記ノズル本体の外壁面と内壁面との間に形成された冷媒用孔部の内部を冷媒が流れる構成をなす
   請求項５に記載の成膜用ノズル。
7. 前記加速部と前記冷却部との間には、前記加速部及び前記冷却部よりも熱伝導率の低い材料からなる断熱部が設けられている
   請求項５又は請求項６に記載の成膜用ノズル。
8. 前記エアロゾルを発生させつつ、自身から前記エアロゾルを送り出すエアロゾル発生器と、
   前記エアロゾル発生器から送り出された前記エアロゾルが流入するノズルである請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の成膜用ノズルと、
   を含む成膜装置。
9. 前記エアロゾル発生器から送り出された前記エアロゾルを乾燥させる乾燥装置を含み、
   前記乾燥装置が乾燥させた前記エアロゾルを前記ノズルに流入させる
   請求項８に記載の成膜装置。