イットリア膜の成膜方法
【課題】エアロゾル化ガスデポジション法によって良好な膜質を得ることが可能なイットリア膜の成膜方法を提供すること。
【解決手段】エアロゾル化ガスデポジション法によって、高純度イットリア膜を成膜する成膜方法であって、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子Ｐを密閉容器２に収容し、密閉容器２にガスを導入することによって、イットリア微粒子ＰのエアロゾルＡを生成させ、密閉容器２に接続された搬送管６を介して、密閉容器２よりも低圧に維持された成膜室３にエアロゾルＡを搬送し、成膜室３に収容された基材Ｓ上にイットリア微粒子Ｐを堆積させる。上記条件を満たすイットリア微粒子を用いることで、緻密かつ、基材への密着力が高いイットリア薄膜を成膜することが可能となる。
【解決手段】エアロゾル化ガスデポジション法によって、高純度イットリア膜を成膜する成膜方法であって、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子Ｐを密閉容器２に収容し、密閉容器２にガスを導入することによって、イットリア微粒子ＰのエアロゾルＡを生成させ、密閉容器２に接続された搬送管６を介して、密閉容器２よりも低圧に維持された成膜室３にエアロゾルＡを搬送し、成膜室３に収容された基材Ｓ上にイットリア微粒子Ｐを堆積させる。上記条件を満たすイットリア微粒子を用いることで、緻密かつ、基材への密着力が高いイットリア薄膜を成膜することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル化ガスデポジション法によるイットリア膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イットリア（酸化イットリウム）膜は高い耐熱性、耐プラズマ性及び光透過性を有し、耐熱用保護膜、耐プラズマ用保護膜、光学薄膜等として利用される。イットリア膜は、従来、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、溶射法等によって成膜されているが、成膜速度、成膜条件、膜質等の点においてそれぞれ難点があり、成膜方法について改善の余地がある。
【０００３】
エアロゾル化ガスデポジション法は、エアロゾル化容器に収容された原料微粒子（エアロゾル原料）を、ガスによって巻上げてエアロゾル化し、エアロゾル化容器内と成膜室内との圧力差によるガス流によって搬送して基材に衝突させ、堆積させる成膜方法である。当該方法では、高速に加速された原料微粒子が有する運動エネルギーが局所的に熱エネルギーに変換され、成膜が成される。基材の加熱は局所的であるため基材はほとんど熱の影響を受けず（常温成膜）、また、成膜速度が他の成膜方法に比して高速であり、一般に、高密度、高密着性を有する膜を成膜することが可能である。
【０００４】
イットリア微粒子を原料とするエアロゾル化ガスデポジション法として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の方法が知られている。特許文献１には、平均粒径０．４７μｍの酸化イットリウム微粒子と平均粒径２．１μｍの酸化アルミニウム微粒子との粒子混合物のエアロゾルを生成し、基材上に透光性を有する酸化イットリウム膜を形成する方法が記載されている。特許文献２には、平均粒径０．５μｍのイットリア微粒子のエアロゾルを生成し、上記エアロゾルを基材上に噴射してイットリア微粒子を堆積させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８４８９３号公報（段落[００１９]〜［００２１］）
【特許文献２】特開２００９−１８５３７４号公報（段落[００３７]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の成膜方法では、緻密な膜を安定して作製することが困難であると考えられる。特に、平均粒子径が小さい微粒子ほど、得られるイットリア膜は圧粉状になり、容易に剥離しやすくなる傾向がある。本発明者は特に、エアロゾル原料であるイットリア微粒子の粒子の性状（平均粒径、比表面積等）に着目し、良好な膜質を有するイットリア膜の成膜方法を検討した。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、エアロゾル化ガスデポジション法によって良好な膜質を得ることが可能なイットリア膜の成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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るイットリア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記イットリア微粒子のエアロゾルは、上記密閉容器にガスを導入することによって生成される。
上記エアロゾルは、上記密閉容器に接続された搬送管を介して、上記密閉容器よりも低圧に維持された成膜室に搬送される。
上記イットリア微粒子は、上記成膜室に収容された基材上に堆積される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るエアロゾル化ガスデポジション装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエアロゾル化ガスデポジション法による成膜の様子を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例及び比較例の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るイットリア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記イットリア微粒子のエアロゾルは、上記密閉容器にガスを導入することによって生成される。
上記エアロゾルは、上記密閉容器に接続された搬送管を介して、上記密閉容器よりも低圧に維持された成膜室に搬送される。
上記イットリア微粒子は、上記成膜室に収容された基材上に堆積される。
【００１１】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子をエアロゾル原料とすることによって、良好な膜質（高密度、高密着力等）を有するイットリア膜を基材上に成膜することが可能である。通常、エアロゾル化ガスデポジション法のエアロゾル原料として用いられる原料微粒子は、粒径が０．１μｍ〜１μｍ程度のものが一般的である。これは、多くの材料が、この程度の粒径により良好に成膜されること、あるいは、この程度の粒径を有する原料微粒子がエアロゾル化し易いことによる。一方、本発明者らは、検討の結果、通常用いられる粒子径よりも大きい粒子径を有するイットリア微粒子により、良好な膜質を有するイットリア膜が成膜されることを見出した。当該イットリア微粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、あるいは比表面積が４ｍ２／ｇを超える場合には、緻密に堆積成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体となりやすい。
【００１２】
ここで、本明細書において「平均粒子径」とは、レーザー回折式粒度分布測定法で測定した粒度分布の積算％が５０％の値（Ｄ５０）を意味する。また、平均粒子径の値は、島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置「ＳＡＬＤ２０００」による測定値を用いた。また、「比表面積」は、ガス吸着法により測定された値であり、ここでは島津製作所製「フローソーブII２３００」による測定値を用いた。
【００１３】
上記イットリア微粒子としては、高純度（例えば９９．５０％以上）のイットリア微粒子が用いられる。高純度イットリア微粒子は、乾式法で作製されたイットリア微粒子と、湿式法で作製されたイットリア微粒子とに区別される。イットリア微粒子は、その製造方法によって微粒子特性が若干異なることから、製法に応じてその平均粒子径及び比表面積を選定することで、所望の膜特性を有するイットリア膜を安定して成膜することができる。
【００１４】
例えば乾式法で作製されたイットリア微粒子を用いる場合には、平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、かつ比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子が好適である。イットリア微粒子の平均粒子径が１．８μｍ未満の場合には緻密に膜を成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体（粉末の圧縮体）となりやすい。平均粒子径が９．６μｍより大きい場合は、密着力が弱く膜剥離が生じたり、圧粉体が形成されたりして好ましくない。
【００１５】
ここで、乾式法とは、固体や液体を物理的に微粒子化する方法（ブレークダウン法）のひとつであり、例えば、電気溶融を用いた製法が採用可能である。この製法では、原料を溶融させることで、まず大きな塊が作製される。その後、塊を粉砕・分級することで、所定の粒子径を有する微粒子が作製される。乾式法によれば、湿式法に比べて１μｍ以下の平均粒子径を有するイットリア微粒子を安定して得ることができる。
【００１６】
一方、湿式法で作製されたイットリア微粒子を用いる場合には、平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であり、かつ比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子が好適である。イットリア微粒子の平均粒子径が６μｍ未満の場合には緻密に膜を成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体（粉末の圧縮体）となりやすい。平均粒子径が７μｍより大きい場合は、密着力が弱く膜剥離が生じたり、圧粉体が形成されたりして好ましくない。
【００１７】
ここで、湿式法とは、化学的気相析出法や液相合成法などのように原子や分子から微粒子をビルドアップして合成する方法をいう。湿式法は、乾式法に比べて、高純度なイットリア微粒子を得られ易い。湿式法で得られるイットリア微粒子の平均粒子径は、典型的には、一次粒子が凝集した二次粒子の平均粒子径である。
【００１８】
上記イットリア膜の成膜方法は、上記イットリア微粒子を上記密閉容器に収容する工程の前に、上記イットリア微粒子を脱気する工程をさらに具備してもよい。
【００１９】
イットリア微粒子を脱気することにより、イットリア微粒子が水分により凝集し、あるいは薄膜に不純物が混入することを防止することが可能である。
【００２０】
上記エアロゾルを生成する工程は、上記密閉容器内に設置された、上記イットリア微粒子で被覆されているガス噴出体から上記ガスを噴出させることで、上記イットリア微粒子を上記容器内で巻き上げ、上記ガス中に混合させてもよい。
【００２１】
上述のように、本発明の実施形態に係るイットリア微粒子は、粒子径が比較的大きいものであるが、ガスをイットリア微粒子中から噴出させることによって、良好にエアロゾル化させることが可能である。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエアロゾル化ガスデポジション装置１（以下、ＡＧＤ装置１）の概略構成を示す図である。
【００２３】
同図に示すように、ＡＧＤ装置１は、エアロゾル化容器２と、成膜チャンバ３と、排気系４と、ガス供給系５と、搬送管６とを具備する。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３はそれぞれ独立した室を形成し、搬送管６によって接続されている。排気系４は、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３とに接続されている。ガス供給系５は、エアロゾル化容器２に接続されている。また、エアロゾル化容器２にはエアロゾル原料Ｐが収容されている。成膜チャンバ３には基材Ｓが収容されている。
【００２４】
エアロゾル化容器（密閉容器）２は、エアロゾル原料Ｐを収容し、その内部でエアロゾルを生成する。エアロゾル化容器２は密閉可能な構造を有し、また、エアロゾル原料Ｐを出し入れするための図示しない蓋部を有する。エアロゾル化容器２は、排気系４及びガス供給系５に接続されている。エアロゾル化容器２には、エアロゾル原料Ｐを攪拌するためにエアロゾル化容器２を振動させる振動機構、あるいはエアロゾル原料Ｐを脱気（水分等の除去）させるために加熱する加熱手段が設けられていてもよい。
【００２５】
成膜チャンバ３は、基材Ｓを収容する。成膜チャンバ３は内部の気圧を維持することが可能に構成されている。成膜チャンバ３は、排気系４に接続されている。また、成膜チャンバ３には、基材Ｓを保持するためのステージ７と、ステージ７を移動させるためのステージ駆動機構８が設けられている。ステージ７は、成膜前に基材Ｓを脱気させるために基材Ｓを加熱する加熱手段を有していてもよい。また、成膜チャンバ３には、内部の圧力を指示する真空計が設けられてもよい。
【００２６】
排気系４は、エアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を真空排気する。排気系４は、真空配管９と、第１バルブ１０と、第２バルブ１１と、真空ポンプ１２とを有する。真空ポンプ１２に接続された真空配管９は分岐され、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３に接続されている。第１バルブ１０は真空配管９の分岐点とエアロゾル化容器２の間の真空配管９上に配置され、エアロゾル化容器２の真空排気を遮断することが可能に構成されている。第２バルブ１１は真空配管９の分岐点と成膜チャンバ３の間の真空配管９上に配置され、成膜チャンバ３の真空排気を遮断することが可能に構成されている。真空ポンプ１２の構成は特に限定されず、複数のポンプユニットからなるものとしてもよい。真空ポンプ１２は例えば、直列に接続されたメカニカルブースターポンプとロータリーポンプとすることができる。
【００２７】
ガス供給系５は、エアロゾル化容器２に、エアロゾル化容器２の圧力を規定し、かつ、エアロゾルを形成するためのキャリアガスを供給する。キャリアガスは、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等である。ガス供給系５は、ガス配管１３と、ガス源１４と、第３バルブ１５と、ガス流量計１６と、ガス噴出体１７とを有する。ガス源１４とガス噴出体１７はガス配管１３によって接続され、ガス配管１３上に第３バルブ１５及びガス流量計１６が配置されている。ガス源１４は、例えばガスボンベであり、キャリアガスを供給する。ガス噴出体１７は、エアロゾル化容器２内に配置され、ガス配管１３から供給されたキャリアガスを均一に噴出させる。ガス噴出体１７は、例えば、ガス噴出孔が多数設けられた中空体とすることができ、エアロゾル原料Ｐに被覆される位置に配置されることによりエアロゾル原料Ｐを有効に巻き上げ、エアロゾル化させることが可能となる。ガス流量計１６は、ガス配管１３中を流通するキャリアガスの流量を指示する。第３バルブ１５は、ガス配管１３中を流通するキャリアガスの流量を調節し、あるいは遮断することが可能に構成されている。
【００２８】
搬送管６は、エアロゾル化容器２内で形成されたエアロゾルを成膜チャンバ３内に搬送する。搬送管６は、一端はエアロゾル化容器２に接続され、他端にはノズル１８が設けられている。ノズル１８は小径の丸孔あるいはスリット状の開口を有し、後述するようにノズル１８の開口径によってエアロゾルの噴出速度が規定される。ノズル１８は、基材Ｓに対向する位置に設けられ、また、エアロゾルの基材Ｓに対する噴出距離あるいは噴出角度を規定するためにノズル１８の位置及び角度を規定する、ノズル可動機構に接続されていてもよい。
【００２９】
基材Ｓは、ガラス、金属、セラミックス等の材料で構成される。上述のように、ＡＧＤ法は常温成膜であり、また、化学的プロセスを経ない物理的成膜法であるため、幅広い材料を基材として選択することが可能である。また、基材Ｓは平面的なものに限られず、立体的なものであってもよい。
【００３０】
ＡＧＤ装置１は、以上のように構成される。なお、ＡＧＤ装置１の構成は上述のものに限られない。例えば、エアロゾル化容器２に接続された、ガス供給系５とは別系統のガス供給機構を設けることも可能である。上述の構成では、ガス供給系５によって供給されるキャリアガスによって、エアロゾル化容器２の圧力調整及びエアロゾル原料Ｐの巻上げによるエアロゾルの形成がされる。なお、当該別系統のガス供給手段から圧力調節を担うガスを別途供給することにより、エアロゾルの形成状態（形成量、主に巻き上げられる粒子径等）とは独立にエアロゾル化容器２内の圧力を調節することが可能である。
【００３１】
以下、エアロゾル原料Ｐについて説明する。
【００３２】
エアロゾル原料Ｐは、エアロゾル化容器２内でエアロゾル化され、基材Ｓ上に成膜される。エアロゾル原料Ｐには、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である高純度イットリア微粒子が用いられる。本実施形態において、高純度イットリア微粒子には、乾式法で製造されたイットリア微粒子と、湿式法で製造されたイットリア微粒子とが含まれる。これらイットリア微粒子の種類に応じて、微粒子の平均粒子径及び比表面積の好適な範囲を以下のように規定してもよい。
【００３３】
［高純度イットリア微粒子（乾式）］
乾式法で製造された高純度イットリア微粒子としては、例えばＹ２Ｏ３純度が９９．５０％以上の高純度イットリア微粒子が用いられる。この種のイットリア微粒子をエアロゾル原料Ｐとして用いる場合の平均粒子径は１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、比表面積は１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下である。平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下のイットリア微粒子をエアロゾル原料とすることによって良好な特性（緻密性、基材Ｓへの密着性等）を有するイットリア薄膜を形成することが可能である。イットリア微粒子の平均粒子径が１．８μｍ未満の場合には緻密な膜を成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体（粉末の圧縮体）となる傾向がある。平均粒子径が９．６μｍより大きい場合は、密着力が弱く膜剥離が生じたり、圧粉体が形成されたりする場合がある。
【００３４】
平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であっても、粒径分布が不均一であり、粒子径が小さい粒子及び粒子径が大きい粒子が多量に含まれる場合は、比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下の範囲から逸脱する。なお、通常、ＡＧＤ法に用いられるエアロゾル原料は、粒子径が０．１μｍ〜１μｍ程度のものが一般的であるのに対し、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐの粒子径はそれよりも大きい。
【００３５】
平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、かつ比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子としては、例えば、第一稀元素化学工業株式会社製、ＦＹ−１０（品名）（平均粒子径９．６μｍ、比表面積１．０ｍ２／ｇ）を用いることができる。
【００３６】
［高純度イットリア微粒子（湿式）］
湿式法で製造された高純度イットリア微粒子としては、例えばＹ２Ｏ３純度が９９．５０％以上の高純度イットリア微粒子が用いられる。この種のイットリア微粒子をエアロゾル原料Ｐとして用いる場合の平均粒子径は６μｍ以上７μｍ以下であり、比表面積は３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である。平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下のイットリア微粒子をエアロゾル原料とすることによって良好な特性（緻密性、基材Ｓへの密着性等）を有するイットリア薄膜を形成することが可能である。イットリア微粒子の平均粒子径が６μｍ未満の場合は成膜することが困難であり、平均粒子径が７μｍより大きい場合は、密着力が弱く剥離が生じたり、圧粉体（粉末の圧縮体）が形成されたりする場合がある。
【００３７】
平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であっても、粒径分布が不均一であり、粒子径が小さい粒子及び粒子径が大きい粒子が多量に含まれる場合は、比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の範囲から逸脱する。なお、通常、ＡＧＤ法に用いられるエアロゾル原料は、粒子径が０．１μｍ〜１μｍ程度のものが一般的であるのに対し、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐの粒子径はそれよりも大きい。
【００３８】
平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であり、かつ比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子としては、例えば、第一稀元素化学工業株式会社製、ＳＳＥ−Ｒ１−７（品名）（平均粒子径６．６μｍ、比表面積３．５ｍ２／ｇ）を用いることができる。
【００３９】
続いて、ＡＧＤ装置１及びエアロゾル原料Ｐを用いるＡＧＤ法について説明する。図２は、本実施形態に係るＡＧＤ法によるイットリア薄膜の成膜の態様を模式的に説明する図である。
【００４０】
エアロゾル化容器２内に所定量のエアロゾル原料Ｐを収容する。なお、事前にエアロゾル原料Ｐを加熱し、脱気処理をしてもよい。また、エアロゾル原料Ｐが収容されている状態でエアロゾル原料Ｐを脱気するために、エアロゾル化容器２を加熱してもよい。イットリア微粒子を脱気することにより、イットリア微粒子が水分により凝集し、あるいは薄膜に不純物が混入することを防止することが可能である。
【００４１】
次に、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を真空排気する。
真空ポンプ１２が運転されている状態で、第１バルブ１０及び第２バルブ１１を開放し、エアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を十分に圧力が低下するまで真空排気する。エアロゾル化容器２が十分に減圧されたら、第１バルブ１０を閉止する。なお、成膜チャンバ３は、成膜中は真空排気されている。
【００４２】
次に、ガス供給系５によりエアロゾル化容器２にキャリアガスを導入する。第３バルブ１５を開放し、キャリアガスをガス噴出体１７からエアロゾル化容器２内に噴出させる。エアロゾル化容器２内に導入されたキャリアガスにより、エアロゾル化容器２内の圧力は上昇する。一方、成膜チャンバ３は真空排気が維持されているため、キャリアガスは、成膜チャンバ３に連通している搬送管６に向かって流動する。また、ガス噴出体１７から噴出されたキャリアガスにより、図２に示すようにエアロゾル原料Ｐが巻き上げられ、エアロゾル化容器内に浮遊し、キャリアガス中にエアロゾル原料Ｐが分散したエアロゾル（図２にＡで示す）が形成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の圧力差により、搬送管６に流入し、ノズル１８から噴出される。第３バルブ１５の開度を調節することにより、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の圧力差及び、エアロゾルの形成状態を制御することが可能である。
【００４３】
なお、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐ、即ちイットリア微粒子は、通常用いられるエアロゾル原料に比べ大きく、巻き上がり難い。ここで、エアロゾル原料Ｐ中に配置されているガス噴出体１７からキャリアガスを噴出させることにより、エアロゾル原料Ｐを有効に巻き上げ、分散させることが可能である。
【００４４】
ノズル１８から噴出されるエアロゾル（図２にＡ’で示す）は、エアロゾル化容器２と成膜チャンバの圧力差及びノズル１８の開口径によって規定される流速を持って噴出される。このエアロゾルは、基材Ｓの表面あるいは既成の膜上に到達し、エアロゾルに含まれるエアロゾル原料Ｐ、即ちイットリア微粒子が基材Ｓの表面あるいは既成の膜上に衝突する。エアロゾル原料Ｐが有する運動エネルギーが局所的に熱エネルギーに変換され、粒子が全体的あるいは部分的に溶融して結合し、膜が形成される。このことから、エアロゾル原料Ｐの粒子径は、微粒子が有する運動エネルギーの大きさ、あるいは溶融の程度に大きな影響を与える。即ち、イットリア微粒子の粒子径により、形成される膜の品質が左右される。
【００４５】
基材Ｓを移動させることにより、基材Ｓ上の所定の範囲にイットリア薄膜（図２にＦで示す）が成膜される。ステージ７をステージ駆動機構８によって移動させることで、ノズル１８に対する基材Ｓの相対位置が変化する。ステージ７を、基材Ｓの被成膜面に平行な一方向に移動させることにより、ノズル１８の開口径と同一の幅を有する線状に薄膜を形成することができる。ステージ７を往復させることにより、既成の膜上にさらに成膜することが可能であり、これにより、所定の膜厚でイットリア薄膜を形成することができる。また、ステージ７を２次元的に移動させることにより、所定の領域に薄膜が形成される。ノズル１８の基材Ｓの被成膜面に対する角度は直角でもよく、斜めであってもよい。ノズル１８を被成膜面に対して斜向させることにより、成膜品質を低下させる微粒子の凝集体が付着した場合であっても、その付着物を除去することが可能となる。
【００４６】
イットリア薄膜は以上のようにして形成される。上述のように、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以上であり、比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子をエアロゾル原料Ｐとして用いることにより、緻密であり、基材Ｓに対する密着力が高いイットリア薄膜を形成することが可能である。
【００４７】
以下、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。実施例及び比較例の結果を図３に示す。なお、説明には上述のＡＧＤ装置１を用いる。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−７」（平均粒子径６．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．５ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
５Ｌビーカーに硝酸イットリウム溶液（Ｙ２Ｏ３濃度２０．２重量％）５００ｇとイオン交換水２０００ｇを入れて撹拌混合し、Ｙ２Ｏ３濃度が約４重量％の硝酸イットリウム溶液を得た。２５％アンモニア水２００ｇをイオン交換水１５００ｇで希釈した希釈アンモニア水を先に調整した硝酸イットリウム溶液に撹拌しながら滴下し、水酸化イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過し、イオン交換水で洗浄した。洗浄した水酸化イットリウムを電気炉にて９００℃で焼成した後、乳鉢にて粉砕した。
【００４９】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００５０】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１０Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３１ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００５１】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚５３μｍ（１．０６μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００５２】
（実施例２）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−７」（平均粒子径６．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．５ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００５３】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００５４】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１０Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３１ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００５５】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚２５μｍ（０．５μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００５６】
（実施例３）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−７」（平均粒子径６．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．５ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００５７】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００５８】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量８Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００５９】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は５０回、即ち、積層回数は１００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１２μｍ（０．１２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００６０】
（実施例４）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１０」（平均粒子径９．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．０ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
市販のイットリア粉末を電融用電気炉を用いて、電気アーク熱(約３０００℃)によって溶融を行った。その後、イットリアの溶融物を徐冷し、高密度化したインゴットを得た。得たインゴットを１ｍｍ以下に粗粉砕し、１２５０℃にて焼成を行った。
上記の電融用電気炉で得た粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れた。３分３０秒間粉砕を行い得た高純度イットリア微粒子。本実施例の粉砕方法は湿式粉砕、乾式粉砕のいずれも遊星ミルで行ったが、その他の粉砕機を用いて目標粒度を得ることも出来る。例えば、粗粉末に対して応力を加えることによって粒子を粉砕する粉砕機、ボールミル、振動ミル、ビーズミル、ジェットミル等が使用できる。
【００６１】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００６２】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３３ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００６３】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１６μｍ（０．３２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的濃い灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００６４】
（実施例５）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１０」（平均粒子径９．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．０ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００６５】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００６６】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１６Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は４０ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００６７】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚３６μｍ（０．７２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的濃い灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００６８】
（実施例６）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−７」（平均粒子径６．７μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．１ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、５分間粉砕を行った。
【００６９】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００７０】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３７ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００７１】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１８μｍ（０．３６μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的薄い茶色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００７２】
（実施例７）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−７」（平均粒子径６．７μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．１ｍ２／ｇ、製法：乾式））を１００ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００７３】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００７４】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００７５】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は５０回、即ち、積層回数は１００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１０μｍ（０．１μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的薄い茶色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００７６】
（実施例８）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−５」（平均粒子径５．０μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．３ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、７分間粉砕を行った。
【００７７】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００７８】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３３ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００７９】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１１μｍ（０．２２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００８０】
（実施例９）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−５」（平均粒子径５．０μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．３ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００８１】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００８２】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１６Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は４０ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００８３】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１７μｍ（０．３４μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００８４】
（実施例１０）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−２」（平均粒子径１．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積２．６ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で湿式粉砕を行った。粗粉末１５０ｇとジルコニアビーズ（Ф2mm）１０００ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、純水１５０ｍｌを投入し、１０分間粉砕を行った。粉砕で得たスラリーを乾燥、解砕した。
【００８５】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００８６】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００８７】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚８μｍ（０．１６μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する茶白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００８８】
（比較例１）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−２」（平均粒子径１．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積５．４ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
５Ｌビーカーに塩化イットリウム溶液（Ｙ２Ｏ３濃度２０．２重量％）５００ｇとイオン交換水１５００ｇを入れて撹拌混合し、Ｙ２Ｏ３濃度が約５重量％の塩化イットリウム溶液を得た。次に重炭酸アンモニウム２５０ｇをイオン交換水２２５０ｇで溶解した重炭酸アンモニウム溶液を先に調整した塩化イットリウム溶液に撹拌しながら滴下し、炭酸イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過し、イオン交換水で洗浄した。洗浄した炭酸イットリウムを電気炉にて９００℃で焼成した後、乳鉢にて粉砕した。
【００８９】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００９０】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００９１】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。基材上には、イットリア微粒子の圧粉体が形成された。当該圧粉体は拭取れる程度のポーラスなものであった。
【００９２】
（比較例２）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−１０」（平均粒子径１０．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積２．９ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
５Ｌビーカーに硝酸イットリウム溶液（Ｙ２Ｏ３濃度２０．２重量％）５００ｇとイオン交換水２０００ｇを入れて撹拌混合し、Ｙ２Ｏ３濃度が約４重量％の硝酸イットリウム溶液を得た。蓚酸２００ｇをイオン交換水で溶解し、３０％に調整した蓚酸水溶液を先に調整した硝酸イットリウム溶液に撹拌しながら滴下し、蓚酸イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過し、イオン交換水で洗浄した。洗浄した蓚酸イットリウムを電気炉にて９００℃で焼成した後、乳鉢にて粉砕した。
【００９３】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００９４】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜させた。
【００９５】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。堆積中の観察によれば、堆積膜は密着力が弱く、積層と共に、部分的に、堆積と層状剥離を繰り返していた。
【００９６】
（比較例３）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１」（平均粒子径０．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．０ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で湿式粉砕を行った。粗粉末１５０ｇとジルコニアビーズ（Ф2mm）１０００ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、イオン交換水１５０ｍｌを投入し、１５分間粉砕を行った。粉砕で得たスラリーを乾燥、解砕した。
【００９７】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００９８】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜させた。
【００９９】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。基材上には、イットリア微粒子の圧粉体が形成された。当該圧粉体は拭取れる程度のポーラスなものであった。
【０１００】
（比較例４）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１２」（平均粒子径１１．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積０．９ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、３分間粉砕を行った。
【０１０１】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【０１０２】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜させた。
【０１０３】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。堆積中の観察によれば、堆積膜は密着力が弱く、積層と共に、部分的に、堆積と層状剥離を繰り返していた。
【０１０４】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜２から、平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であり、比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の条件を満たす、湿式法で作製されたイットリア微粒子をエアロゾル原料としてエアロゾル化ガスデポジション法により成膜することで、緻密であり、基材に対する密着性が良好な高純度イットリア薄膜が形成された。一方、この条件から逸脱するイットリア微粒子をエアロゾル原料として成膜した場合、良好なイットリア薄膜は形成されなかった。
【０１０５】
また、以上の実施例４〜１０及び比較例３〜４から、平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下の条件を満たす、乾式法で作製されたイットリア微粒子をエアロゾル原料としてエアロゾル化ガスデポジション法により成膜することで、緻密であり、基材に対する密着性が良好な高純度イットリア薄膜が形成された。一方、この条件から逸脱するイットリア微粒子をエアロゾル原料として成膜した場合、良好なイットリア薄膜は形成されなかった。
【０１０６】
本発明は上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【符号の説明】
【０１０７】
Ｓ 基材
１ エアロゾル化ガスデポジション装置
２ エアロゾル化容器
３ 成膜チャンバ
４ 排気系
５ ガス供給系
６ 搬送管
７ ステージ
８ ステージ駆動機構
９ 真空配管
１０ 第１バルブ
１１ 第２バルブ
１２ 真空ポンプ
１３ ガス配管
１４ ガス源
１５ 第３バルブ
１６ ガス流量計
１７ ガス噴出体
１８ ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル化ガスデポジション法によるイットリア膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イットリア（酸化イットリウム）膜は高い耐熱性、耐プラズマ性及び光透過性を有し、耐熱用保護膜、耐プラズマ用保護膜、光学薄膜等として利用される。イットリア膜は、従来、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、溶射法等によって成膜されているが、成膜速度、成膜条件、膜質等の点においてそれぞれ難点があり、成膜方法について改善の余地がある。
【０００３】
エアロゾル化ガスデポジション法は、エアロゾル化容器に収容された原料微粒子（エアロゾル原料）を、ガスによって巻上げてエアロゾル化し、エアロゾル化容器内と成膜室内との圧力差によるガス流によって搬送して基材に衝突させ、堆積させる成膜方法である。当該方法では、高速に加速された原料微粒子が有する運動エネルギーが局所的に熱エネルギーに変換され、成膜が成される。基材の加熱は局所的であるため基材はほとんど熱の影響を受けず（常温成膜）、また、成膜速度が他の成膜方法に比して高速であり、一般に、高密度、高密着性を有する膜を成膜することが可能である。
【０００４】
イットリア微粒子を原料とするエアロゾル化ガスデポジション法として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の方法が知られている。特許文献１には、平均粒径０．４７μｍの酸化イットリウム微粒子と平均粒径２．１μｍの酸化アルミニウム微粒子との粒子混合物のエアロゾルを生成し、基材上に透光性を有する酸化イットリウム膜を形成する方法が記載されている。特許文献２には、平均粒径０．５μｍのイットリア微粒子のエアロゾルを生成し、上記エアロゾルを基材上に噴射してイットリア微粒子を堆積させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８４８９３号公報（段落[００１９]〜［００２１］）
【特許文献２】特開２００９−１８５３７４号公報（段落[００３７]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の成膜方法では、緻密な膜を安定して作製することが困難であると考えられる。特に、平均粒子径が小さい微粒子ほど、得られるイットリア膜は圧粉状になり、容易に剥離しやすくなる傾向がある。本発明者は特に、エアロゾル原料であるイットリア微粒子の粒子の性状（平均粒径、比表面積等）に着目し、良好な膜質を有するイットリア膜の成膜方法を検討した。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、エアロゾル化ガスデポジション法によって良好な膜質を得ることが可能なイットリア膜の成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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るイットリア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記イットリア微粒子のエアロゾルは、上記密閉容器にガスを導入することによって生成される。
上記エアロゾルは、上記密閉容器に接続された搬送管を介して、上記密閉容器よりも低圧に維持された成膜室に搬送される。
上記イットリア微粒子は、上記成膜室に収容された基材上に堆積される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るエアロゾル化ガスデポジション装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエアロゾル化ガスデポジション法による成膜の様子を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例及び比較例の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るイットリア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記イットリア微粒子のエアロゾルは、上記密閉容器にガスを導入することによって生成される。
上記エアロゾルは、上記密閉容器に接続された搬送管を介して、上記密閉容器よりも低圧に維持された成膜室に搬送される。
上記イットリア微粒子は、上記成膜室に収容された基材上に堆積される。
【００１１】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子をエアロゾル原料とすることによって、良好な膜質（高密度、高密着力等）を有するイットリア膜を基材上に成膜することが可能である。通常、エアロゾル化ガスデポジション法のエアロゾル原料として用いられる原料微粒子は、粒径が０．１μｍ〜１μｍ程度のものが一般的である。これは、多くの材料が、この程度の粒径により良好に成膜されること、あるいは、この程度の粒径を有する原料微粒子がエアロゾル化し易いことによる。一方、本発明者らは、検討の結果、通常用いられる粒子径よりも大きい粒子径を有するイットリア微粒子により、良好な膜質を有するイットリア膜が成膜されることを見出した。当該イットリア微粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、あるいは比表面積が４ｍ２／ｇを超える場合には、緻密に堆積成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体となりやすい。
【００１２】
ここで、本明細書において「平均粒子径」とは、レーザー回折式粒度分布測定法で測定した粒度分布の積算％が５０％の値（Ｄ５０）を意味する。また、平均粒子径の値は、島津製作所製レーザー回折式粒度分布測定装置「ＳＡＬＤ２０００」による測定値を用いた。また、「比表面積」は、ガス吸着法により測定された値であり、ここでは島津製作所製「フローソーブII２３００」による測定値を用いた。
【００１３】
上記イットリア微粒子としては、高純度（例えば９９．５０％以上）のイットリア微粒子が用いられる。高純度イットリア微粒子は、乾式法で作製されたイットリア微粒子と、湿式法で作製されたイットリア微粒子とに区別される。イットリア微粒子は、その製造方法によって微粒子特性が若干異なることから、製法に応じてその平均粒子径及び比表面積を選定することで、所望の膜特性を有するイットリア膜を安定して成膜することができる。
【００１４】
例えば乾式法で作製されたイットリア微粒子を用いる場合には、平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、かつ比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子が好適である。イットリア微粒子の平均粒子径が１．８μｍ未満の場合には緻密に膜を成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体（粉末の圧縮体）となりやすい。平均粒子径が９．６μｍより大きい場合は、密着力が弱く膜剥離が生じたり、圧粉体が形成されたりして好ましくない。
【００１５】
ここで、乾式法とは、固体や液体を物理的に微粒子化する方法（ブレークダウン法）のひとつであり、例えば、電気溶融を用いた製法が採用可能である。この製法では、原料を溶融させることで、まず大きな塊が作製される。その後、塊を粉砕・分級することで、所定の粒子径を有する微粒子が作製される。乾式法によれば、湿式法に比べて１μｍ以下の平均粒子径を有するイットリア微粒子を安定して得ることができる。
【００１６】
一方、湿式法で作製されたイットリア微粒子を用いる場合には、平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であり、かつ比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子が好適である。イットリア微粒子の平均粒子径が６μｍ未満の場合には緻密に膜を成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体（粉末の圧縮体）となりやすい。平均粒子径が７μｍより大きい場合は、密着力が弱く膜剥離が生じたり、圧粉体が形成されたりして好ましくない。
【００１７】
ここで、湿式法とは、化学的気相析出法や液相合成法などのように原子や分子から微粒子をビルドアップして合成する方法をいう。湿式法は、乾式法に比べて、高純度なイットリア微粒子を得られ易い。湿式法で得られるイットリア微粒子の平均粒子径は、典型的には、一次粒子が凝集した二次粒子の平均粒子径である。
【００１８】
上記イットリア膜の成膜方法は、上記イットリア微粒子を上記密閉容器に収容する工程の前に、上記イットリア微粒子を脱気する工程をさらに具備してもよい。
【００１９】
イットリア微粒子を脱気することにより、イットリア微粒子が水分により凝集し、あるいは薄膜に不純物が混入することを防止することが可能である。
【００２０】
上記エアロゾルを生成する工程は、上記密閉容器内に設置された、上記イットリア微粒子で被覆されているガス噴出体から上記ガスを噴出させることで、上記イットリア微粒子を上記容器内で巻き上げ、上記ガス中に混合させてもよい。
【００２１】
上述のように、本発明の実施形態に係るイットリア微粒子は、粒子径が比較的大きいものであるが、ガスをイットリア微粒子中から噴出させることによって、良好にエアロゾル化させることが可能である。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエアロゾル化ガスデポジション装置１（以下、ＡＧＤ装置１）の概略構成を示す図である。
【００２３】
同図に示すように、ＡＧＤ装置１は、エアロゾル化容器２と、成膜チャンバ３と、排気系４と、ガス供給系５と、搬送管６とを具備する。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３はそれぞれ独立した室を形成し、搬送管６によって接続されている。排気系４は、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３とに接続されている。ガス供給系５は、エアロゾル化容器２に接続されている。また、エアロゾル化容器２にはエアロゾル原料Ｐが収容されている。成膜チャンバ３には基材Ｓが収容されている。
【００２４】
エアロゾル化容器（密閉容器）２は、エアロゾル原料Ｐを収容し、その内部でエアロゾルを生成する。エアロゾル化容器２は密閉可能な構造を有し、また、エアロゾル原料Ｐを出し入れするための図示しない蓋部を有する。エアロゾル化容器２は、排気系４及びガス供給系５に接続されている。エアロゾル化容器２には、エアロゾル原料Ｐを攪拌するためにエアロゾル化容器２を振動させる振動機構、あるいはエアロゾル原料Ｐを脱気（水分等の除去）させるために加熱する加熱手段が設けられていてもよい。
【００２５】
成膜チャンバ３は、基材Ｓを収容する。成膜チャンバ３は内部の気圧を維持することが可能に構成されている。成膜チャンバ３は、排気系４に接続されている。また、成膜チャンバ３には、基材Ｓを保持するためのステージ７と、ステージ７を移動させるためのステージ駆動機構８が設けられている。ステージ７は、成膜前に基材Ｓを脱気させるために基材Ｓを加熱する加熱手段を有していてもよい。また、成膜チャンバ３には、内部の圧力を指示する真空計が設けられてもよい。
【００２６】
排気系４は、エアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を真空排気する。排気系４は、真空配管９と、第１バルブ１０と、第２バルブ１１と、真空ポンプ１２とを有する。真空ポンプ１２に接続された真空配管９は分岐され、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３に接続されている。第１バルブ１０は真空配管９の分岐点とエアロゾル化容器２の間の真空配管９上に配置され、エアロゾル化容器２の真空排気を遮断することが可能に構成されている。第２バルブ１１は真空配管９の分岐点と成膜チャンバ３の間の真空配管９上に配置され、成膜チャンバ３の真空排気を遮断することが可能に構成されている。真空ポンプ１２の構成は特に限定されず、複数のポンプユニットからなるものとしてもよい。真空ポンプ１２は例えば、直列に接続されたメカニカルブースターポンプとロータリーポンプとすることができる。
【００２７】
ガス供給系５は、エアロゾル化容器２に、エアロゾル化容器２の圧力を規定し、かつ、エアロゾルを形成するためのキャリアガスを供給する。キャリアガスは、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等である。ガス供給系５は、ガス配管１３と、ガス源１４と、第３バルブ１５と、ガス流量計１６と、ガス噴出体１７とを有する。ガス源１４とガス噴出体１７はガス配管１３によって接続され、ガス配管１３上に第３バルブ１５及びガス流量計１６が配置されている。ガス源１４は、例えばガスボンベであり、キャリアガスを供給する。ガス噴出体１７は、エアロゾル化容器２内に配置され、ガス配管１３から供給されたキャリアガスを均一に噴出させる。ガス噴出体１７は、例えば、ガス噴出孔が多数設けられた中空体とすることができ、エアロゾル原料Ｐに被覆される位置に配置されることによりエアロゾル原料Ｐを有効に巻き上げ、エアロゾル化させることが可能となる。ガス流量計１６は、ガス配管１３中を流通するキャリアガスの流量を指示する。第３バルブ１５は、ガス配管１３中を流通するキャリアガスの流量を調節し、あるいは遮断することが可能に構成されている。
【００２８】
搬送管６は、エアロゾル化容器２内で形成されたエアロゾルを成膜チャンバ３内に搬送する。搬送管６は、一端はエアロゾル化容器２に接続され、他端にはノズル１８が設けられている。ノズル１８は小径の丸孔あるいはスリット状の開口を有し、後述するようにノズル１８の開口径によってエアロゾルの噴出速度が規定される。ノズル１８は、基材Ｓに対向する位置に設けられ、また、エアロゾルの基材Ｓに対する噴出距離あるいは噴出角度を規定するためにノズル１８の位置及び角度を規定する、ノズル可動機構に接続されていてもよい。
【００２９】
基材Ｓは、ガラス、金属、セラミックス等の材料で構成される。上述のように、ＡＧＤ法は常温成膜であり、また、化学的プロセスを経ない物理的成膜法であるため、幅広い材料を基材として選択することが可能である。また、基材Ｓは平面的なものに限られず、立体的なものであってもよい。
【００３０】
ＡＧＤ装置１は、以上のように構成される。なお、ＡＧＤ装置１の構成は上述のものに限られない。例えば、エアロゾル化容器２に接続された、ガス供給系５とは別系統のガス供給機構を設けることも可能である。上述の構成では、ガス供給系５によって供給されるキャリアガスによって、エアロゾル化容器２の圧力調整及びエアロゾル原料Ｐの巻上げによるエアロゾルの形成がされる。なお、当該別系統のガス供給手段から圧力調節を担うガスを別途供給することにより、エアロゾルの形成状態（形成量、主に巻き上げられる粒子径等）とは独立にエアロゾル化容器２内の圧力を調節することが可能である。
【００３１】
以下、エアロゾル原料Ｐについて説明する。
【００３２】
エアロゾル原料Ｐは、エアロゾル化容器２内でエアロゾル化され、基材Ｓ上に成膜される。エアロゾル原料Ｐには、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である高純度イットリア微粒子が用いられる。本実施形態において、高純度イットリア微粒子には、乾式法で製造されたイットリア微粒子と、湿式法で製造されたイットリア微粒子とが含まれる。これらイットリア微粒子の種類に応じて、微粒子の平均粒子径及び比表面積の好適な範囲を以下のように規定してもよい。
【００３３】
［高純度イットリア微粒子（乾式）］
乾式法で製造された高純度イットリア微粒子としては、例えばＹ２Ｏ３純度が９９．５０％以上の高純度イットリア微粒子が用いられる。この種のイットリア微粒子をエアロゾル原料Ｐとして用いる場合の平均粒子径は１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、比表面積は１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下である。平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下のイットリア微粒子をエアロゾル原料とすることによって良好な特性（緻密性、基材Ｓへの密着性等）を有するイットリア薄膜を形成することが可能である。イットリア微粒子の平均粒子径が１．８μｍ未満の場合には緻密な膜を成膜することが困難であり、密度の低い圧粉体（粉末の圧縮体）となる傾向がある。平均粒子径が９．６μｍより大きい場合は、密着力が弱く膜剥離が生じたり、圧粉体が形成されたりする場合がある。
【００３４】
平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であっても、粒径分布が不均一であり、粒子径が小さい粒子及び粒子径が大きい粒子が多量に含まれる場合は、比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下の範囲から逸脱する。なお、通常、ＡＧＤ法に用いられるエアロゾル原料は、粒子径が０．１μｍ〜１μｍ程度のものが一般的であるのに対し、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐの粒子径はそれよりも大きい。
【００３５】
平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、かつ比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子としては、例えば、第一稀元素化学工業株式会社製、ＦＹ−１０（品名）（平均粒子径９．６μｍ、比表面積１．０ｍ２／ｇ）を用いることができる。
【００３６】
［高純度イットリア微粒子（湿式）］
湿式法で製造された高純度イットリア微粒子としては、例えばＹ２Ｏ３純度が９９．５０％以上の高純度イットリア微粒子が用いられる。この種のイットリア微粒子をエアロゾル原料Ｐとして用いる場合の平均粒子径は６μｍ以上７μｍ以下であり、比表面積は３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である。平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下のイットリア微粒子をエアロゾル原料とすることによって良好な特性（緻密性、基材Ｓへの密着性等）を有するイットリア薄膜を形成することが可能である。イットリア微粒子の平均粒子径が６μｍ未満の場合は成膜することが困難であり、平均粒子径が７μｍより大きい場合は、密着力が弱く剥離が生じたり、圧粉体（粉末の圧縮体）が形成されたりする場合がある。
【００３７】
平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であっても、粒径分布が不均一であり、粒子径が小さい粒子及び粒子径が大きい粒子が多量に含まれる場合は、比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の範囲から逸脱する。なお、通常、ＡＧＤ法に用いられるエアロゾル原料は、粒子径が０．１μｍ〜１μｍ程度のものが一般的であるのに対し、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐの粒子径はそれよりも大きい。
【００３８】
平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であり、かつ比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子としては、例えば、第一稀元素化学工業株式会社製、ＳＳＥ−Ｒ１−７（品名）（平均粒子径６．６μｍ、比表面積３．５ｍ２／ｇ）を用いることができる。
【００３９】
続いて、ＡＧＤ装置１及びエアロゾル原料Ｐを用いるＡＧＤ法について説明する。図２は、本実施形態に係るＡＧＤ法によるイットリア薄膜の成膜の態様を模式的に説明する図である。
【００４０】
エアロゾル化容器２内に所定量のエアロゾル原料Ｐを収容する。なお、事前にエアロゾル原料Ｐを加熱し、脱気処理をしてもよい。また、エアロゾル原料Ｐが収容されている状態でエアロゾル原料Ｐを脱気するために、エアロゾル化容器２を加熱してもよい。イットリア微粒子を脱気することにより、イットリア微粒子が水分により凝集し、あるいは薄膜に不純物が混入することを防止することが可能である。
【００４１】
次に、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を真空排気する。
真空ポンプ１２が運転されている状態で、第１バルブ１０及び第２バルブ１１を開放し、エアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を十分に圧力が低下するまで真空排気する。エアロゾル化容器２が十分に減圧されたら、第１バルブ１０を閉止する。なお、成膜チャンバ３は、成膜中は真空排気されている。
【００４２】
次に、ガス供給系５によりエアロゾル化容器２にキャリアガスを導入する。第３バルブ１５を開放し、キャリアガスをガス噴出体１７からエアロゾル化容器２内に噴出させる。エアロゾル化容器２内に導入されたキャリアガスにより、エアロゾル化容器２内の圧力は上昇する。一方、成膜チャンバ３は真空排気が維持されているため、キャリアガスは、成膜チャンバ３に連通している搬送管６に向かって流動する。また、ガス噴出体１７から噴出されたキャリアガスにより、図２に示すようにエアロゾル原料Ｐが巻き上げられ、エアロゾル化容器内に浮遊し、キャリアガス中にエアロゾル原料Ｐが分散したエアロゾル（図２にＡで示す）が形成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の圧力差により、搬送管６に流入し、ノズル１８から噴出される。第３バルブ１５の開度を調節することにより、エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の圧力差及び、エアロゾルの形成状態を制御することが可能である。
【００４３】
なお、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐ、即ちイットリア微粒子は、通常用いられるエアロゾル原料に比べ大きく、巻き上がり難い。ここで、エアロゾル原料Ｐ中に配置されているガス噴出体１７からキャリアガスを噴出させることにより、エアロゾル原料Ｐを有効に巻き上げ、分散させることが可能である。
【００４４】
ノズル１８から噴出されるエアロゾル（図２にＡ’で示す）は、エアロゾル化容器２と成膜チャンバの圧力差及びノズル１８の開口径によって規定される流速を持って噴出される。このエアロゾルは、基材Ｓの表面あるいは既成の膜上に到達し、エアロゾルに含まれるエアロゾル原料Ｐ、即ちイットリア微粒子が基材Ｓの表面あるいは既成の膜上に衝突する。エアロゾル原料Ｐが有する運動エネルギーが局所的に熱エネルギーに変換され、粒子が全体的あるいは部分的に溶融して結合し、膜が形成される。このことから、エアロゾル原料Ｐの粒子径は、微粒子が有する運動エネルギーの大きさ、あるいは溶融の程度に大きな影響を与える。即ち、イットリア微粒子の粒子径により、形成される膜の品質が左右される。
【００４５】
基材Ｓを移動させることにより、基材Ｓ上の所定の範囲にイットリア薄膜（図２にＦで示す）が成膜される。ステージ７をステージ駆動機構８によって移動させることで、ノズル１８に対する基材Ｓの相対位置が変化する。ステージ７を、基材Ｓの被成膜面に平行な一方向に移動させることにより、ノズル１８の開口径と同一の幅を有する線状に薄膜を形成することができる。ステージ７を往復させることにより、既成の膜上にさらに成膜することが可能であり、これにより、所定の膜厚でイットリア薄膜を形成することができる。また、ステージ７を２次元的に移動させることにより、所定の領域に薄膜が形成される。ノズル１８の基材Ｓの被成膜面に対する角度は直角でもよく、斜めであってもよい。ノズル１８を被成膜面に対して斜向させることにより、成膜品質を低下させる微粒子の凝集体が付着した場合であっても、その付着物を除去することが可能となる。
【００４６】
イットリア薄膜は以上のようにして形成される。上述のように、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以上であり、比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子をエアロゾル原料Ｐとして用いることにより、緻密であり、基材Ｓに対する密着力が高いイットリア薄膜を形成することが可能である。
【００４７】
以下、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。実施例及び比較例の結果を図３に示す。なお、説明には上述のＡＧＤ装置１を用いる。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−７」（平均粒子径６．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．５ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
５Ｌビーカーに硝酸イットリウム溶液（Ｙ２Ｏ３濃度２０．２重量％）５００ｇとイオン交換水２０００ｇを入れて撹拌混合し、Ｙ２Ｏ３濃度が約４重量％の硝酸イットリウム溶液を得た。２５％アンモニア水２００ｇをイオン交換水１５００ｇで希釈した希釈アンモニア水を先に調整した硝酸イットリウム溶液に撹拌しながら滴下し、水酸化イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過し、イオン交換水で洗浄した。洗浄した水酸化イットリウムを電気炉にて９００℃で焼成した後、乳鉢にて粉砕した。
【００４９】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００５０】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１０Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３１ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００５１】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚５３μｍ（１．０６μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００５２】
（実施例２）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−７」（平均粒子径６．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．５ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００５３】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００５４】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１０Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３１ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００５５】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚２５μｍ（０．５μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００５６】
（実施例３）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−７」（平均粒子径６．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．５ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００５７】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００５８】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量８Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００５９】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は５０回、即ち、積層回数は１００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１２μｍ（０．１２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００６０】
（実施例４）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１０」（平均粒子径９．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．０ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
市販のイットリア粉末を電融用電気炉を用いて、電気アーク熱(約３０００℃)によって溶融を行った。その後、イットリアの溶融物を徐冷し、高密度化したインゴットを得た。得たインゴットを１ｍｍ以下に粗粉砕し、１２５０℃にて焼成を行った。
上記の電融用電気炉で得た粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れた。３分３０秒間粉砕を行い得た高純度イットリア微粒子。本実施例の粉砕方法は湿式粉砕、乾式粉砕のいずれも遊星ミルで行ったが、その他の粉砕機を用いて目標粒度を得ることも出来る。例えば、粗粉末に対して応力を加えることによって粒子を粉砕する粉砕機、ボールミル、振動ミル、ビーズミル、ジェットミル等が使用できる。
【００６１】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００６２】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３３ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００６３】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１６μｍ（０．３２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的濃い灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００６４】
（実施例５）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１０」（平均粒子径９．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．０ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００６５】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００６６】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１６Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は４０ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００６７】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚３６μｍ（０．７２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的濃い灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００６８】
（実施例６）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−７」（平均粒子径６．７μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．１ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、５分間粉砕を行った。
【００６９】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００７０】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３７ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００７１】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１８μｍ（０．３６μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的薄い茶色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００７２】
（実施例７）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−７」（平均粒子径６．７μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．１ｍ２／ｇ、製法：乾式））を１００ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００７３】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００７４】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００７５】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は５０回、即ち、積層回数は１００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１０μｍ（０．１μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する比較的薄い茶色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００７６】
（実施例８）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−５」（平均粒子径５．０μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．３ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、７分間粉砕を行った。
【００７７】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００７８】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３３ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００７９】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１１μｍ（０．２２μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００８０】
（実施例９）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−５」（平均粒子径５．０μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．３ｍ２／ｇ、製法：乾式））を６０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。
【００８１】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００８２】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１６Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は４０ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（スライドグラス）Ｓ上に成膜された。
【００８３】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１７μｍ（０．３４μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する灰色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００８４】
（実施例１０）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−２」（平均粒子径１．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積２．６ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で湿式粉砕を行った。粗粉末１５０ｇとジルコニアビーズ（Ф2mm）１０００ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、純水１５０ｍｌを投入し、１０分間粉砕を行った。粉砕で得たスラリーを乾燥、解砕した。
【００８５】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００８６】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００８７】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚８μｍ（０．１６μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する茶白色系のイットリア薄膜が形成された。当該薄膜は緻密であり、基材Ｓとの密着性も良好（粘着テープによる剥離試験によっても剥離せず）であった。
【００８８】
（比較例１）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−２」（平均粒子径１．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積５．４ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
５Ｌビーカーに塩化イットリウム溶液（Ｙ２Ｏ３濃度２０．２重量％）５００ｇとイオン交換水１５００ｇを入れて撹拌混合し、Ｙ２Ｏ３濃度が約５重量％の塩化イットリウム溶液を得た。次に重炭酸アンモニウム２５０ｇをイオン交換水２２５０ｇで溶解した重炭酸アンモニウム溶液を先に調整した塩化イットリウム溶液に撹拌しながら滴下し、炭酸イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過し、イオン交換水で洗浄した。洗浄した炭酸イットリウムを電気炉にて９００℃で焼成した後、乳鉢にて粉砕した。
【００８９】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００９０】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜された。
【００９１】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。基材上には、イットリア微粒子の圧粉体が形成された。当該圧粉体は拭取れる程度のポーラスなものであった。
【００９２】
（比較例２）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＳＳＥ−Ｒ１−１０」（平均粒子径１０．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積２．９ｍ２／ｇ、製法：湿式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
５Ｌビーカーに硝酸イットリウム溶液（Ｙ２Ｏ３濃度２０．２重量％）５００ｇとイオン交換水２０００ｇを入れて撹拌混合し、Ｙ２Ｏ３濃度が約４重量％の硝酸イットリウム溶液を得た。蓚酸２００ｇをイオン交換水で溶解し、３０％に調整した蓚酸水溶液を先に調整した硝酸イットリウム溶液に撹拌しながら滴下し、蓚酸イットリウムの沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過し、イオン交換水で洗浄した。洗浄した蓚酸イットリウムを電気炉にて９００℃で焼成した後、乳鉢にて粉砕した。
【００９３】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００９４】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜させた。
【００９５】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。堆積中の観察によれば、堆積膜は密着力が弱く、積層と共に、部分的に、堆積と層状剥離を繰り返していた。
【００９６】
（比較例３）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１」（平均粒子径０．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．０ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で湿式粉砕を行った。粗粉末１５０ｇとジルコニアビーズ（Ф2mm）１０００ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、イオン交換水１５０ｍｌを投入し、１５分間粉砕を行った。粉砕で得たスラリーを乾燥、解砕した。
【００９７】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【００９８】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜させた。
【００９９】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。基材上には、イットリア微粒子の圧粉体が形成された。当該圧粉体は拭取れる程度のポーラスなものであった。
【０１００】
（比較例４）
エアロゾル原料Ｐとして、第一稀元素化学工業株式会社製、高純度イットリア微粒子（品名「ＦＹ−１２」（平均粒子径１１．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積０．９ｍ２／ｇ、製法：乾式））を８０ｇ用いた。ノズル１８は、スリット長３０ｍｍ、スリット幅０．３ｍｍのスリット状ノズルとした。当該高純度イットリア微粒子の製造方法は以下のとおりである。
実施例４で記述した粗イットリア粉末を遊星ミルを用いて、次の要領で乾式粉砕を行った。粗粉末２５０ｇとジルコニアボール（Ф１０mm）１０００ｇ、さらに粉砕助剤としてエタノール０．６ｇを５００ｍｌのジルコニアポットに入れ、３分間粉砕を行った。
【０１０１】
上記エアロゾル原料Ｐをアルミナトレーに入れ、大気中で５００℃、１時間加熱することで、脱気処理した。その後、エアロゾル化容器２に収容し、排気系４によりエアロゾル化容器２及び成膜チャンバ３を１０Ｐａ以下まで真空排気した。なお、エアロゾル化容器２は、脱気を促進するため、成膜の間マントルヒーターを用いて１５０℃に維持した。
【０１０２】
エアロゾル化容器２の真空排気を停止し、ガス供給系５からエアロゾル化容器２にＮ２ガス（キャリアガス）を流量１２Ｌ／ｍｉｎで導入した。エアロゾル化容器２と成膜チャンバ３の差圧は３５ｋＰａとなった。エアロゾル化容器２内のエアロゾル原料Ｐはエアロゾル化し、搬送管６を通過してノズル１８から噴出し、基材（アルミナ）Ｓ上に成膜させた。
【０１０３】
基材Ｓが載置されたステージ７を、ステージ駆動機構８によって１ｍｍ／ｓの速度で１５ｍｍ駆動させ、ステージ７の駆動方向を反転させることを繰り返し、往復させた。往復回数は２５回、即ち、積層回数は５０回（ｐａｓｓ）とした。堆積中の観察によれば、堆積膜は密着力が弱く、積層と共に、部分的に、堆積と層状剥離を繰り返していた。
【０１０４】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜２から、平均粒子径が６μｍ以上７μｍ以下であり、比表面積が３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の条件を満たす、湿式法で作製されたイットリア微粒子をエアロゾル原料としてエアロゾル化ガスデポジション法により成膜することで、緻密であり、基材に対する密着性が良好な高純度イットリア薄膜が形成された。一方、この条件から逸脱するイットリア微粒子をエアロゾル原料として成膜した場合、良好なイットリア薄膜は形成されなかった。
【０１０５】
また、以上の実施例４〜１０及び比較例３〜４から、平均粒子径が１．８μｍ以上９．６μｍ以下であり、比表面積が１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下の条件を満たす、乾式法で作製されたイットリア微粒子をエアロゾル原料としてエアロゾル化ガスデポジション法により成膜することで、緻密であり、基材に対する密着性が良好な高純度イットリア薄膜が形成された。一方、この条件から逸脱するイットリア微粒子をエアロゾル原料として成膜した場合、良好なイットリア薄膜は形成されなかった。
【０１０６】
本発明は上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【符号の説明】
【０１０７】
Ｓ 基材
１ エアロゾル化ガスデポジション装置
２ エアロゾル化容器
３ 成膜チャンバ
４ 排気系
５ ガス供給系
６ 搬送管
７ ステージ
８ ステージ駆動機構
９ 真空配管
１０ 第１バルブ
１１ 第２バルブ
１２ 真空ポンプ
１３ ガス配管
１４ ガス源
１５ 第３バルブ
１６ ガス流量計
１７ ガス噴出体
１８ ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子を密閉容器に収容し、
前記密閉容器にガスを導入することによって、前記イットリア微粒子のエアロゾルを生成させ、
前記密閉容器に接続された搬送管を介して、前記密閉容器よりも低圧に維持された成膜室に前記エアロゾルを搬送し、
前記成膜室に収容された基材上に前記イットリア微粒子を堆積させる
イットリア膜の成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記イットリア微粒子は、１．８μｍ以上９．６μｍ以下の平均粒子径と、１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下の比表面積とを有する、乾式法で作製されたイットリア微粒子である
イットリア膜の成膜方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記イットリア微粒子は、６μｍ以上７μｍ以下の平均粒子径と、３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の比表面積とを有する、湿式法で作製されたイットリア微粒子である
イットリア膜の成膜方法。
【請求項４】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記イットリア微粒子を前記密閉容器に収容する工程の前に、前記イットリア微粒子を脱気する工程をさらに具備する
イットリア膜の成膜方法。
【請求項５】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記エアロゾルを生成する工程は、前記密閉容器内に設置された、前記イットリア微粒子で被覆されているガス噴出体から前記ガスを噴出させることで、前記イットリア微粒子を前記容器内で巻き上げ、前記ガス中に混合させる
イットリア膜の成膜方法。
【請求項１】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるイットリア微粒子を密閉容器に収容し、
前記密閉容器にガスを導入することによって、前記イットリア微粒子のエアロゾルを生成させ、
前記密閉容器に接続された搬送管を介して、前記密閉容器よりも低圧に維持された成膜室に前記エアロゾルを搬送し、
前記成膜室に収容された基材上に前記イットリア微粒子を堆積させる
イットリア膜の成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記イットリア微粒子は、１．８μｍ以上９．６μｍ以下の平均粒子径と、１．０ｍ２／ｇ以上２．６ｍ２／ｇ以下の比表面積とを有する、乾式法で作製されたイットリア微粒子である
イットリア膜の成膜方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記イットリア微粒子は、６μｍ以上７μｍ以下の平均粒子径と、３ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の比表面積とを有する、湿式法で作製されたイットリア微粒子である
イットリア膜の成膜方法。
【請求項４】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記イットリア微粒子を前記密閉容器に収容する工程の前に、前記イットリア微粒子を脱気する工程をさらに具備する
イットリア膜の成膜方法。
【請求項５】
請求項１に記載のイットリア膜の成膜方法であって、
前記エアロゾルを生成する工程は、前記密閉容器内に設置された、前記イットリア微粒子で被覆されているガス噴出体から前記ガスを噴出させることで、前記イットリア微粒子を前記容器内で巻き上げ、前記ガス中に混合させる
イットリア膜の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１６２８５５（Ｐ２０１１−１６２８５５Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８２０２（Ｐ２０１０−２８２０２）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（５０４２７３２５４）有限会社 渕田ナノ技研 (9)
【出願人】（０００２０８６６２）第一稀元素化学工業株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（５０４２７３２５４）有限会社 渕田ナノ技研 (9)
【出願人】（０００２０８６６２）第一稀元素化学工業株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
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