ジルコニア膜の成膜方法
【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ジルコニ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、イットリアを含む安定化ジルコニア膜を成膜する成膜方法であって、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるジルコニア微粒子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、ジルコニア微粒子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上にジルコニア微粒子Ｐを堆積させる。上記条件を満たすジルコニ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ジルコニ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、イットリアを含む安定化ジルコニア膜を成膜する成膜方法であって、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるジルコニア微粒子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、ジルコニア微粒子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上にジルコニア微粒子Ｐを堆積させる。上記条件を満たすジルコニ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ジルコニ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ジルコニア膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニア（酸化ジルコニウム）膜は高い耐熱性及び耐食性、低い熱及び電気伝導性等の特性を有し、耐熱用保護膜、耐食用保護膜、光学薄膜等として利用される。ジルコニア膜は、従来、ゾルゲル法、熱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存する。
【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】
ジルコニ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。
【０００５】
特許文献１には、エアロゾル式ガスデポジション法により、ジルコニア微粒子を含む脆性材料微粒子を原料として、当該脆性材料からなる薄膜を形成する、「脆性材料微粒子成膜体の低温成形法」が開示されている。この方法によれば、非球形の不定形形状を有する微粒子をエアロゾル原料とすることにより、当該微粒子の尖った角に衝撃力が集中し、緻密かつ強固な結合力を持つ成膜体を得ることが可能とされている。
【０００６】
特許文献２には、エアロゾルデポジション法によりジルコニア質の表面層を形成する「電子部品用セラミックス焼成用道具材」が開示されている。この方法によれば、基材上に、基材とジルコニアの中間の値である線熱膨張係数を有する中間層を設け、ジルコニア質の表面層の剥離を防止することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−７３８５５号公報（段落[００１０]、図１）
【特許文献２】特開２００８−１３７８６０号公報（段落[００２１]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、良好な膜質を有するジルコニア膜を成膜することは困難であると考えられる。
【０００９】
特許文献１に記載の成膜方法では、脆性材料として複数種の材料（チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコニア、窒化チタン等）が挙げられており、これらの粒子形状及び粒子径（０．１〜１μｍ）が規定されている。しかし、実施形態において開示されているのは、チタン酸ジルコン酸鉛をエアロゾル原料として成膜した場合の評価であり、物性値が異なるジルコニアに関して同様の条件が適用できるかは不明である。
【００１０】
また、特許文献２に記載の成膜方法では、ジルコニア粉末（平均粒径０．４５μｍ）をエアロゾル原料として成膜する場合について言及されている。しかしながら、当該成膜方法では、ジルコニア膜は、基材上に形成された、剥離を防止するための中間層上に形成され、ジルコニア膜を基材上に直接成膜した場合、割れや剥離を生じるとされている。
【００１１】
以上のように、膜質が優れるジルコニア薄膜を、エアロゾル化ガスデポジション法により基材上に直接成膜する方法は知られていなかった。本発明者らは特に、エアロゾル原料であるジルコニア微粒子の粒子の性状（平均粒径、粒径分布等）に着目し検討を行ったが、上述の特許文献１及び特許文献２に記載の平均粒径を有するジルコニア微粒子を用いることによっても良好な膜質を有するジルコニア薄膜を得ることはできなかった。
【００１２】
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ジルコニ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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るジルコニア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記ジルコニ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。
上記ジルコニア微粒子は、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】
【００１４】
【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】
【００１５】
本発明の一実施形態に係るジルコニア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記ジルコニ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。
上記ジルコニア微粒子は、上記成膜室に収容された基材上に堆積される。
【００１６】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニア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）を有するジルコニ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ジルコニア微粒子により、良好な膜質を有するジルコニア膜が成膜されることを見出した。同一の成膜条件においても、ジルコニア微粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、あるいはまた比表面積が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る。平均粒子径が５μｍ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（粉末の圧縮体）が形成されたりして好ましくない。また、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下である場合において、特に１．９μｍ以上４．６μｍ以下である場合が好適である。比表面積は、平均粒子径から著しく逸脱する粒子径を有する粒子が含まれない、即ち、粒径分布が均一であることを示す。
【００１７】
イットリア等の希土類酸化物を含むジルコニアは、安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアとも称される。安定化ジルコニアと部分安定化ジルコニアとは、酸化物の添加量で決定される場合が多い。この種の安定化ジルコニア膜は、ジルコニア結晶中に上記酸化物が固溶することで結晶構造が安定化または準安定化し、これにより昇降温による破壊が抑制される。以下の説明では、安定化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアをも含めて、単にジルコニアと称する。
【００１８】
上記ジルコニア微粒子中のイットリアの含有量は特に限定されず、例えば、８重量％以上１４重量％以下（あるいは４．５ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下）とすることができる。上記ジルコニア膜の成膜方法によれば、上記範囲のイットリアを含有するジルコニア微粒子を用いることで、優れた成膜性を得ることが可能である。
【００１９】
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「ＳＡＬＤ２１００」による測定値を用いた。また、「比表面積」は、島津製作所製「フローソーブII２３００」による測定値を用いた。
【００２０】
上記ジルコニア膜の成膜方法は、上記ジルコニア微粒子を上記密閉容器に収容する工程の前に、上記ジルコニア微粒子を脱気する工程をさらに具備してもよい。
【００２１】
ジルコニア微粒子を脱気することにより、ジルコニ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。
【００２２】
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、上記ジルコニ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、上記ジルコニ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。
【００２３】
上述のように、本発明の実施形態に係るジルコニア微粒子は、粒子径が比較的大きいものであるが、ガスをジルコニ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、化学的プロセスを得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。
【００３２】
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。
【００３３】
以下、エアロゾル原料Ｐについて説明する。
【００３４】
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は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）を含有するジルコニア（安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア）の微粒子である。
【００３５】
エアロゾル原料Ｐは、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるジルコニア微粒子とされる。本実施形態において、ジルコニア微粒子は、イットリアを含有する安定化ジルコニア微粒子あるいは部分安定化ジルコニア微粒子とされる。後述するが、粒子径が１μｍ以上５μｍ以下のジルコニ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）を有するジルコニア薄膜を形成することが可能である。ジルコニア微粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、あるいはまた比表面積が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る。平均粒子径が５μｍ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（粉末の圧縮体）が形成されたりして好ましくない。
【００３６】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ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１ｍ２／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。
【００３７】
上記ジルコニア微粒子中のイットリアの含有量は特に限定されず、例えば、８重量％以上１４重量％以下（４．５ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下）とすることができる。上記ジルコニア膜の成膜方法によれば、上記範囲のイットリアを含有するジルコニア微粒子を用いることで、優れた成膜性を得ることが可能である。
【００３８】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ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含有ジルコニア微粒子としては、例えば、第一稀元素化学工業株式会社製安定化ジルコニア微粒子「ＫＹＺ−８」（製品名）（平均粒子径１．９μｍ、比表面積３．１ｍ２／ｇ）を用いることができる。
【００３９】
一方、比較的大きな粒径のジルコニア微粒子を破砕、分級することによって、上記範囲の粒子径を有するジルコニア微粒子を作製してもよい。ジルコニア微粒子の作製方法は、特に限定されず、例えば、湿式法、乾式法などの公知の手法を採用することができる。
【００４０】
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。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）をいう。乾式法としては、例えば、電気溶融を用いた製法が採用可能であり、この方法は、まず大きな塊を溶融させてつくり、次に、粉砕・分級して、所定の粒子径の微粒子を作製する。
【００４１】
以下、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法によるジルコニア薄膜の成膜の態様を模式的に説明する図である。
【００４２】
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。ジルコニア微粒子を脱気することにより、ジルコニ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
なお、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐ、即ちジルコニア微粒子は、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。
【００４６】
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、即ちジルコニア微粒子が基材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、ジルコニ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。
【００４７】
基材Ｓを移動させることにより、基材Ｓ上の所定の範囲にジルコニア薄膜（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、所定の膜厚でジルコニ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。
【００４８】
ジルコニ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５μｍ以上であり、比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるジルコニ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ジルコニア薄膜を形成することが可能である。
【００４９】
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】
【００５０】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．８重量％、平均粒子径１．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．１ｍ２／ｇ）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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３４ｋＰａ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。
【００５３】
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１００回、即ち、積層回数は２００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１６μｍ（０．０８μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００５４】
（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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＵＺＹ−８Ｈ＃４０００」）（Ｙ２Ｏ３含有量８．０３重量％、平均粒子径４．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．７ｍ２／ｇ）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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１４Ｌ／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３８ｋＰａ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。
【００５７】
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２ｍｍ／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１００回、即ち、積層回数は２００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚２１μｍ（０．１１μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００５８】
（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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＵＺＹ−８Ｈ＃４０００」）（Ｙ２Ｏ３含有量８．０３重量％、平均粒子径４．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．７ｍ２／ｇ）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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３４ｋＰａ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。
【００６１】
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１２μｍ（０．２４μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００６２】
（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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−４．５」）（Ｙ２Ｏ３含有量８．０１重量％、平均粒子径２．０μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．７ｍ２／ｇ）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。
【００６３】
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。
【００６４】
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３４ｋＰａ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。
【００６５】
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）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００６６】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＨＳＹ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．６重量％、平均粒子径３．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１２．０ｍ２／ｇ）を４０ｇ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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３６ｋＰａ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上に噴射された。
【００６９】
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、ジルコニ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。
【００７０】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＨＳＹ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．７重量％、平均粒子径５６．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積４．３ｍ２／ｇ）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。
【００７１】
上記エアロゾル原料Ｐをエアロゾル化容器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。大気中での脱気処理は行わなかった。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。
【００７２】
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３２ｋＰａ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上に噴射された。
【００７３】
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。
形成されたジルコニア薄膜は、基材Ｓとの密着性が低く、粘着テープによる剥離試験で基材からの剥離が確認された。
【００７４】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−８−１５」）（Ｙ２Ｏ３含有量１４．２重量％、平均粒子径１３．７μｍ（Ｄ５０）、比表面積０．４ｍ２／ｇ）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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６Ｌ／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２６ｋＰａ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上に噴射された。
【００７７】
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。
【００７８】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＨＳＹ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．７重量％、平均粒子径０．５μｍ（Ｄ５０）、比表面積７．２ｍ２／ｇ）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。
【００７９】
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。
【００８０】
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３６ｋＰａ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上に噴射された。
【００８１】
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、ジルコニ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。
【００８２】
（比較例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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−４．５」）（Ｙ２Ｏ３含有量７．９８重量％、平均粒子径１．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積５．４ｍ２／ｇ）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。
【００８３】
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。
【００８４】
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３４ｋＰａ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上に噴射された。
【００８５】
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、ジルコニ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。
【００８６】
以上の実施例及び比較例から、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下、特に、１．９μｍ以上４．６μｍ以下であり、比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の条件を満たすジルコニ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ジルコニア薄膜（安定化ジルコニア薄膜または部分安定化ジルコニア薄膜）が形成された。一方、この条件から逸脱するジルコニア微粒子をエアロゾル原料として成膜した場合、良好なジルコニア薄膜は形成されなかった。
【００８７】
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】
【００８８】
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ジルコニア膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニア（酸化ジルコニウム）膜は高い耐熱性及び耐食性、低い熱及び電気伝導性等の特性を有し、耐熱用保護膜、耐食用保護膜、光学薄膜等として利用される。ジルコニア膜は、従来、ゾルゲル法、熱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存する。
【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】
ジルコニ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。
【０００５】
特許文献１には、エアロゾル式ガスデポジション法により、ジルコニア微粒子を含む脆性材料微粒子を原料として、当該脆性材料からなる薄膜を形成する、「脆性材料微粒子成膜体の低温成形法」が開示されている。この方法によれば、非球形の不定形形状を有する微粒子をエアロゾル原料とすることにより、当該微粒子の尖った角に衝撃力が集中し、緻密かつ強固な結合力を持つ成膜体を得ることが可能とされている。
【０００６】
特許文献２には、エアロゾルデポジション法によりジルコニア質の表面層を形成する「電子部品用セラミックス焼成用道具材」が開示されている。この方法によれば、基材上に、基材とジルコニアの中間の値である線熱膨張係数を有する中間層を設け、ジルコニア質の表面層の剥離を防止することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−７３８５５号公報（段落[００１０]、図１）
【特許文献２】特開２００８−１３７８６０号公報（段落[００２１]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、良好な膜質を有するジルコニア膜を成膜することは困難であると考えられる。
【０００９】
特許文献１に記載の成膜方法では、脆性材料として複数種の材料（チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコニア、窒化チタン等）が挙げられており、これらの粒子形状及び粒子径（０．１〜１μｍ）が規定されている。しかし、実施形態において開示されているのは、チタン酸ジルコン酸鉛をエアロゾル原料として成膜した場合の評価であり、物性値が異なるジルコニアに関して同様の条件が適用できるかは不明である。
【００１０】
また、特許文献２に記載の成膜方法では、ジルコニア粉末（平均粒径０．４５μｍ）をエアロゾル原料として成膜する場合について言及されている。しかしながら、当該成膜方法では、ジルコニア膜は、基材上に形成された、剥離を防止するための中間層上に形成され、ジルコニア膜を基材上に直接成膜した場合、割れや剥離を生じるとされている。
【００１１】
以上のように、膜質が優れるジルコニア薄膜を、エアロゾル化ガスデポジション法により基材上に直接成膜する方法は知られていなかった。本発明者らは特に、エアロゾル原料であるジルコニア微粒子の粒子の性状（平均粒径、粒径分布等）に着目し検討を行ったが、上述の特許文献１及び特許文献２に記載の平均粒径を有するジルコニア微粒子を用いることによっても良好な膜質を有するジルコニア薄膜を得ることはできなかった。
【００１２】
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ジルコニ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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るジルコニア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記ジルコニ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。
上記ジルコニア微粒子は、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】
【００１４】
【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】
【００１５】
本発明の一実施形態に係るジルコニア膜の成膜方法は、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニア微粒子を密閉容器に収容することを含む。
上記ジルコニ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。
上記ジルコニア微粒子は、上記成膜室に収容された基材上に堆積される。
【００１６】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニア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）を有するジルコニ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ジルコニア微粒子により、良好な膜質を有するジルコニア膜が成膜されることを見出した。同一の成膜条件においても、ジルコニア微粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、あるいはまた比表面積が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る。平均粒子径が５μｍ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（粉末の圧縮体）が形成されたりして好ましくない。また、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下である場合において、特に１．９μｍ以上４．６μｍ以下である場合が好適である。比表面積は、平均粒子径から著しく逸脱する粒子径を有する粒子が含まれない、即ち、粒径分布が均一であることを示す。
【００１７】
イットリア等の希土類酸化物を含むジルコニアは、安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアとも称される。安定化ジルコニアと部分安定化ジルコニアとは、酸化物の添加量で決定される場合が多い。この種の安定化ジルコニア膜は、ジルコニア結晶中に上記酸化物が固溶することで結晶構造が安定化または準安定化し、これにより昇降温による破壊が抑制される。以下の説明では、安定化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアをも含めて、単にジルコニアと称する。
【００１８】
上記ジルコニア微粒子中のイットリアの含有量は特に限定されず、例えば、８重量％以上１４重量％以下（あるいは４．５ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下）とすることができる。上記ジルコニア膜の成膜方法によれば、上記範囲のイットリアを含有するジルコニア微粒子を用いることで、優れた成膜性を得ることが可能である。
【００１９】
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「ＳＡＬＤ２１００」による測定値を用いた。また、「比表面積」は、島津製作所製「フローソーブII２３００」による測定値を用いた。
【００２０】
上記ジルコニア膜の成膜方法は、上記ジルコニア微粒子を上記密閉容器に収容する工程の前に、上記ジルコニア微粒子を脱気する工程をさらに具備してもよい。
【００２１】
ジルコニア微粒子を脱気することにより、ジルコニ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。
【００２２】
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、上記ジルコニ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、上記ジルコニ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。
【００２３】
上述のように、本発明の実施形態に係るジルコニア微粒子は、粒子径が比較的大きいものであるが、ガスをジルコニ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、化学的プロセスを得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。
【００３２】
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。
【００３３】
以下、エアロゾル原料Ｐについて説明する。
【００３４】
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は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）を含有するジルコニア（安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア）の微粒子である。
【００３５】
エアロゾル原料Ｐは、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるジルコニア微粒子とされる。本実施形態において、ジルコニア微粒子は、イットリアを含有する安定化ジルコニア微粒子あるいは部分安定化ジルコニア微粒子とされる。後述するが、粒子径が１μｍ以上５μｍ以下のジルコニ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）を有するジルコニア薄膜を形成することが可能である。ジルコニア微粒子の平均粒子径が１μｍ未満の場合、あるいはまた比表面積が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る。平均粒子径が５μｍ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（粉末の圧縮体）が形成されたりして好ましくない。
【００３６】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ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１ｍ２／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。
【００３７】
上記ジルコニア微粒子中のイットリアの含有量は特に限定されず、例えば、８重量％以上１４重量％以下（４．５ｍｏｌ％以上８ｍｏｌ％以下）とすることができる。上記ジルコニア膜の成膜方法によれば、上記範囲のイットリアを含有するジルコニア微粒子を用いることで、優れた成膜性を得ることが可能である。
【００３８】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ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含有ジルコニア微粒子としては、例えば、第一稀元素化学工業株式会社製安定化ジルコニア微粒子「ＫＹＺ−８」（製品名）（平均粒子径１．９μｍ、比表面積３．１ｍ２／ｇ）を用いることができる。
【００３９】
一方、比較的大きな粒径のジルコニア微粒子を破砕、分級することによって、上記範囲の粒子径を有するジルコニア微粒子を作製してもよい。ジルコニア微粒子の作製方法は、特に限定されず、例えば、湿式法、乾式法などの公知の手法を採用することができる。
【００４０】
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。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）をいう。乾式法としては、例えば、電気溶融を用いた製法が採用可能であり、この方法は、まず大きな塊を溶融させてつくり、次に、粉砕・分級して、所定の粒子径の微粒子を作製する。
【００４１】
以下、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法によるジルコニア薄膜の成膜の態様を模式的に説明する図である。
【００４２】
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。ジルコニア微粒子を脱気することにより、ジルコニ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
なお、本実施形態に係るエアロゾル原料Ｐ、即ちジルコニア微粒子は、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。
【００４６】
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、即ちジルコニア微粒子が基材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、ジルコニ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。
【００４７】
基材Ｓを移動させることにより、基材Ｓ上の所定の範囲にジルコニア薄膜（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、所定の膜厚でジルコニ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。
【００４８】
ジルコニ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５μｍ以上であり、比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下であるジルコニ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ジルコニア薄膜を形成することが可能である。
【００４９】
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】
【００５０】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．８重量％、平均粒子径１．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．１ｍ２／ｇ）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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３４ｋＰａ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。
【００５３】
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１００回、即ち、積層回数は２００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚１６μｍ（０．０８μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００５４】
（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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＵＺＹ−８Ｈ＃４０００」）（Ｙ２Ｏ３含有量８．０３重量％、平均粒子径４．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．７ｍ２／ｇ）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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１４Ｌ／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３８ｋＰａ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。
【００５７】
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２ｍｍ／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１００回、即ち、積層回数は２００回（ｐａｓｓ）とした。幅３０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、膜厚２１μｍ（０．１１μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００５８】
（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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＵＺＹ−８Ｈ＃４０００」）（Ｙ２Ｏ３含有量８．０３重量％、平均粒子径４．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１．７ｍ２／ｇ）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。
【００５９】
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。
【００６０】
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３４ｋＰａ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。
【００６１】
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１２μｍ（０．２４μｍ／ｐａｓｓ）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００６２】
（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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−４．５」）（Ｙ２Ｏ３含有量８．０１重量％、平均粒子径２．０μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．７ｍ２／ｇ）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。
【００６３】
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。
【００６４】
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３４ｋＰａ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。
【００６５】
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）の透光性を有する白色系のジルコニ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。
【００６６】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＨＳＹ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．６重量％、平均粒子径３．６μｍ（Ｄ５０）、比表面積１２．０ｍ２／ｇ）を４０ｇ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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３６ｋＰａ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上に噴射された。
【００６９】
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、ジルコニ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。
【００７０】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＨＳＹ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．７重量％、平均粒子径５６．９μｍ（Ｄ５０）、比表面積４．３ｍ２／ｇ）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。
【００７１】
上記エアロゾル原料Ｐをエアロゾル化容器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。大気中での脱気処理は行わなかった。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。
【００７２】
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３２ｋＰａ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上に噴射された。
【００７３】
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。
形成されたジルコニア薄膜は、基材Ｓとの密着性が低く、粘着テープによる剥離試験で基材からの剥離が確認された。
【００７４】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−８−１５」）（Ｙ２Ｏ３含有量１４．２重量％、平均粒子径１３．７μｍ（Ｄ５０）、比表面積０．４ｍ２／ｇ）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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６Ｌ／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２６ｋＰａ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上に噴射された。
【００７７】
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。
【００７８】
（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、安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＨＳＹ−８」）（Ｙ２Ｏ３含有量１３．７重量％、平均粒子径０．５μｍ（Ｄ５０）、比表面積７．２ｍ２／ｇ）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。
【００７９】
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。
【００８０】
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３６ｋＰａ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上に噴射された。
【００８１】
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、ジルコニ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。
【００８２】
（比較例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、部分安定化ジルコニア微粒子（製品名「ＫＹＺ−４．５」）（Ｙ２Ｏ３含有量７．９８重量％、平均粒子径１．８μｍ（Ｄ５０）、比表面積５．４ｍ２／ｇ）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。
【００８３】
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。
【００８４】
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３４ｋＰａ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上に噴射された。
【００８５】
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、ジルコニ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。
【００８６】
以上の実施例及び比較例から、平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下、特に、１．９μｍ以上４．６μｍ以下であり、比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下の条件を満たすジルコニ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ジルコニア薄膜（安定化ジルコニア薄膜または部分安定化ジルコニア薄膜）が形成された。一方、この条件から逸脱するジルコニア微粒子をエアロゾル原料として成膜した場合、良好なジルコニア薄膜は形成されなかった。
【００８７】
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】
【００８８】
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５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニ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、前記ジルコニ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ジルコニア微粒子を堆積させる
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載のジルコニア膜の成膜方法であって、
前記ジルコニア微粒子の平均粒子径は、１．９μｍ以上４．６μｍ以下である
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項３】
請求項２に記載のジルコニア膜の成膜方法であって、
前記イットリアは、前記ジルコニア微粒子中に８重量％以上１４重量％以下含まれる
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項４】
請求項１に記載のジルコニア膜の成膜方法であって、
前記ジルコニア微粒子を前記密閉容器に収容する工程の前に、前記ジルコニア微粒子を脱気する工程をさらに具備する
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項５】
請求項１に記載のジルコニ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、前記ジルコニ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、前記ジルコニ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
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項１】
平均粒子径が１μｍ以上５μｍ以下であり、かつ比表面積が１ｍ２／ｇ以上４ｍ２／ｇ以下である、イットリアを含むジルコニ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、前記ジルコニ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ジルコニア微粒子を堆積させる
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載のジルコニア膜の成膜方法であって、
前記ジルコニア微粒子の平均粒子径は、１．９μｍ以上４．６μｍ以下である
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項３】
請求項２に記載のジルコニア膜の成膜方法であって、
前記イットリアは、前記ジルコニア微粒子中に８重量％以上１４重量％以下含まれる
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項４】
請求項１に記載のジルコニア膜の成膜方法であって、
前記ジルコニア微粒子を前記密閉容器に収容する工程の前に、前記ジルコニア微粒子を脱気する工程をさらに具備する
ジルコニア膜の成膜方法。
【請求項５】
請求項１に記載のジルコニ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、前記ジルコニ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、前記ジルコニ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
ジルコニア膜の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−８４７８７（Ｐ２０１１−８４７８７Ａ）
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３９６５４（Ｐ２００９−２３９６５４）
【出願日】平成２１年１０月１６日（２００９．１０．１６）
【出願人】（５０４２７３２５４）有限会社 渕田ナノ技研 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１６日（２００９．１０．１６）
【出願人】（５０４２７３２５４）有限会社 渕田ナノ技研 (9)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]