特許 7117790 成膜装置、および、成膜製品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-04

(45)【発行日】2022-08-15

(54)【発明の名称】成膜装置、および、成膜製品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 24/04 20060101AFI20220805BHJP

   B05D 1/02 20060101ALI20220805BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20220805BHJP

   B05D 7/24 20060101ALI20220805BHJP

【ＦＩ】

C23C24/04

B05D1/02 Z

B05D3/00 D

B05D7/24 301A

B05D7/24 303B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020194075

(22)【出願日】2020-11-24

(65)【公開番号】P2022082909

(43)【公開日】2022-06-03

【審査請求日】2022-04-18

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501489971

【氏名又は名称】豊実精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】今泉 由紀雄

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１６０１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４９４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２０８９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５４８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８２５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３７０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８９８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８３５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００３０８２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｂ １３／００ － １３／０６

Ｂ０５Ｃ １／００ － ２１／００

Ｂ０５Ｄ １／００ － ７／２６

Ｃ２３Ｃ ２４／００ － ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜チャンバの処理室内に所定の間隔をもって配列され、エアロゾル化された微粒子を吐出口から表面処理対象物に向けて吐出する複数個の吐出ノズルと、
前記各吐出ノズルの吐出口と、前記表面処理対象物において表面処理される表面との相互間距離を、前記表面処理対象物の形状に応じて調整する相互間距離調整手段と、
を備え、
前記相互間距離調整手段は、前記複数個の吐出ノズルの配列方向に沿って移動可能なノズルヘッド機構 であり、
前記ノズルヘッド機構は、前記複数個の吐出ノズルの配列方向に対し略直交する方向に所定の間隔をもって複数列配置されるリニアモータ単軸ロボットにそれぞれ、複数個配置される ことを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記リニアモータ単軸ロボットは、前記複数個の吐出ノズルの配列方向であるＸ方向に延びており、
前記ノズルヘッド機構は、
シャフトガイド付電動シリンダと、
モータブラケットと、
ステッピングモータと、
減速機付ステッピングモータと、
を備え、
前記シャフトガイド付電動シリンダは、Ｘ方向に移動可能に、前記リニアモータ単軸ロボットに対して支持され、
前記シャフトガイド付電動シリンダのロッドは、前記ステッピングモータの出力軸に連結されるとともに、前記ステッピングモータの作動によって上下方向に昇降可能になっており、
前記モータブラケットは、前記ロッドの下端に対して連結されており、
前記減速機付ステッピングモータの出力軸がＸ方向及び上下方向それぞれに直交する方向を向いた状態で、前記減速機付ステッピングモータが前記モータブラケットに支持されており、
前記ノズルヘッド機構は、前記減速機付ステッピングモータの作動によって前記吐出ノズルの吐出口の向きを前記減速機付ステッピングモータの出力軸周りに回動可能に構成されている請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

複数個の吐出ノズルが、成膜チャンバの処理室内に所定の間隔をもって配列され、エアロゾル化された微粒子を前記各吐出ノズルの吐出口から表面処理対象物に向けて吐出し、該表面処理対象物に対し表面処理を行い、
相互間距離調整手段が、前記各吐出ノズルの吐出口と、前記表面処理対象物において表面処理される表面との相互間距離を、前記表面処理対象物の形状に応じて調整することを含み、
前記相互間距離調整手段は、前記複数個の吐出ノズルの配列方向に沿って移動可能なノズルヘッド機構 であり、
前記ノズルヘッド機構は、前記複数個の吐出ノズルの配列方向に対し略直交する方向に所定の間隔をもって複数列配置されるリニアモータ単軸ロボットにそれぞれ、複数個配置される ことを特徴とする成膜製品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エアロゾルデポジション法が適用された成膜装置、および、成膜製品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

成膜装置においては、例えば、特許文献１に示されるように、エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法ともいう）を用いた成膜装置が提案されている。そのような成膜装置は、例えば、特許文献１の図５に示されるように、後述するエアロゾル作製容器の内圧よりも低い内圧を有するチャンバと、チャンバ内に前後方向、および、左右方向に移動可能に配され、表面処理される被加工物（ワーク）としての基板が取り付けられるステージと、チャンバ内に２つの延長線が互いに交差するように配され上述の被加工物の表面に向けてエアロゾルを、それぞれ、噴射する２個のノズルと、２個のノズルにそれぞれ、エアロゾルを供給する２個のエアロゾル作製容器と、搬送ガスを２個のエアロゾル作製容器にそれぞれ供給する２個のガスボンベと、を含んで構成されている。

【0003】

斯かる構成において、例えば、２個のノズルからエアロゾルが基板の表面に向けて同時に噴射された場合、所定の膜厚の膜が基板の表面上に形成されることとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６３４７１８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、表面処理される複数の被加工物がＡＤ法により量産されることが要望されている。しかしながら、このような場合、上述のような成膜装置が用いられるとき、１枚の基板がステージ上に配置される構成においては、１枚の基板ごとにステージに対する着脱作業が必要とされるので表面処理される被加工物の量産性に欠け、かつ、被加工物の製造コスト、ならびに、成膜装置の製造コストが嵩むこととなる。

【0006】

以上の問題点を考慮し、本発明は、エアロゾルデポジション法が適用された成膜装置、および、成膜製品の製造方法であって、表面処理される被加工物の量産性を図ることにより、被加工物の製造コスト、ならびに、成膜装置の製造コストを低減できる成膜装置、および、成膜製品の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の目的を達成するために、本発明に係る成膜装置は、成膜チャンバの処理室内に所定の間隔をもって配置され、エアロゾル化された微粒子を表面処理対象物に向けて吐出する複数個の吐出ノズルと、複数個の吐出ノズルの配列方向に対し略直交する方向に沿った各吐出ノズルの吐出口面と表面処理対象物における表面処理される表面との相互間距離を表面処理対象物の形状に応じて調整する相互間距離調整手段と、を備えて構成される。

【0008】

相互間距離調整手段は、吐出ノズルの吐出口面の表面処理対象物における表面処理される表面に対する方向を変更可能に吐出ノズルを支持する吐出ノズル支持体と、吐出ノズルの吐出口面に向けて昇降可能に表面処理対象物を支持するＺ軸ステージと、から形成されてもよい。また、相互間距離調整手段は、複数個の吐出ノズルの配列方向に沿って移動可能なノズルヘッド機構からなるものでもよい。ノズルヘッド機構は、複数個の吐出ノズルの配列方向に対し略直交する方向に所定の間隔をもって複数列配置されるリニアモータ単軸ロボットにそれぞれ、複数個配置されてもよい。

【0009】

さらに、少なくとも１つのＺ軸ステージを複数個の吐出ノズルの配列方向に沿って移動可能に支持する少なくとも１つのＸＹ軸ステージをさらに備えてもよい。

【0010】

本発明に係る成膜製品の製造方法は、複数個の吐出ノズルが、成膜チャンバの処理室内に所定の間隔をもって配置され、エアロゾル化された微粒子を表面処理対象物に向けて吐出し、表面処理対象物に対し表面処理を行い、相互間距離調整手段が、複数個の吐出ノズルの配列方向に対し略直交する方向に沿った各吐出ノズルの吐出口面と表面処理対象物における表面処理される表面との相互間距離を表面処理対象物の形状に応じて調整することを含む。

【0011】

相互間距離調整手段は、吐出ノズルの吐出口面の表面処理対象物における表面処理される表面に対する方向を変更可能に吐出ノズルを支持する吐出ノズル支持体と、吐出ノズルの吐出口面に向けて昇降可能に表面処理対象物を支持するＺ軸ステージと、から形成されてもよい。また、相互間距離調整手段は、複数個の吐出ノズルの配列方向に沿って移動可能なノズルヘッド機構からなるものでもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る成膜装置、および、成膜製品の製造方法によれば、成膜チャンバの処理室内に所定の間隔をもって配置され、エアロゾル化された微粒子を表面処理対象物に向けて吐出する複数個の吐出ノズルと、複数個の吐出ノズルの配列方向に対し略直交する方向に沿った各吐出ノズルの吐出口面と表面処理対象物における表面処理される表面との相互間距離を表面処理対象物の形状に応じて調整する相互間距離調整手段とを備えるので表面処理される被加工物の量産性を図ることにより、被加工物の製造コスト、ならびに、成膜装置の製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る成膜装置の一例の全体構成を概略的に示す構成図である。

【図2】図１に示される固定テーブル上に配置されたＺステージおよび複数のワークを示す平面図である。

【図3】本発明に係る成膜装置の他の一例の要部を概略的に示す構成図である。

【図4】図３に示される例において用いられるノズルヘッド機構の構成を示す図である。

【図5】（A）および（B）は、それぞれ、成膜装置により表面処理されるワークの他の一例を示す断面図である。

【図6】本発明に係る成膜装置のさらなる他の一例の要部を概略的に示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明に係る成膜装置の一例の構成を概略的に示す。

【0015】

成膜装置は、成膜にあたりエアロゾルデポジション法を適用すべく、ガス（例えば、空気）と所定の材質を有する微粒子、例えば、セラミック原料粉末等とが混合され微粒子がエアロゾル化される複数のエアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、および、２２Ｃと、各エアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、および、２２Ｃにガス供給路２０の分岐通路２０ａ、２０ｂ、および、２０ｃを介して所定の圧力を有するガス（例えば、空気）または不活性ガスを供給するガスボンベ１８と、成膜製品となる後述する表面処理対象物（以下、ワークともいう）の表面に上述のエアロゾル化された微粒子により成膜が行われる成膜チャンバ１０と、を主な要素として構成されている。

【0016】

各エアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、および、２２Ｃの入口には、分岐通路２０ａ、２０ｂ、および、２０ｃの一端が接続され、各エアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、および、２２Ｃの出口には、エアロゾル化された微粒子を供給するエアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、および、２６Ｃの一端が接続されている。エアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、および、２６Ｃの他端には、それぞれ、成膜チャンバ１０内に配置される吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃが接続されている。エアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃには、エアロゾル化された微粒子の流量を調整する流量制御弁２４Ａ、２４Ｂ、および、２４Ｃが設けられている。流量制御弁２４Ａ、２４Ｂ、および、２４Ｃは、それぞれ、図示が省略される制御ユニットからの制御信号Ｃｖに基づいて制御される。

【0017】

成膜チャンバ１０の筐体１２内の処理室１２Ａ内には、筐体１２の天井部分の３箇所に所定の間隔をもって図１におけるＸ座標軸に沿って一列に配置される各支持軸２８の下端に固定されたハウジング３４内の球面軸受部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを介して支持される吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃと、所定の基台４０上に配置されているＸＹ軸ステージと、ワーク５８Ｗ１の一端を支持するワーク取付治具５６Ａを昇降可能に支持するとともに、ワーク取付治具５６Ａおよびワーク５８Ｗ１を回動可能に支持する第１のＺ軸ステージ４８Ａ（図２参照）と、ワーク５８Ｗ１の他端を支持するワーク取付治具５６Ｂを昇降可能に支持するとともに、ワーク取付治具５６Ｂおよびワーク５８Ｗ１を回動可能に支持する第２のＺ軸ステージ４８Ｂ（図２参照）とが主な要素として配置されている。なお、図１において、Ｘ座標軸は、後述するロアステージ４２の移動テーブルの移動方向に対し平行に設定され、Ｙ座標軸は、Ｘ座標軸に対し直交し、後述するアッパステージ４４Ａの移動テーブルに連結される固定テーブル４６Ａの移動方向に対し平行に設定されている。Ｚ座標軸は、Ｘ座標軸およびＹ座標軸に対し直交するように設定されている。

【0018】

吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃは、それぞれ、筐体１２の内側の天井部分から第１のＺ軸ステージ４８Ａおよび第２のＺ軸ステージ４８Ｂに向かって所定距離、下方の所定位置に固定されている。Ｘ座標軸に沿って一列に配列される吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ１の表面処理される表面までの距離Ｄａは、ワーク５８Ｗ１の形状に応じて所定の距離に設定される。ワーク５８Ｗ１は、例えば、中心軸線上に沿って所定の長さを有する円柱状の金属製の物体とされる。吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口面は、それぞれ、例えば、図２においてＹ座標軸に沿って最も離隔した一番端にある第１番目のワーク５８Ｗ１の表面処理される表面の真上の位置に向き合っている。吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃは、それぞれ、ハウジング３４内の球面軸受部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを介して支持されているので吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口の向きは、図１に示される真下の向きに限られることなく、例えば、図１において二点鎖線で示されるように、Ｚ座標軸Ｘ座標軸を含む平面内において、中心軸線に対し双方向に約４５°範囲（揺動半角）、即ち、約９０°範囲内で変更可能とされる。また、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃには、それぞれ、エアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを介して所定の圧力のエアロゾル化された微粒子が供給される。

【0019】

ＸＹ軸ステージは、基台４０に固定される固定テーブルおよび移動テーブルからなるロアステージ４２と、ロアステージ４２の移動テーブルに連結される固定テーブルを備えるアッパステージ４４Ａ、および、４４Ｂと、アッパステージ４４Ａに対し移動可能に配される移動テーブルに連結される固定テーブル４６Ａと、アッパステージ４４Ｂに対し移動可能に配される移動テーブルに連結される固定テーブル４６Ｂと、を含んで構成されている。

【0020】

なお、ロアステージ４２は、ボールネジを介して移動テーブルを駆動する駆動用モータ６０を備えている。駆動用モータ６０は、例えば、サーボモータまたはステッピングモータとされる。Ｘ座標軸に沿って互いに向き合って配置されるアッパステージ４４Ａおよび４４Ｂは、それぞれ、ボールネジを介して移動テーブルを駆動する駆動用モータ６２を備えている。駆動用モータ６２は、例えば、サーボモータまたはステッピングモータとされる。駆動用モータ６０および６２は、それぞれ、図示が省略される制御ユニットからの制御信号Ｃｄ１およびＣｄ２に基づいて制御される。

【0021】

さらに、アッパステージ４４Ａの固定テーブル４６Ａの中央部には、Ｚ軸ステージ４８ＡがＸ座標軸に沿って固定テーブル４６Ａ上で移動可能に設けられ、アッパステージ４４Ｂの固定テーブル４６Ｂの中央部には、Ｚ軸ステージ４８ＢがＺ軸ステージ４８Ａに対し向き合ってＸ座標軸に沿って固定テーブル４６Ｂ上で移動可能に設けられている。このようにＺ軸ステージ４８ＡおよびＺ軸ステージ４８Ｂが、互いに近接または離隔可能に設けられるので軸線方向の長さが異なるワーク５８Ｗ１をＺ軸ステージ４８ＡおよびＺ軸ステージ４８Ｂ相互間に配置可能とされる。ワークが、例えば、図1に示されるワーク５８Ｗ１の軸線方向に沿った長さよりも長い場合、Ｘ座標軸に沿って固定テーブル４６Ｂが、そのワークの一端を支持するように、図１に二点鎖線で示されるように、固定テーブル４６Ａが図1において左方向に移動される。

【0022】

Ｚ軸ステージ４８Ａは、図２に示されるように、Ｙ座標軸に沿って所定の間隔をもってワーク昇降機構が互いに平行に３箇所に設けられている。各ワーク昇降機構は、ワーク昇降スライダ５２Ａと、ワーク昇降スライダ５２Ａを昇降させるボール／ねじ軸５０Ａと、ボール／ねじ軸５０Ａを回動させる駆動用モータ６４とを含んで構成されている。

【0023】

各ワーク昇降スライダ５２Ａの連結端には、図示が省略される軸受を介して複数のねじ歯車からなるねじ歯車機構部（またはウォームギヤ）５４Ａにより回動されるワーク取付治具５６Ａが連結されている。ワーク取付治具５６Ａは、ワーク５８Ｗ１の一方の端部が嵌合される孔部を有している。その孔部に嵌合されたワーク５８Ｗ１の一方の端部は、ワーク取付治具５６Ａに設けられた六角穴付き止めねジによりワーク取付治具５６Ａに固定される。上述のねじ歯車機構部（またはウォームギヤ）５４Ａの入力軸には、駆動用モータ６６の出力軸が結合されている。

【0024】

Ｚ軸ステージ４８Ｂは、図２に示されるように、Ｙ座標軸に沿って所定の間隔をもってワーク昇降機構が互いに平行に３箇所に設けられている。各ワーク昇降機構は、ワーク昇降スライダ５２Ｂと、ワーク昇降スライダ５２Ｂを昇降させるボール／ねじ軸５０Ｂと、ボール／ねじ軸５０Ｂを回動させる駆動用モータ６４とを含んで構成されている。

【0025】

各ワーク昇降スライダ５２Ｂの連結端には、軸受支持部５４Ｂを介して回動されるワーク取付治具５６Ｂが連結されている。ワーク取付治具５６Ｂは、ワーク５８Ｗ１の他方の端部が嵌合される孔部を有している。その孔部に嵌合されたワーク５８Ｗ１の他方の端部は、ワーク取付治具５６Bに設けられた六角穴付き止めねじによりワーク取付治具５６Ｂに固定される。駆動用モータ６４および６６は、それぞれ、図示が省略される制御ユニットからの制御信号Ｃｄ３およびＣｄ４に基づいて制御される。
従って、吐出ノズルの吐出口面と表面処理対象物における表面処理される表面との相互間距離を表面処理対象物の形状に応じて調整する相互間距離調整手段が、上述のハウジング３４内の球面軸受部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと、ワーク取付治具５６Aおよび５６Ｂを含むＺ軸ステージ４８Aおよび４８Ｂとから形成されることとなる。

【0026】

成膜チャンバ１０の筐体１２には、図１に示されるように、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出方向の変更作業、または、ワーク５８Ｗ１のワーク取付治具５６Ａおよび５６Ｂに対する取付作業等のための作業用扉１４が設けられている。作業用扉１４は、筐体１２の開口部１２ａの周縁に対しシール材１４ａにより密封されている。成膜チャンバ１０の処理室１２Ａ内の圧力は、成膜チャンバ１０に接続された真空ポンプ１６により吸引されエアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、および、２２Ｃ内の圧力よりも低い所定の真空度まで減圧されている。

【0027】

斯かる構成において、先ず、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口の向きがそれぞれ、Ｚ座標軸方向に向けた状態で３本のワーク５８Ｗ１がそれぞれワーク取付治具５６Ａおよび５６Ｂに取り付けられた後、３本のワーク５８Ｗ１が図１に二点鎖線で示されるように、ワーク昇降機構により、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ１の表面処理される表面までの距離が距離Ｄａに到達するまで上昇され停止される。次に、流量制御弁２４Ａ、２４Ｂ、および、２４Ｃが、それぞれ、制御ユニットからの制御信号Ｃｖに基づいて駆動制御され、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃが、所定のタイミングでエアロゾル化された微粒子を１番目のワーク５８Ｗ１に対し同時に噴射開始するとともに、制御ユニットからの制御信号Ｃｄ１に基づいて駆動用モータ６０が制御され、ロアステージ４２の移動テーブルが所定の移動速度でＸ座標軸に沿って所定の範囲内で移動せしめられる。その際、３本のワーク５８Ｗ１は、所定の回転数で回動されている。続いて、１番目のワーク５８Ｗ１の表面処理完了後、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの真下の位置に、２番目のワーク５８Ｗ１が到来するように、制御ユニットからの制御信号Ｃｄ２に基づいて駆動用モータ６２が制御され、アッパステージ４４Ａの移動テーブルがＹ座標軸に沿って移動せしめられる。続いて、１番目のワーク５８Ｗ１の表面処理と同様にロアステージ４２の移動テーブルが所定の移動速度でＸ座標軸に沿って所定の範囲内で移動せしめられる。続いて、２番目のワーク５８Ｗ１の表面処理完了後、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの真下の位置に、３番目のワーク５８Ｗ１が到来するように、制御ユニットからの制御信号Ｃｄ２に基づいて駆動用モータ６２が制御され、アッパステージ４４Ａの移動テーブルがＹ座標軸に沿って移動せしめられる。そして、ロアステージ４２の移動テーブルが所定の移動速度でＸ座標軸に沿って所定の範囲内で移動せしめられた後、３番目のワーク５８Ｗ１の表面処理完了後、制御ユニットからの制御信号Ｃｖに基づいて吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃからのエアロゾル化された微粒子の噴射が停止される。これにより、３本のワーク５８Ｗ１の表面処理が終了することとなる。従って、特許文献１に示されるような成膜装置と比較してエアロゾルデポジション法を用いて表面処理される被加工物の量産性が図られることにより、被加工物の製造コスト、ならびに、成膜装置の製造コストが低減されることとなる。

【0028】

上述の例においては、Ｚ軸ステージ４８Ａおよび４８Bのワーク昇降機構により、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ１の表面処理される表面までの距離が、所定距離Ｄａに位置調整されるが、斯かる例に限られることなく、成膜装置が、例えば、図３に示されるように、Ｚ軸ステージ４８Ａおよび４８Bに代えて、吐出ノズル３２A、３２B、３２C、３２D、および、３２Eをそれぞれ、最下端に有し、ワーク５８W２に対する吐出ノズル３２A、３２B、３２C、３２D、および、３２Eの吐出口面の相対位置を調整できるノズルヘッド機構を複数個、備えるものでもよい。

【0029】

図３は、本発明に係る成膜装置の他の一例の要部を概略的に示す。

【0030】

なお、図３において、図１に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

【0031】

成膜装置は、図１に示される例と同様に、成膜にあたりエアロゾルデポジション法を適用すべく、ガス（例えば、空気）と所定の材質を有する微粒子、例えば、セラミック原料粉末等とが混合され微粒子がエアロゾル化される複数のエアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２D、および、２２Eと、各エアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２D、および、２２Eにガス供給路２０の分岐通路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、および、２０eを介して所定の圧力を有するガス（例えば、空気）または不活性ガスを供給するガスボンベ１８と、表面処理対象物（以下、ワークともいう）の表面に上述のエアロゾル化された微粒子により成膜が行われる成膜チャンバ１０と、を主な要素として構成されている。

【0032】

各エアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２D、および、２２Eの入口には、分岐通路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、および、２０eの一端が接続され、各エアロゾル発生器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２D、および、２２Eの出口には、エアロゾル化された微粒子を供給するエアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６D、および、２６Eの一端が接続されている。エアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６D、および、２６Eの他端には、それぞれ、後述する成膜チャンバ１０内に配置される吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２D、および、３２Eが接続されている。エアロゾル供給路２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６D、および、２６Eには、エアロゾル化された微粒子の流量を調整する流量制御弁２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４D、および、２４Eが設けられている。流量制御弁２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４D、および、２４Eは、それぞれ、図示が省略される制御ユニットからの制御信号Ｃｖに基づいて制御される。

【0033】

成膜チャンバ１０の筐体１２内の処理室１２Ａ内には、筐体１２の背面部分に支持されたフラットコア付リニアモータ（リニアモータ単軸ロボット）７０と、フラットコア付リニアモータ７０のコイルスライダ７２A、７２B、７２C、７２D、および、７２Eにそれぞれ、支持される複数のノズルヘッド機構と、各ノズルヘッド機構のT型ジョイント８８に接続される吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２D、および、３２Eと、所定の基台上に配置されているＸＹ軸ステージとが主な要素として配置されている。なお、図3において、Ｘ座標軸は、ロアステージ４２の移動テーブルの移動方向に対し平行に設定され、Ｙ座標軸は、Ｘ座標軸に対し直交し、後述するアッパステージ４４Cの移動テーブルに連結される固定テーブル４６Cの移動方向に対し平行に設定されている。Ｚ座標軸は、Ｘ座標軸およびＹ座標軸に対し直交するように設定されている。ＸＹ軸ステージは、基台に固定される固定テーブルおよび移動テーブルからなるロアステージ４２と、ロアステージ４２の移動テーブルに連結される固定テーブルを備えるアッパステージ４４Cと、アッパステージ４４Cに対し移動可能に配される移動テーブルに連結される固定テーブル４６Cとを含んで構成されている。
固定テーブル４６Cのワーク支持面には、図示が省略される治具を介して例えば、５個のワーク５８W2が、X座標軸に沿って所定の間隔をもって一列に固定されている。

【0034】

フラットコア付リニアモータ（リニアモータ単軸ロボット）７０は、例えば、ガイドレールの内側に固定子（マグネットプレート）（不図示）と、ガイドレールに移動可能に配される複数個のコイルスライダ７２A、７２B、７２C、７２D、および、７２Eと、ガイドレールに設けられるリニアエンコーダスケール（磁気スケール）に対するコイルスライダ７２A～７２Eの位置をそれぞれ、電磁的に検出する複数の磁気ヘッドと、リニアモータを駆動制御する制御部（不図示）とを含んで構成されている。

【0035】

複数個のコイルスライダ７２A、７２B、７２C、７２D、および、７２Eは、それぞれ、５個のワーク５８W2に対応した所定の間隔をもって配され、X座標軸に沿って双方向に移動可能とされる。

【0036】

複数のノズルヘッド機構は、互いに同一の構成を有するのでコイルスライダ７２Aに連結されるノズルヘッド機構について代表的に説明する。

【0037】

相互間距離調整手段としてのノズルヘッド機構は、コイルスライダ７２Aの連結面７２asに支持されたシャフトガイド付電動シリンダ７６と、電動シリンダ７６のロッド７６Sの一端に結合された連結端部７８に連結されたモータブラケット８０に支持される減速機付ステッピングモータ８２と、ステッピングモータ８２の出力軸８２Sに連結される揺動アーム８４に支持される減速機付ステッピングモータ８６と、ステッピングモータ８６の出力軸に上端部が連結されるT型ジョイント８８の下端部に接続される吐出ノズル３２Ａとを主な要素として構成されている。

【0038】

シャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Ｓは、ステッピングモータ７４の出力軸に連結され、ステッピングモータ７４が作動状態のとき、Z座標軸に沿ってモータブラケット８０をワーク５８W2に対し近接するように下降されるとともに、ワーク５８W2に対し離隔するように上昇せしめられる。ステッピングモータ７４、ステッピングモータ８２、ステッピングモータ８６は、それぞれ、図示が省略される制御ユニットからの制御信号Ｃｄ５、Ｃｄ６、およびＣｄ７に基づいて制御される。

【0039】

揺動アーム８４の連結端の回転軸線は、図４においてステッピングモータ８２の出力軸８２Sの回転中心軸線Oyと同心上に配され、揺動アーム８４の連結端は、所定の円周角の範囲で回転中心軸線Oyの回りに回動可能とされる。回転中心軸線Oyは、Y座標軸に略平行に設定されている。

【0040】

減速機付ステッピングモータ８６の減速機を支持する揺動アーム８４のモータ支持部は、回転中心軸線Oyに対し平行に形成されている。減速機付ステッピングモータ８６の出力軸は、モータ支持部の貫通孔を介してZ座標軸に沿って下方に向けて突出しT型ジョイント８８の上端部に連結されている。

【0041】

これにより、減速機付ステッピングモータ８６が作動状態の場合、T型ジョイント８８および吐出ノズル３２Ａが、所定の円周角の範囲で減速機付ステッピングモータ８６の出力軸の回転中心軸線Oｚの回りに回動可能とされる。

【0042】

従って、ステッピングモータ８２が作動状態の場合、揺動アーム８４がT型ジョイント８８および吐出ノズル３２Ａを伴って回転中心軸線Oyの回りにX座標軸Z座標軸で形成される平面内で所定の円周角の範囲で回動可能とされるので吐出ノズル３２Ａが所定の角度範囲θ、例えば、１８０°内で揺動可能とされる。これにより、揺動する吐出ノズル３２Ａの吐出口面が描く軌跡は、回転中心軸線Oyの回りに曲率半径Rの円弧となる。従って、例えば、曲率半径Rを超える曲率半径を有する略U字状の溝を内側に備えるワークの溝の表面についても、吐出ノズル３２Ａを用いて表面処理が可能となる。

【0043】

斯かる構成において、先ず、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口の向きがそれぞれ、Ｚ座標軸方向に向けた状態でワーク５８Ｗ2がそれぞれ、治具（不図示）を介して固定テーブル４６Cのワーク支持面に取り付けられた後、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ２の表面処理される表面までの距離が距離Ｄａに到達するまでシャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Sが下降せしめられる。

【0044】

次に、流量制御弁２４Ａ～２４Eが、それぞれ、制御ユニットからの制御信号Ｃｖに基づいて駆動制御され、吐出ノズル３２Ａ～３２Eが、所定のタイミングでエアロゾル化された微粒子を各ワーク５８Ｗ２に対し同時に噴射開始するとともに、制御ユニットからの制御信号Ｃｄ１に基づいて駆動用モータ６０が制御され、ロアステージ４２の移動テーブルが所定の移動速度でＸ座標軸に沿って所定の範囲内で移動せしめられる。これにより、５個のワーク５８Ｗ２の表面処理が終了することとなる。従って、特許文献１に示されるような成膜装置と比較してエアロゾルデポジション法を用いて表面処理される被加工物の量産性が図られることにより、被加工物の製造コスト、ならびに、成膜装置の製造コストが低減されることとなる。

【0045】

なお、５個のワーク５８Ｗ２の表面処理が終了後、例えば、図３に実線で示されるように、続いて、ワーク５８Ｗ２におけるX座標軸に沿った寸法よりも短い寸法をそれぞれ有する５個のワーク５８W３が、X座標軸に沿って一列に治具（不図示）を介して固定テーブル４６Cのワーク支持面に取り付けられる場合、吐出ノズル３２Ａ～３２Eのワーク５８W３に対する吐出開始位置は、複数個のコイルスライダ７２A、７２B、７２C、７２D、および、７２EにおけるX座標軸方向の初期位置を図３において左側方向にずらし、または、固定テーブル４６Cの移動開始初期位置を右側方向にずらすことにより吐出ノズル３２Ａ～３２Eのワーク５８W３に対する吐出開始位置が容易に調整可能とされる。

【0046】

さらに、図５（A）に示されるように、固定テーブル４６Cのワーク支持面に取り付けられたワーク５８Ｗ４における表面処理される外面が、平坦面５８Ｓ２と高低差のある平坦な裾面５８Ｓ４と、平坦面５８Ｓ２と裾面５８Ｓ４とを連結する一対の斜面５８Ｓ１および５８Ｓ３とを有する場合、上述したように、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ４の表面処理される平坦面５８S２までの距離が所定距離に到達するまでシャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Sが下降せしめられるとともに、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ４の表面処理される裾面５８S４までの距離が所定距離に到達するまでシャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Sがさらに下降せしめられる。続いて、一対の斜面５８Ｓ１または斜面５８Ｓ３について表面処理される場合、上述したように、揺動アーム８４がT型ジョイント８８および吐出ノズル３２Ａを伴って回転中心軸線Oyの回りに所定の円周角の範囲で互いに逆方向に回動された状態で吐出ノズル３２Ａ～３２Eが、所定のタイミングでエアロゾル化された微粒子を各ワーク５８Ｗ４に対し同時に噴射する。

【0047】

さらにまた、図５（B）に示されるように、固定テーブル４６Cのワーク支持面に取り付けられたワーク５８W５における表面処理される外面が、所定の間隔をもって形成される２つの上端面５８S６と２つの上端面５８S６相互間の高低差のある下端面５８S５と、下端面５８S５と共通の平面内にワーク５８W５の両端に形成される下端面５８S５とを有する場合、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ５の表面処理される上端面５８S６までの距離が所定距離に到達するまでシャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Sが下降せしめられるとともに、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面から表面処理されるワーク５８Ｗ５の表面処理される下端面５８S５までの距離が所定距離に到達するまでシャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Sがさらに下降せしめられる。続いて、上端面５８S６および下端面５８S５に直交する外面５８S7について表面処理される場合、揺動アーム８４がT型ジョイント８８および吐出ノズル３２Ａを伴って回転中心軸線Oyの回りに上述のワーク５８Ｗ４のときの円周角よりも大なる円周角の範囲で互いに逆方向に回動された状態で吐出ノズル３２Ａ～３２Eが、所定のタイミングでエアロゾル化された微粒子を各ワーク５８Ｗ５に対し同時に噴射する。

【0048】

図６は、本発明に係る成膜装置のさらなる他の一例の要部を概略的に示す構成図である。なお、図６においては、図３に示される例における構成要素と同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。なお、図６において、Ｘ座標軸は、ロアステージ４２の移動テーブルの移動方向に対し平行に設定され、Ｙ座標軸は、Ｘ座標軸に対し直交し、後述するアッパステージ４４Cの移動テーブルに連結される固定テーブル４６Cの移動方向に対し平行に設定されている。Ｚ座標軸は、Ｘ座標軸およびＹ座標軸に対し直交するように設定されている。

【0049】

図３に示される例においては、複数のノズルヘッド機構を備える一基のフラットコア付リニアモータ（リニアモータ単軸ロボット）７０が所定の位置に配置されているものであるのに対し、一方、図６に示される例においては、複数のノズルヘッド機構を備える各フラットコア付リニアモータ（リニアモータ単軸ロボット）７０の両端が、それぞれ、リニアモータ支持スライダ９４により所定の間隔をもって支持されている。各リニアモータ支持スライダ９４は、例えば、Y座標軸に沿って互いに平行に所定の間隔をもって延びる一対のガイドレール９０により移動可能に支持されている。各ガイドレール９０の両端は、それぞれ、フック部材９２により、筐体１２の天井部の内周部に固定されている。

【0050】

図６において、各リニアモータ支持スライダ９４の相互間距離は、例えば、１列にX座標軸に沿って固定テーブル４６Cに配置される５個のワーク５８W３の列と隣接して１列にX座標軸に沿って固定テーブル４６Cに配置される５個のワーク５８W３の列との間の距離に対応して設定されている。５個のワーク５８W３の列は、Y座標軸に沿って所定の間隔をもって固定テーブル４６Cに配置されている。ＸＹ軸ステージ全体は、例えば、昇降機構ＥＬにより、矢印で示されるように、各ワーク５８W３が吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面に対し近接または離隔可能となるように支持されている。これにより、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面とワーク５８W３の所定の表面との間の距離が所定の距離Ｄａに設定されることとなる。その際、図５（Ｂ）に示されるように、ワーク５８W５における表面処理される２つの上端面５８S６と２つの上端面５８S６相互間の高低差のある下端面５８Ｓ５とが表面処理される場合、吐出ノズル３２Ａ～３２Eの吐出口面の下端面５８Ｓ５に対する位置の微調整は、例えば、上述のノズルヘッド機構におけるシャフトガイド付電動シリンダ７６のロッド７６Ｓの位置調整により行われてもよい。

【0051】

なお、上述の例においては、リニアモータ支持スライダ９４がY座標軸に沿って３列設けられているが、斯かる例に限られることなく、例えば、ワークの数量に応じてリニアモータ支持スライダ９４がY座標軸に沿って４列以上設けられてもよいことは勿論である。

【0052】

なお、上述の一例においては、図１に示されるように、吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃの吐出口の向きは、円柱状のワーク５８Ｗ１に対し真下の向きに設定されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、円柱状のワークの外周面に螺旋状のＶ字状の溝が形成されている場合、図１において左端の吐出ノズル３２Ａの吐出口の向きが、ワークに対し右斜め下方に向けられ、右端の吐出ノズル３２Ｃの吐出口の向きがワークに対し左斜め下方に向けられ、中央の吐出ノズル３２Ｂの吐出口の向きが真下の向きに設定されてもよい。このように吐出ノズル３２Ａ、および、吐出ノズル３２Ｃの吐出口の向きがＶ字状の溝の傾斜面に対向するように設定されることにより、ワークの外周面に形成される螺旋状のＶ字状の溝の傾斜面に対しても表面処理を施すことが可能となる。

【0053】

また、上述の例においては、３個の吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃは、Ｘ座標軸に沿って一列に配列されているが、斯かる例に限られることなく、４個以上の吐出ノズルがＸ座標軸に沿って千鳥掛け状に配置されてもよい。また、３個の吐出ノズル３２Ａ、３２Ｂ、および、３２Ｃは、例えば、Y座標軸に沿って二列以上配列され、例えば、６個または９個の吐出ノズルにより各ワーク５８Ｗ１に対して表面処理されてもよい。

【0054】

さらに、上述の例においては、ワークが上述のＺ軸ステージ４８ＡおよびＺ軸ステージ４８Ｂ相互間における３箇所に配置されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、ワークが上述のＺ軸ステージ４８ＡおよびＺ軸ステージ４８Ｂ相互間における４箇所以上の箇所に配置されてもよい。

【0055】

さらにまた、上述の例においては、ワークが上述のＺ軸ステージ４８ＡおよびＺ軸ステージ４８Ｂ相互間に両端支持されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、中心軸線に沿って比較的短いワークにあっては、Ｚ軸ステージ４８Ｂを使用することなく、そのワークの一端部がＺ軸ステージ４８Ａだけにより支持され、ワークが、所謂、片持ち支持され、Ｚ軸ステージ４８ＡがＸ座標軸に沿って固定テーブル４６Ａ上で移動可能に設けられてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１０ 成膜チャンバ
１２ 筐体
１２Ａ 処理室
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２D、３２E 吐出ノズル
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 球面軸受部
４２ ロアステージ
４４Ａ、４４Ｂ、４４C アッパステージ
４６Ａ、４６Ｂ、４６C 固定テーブル
４８Ａ、４８Ｂ Ｚ軸ステージ
５８Ｗ１、５８Ｗ２、５８Ｗ３、５８Ｗ４、５８Ｗ５ ワーク
５６Ａ、５６Ｂ ワーク取付治具
７６ シャフトガイド付電動シリンダ
８４ 揺動アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】