(57)【要約】【課題】基体上のエッチングの発生を抑制し、効率のよい膜を形成することができる構造物作製方法を提供することを目的とする。【解決手段】微粒子３とガス１とを混合したエアロゾル４を、ノズル８の出射口より高速で基体９に吹き付けて膜状の構造物１０を作製する構造物作製方法において、エアロゾル４は、ノズル８と基体９との間の少なくともノズル８の出射口の投影領域に設けられた速度変換手段１１により、微粒子３のうち少なくともエッチング効果の高いエッチング粒子速度を変換することにより、膜状の構造物１０のエッチングを抑制することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子とガスとを混合したエアロゾルを、ノズルの出射口より高速で基体に吹き付けて膜状の構造物を作製する構造物作製方法において、前記エアロゾルは、前記ノズルと前記基体との間に前記ノズルの出射口の投影領域を塞ぐ速度変換手段を設けたことを特徴とする構造物作製方法。
【請求項２】
前記速度変換手段は、前記ノズルとの相対位置を保持し、前記基体との相対位置を変えるように走査されることを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項３】
前記速度変換手段と前記ノズルとの距離は、前記ノズルの出射口の最長辺の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項４】
前記速度変換手段の大きさは、前記ノズルの出射口の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項５】
前記速度変換手段は、少なくとも前記エッチング粒子を堆積して除去することを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項６】
前記速度変換手段は、少なくとも前記エッチング粒子の前記基体に対する速度を減速することを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項７】
前記エッチング粒子は、前記エアロゾルを構成する前記微粒子の質量の平均値よりも大きな質量の微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項８】
前記速度変換手段は、少なくとも前記エッチング粒子を吸引する吸引管からなることを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【請求項９】
前記吸引管により吸引された前記微粒子は、前記エアロゾルとして前記ノズルから再度出射されることを特徴とする請求項８に記載の構造物作製方法。
【請求項１０】
前記速度変換手段は、前記ノズルと１面の接合面で接合されており、前記速度変換手段は、前記接合面に垂直な方向に走査されることを特徴とする請求項１に記載の構造物作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子とガスとを混合したエアロゾルを、高速で基体に吹き付けて微粒子材料からなる膜状の構造物を作製する構造物作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子からなる材料を基体に吹き付けて構造物を作製する方法として、ガスデポジション法が知られている。この方法は金属やセラミックスの微粒子をエアロゾル化し、微小なノズルを介して微粒子を加速し、基体表面に被膜を形成する。また、ガスデポジション法を改良した技術として微粒子ビーム堆積法あるいはエアロゾルデポジション法といった作製方法が知られている。これは、微粒子を含むエアロゾルをノズルから高速で基体に向けて噴射し、基体に微粒子を衝突させて、その衝突時に生じる機械的衝撃力により構造物を基体上に形成する方法である。このように微粒子を基体に吹き付けて膜状の構造物を作製する場合、微粒子を吹き付けた際、微粒子が効率よく基体上で構造物を形成することが重要である。このため、エアロゾルデポジション法などにおいては、効率よく構造物を形成することのできる有用な微粒子を用いることが重要であり、（特許文献１）には、エアロゾルの流れと対面するように遮蔽板を設けて、特定の粒径以上の微粒子を堆積させて除去することにより分級して構造物の作製に用いることが提案されている。
【０００３】
つまり、（特許文献１）においては、基体に吹き付けられることでエッチングを生じる微粒子をノズル内の遮蔽板によって分級している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、エアロゾルは特定の粒径以上の微粒子を分級してから基体に吹き付ける構成であるため、分級されたエアロゾルが搬送管およびノズル内で搬送される際に、微粒子同士が再結合して粒径の大きな微粒子を生じる恐れがある。したがって、分級されたエアロゾルを基体に吹き付ける際には、エッチングを生じる特定の粒径以上の微粒子も吹き付けられるようになり、効率のよい構造物作製ができなくなる恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、基体上のエッチングの発生を抑制し、効率のよい膜を形成することができる構造物作製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】
本発明は、微粒子とガスとを混合したエアロゾルを、ノズルの出射口より高速で基体に吹き付けて膜状の構造物を作製する構造物作製方法において、エアロゾルは、ノズルと基体との間にノズルの出射口の投影領域を塞ぐ速度変換手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノズルと基体との間に設けられた速度変換手段により、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置の模式図
【図２】本発明の実施の形態１の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置のノズルの模式図
【図３】本発明の実施の形態１の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【図４】従来の構造物作製方法に基づいた構造物作製状況を示す模式図
【図５】従来の構造物作製方法における分級器の模式図
【図６】従来の分級器を用いた構造物作製の状況における微粒子の粒度分布を示す模式図
【図７】従来のノズルを用いた構造物作製状況を検証する構造物作製装置の模式図
【図８】図７に示す構成において作製された構造物の膜厚分布について示した模式図
【図９】本発明の実施の形態２の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【図１０】本発明の実施の形態３の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【図１１】本発明の実施の形態４の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【図１２】本発明の実施の形態５の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【図１３】本発明の実施の形態６の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【図１４】本発明の実施の形態７の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、微粒子とガスとを混合したエアロゾルを、ノズルの出射口より高速で基体に吹き付けて膜状の構造物を作製する構造物作製方法において、エアロゾルは、ノズルと基体との間にノズルの出射口の投影領域を塞ぐ速度変換手段により、微粒子のうち少なくともエッチング効果の高いエッチング粒子の速度を変換することにより、エッチングを抑制する。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１１】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段は、ノズルとの相対位置を保持し、基体との相対位置を変えるよう走査される。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１２】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段とノズルとの距離は、ノズルの出射口の最長辺の長さよりも大きい。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１３】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段の大きさは、ノズルの出射口の大きさよりも大きい。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１４】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段は、少なくともエッチング粒子を堆積して除去する。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１５】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段は、少なくともエッチング粒子の基体に対する速度を減速する。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１６】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、エッチング粒子は、エアロゾルを構成する微粒子の質量の平均値よりも大きな質量の微粒子である。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１７】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段は、微粒子が衝突する際の衝撃力を緩和する構成である。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１８】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段は、少なくともエッチング粒子を吸引する吸引管からなる。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００１９】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、吸引管により吸引された微粒子は、エアロゾルとしてノズルから再度出射される。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００２０】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、構造物は、微粒子のうち、エッチング粒子以外の構造物形成に有用な微粒子により作製される。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００２１】
また望ましくは、上記構造物作製方法において、速度変換手段は、ノズルと１面の接合面で接合されており、速度変換手段は、接合面に垂直な方向に走査される。これにより、微粒子やエアロゾルに対する特別な処理を施すことなく、エアロゾルを構成する微粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率よく、均一で安定した膜状の構造物を作製することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１について説明する。図１は、本発明の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置の模式図である。図１において、１はエアロゾルを構成するガスであり、エアロゾル生成室２において、このガス１と微粒子３とを混合することにより、エアロゾル４が生成される。また、エアロゾル生成室２と構造物作製室５とは、搬送管６を介して接続されており、構造物作製室５は、構造物作製室５において搬送管６の他方に接続された真空ポンプ７によって排気されている。これによりエアロゾル生成室２と構造物作製室５との間には差圧が生じ、この差圧により、エアロゾル生成室２で生じたエアロゾル４は、搬送管６を介して搬送され、搬送管６の先端に設けられたノズル８の出射口から出射される。このとき、ノズル８から出射された微粒子３は、ノズル８と基体９との間の速度変換手段１１を介して基体９に吹き付けられ、膜状の構造物１０が形成される。
【００２４】
速度変換手段１１は、エアロゾル４を構成する微粒子３のうち、エッチング効果の高いエッチング粒子の基体９に対する速度を変換することによりエッチングを抑制する構造であり、最も簡単な構成としては、ノズル８の出射口の投影領域に設けられた直進性の高いエッチング粒子の速度変換する構造からなる。これにより、速度変換手段１１はノズル８の出射口の投影領域の微粒子３を付着あるいは反発させることで、エッチング粒子を堆積あるいは減速することができ、エッチング粒子が基体９に直接吹き付けられるのを抑制することができる。速度変換手段１１は、エッチング粒子の速度を変換することのできる構造により構成されており、ガラスや金属、樹脂等から適宜選択して用いることができる。あるいは、速度変換手段１１は、ノズル８の出射口の投影領域に設けられたエッチング粒子を吸引する構造であってもよい。この場合、速度変換手段１１はノズル８の出射口の投影領域に設けた筒状の構造で構成されており、ガラスや金属、樹脂等から適宜選択して用いることができる。このような速度変換手段１１により、エッチングを抑制された微粒子３は、基体９に吹き付けられ、効率のよい構造物作製を実現することができる。
【００２５】
ガス１は、ガスボンベ等の高圧容器に収容されたガス１を、必要に応じてレギュレータ等により例えば１ＭＰａといった適当な圧力に調整し、必要に応じてマスフローコントローラ等の流量計等を介して例えば５ＬＰＭといった流量に調整し、エアロゾル生成室２へと導入する。ガス１としては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、窒素等の不活性ガス、あるいは、酸素、乾燥空気等の反応性ガスから適宜選択して用いることができ、例えば反応性ガスを選択することにより、構造物作製室５において、ガス１と微粒子３とを反応させながら膜状の構造物１０を形成することもできる。
【００２６】
構造物作製室５において、基体９に吹き付けられるエアロゾル４の速度は、エアロゾル生成室２の圧力、構造物作製室５の圧力、搬送管６あるいはノズル８の内径および長さ、ガス１の種類等によって変わる。このため、ガス１の種類は、膜状の構造物１０を形成する微粒子３の粒径、あるいはエアロゾル４に含まれる微粒子３の粒径や強度、数量等に基づき、適宜選択し用いることが重要である。十分に設計された系において適当な微粒子３を用いることにより、エアロゾル４の速度は、そのエアロゾルを構成するガス１の音速とほぼ同等となり、ガス１として例えばアルゴンを用いることにより、秒速３００ｍといった速度が得られるようになる。
【００２７】
微粒子３は、エアロゾル生成室２においてガス１を吹き付けられることにより、ガス１と混合されたエアロゾル４を形成する。微粒子３は、エアロゾル４として基体９に吹き付けることで構造物１０を形成できる粒子であれば良く、例えば平均粒径０．２マイクロメートルの酸化亜鉛（ＺｎＯ）を、十分に乾燥処理して用いることができる。微粒子３の粒径は、その平均粒径が例えば０．２マイクロメートルと十分に小さいため、均一な粒径の微粒子３を揃えることは容易ではなく、構造物１０を形成するのに有用な微粒子の他に、例えば１マイクロメートルといった粒径の大きな微粒子も含まれるようになる。このようなエアロゾルを構成する微粒子のうち、粒径の大きな微粒子は質量が大きいため、基体９に衝突する際の衝撃力が大きく、構造物１０を容易にエッチングするエッチング粒子として構造物形成を阻害する。ノズル８から出射されたエッチング粒子は、出射された際の運動量が大きいため直進性の高いエッチング粒子として基体９に衝突し、その運動量が大きいため衝突する際の衝撃力が大きくなる。一般にエアロゾルデポジション法において、このエッチング粒子は、エアロゾルを構成する微粒子のうち、微粒子の質量の平均値よりも大きな質量の微粒子により構成され、このエッチング粒子を完全に除去することは容易ではない。エッチング粒子としては、例えば平均粒径０．２マイクロメートルの酸化亜鉛であれば、概ね０．８マイクロメートル以上の粒径の微粒子がエッチング粒子としてエッチングを生じ、例えば平均粒径０．３マイクロメートルの酸化ジルコニウムであれば、概ね０．５マイクロメートル以上の粒径の微粒子がエッチング粒子としてエッチングを生じる。また、微粒子の状態によってエッチング粒子の粒径は異なり、例えばミル処理等の処理をしない平均粒径０．５マイクロメートルの酸化亜鉛であれば、０．５マイクロメートルの微粒子もエッチング粒子としてエッチングを生じるようになる。
【００２８】
微粒子３として用いることのできる材料は酸化亜鉛（ＺｎＯ）に限らず、エアロゾル４として基体９に吹き付けられることにより構造物１０を形成できる粒子であれば良く、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）、バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ4）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ2）等の金属酸化物、ダイヤモンド、炭化硼素（Ｂ4Ｃ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化モリブデン（Ｍｏ2Ｃ）、炭化タンタル（ＴａＣ）等の炭化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化ガドリニウム（ＧａＮ）、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8等の窒化物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、ＳｒＧａ2Ｓ4等の硫化物、硼素（Ｂ）、硼化アルミニウム（ＡｌＢ2）、硼化珪素（ＳｉＢ4）、硼化チタン（ＴｉＢ2）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2）、硼化バナジウム（ＶＢ2）、硼化ニオブ（ＮｂＢ）、硼化タンタル（ＴａＢ2）、硼化クロム（ＣｒＢ）、硼化モリブデン（ＭｏＢ）、硼化タングステン（ＷＢ）等の硼化物、アルミン酸イットリウム（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、アルミン酸ストロンチウム（Ｓｒ4Ａｌ4Ｏ25）等のアルミン酸塩、珪酸亜鉛（Ｚｎ2ＳｉＯ4）、珪酸イットリウム（Ｙ2ＳｉＯ10）、珪酸ストロンチウム（Ｓｒ2ＳｉＯ4）等の珪酸塩、オキシ硫化イットリウム（Ｙ2Ｏ2Ｓ）、オキシ硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）、オキシ硫化ランタン（Ｌａ2Ｏ2Ｓ）等の酸硫化物、クローロアパタイト（Ｃａ5（ＰＯ4）3Ｃｌ）等のハロリン酸塩、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7等のリン酸塩、あるいはこれらの混合物、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ビスマスナトリウム（ＢｉＮａＴｉＯ3）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸リチウム（ＬｉＴｉＯ2）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、チタン酸アルミニウム（ＡｌＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）等の圧電セラミックスあるいはこれらを主体とした固溶体、サイアロン、サーメット等の高靭性セラミックス、水酸アパタイト、燐酸カルシウム等の生体適合性セラミックス等のいわゆる脆性材料から適宜選択して用いることができ、またこれらの材料から複数の材料を複合した複合材料や混合材料であってもよい。また、これら脆性材料に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ等���希土類金属のイオンやＡｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｂ等の金属のイオンを付活元素または共付活元素として組み合わせた蛍光材料等を用いることもでき、あるいは、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属あるいはこれらの合金からなる微粒子を用いることもできる。
【００２９】
微粒子３は、破砕により活性な新生面を生じ、膜状の構造物１０を形成しやすい構成であることが好ましく、その粒径は数マイクロメートル以下であることが好ましい。また微粒子３は、破砕せず基体９に付着し、膜状の構造物１０を形成するのを阻害する圧粉体を形成しないことが好ましく、その粒径は数１０ナノメートル以上であることが好ましい。微粒子３がこの粒径の範囲にない場合、造粒あるいは破砕や解砕により、微粒子３の粒径を調整することが好ましいが、数マイクロメートル以下の微粒子３に対して、精度良く粒径を制御することは容易ではない。あるいは、効率良く膜状の構造物１０を作製するためには、微粒子３が効率よく破砕されるようにすることが好ましく、微粒子３は、あらかじめ機械的衝撃力を付加することで、内部歪あるいは微小なクラックを形成したり、あるいは、凝集した微粒子３を解砕したりすることが好ましい。このような機械的衝撃力は、例えばボールミルやビーズミルといった処理により付加することができるが、微粒子３は、機械的衝撃力を付加された後、エアロゾル生成室２に収容される前に、例えば１００〜３００℃といった高温で加熱し乾燥することが好ましく、あるいは、微粒子３は、エアロゾル生成室２に収容される前に、大気圧よりも減圧した真空雰囲気下において乾燥することが好ましい。
【００３０】
エアロゾル生成室２は、ガス１と微粒子３とを混合しエアロゾル４を生成することができれば良く、簡単な構造としては、図１に示すような、容器に微粒子３を収容しガス１を吹き付けることにより微粒子３をガス１中に舞い上がらせエアロゾル４を生成する構造が一般的であり、ガラスや金属等の容器を用いることができる。エアロゾル４を安定に生成し、保持するためには、エアロゾル生成室２の内面は微粒子３が付着しにくい構造であることが好ましく、例えばフッ素樹脂のような撥水性の高い材質を用いたり、導電性の高い材質を用いたりすることもできる。また、エアロゾル生成室２を加熱することにより、微粒子３がエアロゾル生成室２に付着するのを抑制したり、微粒子３に付着した水分を除去したりすることもできる。エアロゾル生成室２は、搬送管６を介して構造物作製室５と接続されており、構造物作製室５は構造物作製室５に接続された真空ポンプ７によって排気され、エアロゾル生成室２も真空ポンプ７によって搬送管６を介して真空排気される。したがってエアロゾル生成室２は、真空ポンプ７により達成される真空度に耐えることのできる強度であることが好ましい。
【００３１】
エアロゾル生成室２において微粒子３にガス１を吹き付ける際、エアロゾル４を安定して生成するため、エアロゾル生成室２をモーターや振動子等の機械的な力を付加する手段により、エアロゾル生成室２、あるいは、エアロゾル生成室２に収容された微粒子３に対し、機械的な力を加えてもよい。例えばモーターの回転力を利用した機械的振動を付加することによりエアロゾル生成室２に収容された微粒子３が撹拌されるため、安定してエアロゾル４を生成することができる。
【００３２】
構造物作製室５は、エアロゾル４を基体９に吹き付けることで構造物１０を形成することができる構造であればよい。構造物作製室５において、エアロゾル４はノズル８を介して基体９に吹き付けられる。このときエアロゾル４を構成する微粒子３は、基体９と衝突し、その機械的衝撃力により破砕され、それにより形成された活性な新生面が基体９と結合する、あるいはその活性な新生面同士が結合することにより、膜状の構造物１０を形成する。構造物作製室５は構造物作製室５に接続された真空ポンプ７によって排気されるため、構造物作製室５は、真空ポンプ７により達成される真空度に耐えることのできる強度であることが好ましい。
【００３３】
搬送管６およびノズル８は、エアロゾル４を搬送することができ、真空に耐えることのできる強度であれば良く、ガラスや金属、樹脂等から適宜選択して用いることができる。また、搬送管６およびノズル８は、エアロゾル４を安定に生成し保持するために、搬送管６およびノズル８の内面は微粒子３が付着しにくい構造であることが好ましく、例えばフッ素樹脂のような撥水性の高い材質を用いたり、導電性の高い材質を用いたりすることもできる。また、搬送管６およびノズル８を加熱することにより、微粒子３が搬送管６およびノズル８に付着するのを抑制したり、微粒子３に付着した水分を除去したりすることもできる。エアロゾル４を搬送する搬送管６およびノズル８といった搬送経路において、搬送経路の急激な曲がりや狭まりといった急激な経路の変化は、微粒子３の付着が生じやすく微粒子３の詰まりが生じやすくなる。このため、搬送管６およびノズル８は、急激な経路の変化のない直線状に近い形状の搬送管６やノズル８を用いるとともに、経路が変化する部分について、微粒子３の付着防止処理をすることが好ましい。あるいは、搬送管６については、十分に径の大きな搬送管６を用いることにより、微粒子３が付着したとしても、微粒子３の詰まりを抑制することができる。
【００３４】
エアロゾル４を基体９に吹き付けることにより膜状の構造物１０を形成する場合、微粒子３は基体９に衝突する際の機械的衝撃力により破砕され、それにより形成された活性な新生面が結合することにより構造物１０を形成する。このため、微粒子３が基体９に衝突する際の機械的衝撃力が重要となる。この機械的衝撃力は、微粒子３の質量と、エアロゾル４として基体９に衝突する際の基体９に対する微粒子３の速度とに依存しており、微粒子３の粒径とエアロゾル４を吹き付ける速度とが重要となる。また、微粒子３が基体９に衝突する際の基体９に対する速度は、構造物作製室５およびエアロゾル生成室２の圧力やガス１の種類、ノズル８の形状、ノズル８から吹き付けられる速度等に依存している。したがってノズル８の形状を構造物作製条件に合わせて適宜設計し、用いることが重要であり、例えばノズル８の出射口の短辺の幅を０．５ｍｍといった長さに設定することで十分に加速された微粒子３が得られるようになる。またノズル８の出射口の長辺の幅については、作製する構造物の形状に応じて適宜選択することが好ましく、例えば１００ｍｍといった長辺の長さの広いノズルを用いることで、大面積の構造物を一様に作製することもできる。このような長辺の長さの広いノズルを用いる場合、ノズルから安定して微粒子３を一様に出射するために、エアロゾル生成室２からノズル８への搬送管６を複数本利用したり、径の大きな搬送管６を利用したりするといった工夫が必要となる。あるいは、例えば１０ｍｍといった長辺の長さのノズルを用いることで、小面積に安定して均一性のよい構造物作製を行うこともできる。
【００３５】
また、ノズル８と基体９との間の距離は、微粒子３が十分な速度で基体９に衝突するよう設定することが重要であり、エアロゾル４の流れにより微粒子３の速度が乱れない程度の空間を設けることが好ましい。例えばノズル８と基体９との間の距離を１０ｍｍとしてエアロゾル４を基体９に吹き付けることにより、エアロゾル４の流れに乱れが生じにくく、基体９上のノズル８の出射口の投影領域に構造物１０が形成される。あるいは、ノズル８と基体９との間の距離を、例えば２ｍｍといった近接した状態とすることで、構造物作製室５の雰囲気による影響を抑制し、エアロゾル４のノズル８において加速された速度を十分に保持した状態で微粒子３を吹き付けることができる。あるいは、例えばノズル８と基体９とを５０ｍｍといった離すことにより、エアロゾル４が基体９に吹き付けられることにより生じるエアロゾルの流れの乱れの影響を受けることなく微粒子３を吹き付けることができる。ノズル８の出射口から出射された微粒子３のうち、粒径が大きく質量の大きな微粒子３は、ノズル８において加速された慣性力が大きいため直進性良く基体９に吹き付けられ、粒径が小さく質量の小さな微粒子３は、エアロゾル４のエアロゾルの流れの影響を受け、広がりながら基体９に吹き付けられる。
【００３６】
ノズル８において、エアロゾル４を加速することで、適当な衝撃力が得られるよう調整し基体９に吹き付ける構成においては、ノズル８の狭小な領域において微粒子３が詰まりやすくなる。このため、ノズル８において、例えばフッ素樹脂コーティングや導電性コーティングあるいはノズルの加熱構造や振動構造等による微粒子３の付着防止処理や、例えば表面凹凸構造や鏡面構造あるいは直線構造や曲率の大きな曲面構造等による付着しにくい形状とすることが重要である。
【００３７】
真空ポンプ７は、構造物作製室５におけるガス１を排気するとともに、搬送管６を介してエアロゾル生成室２を排気する。真空ポンプ７は超高真空といった半導体プロセスで要求されるような高い真空度は必要とせず、例えば数Ｐａ程度の到達真空度が得られれば良く、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプといった真空ポンプから適宜選択することができる。真空ポンプ７は、構造物作製室５における真空を生成するとともに、ノズル８から吹き付けられるエアロゾル４の速度を決定する要因ともなるため、膜状の構造物１０の作製条件に合わせて適宜選択することが重要となる。
【００３８】
基体９は、構造物作製室５においてノズル８を介してエアロゾル４を吹き付けることにより、その表面に微粒子３からなる構造物を形成できれば良く、安価で平滑性のよい基体９として、例えばソーダライムガラスといったガラスを用いることができる。あるいは、例えば、シリコン（Ｓｉ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）といった半導体基板やアルカリガラス、石英といったガラス基板等の平滑性の高い基板や、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂ポリシロキサン、ポリシラン等の樹脂材料、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）等の金属酸化物等から適宜選択して用いることができ、複数の基体材料を積層した積層基板を基体９として用いることもできる。また基体９は平面構造の基板に限定されるものではなく、例えば、円筒形状や球形、直方体状の形状等の基体、あるいは構造物を形成するのに必要な凹凸構造等の形成された基体といった構造であっても、膜状の構造物を形成することができればどのような形状であっても良く、基体９の表面あるいはその内部には、構造物を駆動するための抵抗・キャパシタ・インダクタ・ダイオード・トランジスタおよび配線等からなる回路を形成してもよい。
【００３９】
また、基体９上において効率よく膜状の構造物１０を形成するためには、基体９上において効率のよい微粒子３の破砕が生じることが重要であり、そのためには基体９の硬度は構造物作製条件に合わせて適宜選択して用いることが好ましい。あるいは、効率のよい破砕が生じない基体９を用いる場合、基体９の表面に効率よく破砕が生じる材料からなる膜をあらかじめ形成した基体９を用いることで効率のよい構造物の形成が可能である。例えば蒸着法やスパッタリング法といった半導体プロセスにより薄膜を形成した後に膜状の構造物１０を作製してもよいし、目的としている構造物１０とは異なる材料あるいは条件を用いてエアロゾルデポジション法により微粒子３を吹き付けた後に、膜状の構造物１０を作製してもよい。あるいは、例えば半導体のフォトリソグラフィーに用いられるレジスト樹脂などの基体９とは異なる材料を用いて、基体９の表面に効率よく破砕が生じる領域と、そうでない領域を設けることにより、基体９上に選択的に構造物１０を形成することもできる。
【００４０】
エアロゾルデポジション法は、構造物作製時に基体９に熱を付加する工程が含まれないため、ガラス転移点の低い樹脂等であっても容易に用いることができる。フィルム状の樹脂を基体９として用いる場合、構造物作製時の取り扱いを容易にするため、ガラス等の部材に貼り付けることで容易にフィルム上に構造物を作製することができる。
【００４１】
速度変換手段１１を介してエアロゾル４を吹き付けることで、基体９上に形成される構造物１０は、エッチングによる構造物作製阻害が生じないため、効率良く作製されるようになる。また、エッチング粒子によるエッチングが生じないため、構造物１０はエッチングによるダメージを受けずに作製され、構造物１０の内部に局所的な歪や欠陥が生じることがない良好な構造物を形成するようになる。また、構造物１０の表面もエッチングによるダメージを受けないため、例えば算術平均粗さＲａが０．１マイクロメートル以下の、平坦な構造物を形成することができる。さらに、特定の粒径以上の微粒子が高速で吹き付けられないため、構造物１０の内部に、特定の粒径以上の微粒子により構成される領域が存在せず、破砕された微粒子による均一性のよい構造物を形成するようになる。
【００４２】
図１に示す模式図における実施の形態１のノズル８について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置のノズル８の模式図である。図２において、ノズル８は、搬送管６により、エアロゾル生成室と接続されており、搬送管６と反対の側にエアロゾルの出射口を備えた構造である。またノズル８の出射口の先端には、速度変換手段１１がノズル８の出射口の投影領域に設けられており、エッチング粒子の基体に対する速度を変換することにより、エッチングを抑制することができる。
【００４３】
エッチング粒子の速度を変換する方法は、エッチング粒子の基体に対する速度を変換することができればよく、エッチング粒子を速度変換手段１１に堆積して除去することにより速度変換する方法、あるいは、エッチング粒子を速度変換手段１１に衝突させ基体９に対する速度を減速する方法などから、構造物作製に用いる微粒子の特性に応じて適宜選択することができる。これにより、速度変換手段１１は、ノズル８の出射口から出射される直進性の高い微粒子の速度変換することができ、エアロゾルを構成する微粒子のうち直進性が高くエッチング効果の高いエッチング粒子を速度変換できる。
【００４４】
エッチング粒子を堆積して除去することにより速度変換する方法としては、エッチング粒子を十分に堆積できる構造であることが好ましく、例えば、ノズル８の出射口よりも大きな領域に、ノズル８の出射口に平行な角度に形成された構造等により形成される。これにより、ノズル８の出射口から出射されたエッチング粒子を十分に堆積して除去し、速度変換することができるようになる。速度変換手段１１がエッチング粒子を堆積して除去する構成の場合、エッチング粒子は不要な微粒子として速度変換手段１１上に堆積して除去することになる。そのため、エッチング粒子は基体９に吹き付けられないため、エッチングによる構造物作製阻害を抑制することができる。ただし長時間にわたって構造物を作製した場合、堆積したエッチング粒子が剥離し基体９に吹き付けられるなどの問題が生じることがあるため、堆積したエッチング粒子を除去するなどのメンテナンスが必要となる。
【００４５】
エッチング粒子を速度変換手段１１に衝突させ、基体９に対する速度を減速する方法としては、エッチング粒子に対して、エッチングを生じる速度よりも小さな速度に減速できれば良く、例えば、ノズル８の出射口の投影領域に、ノズル８の出射口に平行な角度に対して、例えば３０度といった角度に形成された構造等により形成される。これにより基体９に対して垂直に音速で直進していたエッチング粒子は、速度変換手段１１により、例えば基体９に対して６０度の角度に、音速の半分以下の速度へ速度変換されるようになる。基体９に対する速度を減速する方法としては、ノズル８の出射口に平行な構造により形成されても良く、速度変換手段１１に吹き付けられたエッチング粒子は、速度変換手段１１において付着あるいは反発されることで減速され、エアロゾルの流れに沿って基体９に吹き付けられるようになる。
【００４６】
エッチング粒子は、ノズル８の出射口から直進性良く出射されるため、少なくともノズル８の出射口の投影領域に速度変換手段１１を設けることが重要である。特に、エッチング粒子によるエッチングを完全に抑制するためには、ノズル８の出射口の投影領域のすべてを塞ぐことが重要である。ノズル８の出射口の投影領域とは、ノズル８の出射口と同一形状、同一の大きさである空間あるいは基体９上の領域のことである。また、構造物作製室の圧力やエアロゾルの濃度等の構造物作製の条件によっては、エッチング粒子がノズル８の出射口から広がりながら基体９に吹き付けられるようになるため、このような場合、ノズル８の出射口の投影領域のすべてを塞ぐとともに、出射口の投影領域よりも大きな領域に速度変換手段１１を設ける必要がある。つまり、速度変換手段１１は、エッチング粒子が基体９にノズル８の出射した後のそのままの速度で吹き付けられないように速度変換つまり、エッチング粒子の速度を落とすことできれば良く、少なくともノズル８の出射口と同等の大きさの構造であれば良く、広がりながら吹き付けられるエッチング粒子の影響を抑制するためには、ノズル８の出射口よりも大きな構造であればよい。ただし、速度変換手段により、構造物形成に有用な微粒子も速度変換されるため、効率のよい構造物作製のためには、速度変換手段１１は少なくとも速度変換手段１１により速度変換されない微粒子が基体９に吹き付けられる形状であることが好ましく、ノズル８の出射口の投影領域の長辺側の少なくとも一方の領域には配置されない形状が好ましい。
【００４７】
速度変換手段１１がエッチング粒子の基体９に対する速度を減速する構成の場合、エッチング粒子は除去されずエッチングを生じない程度に減速され基体９に吹き付けられるようになる。これにより、速度変換手段１１にエッチング粒子が堆積しないため、速度変換手段１１に堆積したエッチング粒子を除去するなどのメンテナンスが不要である。ただし、エッチング粒子は、速度変換手段１１により減速された後、基体９に吹き付けられるため、エッチングによる構造物作製阻害の効果について、あらかじめ検証しておく必要がある。
【００４８】
図２において、速度変換手段１１はエアロゾルを衝突させることによりエッチング粒子を速度変換する構造であり、ノズル８の出射口のエアロゾルを出射する側に、少なくともノズル８の出射口の投影領域の微粒子を付着あるいは反発させ、基体９に直接吹き付けられるのを抑制する構造により構成されており、ガラスや金属、樹脂等から適宜選択して用いることができる。エッチング粒子によるエッチングを抑制するためには、エッチング粒子の基体９に対する速度を変換することが重要であり、エッチング粒子の基体９表面に垂直な向きの速度を減速する構成が容易である。このような構成としては、少なくともノズル８の出射口の投影領域に設けられた構造物であればよく、エッチング粒子を堆積することにより減速する構成の場合、エッチング粒子を十分に堆積させるためには、速度変換手段１１は、ノズル８の出射口よりも大きな構造物により構成されることが好ましい。
【００４９】
また、速度変換手段１１により、ノズル８から出射されたエアロゾルはその流れに乱れが生じやすいため、例えばエアロゾルの流れに沿った複数の溝状の構造からなる、エアロゾルの流れを整えるエアロゾル整流手段を設けていてもよい。あるいは、速度変換手段１１の速度変換する領域以外の部分にエアロゾルの流れを整流するための穴を開けたり、速度変換手段１１の形状を対称性のよい形状や流線型の形状としたりすることで、エアロゾルの流れを整流することもできる。また図２において、速度変換手段はノズル８の出射口の投影領域の微粒子を速度変換する構成としているが、エッチング粒子の広がり方によっては、より大きな領域の微粒子を速度変換する構成としてもよい。ただし、速度変換手段により、構造物形成に有用な微粒子も速度変換されるため、効率のよい構造物作製のためには、速度変換される微粒子が最小限となるように適宜選択することが好ましい。
【００５０】
実施の形態１の構造物作製の状態について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態１の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図である。図３において、ノズル８は、搬送管６により、エアロゾル生成室と接続されており、搬送管６と反対の側にエアロゾル４の出射口を備えた構造である。また、ノズル８と基体９とは、その相対位置を変えるよう走査されることにより、基体上にノズル８の出射口よりも広い範囲において、均一性の高い構造物を作製することができる。
【００５１】
ノズル８の出射口の先端のノズル８と基体９との間の、少なくともノズル８の出射口の投影領域には、速度変換手段１１としてエッチング粒子の基体９に対する速度を減速するための構造が設けられている。ノズル８から出射された微粒子３が基体９へ吹き付けられる際、ノズル８と基体９との間に速度変換手段１１が設けられているため、この速度変換手段１１により直進する微粒子３は速度変換されることとなる。エアロゾル４を構成する微粒子３のうち、エッチング効果の高い微粒子３は直進性が高いため、ノズル８の出射口の投影領域に速度変換手段１１を設けることにより、エッチング効果の高い微粒子に対して速度変換できるようになる。
【００５２】
また、ノズル８と速度変換手段１１との間の距離は、エッチング粒子に対して十分に速度変換できるとともに、ノズル８の出射口から広がりながら出射される構造物作製に寄与する微粒子に対して、速度変換が生じないように配置することが重要であり、例えばノズル８の長辺の長さと同じ間隔をもって配置される。あるいは、ノズル８の長辺の長さの２倍といった位置に配置することにより、エアロゾル４が速度変換手段１１に吹き付けられることにより生じるエアロゾルの流れの乱れの影響を受けることなく微粒子３を吹き付けることができる。
【００５３】
比較のため、従来のノズルを用いた構造物作製の状況について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、従来の構造物作製方法に基づいた構造物作製状況を示す模式図である。図４において、ノズル８は、搬送管６によりエアロゾル生成室と接続されており、搬送管６と反対の側にエアロゾル４の出射口を備えた構造である。エアロゾル４は、ノズル８の出射口から出射され基体９に吹き付けられ、構造物を形成する。従来の構造物作製方法において、エアロゾル４を構成する微粒子３はノズル８の出射口から基体９へ吹き付けられ、基体９に衝突する際の機械的衝撃力により破砕され構造物を形成する。このときノズル８から出射されるエアロゾル４を構成する微粒子３のうち、質量の大きな微粒子３は、ノズル８において加速されたことによる慣性力が、エアロゾル４のガスの広がる力よりも大きいため、ノズル８から直進性良く吹き付けられる。またノズル８から出射されるエアロゾル４を構成する微粒子３のうち、質量の小さな微粒子３は、ノズル８において加速されたことによる慣性力に対して、エアロゾル４のガスの広がる力が無視できなくなるため、ノズル８から広がりながら吹き付けられることになる。したがって、基体９上に形成される構造物は、ノズル８の出射口の投影領域では質量の大きな微粒子３による構造物形成が支配的であり、ノズル８の出射口の投影領域の周辺部分には質量の小さな微粒子３による構造物形成が支配的となる。質量の大きな微粒子３を抑制するため、従来技術において、ノズル８とエアロゾル生成室との間に分級器を設けた構成とし、特定の粒径以上の微粒子を堆積して除去する構成も提案されている。
【００５４】
図５は、従来の構造物作製方法における分級器の模式図である。図５において、１４は分級器、１２は遮蔽板である。分級器１４において、分級器１４の下方から入ったエアロゾル４は、遮蔽板１２に吹き付けられることにより、特定の粒径以上の微粒子３は遮蔽板１２に堆積することにより除去され、特定の粒径未満の微粒子３は分級器１４の上方から取り出されるようになる。このようにして得られる特定の粒径未満の微粒子３から構成されるエアロゾル４は、搬送管を介してノズル８へ搬送され吹き付けられることにより、特定の粒径以上の粒子からなる質量の大きな微粒子３を抑制し、構造物を作製することが試みられている。
【００５５】
しかしながら、従来技術で用いられている分級や破砕といった前処理により、構造物作製に適した粒径の微粒子のみで構成されたエアロゾルを生成することは容易ではない。これはエアロゾルデポジション法に用いられるエアロゾルが数マイクロメートル以下の非常に小さな微粒子により構成されることに起因する。数マイクロメートル以下の微粒子はその粒径が十分に小さいため、大きな衝撃力を付加することが困難であり、衝突により破砕することが困難である。また分級された粒径の小さな微粒子は、その質量が十分に小さいため静電気力や液架橋力の影響を強く受けやすく、分級あるいは破砕された微粒子同士が互いに付着しやすくなる。このため、分級あるいは破砕といった前処理により精度良く単一の粒径からなる微粒子の形成は困難である。そのため、特殊な処理を施した微粒子や特定の材質からなる微粒子を用いる場合を除き、通常のエアロゾルデポジション法に用いられるエアロゾルは、数マイクロメートル程度の幅の粒度分布を持った微粒子により構成される。
【００５６】
このような微粒子の粒度分布について図６を用いて説明する。図６は、従来の分級器を用いた構造物作製の状況における微粒子の粒度分布を示す模式図である。図６において、横軸に微粒子の粒径、縦軸に微粒子の粒子数を示している。図６中の実線ａは分級する前のエアロゾルを構成する微粒子の粒度分布を示しており、例えば０．２マイクロメートルといった粒径を平均粒径として、数マイクロメートルの幅の粒度分布をしている。
【００５７】
図６において、エアロゾルを構成する微粒子は、粒径に応じて３つの領域に分けることができ、図６の領域ＩＩは構造物作製に適した粒径を示しており、図６の領域Iはそれよりも粒径の小さな微粒子、領域ＩＩＩはそれよりも粒径の大きな微粒子の領域を示している。
【００５８】
領域Iの微粒子は、構造物作製に適した粒径よりも小さな微粒子であり、その質量が小さいため、ノズルにおいて加速されたことによる慣性力に対して、ノズルから出射された後の雰囲気による力が無視できない。したがって、領域Iの微粒子は、基体に衝突する際に、基体周辺の雰囲気沿って運動するようになり、破砕に必要な機械的衝撃力が得られなくなる。このため、領域Ｉの微粒子は、圧粉体として基体に付着し、構造物の作製を阻害するようになる。
【００５９】
領域ＩＩＩの微粒子は、構造物作製に適した粒径よりも大きな微粒子であり、その質量が大きいため、ノズルにおいて加速されたことによる慣性力が十分に大きいため、ノズルから直進性良く基体に吹き付けられる。したがって、領域ＩＩＩの微粒子は、基体に衝突する際に、基体のノズルの出射口の投影領域に吹き付けられる。領域ＩＩＩの微粒子は、その質量が大きいため、エアロゾルとして基体に吹き付けられる際に十分に加速されない。十分に加速されない特定の粒径以上の微粒子は、基体に衝突する際に破砕されず構造物を形成しないだけでなく、質量が大きいために、基体や構造物をエッチングする効果が強くなり、構造物作製を阻害する。このとき、領域ＩＩＩの微粒子は、粒径が大きく質量が十分に大きいため、基体に衝突した際に大きな機械的衝撃力を生じる。これにより、領域ＩＩＩの微粒子は、構造物をエッチングするようになり、構造物の作製を阻害するようになる。エアロゾルデポジション法において、このようなエッチング粒子は、エアロゾルを構成する微粒子のうち、微粒子の質量の平均値よりも大きな質量の微粒子により構成され、このエッチング粒子を完全に除去することは容易ではない。
【００６０】
従来技術では、分級や解砕といった前処理により、実線ａで示した特定の粒径以上の微粒子を含むエアロゾルの粒度分布を改善することが試みられている。しかしながらエアロゾルデポジション法に用いる微粒子は、その粒径が数マイクロメートル以下と小さいため、実際に精度良く粒度分布を制御することは容易ではない。
【００６１】
従来技術では、例えば図５で示した分級器を用いることにより分級が試みられるが、図６の実線ａで示される粒度分布の微粒子は、図６の破線ｂで示す粒度分布からなる微粒子へ分級される。従来技術では、エアロゾルを遮蔽板に吹き付けることにより、特定の粒径以上の微粒子を堆積し除去する構成であるため、特定の粒径以上の微粒子だけを除去することは困難である。したがって、領域ＩＩＩの特定の粒径以上の微粒子を遮蔽板に吹き付けることで完全に堆積除去しようとした場合、エアロゾルを遮蔽板に吹き付けた際に、特定の粒径以上の微粒子だけでなく、領域ＩＩの構造物形成に寄与する微粒子の一部も堆積除去される。したがって、領域ＩＩＩの微粒子を十分に除去した場合、領域ＩＩの構造物形成に寄与する微粒子についても、その生成効率が低下することにより、領域ＩＩの微粒子の量が減少するため、効率のよい構造物作製ができなくなる。
【００６２】
あるいは、領域ＩＩの微粒子の量を多くしようとした場合、領域ＩＩＩの特定の粒径以上の微粒子を完全には除去できなくなり、分級による特定の粒径以上の微粒子の除去効果は小さくなる。このため、分級により生成されたエアロゾルを加速し基体に吹き付けた場合、この特定の粒径以上の微粒子により、作製された構造物がエッチングされるため、効率のよい構造物作製ができなくなる。
【００６３】
あるいは、実線ａで示した微粒子のうち、領域ＩＩＩの微粒子を領域ＩＩの微粒子へ破砕することにより、構造物作製に寄与する微粒子の量を増やす試みもある。しかしながら、微粒子の粒径が数マイクロメートル以下と小さいため、領域ＩＩＩの微粒子を領域ＩＩへ精度良く破砕することは容易ではなく、特殊な処理を施した場合や微粒子が特定の材質である場合を除いては、領域ＩＩの微粒子だけを効率よく生成することは困難である。
【００６４】
いずれの場合についても、実線ａで示すようなエッチングの強い微粒子を多く含む微粒子を用いて、エッチングの強い微粒子を除去して構造物を作製する際には、前処理等の粒度分布を制御するための工程を、別途付加する必要がある。
【００６５】
また、分級により得られる微粒子は粒径が十分に小さいため、静電気力や液架橋力の影響を強く受け、容易に微粒子同士が付着する。領域ＩＩＩの微粒子が遮蔽板に吹き付けられ、その際の衝撃力により破砕され生成した領域ＩＩあるいは領域Iの粒径の小さな微粒子は、破砕の際に生じる新生面が非常に活性であるため、もともとの領域ＩＩの微粒子よりも容易に微粒同士が付着することとなる。このように、分級により得られるエアロゾルには、特定の粒径未満の微粒子だけでなく、複数の微粒子同士が付着して形成された大きな微粒子も含まれるようになる。分級の工程から吹き付けの工程までの間に、微粒子の搬送される距離が大きくなると、微粒子同士が付着する割合も高くなるため、より多くの粒径の大きな微粒子が生成されるようになる。したがって、図６の破線ｂで示された分級器において得られるエアロゾルについても、ノズルまで搬送され、ノズルの出射口から出射される際には、図６の一点鎖線ｃで示したような、領域ＩＩＩの微粒子が増加したエアロゾルとして出射されるようになる。
【００６６】
また、従来技術では、エアロゾルの流れと対面するように遮蔽板を設けて、遮蔽板にエアロゾルを吹き付けることにより、エアロゾルを構成する特定の粒径以上の微粒子を遮蔽板上に堆積させて除去し、特定の粒径未満の微粒子のみを分級する。このため、エアロゾルを分級する際には、エアロゾルを構成するすべての微粒子が一旦遮蔽板に吹き付けられるため、堆積除去する特定の粒径以上の微粒子だけでなく、構造物形成に有用な微粒子も遮蔽板に吹き付けられるようになる。これにより、構造物形成に有用な微粒子も、遮蔽板において速度が低下するようになるため、効率良く構造物を作製するには、分級により得られる微粒子で構成されたエアロゾルを、再度、加速手段などを用いて構造物作製に必要な速度に調整する必要がある。
【００６７】
構造物形成に有用な微粒子を、再度、加速手段などを用いて速度を調整する場合、上述した、領域ＩＩの微粒子の量を多くしようとすることにより堆積除去されなかった特定の粒径以上の微粒子や、複数の微粒子同士が付着して形成された大きな微粒子も、加速手段により加速される。このため、加速された大きな微粒子は基体に吹き付けられるようになり、エッチングが生じるようになる。
【００６８】
さらに、分級において構造物形成に有用な微粒子も遮蔽板に吹き付けるため、構造物形成に有用な微粒子が破砕することもある。これにより生成される構造物形成に有用な微粒子よりもさらに小さな微粒子は、質量が非常に小さいため、基体に吹き付けられる際、ガスの流れに沿った運動をするようになる。このため基体に衝突する際に、基体方向の速度が減少し、破砕に必要な機械的衝撃力が得られなくなる。したがって構造物形成に有用な微粒子よりもさらに小さな微粒子は、基体上に圧粉体として堆積し、緻密な構造物作製を阻害する。これにより、効率のよい構造物作製ができなくなる。
【００６９】
また、数マイクロメートル以下の微粒子を精度良く分級するには、エアロゾルの吹き付けによる運動エネルギーだけでは十分でない場合があり、精度良く分級するためには静電気力を利用した分級などが必要となる。この場合、さらに複雑な装置やエネルギーが必要となる。
【００７０】
以上のように、従来技術において、特定の粒径以上の微粒子を分級してから基体に吹き付ける構成では、効率のよい構造物作製ができなくなる。そこで本発明は、エアロゾルを構成する微粒子を吹き付ける速度について着目し、特定の粒径未満の微粒子に粒径を揃えるのではなく、エッチングを生じるエッチング粒子に対して速度変換することによりエッチングを抑制する。また、本発明は、速度変換手段をノズルと基体との間に設けることにより、エッチングを抑制されたエアロゾルは搬送されることなく基体に吹き付けられるため、搬送によるエッチング粒子が生成されることに対する対策も不要となる。このような構成とすることで、微粒子の粒径を精度良く揃えたり、再結合により生成する特定の粒径以上の粒子に対する対策を施したりすることなく、効率のよい構造物作製を実現できるようになる。
【００７１】
特定の粒径以上の微粒子によるエッチングの詳細について、図７および図８を用いて説明する。図７は、従来のノズルを用いた構造物作製状況を検証する構造物作製装置の模式図である。図７において、エッチング効果を明確にするため、従来のノズルを用いノズルと基体の間に遮蔽板を設けた構造物作製状況を示す模式図である。図７において、ノズル８は、搬送管６によりエアロゾル生成室と接続されており、搬送管６と反対の側にエアロゾル４の出射口を備えた構造である。さらに、ノズル８と基体９との間には、遮蔽板１２が備えられており、ノズル８の出射口から出射されるエアロゾル４の一部が基体９に到達するのを遮る構造となっている。図７では、ノズルから出射される微粒子の構造物作製状況について明確にするため、ノズル８と基体９との相対位置を固定して構造物を作製している。また、作製に用いた微粒子３は、構造物形成が容易でない材料として、平均粒径０．２マイクロメートルの酸化亜鉛微粒子を用いている。
【００７２】
遮蔽板１２は、ノズル８から出射されるエアロゾル４のうち、ノズル８の出射口から広がる微粒子３のうち、一方の側に広がる微粒子３を遮蔽するため、ノズル８の出射口を覆わない位置に配置している。これにより、基体９において、ノズル８の出射口の投影領域には、ノズル８から直進性良く吹き付けられる微粒子３による構造物作製の結果が得られる。同様に、基体９のノズル８の出射口の投影領域の遮蔽板１２のない側では、ノズル８から広がりながら吹き付けられる微粒子３による構造物作製の結果が得られ、遮蔽板１２を設けた側では、ノズル８から出射される微粒子３が直接吹き付けられない場合の構造物作製の結果が得られる。
【００７３】
図８は、図７に示す構成において作製された構造物の膜厚分布について示した模式図である。図８において、上側が遮蔽板を設けなかった側、下側が遮蔽板を設けた側の膜厚分布である。構造物１０は図８の点線で示したノズル８の出射口を中心とした楕円状の領域に分布しており、図８の構造物１０におけるＡ−Ａ’線上の膜厚分布を示した断面Ａにおいて、ノズル８の出射口の投影領域には構造物１０が形成されない。同様に、Ｂ−Ｂ’線上の膜厚分布を示した断面Ｂにおいても、ノズル８の出射口の投影領域にも構造物１０が形成されない。これはノズル８の出射口の投影領域は、質量の大きなエッチング粒子が吹き付けられる領域であり、そのエッチング粒子により構造物がエッチングされるため構造物が形成されない。つまりノズル８の出射口の投影領域では、微粒子により構造物１０が形成されるが、それよりも質量の大きなエッチング粒子によるエッチングが強いため、結果として構造物１０が形成されなくなっている。
【００７４】
また、図８では、遮蔽板を設けた下側には構造物１０が形成されない。図８において、ノズルの出射口の投影領域には、基体９に吹き付けられる微粒子のエッチング効果が強いため構造物１０が形成されない。これに対し、ノズルの出射口の上側に対応する領域では、ノズルの出射口から広がりながら微粒子が基体９に吹き付けられ、その微粒子のエッチング効果が強くないため構造物１０が形成される。またノズルの出射口の下側に対応する領域では、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子が、遮蔽板により遮蔽されるため構造物１０は形成されない。このようにして、エッチング効果の強いエッチング粒子は、ノズルからの直進性が良く、ノズルの出射口の投影領域に集中して吹き付けられ、構造物の形成を阻害する。また、ノズルの出射口の投影領域の周辺では、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子により構造物１０が作製される。
【００７５】
またノズルの出射口の遮蔽板を設けた側には膜が形成されない。これはエッチング効果の強い微粒子は、基体９に吹き付けられた際に破砕せず、構造物１０を形成しないためである。同様にして、ノズルの出射口の上側に対応する領域に形成される構造物１０についても、基体９に吹き付けられたエッチング効果の強い微粒子により形成されず、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子により形成される。このため、微粒子のエッチングを抑制して構造物を作製する場合、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子を効率よく利用することが重要となる。
【００７６】
以上のことから、効率のよい構造物作製のためには、ノズルの出射口の投影領域に吹き付けられるエッチング粒子によるエッチングを抑制するとともに、速度変換手段１１により速度変換されずにノズル出射口近傍に広がりながら吹き付けられる微粒子により構造物１０を形成することが好ましい。したがって、速度変換手段１１は、エッチング粒子が基体９に吹き付けられないように速度変換できれば良く、少なくともノズル８の出射口と同等の大きさの構造であれば良く、広がりながら吹き付けられるエッチング粒子の影響を抑制するためには、ノズル８の出射口よりも大きな構造であればよい。ただし、速度変換手段により、構造物形成に有用な微粒子も速度変換されるため、効率のよい構造物作製のためには、速度変換手段１１は少なくとも速度変換手段１１により速度変換されない微粒子が基体９に吹き付けられる形状であることが好ましく、ノズル８の出射口の投影領域の長辺側の少なくとも一方の領域には配置されない形状が好ましい。
【００７７】
ノズルの出射口から吹き付けられる微粒子は、図８の膜厚分布に示すように直進性のよいエッチング粒子と、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子に吹き付けられる。ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子は、構造物作製室５の圧力やノズルから出射されるエアロゾルの速度、あるいは微粒子の質量などによってその広がる範囲が変わる。効率のよい構造物作製のためには、速度変換手段１１により速度変換されずにノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子を効率よく利用することが重要である。しかしながら、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子は、ノズルの出射口から離れるのに応じて減少するため、速度変換手段１１はエッチング粒子の影響を抑制できる大きさを保持しつつ、できるだけ小さい方が好ましい。速度変換手段により速度変換されずにノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子は、速度変換手段とノズルとの間に設けられた空間を介して広がりながら吹き付けられる。したがって広がりながら吹き付けられる微粒子を増やすためには、速度変換手段とノズルとの距離を大きくすることが好ましく、その距離はノズルの出射口の最長辺の長さよりも大きいことが好ましい。速度変換手段とノズルとの距離をこのように設定することにより、ノズルの長辺端から出射され、速度変換手段の反対側の長辺端を介して広がる微粒子、つまりノズルから４５度の角度で広がる微粒子も基体に吹き付けられ構造物を形成するようになり、効率良く構造物が作製される。例えば、ノズルが短辺０．５ｍｍ、長辺１０ｍｍの出射口からなる構成の場合、速度変換手段の大きさを短辺０．６ｍｍ、長辺１０．１ｍｍとし、ノズルと速度変換手段との距離を１０ｍｍ以上と設定することにより、十分な量の広がりながら吹き付けられる微粒子を吹き付けられるようになる。このような位置に速度変換手段を設けた場合、十分な量の微粒子が広がりながら基体に吹き付けられるため、効率のよい構造物作製が実現できるようになる。
【００７８】
ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる微粒子は、図８の膜厚分布に示すようにノズルの出射口に近いほど多くなる。したがって、速度変換手段はできるだけ小さいほうが効率のよい構造物作製ができるようになる。しかしながらエッチング粒子によるエッチングは、ノズルの出射口の投影領域において急激に生じるため、速度変換手段は、少なくともノズルの出射口の投影領域に設けることが好ましい。
【００７９】
また構造物作製に有用な微粒子ほどではないが、微粒子として用いる材料によっては、エッチング粒子もノズルの出射口からわずかに広がりながら吹き付けられるため、速度変換手段をノズルの出射口と同じ大きさとした場合、速度変換されずに基体に吹き付けられるエッチング粒子が生じるようになる。この場合、広がりながら吹き付けられる微粒子により形成された構造物が、エッチング粒子によりエッチングされるようになり、効率のよい構造物作製が実現できなくなるため、エッチング粒子を完全に抑制するためには、速度変換手段の大きさは、ノズルの出射口の大きさよりも大きいことが好ましい。微粒子として用いる材料によって異なるが、広がりながら吹き付けられるエッチング粒子は、ノズルの出射口の投影領域から１ｍｍ以内の範囲に広がる。例えばエッチング粒子が０．１ｍｍ広がりながら吹き付けられる場合、ノズルが短辺０．５ｍｍ、長辺１０ｍｍに対して、速度変換手段はノズルの出射口よりも０．１ｍｍ大きい短辺０．７ｍｍ、長辺１０．２ｍｍであるとよい。
【００８０】
以上のように、図７および図８において、エッチング効果の強いエッチング粒子はノズルの出射口の投影領域に集中して吹き付けられ、ノズルの出射口の周辺には広がりながら吹き付けられる微粒子により構造物が形成されることがわかった。これにより、本発明は、ノズルから出射されたエアロゾルの内エッチング粒子に対して速度変換つまり速度を落とすことで、エッチング粒子のエッチングによる構造物作製阻害を抑制するとともに、ノズルの出射口から広がりながら吹き付けられる構造物形成に有用な微粒子により構造物を作製する。このような構成とすることで、簡単な構成によりエッチング粒子によるエッチングを抑制することができ、効率のよい構造物作製を実現できるようになる。また、本発明は、速度変換手段をノズルと基体との間に設けることにより、エッチングを抑制されたエアロゾルは搬送されることなく基体に吹き付けられるため、搬送によるエッチング粒子が生成されることに対する対策も不要となる。このような構成とすることで、微粒子の粒径を精度良く揃えたり、再結合により生成する特定の粒径以上の粒子に対する対策を施したりすることなく、効率のよい構造物作製を実現できるようになる。
【００８１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態１では、ノズル８の出射口と、ノズル８の出射口の投影領域に設けられた速度変換手段１１とが、直線的に配置された構成について説明したが、実施の形態２では、速度変換手段１１が曲線状の形状をしており、ノズル８の出射口よりも大きな領域に設けられた構成について説明する。図９は、本発明の実施の形態２の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図であり、速度変換手段１１が曲線状の形状をしている以外は実施の形態１と同様の構成である。
【００８２】
図９に示す模式図において、速度変換手段１１は曲線状の形状をしており、ノズル８から出射された微粒子３が衝突した際、速度変換手段１１の曲線部により衝撃力が緩和されやすいため、効率よく微粒子３を速度変換することができる。これは速度変換手段１１に設けられた曲線状の形状による効果であり、図示した形状の他にも、例えばスプリング状の構造を設けるなどにより、微粒子３が衝突した際の衝撃力を緩和しやすい構造であれば、同様の効果が得られる。
【００８３】
さらに速度変換手段１１が曲線状の形状をしているため、ノズル８の出射口の周辺が広く開いており、速度変換手段１１付近においてエアロゾルの通過する空間を確保することができ、速度変換手段１１によるエアロゾルの乱れを抑制することができる。これにより速度変換手段１１の周辺において均一な濃度のエアロゾルを形成しやすく、均一性のよい構造物を作製することができる。
【００８４】
また、図９に示す模式図において、速度変換手段１１は、ノズル８の出射口よりも大きな領域に設けられた構成であるため、ノズル８の出射口から広がりながら出射されるエッチング粒子についても速度変換することができる。図５で示した構造物の膜厚分布において、ノズルの出射口の投影領域にのみにエッチング粒子が吹き付けられているが、微粒子材料の材料固有の物性と構造物作製条件によっては、ノズルの出射口から広がりながら出射される。したがって、速度変換手段１１をノズル８の出射口よりも大きな領域に設けることで、エッチングの強い微粒子３を十分に速度変換することができる。ただし、速度変換手段を大きくすることにより、構造物形成に寄与する微粒子も速度変換されるため、微粒子材料の材料固有の物性と構造物作製条件に合わせて適宜選択することが好ましく、効率のよい構造物作製のためには、速度変換される微粒子が最小限となるように適宜選択することが好ましい。
【００８５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態１あるいは実施の形態２では、速度変換手段１１が、ノズル８の出射口の短辺側に接合して設けられた構成について説明したが、実施の形態３では、速度変換手段１１がノズル８の出射口の長辺側に接合して設けられた構成について説明する。図１０は、本発明の実施の形態３の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図であり、速度変換手段１１が、ノズル８の出射口の長辺側に接合して設けられた以外は実施の形態１あるいは実施の形態２と同様の構成である。
【００８６】
図９に示す模式図において、速度変換手段１１はノズル８の出射口の長辺側に接合して設けられた構成をしており、ノズル８の出射口の短辺側に設けた場合と比較して広い面積により速度変換手段を保持することができるため、長辺の片側のみで保持する構成をとることができる。したがって、速度変換手段１１は、ノズル８の出射口の投影領域に精度良く配置する必要がないため、容易な方法により、エッチング粒子を速度変換できるようになる。
【００８７】
また、速度変換手段１１を、長辺の片側のみで保持するため、構造物作製時にノズル８と基体９とを速度変換手段１１の長辺方向と垂直な方向に走査することにより、容易に均一性のよい構造物を安定して作製することができる。ただし、ノズル８と基体９とを、ノズル８の短辺方向と垂直に走査するような場合、速度変換手段１１の有無によるエアロゾル４の不均一分布が生じることがある。
【００８８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態３では、速度変換手段１１が、ノズル８の出射口が長辺側の一方に接合して固定された構成について説明したが、実施の形態４では、速度変換手段１１がノズル８の出射口の長辺側の両方に接合して固定された構成について説明する。図１１は、本発明の実施の形態４の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図であり、速度変換手段１１が、速度変換手段１１がノズル８の出射口の長辺側の両方に接合して固定された構成以外は実施の形態３と同様の構成である。
【００８９】
図１１に示す模式図において、速度変換手段１１はノズル８の出射口の長辺側の両方に接合して設けられた構成をしており、ノズル８の出射口の長辺側の一方に接合して固定された構成と比較して速度変換手段を保持しやすい。したがって、容易な方法により、エッチング粒子を速度変換できるようになる。
【００９０】
また、速度変換手段１１を、長辺の片側のみで保持するため、構造物作製時にノズル８と基体９とを速度変換手段１１の長辺方向と垂直な方向に走査することにより、容易に均一性のよい構造物を安定して作製することができる。ただし、ノズル８と基体９とを、ノズル８の短辺方向と垂直に走査するような場合、速度変換手段１１の有無によるエアロゾル４の不均一分布が生じることがある。
【００９１】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態１〜実施の形態４では、速度変換手段１１とノズル８の出射口とが平行に構成された場合について説明したが、実施の形態５では、速度変換手段１１とノズル８の出射口とが角度を持って配置された構成について説明する。図１２は、本発明の実施の形態５の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図であり、速度変換手段１１が、ノズル８の出射口に対して角度を持って配置された構成以外は実施の形態３と同様の構成である。
【００９２】
図１２に示す模式図において、速度変換手段１１はノズル８の出射口に対して角度を持っているため、速度変換手段１１に吹き付けられたエッチング粒子は基体９に対する速度を減速されるとともに、容易に基体９に吹き付けられるようになる。これにより、エッチング粒子は速度変換手段１１上に堆積しにくくなり、速度変換手段１１にエッチング粒子が堆積しないため、速度変換手段１１に堆積したエッチング粒子を除去するなどのメンテナンスが不要となる。
【００９３】
また、速度変換手段１１に吹き付けられた微粒子３のうち、構造物形成に有用な微粒子は、速度変換手段１１がノズル８の出射口に対して角度を持って配置されているため、速度変換手段１１に衝突した後に、速度変換手段１１とノズル８の出射口が平行に配置されている場合と比較して、より容易に基体９へ衝突するようになる。あるいは、速度変換手段１１において形成されるエアロゾルの流れによっては、エッチング速度変換手段１１に衝突することなく基体９に衝突することになる。これにより、より多くの構造物形成に有用な微粒子が基体９に衝突するため、より効率のよい構造物作製ができるようになる。
【００９４】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態１〜実施の形態５では、速度変換手段１１にエッチング粒子を衝突させて堆積あるいは減速し、エッチング粒子の速度変換することでエッチングを抑制する構成について説明したが、実施の形態６では、エッチング粒子を吸引する吸引管１３によりエッチング粒子を吸引し、速度変換する構成について説明する。図１３は、本発明の実施の形態６の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図であり、ノズル８と基体９との間に設けられた速度変換手段が吸引管１３により構成される以外は実施の形態３と同様の構成である。
【００９５】
図１３に示す模式図において、エッチング粒子は速度変換手段としての吸引管１３により吸引される。これにより、直進性が高くエッチング効果の高いエッチング粒子は基体９に衝突することなく吸引され速度変換できるようになり、エッチングによる構造物作製阻害を抑制することができるため、効率のよい構造物作製ができるようになる。吸引管１３により吸引されたエッチング粒子は、吸引管１３において速度変換され、例えば図１３に示した湾曲した吸引管１３では、主に吸引管１３の湾曲部においてエッチング微粒子は減速あるいは堆積されることにより速度変換される。
【００９６】
吸引管１３は、エッチング粒子を吸引できる構造であればよく、例えば、ノズル８の出射口の投影領域に設けた筒状の構造であり、これを真空ポンプなどにより構造物作製室よりも低い圧力とすることで、エッチング粒子が吸引されるようになる。あるいは、構造物作製室の圧力を保持するための真空ポンプの配管を吸引管１３として用いることもでき、このような構成とすることで、余計な構造を付加することなく、容易に効率のよい構造物作製ができるようになる。あるいは、吸引管１３による吸引力を十分に強くした場合、吸引管１３は、吸引管１３周辺の微粒子３も吸引できるようになるため、このような場合、吸引管１３は、ノズル８の出射口よりも小さくすることもできる。ただし、吸引管１３の吸引力が十分でない場合、エッチング粒子が基体９に吹き付けられるようになるため、特別な事情がない限り、吸引管１３は少なくともノズル８の出射口の投影領域に設けることが好ましい。
【００９７】
また、吸引管１３は、エッチング粒子だけでなく構造物形成に有用な微粒子も吸引するため、微粒子３を有効に利用するため、吸引した微粒子３を、再度エアロゾル４を構成する微粒子３として利用することもできる。例えば、吸引管１３の吸引するのとは反対側を搬送管につなぐことにより、吸引された微粒子３を再度エアロゾル４として搬送管に搬送することができる。これにより、吸引された微粒子３は搬送管６を介してノズル８へ搬送され、再度エアロゾル４としてノズル８から出射できるようになり、微粒子３の利用効率を向上させることができる。このとき、吸引管１３と搬送管とをつなぐ経路を適当な径で湾曲させることにより、直進性の高いエッチング粒子は湾曲した経路上に堆積するようになるため、搬送管６にはエッチング粒子の少ないエアロゾルとして搬送することができ、より効率的な構造物作製ができるようになる。
【００９８】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態１〜実施の形態４では、ノズル８の出射口の投影領域に設けた速度変換手段１１にエッチング粒子を衝突させて堆積あるいは減速し、エッチング粒子の速度変換することでエッチングを抑制する構成について説明したが、実施の形態７では、ノズル８の出射口の投影領域に設けられた速度変換手段１１において、ノズル８から出射されるエアロゾル４の流れとは異なる方向にガスを吹き付けることによりエッチング粒子の速度を変換する場合について説明する。図１４は、本発明の実施の形態７の構造物作製方法に基づいた構造物作製装置における微粒子の出射状況を表す模式図であり、速度変換手段１１は構造物作製室の圧力よりも高い圧力のガスに接続されている。これにより、速度変換手段１１から、ノズル８から出射されるエアロゾル４の流れに対向する方向にガスが吹き付けられことにより、エッチング粒子は速度変換される。
【００９９】
エッチング粒子は、速度変換手段１１により吹き付けられるガスによって速度変換され、ノズル８から広がりながら基体９に吹き付けられるようになり、エッチング粒子によるエッチングを抑制することができる。また、質量の十分に大きなエッチング粒子については、速度変換手段１１により吹き付けられるガスによって速度変換され、質量が十分大きいため、ノズル８の出射口の投影領域に設けられた速度変換手段１１に吹き付けられ、基体９へは吹き付けられなくなる。このようにして、エッチングの強い質量の十分に大きなエッチング粒子は基体９に吹き付けられないため、より効率的な構造物作製ができるようになる。
【０１００】
構造物形成に有用な微粒子は、その質量が小さいため、速度変換手段１１により吹き付けられるガスと、ノズル８から出射されるエアロゾルとによって形成されるエアロゾルの流れに沿って速度変換され、ノズル８から広がりながら基体９に吹き付けられるようになる。したがって、速度変換手段１１から吹き付けられるガスの流量を、例えば２ＬＰＭといった適当な圧力に調節することで、実施の形態１で示した速度変換手段１１にエアロゾルを吹き付けて速度変換する場合と比較して、基体９に吹き付けられる構造物形成に有用な微粒子の量を増やすことができ、より効率的な構造物作製ができるようになる。このため、速度変換手段１１により吹き付けられるガスの流量は、ノズル８により吹き付けられるエアロゾル４の流量よりも小さいことが好ましい。
【０１０１】
速度変換手段１１から吹き付けられるガスは、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、窒素等の不活性ガス、あるいは、酸素、乾燥空気等の反応性ガスから適宜選択して用いることができ、エアロゾル４を構成するガスと同一の種類のガスを用いることで、複数のガスを用意することなく簡単な構成により、効率的な構造物作製ができるようになる。あるいは、速度変換手段１１から吹き付けられるガスとして、例えば反応性ガスを選択することにより、構造物作製室５において、ガスと微粒子とを反応させながら膜状の構造物を形成することもできる。
【０１０２】
速度変換手段１１は、エッチング粒子にガスを吹き付けることができる構造であればよく、例えば、ノズル８の出射口の投影領域に設けた筒状の構造であり、これをガスボンベ等の高圧容器に収容されたガスを、必要に応じてレギュレータ等により適当な圧力に調整し、必要に応じてマスフローコントローラ等の流量計等を介して適当な流量に調整することで、エッチング粒子が速度変換されるようになる。あるいは、構造物作製室５の圧力を調整するためのガスに接続された、圧力調整用の配管を速度変換手段１１として用いることもでき、このような構成とすることで、余計な構造を付加することなく、容易に効率のよい構造物作製ができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の構造物作製方法は、微粒子とガスとを混合したエアロゾルを、高速で基体に吹き付けて微粒子材料からなる膜状の構造物を作製する構造物作製方法において、効率よく構造物を作製することができるため、安定した構造物作製方法、構造物作製装置および安定した構造物として利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１    ガス
２    エアロゾル生成室
３    微粒子
４    エアロゾル
５    構造物作製室
６    搬送管
７    真空ポンプ
８    ノズル
９    基体
１０    構造物
１１    速度変換手段
１２    遮蔽板
１３    吸引管
１４    分級器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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