(57)【要約】【課題】本発明の目的は、気体堆積法により作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を計測することにより、目標とする静電容量値およびもしくは抵抗値、別の見方をすれば堆積高さを、より正確に計測できる構造物作製装置を提供することにある。【解決手段】微粒子をガス中に分散させたエアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する構造物作製装置において、エアロゾル発生器と、エアロゾル粒子を噴射するノズルと、作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する手段とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子をガス中に分散させたエアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する構造物作製装置において、エアロゾル発生器と、エアロゾル粒子を噴射するノズルと、作製される構造物と接触し、この構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する電極とを備えたことを特徴とする構造物作製装置。
【請求項２】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、微粒子の付着を防止する粉体付着防止機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の構造物作製装置。
【請求項３】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、２ヶ以上に分割して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物作製装置。
【請求項４】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極は、導電性ゴムであることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項５】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を、前記ノズルから噴射されるエアロゾル粒子が、作製される構造物に衝突しない状態で行うことを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項６】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を行なう際、前記ノズルからのエアロゾル粒子の噴射を中断することを特徴とする請求項５に記載の構造物作製装置。
【請求項７】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を行なう際、測定に使用する電極が待機位置から測定位置に移動することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項８】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記エアロゾル発生器に供給する微粒子の量を調整することを特徴とする請求項１乃至７何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項９】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルから噴射されるエアの量を調節することを特徴とする請求項１乃至７何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項１０】
前記測定した静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン速度を調節することを特徴とする請求項１乃至７何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項１１】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン回数を調節することを特徴とする請求項１乃至７何れか一項に記載の構造物作製装置。
【請求項１２】
前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、静電容量値およびもしくは抵抗値が所定の値になったとき構造物の作製を終了させることを特徴とする請求項１〜１１何れか一項に記載の構造物作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する気体堆積法を用いた構造物作製装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
気体堆積法とは、セラミック微粒子などの脆性材料微粒子を用いて様々な基板上に脆性材料構造物を作製させる方法として提案されているもので、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、基板材料に向けて噴射して、微粒子を基板材料表面に衝突させ、この衝突エネルギーにより微粒子材料を破砕、変形、再結合せしめ、焼成させることなく基板表面に脆性材料の構造物を作製させる方法であり、セラミックスなどの絶縁膜を作製するのに好適な手段である（例えば特許文献１）。
従来、気体堆積法によって作製される構造物の堆積高さを管理するひとつの手段として、特許文献２のように、粉体貯留部位に重量を測定するセンサを備え、セラミック構造物作製装置を動作させながら、セラミック微粒子貯留部位の重量変化を測定する。変化量を測定することによって、エアロゾル化し、運搬されたセラミック微粒子量を把握することが可能となる。この場合、粉体が基板へ衝突するまでのセラミック微粒子運搬経路に残留したセラミック微粒子量も含まれるため、基板に衝突する正確なセラミック微粒子量ではない。そこで、基板設置部に粉体収集器を備え、基板へ衝突する直前のセラミック微粒子を収集し、その重量を測定する。そうすることによって、基板に衝突するセラミック微粒子量を測定する手段や、ノズル先端と基板とを隔てた空間を測定部位にするように光電センサを備え、基板に衝突するセラミック微粒子の量を測定する手段が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３３４８１５４号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４８６５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、特許文献２に記載されており手段は、ノズルから噴出されるセラミック粒子の量を計測することにより、構造物の堆積高さを、間接的見積もる手段である。つまり、計測値に相当量の誤差が含まれてくる可能性が高い。
本発明は、気体堆積法により作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を計測することにより、目標とする静電容量値およびもしくは抵抗値、別の見方をすれば堆積高さを、より正確に計測できる構造物作製装置を提供することにある。
静電容量値と堆積高さとの関係は、構造物の静電容量値をＣ、構造物の堆積高さをｄ、電極の面積をＳ、構造物の比誘電率をε、真空の誘電率をε０とした場合、Ｃ＝ε・ε０・Ｓ／ｄの関係式が成り立つ。この式を変換すると、ｄ＝ε・ε０・Ｓ／Ｃとなり、真空の誘電率をε０と構造物の比誘電率εは既知の値であり、電極の面積Ｓを任意の値に決定し、本発明により構造物の静電容量値Ｃが測定できれば、構造物の堆積高さｄを簡単に求めることが出来る。
また、抵抗値と構造物の堆積高さとの関係は、構造物の抵抗値をＲ、構造物の堆積高さをｄ、電極の面積をＳ、構造物の堆積抵抗率をρとした場合、Ｒ＝ρ・ｄ／Ｓの関係式が成り立つ。この式を変換すると、ｄ＝Ｒ・Ｓ／ρとなり、構造物の堆積抵抗率ρは既知の値であり、電極の面積Ｓを任意の値に決定し、本発明により構造物の抵抗値Ｒが測定できれば、構造物の堆積高さｄを簡単に求めることが出来る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する構造物作製装置において、エアロゾル発生器と、エアロゾル粒子を噴射するノズルと、作製される構造物と接触し、この構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する電極とを備えたことを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する手段を備えたので、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を随時測定管理することが可能になる。
【０００６】
上記目的を達成するために請求項２は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、微粒子の付着を防止する粉体付着防止機構を備えたことを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、製膜に寄与しなかった微粒子が、静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極に付着して電極機能を低下させたりするのを防止することを可能になる。
【０００７】
上記目的を達成するために請求項３は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、２ヶ以上に分割して配置されていることを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値の全面での平均値だけでなく、任意の箇所におけるばらつきも評価することが可能になる。
【０００８】
上記目的を達成するために請求項４は、上記構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極は、導電性ゴムであることを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、構造物の表面を覆うような電極が必要になってくる。電極材料としては、金属板、金属泊、導電性樹脂などが考えられるが、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値の測定精度を向上させるためには、ある程度のうねりをもった構造物の表面に、馴染むように密着するものが好ましい。その代表として、シリコーンやゴムに、カーボンや銀などを分散させた、導電性ゴムが最も好適である。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項５は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を、前記ノズルから噴射されるエアロゾル粒子が、作製される構造物に衝突しない状態で行うことを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、製膜に寄与しなかった微粒子が、静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極に付着して電極機能を低下させたりするのを防止することを可能になる。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項６は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する際、前記ノズルからのエアロゾル粒子の噴射を中断することを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、製膜に寄与しなかった微粒子が、静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極に付着して電極機能を低下させたりするのを防止することを可能になる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項７は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する際、測定に使用する電極が待機位置から測定位置に移動することを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、通常構造物作製時は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が構造物作製の邪魔にならない待機位置に位置しており、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定時に、測定位置である構造物近傍に移動することを意味する。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項８は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記エアロゾル発生器に供給する微粒子の量を調整することによって構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項９は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルから噴射されるエアの量を調節することによって構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項１０は、前記測定した静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン速度を調節することによって、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【００１５】
上記目的を達成するために請求項１１は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン回数を調節することによって構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【００１６】
上記目的を達成するために請求項１２は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、静電容量値およびもしくは抵抗値が所定の値になったとき、構造物の作製を終了させることを特徴とする請求項に記載の構造物作製装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を、図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明にかかる、作製される構造物の静電容量値を測定する手段と、測定した静電容量値をフィードバックし、構造物の静電容量値、別の見方をすれば堆積高さを調整するための制御系を備えた気体堆積法を用いた構造物作製装置の全体概略図である。ガスボンベ８は、搬送管を介してアルミナセラミック微粒子が入ったエアロゾル発生器７に連結され、さらに搬送管を通じて真空チャンバー１内には、エアロゾル粒子６を噴射するノズル５が設置されている。ＸＹステージ３によりＸＹに制動できる基板ホルダ１１には、金属アルミニウムの平板上の基板１２が取り付けられている。真空チャンバー１は真空ポンプ２に接続している。
【００１８】
また、真空チャンバー１内には、基板１２上に作製される構造物１３の静電容量値を測定するために、導電性ゴム１４を構造物１３の表面に密着させる機構部１６と、導電性ゴム１４に粉体が付着するのを防止するために、粉体付着防止シャッター１５が配置されている。静電容量値の測定は、金属アルミニウムの平板状基板１２と導電性ゴム１４のそれぞれにＬＣＲメーター９を接続して行う。
【００１９】
実際に静電容量値を測定するフローを、図２から図４に基づいて説明する。
図２は、ノズル５から噴射されるエアロゾル粒子６が基板１２に衝突し、構造物３の作製を行っている状態を示したもので、この時点では、導電性ゴム１４を構造物１３の表面に密着させる機構部１６は、構造物３の作製の邪魔にならない待機位置にあり、導電性ゴム１４に粉体が付着するのを防止するために、粉体付着防止シャッター１５は、導電性ゴム１４の表面を覆っている。
【００２０】
図３は、ノズル５から噴射されるエアロゾル粒子６が基板１２から離れた位置にあり、構造物１３の作製は行われていない状態を示したもので、この時点で、導電性ゴム１４に粉体が付着するのを防止するための粉体付着防止シャッター１５が、図の上方向、すなわち矢印の方向に移動する。
【００２１】
図４は、ノズル５から噴射されるエアロゾル粒子６が基板１２から離れた位置にあり、構造物３の作製は行われておらず、かつ導電性ゴム１４に粉体が付着するのを防止するための粉体付着防止シャッター１５が、図の上方向、すなわち矢印の方向に移動した状態を示したもので、この時点で、導電性ゴム１４を構造物１３の表面に密着させる機構部１６は、導電性ゴム１４を構造物３の表面に密着させる。つまり、測定状態に位置し、静電容量値を測定する。
【００２２】
次に、この静電容量値の測定結果をメイン制御装置１０へフィードバックして構造物１３の堆積高さを目標値に制御する例について説明する。
構造物の作製開始から所定時間経過し、上述のようにノズル５から噴出されるエアロゾル粒子６が構造物１３へ衝突しない状態で静電容量が測定されると、メイン制御装置１０は測定された静電容量値と目標とする静電容量値とを比較し測定した結果が目標値と一致（略一致）すると、その時点で構造物１３の作製は完了と判断する。
【００２３】
一方、目標とする静電容量値との差が大きいとエアロゾル発生器７の駆動部（図示せず）の駆動量を大きくすることによってノズル５から噴出されるエアロゾル濃度を高くし、単位時間辺りの堆積高さを増やすようにし、目標とする静電容量値との差が小さいとエアロゾル濃度が低くなるように制御させて堆積高さが目標をオーバーすることを防ぎ、エアロゾル粒子６が構造物１３へ衝突する状態へ戻して構造物の作製を再開する。
【００２４】
その再開から所定時間経過すると再びエアロゾル粒子６が構造物１３へ衝突しない状態で静電容量が測定され、メイン制御装置１０は測定された静電容量値と目標とする静電容量値とを比較し、目標値となるまで繰り返される。
なお、構造物１３にノズル５から噴出されるエアロゾル粒子６が衝突しないようにするためには、上述したようにＸＹステージ３を駆動して構造物１３を移動することに代えて、ガスボンベ８からエアロゾル発生器７へのガス搬送を停止することも可能である。
【００２５】
また、エアロゾル発生器７の駆動部の駆動量を大きくすることによってノズル５から噴出されるエアロゾル濃度を変更することに変えて、ガスボンベ８から搬送されるガス量を変えることによってエアロゾル発生器７で発生するエアロゾル濃度を変更することや、ＸＹステージ３動作速度やその移動回数をかえることによって構造物の堆積高さを制御するようにしてもよいものであり、これらエアロゾル濃度の変更やＸＹステージ３の動作変更を行なわずに構造物１３の作製完了のみを判断するようにしてもよいものである。
【００２６】
図５は、導電性ゴム１４を、格子状に配列した実施例であり、図６は、導電性ゴム１４のＡ視図、すなわち平面図である。図のように導電性ゴム１４を格子状に配列し、ＬＣＲメーターを個々の導電性ゴムに、切り替えながら静電容量値の測定を行うことにより、構造物１３の静電容量値の面内分布、すなわちばらつきが評価できる。
【００２７】
静電容量値を測定した結果は、図１に示すメイン制御装置１０に電気信号として送られ、ガスボンベ８や、エアロゾル発生器７、ＸＹステージコントローラー４の制御を行う。
【００２８】
また、抵抗値の測定および制御は、静電容量値の測定および制御と同様にして行うことが出来る。
【００２９】
【発明の実施例】
本実施の形態に基づきアルミニウム基材１２上に作製したアルミナセラミックス構造物１３の静電容量値と表面粗さ計で測定した構造物１３の堆積高さ、すなわち膜厚との関係を図７に示す。通常、構造物１３の静電容量値の測定には、電極として銀ペーストを用いるのが一般的なので、比較データとして追加した。電極面積はφ４ｍｍ。膜厚の制御は、ノズルのスキャン回数で行った。
本実施例においては、銀ペーストとしてデュポン社製４８１７Ｎを、導電性ゴムとして鬼怒川ゴム社製Ｓ５１を、表面粗さ計としてＤＥＫＴＡＫ社製３０３０を、ＬＣＲメーターとしてヒューレットパッカード社製４１９４Ａを使用した。
【００３０】
図７からわかるように、銀ペーストを電極として使用した場合と比較して、導電性ゴム１４を電極として使用すると、約６８％の値になった。これは、導電性ゴム１４の表面近傍に分散している導電物であるカーボンの分散状態に起因するもと考えられる。図８に示すように、導電性ゴム１４で測定した静電容量値を０．６８で割って補正してやると、銀ペーストで測定した静電容量値とほぼ同じ結果になることがわかる。
【００３１】
図９は、表面粗さ計で測定した膜厚と、測定した静電容量値から計算した膜厚との関係を示したもので、銀ペーストを電極として測定した静電容量値から計算した膜厚は、表面粗さ計で測定した膜厚と一対一の比例関係になることがわかる。
【００３２】
図１０は、図８と同様に、導電性ゴム１４で測定した静電容量値を０．６８で割って補正した後に膜厚を計算した結果を示したもので、導電性ゴム１４を電極として使用した結果が、銀ペーストを電極として使用した結果とほぼ同じ結果になることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、気体堆積法により作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を計測することが出来るので、目標とする静電容量値およびもしくは抵抗値、別の見方をすれば堆積高さを、より正確に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる構造物作製装置の全体概略図
【図２】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その１
【図３】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その２
【図４】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その３
【図５】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その４
【図６】本発明にかかる導電性ゴム電極の平面図
【図７】本発明にかかる実施例の結果その１
【図８】本発明にかかる実施例の結果その２
【図９】本発明にかかる実施例の結果その３
【図１０】本発明にかかる実施例の結果その４
【符号の説明】
１…真空チャンバー
２…真空ポンプ
３…ＸＹステージ
４…ＸＹステージコントローラー
５…ノズル
６…エアロゾル粒子
７…エアロゾル発生器
８…ガスボンベ
９…ＬＣＲメーター
１０…メイン制御装置
１１…基板ホルダ
１２…基板
１３…構造物
１４…導電性ゴム
１５…粉体付着防止シャッター
１６…機構部
【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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