(57)【要約】  【課題】  ＡＤ法によって形成されたセラミックス構造物において、熱応力によって基板が剥離したり、セラミックス厚膜又は基板が破損するのを防ぐ。  【解決手段】  このセラミックス構造物は、基板１０と、セラミックス粉体を基板に向けて噴射して堆積させることにより形成された第１の空隙率を有する中間層１１と、セラミックス粉体を中間層１１に向けて噴射して堆積させることにより形成された、第１の空隙率よりも低い第２の空隙率を有する厚膜層１２とを含む。【選択図】  図１
2005279953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉体を基板に向けて噴射して堆積させることにより形成された第１の空隙率を有するセラミックス層と、
セラミックス粉体を前記セラミックス層に向けて噴射して堆積させることにより形成された、第１の空隙率よりも低い第２の空隙率を有するセラミックス厚膜層と、
を具備するセラミックス構造物。
【請求項２】
前記セラミックス層と前記セラミックス厚膜層とが同じ組成を有する、請求項１記載のセラミックス構造物。
【請求項３】
前記第１の空隙率が２０％以上４０％以下であり、
前記第２の空隙率が５％以下である、
請求項１又は２記載のセラミックス構造物。
【請求項４】
前記セラミックス層が主面上に配置された基板をさらに具備する請求項１又は２記載のセラミックス構造物。
【請求項５】
前記第１の空隙率が１０％以上２０％以下であり、
前記第２の空隙率が５％以下である、
請求項４記載のセラミックス構造物。
【請求項６】
前記セラミックス層の空隙率が厚さ方向に連続的に変化する、請求項１〜５のいずれか１項記載のセラミックス構造物。
【請求項７】
前記セラミックス層における平均結晶粒径が、前記セラミックス厚膜層における平均結晶粒径よりも大きい、請求項１〜６のいずれか１項記載のセラミックス構造物。
【請求項８】
前記セラミックス層における平均結晶粒径が５００ｎｍ以下である、請求項７記載のセラミックス構造物。
【請求項９】
前記セラミックス層のビッカース硬度が、前記セラミックス厚膜層のビッカース硬度よりも小さい、請求項１〜８のいずれか１項記載のセラミックス構造物。
【請求項１０】
第１の平均粒子径を有するセラミックス粉体を含むエアロゾルを生成し、該エアロゾルを基板に吹き付けることにより、セラミックス層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の平均粒子径とは異なる第２の平均粒子径を有するセラミックス粉体を生成し、該エアロゾルを前記セラミックス層に吹き付けることにより、セラミックス厚膜層を形成する工程（ｂ）と、
を具備するセラミックス構造物の製造方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の平均粒子径を有するセラミックス粉体が同じ組成を有する、請求項１０記載のセラミックス構造物の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の平均粒子径が、前記第２の平均粒子径よりも小さい、請求項１０又は１１記載のセラミックス構造物の製造方法。
【請求項１３】
工程（ａ）又は（ｂ）の前に、互いに異なる粒子径分布の中心値を有する複数種類のセラミック粉体を所定の割合で混合することにより、前記第１又は第２の平均粒子径を有するセラミック粉体を作製する工程をさらに具備する請求項１０〜１２のいずれか１項記載のセラミックス構造物の製造方法。
【請求項１４】
工程（ａ）又は（ｂ）が、互いに異なる粒子径分布の中心値を有するセラミック粉体を含む複数種類のエアロゾルを生成し、該複数種類のエアロゾルを所定の割合で混合することを含む、請求項１０〜１２のいずれか１項記載のセラミックス構造物の製造方法。
【請求項１５】
前記セラミックス厚膜層が形成された基板を薬液に浸すことにより、前記基板を選択的に溶解する工程をさらに具備する請求項１０〜１４のいずれか１項記載のセラミックス構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミックス層及びセラミックス厚膜層が形成された基板を、前記セラミックス層及びセラミックス厚膜層が形成されたときの温度よりも高い温度で熱処理することにより、前記セラミックス厚膜層と前記基板とを前記セラミックス層において分離する工程をさらに具備する請求項１０〜１４のいずれか１項記載のセラミックス構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料の粉体を基板に噴射して堆積させる成膜技術を用いたセラミックス構造物の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro electrical mechanical system）の分野においては、圧電セラミックスを利用したセンサやアクチュエータ等をさらに集積化して実用に供するために、成膜によってそれらの素子を作製することが検討されている。その１つとして、厚膜形成技術として知られるエアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法が注目されている。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。
【０００３】
ＡＤ法とは、原料の粉体を含むエアロゾルを生成し、それをノズルから基板に向けて噴射することにより原料の粉体を堆積させる成膜方法であり、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。ＡＤ法においては、高速で噴射された原料の粉体が、基板や先に形成された堆積物等の下層に衝突して食い込むと共に、衝突の際に粉体が破砕して生成された破砕面が下層に付着するメカノケミカル反応によって成膜される。そのため、ＡＤ法を用いることにより、不純物を含まない、緻密で強固な厚膜を形成することができる。このようなＡＤ法は、セラミックスを含む脆性材料（硬脆材料）を作製する場合に適している。なお、原料の粉体が下層に食い込む現象は、アンカーリングと呼ばれている。また、セラミックスの１種であるＰＺＴをＡＤ法により基板上に形成した膜は、圧電アクチュエータ、圧電ポンプ、インクジェットプリンタヘッド、超音波トランスデューサとして応用されている。
【０００４】
しかしながら、ＡＤ法によって形成されたセラミックス等の膜（以下において、ＡＤ膜ともいう）は、基板と強固に密着しているため、次のような問題が生じている。第１に、ＡＤ膜と基板との熱膨張係数の違いにより、成膜後の冷却工程やポストアニール工程において基板が変形し、その一部がＡＤ膜から剥離したり、ＡＤ膜又は基板が破損してしまう。それを防ぐためには、ＡＤ膜の熱膨張係数に合わせて基板材料を選択しなければならず、それによって基板選定の自由度が低くなるため、製造コスト高の要因となる。第２に、ＡＤ膜から基板を剥離することが困難なので、形成されたＡＤ膜を、ＡＤ膜及び基板が一体となった複合構造物としてしか利用することができない。仮に、薬液エッチング等によって基板を剥離しようとすると、ＡＤ膜と基板との界面に集中した膜応力が開放され、その反動でＡＤ膜の裏面にクラックが発生し、歩留まりの悪化を招く。そのため、形成されたＡＤ膜を適用できる範囲が狭い。
【０００５】
ところで、特許文献１には、空隙率が５％〜４０％の蛍光体層を含む放射線検出装置を製造するために、噴射堆積法を用いる蛍光体層の製造方法が開示されている。しかしながら、この製造方法は、蛍光層の輝度を向上することを目的としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２１５２５６号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＡＤ法によって形成されたセラミックス構造物において、熱応力によって基板が剥離したり、セラミックス厚膜又は基板が破損するのを防ぐことを第１の目的とする。また、本発明は、ＡＤ法によって基板上に形成されたセラミックス構造物から、クラック等を発生させることなく基板を除去することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るセラミックス構造物は、セラミックス粉体を基板に向けて噴射して堆積させることにより形成された第１の空隙率を有するセラミックス層と、セラミックス粉体をセラミックス層に向けて噴射して堆積させることにより形成された、第１の空隙率よりも低い第２の空隙率を有するセラミックス厚膜層とを具備する。
【０００９】
また、本発明に係るセラミックス構造物の製造方法は、第１の平均粒子径を有するセラミックス粉体を含むエアロゾルを生成し、該エアロゾルを基板に吹き付けることにより、セラミックス層を形成する工程（ａ）と、第１の平均粒子径とは異なる第２の平均粒子径を有するセラミックス粉体を含むエアロゾルを生成し、該エアロゾルをセラミックス層に吹き付けることにより、セラミックス厚膜層を形成する工程（ｂ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、セラミックス厚膜層と基板との間に、セラミックス厚膜層よりも空隙率が高いセラミックス層を設けることにより、それらの間の応力を緩和することができる。従って、製造歩留まりが向上すると共に、セラミックス厚膜層と基板との間の熱膨張係数の違いに囚われることなく基板材料の選択の幅を広げることができるので、製造コストを低下させることが可能になる。また、本発明によれば、セラミックス厚膜層と基板との間に、セラミックス厚膜層よりもさらに空隙率が高いセラミックス層を設けることにより、クラック等を発生させることなくセラミックス厚膜層から基板を容易に剥離することができる。従って、ＡＤ法によって形成された緻密で強固なセラミックス構造物を単体で利用できるようになり、製品の設計自由度が増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、本願において、厚膜とは、１００μｍ〜数百μｍ程度の厚さの膜のことをいう。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るセラミックス構造物の構成を示す断面図である。このセラミックス構造物は、基板１０と、中間層１１と、厚膜層１２とを含んでいる。
【００１２】
基板１０は、中間層１１及び厚膜層１２の形成時からその後の製造プロセス又は製品にまで使用される基材である。本実施形態においては、基板１０としてＳＵＳ（特殊用途用鋼）を用いているが、この他にも、ガラスやセラミックス等の様々な材料を用いることができる。
【００１３】
中間層１１及び厚膜層１２は、共に同じ組成を有するセラミックス層である。それぞれの層においては、空隙率及び平均結晶粒径が互いに異なっており、その結果、それぞれの硬度も互いに異なっている。ここで、空隙率とは、セラミックス等の構造物の内部に存在する空隙部分の割合のことであり、空隙率（％）＝１００％−充填率（％）で表される。なお、充填率とは、セラミックス等の構造物全体の容積に対し、その構造物に含まれる粒子が実際に占める容積の割合のことである。
【００１４】
厚膜層１２は、例えば、１００μｍ程度の厚さを有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）厚膜である。また、厚膜層１２の空隙率は、例えば、５％以下である。ＰＺＴ厚膜は、例えば、その両端に電極を配置することにより、圧電アクチュエータ、圧電ポンプ、インクジェットプリンタのインクヘッド、超音波トランスデューサ等に用いられる。
【００１５】
一方、中間層１１は、例えば、１０μｍ程度の厚さを有するＰＺＴ薄膜である。中間層１１の空隙率は、厚膜層１２の空隙率と比較して高く、例えば、１０％〜２０％である。また、それに伴い、中間層１１の硬度は、厚膜層１２の硬度よりも小さくなっている。
【００１６】
このような中間層１１を厚膜層１２と基板１０との間に設けることにより、図１に示すセラミックス構造物に大きな温度変化が生じても、それらの間に生じる熱応力は中間層１１において吸収される。そのため、厚膜層１２の形成後の工程（例えば、成膜後の冷却工程やポストアニール工程）においても、厚膜層１２から基板１０が剥がれたり、いずれかが破損することが抑制される。従って、基板１０と厚膜層１２との間の熱膨張係数の違いに拘束されることなく、基板１０の材料を選択することができる。また、中間層１１及び厚膜層１２は同じ組成を有しているので、界面における拡散等の反応を懸念する必要はない。
【００１７】
次に、本実施形態に係るセラミックス構造物の製造方法について説明する。本実施形態のおいて、中間層１１及び厚膜層１２は、原料の粉体を含むエアロゾルを基板に吹き付けて堆積させるエアロゾルデポジション（ＡＤ）法によって形成されている。
【００１８】
図２は、ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、ガスボンベ１と、搬送管２ａ及び２ｂと、エアロゾル生成室３と、成膜室４と、排気ポンプ５と、ノズル６と、基板ホルダ７とを含んでいる。
ガスボンベ１には、キャリアガスとして使用される窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等が充填されている。このガスボンベ１には、キャリアガスの供給量を調節する圧力調整部１ａが設けられている。また、エアロゾル生成室３は、成膜材料である原料の微小な粉体を配置する容器である。ガスボンベ１から搬送管２ａを介して、エアロゾル生成室３にキャリアガスを導入することにより、そこに配置された原料の粉体が噴き上げられてエアロゾル１０１が生成される。生成されたエアロゾル１０１は、搬送管２ｂを介してノズル６に供給される。
【００１９】
成膜室４の内部は、排気ポンプ５によって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。また、成膜室４には、エアロゾル１０１を噴射するノズル６と、構造物が形成される基板１０を保持する基板ホルダ７とが配置されている。基板ホルダ７には、基板ホルダ７を３次元的に移動させる基板ホルダ駆動部７ａが設けられており、これにより、ノズル６と基板１０との相対位置及び相対速度が制御される。
【００２０】
図１に示すセラミックス構造物を製造する際には、まず、成膜室４に基板１０を配置すると共に、基板１０を所定の成膜温度（例えば、６００℃）に保つ。次に、エアロゾル生成室３に中間層１１の原料となるＰＺＴ粉体を配置してエアロゾル１０１を生成し、ノズルに供給する。これにより、ノズルから高速で噴射されたＰＺＴ粉体が基板に衝突して堆積し、中間層１１が形成される。次に、エアロゾル生成室３に厚膜層１２の原料となるＰＺＴ粉体を配置し、同様にして成膜を行うことにより、厚膜層１２を形成する。
【００２１】
次に、同じ組成を有する中間層１１及び厚膜層１２の空隙率を互いに変化させる方法及び原理について、詳しく説明する。
ＡＤ法においては、ノズルから噴射される粉体に関する様々な条件により、形成された膜の膜質や堆積率等に差異が生じることは知られている。例えば、エアロゾル生成容器に配置された原料の粉体（１次粒子）は、時間の経過と共に、静電気力、ファンデルワールス力、又は、水分の架橋効果等により凝集して２次凝集粒子を形成してしまう。このような２次凝集粒子が基板に衝突しても、２次凝集粒子が持つ運動エネルギーはそれ自身が解砕するために用いられてしまうので、破砕面を形成せず、従って、下層に付着しない。そのため、２次凝集粒子は、成膜に寄与することはできず、場合によっては、先に形成された堆積物をブラストしてしまう。また、噴射される粉体が１次粒子であっても、成膜に適した平均粒子径の範囲が存在することは、経験的に知られている。
【００２２】
そこで、本願発明者は、原料の粉体の平均粒子径に着目し、平均粒子径とＡＤ膜の膜質との関係について調べた。即ち、本願発明者は、ＰＺＴ粉体の平均粒子径を０．２μｍ〜０．３μｍの範囲で変化させながら、図２に示す成膜装置を用いてＡＤ膜を形成し、それぞれのＡＤ膜の表面を観察すると共に、硬度を測定した。その結果、原料の粉体の平均粒子径とＡＤ膜の膜質との間に、一定の関係があることが見出された。
【００２３】
まず、形成されたＡＤ膜の表面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察したところ、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が大きいほど（例えば、０．３μｍ）ＡＤ膜における平均結晶粒径は小さく、空隙率は低かった（例えば、５％以下）。反対に、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が小さいほど（例えば、０．２μｍ）ＡＤ膜における平均結晶粒径は大きく、空隙率は高かった（例えば、１０％以上）。
【００２４】
図３は、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径（μｍ）と、ＡＤ膜のビッカース硬度（Ｈｖ）との関係を表している。図３に示すように、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が大きいほど、形成されたＡＤ膜のビッカース硬度は大きく、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が小さいほど、形成されたＡＤ膜のビッカース硬度は小さい。なお、図３には、比較のために、一般的なＰＺＴバルク材のビッカース硬度が示されている。
【００２５】
これらの観察結果及び測定結果は、次のようなメカニズムによって生じたものと考えられる。即ち、粒子径の大きい１次粒子は、ノズルから噴射された際に有している運動エネルギーが大きいので、基板に衝突したときに破砕し易い。そのため、小さく破砕された１次粒子の断片がメカノケミカル反応によって互いに結合するので、緻密で強固なＡＤ膜が形成される。反対に、粒子径の小さい１次粒子は、運動エネルギーが小さいので、基板に衝突しても破砕し難い。そのような１次粒子は、基板に衝突しても下層にトラップ（捕獲）されて堆積するのみなので、空隙率が高く、比較的脆い膜となる。
従って、このようなメカニズムに基づいて、原料の粉体の平均粒子径を規定することにより、ＡＤ膜の平均結晶粒径や、空隙率や、硬度を制御することが可能になる。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、中間層１１及び厚膜層１２を形成する際に、互いに異なる平均粒子径を有するＰＺＴ粉体を使用している。即ち、厚膜層１２を形成する際には、例えば、平均粒子径が０．３μｍ〜０．４μｍ程度のＰＺＴ粉体を使用し、中間層１１を形成する際には、それよりも平均粒子径が小さい（例えば、０．１μｍ〜０．２μｍ程度）ＰＺＴ粉体を使用する。これにより、厚膜層１２と比較して、平均結晶粒径及び空隙率が大きく、硬度が小さい中間層１１を形成することができる。
【００２７】
所望の平均粒子径を有するＰＺＴ粉体を得るためには、１つの方法として、粒子径分布の中心値が異なる既成の２種類以上のＰＺＴ微粉を混合すれば良い。例えば、小さい方のＰＺＴ微粉として、粒子径分布の中心値が０．１μｍ〜０．５μｍのものを用い、大きい方のＰＺＴ微粉として、粒子径分布の中心値が０．２μｍ〜０．６μｍのものを用い、それらを所定の割合で混合する。より好ましくは、小さい方のＰＺＴ微粉として、粒子径分布の中心値が０．１μｍ〜０．２μｍのものを用い、大きい方のＰＺＴ微粉として、粒子径分布の中心値が０．３μｍ〜０．４μｍのものを用い、それらを所定の割合で混合する。
【００２８】
このようにして本実施形態に係るセラミックス構造物が製造されるが、さらに、そのようなセラミックス構造物を所定の温度でアニールしても良い。これにより、厚膜層１２に含まれるＰＺＴ結晶の粒径を大きくして圧電性能を向上させることができる。アニールすることにより、中間層１１及び厚膜層１２の平均結晶粒径は成膜直後の平均結晶粒径から変化するが、いずれの層においても５００ｎｍ以下となる。
【００２９】
以上説明した本発明の第１の実施形態においては、予め平均粒子径が調整された原料の粉体を用いてエアロゾルを生成した。しかしながら、複数種類のエアロゾルを混合することにより、所望の平均粒子径を有する粉体を含むエアロゾルを生成しても良い。そのためには、図４に示す成膜装置を用いれば良い。この成膜装置は、図１に示す成膜装置に加えて、さらに、ガスボンベ８及びキャリアガス生成室９を有している。その他の構成については、図１に示す成膜装置と同様である。
【００３０】
図４に示すように、エアロゾル生成室３及び９において、エアロゾル１０１及び１０２がそれぞれ生成される。それらのエアロゾル１０１及び１０２は、搬送管２ｂにおいて搬送中に混合される。その際に、ガスボンベ１及び８からそれぞれ供給されるキャリアガスの流量を制御することにより、エアロゾル１０１とエアロゾル１０２の混合割合を調節することができる。それにより、ノズル６から噴射されるエアロゾル１０３に含まれる原料の粉体の平均粒子径を調整することができる。
【００３１】
図１に示すセラミックス構造物を製造する際には、一方のエアロゾル生成室３に小さい方のＰＺＴ微粉（例えば、粒子径分布の中心値が０．１μｍ〜０．５μｍのもの）を配置し、他方のエアロゾル生成室９に大きい方のＰＺＴ微粉（例えば、粒子径分布の中心値が０．２μｍ〜０．６μｍのもの）を配置する。そして、エアロゾル１０１とエアロゾル１０２とが所定の割合で供給されるようにキャリアガスの供給量を調節しながら、中間層１１の成膜を行う。次に、エアロゾル１０１の供給を止め、エアロゾル１０２のみを用いて厚膜層１２の成膜を行う。
このような成膜装置を用いることにより、所望の平均粒子径を有する粉体を含むエアロゾルを容易に生成できると共に、異なる層の成膜を行う都度、エアロゾル生成室に配置する原料の粉体を入れ替える必要がなくなり、手間を省くことができる。
【００３２】
次に、本発明の第１の実施形態に係るセラミックス構造物の変形例について説明する。
図５は、本実施形態に係るセラミックス構造物の第１の変形例を示す断面図である。このセラミックス構造物は、ガラス基板２０と、下部電極２１と、中間層２２と、厚膜層２３と、上部電極２４とを含んでいる。下部電極２１は、例えば、３００ｎｍの白金（Ｐｔ）層である。白金は、ＰＺＴとの反応性が低く、また、ＡＤ法において原料の粉体がアンカーリングし易い適度な弾性を有している。中間層２２及び厚膜層２３は、図１に示す中間層１１及び厚膜層１２と同様に、互いに異なる空隙率を有するＰＺＴ層である。上部電極２４は、２０ｎｍ程度の酸化チタン（ＴｉＯ２）層２４ａと、２００ｎｍ程度の白金層２４ｂとを含む２層電極である。酸化チタン層２４ａは、厚膜層１２と白金層２４ａとを密着させるために設けられている。
【００３３】
この変形例に示すように、基板２０上に下部電極２１を予め形成しておくことにより、製造されたセラミックス構造物を、圧電アクチュエータ等のアプリケーションにそのまま適用することができる。その場合においても、中間層２２を設けておくことにより、基板２０と厚膜層２３との間の応力が緩和されるので、セラミックス構造物の性能を向上させることが可能になる。なお、上部電極２４の上に、さらに、複数のＰＺＴ厚膜と電極とを交互に積層することにより、積層コンデンサ構造を構成しても良い。
【００３４】
また、本実施形態に係るセラミックス構造物の第２の変形例として、空隙率が段階的に変化する複数の中間層を設けても良い。例えば、基板側から、空隙率が２０％、１５％、１０％と変化するように、３つの中間層を形成し、その上に厚膜層を形成する。基板の熱収縮係数と厚膜層の熱収縮係数の違いに応じて各中間層の空隙率を設定することにより、厚膜層との間の熱応力をより効率的に吸収できるようになるので、基板材料の選択の幅をさらに広げることが可能になる。
【００３５】
さらに、本実施形態に係るセラミックス構造物の第３の変形例として、空隙率が連続的に変化する中間層を設けても良い。図６は、本実施形態に係るセラミックス構造物の第３の変形例を示す断面図である。このセラミックス構造物は、基板３０と、中間層３１と、厚膜層３２とを含んでいる。
【００３６】
中間層３１において、例えば、基板３０側の空隙率は約２０％であり、厚膜層３２側の空隙率は約５％であり、その間の領域においては、空隙率が連続的に変化する。このように、中間層の空隙率を傾斜させて硬度を徐々に変化させることにより、基板３０と厚膜層３２との間に発生した熱応力を、さらに効率良く吸収することができる。
このような中間層３１を形成するためには、図４に示す成膜装置のエアロゾル生成室３及び９に、粒子径分布の中心値が互いに異なる原料の粉体をそれぞれ配置し、エアロゾル１０１及びエアロゾル１０２の供給割合を連続的に変化させながら成膜すれば良い。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に係るセラミックス構造物及びその製造方法について説明する。図７は、本実施形態に係るセラミックス構造物を示す断面図である。
図７に示すセラミックス構造物は、同じ組成を有する剥離犠牲層４１及び厚膜層４２を含んでいる。剥離犠牲層４１は、２０％〜４０％程度の空隙率を有しており、厚膜層４２は、５％程度の空隙率を有している。このセラミックス構造物は、一般的なバルク材と同様に、セラミックス材料として利用することができる。
【００３８】
図８は、本実施形態に係るセラミックス構造物の製造方法を説明するための図である。
まず、図１又は図４に示す成膜装置に基板４０を配置し、所定の成膜温度（例えば、６００℃）に保つ。本実施形態においては、基板４０の材料として、ＳＵＳが用いられている。次に、空隙率が２０％〜４０％程度となるように平均粒子径が調整されたＰＺＴ粉体を用い、ＡＤ法により基板４０の上に剥離犠牲層４１を成膜する。さらに、原料の粉体として、例えば、平均粒子径が０．３μｍのＰＺＴ粉体を用い、ＡＤ法により剥離犠牲層４１の上に厚膜層４２を成膜する。
【００３９】
次に、図８の（ｂ）に示すように、剥離犠牲層４１及び厚膜層４２が形成された基板を薬液エッチングすることにより、基板を選択的に除去する。エッチング液４３としては、例えば、ＳＵＳ基板を溶解する常温の第２塩化鉄溶液（ＦｅＣｌ3）が用いられる。これにより、図８の（ｃ）に示すように、基板４０が除去されたセラミックス構造物が得られる。
さらに、必要であれば、図８の（ｃ）に示すセラミックス構造物の下部を研磨することにより、図７に示すセラミックス構造物が得られる。また、その前又は後で、セラミックス構造物を所定の温度でアニールしても良い。
【００４０】
次に、本実施形態に係るセラミックス構造物の別の製造方法について説明する。図８において、剥離犠牲層４１及び厚膜層４２から基板４０を除去する際に、エッチング液を用いる替わりに、熱処理によって基板４０を剥離しても良い。即ち、図８の（ａ）に示す成膜後の構造物を、成膜温度よりも高温（例えば、７００℃程度）に加熱する。これにより、基板４０と厚膜層４２と界面に熱応力が発生し、最も硬度の小さい剥離犠牲層４１において破断が生じて基板４０が剥離される。さらに、破断面を研磨することにより、図７に示すセラミックス構造物が得られる。
このように、本実施形態によれば、厚膜層にクラック等を生じさせることなく、容易に基板を剥離することができる。
【００４１】
以上説明した第１及び第２の実施形態においては、セラミックスとしてＰＺＴを用いたが、本発明は、その他にも、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタンＴｉＯ2を含む酸化物セラミックスや、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の炭化物セラミックス、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等の窒化物セラミックス、ホウ化チタン（ＴｉＢ2）等のホウ化物セラミックスを含む非酸化物セラミックスのいずれのセラミックスに適用することができる。本発明をＰＺＴ以外のセラミックスに適用する場合には、ＡＤ法の原料として用いることができる粉体の平均粒子径の範囲や、平均粒子径と空隙率又は硬度との対応関係等は、ＰＺＴにおける場合と異なるものと考えられる。従って、使用する材料に応じて、それらの対応関係を予め測定しておくことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、積層コンデンサや圧電アクチュエータ等のセラミックス材料を用いた構造物において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセラミックス構造物を示す断面図である。
【図２】ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。
【図３】原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径と、ＡＤ膜のビッカース硬度との関係を表す図である。
【図４】ＡＤ法による別の成膜装置を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るセラミックス構造物の第１の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るセラミックス構造物の第３の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るセラミックス構造物を示す断面図である。
【図８】図７に示すセラミックス構造物の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、８  ガスボンベ
１ａ  圧力調整部
２ａ、２ｂ  搬送管
３、９  エアロゾル生成室
４  成膜室
５  排気ポンプ
６  ノズル
７  基板ホルダ
７ａ  基板ホルダ駆動部
１０、２０、３０、４０  基板
１１、２２、３１、４１  中間層
１２、２３、３２、４２  厚膜層
２１、２４  電極
４３  エッチング液
１０１〜１０３  エアロゾル
【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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