(57)【要約】  【課題】  絶縁体及び電極を含む構造体を容易且つ簡便に作製できる成膜装置を提供する。  【解決手段】  構造物が形成される基板２０を保持するホルダ１２が配置された成膜室７と、街成膜室内を排気する排気ポンプ９と、容器に配置された原料の粉体をガスによって吹き上げることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成室３と、成膜室に配置され、生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズル１１と、化学気相成長法において用いられる成膜材料の前駆体である原料ガスを成膜室に導入する原料ガス生成室４及び搬送管５ｂと、基板又は該基板に形成された構造物表面の所定の領域において原料ガスを反応させるために、該領域を照射するようにレーザ光を発生するレーザ光発生部８とを含む。【選択図】  図１
2005264247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物が形成される基板を保持するホルダが配置された成膜室と、
前記成膜室内を排気する排気手段と、
容器に配置された原料の粉体をガスによって吹き上げることにより、エアロゾルを生成するエアロゾル生成手段と、
前記成膜室に配置され、前記エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを前記基板に向けて噴射するノズルと、
化学気相成長法において用いられる成膜材料の前駆体である原料ガスを前記成膜室に導入する手段と、
前記基板又は該基板に形成された構造物表面の所定の領域において前記原料ガスを反応させるために、該領域を照射するようにレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２】
前記ホルダの位置及び／又は傾きを変化させるホルダ駆動手段をさらに具備する請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ノズルから噴射されたエアロゾルが前記基板の所定の領域のみに吹き付けられるように、開口が形成されたエアロゾル遮蔽用マスクをさらに具備する、請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記レーザ光発生手段から発生するレーザ光の照射領域を移動するために、レーザ光の照射位置を変化させる手段をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項５】
容器に配置された絶縁材料の粉体をガスによって吹き上げることにより、エアロゾルを生成する工程（ａ）と、
成膜室に配置された基板に向けて、工程（ａ）において生成されたエアロゾルをノズルから噴射して絶縁材料の粉体を堆積させることにより、前記基板上の所定の領域に絶縁層を形成する工程（ｂ）と、
前記成膜室を排気することによって前記エアロゾルを除去すると共に、化学気相成長法において用いられる電極材料の前駆体である原料ガスを前記成膜室に導入し、前記絶縁層の上面及び／又は側面の所定の領域に光を照射することにより、電極を形成する工程（ｃ）と、
を具備する絶縁体及び電極を含む構造体の製造方法。
【請求項６】
前記成膜室を排気することによって前記原料ガスを除去すると共に、前記電極が形成された前記絶縁層に向けて、工程（ａ）において生成されたエアロゾルをノズルから噴射して絶縁材料の粉体を堆積させることにより、第２の絶縁層を形成する工程（ｄ）をさらに具備する請求項５記載の絶縁体及び電極を含む構造体の製造方法。
【請求項７】
絶縁材料の粉体をノズルから基板に向けて噴射して堆積させることによって形成された絶縁層と、
化学気相成長法において用いられる電極材料の前駆体である原料ガスの雰囲気中において、前記絶縁層の上面及び／又は側面の所定の領域に光を照射することによって形成された電極と、
を具備する絶縁体及び電極を含む構造体。
【請求項８】
前記電極が形成された面とは異なる前記絶縁層の第２の面に形成された第２の電極をさらに具備する請求項７記載の絶縁体及び電極を含む構造体。
【請求項９】
前記電極が形成された前記絶縁層に向けて、絶縁材料の粉体をノズルから噴射して堆積させることによって形成された第２の絶縁層と、
前記原料ガスの雰囲気中において、前記第２の絶縁層上の所定の領域に光を照射することによって形成された第３の電極と、
前記原料ガスの雰囲気中において、前記第１及び／又は第２の絶縁層の側面の所定の領域に光を照射することにより、前記第１電極と前記第３の電極とを電気的に接続するように形成された側面電極と、
を具備する請求項８記載の絶縁体及び電極を含む構造体。
【請求項１０】
前記第１又は第２の絶縁層の厚さが、５μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項７〜９のいずれか１項記載の絶縁体及び電極を含む構造体。
【請求項１１】
前記第１〜第３の電極と、前記側面電極との内の少なくとも１つが、０．０５重量％以上２重量％以下の炭素成分を含む、請求項７〜１０のいずれか１項記載の絶縁体及び電極を含む構造体。
【請求項１２】
前記絶縁層が圧電材料を含む、請求項７〜１１のいずれか１項記載の絶縁体及び電極を含む構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁体（誘電体）と電極とを含む構造体及びその製造方法、並びに、その製造方法を用いた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体（誘電体）の両端に電極が形成された構造体は、コンデンサ、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の様々な用途に利用されている。近年、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）関連の機器の開発に伴い、このような構造を有する素子の微細化及び集積化がますます進んでいる。
【０００３】
対向電極を有する素子の微細化においては、素子の面積を小さくすると電極間の容量が小さくなるので、素子の電気インピーダンスが上昇するという問題が生じている。例えば、圧電アクチュエータにおいて電気インピーダンスが上昇すると、圧電アクチュエータを駆動するための信号回路とのインピーダンスマッチングが取れなくなって電力が供給され難くなり、圧電アクチュエータとしての性能が落ちてしまう。或いは、圧電素子を用いた超音波トランスデューサにおいては、超音波の検出感度が落ちてしまう。そのため、素子を微細化しつつ電極間容量を大きくするために、複数の絶縁層と複数の電極層とを交互に積層することが行われている。即ち、積層された複数の層を並列に接続することにより、素子全体の電極間容量を大きくすることができる。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、予め焼成されたセラミックシートに、積層後に内部電極となる電極を形成した後、該電極が形成された複数枚のセラミックシートを、ガラスを用いて接着することにより、圧電体中に内部電極が配設された積層構造体を形成することが開示されている。また、特許文献２には、複数の柱状圧電体と、該複数の柱状圧電体の間に位置する誘電体部分と、該複数の柱状圧電体を横切るように、該複数の柱状圧電体の長手方向と交わる方向に伸びる少なくとも１つの内部導体とを有する複合圧電体が開示されている。このような構造とすることにより、微細でアスペクト比の高い複数の柱状圧電体を有し、電気的インピーダンスの小さい複合圧電体を、性能を低下させることなく安価に製造することができる。
【０００５】
上記の文献のいずれにおいても、圧電体はグリーンシートを用いて作製されている。しかしながら、グリーンシートを用いる場合には、薄いシートを張り合わせる際にシートが割れやすいというハンドリング上の問題があるので、積層構造体の各層を３０μｍ程度以下まで薄くすることは困難である。また、そのような積層構造体を分割して微細な素子を作製することはさらに困難である。加えて、グリーンシートにはバインダー等の不純物が含まれているので、十分な圧電性能を得ることができない等の問題がある。
【０００６】
ところで、近年、バインダーを混入させることなく圧電体層を形成するために、成膜技術を用いることが検討されている。例えば、スパッタ法や、物理気相成長法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）や、化学気相成長法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）に代表される薄膜形成方法はよく知られている。しかしながら、これらの方法では厚膜を形成することが困難であり、圧電体の各層が５μｍ以上になるような積層構造体を作製することはできない。
【０００７】
そのため、緻密且つ強固な厚膜を形成できる成膜方法として、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法、又は、ガスデポジション法と呼ばれる方法が注目されている。ＡＤ法又はガスデポジション法とは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）等の原料の超微粒子をノズルから基板に向けて噴射し、基板や先に形成された膜に衝突させることによって原料を堆積させる成膜方法である。
【０００８】
特許文献３には、そのようなガスデポジション法において、安定した膜質を提供するために、各工程における成膜条件を抽出して最適化することが開示されている。また、特許文献４には、そのような成膜法において、少なくとも上記超微粒子の流れが上記基板に衝突する以前においてこれら超微粒子や基板にイオン、原子、分子ビームや低温プラズマなどの高エネルギー原子、分子である高速の高エネルギービームを照射することにより、超微粒子や基板表面を溶融することなく活性化し、上記超微粒子と基板若しくは超微粒子相互の結合を促進させ、超微粒子の結晶性を保持したまま緻密で良好な膜物性と基板への良好な密着性を有する堆積物を形成する超微粒子成膜法が開示されている。
【０００９】
このように、ＡＤ法を用いることにより、圧電性能の良い圧電体膜を得ることができる。また、原料の超微粒子を基板に吹き付ける際にマスクを用いることにより、基板上に圧電体膜のパターンを形成することも可能である。しかしながら、圧電アクチュエータ等を作製する際には、ＡＤ法によって形成された圧電体膜を成膜室から一旦取り出し、別途電極を形成しなくてはならない。そのため、複数の圧電体膜と電極とが交互に積層された構造体を作製する場合には、プロセスが煩雑となってしまう。
【００１０】
特許文献５には、ガスデポジション法によって圧電体膜を形成するのに適した電極膜として、１種以上の材料からなり、膜厚が０．１５μｍより厚い積層構造電極が開示されている。しかしながら、この場合においても、電極膜を形成するためのスパッタリング装置と圧電体膜を形成するためのガスデポジション装置とを順次使う必要があるので、やはりプロセスが煩雑である。また、スパッタ法によって電極膜を形成するので、所望の領域に任意の電極パターンを形成することはできない。
【００１１】
ここで、任意の電極パターンを形成する場合には、フォトリソグラフィー技術を用いることが考えられる。しかしながら、その場合には、成膜面にレジストを形成するプロセスがさらに必要となり煩雑である。また、成膜面に５μｍ程度以上の段差がある場合にはレジストを均一に塗布することができないので、成膜面が均一でなかったり、下層に凹凸のあるパターンが形成されている場合には、フォトリソグラフィー技術を用いることは困難である。
【００１２】
さらに、特許文献６には、点欠陥に係る画素電極を正常な他の画素電極と電気的に接続させることにより点欠陥を矯正（リペア）したアレイ基板、及びその製造方法において、画素開口率を高く保つとともに、点欠陥のリペアを確実かつ容易に行い、また、画素電極同士を接続する配線電気抵抗を十分に小さくするために、点欠陥リペア用の回路を設けず、ＹＬＦレーザーの第３高調波を用いるレーザーＣＶＤにより、タングステン等からなるブリッジ配線を作成することが開示されている。この方法においては、レーザーＣＶＤ法により、リペアに用いられる電極が形成されているが、積層構造の内部電極としても用いることができるカバレッジ性の高い電極については提案されていない。
【特許文献１】特開平６−２９１３８１号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１８９３９５号公報（第５頁）
【特許文献３】特開２００１−１５２３６０号公報（第１頁、図１）
【特許文献４】特開２０００−２１２７６６号公報（第１頁、図１）
【特許文献５】特開２００１−１５６３５１号公報（第１頁、図１）
【特許文献６】特開２００２−２７８４７６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】
【００１３】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、絶縁体（誘電体）と電極とを含む構造体を、簡単なプロセスで容易に作製することを第１の目的とする。また、本発明は、そのような構造体の製造プロセスにおいて、凹凸のある表面や側面であっても、任意のパターンを容易に形成できる成膜方法を提供することを第２の目的とする。さらに、本発明は、そのような製造プロセス用いることにより、絶縁体と電極とを含む性能の良い構造体を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、構造物が形成される基板を保持するホルダが配置された成膜室と、該成膜室内を排気する排気手段と、容器に配置された原料の粉体をガスによって吹き上げることにより、エアロゾルを生成するエアロゾル生成手段と、成膜室に配置され、エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズルと、化学気相成長法において用いられる成膜材料の前駆体である原料ガスを成膜室に導入する手段と、基板又は該基板に形成された構造物表面の所定の領域において原料ガスを反応させるために、該領域を照射するようにレーザ光を発生するレーザ光発生手段とを具備する。
【００１５】
また、本発明に係る絶縁体及び電極を含む構造体の製造方法は、容器に配置された絶縁材料の粉体をガスによって吹き上げることにより、エアロゾルを生成する工程（ａ）と、成膜室に配置された基板に向けて、工程（ａ）において生成されたエアロゾルをノズルから噴射して絶縁材料の粉体を堆積させることにより、基板上の所定の領域に絶縁層を形成する工程（ｂ）と、成膜室を排気することによってエアロゾルを除去すると共に、化学気相成長法において用いられる電極材料の前駆体である原料ガスを成膜室に導入し、絶縁層の上面及び／又は側面の所定の領域に光を照射することにより、電極を形成する工程（ｃ）とを具備する。
【００１６】
さらに、本発明に係る絶縁体及び電極を含む構造体は、絶縁材料の粉体をノズルから基板に向けて噴射して堆積させることによって形成された絶縁層と、化学気相成長法において用いられる電極材料の前駆体である原料ガスの雰囲気中において、絶縁層の上面及び／又は側面の所定の領域に光を照射することによって形成された電極とを具備する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エアロゾルデポジション法による絶縁体の厚膜形成と、ＣＶＤ法による電極の薄膜形成とを、１つの成膜室において行うことができるので、異なる成膜装置を使い分ける手間を要することなく、絶縁体及び電極を含む構造体を容易に作製することができる。また、ＣＶＤ法を用いることにより、レジストを使用する必要がなくなるので、少ないプロセスで、凹凸のある表面や側面にも任意の膜パターンを形成することができる。さらに、エアロゾルデポジション法により、緻密且つ強固な絶縁体の厚膜を形成できると共に、ＣＶＤ法により、電極をカバレッジ性良く形成できるので、絶縁体及び電極を含む性能の良い構造体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
本実施形態に係る成膜装置は、エアロゾルデポジション法による成膜と、光ＣＶＤ法による成膜との両方を行うことができる装置である。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であり、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）とは、原料の粉体を含むエアロゾルを基板に向けて噴射し、その際の衝突エネルギーにより原料を下層に堆積させる成膜方法である。ＡＤ法によって形成された厚膜は、緻密且つ強固であると共に、バインダ等の不純物を含まない。そのため、ＡＤ法は、主に、絶縁体や誘電体を含む脆性材料の膜を形成する場合に用いられており、特に、圧電材料を含むセラミックスの厚膜を形成する場合に適している。また、ＡＤ法によって作製された圧電体は、良好な圧電性能を示すことが知られている。
【００１９】
一方、ＣＶＤ（chemical vapor deposition：化学気相成長）法とは、成膜材料を含む原料ガス（前駆体）の雰囲気中において、原料ガスに熱やプラズマや光によるエネルギーを与え、それによって生じた分解反応によって成膜材料を基板等に付着させる薄膜形成方法である。その内の光ＣＶＤ法とは、光励起エネルギーを用いるものであり、ラジカルのみの反応によって低温で成膜できるという特徴がある。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、エアロゾル用ガスボンベ１と、搬送管２ａ及び２ｂと、エアロゾル生成室３と、原料ガス生成室４と、搬送管５ａ及び５ｂと、バブリング用ガスボンベ６と、成膜室７と、レーザ光発生部８とを含んでいる。また、成膜室７には、排気ポンプ９と、レーザ光導入窓１０が設けられており、成膜室７の内部には、ノズル１１と、基板２０を保持する基板ホルダ１２と、可動マスク１３とが配置されている。
【００２１】
エアロゾル用ガスボンベ１〜エアロゾル生成室３においては、エアロゾルデポジション法において用いられるエアロゾルが生成される。
エアロゾル用ガスボンベ１には、キャリアガスとして使用される窒素（Ｎ２）が充填されている。また、エアロゾル用ガスボンベ１には、圧力調整部１ａが設けられており、これにより、キャリアガスの供給量が調節される。なお、キャリアガスとしては、この他に、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等を用いても良い。
【００２２】
エアロゾル生成室３は、原料の微小な粉体を配置する容器である。エアロゾル生成室３に、エアロゾル用ガスボンベ１から搬送管２ａを介してキャリアガスを導入し、原料の粉体を吹き上げることにより、エアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、搬送管２ｂを介してノズル１１に供給される。
【００２３】
バブリング用ガスボンベ４〜原料ガス生成室６においては、ＣＶＤ法において用いられる原料ガスが生成される。なお、ＣＶＤ法において用いられる原料については、後で説明する。
バブリング用ガスボンベ４には、液化された原料ガスをバブリングするために用いられるヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが配置されている。また、バブリング用ガスボンベ６には、マスフローコントローラ６ａが設けられている。マスフローコントローラ６ａによって原料ガス生成室６に供給されるガスの量を制御することにより、成膜室７に導入される原料ガスの流量が調節される。
【００２４】
原料ガス生成室６に液化された原料ガスを配置し、バブリング用ガスボンベ４から、搬送管５ａを介して、原料ガス生成室６にキャリアガスを導入することにより、液化原料ガスがバブリングされる。それによって生成された原料ガスは、搬送管５ｂを介して成膜室７に導入される。
【００２５】
なお、バブリング用ガスボンベ４〜原料ガス生成室６を複数系統設けても構わない。それにより、原料ガス生成室６を兼用することなく、原料の異なる複数種類の膜を形成することができる。その場合には、複数種類の原料ガスを、同時に又は別々に成膜室に導入しても構わない。原料ガスを生成する方法としては、バブリングの他にも溶液気化法等の公知の方法を用いることができる。
【００２６】
成膜室７においては、エアロゾルデポジション法による厚膜形成と、光ＣＶＤ法による薄膜形成とが行われる。成膜室７の内部は、排気ポンプ９によって排気されており、それにより、成膜室７内がクリーニングされると共に、それぞれの成膜に適した真空度に保たれる。
【００２７】
レーザ光発生部８は、ＣＶＤ法において用いられるレーザ光ＬＢを発生する。レーザ光発生部８は、出射されたレーザ光ＬＢがレーザ光導入窓１０を通って基板２０を照射するように配置されている。
本実施形態において用いられるレーザ光は、供給される原料ガスを分解できる程度のエネルギーを有していれば良く、或いは、原料ガスを熱分解できる程度に局部的に加熱できれば良い。前者の場合には、光エネルギーによる光ＣＶＤを行うことができ、後者の場合には、レーザ光が有する熱エネルギーによる熱ＣＶＤを行うことができる。具体的には、レーザ光発生部８として、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、アルゴンイオンレーザ、窒素レーザ、ＹＡＧレーザ等、様々なものを用いることができる。また、発振形態としては、パルス発振及び連続発振のいずれでも構わない。本実施形態においては、ＡｒＦエキシマレーザを用いている。さらに、集光レンズやコリメートレンズ等の光学系を用いることにより、レーザ光をスポットサイズに変換して対象領域を照射しても構わない。
【００２８】
また、レーザ光発生部８には、レーザ光駆動部８ａが設けられている。レーザ光駆動部８ａは、レーザ光ＬＢが基板２０上の所定の領域を走査するように、レーザ光ＬＢの照射位置を制御する。これは、例えば、レーザ光ＬＢの出射方向を制御することにより実現できる。それにより、基板２０上の所望の領域に薄膜を形成でき、微細なパターンを直接描画することも可能になる。
【００２９】
成膜室７に配置されているノズル１１は、エアロゾル生成室３から供給されたエアロゾルを、基板２０に向けて高速で噴射する。ノズル１１は、例えば、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍ程度の開口を有している。
【００３０】
基板ホルダ１２は、構造物が形成される基板２０を保持している。また、基板ホルダ１２には、ホルダ駆動部１２ａが設けられており、これによって基板ホルダ１２が平行移動したり、回転したり、傾けられる。基板ホルダ駆動部１２ａを制御することにより、基板２０とノズル１１との相対的な位置や、基板２０とレーザ光ＬＢとの相対的な位置や角度を３次元的に変化させることができる。
【００３１】
可動マスク１３は、成膜パターンを有する開口が形成されたマスクである。ＡＤ法において、マスクによってエアロゾルを遮蔽することにより、基板２０上に所望のパターンを形成することができる。また、可動マスク１３には、可動マスク駆動部１３ａが設けられており、これにより、基板２０と可動マスク１３との相対的な位置を３次元的に変化させることができる。
【００３２】
さらに、図１に示すように、ガスボンベ１４及び搬送管１５を成膜室７に設けても良い。これらのガスボンベ１４及び搬送管１５は、例えば、アルゴンガスのように原料ガスを希釈するためのガスや、水素ガスのように原料ガスと反応させるためのガスを導入する際に用いることができる。
【００３３】
次に、ＣＶＤ法において用いられる原料について説明する。
ＣＶＤ法においては、原料として、成膜材料を含む無機系の単体又は化合物や、有機金属又は金属錯体のガスが用いられる。そのため、電極膜を形成する場合には、蒸気圧の高い化合物が存在する金属を用いることが適切である。
【００３４】
原料ガスの種類としては、塩化物及びフッ化物を含む金属ハロゲン化物や、有機金属又は金属錯体を用いることが好ましい。また、腐食性や安全性の面からは、塩化物やフッ化物よりも、有機金属（ＭＯ：metal organic）ガスを用いることがより好ましい。なお、金属ハロゲン化物が用いられるＣＶＤは、水素還元反応により成膜するものであり、無機ＣＶＤと呼ばれている。また、有機金属又は金属錯体が用いられるＣＶＤは、それらを分解して金属を析出させることにより成膜するものであり、ＭＯＣＶＤと呼ばれている。また、ＣＶＤ法において用いることができる原料ガスの詳細については、真下正夫、吉田政次編、「薄膜工学ハンドブック」、株式会社講談社、１９９８年１０月２０日、ｐ．３９０−４００を参照されたい。
【００３５】
図１に示す成膜装置を用いて、圧電体及び電極を含む構造体を作製した。この構造体の作製工程について、図１〜図３を参照しながら説明する。
まず、図２の（ａ）に示すように、底面電極２１が形成された基板２０を用意して、図１に示す基板ホルダ１２にセットした。本実施形態においては、基板２０として、厚さ０．５ｍｍのマコール（登録商標）を用いたが、この他にも、シリコン（Ｓｉ）やガラスやセラミックス等を用いることができる。ここで、マコール（登録商標）とは、米国コーニング社製のマシナブルセラミックス（機械加工容易なセラミックス）である。また、底面電極２１は、基板２０の所定の領域に、例えば、厚さ約３００ｎｍの白金（Ｐｔ）を、スパッタ法又は真空蒸着法等を用いて成膜することにより作製した。なお、底面電極２１は、後の工程と同様に、図１に示す成膜装置において作製しても良い。
【００３６】
また、可動マスク１３を所定の位置に配置した。本実施形態においては、可動マスク１３として、５ｍｍ角の開口パターンが形成された厚さ０．０３ｍｍのＳＵＳ（特殊用途用ステンレス）を用いた。さらに、排気ポンプ９を用いて成膜室７内を所定の圧力（例えば、４０Ｐａ）まで減圧すると共に、成膜室７内及び基板２０を室温に保った。
【００３７】
次に、図２の（ｂ）に示すように、ＡＤ法を用いてＰＺＴ膜２２を形成した。即ち、図１に示すエアロゾル生成室３に、平均流径０．３μｍの酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）添加ＰＺＴの粉体（５２：４８）を配置し、エアロゾル用ガスボンベ１から、窒素ガスを約５ＳＬＭ（Ｌ／ｍｉｎ  ａｔ  ０℃，１０１．３ｋＰａ）で導入した。これにより、エアロゾル生成室３内において、ＰＺＴの粉体が吹き上げられ、エアロゾルが生成された。
【００３８】
このエアロゾルを、搬送管２ｂを介してノズル１１に供給し、基板２０に向けて噴射した。これにより、図１の（ｂ）に示すように、ＰＺＴの粉体が可動マスク１３の開口部に堆積し、底面電極２１の上層にＰＺＴ膜２２が形成された。なお、成膜の際には、成膜室７内の圧力は５０Ｐａ程度であった。
ＰＺＴ膜２２を約３０μｍ形成した後、成膜室７内を約０．１Ｐａまで真空引きすることにより、成膜室７に浮遊しているＰＺＴの粉体及び窒素ガスを除去した。
【００３９】
次に、図２の（ｃ）に示すように、チタン（Ｔｉ）膜２３ａ及び白金（Ｐｔ）膜２３ｂを含む２層電極２３を形成した。ここで、白金は、ＰＺＴとの反応性が低いので電極の材料として適しているが、ＰＺＴとの密着性が低い。そのため、高アスペクト比の領域における被覆性が優れ、ＰＺＴや白金との密着性が高いチタン膜を白金膜の下層に配置している。なお、白金膜の上面には、ＡＤ法によってＰＺＴ膜が強固に密着するので問題ない。この他に、ＰＺＴの電極に適した金属としては、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。また、本実施形態においては、原料ガスとして有機金属ガスを用いる光ＭＯＣＶＤを行った。
【００４０】
まず、チタン電極の原料となる液化イソプロキシチタン（Ｔｉ（ｉ−ＯＣ２Ｈ５）４）を、原料ガス生成室６に配置した。そして、液化イソプロキシチタンをバブリングすることにより、イソプロキシチタンガスを生成し、搬送管５ｂを介して成膜室７に導入した。さらに、希釈ガスとして、アルゴンガスを約１００ｃｃｍで別途導入し、成膜室７内を５００Ｐａ程度に保った。次に、レーザ光発生部８からエネルギー約５０ｍＪのレーザ光ＬＢを出射し、ＰＺＴ膜２２上を繰り返し周波数２０Ｈｚで走査した。その際に、ＰＺＴ膜２２の一方の端部（図の右側）に絶縁領域が残るようにレーザ光を走査した。これにより、約２０ｎｍのチタン膜２３ａが形成された。
【００４１】
次いで、成膜室７内を排気することにより、成膜室７内に導入されたイソプロキシチタンガス及び希釈ガスを除去した。また、白金（Ｐｔ）電極の原料となる液化（Ｃ３Ｈ５）（Ｃ２Ｈ５）Ｐｔを原料ガス生成室６に配置し、バブリングによって（Ｃ３Ｈ５）（Ｃ２Ｈ５）Ｐｔガスを成膜室７に導入した。さらに、希釈ガスとして、アルゴンガスを約１００ｃｃｍで別途導入し、成膜室７内を５００Ｐａ程度に保った。次に、レーザ光発生部８からレーザ光ＬＢを出射し、チタン膜２３ａの上面を繰り返し周波数２０Ｈｚで走査することにより、約２００ｎｍの白金膜２３ｂを形成した。その後で、成膜室７内を排気することにより、原料ガス及び希釈ガスを除去した。なお、白金膜２３ｂの厚さをこのように厚くしたのは、後で行われるＡＤ法において、上から吹き付けられた粉体が白金膜２３ｂに食い込んだ場合においても、導電層としての良好に機能できるようにするためである。
【００４２】
次に、図２の（ｄ）に示すように、可動マスク１３と基板２０との距離を離し、ＡＤ法によってＰＺＴ膜２４を形成した。続いて、図２の（ｅ）に示すように、光ＣＶＤ法によってチタン膜２５ａ及び白金膜２５ｂを含む２層電極２５を形成した。その際に、ＰＺＴ膜２４の他方の端部（図の左側）に絶縁領域が残るようにレーザ光を走査した。さらに、図３の（ｆ）に示すように、可動マスク１３を移動させ、ＡＤ法によってＰＺＴ膜２２を形成した。
【００４３】
このような図２の（ｃ）〜図３の（ｆ）に示す工程を繰り返すことにより、図３の（ｇ）に示す積層体を作製した。
さらに、図３の（ｈ）に示すように、成膜室７に電極の原料ガスを導入して積層体２１〜２５の側面にレーザ光を照射することにより、複数の電極２３を互いに電気的に接続する側面電極２６と、電極２１及び複数の電極２５を互いに電気的に接続する側面電極２７を形成した。その際には、レーザ光が積層体に対して、なるべく垂直に近い角度で入射するように、図１に示す基板ホルダ駆動部１２ａを制御した。これにより、カバレッジ性の良い側面電極２６及び２７を形成できた。
図３の（ｈ）示すような圧電体と電極とが交互に積層された構造体は、例えば、圧電アクチュエータとして用いることができる。
【００４４】
このようにして作製された構造体の組成を、２次イオン質量分析計（secondary ion-microprobe mass：ＳＩＭＳ）を用いて分析した。その結果、チタン膜は０．７重量％の炭素を、白金膜は０．４重量％の炭素をそれぞれ含んでいることが確認された。
ここで、光ＭＯＣＶＤ法によって形成された金属膜は、通常、微量の炭素（例えば、０．０５重量％以上）を含んでいる。そのため、金属膜の組成を調べることにより、その金属膜が、本実施形態におけるもののように、光ＭＯＣＶＤ法によって形成されたものであるか、或いは、スパッタ法等の他の方法によって形成されたものであるかを判別することが可能である。一方、そのような炭素等の不純物が多くなると（例えば、２重量％より多い場合）、電極としての性能が低下してしまうので適当ではない。しかしながら、上記の通り、本実施形態に係る成膜装置において形成された金属膜は、ごく少量しか不純物を含まないので、電極として良好な機能を発揮することができる。
【００４５】
ところで、ＡＤ法においては、原料の粉体を噴射して下層（基板や電極膜）に衝突させる際に、原料の粉体が下層に食い込む「アンカーリング」と呼ばれる現象が顕著に生じる。アンカーリングによって生じたアンカー層の深さは、下層の材質や粉体の速度によって異なるが、通常は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度となる。従って、基板や電極膜の界面を観察することにより、本実施形態におけるもののように、絶縁体（ＰＺＴ膜）がＡＤ法によって形成されたものであるか否かを判別することが可能である。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、１つの成膜装置において、ＡＤ法による成膜と光ＣＶＤ法による成膜との両方を行うことができるので、異なる種類の膜が交互に積層された積層構造体であっても、容易に、且つ、低コストで作製することができる。また、ＡＤ法を用いることにより、バルク材を用いる場合には困難な１ｍｍ以下の良質な圧電体を形成することができる。さらに、光ＣＶＤ法を用いることにより、レジストを用いることなく、所望の領域に薄膜を形成することができると共に、例えば、５μｍ以上の凹凸のある面や、アスペクト比が高い側面にも、カバレッジ性の良い薄膜を容易に形成することができる。従って、プロセス数を減らしつつ、絶縁体及び電極を含む品質の高い構造体を作製することが可能になる。
【００４７】
以上説明した本発明の一実施形態においては、複数のＰＺＴ膜と電極とを積層した後に側面電極を形成したが、図４に示すように、各ＰＺＴ膜３１の上に電極を形成する毎に側面電極３２を形成しても良い。このように、アスペクト比が小さいうちにＣＶＤ法による成膜を行うことにより、さらに容易且つ確実に側面を被膜することができる。
【００４８】
また、本実施形態において用いられているＣＶＤ法により成膜できる材料は金属に限られない。即ち、ＣＶＤ法を用いて、絶縁体や半導体の所望のパターンを形成しても良い。例えば、図２の（ｅ）に示す電極２３、２５を形成する替わりに、ＰＺＴ膜の上面全体に電極を形成し、各電極に絶縁領域を設ける替わりに、ＣＶＤ法を用いて電極の端面に絶縁膜を形成する。さらに、それらの絶縁膜を覆うように側面電極を形成することにより、図３の（ｈ）に示す構造体と回路的に等価の構造体を作製することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態においては、レーザ光の光エネルギーを利用した光ＣＶＤ法を行ったが、レーザ光の熱エネルギーを利用した熱ＣＶＤ法を行っても良い。この場合においても、レーザ光が照射された領域のみが加熱されるので、所望の膜パターンを形成することができる。
【００５０】
或いは、出射されるレーザ光の出力を調節することにより、先にＡＤ法によって形成され絶縁体に対して、アブレーションや、レーザアニ−ルを行っても良い。前者の場合には、例えば、ＰＺＴ膜に穴を開ける等、任意の位置の膜を切除することができる。また、後者の場合には、パルス光を照射することによってＰＺＴ膜を瞬間的に溶融及び結晶化させるため、基板や先に形成された電極の温度上昇を抑えることができる。いずれにしても、１つの成膜室内でそれらの加工を行うことができるので、手間や製造コストを省くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、コンデンサ、圧電アクチュエータ、圧電センサ、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のように、絶縁体及び電極を含む構造体において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す成膜装置において、絶縁体及び電極を含む構造体を作製する工程を説明するための図である。
【図３】図１に示す成膜装置において、絶縁体及び電極を含む構造体を作製する工程を説明するための図である。
【図４】絶縁体及び電極を含む構造体を作製する工程の別の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  エアロゾル用ガスボンベ
１ａ、６ａ  マスフローコントローラ
２ａ、２ｂ  ５ａ、５ｂ、１５  搬送管
３  エアロゾル生成室
４  原料ガス生成室
６  バブリング用ガスボンベ
７  成膜室
８  レーザ光発生部
９  排気ポンプ
１０  レーザ光導入窓
１１  ノズル
１２  基板ホルダ
１２ａ  基板ホルダ駆動部
１３  可動マスク
１３ａ  可動マスク駆動部
１４  ガスボンベ
２０  基板
２１、２３、２５  電極
２２、２４、３１  ＰＺＴ膜
２６、２７、３２  側面電極
【図１】
2005264247.tif 000003
【図２】
2005264247.tif 000004
【図３】
2005264247.tif 000005
【図４】
2005264247.tif 000006