(57)【要約】  【課題】  複数種類の組成を含む膜パターンを効率良く形成することができる成膜装置及び成膜方法を提供する。  【解決手段】  成膜チャンバ３と、基板ステージ１１と、排気ポンプ８と、原料の粉体を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１ａ及び１ｂと、エアロゾル生成室１ａ及び１ｂにおいてそれぞれ生成されたエアロゾルを基板に向けて噴射する噴射ノズル１２ａ及び１２ｂと、噴射ノズル１２ａ及び１２ｂからそれぞれ噴射されたエアロゾルに向けて気体を噴射するサイドノズル１３ａ及び１３ｂと、サイドノズル１３ａ及び１３ｂに気体をそれぞれ供給するコンプレッサ４ａ及び４ｂと、形成される膜のパターンに応じて、基板ステージの位置と、サイドノズル１３ａ及び１３ｂにおける気体の噴射又は吸引のオン／オフ、及び／又は、噴射又は吸引される気体の流速とを制御する制御部７とを含む。【選択図】  図１
2005324135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜装置であって、
成膜室と、
前記成膜室に配置され、構造物が形成される基板を保持する可動ステージと、
前記成膜室内の気体を外部へ排出する排気手段と、
第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第１のエアロゾル生成手段と、
第２の容器に収納された第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第２のエアロゾル生成手段と、
前記成膜室に配置され、前記第１の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第１の噴射ノズルと、
前記成膜室に配置され、前記第２の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第２の噴射ノズルと、
前記第１の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第１のサイドノズルと、
前記第１のサイドノズルに気体を供給し、又は、前記第１のサイドノズルから気体を吸引する第１のポンプと、
前記第２の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第２のサイドノズルと、
前記第２のサイドノズルに気体を供給し、又は、前記第２のサイドノズルから気体を吸引する第２のポンプと、
オペレータの操作に従って、前記第１及び第２のサイドノズルにおける気体の噴射又は吸引のオン／オフ、及び／又は、噴射又は吸引される気体の流速を制御する制御手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２】
原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜装置であって、
成膜室と、
前記成膜室に配置され、構造物が形成される基板を保持する可動ステージと、
前記成膜室内の気体を外部へ排出する排気手段と、
第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第１のエアロゾル生成手段と、
第２の容器に収納された第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第２のエアロゾル生成手段と、
前記成膜室に配置され、前記第１の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第１の噴射ノズルと、
前記成膜室に配置され、前記第２の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第２の噴射ノズルと、
前記第１の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第１のサイドノズルと、
前記第１のサイドノズルに気体を供給し、又は、前記第１のサイドノズルから気体を吸引する第１のポンプと、
前記第２の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第２のサイドノズルと、
前記第２のサイドノズルに気体を供給し、又は、前記第２のサイドノズルから気体を吸引する第２のポンプと、
形成される膜のパターンに応じて、前記可動ステージの位置と、前記第１及び第２のサイドノズルにおける気体の噴射又は吸引のオン／オフ、及び／又は、噴射又は吸引される気体の流速とを制御する制御手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項３】
原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜方法であって、
第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ａ）と、
第２の容器に収納され、前記第１の原料と組成が異なる第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ｂ）と、
工程（ａ）において生成されたエアロゾルを噴射ノズルから基板に向けて噴射すると共に、工程（ｂ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引してエアロゾルを擾乱させることにより、前記第１の原料を基板に堆積させる工程（ｃ）と、
工程（ｂ）において生成されたエアロゾルを噴射ノズルから基板に向けて噴射すると共に、工程（ａ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引してエアロゾルを擾乱させることにより、前記第２の原料を基板に堆積させる工程（ｄ）と、
を具備する成膜方法。
【請求項４】
原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜方法であって、
第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ａ）と、
第２の容器に収納され、前記第１の原料と組成が異なる第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ｂ）と、
工程（ａ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引することにより、所定の噴射圧力を有する第１のエアロゾルビームを形成する工程（ｃ）と、
工程（ｂ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引することにより、所定の噴射圧力を有する第２のエアロゾルビームを形成する工程（ｄ）と、
工程（ｃ）において形成された第１のエアロゾルビームと、工程（ｄ）において形成された第２のエアロゾルビームとを基板上の同一領域に向けて同時に噴射することにより、前記第１の原料及び前記第２の原料を所望の比率で基板に堆積させる工程（ｅ）と、
を具備する成膜方法。
【請求項５】
工程（ｅ）が、前記第１のエアロゾルビームの噴射圧力と、前記第２のエアロゾルビームの噴射圧力とを変化させながら前記第１及び第２のエアロゾルビームを前記基板に吹き付けることを含む、請求項４記載の成膜方法。
【請求項６】
工程（ｅ）が、基板における成膜位置に応じて、前記第１のエアロゾルビームの噴射圧力と、前記第２のエアロゾルビームの噴射圧力とを変化させることを含む、請求項５記載の成膜方法。
【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向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro electrical mechanical system）の分野では、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、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、セラミックスや金属等の成膜技術として知られるエアロゾルデポジション法が注目されている。エアロゾルデポジション（aerosol deposition）法（以下、ＡＤ法ともいう）とは、原料の粉体（成膜粉）を含むエアロゾルを生成し、それをノズルから噴射して基板に吹き付けることにより成膜する方法である。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をいう。なお、ＡＤ法は、噴射堆積法、又は、ガスデポジション法とも呼ばれている。
【０００３】
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破砕し、その際に生じた破砕面が下層に付着する。このような成膜メカニズムは、メカノケミカル反応と呼ばれており、この反応により、不純物を含まない、緻密で強固な膜を形成することが可能になる。そのため、このような特殊な成膜メカニズムを活かした新たな材料開発や、様々なアプリケーションへの適用が期待されている。
【０００４】
ところで、ＡＤ法を用いて基板上に所望の成膜パターンを形成するためには、例えば、高分子系のレジストやくり抜きマスクを用いることが考えられる。即ち、パターン作製面にレジスト等を配置して成膜を行い、その後で、レジスト等の除去を含む後処理を行う。しかしながら、このような方法は、プロセス数が多くなるので煩雑であると共に、基板や下層が平坦でない面や立体形状の表面には、フォトリソグラフィによるマスク形成はできない。
【０００５】
また、マスクを使用せずにＡＤ法による成膜を行うために、メカニカルな機構を用いて成膜粉を遮蔽することが提案されている。即ち、エアロゾルを噴射するノズル付近にメカニカルなチョッパーを設け、成膜が不要な部分においては噴射された成膜粉をシャッティングする。例えば、特許文献１には、微粒子を含むエアロゾルをノズルから基材に向けて噴射させて衝突させ、該基材表面に微粒子の構成材料からなる構造物を形成させる複合構造物形成方法において、エアロゾルを遮断する遮断手段と、該遮断手段を移動せしめる移動手段とを設け、噴射されたエアロゾルが基材上の構造物を形成させない位置に衝突するように上記ノズル若しくは基材が移動したときには、上記エアロゾルを遮断する位置に遮断手段が移動されるように制御される複合構造物形成方法が開示されている。しかしながら、高速で噴射される成膜粉をメカニカルに制御するためには、粉塵環境下においても故障し難く、且つ、成膜粉の衝突に耐え得る頑強な機構のシャッターを用いる必要があり、そのような機構を有するシャッターを高速制御するのは困難であるため、精細な膜パターンを形成することはできないおそれがある。
【０００６】
或いは、エアロゾルの噴射ノズルへの供給を制御することにより、成膜が不要な部分においてはノズルから成膜粉が噴射されないようにすることも考えられる。しかしながら、特許文献２に開示されているように、エアロゾルの噴射を再開した直後には、エアロゾルの濃度や流速が不安定であり、そのような状態で成膜粉を基板に吹き付けると、不均一な堆積物や、脆弱な構造物が形成されてしまう。また、エアロゾルの気流条件が整うまでには、時間を要してしまう。
【特許文献１】特開２００３−１１７４５０号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１１９５７５号公報（第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、従来のＡＤ法においては、同時に１種類の原料しか使用することができない。そのため、組成の異なる複数種類の膜を含むパターンを形成するためには、原料の種類を変更しつつ、一連の成膜工程を複数回繰り返さなくてはならない。しかしながら、先にも述べたように、原料を交換する際に、ノズルからのエアロゾル噴射を停止させてしまうと、それを再開したときに、再び成膜が可能な状態になるまで時間を要するので効率が悪い。そのため、形成される膜に組成のバリエーションを持たせることは困難である。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＡＤ法により、複数種類の組成を含む膜パターンを効率良く形成することができる成膜装置及び成膜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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る成膜装置は、原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜装置であって、成膜室と、該成膜室に配置され、構造物が形成される基板を保持する可動ステージと、成膜室内の気体を外部へ排出する排気手段と、第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第１のエアロゾル生成手段と、第２の容器に収納された第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第２のエアロゾル生成手段と、成膜室に配置され、第１の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第１の噴射ノズルと、成膜室に配置され、第２の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第２の噴射ノズルと、第１の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第１のサイドノズルと、該第１のサイドノズルに気体を供給し、又は、第１のサイドノズルから気体を吸引する第１のポンプと、第２の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第２のサイドノズルと、該第２のサイドノズルに気体を供給し、又は、第２のサイドノズルから気体を吸引する第２のポンプと、オペレータの操作に従って、第１及び第２のサイドノズルにおける気体の噴射又は吸引のオン／オフ、及び／又は、噴射又は吸引される気体の流速を制御する制御手段とを具備する。
【０００９】
また、本発明の第２の観点に係る成膜装置は、原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜装置であって、成膜室と、該成膜室に配置され、構造物が形成される基板を保持する可動ステージと、成膜室内の気体を外部へ排出する排気手段と、第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第１のエアロゾル生成手段と、第２の容器に収納された第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する第２のエアロゾル生成手段と、成膜室に配置され、第１の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第１の噴射ノズルと、成膜室に配置され、第２の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第２の噴射ノズルと、第１の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第１のサイドノズルと、該第１のサイドノズルに気体を供給し、又は、第１のサイドノズルから気体を吸引する第１のポンプと、第２の噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引する第２のサイドノズルと、該第２のサイドノズルに気体を供給し、又は、第２のサイドノズルから気体を吸引する第２のポンプと、形成される膜のパターンに応じて、可動ステージの位置と、第１及び第２のサイドノズルにおける気体の噴射又は吸引のオン／オフ、及び／又は、噴射又は吸引される気体の流速とを制御する制御手段とを具備する。
【００１０】
本発明の第１の観点に係る成膜方法は、原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜方法であって、第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ａ）と、第２の容器に収納され、第１の原料と組成が異なる第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ｂ）と、工程（ａ）において生成されたエアロゾルを噴射ノズルから基板に向けて噴射すると共に、工程（ｂ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引してエアロゾルを擾乱させることにより、第１の原料を基板に堆積させる工程（ｃ）と、工程（ｂ）において生成されたエアロゾルを噴射ノズルから基板に向けて噴射すると共に、工程（ａ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引してエアロゾルを擾乱させることにより、第２の原料を基板に堆積させる工程（ｄ）とを具備する。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る成膜方法は、原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜方法であって、第１の容器に収納された第１の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ａ）と、第２の容器に収納され、第１の原料と組成が異なる第２の原料の粉体を含むエアロゾルを生成する工程（ｂ）と、工程（ａ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引することにより、所定の噴射圧力を有する第１のエアロゾルビームを形成する工程（ｃ）と、工程（ｂ）において生成され、噴射ノズルから噴射されたエアロゾルに対して気体を噴射又は吸引することにより、所定の噴射圧力を有する第２のエアロゾルビームを形成する工程（ｄ）と、工程（ｃ）において形成された第１のエアロゾルビームと、工程（ｄ）において形成された第２のエアロゾルビームとを基板上の同一領域に向けて同時に噴射することにより、第１の原料及び第２の原料を所望の比率で基板に堆積させる工程（ｅ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１のエアロゾルビーム及び／又は第２のエアロゾルビームに気体を噴射又は吸引することによって成膜条件を崩すので、成膜のオン／オフや、それらの中間状態を高速に切り換えることができる。従って、組成の異なる複数種類の膜を含むパターンを効率良く形成することができる。また、第１及び第２のエアロゾルビームの噴射圧力を調節しつつ、それらのエアロゾルビームを同一領域に同時に吹き付けることにより、組成の異なる複数種類の材料が所望の割合で混合された膜を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
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、原料の粉体を含むエアロゾルを基板に吹き付けることによって原料を堆積させるエアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法を用いた成膜装置である。
【００１４】
図１に示す成膜装置は、第１のエアロゾル生成室１ａ及び第２のエアロゾル生成室１ｂと、成膜チャンバ（成膜室）３と、第１のコンプレッサ（圧縮ポンプ）４ａ及び第２のコンプレッサ４ｂと、第１の制御弁５ａ及び第２の制御弁５ｂと、制御部７とを含んでいる。
エアロゾル生成室１ａ及び１ｂは、原料の微小な粉体（成膜粉）が配置される容器である。エアロゾル生成室１ａ及び１ｂには、ガスボンベ等の圧空ラインがそれぞれ接続されており、そこから窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等のキャリアガスが導入される。それにより、エアロゾル生成室１ａ及び１ｂにおいて、成膜粉が吹き上げられてエアロゾルが生成される。エアロゾル生成室１ａにおいて生成されたエアロゾルは、エアロゾル搬送ライン２ａを通って成膜チャンバ３に導入され、エアロゾル生成室１ｂにおいて生成されたエアロゾルは、エアロゾル搬送ライン２ｂを通って成膜チャンバ３に導入される。
【００１５】
成膜チャンバ３には、基板１０が配置される基板ステージ１１と、第１の噴射ノズル１２ａ及び第２の噴射ノズル１２ｂと、第１のサイドノズル（補助ノズル）１３ａ及び第２のサイドノズル１３ｂとが配置されている。噴射ノズル１２ａ及び１２ｂ、並びに、サイドノズル１３ａ及び１３ｂは、ノズルガイド１４によって保持されている。また、成膜チャンバ３の内部は、排気ポンプ８により、所定の真空度に維持されている。
基板ステージ１１は、基板１０を保持すると共に、制御部７の制御の下で３次元的に移動する可動ステージである。
【００１６】
噴射ノズル１２ａは、エアロゾル搬送ライン２ａを介して供給されたエアロゾルを基板１０に向けて噴射することにより、エアロゾルビームを形成する。また、噴射ノズル１２ｂはエアロゾル搬送ライン２ｂを介して供給されたエアロゾルを基板１０に向けて噴射することにより、エアロゾルビームを形成する。噴射ノズル１２ａ及び１２ｂの開口の向きは、それらのノズルから噴射されたエアロゾルビームが、基板１０の成膜面において重なるように調節されている。以下において、２つの噴射ノズル１２ａ及び１２ｂからそれぞれ噴射されたエアロゾルビームが重なる領域のことを、エアロゾルビームの照射ポイントという。
【００１７】
サイドノズル１３ａは、噴射ノズル１２ａの開口付近に配置されており、噴射ノズル１２ａから噴射されたエアロゾルビームに向け、気体、例えば、エアを吹き付ける。また、噴射ノズル１３ｂは、噴射ノズル１２ｂの開口付近に配置されており、噴射ノズル１２ｂから噴射されたエアロゾルビームに向けてエアを吹き付ける。
【００１８】
ここで、本実施形態において、エアロゾルビームにエアを吹き付ける理由について説明する。図２は、噴射ノズル１２ａ〜ノズルガイド１４をＸ方向から見た側面図である。
ＡＤ法による成膜を行うためには、成膜粉の種類、エアロゾルを噴射する際の圧力（成膜粉噴射圧力）、基板の硬さ等の基板条件、成膜温度の４つの条件がバランス良く満たされている必要がある。これらの条件の内の１つでも欠けてしまうと、形成された膜の性能が変化してしまったり、成膜速度が低下したり、或いは、成膜そのものがされなくなってしまう。そこで、成膜が不要な領域や成膜を控えたい領域においては、エアロゾルビームにエアを吹き付けることにより、エアロゾルの気流を擾乱させる。それにより、上記の４つの条件の内、成膜粉噴射圧力に関する条件が崩れるので、基板上に成膜粉が堆積できなくなったり、或いは、堆積可能な成膜粉の割合が減少する。反対に、エアの吹き付けを停止したり、エアの噴出量又は噴出速度を減らすことにより、成膜条件に適合する元の成膜粉噴射圧力が速やかに回復するので、成膜粉の堆積が再開され、或いは、堆積可能な成膜粉の割合が増加する。
【００１９】
サイドノズル１３ａ及び１３ｂから噴射されるエアの方向は、エアロゾルビームの進行方向に対して方向余弦を有する方向であることが望ましい。即ち、図２の（ａ）に示すように、エアロゾルビームの進行方向に対して、エアが負の速度成分を有している場合や、図２の（ｂ）に示すように、エアロゾルビームの進行方向に対して、エアが正の速度成分を有している場合には、エアロゾルビームが有する基板方向への速度成分を変化させることができるので、上記の成膜粉噴射圧力に関する条件を効果的に崩すことができる。
【００２０】
再び、図１を参照すると、コンプレッサ４ａは、エア供給ライン５ａを介してサイドノズル１３ａにエアを圧送する。エア供給ライン５ａには、制御部７の制御の下で動作する制御弁６ａが設けられており、これにより、サイドノズル１３ａへのエアの供給が調節される。同様に、コンプレッサ４ｂは、制御弁６ｂが設けられたエア供給ライン５ｂを介してサイドノズル１３ｂにエアを圧送する。
制御部７は、形成する膜パターンに応じて、基板ステージ１１と噴射ノズル１２ａ及び１２ｂとの相対的位置を制御すると共に、制御弁６ａ及び６ｂの開閉を制御する。
【００２１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法について、図１、図３及び図４を参照しながら説明する。図３に示すように、本実施形態においては、互いに異なる組成を有する材料Ａと材料Ｂとが基板１０上に配置された膜パターン（成膜領域２１〜２４）を形成する。
まず、成膜チャンバ３の基板ステージ１１に、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、又は、セラミックス等の材料によって形成された基板１０を配置し、所定の温度に保つと共に、排気ポンプ８を用いて、成膜チャンバ３の内部を所定の真空度まで排気する。次に、材料Ａの成膜粉をエアロゾル生成室１ａに配置し、キャリアガスを導入することによりエアロゾルを生成する。同様に、材料Ｂの成膜粉をエアロゾル生成室１ｂに配置し、キャリアガスを導入することによりエアロゾルを生成する。
【００２２】
次に、制御弁６ａ及び６ｂを開いてサイドノズル１３ａ及び１３ｂからエアを噴出させると共に、エアロゾル生成室１ａ及び１ｂにおいて生成されたエアロゾルを噴射ノズル１２ａ及び１２ｂにそれぞれ導入して噴射させる。それにより、図４の（ａ）に示すように、噴射ノズル１２ａから噴射されたエアロゾルビーム２０ａと、噴射ノズル１２ｂから噴射されたエアロゾルビーム２０ｂとは、サイドノズル１３ａ及び１３ｂから噴出するエアによってそれぞれ擾乱される。
【００２３】
次に、図３に示す成膜領域２１にエアロゾルビームの照射ポイントが重なるように基板ステージ１１を移動させ、制御弁６ａを閉じる。それにより、図４の（ｂ）に示すように、サイドノズル１３ａからのエア噴出が停止し、エアロゾルビーム２０ａの噴射圧力が速やかに回復する。その結果、エアロゾルビーム２０ａのみが基板１０に吹き付けられ、エアロゾルビーム２０ａに含まれる材料Ａの成膜粉が基板１０上に堆積する。さらに、エアロゾルビーム２０ａによって図３に示す成膜領域２１を走査することにより、原料Ａの組成を有する膜が形成される。
【００２４】
次に、制御弁６ａを開き、制御弁６ｂを閉じる。それにより、図４の（ｃ）に示すように、サイドノズル１３ａからエアが噴出してエアロゾルビーム２０ａが擾乱されると共に、サイドノズル１３ｂからのエア噴出が停止し、エアロゾルビーム２０ｂの噴射圧力が速やかに回復する。その結果、エアロゾルビーム２０ｂのみが基板１０に吹き付けられ、エアロゾルビーム２０ｂに含まれる材料Ｂの成膜粉が基板１０上に堆積する。さらに、エアロゾルビーム２０ｂによって図３に示す成膜領域２２を走査することにより、材料Ｂの組成を有する膜が形成される。
【００２５】
次に、制御弁６ａ及び６ｂの開閉を切り換え、図４の（ｂ）に示すように、エアロゾルビーム２０ａにより材料Ａの組成を有する膜を成膜領域２３（図３）に形成する。さらに、制御弁６ａ及び６ｂの開閉を切り換え、図４の（ｃ）に示すように、エアロゾルビーム２０ｂにより材料Ｂの組成を有する膜を成膜領域２４（図３）に形成する。このようにして、材料Ａと材料Ｂとが交互に配置された膜パターンを形成することができる。なお、膜パターンにおいて、材料Ａ及びＢのいずれも堆積させない領域を形成する場合には、制御弁６ａ及び６ｂを開き、サイドノズル１３ａ及び１３ｂの両方からエアを噴出させれば良い。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、２つの制御弁の開閉を制御することにより、基板に吹き付けられるエアロゾルビームを切り換えるので、基板に吹き付けられる成膜材料を容易且つ高速に変更することができる。従って、異なる組成を有する２種類の材料を含む精密な膜パターンを、効率良く形成することが可能になる。
【００２７】
本実施形態においては、図３に示すように、材料Ａの組成を有する膜と材料Ｂの組成を有する膜とが膜面（ＸＹ平面）内に配置された膜パターンを形成したが、図５に示すように、材料Ａの組成を有する膜２５と材料Ｂの組成を有する膜２６とが積層された構造物を作製しても良い。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る成膜方法について説明する。
まず、図１に示す成膜装置において、第１の実施形態と同様に、基板１０を配置し、成膜室内の真空度及び温度を調整すると共に、エアロゾル生成室１ａにおいて材料Ａを含むエアロゾルを生成し、エアロゾル生成室１ｂにおいて材料Ｂを含むエアロゾルを生成する。次に、制御弁６ａ及び６ｂを制御してサイドノズル１３ａ及び１３ｂから噴出されるエアの噴出量又は噴出速度を調整すると共に、噴射ノズル１２ａ及び１２ｂからエアロゾルビームをそれぞれ噴射させる。それにより、それらのエアロゾルビームの噴射圧力は、サイドノズル１３ａ及び１３ｂからそれぞれ噴出するエアの噴出量又は噴出速度に応じて変化する。そのように噴射圧力を調節された２種類のエアロゾルビームを基板１０上の同一領域に同時に吹き付けることにより、材料Ａと材料Ｂとが混合された膜を形成することができる。ここで、形成された膜における材料Ａと材料Ｂとの混合割合は、２つのエアロゾルビームの噴射圧力の比に応じて変化する。そこで、制御弁６ａ及び６ｂの開閉量を制御してエアの噴出量又は噴出速度を調整することにより、材料Ａと材料Ｂとを含む所望の組成を有する膜を容易に形成することができる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る成膜方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６に示すように、本実施形態においては、膜の組成が位置に応じて傾斜的に変化する傾斜機能材料を作製する。
まず、図１に示す成膜装置において、第１の実施形態と同様に、基板１０を配置し、成膜室内の真空度及び温度を調整すると共に、エアロゾル生成室１ａにおいて材料Ａを含むエアロゾルを生成し、エアロゾル生成室１ｂにおいて材料Ｂを含むエアロゾルを生成する。
【００３０】
次に、制御弁６ａ及び６ｂを開いてサイドノズル１３ａ及び１３ｂからエアを噴出させ
、エアロゾル生成室１ａ及び１ｂにおいて生成されたエアロゾルを噴射ノズル１２ａ及び１２ｂにそれぞれ導入して噴射させる。
次に、図６に示す基板１０上の成膜領域３０の左端にエアロゾルビームの照射ポイントが重なるように基板ステージ１１を移動させ、制御弁６ａを閉じる。それにより、図７の（ａ）に示すように、サイドノズル１３ａから噴射したエアロゾルビーム２０ａにより、成膜が開始される。
【００３１】
次に、エアロゾルビームの照射ポイントに対して基板１０が左向きに移動するように基板ステージ１１を制御しながら、制御弁６ａを徐々に開くと共に、制御弁６ｂを徐々に閉じる。それにより、図７の（ｂ）に示すように、エアロゾルビーム２０ａの噴射圧力が次第に抑制され、反対に、エアロゾルビーム２０ｂの噴射圧力が次第に回復する。その結果、エアロゾルビーム２０ａ及び２０ｂの噴射圧力の比に応じて、材料Ａと材料Ｂとが混合されて堆積する。さらに、図７の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、基板１０を移動させながら、制御弁６ａ及び制御弁６ｂの開閉を制御することにより、エアロゾルビーム２０ａ及び２０ｂの噴射圧力の比を変化させる。その際に、制御弁６ａ及び６ｂの開閉量や開閉速度を制御することにより、形成された膜に含まれる材料Ａと材料Ｂとの混合割合や、混合割合の変化率（組成の傾斜率）を調節することができる。このようにして、材料Ａと材料Ｂとの混合割合が傾斜的に変化する膜パターンを形成することができる。
【００３２】
本実施形態においては、図６に示すように、膜面（ＸＹ平面）内において組成が変化する傾斜機能材料を作製したが、図８に示すように、膜の厚み方向（Ｚ方向）に組成が変化する傾斜機能材料４０を作製しても良い。その場合には、エアロゾルビーム２０ａとエアロゾルビーム２０ｂとの噴射圧力の比を変化させながら、それらのエアロゾルビームにより成膜領域を繰り返し走査すればよい。
【００３３】
図８に示す傾斜機能材料は、例えば、異なる材料を積層する際の中間層として用いることができる。ここで、熱膨張係数の異なる２種類の材料を直接張り合わせると、温度変化により、張り合わせた材料が反ったり、剥がれたり、破損してしまう場合がある。しかしながら、それらの２種類の材料を含む傾斜機能材料を中間層として挿入することにより、両者の熱膨張係数の違いを緩和することができるので、材料の破損等を抑制し、製造歩留まりを向上させることが可能になる。
【００３４】
或いは、図８に示す傾斜機能材料を、超音波用探触子における音響整合層として用いても良い。音響整合層は、超音波を発生する圧電体の音響インピーダンスと、被検体である生体の音響インピーダンスとを整合させるために用いられており、通常、圧電体の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有する材料を複数積層することによって構成されている。そのような音響整合層として、圧電体の音響インピーダンスに近い材料と、生体の音響インピーダンスに近い材料とを含む傾斜機能材料を用いることにより、１層で効率良く音響インピーダンスを整合することができる。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る成膜方法は、新規な機能材料を開発する際に用いられるコンビナトリアル手法において利用することができる。コンビナトリアル手法とは、領域ごとに組成を変化させた薄膜を基板に形成し、その薄膜の物性を評価することにより、所望の機能や特性を有する組成を探索する方法である。そのような薄膜を形成する際に、例えば、図６に示す傾斜機能材料を用いることにより、短期間に効率良く新規材料を創出することが可能になる。
【００３６】
以上説明した本発明の第１〜第３の実施形態においては、互いに異なる組成を有する２種類の材料を用いているが、３種類以上の材料を用いても構わない。その場合には、図１に示す成膜装置に、使用される材料の種類に応じて、エアロゾル生成室と、噴射ノズルと、コンプレッサ及び制御弁と、補助ノズルとを増設すれば良い。
【００３７】
また、本発明の第１〜第３の実施形態においては、エアロゾルビームにエアを吹き付けることにより、ＡＤ法における成膜条件の内の１つを制御したが、反対に、サイドノズルからエアロゾルを吸引することによっても同様の効果を得ることができる。その場合には、図１に示すコンプレッサ４ａ及び４ｂの替わりに排気ポンプを設ければよい。なお、サイドノズルは、必ずしも図１に示すように噴射ノズルの開口の直近に配置する必要はなく、例えば、基板の直前や、エアロゾル搬送ラインの途中に配置しても良い。
【００３８】
さらに、本発明の第１〜第３の実施形態においては、基板ステージを移動させることにより、基板とエアロゾルビームの照射ポイントとの相対位置を変化させているが、基板を固定し、噴射ノズル及びサイドノズル側を移動させても良いし、それらの双方を移動させても良い。また、サイドノズルのオン／オフやエアの流速等をオペレータが手動で調整することにより、基板上に所望の膜パターンを形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、原料の粉体を基板に向けて噴射することにより、原料の組成材料を基板上に堆積させる成膜方法、及び、それを用いた成膜装置において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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に示す噴射ノズル、サイドノズル、及び、ノズルガイドを示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法によって作製される膜パターンを示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法によって作製される膜パターンの別の例を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る成膜方法によって作製される膜パターン（傾斜機能材料）を示す平面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る成膜方法によって作製される膜パターン（傾斜機能材料）の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ、１ｂ  エアロゾル生成室
２ａ、２ｂ  エアロゾル搬送ライン
３  成膜チャンバ
４ａ、４ｂ  コンプレッサ（圧縮ポンプ）
５ａ、５ｂ  エア供給ライン
６ａ、６ｂ  制御弁
７  制御部
８  排気ポンプ
１０  基板
１１  基板ステージ
１２ａ、１２ｂ  噴射ノズル
１３ａ、１３ｂ  サイドノズル（補助ノズル）
１４  ノズルガイド
２０ａ、２０ｂ  エアロゾルビーム
２１〜２４、３０  成膜領域（膜パターン）
２５、２６  膜
４０  傾斜機能材料
【図１】
2005324135.tif 000003
【図２】
2005324135.tif 000004
【図３】
2005324135.tif 000005
【図４】
2005324135.tif 000006
【図５】
2005324135.tif 000007
【図６】
2005324135.tif 000008
【図７】
2005324135.tif 000009
【図８】
2005324135.tif 000010