(57)【要約】  【課題】  ＡＤ法によって均一且つ大面積の膜を形成することができる成膜装置等を提供する。  【解決手段】  成膜装置は、成膜室４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基板ホルダ６と、成膜室内を排気する排気ポンプ５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部１〜３と、生成されたエアロゾルを成膜室に導入する導入する搬送管２ｂと、搬送管を介して導入されたエアロゾルを基板に向けて噴射するノズル１５と、基板ホルダによって保持される基板の位置に対してノズルをカオス的に変化させる制御部８とを含む。【選択図】  図１
2005305427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体が混合された流体を所定の面積を有する領域に吹き付けるために用いられるノズル装置であって、
粉体が混合された流体を噴射する少なくとも１つのノズルと、
前記少なくとも１つのノズルを支持すると共に変位させる変位手段と、
前記少なくとも１つのノズルがカオス的挙動を示すように、少なくとも前記変位手段を制御する制御手段と、
を具備するノズル装置。
【請求項２】
前記変位手段が、各々が少なくとも１つの自由度を有し、該自由度が重畳するように連結されている複数の支持体を含み、
前記少なくとも１つのノズルが、連結された前記複数の支持体の端部に設けられ、
前記制御手段が、連結されている前記複数の支持体の各々を制御する、
請求項１記載のノズル装置。
【請求項３】
前記制御手段が、連結されている前記複数の支持体の各々の角速度を制御する、請求項２記載のノズル装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記少なくとも１つのノズルから粉体が混合された流体を噴射させるタイミングと、噴射量との内の少なくとも一方を制御する、請求項３記載のノズル装置。
【請求項５】
前記複数の支持体の各々に、粉体が混合された流体の搬送路が形成されている、請求項２〜４のいずれか１項記載のノズル装置。
【請求項６】
前記搬送路に、前記粉体の堆積を防止する手段が設けられている、請求項５記載のノズル装置。
【請求項７】
前記粉体の堆積を防止する手段が、弾性反射板を含む、請求項６記載のノズル装置。
【請求項８】
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基板ホルダと、
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、前記成膜室に導入する導入手段と、
前記成膜室において、前記基板ホルダによって保持される基板に対向するように配置され、前記導入手段を介して導入されたエアロゾルを前記基板に向けて噴射する少なくとも１つのノズルと、
前記基板ホルダによって保持されている基板と前記少なくとも１つのノズルとの相対的な位置をカオス的に変化させる変位手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項９】
前記変位手段が、各々が少なくとも１つの自由度を有し、該自由度が重畳するように連結されている複数の支持体と、連結されている前記複数の支持体の端部がカオス的挙動を示すように、前記複数の支持体の各々を制御する制御手段とを含み、
前記基板ホルダが、連結されている前記複数の支持体の端部に設けられている、
請求項８記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記変位手段が、各々が少なくとも１つの自由度を有し、該自由度が重畳するように連結されている複数の支持体と、連結されている前記複数の支持体の端部がカオス的挙動を示すように、前記複数の支持体の各々を制御する制御手段とを含み、
前記少なくとも１つのノズルが、前記複数の支持体の端部に設けられている、
請求項８記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記複数の支持体の各々に、前記導入手段によって導入されたエアロゾルを搬送する搬送路が形成されている、請求項１０記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記複数の支持体の各々に形成されている搬送路に、エアロゾルに含まれる原料の粉体の堆積を防止する手段が設けられている、請求項１１記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記原料の粉体の堆積を防止する手段が、弾性反射板を含む、請求項１２記載の成膜装置。
【請求項１４】
成膜室に配置されている基板ホルダに、構造物が形成される基板を配置する工程（ａ）と、
前記成膜室内を排気する工程（ｂ）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工程（ｃ）と、
工程（ｃ）において生成されたエアロゾルを、前記成膜室に導入する工程（ｄ）と、
前記成膜室において、前記基板ホルダによって保持されている基板と、該基板に対向するように配置されている少なくとも１つのノズルとの相対的な位置をカオス的に変化させながら、工程（ｄ）において導入されたエアロゾルを前記少なくとも１つのノズルから基板に向けて噴射することにより、原料の粉体を基板上に堆積させる工程（ｅ）と、
を具備する成膜方法。
【請求項１５】
前記基板ホルダが、各々が少なくとも１つの自由度を有する複数の支持体であって、該自由度が重畳するように連結されている前記複数の支持体の端部に設けられており、
工程（ｅ）が、連結されている前記複数の支持体の端部がカオス的挙動を示すように、前記複数の支持体の各々を制御することを含む、
請求項１４記載の成膜方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのノズルが、各々が少なくとも１つの自由度を有する複数の支持体であって、該自由度が重畳するように連結されている複数の支持体の端部に設けられており、
工程（ｅ）が、連結されている前記複数の支持体の端部がカオス的挙動を示すように、前記複数の支持体の各々を制御することを含む、
請求項１４記載の成膜装置。
【請求項１７】
第１の電極層と、
ノズルと前記第１の電極層との相対的な位置をカオス的に変化させながら、前記ノズルから前記第１の電極層に向けて誘電性を有する材料の粉体を噴射することにより、前記第１の電極層上に堆積された厚膜を含む第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に形成され、エレクトロルミネセンスを呈する材料を含む発光層と、
前記発光層上に形成された第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層上に形成された第２の電極層と、
を具備する無機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項１８】
振動板と、
前記振動板の第１の面上に形成された第１の電極と、
ノズルと前記第１の電極との相対的な位置をカオス的に変化させながら、前記ノズルから前記第１の電極に向けて圧電材料の粉体を噴射することにより、前記第１の電極上に堆積された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体上にそれぞれ形成された複数の第２の電極と、
前記振動板の第２の面上の空間を仕切ることにより、液体が充填される複数の圧力室を形成する少なくとも１つの隔壁と、
前記複数の圧力室からそれぞれ液体を吐出するための複数の開口が形成されてており、前記少なくとも１つの隔壁上に配置されたノズルプレートと、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項１９】
超音波用探触子において超音波を送信及び受信するために用いられる超音波トランスデューサアレイであって、
少なくとも１つの第１の電極と、
ノズルと前記少なくとも１つの第１の電極との相対的な位置をカオス的に変化させながら、前記ノズルから前記少なくとも１つの第１の電極に向けて圧電材料の粉体を噴射することにより、前記少なくとも１つの第１の電極上に所定の配列となるように堆積された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体上に形成された少なくとも１つの第２の電極と、
を具備する超音波トランスデューサアレイ。
【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膜を形成するノズル装置、及び、それを用いた成膜装置及び方法に関する。さらに、本発明は、そのような成膜方法を用いて作製された無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、インクジェットヘッド、及び、超音波トランスデューサアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミックス等の硬脆材料を作製する際に、バインダーを混入させることなく厚膜を形成できる成膜技術を用いることが検討されている。その中でも、緻密且つ強固な厚膜を形成できるエアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法が注目されている。ＡＤ法とは、原料の超微粒子を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。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】
このようなＡＤ法においては、ある面積を有する領域を成膜する際に、原料の超微粒子を噴射するノズルを用いて基板を走査することが行われる。ところが、成膜面積が大きくなると、ノズルを繰り返し走査しなければならず、多大な成膜時間がかかってしまう。そこで、成膜領域の大面積化への要望に応じて、ノズルサイズを拡大してスリット化したり、ノズルを規則的に広い範囲を移動させることが行われてきた。しかしながら、ノズルサイズを拡大した場合には、ノズルにエアロゾルを安定して供給したり、ノズルからエアロゾルを安定して噴射させることは困難であるので、形成された膜に筋ムラが生じたり、膜厚が不均一になることは避けがたかった。
【０００４】
ところで、近年、様々な技術分野において、カオス理論に基づく現象を利用することが行われている。相原（東京大学工学部計数工学科）によれば、カオスとは、「あるシステムが確固たる規則に従って変化しているにもかかわらず、非常に複雑且つ不安定な振る舞いをして、遠い将来における状態を全く予測できない現象」と定義される。また、カオスが１個存在すると、そこには無限個の秩序が内包されており、秩序が内在しているからこそ、カオスを予測したり、カオスを制御したりできるとも述べられている。
【０００５】
例えば、スパッタ法等のように、成膜ソース（例えば、ターゲット）が基板と同等又はそれ以上の面積を有している成膜方法においては、均一な膜を作製するために、基板に自転運動及び公転運動をさせることにより、基板をカオス的に運動させることがある。基板がカオス的挙動を示すようになると、カオスの軌道不安定性によって基板は再び同じ軌跡を通ることがなくなるので、広範囲に渡って均一な膜を形成することができるからである。しかしながら、ＡＤ法は、スパッタ法等とは異なり、成膜ソースであるノズルが基板に対して点又は線とみなせるほど小さい。そのため、上記のような手法をそのまま利用することは適当ではない。
【０００６】
また、特許文献１及び特許文献２には、複数のリンクから構成されたノズルを用い、噴射口の水の噴射角度などを適当な値に設定することにより、ノズルをカオス状態にすることが開示されている。カオスの軌道不安定性を回転ノズル装置に適用することにより、ノズルから水を均一に散布することが可能になる。しかしながら、ＡＤ法においては、水を散布する場合と異なり、噴射した原料の超微粒子を基板に堆積させなくてはならないので、やはり、上記の回転ノズル装置を成膜装置に適用することはできない。
【特許文献１】特開平７−３１５７５号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特開２００４−６５４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】
上記の点に鑑み、本発明は、ＡＤ法によって均一且つ大面積の膜を形成することができる成膜装置及び方法、並びに、そこで用いられるノズル装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような成膜方法を用いて製造された無機エレクトロルミネッセンス素子、インクジェットプリンタにおいて用いられるインクジェットヘッド、及び、超音波用探触子において用いられる超音波トランスデューサアレイ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、本発明に係るノズル装置は、粉体が混合された流体を所定の面積を有する領域に吹き付けるために用いられるノズル装置であって、粉体が混合された流体を噴射する少なくとも１つのノズルと、該少なくとも１つのノズルを支持すると共に変位させる変位手段と、少なくとも１つのノズルがカオス的挙動を示すように、少なくとも変位手段を制御する制御手段とを具備する。
【０００９】
また、本発明に係る成膜装置は、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基板ホルダと、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、該エアロゾル生成手段によって生成されたエアロゾルを、成膜室に導入する導入手段と、成膜室において、基板ホルダによって保持される基板に対向するように配置され、導入手段を介して導入されたエアロゾルを基板に向けて噴射する少なくとも１つのノズルと、基板ホルダによって保持されている基板と少なくとも１つのノズルとの相対的な位置をカオス的に変化させる変位手段とを具備する。
【００１０】
さらに、本発明に係る成膜方法は、成膜室に配置されている基板ホルダに、構造物が形成される基板を配置する工程（ａ）と、成膜室内を排気する工程（ｂ）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工程（ｃ）と、工程（ｃ）において生成されたエアロゾルを成膜室に導入する工程（ｄ）と、成膜室において、基板ホルダによって保持されている基板と、該基板に対向するように配置されている少なくとも１つのノズルとの相対的な位置をカオス的に変化させながら、工程（ｄ）において導入されたエアロゾルを少なくとも１つのノズルから基板に向けて噴射することにより、原料の粉体を基板上に堆積させる工程（ｅ）とを具備する。
【００１１】
本発明に係る無機エレクトロルミネッセンス素子は、第１の電極層と、ノズルと第１の電極層との相対的な位置をカオス的に変化させながら、該ノズルから第１の電極層に向けて誘電性を有する材料の粉体を噴射することにより、第１の電極層上に堆積された厚膜を含む第１の絶縁層と、該第１の絶縁層上に形成され、エレクトロルミネセンスを呈する材料を含む発光層と、該発光層上に形成された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層上に形成された第２の電極層とを具備する。
【００１２】
本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板と、該振動板の第１の面上に形成された第１の電極と、ノズルと第１の電極との相対的な位置をカオス的に変化させながら、該ノズルから第１の電極に向けて圧電材料の粉体を噴射することにより、第１の電極上に堆積された複数の圧電体と、該圧電体上にそれぞれ形成された複数の第２の電極と、振動板の第２の面上の空間を仕切ることにより、液体が充填される複数の圧力室を形成する少なくとも１つの隔壁と、複数の圧力室からそれぞれ液体を吐出するための複数の開口が形成されており、上記少なくとも１つの隔壁上に配置されたノズルプレートとを具備する。
【００１３】
本発明に係る超音波トランスデューサアレイは、超音波用探触子において超音波を送信及び受信するために用いられる超音波トランスデューサアレイであって、少なくとも１つの第１の電極と、ノズルと少なくとも１つの第１の電極との相対的な位置をカオス的に変化させながら、該ノズルから少なくとも１つの第１の電極に向けて圧電材料の粉体を噴射することにより、少なくとも１つの第１の電極上に所定の配列となるように堆積された複数の圧電体と、該複数の圧電体上に形成された少なくとも１つの第２の電極とを具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ノズルがカオス的挙動を示すように各部を構成するので、ノズルは可動範囲内において全く不規則な軌跡を取るようになる。そのようなカオス的に運動するノズルを成膜装置に適用することにより、原料の粉体を基板に満遍なく吹き付けることができる。そのため、筋ムラが抑制された均一な膜厚の大面積膜を形成することが可能になる。従って、良質な厚膜を効率的に作製することができ、無機ＥＬ素子やインクジェットヘッドや超音波トランスデューサアレイのように、そのような厚膜を利用した製品の歩留まりを向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、本発明の第１の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。
【００１６】
図１に示す成膜装置は、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、基板ホルダ６と、ノズル部７と、制御部８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。また、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。
【００１７】
エアロゾル生成室３は、原料の微小な粉体が配置される容器である。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を介してノズル部７に供給される。
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、それにより、所定の真空度に維持されている。また、成膜室４には、基板１００を保持する基板ホルダ６が配置されている。
【００１８】
図２は、図１に示すノズル部７の構造を説明するための図である。ノズル部７は、エアロゾルを噴射するノズルにカオス的な運動をさせるために、少なくとも２つの回転軸を有する変位体（並行移動又は回転運動可能な支持体）にノズルが取り付けられた構造を有している。このように複数の自由度が重畳するように連結された構造体においては、その最終端がカオス的挙動を示すということが知られている。
【００１９】
図２に示すように、ノズル部７は、第１の回転管１１と、回転管１１を回転させる第１の駆動部１２と、第２の回転管１３と、回転管１３を回転させる第２の駆動部１４と、２つのノズル１５とを含んでいる。回転管１１及び１３は、ノズル１５を支持する支持体であり、その内部には、エアロゾルを搬送するための搬送路が形成されている。また、駆動部１２及び１４は、回転管１１及び１３を角速度ω１及びω２でそれぞれ回転させるように、制御部８によって制御されている。
【００２０】
回転管１１は、回転軸Ｚ１を有する回転軸部と、回転軸から外側に伸びるアーム部とを含んでおり、回転軸Ｚ１を中心とする回転運動を行う。この回転軸Ｚ１の位置は、図１に示す成膜室４に対して固定されている。また、回転管１１のコーナーには、反射板１１ａ及び１１ｂが配置されている。
【００２１】
一方、回転管１３は、回転軸Ｚ２を有する回転軸部と、回転軸から外側に伸びる２つのアーム部とを含んでいる。回転管１３は、回転管１１の回転軸Ｚ１から距離ｒ１だけ離れたアームの先端部に設けられており、回転軸Ｚ２を中心とする回転運動を行う。回転管１３のコーナーには、反射板１３ａ〜１３ｄが配置されている。２つのノズル１５は、回転管１３の回転軸Ｚ２から距離ｒ２だけ離れた２つのアームの先端部にそれぞれ設けられており、回転管１１及び１３の回転運動に伴い、ＸＹ平面内において運動する。
【００２２】
ここで、回転管１３の回転軸の回転半径ｒ１と、２つのノズル１５の回転半径ｒ２とは、基板全体を隙間なく成膜するために、ｒ１≦ｒ２の関係を満たすことが必要である。ｒ１＞ｒ２の場合には、基板の中心領域が成膜されないからである。
このようなノズル部７に、搬送管２ａを介してエアロゾルを導入すると、エアロゾルは、回転管１１の回転軸部からアーム部を通って回転管１３に搬送される。さらに、エアロゾルは、回転管１３の回転軸部から、２つのアーム部に分流し、それらの両端に設けられたノズル１５からそれぞれ噴射される。
【００２３】
図２に示すように、エアロゾルの搬送路は直線でないので、直進するエアロゾルが突き当たりに衝突した際に、搬送路内に原料の粉体が堆積してしまうおそれがある。そこで、本実施形態においては、回転管１１及び１３のコーナーに、反射板１１ａ〜１１ｂ及び１３ａ〜１３ｄを設けている。
【００２４】
反射板を配置する角度は、次のように決定することが望ましい。即ち、エアロゾルがコーナーに流入する方向と、コーナーにおいて方向転換されたエアロゾルが流出する方向との為す角度をφＴとすると、反射板の反射面が、エアロゾルの流入方向及び流出方向の各々とφＴ／２を為すように、反射板を設置する。
【００２５】
反射板の材質としては、エアロゾルに含まれる原料の粉体が弾性衝突し易いものを用いることが望ましい。例えば、セラミックス等の硬脆材料や、金属等の硬材料を成膜する場合には、反射板として、ウレタンゴムやシリコンゴム等の弾性材料がコーティングされた板を用いることが適当である。これにより、搬送路に目詰まりを生じさせることなく、エアロゾルをスムーズに流すことができる。なお、原料の粉体は、反射板から反射される際に減速してしまうことが考えられる。しかしながら、そのような場合であっても、キャリアガスはほとんど減速しないので、コーナーにおいて原料の粉体が一旦減速されても、その後で再加速されるので問題ない。
【００２６】
次に、本実施形態に係る成膜装置の動作について説明する。
まず、図１に示す成膜室４の基板ホルダ６に、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、セラミックス等の基板１００を配置し、所定の温度に保つ。また、成膜室４の内部を、排気ポンプ５を用いて所定の真空度まで排気する。次に、エアロゾル生成室３に、セラミックス等の原料の粉体を配置し、ガスボンベ１からのキャリアガスを所定の流量となるように供給する。それにより、エアロゾル生成室３において原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾル１０１が生成される。一方、図２に示す制御部８の制御の下で、駆動部１２及び１４の動作を開始させる。これにより、回転管１１及び１３が回転し、ノズル１５がＸＹ平面内を移動する。このようなノズル部７にエアロゾル１０１を供給し、ノズル１５から基板１００に向けて噴射させることにより、原料の粉体が基板や基板上の堆積物に付着し、セラミックス等の厚膜が形成される。
【００２７】
次に、ノズル部７の運動について、詳しく説明する。本実施形態においては、ノズル１５がカオス的挙動を示すように、２つの自由度を有する変位体（第１及び第２の回転管）にノズル１５を支持させている。ノズル１５の運動がカオス状態になることにより、ノズル１５は、カオスの軌道不安定性により２度と同じ軌道を通ることがなくなるからである。しかしながら、変位体が２つ以上の自由度を有していても、必ずしも変位体の最終端がカオス的挙動を示すとは限らず、ある条件を満たすことが必要である。そのため、本実施形態においては、最終端に設けられたノズル１５がカオス的挙動を示すように、回転管１１及び１３のアームの長さ等を設計すると共に、それに応じた角速度でそれらを回転運動させている。
【００２８】
ここで、運動系の挙動がカオス的であるか否かを判別するための特徴量として、最大リアプノフ指数、フラクタル次元、リアプノフ次元等が知られている。本実施形態においては、その内の最大リアプノフ指数（Lyapunov exponents）を用いて、ノズル部の設計や駆動条件の設定を行う。
【００２９】
カオス的挙動の１つの特徴として、接近している２点が指数関数的に離れていくことが挙げられる。例えば、ある時刻において、アトラクタ上の２点の差がε０であった場合に、ｔ時間後には、その差はε０ｅｘｐ（λｔ）に伸びる。ここで、散逸系（エネルギーの出入りがある系）の運動は、過渡状態の後に特定の点や軌跡に落ち着くが、このような漸近的な振る舞い（安定した状態）のことをアトラクタという。上記の関係から明らかなように、λ＜０の場合には２点の差は縮み、λ＝０の場合には２点の差は変化しないので、応答は軌道不安定ではなくなる。そこで、ある軌道について長い時間に渡って指数の平均値（平均拡大速度）を取ることにより、カオス挙動の特徴である軌道不安定性を定量化することができる。この指数の平均値のことをリアプノフ指数という。実際の力学系において軌道不安定性を評価する場合には、その系の最大リアプノフ指数が少なくとも正であれば、その力学系は軌道不安定性を持つといえる。
【００３０】
次に、最大リアプノフ指数の求め方について、図３を参照しながら説明する。本実施形態においては、Ｗｏｌｆらによって示された手法を一例として用いて説明する（Alan Wolf、Jack B. Swift、Harry L. Swinney、John A. Vastano、「時系列からのリアプノフ指数の決定（DETERMINING LYAPUNOV EXPONENTS FROM A TIME SERIES）」、Physica、第１６Ｄ巻、ｐ．２８５−３１７、１９８５年）。
【００３１】
図３において、基準軌道ＡＢＣＤをノズルの軌道とする。この軌道上の時刻ｔ０における点Ａを対象とし、アトラクタ上のＡの近傍を探索することにより、点Ａ’を得る。これらの点Ａと点Ａ’との間の微小変位の大きさは、ベクトルＡＡ’の大きさＬ（ｔ０）である。これらの点Ａ及び点Ａ’は、Δｔ１＝ｔ１−ｔ０時間経過後（時刻ｔ１）には、点Ｂ及び点Ｂ’にそれぞれ移動し、それらの間の微小変位はＬ’（ｔ１）に変化する。これより、期間Δｔ１における軌道の拡大率Ｌ’（ｔ１）／Ｌ（ｔ０）が得られる。
【００３２】
次に、時刻ｔ１における微小変位Ｌ’（ｔ１）を正規化することにより、微小変位ベクトルＢＢ’’を得る。次いで、アトラクタ上のベクトルＢＢ’’の近傍を探索することにより、ベクトルＢＢ’’との為す角が十分に小さいベクトルＢＢ’’’を得る。そして、点Ｂ’’’を点Ｂ’の替わりに用い、微小変位Ｌ（ｔ１）（ベクトルＢＢ’’’の大きさ）を求めると共に、点Ｂ及び点Ｂ’’’がΔｔ２＝ｔ２−ｔ１時間経過後に点Ｃ及び点Ｃ’にそれぞれ移動した場合における微小変位Ｌ’（ｔ２）（ベクトルＣＣ’の大きさ）を求める。これにより、期間Δｔ２における軌道の拡大率Ｌ’（ｔ２）／Ｌ（ｔ１）が得られる。
【００３３】
ここで、点Ｂ’の替わりに点Ｂ’’’を用いて次の期間における軌道の拡大率を求めるのは、例えば、期間Δｔ１＝ｔ１−ｔ０を大きく取ってしまった場合に、Ｌ’（ｔ１）がアトラクタのサイズまで発展してしまうことを防ぐためである。
【００３４】
同様にして、期間Δｔ３、Δｔ４、…における軌道の拡大率Ｌ’（ｔ３）／Ｌ（ｔ２）、Ｌ’（ｔ４）／Ｌ（ｔ３）、…を順次求める。これより、次式（１）に示すように、期間Δｔ（Δｔ＝ｔ０〜ｔＭ）における軌道の拡大率が求められる。
【数１】
2005305427.tif 000003
【００３５】
さらに、次式（２）を用いて、最大リアプノフ指数λ１を求める。
【数２】
2005305427.tif 000004
なお、上記の手法について、詳しくは、合原一幸編、「カオス時系列解析の基礎と応用」（産業図書株式会社、２０００年）を参照されたい。また、この他にも、様々な方法を用いて最大リアプノフ指数を求めることができる。
【００３６】
図１に示すノズル部７を設計する際には、計算機シミュレーションにより、最大リアプノフ指数λ１がゼロより大きくなるようなアームの長さや回転部の角速度ω１及びω２等を求める。或いは、ＣＣＤカメラ等を用いてノズルの軌道を観測しながら最大リアプノフ指数λ１を算出し、その値がゼロより大きくなるときのアームの長さや角速度ω１及びω２等を用いても良い。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態においては、２軸から成る変位体の端部にノズルを設けることにより、ノズルをカオス的に運動させる。それにより、ノズルの軌跡は全く不規則になり、同じ経路を通ることがなくなる。従って、そのようなノズルから基板に向けてエアロゾルを噴射させることにより、基板に満遍なく原料の粉体を吹き付けて堆積させることができる。その際には、エアロゾルの供給時や噴出時における不安定性がキャンセルされるので、筋ムラ等が抑制された、均一な厚膜を広い領域に渡って形成することが可能になる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、２つの自由度を有する２軸から成る変位体を用いてノズル部を構成したが、２軸以上から成る変位体を用いても良い。即ち、２つ以上の自由度を重畳することにより、カオス理論に従って、変位体の最終端を全く不規則に移動させることができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、図１に示すノズル１５をＸＹ平面内において２次元的に運動させているが、Ｚ軸方向を含む３次元的な運動をさせても良い。その場合には、最大リアプノフ指数等のカオス状態を表す特徴量を用いることにより、ノズル１５が３次元的にカオス的挙動を示すように、駆動部等を制御すれば良い。
【００４０】
さらに、本実施形態のようにノズルの運動を空間的なカオス状態にするだけでなく、時間的なカオス状態にしても良い。例えば、不定期パルスを用いてノズルにおけるオン／オフの切り替えを制御することにより、エアロゾルをカオス的に噴射させることができる。或いは、ノズルから噴射されるエアロゾルの流量を、サイン波的に変化させても良い。
【００４１】
本実施形態においては、回転管１３に２つのアームを設けることにより、それぞれのアームの先端部に２つのノズルを配置した。しかしながら、ノズルの数は１つでも良く、３つ以上でも良い。また、ノズルは、各アームに１つのノズルを配置しても良いし、１つのアームに複数のノズルを配置しても良い。ノズルの数が少ないほどエアロゾルの噴射速度の低下を抑えることができるし、ノズルの数を増やすことによって成膜に要する時間を短縮することができる。従って、基板面積やノズルの開口面積等に応じてアームの数を設定すると共に、それに応じてエアロゾルの噴射圧等の成膜条件を調整すれば良い。いずれの場合においても、全てのノズルにカオス的な運動をさせる必要があるので、ノズルの回転半径や、各部の角速度等を、カオス状態を表す特徴量を用いて設定する。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置について、図４を参照しながら説明する。本実施形態に係る成膜装置は、第１の実施形態と異なり、基板側をカオス的に運動させている。
図４に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、図１に示すノズル部７及び基板ホルダ６の替わりに、成膜室４に固定されたノズル２０と、基板１００を保持する基板ホルダ２１とを有しており、さらに、少なくとも２つの回転軸を有する基板ホルダ支持部２２と、基板ホルダ支持部２２を駆動する基板駆動部２３と、制御部２４とを含んでいる。その他の構成は、図１に示すものと同様である。
【００４３】
基板ホルダ支持部２２は、回転軸Ｚ３を中心として回転する第１の回転棒２２ａと、回転棒２２ａの端部である回転軸Ｚ４を中心として回転する第２の回転棒２２ｂとを含んでいる。回転棒２２ｂの端部には、基板ホルダ２１が設けられている。また、基板駆動部２３は、回転棒２２ａを回転運動させる第１の駆動部２３ａと、回転棒２２ｂを回転運動させる第２の駆動部２３ｂとを含んでいる。駆動部２３ａ及び２３ｂは、回転棒２２ａ及び２２ｂを、所定の角速度ω１及びω２でそれぞれ回転させるように、制御部２４によって制御されている。
【００４４】
成膜を行う際には、回転棒２２ｂの端部がカオス的挙動を示すように、カオス状態を表す特徴量に基づいて、回転棒２２ａ及び回転棒２２ｂの角速度をそれぞれ設定する。これにより、回転棒２２ｂの端部に設けられた基板ホルダ２１及びそこに保持されている基板１００が、ＸＹ平面内においてカオス的に運動する。そのような基板１００に向けて、ノズル２０からエアロゾルを噴射することにより、基板１００上に満遍なく均一な膜を形成することができる。
【００４５】
以上説明した本発明の第１及び第２の実施形態においては、ノズル又は基板側のいずれか一方を固定し、他方にカオス的な運動させているが、それらの両方を運動させることにより、ノズルと基板とが相対的にカオス的挙動を示すようにしても良い。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る成膜装置について、図５を参照しながら説明する。図５に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、図１に示す成膜装置に加えてモニタ部３１及び特徴量算出部３２を含んでおり、図１に示す制御部８の替わりに制御部３３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。
【００４７】
モニタ部３１は、例えば、ＣＣＤカメラによって構成されている。モニタ部３１は、成膜中のノズル１５を撮像し、ノズル１５の軌跡を表す画像情報を出力する。また、特徴量算出部３２は、モニタ部３１から出力された画像情報に基づいて、最大リアプノフ指数等のカオス状態を表す特徴量を算出する。
【００４８】
制御部３３は、特徴量算出部３２によって算出された特徴量に基づいて、駆動部１２及び１４（図２）の動作を制御する。例えば、特徴量が最大リアプノフ指数である場合に、制御部３３は、最大リアプノフ指数がゼロ以下になると、その値が再びゼロより大きくなるように、回転管１１又は回転管１３の角速度をそれぞれ調節する。
このように、ノズル１５の運動を監視し、得られた情報をフィードバックすることにより、ノズル１５を常にカオス状態に置くことができる。従って、均一な成膜が行われている状態を常に維持することができる。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施形態に係る成膜装置について、図６〜図８を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施形態においては、ノズルをカオス的に挙動させる回転管の内部に、ノズルにエアロゾルを供給する搬送ラインを設けているが、必ずしもそれらを一体化させる必要はない。例えば、本実施形態においては、ノズルをカオス的に挙動させるための回転機構とは別に、ノズルにエアロゾルを供給するエアロゾル搬送ラインを設けている。
【００５０】
図６に示すように、この成膜装置は、図１に示すノズル部７及び制御部８の替わりに、エアロゾルを噴射するノズル４０と、エアロゾル搬送ライン４１と、回転部４２と、第１の駆動部４３と、第２の駆動部４４と、制御部４５とを有している。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。エアロゾル搬送ライン４１は、搬送管２ｂと接続されており、ノズル４０の動きに追従できるように、弾性を有する材料によって形成されている。
【００５１】
図７は、ノズル４０及び回転部４２を示す上面図である。回転部４２は、歯車によって組み合わせられている回転枠４２ａ及び回転盤４２ｂを含んでいる。回転枠４２ａには、制御部４５の制御の下で回転枠４２ａを振動させる駆動部４３が設けられている。なお、駆動部４３は、回転枠４２ａをＸＹ平面内において１次元又は２次元的に振動させても良いし、ＸＹＺ空間において３次元的に振動させても良い。回転盤４２ｂは、そのような回転枠４２ａに沿って、自転及び公転を含む回転運動を行う。また、回転盤４２ｂにはノズル４０が設けられている。ノズル４０は、回転盤４２ｂの回転運動に従い、回転枠４２ａ内を、回転枠４２ａ及び回転盤４２ｂの半径や歯車の数によって定まる軌道を描いて移動する。
【００５２】
図８は、回転盤４２ｂを回転運動させる機構の具体例を示す模式図である。図８に示すように、駆動部４４は、回転枠４２ａの周囲に配置された複数のコイル（電磁石）４４ａ、４４ｂ、…を含んでいる。これらのコイル４４ａ、４４ｂ、…は、隣接するコイルから発生した磁界が互いに反対方向を向くように配置されている。制御部４５は、それらの磁界の向きを所定の周期で反転させるように駆動部４４を制御している。図８に示すように、回転盤４２ｂに永久磁石４２ｃを配置し、制御部４５の制御の下で、コイル４４ａ、４４ｂ、…から発生する磁界の向きを順次入れ替えることにより、回転盤４２ｂを回転運動させることができる。或いは、複数のコイル４４ａ、４４ｂ、…に交流電流を流して回転磁界を形成し、回転盤４２ｂに誘導電流を発生させることにより、それらの相互作用によって回転盤４２ｂを回転運動させても良い。
【００５３】
このように、回転枠４２ａの振動と、回転盤４２ｂの回転運動とを組み合わせることにより、２つの自由度の下でノズル４０を変位させることができる。その際に、制御部４５の制御の下で、回転枠４２ｂの振動周期や回転盤４２ａの回転速度を、カオス状態を表す特徴量に基づいて最適化することにより、カオス的な軌跡を取るようにノズル４０を運動させることが可能になる。
【００５４】
以上説明した本発明によれば、ＡＤ法によって大面積且つ均一な膜を形成することができるので、例えば、次のような分野に応用することができる。
まず、本発明の一実施形態に係る無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子について説明する。
図９は、ディスプレイ等に用いられる無機ＥＬ素子を示す一部断面斜視図である。一般に、無機ＥＬパネルにおいては、エレクトロルミネッセンスを呈する発光層の両端に誘電体膜が設けられているが、この誘電体膜を形成する際に、本発明を利用することができる。
【００５５】
図９に示す無機ＥＬ素子は、基板２０１と、第１電極２０２と、第１絶縁層２０３と、発光層２０４と、第２絶縁層２０５と、第２電極２０６とを含んでいる。基板２０１は、例えば、アルミナ等のセラミックスによって形成されている。第１電極２０２は、例えば、２００ｎｍの厚さを有する白金（Ｐｔ）によって形成されている。第２電極２０６は、例えば、２００ｎｍの厚さを有する酸化インジウム錫（indium tin oxide：ＩＴＯ）によって形成されている透明電極である。これらの第１電極２０２及び第２電極２０６により、マトリクス回路が構成されている。
【００５６】
第１絶縁層２０３及び第２絶縁層２０５は、誘電性材料によって形成されている。第１絶縁層２０３は、例えば、４０μｍの厚さを有するＰＺＴ厚膜である。また、第２絶縁層２０５は、例えば、２００ｎｍの厚さを有する窒化シリコン（ＳｉＮｘ）薄膜である。
発光層２０４は、エレクトロルミネセンスを呈する材料によって形成されている。発光層２０４は、例えば、６００ｎｍの厚さを有するマンガン添加硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ）蛍光体薄膜である。
【００５７】
このような無機ＥＬ素子は、次のように製造される。
まず、アルミナ等の基板２０１を用意し、その上に、厚さ２００ｎｍのＰｔ薄膜をスパッタ法によって形成し、そのＰｔ薄膜についてフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いてパターン形成することにより、第１電極２０２を形成する。
【００５８】
次に、第１電極２０２が形成された基板２０１上に、第１絶縁層２０３としてＰＺＴ厚膜を形成する。その際には、本発明の第１〜第４の実施形態において説明したように、ＰＺＴの粉体を噴射するノズルと基板２０１との相対的な位置をカオス的に変化させつつ、ＡＤ法による成膜が行われる。さらに、ＰＺＴの結晶性を向上させるために、そのＰＺＴ厚膜を熱処理する。
【００５９】
次に、この第１絶縁層２０３の上に、発光層２０４となるＺｎＳ：Ｍｎ薄膜を、電子ビーム（electron beam：ＥＢ）蒸着法によって形成する。次に、発光層２０４の上に、第２絶縁層２０５となるＳｉＮｘ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）の薄膜を形成する。この第２絶縁層は、スパッタ法によって形成しても良いし、第１〜第４の実施形態において説明したＡＤ法を用いて形成しても良い。さらに、第２絶縁層２０５の上に、ＩＴＯの薄膜をスパッタ法により形成し、そのＩＴＯの薄膜についてフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いてパターン形成することにより、第２電極２０６を形成する。
【００６０】
ＡＤ法を用いて形成された緻密な膜（ＡＤ膜）においては、リーク電流が少なくなるので、誘電体膜を薄くすることができる。それにより、無機ＥＬ素子の駆動電圧を低減することが可能になる。そのような誘電体薄膜を形成する際に、本発明に係る成膜方法及び成膜装置を用いることにより、大面積、且つ、消費電力の低い無機ＥＬパネルを容易に製造することができる。
【００６１】
次に、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明する。
図１０は、インクジェットプリンタの印字部の周辺を示す平面図であり、図１１は、印字部において用いられる一般的なインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。本発明は、このようなインクジェットヘッドを製造する際にも利用することができる。
【００６２】
図１０及び図１１を参照しながら、インクジェットプリンタにおいてインクを吐出するインクジェット（液体吐出）ヘッドの構造について説明する。図１０に示すように、印字部３００は、ローラ３０２及び３０３に掛け渡されたベルト３０４に吸着保持されている記録紙３０１の上部に配置されている。記録紙３０１は、制御信号に従って駆動されるローラ３０２及び３０３並びにベルト３０４により、矢印の方向に送られる。印字部３００は、インクを吐出する複数のインクジェットヘッド３００ａ〜３００ｄを含んでいる。これらのインクジェットヘッド３００ａ〜３００ｄは、記録紙３０１の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドである。インクジェットヘッド３００ａ〜３００ｄの各々は、記録紙３０１の紙送り方向に対して直交する方向に配置された複数のノズル出口を含んでおり、供給される制御信号に従って、黒、シアン、マゼンタ、イエローのインクをそれぞれ吐出する。印字検出部３０５は、印字部３００による印字結果を撮像するためのラインセンサを含んでおり、ラインセンサによって読み取られた画像に基づいて、ノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
【００６３】
図１１は、図１０に示す各インクジェットヘッド３００ａ〜３００ｄの一部を示す断面図である。図１１に示すように、インクジェットヘッドは、ノズルプレート４０１と、隔壁４０２と、振動板４０３と、第１の電極４０４と、圧電体４０５と、第２の電極４０６とを含んでいる。隔壁４０２は、ノズルプレート４０１と振動板４０３との間の空間を仕切ることにより、インクが充填される複数の圧力室４０７を形成する。ノズルプレート４０１には、複数の圧力室４０７から吐出されるインクの出口となる吐出口４０８が形成されている。また、圧電体４０５と、その上面及び下面に配置されている電極４０４及び４０６とにより、圧電素子が形成されている。なお、図１１においては、説明を簡単にするために、各圧力室４０７にインクを補給するための機構は省略されている。
【００６４】
印字を行う場合には、制御信号に従って電極４０４と電極４０６との間に電圧を印加する。それにより、圧電体４０５が圧電効果により伸縮して、振動板４０３が変形する。その結果、圧力室４０７の容積が変化するので、内部に充填されているインクが加圧されて吐出口４０８から滴下される。
【００６５】
このようなインクジェットヘッドは、次のように製造される。
まず、振動板４０３として用いられる厚さが３０μｍ程度のシリコン基板を用意し、その第１の主面にスパッタ法等を用いて電極４０４を形成する。次に、電極４０４上に、底面サイズが３００μｍ角程度、厚さが３０μｍ程度の複数の圧電体４０５を、約１００μｍ間隔で２次元マトリクス状に配置する。そのために、電極４０４上に所定のパターンでレジストを配置し、その上にＰＺＴ厚膜を形成し、その後でレジストを除去する。ＰＺＴ厚膜を形成する際には、第１〜第４の実施形態において説明したように、ＰＺＴの粉体を噴射するノズルと電極４０４が形成された基板との相対的な位置をカオス的に変化させつつ、ＡＤ法による成膜が行われる。さらに、複数の圧電体４０５上に、複数の電極４０６をそれぞれ形成する。
【００６６】
また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）等のセラミックス板を用意し、圧力室４０７となる開口をエッチング等によって形成することにより、隔壁４０２を作製する。さらに、別のセラミックス板を用意し、インク吐出口４０８となる開口を形成することにより、ノズルプレート４０１を作製する。
これらのノズルプレート４０１、隔壁４０２、及び、圧電素子が配置された振動板４０３を、接着剤を用いて接合することにより、インクジェットヘッドが完成する。
【００６７】
このように、本発明に係る成膜方法及び成膜装置を用いることにより、厚さが均一な多数の圧電体を容易且つ効率的に作製できるので、近年の幅広ヘッドへの要望にも十分に対応することが可能となる。
或いは、振動板の内で圧電素子が配置されているのと反対側の面上に、本発明に係る成膜方法及び成膜装置を用いて隔壁やノズルプレートを直接形成しても良い。その場合には、幅広ヘッドを効率良く作製できるようになるだけでなく、接着剤を用いる必要がなくなるので、インクジェットヘッドの耐久性や動作効率を向上させることができる。そのため、高速印字や、顔料インク等の高粘度インクを吐出が可能である等、良好な特徴を有する幅広ヘッドを作製することが可能となる。
【００６８】
次に、本発明の一実施形態に係る超音波トランスデューサアレイについて説明する。
図１２は、超音波診断に用いられる超音波用探触子の構造を示す一部断面斜視図であり、図１３は、図１２に示す超音波用探触子において超音波を送受信するために用いられる超音波トランスデューサアレイを示す一部断面斜視図である。本発明は、多数の超音波トランスデューサが配置された超音波トランスデューサアレイを製造する際にも用いることができる。
【００６９】
図１２示す超音波用探触子は、超音波トランスデューサアレイ５００と、少なくとも１層の音響整合層５０１と、バッキング層５０２と、音響レンズ５０３とを含んでいる。これらの各部５００〜５０３は、筐体５０４に収納されている。また、超音波トランスデューサアレイ５００から引き出された配線は、ケーブル５０５を介して超音波撮像装置本体に接続される。
【００７０】
超音波トランスデューサアレイ５００は、超音波を送信及び受信する複数の超音波トランスデューサ５１０を含んでいる。これらの超音波トランスデューサ５１０の間には、エポキシ樹脂等の充填材５１１が配置されている。少なくとも１層の音響整合層５０１は、超音波を伝えやすいガラスや、セラミックや、金属粉入りエポキシ樹脂等によって形成されている。音響整合層５０１は、生体である被検体と超音波トランスデューサとの間の音響インピーダンスの不整合を解消する。これにより、各超音波トランスデューサ５１０から送信された超音波が、効率良く被検体中に伝播する。
【００７１】
バッキング層５０２は、例えば、フェライトや金属やＰＺＴ等の粉体をエポキシ樹脂やゴムに混入させた材料のように、音響減衰の大きい材料によって形成されている。バッキング層５０２は、超音波トランスデューサアレイ５００から発生した不要な超音波を早く減衰させる。また、音響レンズ５０３は、例えば、シリコンゴムによって形成されている。音響レンズ５０３は、超音波トランスデューサアレイ５００から送信され、音響整合層５０１を通過した超音波ビームを、所定の深度において集束させる。
【００７２】
図１３に示すように、超音波トランスデューサアレイ５００において、複数の超音波トランスデューサ５１０は、例えば、１００μｍ間隔で２次元マトリクス状に配置されている。
各超音波トランスデューサ５１０は、下部電極５１２と、ＰＺＴ等の圧電体５１３と、上部電極５１４とを含んでおり、例えば、約３００μｍ角の底面サイズと、約１０μｍの厚さとを有している。これらの下部電極５１２と上部電極５１４との間に電圧を印加することにより、圧電体５１３が圧電効果により伸縮して超音波が発生する。その際に、複数の超音波トランスデューサ５１０を、所定の遅延時間を設けて駆動することにより、所望の方向に送信される超音波ビームが形成される。
【００７３】
このような超音波トランスデューサアレイ５００は、次のように作製される。
まず、基板上に、スパッタ法等により、複数の下部電極５１２を２次元マトリクス状となるように形成する。次に、基板上の複数の下部電極５１２を除く領域にレジストを形成する。そして、第１〜第４の実施形態において説明したように、ＰＺＴの粉体を噴射するノズルと基板との相対的な位置をカオス的に変化させつつ、ＡＤ法による成膜を行う。その後で、レジストを除去し、複数の圧電体５１３の間に充填材５１１を配置する。さらに、複数の圧電体５１３の上に、スパッタ法等により、上部電極５１４をそれぞれ形成する。なお、基板は、必要に応じて除去しても良いし、完成品において残しておいても良い。
なお、図１３においては、各圧電体５１３に下部電極５１２及び上部電極５１４を設けているが、それらの電極５１２及び５１４の内のいずれか一方を共通電極としても良い。
【００７４】
このような超音波トランスデューサアレイの製造において、ＡＤ法を用いるメリットは、次の通りである。
一般的に、生体の音響インピーダンスＺは、Ｚ＝１．５Ｍｒａｙｌ程度であるのに対して、生体用超音波トランスデューサの音響インピーダンスＺは、Ｚ＝３０Ｍｒａｙｌ程度である。ここで、音響インピーダンスとは、物質の密度と音速との積によって定まる値である。２種類の物質が接している場合に、それらの物質の音響インピーダンスの差が大きいほど、それらの境界において超音波が反射し易く、即ち、透過し難くなる。そのため、通常の超音波トランスデューサにおいては生体に対する超音波の伝播効率が良いとは言えないので、超音波トランスデューサと生体との間に、１層以上の音響整合層を挿入するのが必須である。
【００７５】
ここで、圧電体を形成する際にＡＤ法を用いることにより、圧電体の密度を比較的容易に制御できるようになる。例えば、圧電体の音響インピーダンスＺの値を下げて、生体における値に近づけることにより、超音波の生体への伝播効率を高くすることができる。
ＡＤ法を用いて圧電体の密度を制御するための第１の方法として、原料としてＰＺＴの粉体に中空シリカ等を混入して成膜を行うことが提案される。また、第２の方法として、ノズルからＰＺＴ粉体を噴射する際における噴射圧力を、最適な成膜条件からずらすことが提案される。例えば、噴射圧力を低くすれば良い。それにより、基板又は電極上に形成される圧電体の緻密度が低下し、圧粉体の状態で堆積するようになる。
【００７６】
このように、ＡＤ法によれば、圧電体の音響インピーダンスの値を操作することができるので、生体への超音波伝播効率の良い超音波トランスデューサアレイを作製することができる。それに付随して、音響整合層を省いたり、層数を減らしたり、或いは、超音波トランスデューサの駆動電圧を低減することが可能となる。
【００７７】
また、ＡＤ法により超音波トランスデューサアレイを製造する場合に、本発明に係る成膜方法を用いるメリットは次の通りである。
ＡＤ法を用いた成膜装置においては、通常、２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の開口幅を有するノズルが用いられている。そのため、その程度の幅を有する領域に対して均一に膜を形成することは困難であり、それより広い領域については非常に困難である。しかしながら、現実に医療分野において用いられている生体用超音波プローブにおいては、大面積を有する超音波トランスデューサが必要とされている。例えば、腹部用超音波プローブにおいては、２０ｍｍ×１００ｍｍ程度の超音波トランスデューサが使用されている。また、図１３に示すようなアレイ状の超音波トランスデューサアレイを作製する場合には、各超音波トランスデューサのサイズが小さくても、大面積に均一に成膜できることが望まれる。その点、本発明に係る成膜方法及び成膜装置によれば、ノズルの開口幅にかかわらず、大面積に対して均一に成膜することができる。従って、様々な種類の超音波用探触子に応用できる超音波トランスデューサ又は超音波トランスデューサアレイを作製することが可能となる。
【００７８】
さらに、本発明に係る成膜装置において用いられているノズル部は、例えば、サンドブラスト加工装置に適用することができる。サンドブラスト加工とは、加工対象に向けて砥粒を高速に吹き付けることにより、加工対象を研磨したり、掘削する技術である。そのような砥粒を噴射するノズルとして、本発明に係るノズル部を適用することにより、大面積且つ均一な研磨を行うことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
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膜を形成するノズル装置、及び、それを用いた成膜装置において利用することが可能である。また、本発明は、そのような成膜方法を用いて作製された無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、インクジェットヘッド、及び、超音波トランスデューサアレイにおいて利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の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に示すノズル部の構成を示す模式図である。
【図３】最大リアプノフ指数の求め方を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。
【図７】図６に示すノズル及び回転部を示す上面図である。
【図８】図７に示す回転盤を回転運動させる機構の具体例を示す模式図である。
【図９】無機エレクトロルミネッセンス素子を示す一部断面斜視図である。
【図１０】インクジェットプリンタの印字部の周辺を示す平面図である。
【図１１】図１０に示すインクジェットヘッドの一部を示す断面図である。
【図１２】超音波用探触子を示す一部断面斜視図である。
【図１３】超音波用探触子において用いられる２次元超音波トランスデューサアレイを示す一部断面斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ガスボンベ
１ａ  圧力調整部
２ａ、２ｂ  搬送管
３  エアロゾル生成室
４  成膜室
５  排気ポンプ
６、２１  基板ホルダ
７  ノズル部
８、２４、３３、４５  制御部
１１、１３  回転管
１２、１４、２３ａ、２３ｂ、４３、４４  駆動部
１１ａ、１１ｂ、１３ａ〜１３ｄ  反射板
１５、４０  ノズル
２２  基板ホルダ支持部
２２ａ、２２ｂ  回転棒
２３  基板駆動部
３１  モニタ部
３２  特徴量算出部
４１  エアロゾル搬送ライン
４２  回転部
４２ａ  回転枠
４２ｂ  回転盤
４２ｃ  永久磁石
４４ａ、４４ｂ、…  コイル
１００、２０１  基板
１０１  エアロゾル
２０２  第１電極
２０３  第１絶縁層
２０４  発光層
２０５  第２絶縁層
２０６  第２電極
３００  印字部
３００ａ〜３００ｄ  インクジェットヘッド
３０１  記録紙
３０２、３０３  ローラ
３０４  ベルト
３０５  印字検出部
４０１  ノズルプレート
４０２  隔壁
４０３  振動板
４０４、４０６  電極
４０５  圧電体
４０７  圧力室
４０８  吐出口
５００  超音波トランスデューサアレイ
５０１  音響整合層
５０２  バッキング層
５０３  音響レンズ
５０４  筐体
５０５  ケーブル
５１０  超音波トランスデューサ
５１１  充填材
５１２  下部電極
５１３  圧電体
５１４  上部電極
【図１】
2005305427.tif 000005
【図２】
2005305427.tif 000006
【図３】
2005305427.tif 000007
【図４】
2005305427.tif 000008
【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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