(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細特性物を噴射堆積するためのシステムであって、
基板を支持するための基板プラットホームと；
基板上に堆積させるべき材料からなる材料流を生成するための噴射源、および、この噴射源よりも下流側にかつ前記基板プラットホームの上方に配置されているとともに前記材料流の少なくとも一部を前記基板の表面上へと向けて通過させる少なくとも１つの開口を規定している絞りアセンブリ、を備え、この絞りアセンブリが、第１絞りサブアセンブリを備え、この第１絞りサブアセンブリが、前記開口のサイズを変更し得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも２つの部材を有している、噴射アセンブリと；
少なくとも１つの前記噴射アセンブリと前記基板プラットホームとを駆動可能であるようにしてこれら少なくとも１つの噴射アセンブリおよび基板プラットホームに対して接続され、これら少なくとも１つの噴射アセンブリと基板プラットホームとの間に相対移動を誘起するための駆動機構と；
前記噴射アセンブリと前記駆動機構とを駆動可能であるようにしてこれら噴射アセンブリおよび駆動機構に対して接続され、前記相対移動と前記材料流とを制御するためのコントローラと；
を具備していることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項２】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記絞りアセンブリが、
供給リールと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに少なくとも１つの開口が形成されさらに前記供給リール上に係合している長尺ストリップと；
前記絞り材料を受領するための巻取リールであって、前記供給リールと前記巻取リールとが、前記基板プラットホームの上方にわたって前記絞り材料の少なくとも一部を延在させるように配置されているような、巻取リールと；
前記供給リールと前記巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して接続され、前記基板プラットホームに対して前記絞り材料を前進駆動し得る回転駆動アセンブリと；
を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項３】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記絞りアセンブリが、
軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１供給リール部分および第２供給リール部分を有してなる供給リールと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第１供給リール部分上に係合している第１長尺ストリップと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第２供給リール部分上に係合している第２長尺ストリップと；
前記絞り材料を受領するための巻取リールであって、軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１巻取リール部分および第２巻取リール部分を有し、前記供給リールと前記巻取リールとが、前記基板プラットホームの上方にわたって、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップの少なくとも一部と前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップの少なくとも一部とを、実質的に互いに平行な位置関係でもって延在させるようにして配置されているような、巻取リールと；
前記供給リールと前記巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して接続され、前記基板プラットホームに対して前記絞り材料を前進駆動し得る回転駆動アセンブリと；
前記供給リールと前記巻取リールとを駆動可能であるようにしてこれら供給リールおよび巻取リールに対して接続され、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップと前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップとを、実質的に互いに平行な位置関係に維持しつつ互いの間隔を制御し得る変位駆動アセンブリと；
を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項４】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記絞りアセンブリが、さらに、前記基板プラットホームの上方において前記第１絞りサブアセンブリに対して実質的に直交して配置された第２絞りサブアセンブリを備え、
前記第１絞りサブアセンブリおよび前記第２絞りサブアセンブリの各々が、
軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１供給リール部分および第２供給リール部分を有してなる供給リールと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第１供給リール部分上に係合している第１長尺ストリップと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第２供給リール部分上に係合している第２長尺ストリップと；
前記絞り材料を受領するための巻取リールであって、軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１巻取リール部分および第２巻取リール部分を有し、前記供給リールと前記巻取リールとが、前記基板プラットホームの上方にわたって、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップの少なくとも一部と前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップの少なくとも一部とを、実質的に互いに平行な位置関係でもって延在させるようにして配置されているような、巻取リールと；
前記供給リールと前記巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して接続され、前記基板プラットホームに対して前記絞り材料を前進駆動し得る回転駆動アセンブリと；
前記供給リールと前記巻取リールとを駆動可能であるようにしてこれら供給リールおよび巻取リールに対して接続され、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップと前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップとを、実質的に互いに平行な位置関係に維持しつつ互いの間隔を制御し得る変位駆動アセンブリと；
を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項５】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記駆動機構が、さらに、前記基板プラットホームに対して接続されたＸ−Ｙ駆動テーブルを備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項６】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記駆動機構が、さらに、前記噴射アセンブリに対して接続され、ｘ，ｙ，ｚ方向において動作可能とされたロボットアームを備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項７】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記駆動機構が、さらに、前記基板プラットホームに対して接続され、ｘ，ｙ，ｚ方向において動作可能とされたロボットアームを備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項８】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記噴射源が、燃焼噴射トーチ、プラズマ噴射トーチ、爆発ガン、高速酸素燃料トーチ、噴射トーチ、および、冷間噴射ガン、からなるグループの中から選択されたものとされていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項９】
請求項１記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
さらに、前記コントローラに対して動作可能に接続されたＣＡＤインターフェースを具備していることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１０】
微細特性物を噴射堆積するためのシステムであって、
基板を支持するための基板プラットホームと；
基板上に堆積させるべき材料からなる材料流を生成するための噴射源、この噴射源からの前記材料流の経路内に配置されたコリメータ、および、前記噴射源に対して前記コリメータよりも下流側にかつ前記基板プラットホームの上方に配置されているとともに前記材料流の少なくとも一部を前記基板の表面上へと向けて通過させる少なくとも１つの開口を規定している絞りアセンブリ、を備え、この絞りアセンブリが、第１絞りサブアセンブリを備え、この第１絞りサブアセンブリが、前記開口のサイズを変更し得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも２つの部材を有している、噴射アセンブリと；
少なくとも１つの前記噴射アセンブリと前記基板プラットホームとを駆動可能であるようにしてこれら少なくとも１つの噴射アセンブリおよび基板プラットホームに対して接続され、これら少なくとも１つの噴射アセンブリと基板プラットホームとの間に相対移動を誘起するための駆動機構と；
前記噴射アセンブリと前記駆動機構とを駆動可能であるようにしてこれら噴射アセンブリおよび駆動機構に対して接続され、前記相対移動と前記材料流とを制御するためのコントローラと；
を具備していることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記コリメータが、Ｖ字形状をなすようにして互いに配置されるとともにそのＶ字形状の頂点に開口を規定している第１壁部分および第２壁部分を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１２】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記コリメータが、互いに離間して配置された第１コリメータ部材および第２コリメータ部材を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記第１コリメータ部材が、Ｖ字形状をなすようにして互いに配置されるとともにそのＶ字形状の頂点に開口を規定している第１壁部分および第２壁部分を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１４】
請求項１２記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記第２コリメータ部材が、前記第１コリメータ部材の前記開口の少なくとも一部に対して実質的に位置合わせされた開口を有してなる円錐台形状部材を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１５】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記絞りアセンブリが、
軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１供給リール部分および第２供給リール部分を有してなる供給リールと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第１供給リール部分上に係合している第１長尺ストリップと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第２供給リール部分上に係合している第２長尺ストリップと；
前記絞り材料を受領するための巻取リールであって、軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１巻取リール部分および第２巻取リール部分を有し、前記供給リールと前記巻取リールとが、前記基板プラットホームの上方にわたって、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップの少なくとも一部と前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップの少なくとも一部とを、実質的に互いに平行な位置関係でもって延在させるようにして配置されているような、巻取リールと；
前記供給リールと前記巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して接続され、前記基板プラットホームに対して前記絞り材料を前進駆動し得る回転駆動アセンブリと；
前記供給リールと前記巻取リールとを駆動可能であるようにしてこれら供給リールおよび巻取リールに対して接続され、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップと前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップとを、実質的に互いに平行な位置関係に維持しつつ互いの間隔を制御し得る変位駆動アセンブリと；
を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１６】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記絞りアセンブリが、さらに、前記基板プラットホームの上方において前記第１絞りサブアセンブリに対して実質的に直交して配置された第２絞りサブアセンブリを備え、
前記第１絞りサブアセンブリおよび前記第２絞りサブアセンブリの各々が、
軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１供給リール部分および第２供給リール部分を有してなる供給リールと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第１供給リール部分上に係合している第１長尺ストリップと；
フレキシブルな絞り材料からなるとともに前記第２供給リール部分上に係合している第２長尺ストリップと；
前記絞り材料を受領するための巻取リールであって、軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１巻取リール部分および第２巻取リール部分を有し、前記供給リールと前記巻取リールとが、前記基板プラットホームの上方にわたって、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップの少なくとも一部と前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップの少なくとも一部とを、実質的に互いに平行な位置関係でもって延在させるようにして配置されているような、巻取リールと；
前記供給リールと前記巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して接続され、前記基板プラットホームに対して前記絞り材料を前進駆動し得る回転駆動アセンブリと；
前記供給リールと前記巻取リールとを駆動可能であるようにしてこれら供給リールおよび巻取リールに対して接続され、前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第１長尺ストリップと前記フレキシブルな絞り材料からなる前記第２長尺ストリップとを、実質的に互いに平行な位置関係に維持しつつ互いの間隔を制御し得る変位駆動アセンブリと；
を備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１７】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記駆動機構が、さらに、前記基板プラットホームに対して接続されたＸ−Ｙ駆動テーブルを備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１８】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記駆動機構が、さらに、前記噴射アセンブリに対して接続され、ｘ，ｙ，ｚ方向において動作可能とされたロボットアームを備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項１９】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記駆動機構が、さらに、前記基板プラットホームに対して接続され、ｘ，ｙ，ｚ方向において動作可能とされたロボットアームを備えていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項２０】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
前記噴射源が、燃焼噴射トーチ、プラズマ噴射トーチ、爆発ガン、高速酸素燃料トーチ、噴射トーチ、電気アーク噴射デバイス、および、冷間噴射ガン、からなるグループの中から選択されたものとされていることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項２１】
請求項１０記載の微細特性物噴射堆積システムにおいて、
さらに、前記コントローラに対して動作可能に接続されたＣＡＤインターフェースを具備していることを特徴とする微細特性物噴射堆積システム。
【請求項２２】
噴射堆積を使用して基板上に微細特性物を堆積させるための方法であって、
噴射源によって材料流を生成し；
前記噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された絞り部材の開口を通して、前記材料流の前記一部を通過させ、前記絞り部材を、前記開口のサイズを変更させ得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも一対の部材を備えるものとし；
前記絞り部材の前記一対の部材の一方を、前記絞り部材の前記一対の部材の他方に対して移動させることにより、前記絞り部材の前記開口のサイズを変更し；
前記噴射源によって前記材料流を生成させつつ前記基板と前記絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に前記微細特性物を形成する；
ことを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の基板上への微細特性物噴射堆積方法において、
さらに、形成すべき前記微細特性物の形状に応じて前記絞り部材の前記開口のサイズを変更することを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の基板上への微細特性物噴射堆積方法において、
前記絞り部材を、第１方向に沿って配置された第１対をなす複数の部材と、第２方向に沿って配置されるとともに前記基板の上方において前記第１対をなす複数の部材と交差する第２対をなす複数の部材と、を有するものとして構成し、これにより、開口を形成し、
前記絞り部材の前記開口のサイズを変更するという前記操作を、前記第１対をなす複数の部材と前記第２対をなす複数の部材との少なくとも一方における部材間隔を変化させることにより行うことを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の基板上への微細特性物噴射堆積方法において、
前記第１対をなす複数の部材を、互いに実質的に平行とし、
前記第２対をなす複数の部材を、互いに実質的に平行とし、
前記第２方向を、前記第１方向に対して実質的に直交するものとすることを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の基板上への微細特性物噴射堆積方法において、
前記絞り部材の前記開口のサイズを変更するという前記操作においては、前記第２方向に沿った前記第１対をなす複数の部材の移動と、前記第１方向に沿った前記第２対をなす複数の部材の移動と、の少なくとも一方を行うことを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２７】
請求項２２記載の基板上への微細特性物噴射堆積方法において、
前記微細特性物を形成した後に、
第２噴射源によって第２材料流を生成し；
前記第２噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記第２材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された絞り部材の開口を通して、前記第２材料流の前記一部を通過させ；
前記基板と前記絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に第２特性物を形成する；
ことを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の基板上への微細特性物噴射堆積方法において、
前記材料流をなす材料を、導電性、抵抗性、磁性、容量性、または、誘導性の中の電気特性を有したものとし、
前記第２材料流をなす第２材料を、前記材料とは異なる電気特性を有したものとして選択することを特徴とする基板上への微細特性物噴射堆積方法。
【請求項２９】
基板上に多層電気素子を直接的にプリントするための方法であって、
噴射源によって導電性材料流を生成し；
前記噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記導電性材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された第１絞り部材の第１開口を通して、前記導電性材料流の前記一部を通過させ、前記第１絞り部材を、前記第１開口のサイズを変更させ得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも一対の部材を備えものとし；
前記第１絞り部材の前記一対の部材の一方を、前記第１絞り部材の前記一対の部材の他方に対して移動させることにより、前記第１絞り部材の前記第１開口のサイズを変更し；
前記基板と前記第１絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に第１導電性特性物を形成し；
第２噴射源によって絶縁性材料流を生成し；
前記第２噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記絶縁性材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された第２絞り部材の第２開口を通して、前記絶縁性材料流の前記一部を通過させ、前記第２絞り部材を、前記第２開口のサイズを変更させ得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも一対の部材を備えものとし、前記第２絞り部材を、前記第１絞り部材と同じものとしまたは異なるものとし；
前記第２絞り部材の前記一対の部材の一方を、前記第２絞り部材の前記一対の部材の他方に対して移動させることにより、前記第２絞り部材の前記第２開口のサイズを変更し；
前記基板と前記第２絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に、前記第１導電性特性物を少なくとも部分的に被覆する絶縁性特性物を形成する；
ことを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、
さらに、形成すべき前記第１導電性特性物または前記絶縁性特性物の形状に応じて前記第１開口または前記第２開口のサイズを変更することを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、
前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々を、第１方向に沿って配置された第１対をなす複数の部材と、第２方向に沿って配置されるとともに前記基板の上方において前記第１対をなす複数の部材と交差する第２対をなす複数の部材と、を有するものとして構成し、これにより、第１開口または第２開口を形成し、
前記第１開口または前記第２開口のサイズを変更するという前記操作を、前記第１対をなす複数の部材と前記第２対をなす複数の部材との少なくとも一方における部材間隔を変化させることにより行うことを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、
前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々の前記第１対をなす複数の部材を、互いに実質的に平行とし、
前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々の前記第２対をなす複数の部材を、互いに実質的に平行とし、
前記第２方向を、前記第１方向に対して実質的に直交するものとすることを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、
前記第１開口または前記第２開口のサイズを変更するという前記操作においては、前記第２方向に沿った前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々の前記第１対をなす複数の部材の移動と、前記第１方向に沿った前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々の前記第２対をなす複数の部材の移動と、を行うことを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３４】
請求項２９記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、さらに、
第３噴射源によって抵抗性材料流を生成し；
前記第３噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記抵抗性材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された第３絞り部材の第３開口を通して、前記抵抗性材料流の前記一部を通過させ、前記第３絞り部材を、前記第３開口のサイズを変更させ得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも一対の部材を備えものとし、前記第３絞り部材を、前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の少なくとも一方と同じものとしまたは前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々と異なるものとし；
前記第３絞り部材の前記一対の部材の一方を、前記第３絞り部材の前記一対の部材の他方に対して移動させることにより、前記第３絞り部材の前記第３開口のサイズを変更し；
前記基板と前記第３絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に第１抵抗性特性物を形成する；
ことを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３５】
請求項２９記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、さらに、
第３噴射源によって誘電性材料流を生成し；
前記第３噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記誘電性材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された第３絞り部材の第３開口を通して、前記誘電性材料流の前記一部を通過させ、前記第３絞り部材を、前記第３開口のサイズを変更させ得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも一対の部材を備えものとし、前記第３絞り部材を、前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の少なくとも一方と同じものとしまたは前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々と異なるものとし；
前記第３開口のサイズを変更し；
前記基板と前記第３絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に第１誘電性特性物を形成する；
ことを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【請求項３６】
請求項２９記載の基板上への多層電気素子直接プリント方法において、さらに、
第３噴射源によって磁性材料流を生成し；
前記第３噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、前記磁性材料流の一部を通過させ；
前記コリメータに対して離間配置されかつ前記基板の表面の上方において支持された第３絞り部材の第３開口を通して、前記磁性材料流の前記一部を通過させ、前記第３絞り部材を、前記第３開口のサイズを変更させ得るよう、互いに相対移動可能とされた少なくとも一対の部材を備えものとし、前記第３絞り部材を、前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の少なくとも一方と同じものとしまたは前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々と異なるものとし；
前記第３開口のサイズを変更し；
前記基板と前記第３絞り部材との一方を移動させ、これにより、前記基板上に第１磁性特性物を形成する；
ことを特徴とする基板上への多層電気素子直接プリント方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大まかには、例えば加熱噴射堆積といったような噴射堆積に関するものであり、より詳細には、噴射堆積を使用して微細ライン特性物を形成するためのシステムおよび方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
様々な物理的特性や性質を有した複数の層からなる多層デバイスの形成に際して、加熱噴射堆積が有効な手法であることは、一般的に公知である。加熱噴射堆積の利点は、一般に、融解とクエンチングと圧密とを１つの操作に組み合わせてなる１ステッププロセスであることである。
【０００３】
Prinz 氏による米国特許明細書第５，３０１，８６３号に開示されているように、事前に準備したマスクを併用しつつ噴射堆積技術を使用することにより、基板上に多層物品を形成することができる。しかしながら、加熱噴射トーチからの典型的な噴流は、噴射が多すぎることとなり、マスク上に高温で衝突することとなる。また、マスクが基板上に配置されることにより、上面上に回路を正確に形成し得るためには、下側に位置する基板の形状には、制限がある。加えて、その後の層の形成に先立って、マスクや望ましくない堆積材料が、基板表面から除去されなければならない。これにより、付加的な形成ステップや付加的な装置が必要とされる。
【０００４】
事前に準備したマスクを必要とすることなくかつ噴射トーチの高温噴流に対する露出を低減させたような、例えば導体や絶縁体といったような材料の微細ライン噴射堆積を行うためのシステムが要望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、微細ライン噴射堆積のためのシステムを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、基板表面上への熱衝撃を低減させたような微細ライン噴射堆積のための装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、基板に対して接触するマスクを必要とすることなく加熱噴射堆積プロセスを使用することによって、例えば電子回路といったような多層構造を形成するための方法を提供することである。
【０００８】
本発明による、噴射堆積を使用して基板上に微細特性物を堆積させるための方法においては、噴射源によって材料流を生成し；噴射源に対して離間配置されたコリメータを通すことによって、材料流の一部を通過させ；コリメータに対して離間配置されかつ基板の表面の上方において支持された絞り部材の開口を通して、材料流のその一部を通過させ；基板と絞り部材との一方を移動させ、これにより、基板の表面上に特性物を形成する。
【０００９】
好ましくは、絞り部材は、動的なものとされ、本発明による方法においては、さらに、形成すべき特性物に応じて、絞り部材の開口のサイズを変更する。例えば、絞り部材は、互いに交差する複数の部材を備えることができ、これにより、基板の上方において開口を形成し、互いに交差する複数の部材の相対位置を変更することによって、その開口のサイズを変更することができる。これに代えて、絞り部材カットステーションを設けておき、基板表面上へと開口を進める直前に、所望の絞り開口を形成することができる。
【００１０】
例えば導電性材料や抵抗性材料や誘電性材料や絶縁性材料といったような様々な電気的特性を有した材料を使用してプロセスを繰り返すことにより、多層電気素子やセンサシステムを、基板の表面上において直接的にプリントすることができる。
【００１１】
本発明による、微細特性物を噴射堆積するためのシステムは、上面上に特性物を形成するための基板を支持するための基板プラットホームを具備している。噴射アセンブリが設けられていて、この噴射アセンブリは、基板上に堆積させるべき材料からなる材料流を生成するための噴射源と、この噴射源からの材料流の経路内に配置されたコリメータと、噴射源に対してコリメータよりも下流側にかつ基板プラットホームの上方に配置されている絞りアセンブリと、を備えている。絞りアセンブリは、材料流の少なくとも一部を基板表面上へと向けて通過させる少なくとも１つの開口を規定している。駆動機構が設けられていて、この駆動機構は、少なくとも１つの噴射アセンブリと基板プラットホームとを駆動可能であるようにしてこれら少なくとも１つの噴射アセンブリおよび基板プラットホームに対して接続され、これら少なくとも１つの噴射アセンブリと基板プラットホームとの間に相対移動を誘起する。コントローラが設けられていて、このコントローラは、噴射アセンブリと駆動機構とを駆動可能であるようにしてこれら噴射アセンブリおよび駆動機構に対して接続され、相対移動と材料流とを制御する。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、噴射アセンブリは、コリメータを使用することなく、単純化したコリメータ構成を使用して、構成することができる。あるいは、噴射アセンブリは、コリメータを、第１絞りから離間配置された付加的な絞りによって代替することによって、構成することができる。
【００１３】
ある実施形態においては、コリメータは、Ｖ字形状をなすようにして互いに配置されるとともにそのＶ字形状の頂点に開口を規定している第１壁部分および第２壁部分を備えている。
【００１４】
コリメータは、互いに離間して配置された第１コリメータ部材および第２コリメータ部材を備えることができる。例えば、第１コリメータ部材は、Ｖ字形状をなすようにして互いに配置されるとともにそのＶ字形状の頂点に開口を規定している第１壁部分および第２壁部分を備えて形成することができ、第２コリメータ部材は、第１コリメータ部材の開口の少なくとも一部に対して実質的に位置合わせされた開口を有してなる円錐台形状部材として形成することができる。
【００１５】
絞りアセンブリは、供給リールと；フレキシブルな絞り材料からなるとともに少なくとも１つの開口が形成されさらに供給リール上に係合している長尺ストリップと；絞り材料を受領するための巻取リールと；を備えて形成することができる。供給リールと巻取リールとは、基板プラットホームの上方にわたって絞り材料の少なくとも一部を延在させるように配置される。供給リールと巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して、回転駆動アセンブリが接続され、この回転駆動アセンブリは、基板プラットホームに対して絞り材料を前進駆動することができる。絞り材料は、この絞り材料の長さ方向に沿った繰返しパターン内に配置された複数の開口を有して形成することができる。
【００１６】
他の実施形態においては、絞りアセンブリは、軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１供給リール部分および第２供給リール部分を有してなる供給リールを備えている。フレキシブルな絞り材料からなる第１長尺ストリップは、第１供給リール部分上に係合しており、フレキシブルな絞り材料からなる第２長尺ストリップは、第２供給リール部分上に係合している。絞り材料を受領するために、巻取リールが設けられている。巻取リールは、軸方向において互いに位置合わせされているとともに軸方向に互いに変位可能とされた第１巻取リール部分および第２巻取リール部分を有している。供給リールと巻取リールとは、基板プラットホームの上方にわたって、フレキシブルな絞り材料からなる第１長尺ストリップの少なくとも一部とフレキシブルな絞り材料からなる第２長尺ストリップの少なくとも一部とを、実質的に互いに平行な位置関係でもって延在させるようにして、かつこれにより、それらの巻に開口を形成するようにして、配置されている。供給リールと巻取リールとの少なくとも一方のリールを駆動可能であるようにしてその少なくとも一方のリールに対して、回転駆動アセンブリが、接続され、この回転駆動アセンブリは、基板プラットホームに対して絞り材料を前進駆動することができる。供給リールと巻取リールとを駆動可能であるようにしてこれら供給リールおよび巻取リールに対して、変位駆動アセンブリが接続され、この変位駆動アセンブリは、フレキシブルな絞り材料からなる第１長尺ストリップとフレキシブルな絞り材料からなる第２長尺ストリップとを、実質的に互いに平行な位置関係に維持しつつ互いの間隔を制御することができる。
【００１７】
好ましくは、絞りアセンブリは、基板プラットホームの上方において実質的に互いに直交して配置された第１絞りサブアセンブリおよび第２絞りサブアセンブリを備え、これら第１絞りサブアセンブリおよび第２絞りサブアセンブリの各々は、実質的に上記構造として形成される。
【００１８】
システムの駆動機構は、いくつかの形態とすることができる。例えば、駆動機構は、基板プラットホームと噴射アセンブリとの一方または双方に対して接続されたＸ−Ｙ駆動テーブルとすることができる。これに代えて、駆動機構は、基板プラットホームと噴射アセンブリとの一方または双方に対して接続され、ｘ，ｙ，ｚ方向において動作可能とされたロボットアームを備えることができる。
【００１９】
噴射源は、燃焼噴射トーチ、プラズマ噴射トーチ、爆発ガン、高速酸素燃料（high velocity oxygen fuel,ＨＶＯＦ）噴射ガン、アーク噴射デバイス、冷間噴射ガン、等といった形態とすることができる。
【００２０】
システムの高速性能を増強し得るよう、コンピュータ支援設計システムからの図面ファイルを、噴射アセンブリと駆動機構とを制御するＣＰＵのための制御命令へと変換するためのＣＡＤインターフェースを、コントローラに対して動作可能に接続することができる。
【００２１】
さらに他の実施形態においては、絞りアセンブリは、例えばレーザーといったような絞りカットデバイスを備えることができる。絞りカットデバイスは、コントローラによって駆動され得るようにしてコントローラに対して接続されるとともに絞りアセンブリ内に開口を形成するためのものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的や特徴点や利点は、本発明の例示としての様々な実施形態を示している添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
【００２３】
複数の図面にわたっては、特に断らない限り、様々な実施形態に関しての同様の特徴点や部材や構成要素や部分を示すために、同一の符号や記号が使用されている。さらに、以下においては、図面に関して本発明について詳細に説明するけれども、その説明は、例示した実施形態に関して行われる。本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲によって規定されるものであって、そのような本発明の真の範囲および精神を逸脱することなく、例示した実施形態に対して様々な変形や修正を加え得ることは、意図されている。
【００２４】
図１は、噴射堆積を使用して基板上に微細特性物を形成するための本発明によるシステムを単純化して示す断面図である。このシステムは、例えば加熱噴射トーチといったような噴射源（１００）を備えている。噴射源（１００）は、基板（１０２）上へと堆積させるべき材料の噴射流からなる噴流を生成する。噴流および噴射流は、コリメータ（１０４）へと向けられる。コリメータ（１０４）は、開口（１０６）を通すことによって基板（１０２）に向けて噴射流の一部を通過させるとともに、噴流の残部を基板から遠ざけるように案内する。
【００２５】
典型的な噴射トーチからの噴流は、一般に、噴射流内において材料のガウシアン分布を示す。したがって、トーチのスケールだけが小さくされた場合には、結果的に形成される堆積物は、その厚さにおいてなおもそのようなガウシアン分布を示すこととなる。このことは、アンテナ素子やマイクロ波回路素子といったような対象物において性能をもたらすことができる。したがって、多くの場合、コリメータ（１０４）を使用することによって、噴流の直径を低減することができる。コリメータ（１０４）は、噴流のうちの、材料分布が実質的に一様であるような中央部分だけを通過させる。このため、得られる堆積物は、実質的に一様な厚さを有することとなる。コリメータ（１０４）は、トーチ（１００）からの流出噴流のスケール（あるいは、サイズ）を低減するとともに、基板（１０２）上へと衝突する噴流からの熱をもかなり低減する。よって、一般的に、コリメータ（１０４）を使用することが好ましい。しかしながら、本発明においては、例えば冷間噴射技術といったようなある種の噴射技術は、コリメータを使用することなくあるいは単純化されたコリメータ構成を使用することによって、実行することができる。
【００２６】
コリメータ内の開口（１０６）は、好ましくは、この開口を通過する噴射流内に誘起される乱流形成の程度を最小化するような外郭形状とされる。一実施形態においては、開口（１０６）は、開口（１０６）の上部すなわち入射部分においては約１ｍｍであるとともに開口（１０６）の底部すなわち出射部分においては２ｍｍへと広がっているような直線的テーパー形状によって形成することができる。付加的には、コリメータ（１０４）は、噴流のサイズをさらに低減するとともに基板（１０２）上に衝突する熱をさらに低減するために、第２コリメータ部材（１０８）を有することができる。
【００２７】
コリメータ（１０４，１０８）は、絞り部材（１１０）からは、距離（Ｓ２）だけ離間している。絞り部材（１１０）は、基板（１０２）の表面から、距離（Ｓ１）だけ離間している。基板（１０２）の表面形状に応じて、また、堆積させるべき特性物の特徴に応じて、基板表面からの絞り部材（１１０）までの距離（Ｓ１）は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍという範囲とすることができる。コリメータ（１０４，１０８）と絞り部材（１１０）との間の距離（Ｓ２）、および、コリメータ（１０４，１０８）どうしの間の距離（Ｓ３）は、コリメータの形状や、トーチや絞りや基板の熱的特性に、大きく依存する。距離（Ｓ２）が増加するにつれて、熱衝撃の程度が低減する。しかしながら、噴射流のうちの、開口（１０６）を通過する部分が、より拡散性となる傾向を有することとなり、そのため、得られる特性物の精度が低下するという傾向を有することとなる。絞り部材（１１０）は、堆積させるべき材料を通過させるための開口を有している。一般に、この開口は、調節可能とされ、例えば約２０μｍというライン幅を有したものといったような非常に微細な特性物をもたらすことができるとともに、また、正確な形状を有した例えば大きな材料パッチといったような広い面積の堆積物をもたらすこともできる。
【００２８】
コリメータ（１０４）と絞り（１１０）とを組み合わせて使用することにより、基板（１０２）上へと堆積させるべき噴流内の材料に、例えば２０〜２００μｍという程度のライン幅といったように、堆積物（１１２）内において比較的尖鋭な外郭形状を付与することができるとともに、基板（１０２）に対して伝達される熱量を最小とすることができる。さらに、絞り（１１０）が基板（１０２）に対して接触していないことにより、基板は、平面状である必要はない。これにより、基板表面上に載置される接触マスクを必要とすることなく、複雑な形状を有した基板上へと、堆積を行うことができる。加えて、絞り部材（１１０）を衝撃する噴流からの熱がかなり低減されていることにより、絞り部材（１１０）を、例えばプラスチックといったような低温材料から形成することができる。
【００２９】
トーチ（１００）と、コリメータ（１０４，１０８）と、絞り部材（１１０）とは、一般的には、共通の筐体（図示せず）を有したサブアセンブリとして形成される。以下においては、このサブアセンブリは、噴射アセンブリ（１１４）と称することができる。
【００３０】
噴射源（１００）は、一般的には、加熱プラズマ噴射トーチである。しかしながら、噴射源（１００）は、噴射堆積に関する当業者には公知であるような任意の噴射源の形態とすることができる。例えば、本発明の実施に際しては、燃焼噴射トーチや、プラズマ噴射トーチや、アーク噴射トーチや、冷間噴射技術や、爆発ガン技術、といったような様々な実施形態を使用することができる。
【００３１】
図２は、本発明による微細特性物噴射システムにおける様々な主要構成要素をさらに示すブロック図である。図１において導入された複数の噴射システム構成要素に加えて、本発明によるシステムは、一般に、基板（１０２）と、噴射流のうちの、絞り部材（１１０）を通過する部分と、の間において相対移動を誘起するための機械的駆動システムを備えている。そのような相対移動は、様々な手法によって誘起することができる。例えば、基板は、一般に、基板プラットホーム上に設置され、この基板プラットホームを、中央制御ユニット（ＣＰＵ，２０４）からの制御信号に応答して基板（１０２）を駆動することができるようなＸ−Ｙ駆動テーブル（２０２）上に配置することができる。これに加えてあるいはこれに代えて、トーチ（１００）と絞り（１１０）とコリメータ（１０４）とを備えてなる噴射アセンブリ（１１４）を、駆動することができる。この駆動は、噴射アセンブリを、例えばＸ−Ｙ駆動テーブルといったような駆動機構（２０６）上に取り付けることによって、あるいは、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸に関する駆動をもたらす多軸ロボットシステム上に取り付けることによって好ましくはＣＰＵ（２０４）による制御のもとに噴射アセンブリの角度位置に関する駆動をもたらす多軸ロボットシステム上に取り付けることによって、行うことができる。基板に対して、噴射アセンブリを多軸駆動し得ることおよび角度駆動し得ることは、非平面状の基板上への材料堆積を容易とすることができる。
【００３２】
トーチ（１００）は、堆積させるべき材料に基づいて選択される原料供給システム（２０８）に対して接続される。一般に、供給原料は、粉末またはワイヤストックの形態とされるとともに、ＣＰＵ（２０４）によって管理され観測されることによって制御された速度でもって原料供給システム（２０８）によってトーチ（１００）に対して供給される。供給原料に関してはそのような形態が最も一般的ではあるけれども、本発明によるシステムは、そのような形態に限定されるものではなく、適切であればまた要望によっては、液体や懸濁液やスラリーやエアロゾル等といったような形態とされた供給原料を使用することもできる。供給原料をなす材料の組成は、堆積物に関する電気的要求や機械的要求に依存する。供給原料をなす材料は、例えば金属といったような導電的なものとすることも、また、例えば抵抗性酸化物や金属セラミック複合体といったような抵抗性のものとすることも、また、例えば様々なセラミクスやポリマーといったような誘電性または絶縁性のものとすることも、できる。多層構造の形成においては、例えば導電材料層と抵抗材料層と絶縁材料層とを交互に積層して多層電子回路を形成するといったように、様々な堆積材料を使用することが典型的である。この場合、そのような素子を形成するためのシステムは、噴射アセンブリ（１１４）と、関連する駆動アセンブリと、使用される各材料のための原料供給システム（２０８）と、を備えることができる。
【００３３】
複数材料システムの代替可能な実施形態が、図１０に示されている。共通のコリメータ／絞りアセンブリ（１００２）が、複数のトーチ（１００４ａ，１００４ｂ，１００４ｃ）、および、それぞれ関連する原料供給アセンブリ（１００６ａ，１００６ｂ，１００６ｃ）と協働して使用されている。トーチ（１００４）および原料供給アセンブリ（１００６）は、共通のタレットプレート（１００８）上に取り付けることができる。共通のタレットプレート（１００８）は、駆動アセンブリ（１０１０）によって回転駆動されるものであって、複数のトーチ（１００４ａ，１００４ｂ，１００４ｃ）の中の１つを、コリメータ／絞りアセンブリ（１００２）に対して位置合わせする。駆動アセンブリ（１０１０）およびコリメータ／絞りアセンブリ（１００２）は、共通の筐体（１０１２）に対して設置することができる。共通の筐体（１０１２）は、例えば６個の自由度を有した通常のロボットアームといったような関連する駆動アセンブリ（図示せず）に対して、連結することができる。コリメータ／絞りアセンブリ（１００２）の内部構成は、例示した複数の形態の任意のものとすることができ、また、その変形例とすることもできる。
【００３４】
図２に戻って説明すると、操作者を保護するためにまた周囲環境を保護するためにさらには供給原料の回収を容易とするために、噴射構成要素を、容器（２１０）内に収容することが好ましい。容器（２１０）の内部が、通常は、高温でありまた大量の供給原料ダストが充満しているような有害環境であることにより、ＣＰＵ（２０４）および関連する制御電子回路を、容器（２１０）の外部に設置することが好ましい。この場合、容器においては、制御信号やフィードバック信号の送受信を可能とし得るよう、貫通接続が行われる。
【００３５】
噴射源（１００）は、ＣＰＵ（２０４）によって、あるいは、トーチ（１００）とＣＰＵ（２０４）との間に介装された個別のトーチコントローラ（２１２）によって、制御することができる。トーチコントローラは、一般に、トーチに対して供給される電力（２１４）およびガス（２１６）の量を制御し、これにより、従来的手法によって、トーチ（１００）の温度や材料量や流出噴流速度を制御する。
【００３６】
容器（２１０）内には、堆積操作に関する様々なパラメータを観測するための複数の診断用センサ（２１８）を設けることができる。例えば、レーザーに基づく位置決めセンサを使用することによって、基板の位置および堆積物の厚さを決定することができる。加えて、温度センサを設けることによって、容器内温度や基板温度を決定することができる。さらに、噴流センサを使用することによって、噴流の幅や粒子温度や粒子速度を測定することができる。
【００３７】
容器（２１０）を通しての空気流は、空気取込調整器（２２０）によって、および、ダスト収集廃棄アセンブリ（２２２）によって、制御することができる。空気取込調整器（２２０）およびダスト収集廃棄アセンブリ（２２２）は、ＣＰＵ（２０４）による制御のもとに動作することができる。図１に示すように、コリメータ（１０４，１０８）および絞り（１１０）上への噴流の衝突によって、噴流内の材料の一部は、基板から遠ざかる向きへと方向転換し、容器（２１０）の内部へと拡散する。ダスト収集廃棄アセンブリ（２２２）は、容器（２１０）の内部と連通しており、フィルタを通すことによって周囲雰囲気へと空気を通過させる。その際、フィルタによって供給原料材料を捕捉し、再利用のための供給原料容器（２２４）内へと収集する。
【００３８】
好ましくは、ＣＰＵ（２０４）は、ＣＡＤインターフェース（２２６）を備えている、あるいは、ＣＡＤインターフェース（２２６）に対して駆動可能に接続されている。ＣＡＤインターフェース（２２６）は、従来的なコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラム内において準備された図面を、堆積プロセス時における噴射アセンブリ（１１４）と基板（１０２）との移動シーケンスを決定するための制御命令へと変換する。これに代えて、制御命令は、例えばＣＰＵ（２０４）に対して接続されたキーボード（図示せず）を介して手動で制御シーケンスを入力するといったようにして、他の入力デバイスによって入力することもできる。
【００３９】
上述したように、コリメータ（１０４）は、ガス流を制限するとともに噴射トーチ（１００）からの熱の大部分を基板（１０２）から遠ざけることを意図したものである。これら機能を得るために、コリメータ（１０４）に関して様々な実施形態を採用することができる。図１，３，４，５Ａ，５Ｂに示すように、コリメータは、単一のアセンブリとすることも、また、例えばコリメータ部材（１０６，１０８）といったように複数の部材からなるアセンブリとすることも、できる。図１に示すように、コリメータ（１０４）の一実施形態は、噴流の一部を基板（１０２）から遠ざけるようにして互いに配置された２つまたはそれ以上の側壁部分（１０４ａ，１０４ｂ）を有して形成されている。複数の側壁の配置は、噴流からの高速空気流がコリメータ上に向けられた際に乱流形成の度合いを低減し得るようにして、経験的に決定することができる、あるいは、流体動力学に基づく数学モデルによって決定することができる。側壁部分は、一般に、噴射源（１００）に対しての実質的な逆Ｖ字形配置に収束し、噴射流の中央部分を通過させるための頂部開口（１０６）を有した頂点を形成する。
【００４０】
頂部開口（１０６）のサイズや形状や輪郭は、様々な噴射特性が得られるように変更することができる。一実施形態においては、コリメータは、約４５°という角度で収束するとともに１〜２ｍｍという幅のスロットをなす頂部開口を形成する実質的に平板状とされた２つの側壁部分（１０４ａ，１０４ｂ）から構成される。図１に示すように、第２コリメータ部材（１０８）は、第１コリメータ部材（１０４）に対して実質的に平行とされるとともに例えば０．５〜１ｍｍというより狭い幅のスロットを形成する２つの側壁部分（１０８ａ，１０８ｂ）から構成することができる。
【００４１】
図１の実施形態におけるコリメータ（１０４）は、噴射流すなわち材料流を、一次元においてのみ、すなわち、Ｘ方向またはＹ方向においてのみ、トリミングする。コリメータは、例えばスチールやＡｌＮやＳｉ3Ｎ4やガラスやセラミックといったような様々な材料から形成することができ、好ましくは、高温噴射流に対して耐性を有しているものとして選択された材料から形成される。好ましくは、コリメータの表面は、堆積させるべき材料の固着を最小とし得るよう、高度に研磨された表面とされる。そのような固着を最小とし得るよう、また、例えば有機層といったような表面処理を、表面に対して適用することもできる。
【００４２】
熱の除去を補助し得るよう、コリメータの上方に、例えば空気や水といったような冷却材を循環させるようなコリメータ冷却システムを設けることができる。加えて、コリメータ（１０４）のうちの、噴射流に対して曝される表面は、噴射堆積プロセス時におけるコリメータ上への供給原料材料の蓄積度合いを低減し得るよう、例えばテフロン（登録商標）といったような非固着性表面によって処理することができる。コリメータ表面上へと材料蓄積は、また、例えば液体窒素や二酸化炭素等を使用するといったようにしてコリメータを過度に冷却することによっても、低減することができる。コリメータ（１０４）上への材料蓄積および頂部開口（１０６）の閉塞を排除するために、コリメータクリーニングシステムを使用することができる。これは、例えば、コリメータ表面上にわたってワイヤまたはクリーニングブレードを通過させることによって、あるいは、エアナイフを使用することによって、あるいは、コリメータ表面上に例えばガラスやＣＯ2 や水等といったようなブラスト媒体からなる流れを案内するようなブラストクリーニングシステムを使用することによって、行うことができる。
【００４３】
図４は、一次元的コリメータおよび絞りアセンブリ（４１０）の配置例を示す斜視図である。この構成においては、開口（４０６）は、絞り部材（４１０）内のスロット形状開口（４１２）に対して直交するスロットとされている。コリメータ（４０４）は、第１方向において噴射流をトリミングし、噴射流のライン形状部分を、絞り部材上へと通過させる。次に、絞り部材は、直交方向において噴射流をトリミングし、これにより、比較的小さな矩形材料流を、基板（１０２）上に堆積させる。
【００４４】
図５Ａおよび図５Ｂは、噴射流を二次元的に低減するのに適切であるような、コリメータ（１０４）の代替可能な実施形態を示している。図５Ａに示すように、コリメータのこの実施形態は、上記と同様にして頂部開口（５０６）を形成する側壁部分（５０４ａ，５０４ｂ）を有して形成された第１コリメータを備えている。コリメータのこの実施形態は、さらに、円形の頂部開口（５１０）を形成する円錐台部分（５０８）として形成された第２コリメータ部材を備えている。第１コリメータ部材（１０４）は、ガス噴流の大部分を側壁部分（５０４ａ，５０４ｂ）に沿って案内し、基板（１０２）から遠ざける。噴射流のうち、頂部開口（５０６）を通過した部分は、第２コリメータ部材（１０８）上へと案内される。その後、噴射流のわずかな部分が、円形頂部開口（５１０）を通過し、絞り（１１０）へと到達する。その際、噴流の残部は、第１コリメータ部材と第２コリメータ部材との間の距離（Ｓ３）によって規定されたチャネル内へと案内され、基板（１０２）から遠ざかる。このようにして、噴射流は、二次元的に低減し、基板は、２つのコリメータ部材によって噴射流から保護される。
【００４５】
図１に示すように、トーチ（１００）からの噴射流がコリメートされた後には、噴射流のうちの中央残存部分は、基板（１０２）の表面の上方において支持されている絞り部材（１１０）の表面上へと、案内される。絞り部材は、好ましくは、堆積操作時に絞りのサイズと形状との一方または双方を変更可能であるという点において、動的なものとされる。この目的を達成するために、絞り部材（１１０）の様々な実施形態を使用することができる。図３に示すように、絞り部材（１１０）は、絞り材料からなる実質的に連続的なロール（３００）の形態とすることができる。このロールは、ＣＰＵ（２０４）の制御のもとに絞り駆動システム（３０２）によって、基板表面の上方において前進駆動することができる。この実施形態においては、一般に、未使用の絞り材料を収容した供給スプール（３０４）と、使用中の絞り材料を受領するための巻取スプール（３０６）と、複数のガイドローラ（３０８）と、が設けられている。絞り材料（３００）は、一般に平面状であって、フレキシブルであり、さらに、基板（１０２）の幅全体にわたって延在するように選択された幅を有している。例えばプレートやトラックやレールやローラ等といったような１つまたは複数の絞り材料支持部材（３１０）を、絞り材料（３００）に沿って配置することができ、噴射堆積プロセス時にフレキシブル材料を支持することができる。
【００４６】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、絞り材料（３００）は、絞り材料を通して堆積材料を通過させ得るよう、様々な所定穴開きパターンを有することができる。例えば、図６Ａに示すように、絞り材料には、例えばスロット（６０２，６０４，６０６，６０８）といったよう様々な幅を有した様々なスロット形状をなす複数の絞りからなるパターンを形成することができる。このパターンは、絞り材料の長さ方向において繰り返すことができる。このパターン内における絞りのサイズや形状や数は、形成すべき構造に応じて、変更することができる。期待されたライン幅が一定であるような応用においては、複数のスロットの各幅は、一定とすることができる。基板上に所定幅の特性物を書き込むに際しては、ＣＰＵ（２０４）は、絞り駆動システム（３０２）を駆動することによって、絞り材料（３００）を基板の上方へと前進させ、適切な幅の絞りを、噴射流の経路上に配置する。それ以上の時間にわたって堆積を継続した場合には絞り材料（３００）上への堆積物の蓄積が絞りの精度に悪影響を及ぼすと考えられるような所定堆積期間が経過した時点で、ＣＰＵ（２０４）は、絞り駆動システム（３０２）を駆動することによって、絞り材料を前進させて、適切な絞り開口を有した次なる絞りパターンを配置する。基板上への材料堆積を迅速に停止させるために、噴射流を完全に遮蔽し得るよう、絞り材料を、開口を有していない部分へと前進させることができる。これに代えて、個別に設置されたシャッタアセンブリを、噴射流の経路内に介装することができる。
【００４７】
図６Ｂに示すように、絞り材料（３００）内に形成された複数の絞りは、様々な形状や様々な向きや様々な幅を有することができる。図６Ｂにおいては、絞りパターンは、第１スロット（６１０）と、この第１スロットに対して直交した第２スロット（６１２）と、円形絞り（６１４）と、を有している。図６Ａに示すように、このパターンは、絞り材料の長さ方向に沿って繰り返すことができ、ＣＰＵ（２０４）によって、適切な絞りを選択することができる。図６Ａおよび図６Ｂに示されたパターンは、あくまでも例示に過ぎない。所望の製造プロセスに適切であるような様々なサイズや形状や幾何形状を有した様々な絞りを、使用することができる。例えば、一定の直径とされたあるいは互いに異なる直径とされた複数の円形絞りからなる繰返しパターンを使用することができる。
【００４８】
図７は、連続的かつ動的な絞り形成をもたらす絞り部材サブアセンブリのさらなる実施形態を示している。この実施形態は、第１連続型絞り部材（７０２）と、図３に関して上述したものと実質的に同じとされた絞り駆動システム（７１６）によって駆動される関連供給リール（７０４）および関連巻取リール（７０６）と、を備えている。この連続型絞りは、さらに、第２連続型絞り部材（７０８）と、図３に関して上述したものと実質的に同様に形成された回転型絞り駆動システム（７１６）によって駆動される関連供給リール（７１０）および関連巻取リール（７１２）と、を備えている。第１および第２絞り部材には、実質的に連続したスロットが形成されており、これらスロットは、実質的に互いに直交する関係に位置合わせされている。これにより、噴射堆積プロセス時に連続的に維持され得る矩形絞り開口（７２０）が得られている。
【００４９】
各絞り部材（７０２，７０８）に関してそれぞれ回転型絞り駆動システムを有していることに加えて、各絞り部材には、さらに、絞り部材を軸（７１８，７２０）に沿って各絞り部材の幅方向と実質的に平行に移動させるための変位駆動機構（７１４，７１６）を設けることができる。ＣＰＵ（２０４）による制御のもとに、結果的に得られる絞り（７２０）は、絞り部材（７０２，７０８）の各変位量を変更することによって、基板に対して移動することができる。例えば、基板を固定位置に保持したままでも、絞り部材（７０２）の位置を一定に維持しつつ、Ｘ軸に沿う方向における絞り部材（７０８）の変位量を変更することによって、基板（１０２）上にラインをプリントすることができる。双方の絞り部材（７０２，７０８）を同時に変位させることによって、基板（１０２）上において、曲線や傾斜ラインやテーパーラインや他の一般的特性物をプリントすることができる。
【００５０】
各絞り部材（７０２，７０８）は、互いに平行な２つの絞り部材半体（７０２ａ，７０２ｂ）および互いに平行な２つの絞り部材半体（７０８ａ，７０８ｂ）のそれぞれとして形成することができる。この場合、供給リール（７０４，７１２）は、互いに平行な供給リールアセンブリ（７０４ａ，７０４ｂ）および互いに平行な供給リールアセンブリ（７１２ａ，７１２ｂ）のそれぞれの形態とすることができる。同様に、巻取リール（７０６，７１０）は、互いに平行な２つの巻取リールアセンブリ（７０６ａ，７０６ｂ）および互いに平行な２つの巻取リールアセンブリ（７１０ａ，７１０ｂ）のそれぞれの形態とすることができる。上述した回転型駆動システムおよび変位型駆動機構に加えて、各絞り部材は、さらに、軸（７１８）に沿って絞り部材半体（７０２ａ，７０２ｂ）どうしを相対変位させるためのおよび軸（７２０）に沿って絞り部材半体（７０８ａ，７０８ｂ）どうしを相対変位させるための、間隔駆動アセンブリを備えることができる。この構成においては、絞りオリフィスのサイズおよび形状（例えば、正方形または矩形）は、動的に調節することができる。
【００５１】
図８は、動的絞り生成特性を備えた微細ライン特性物噴射堆積システムの代替可能な実施形態を示している。このシステムは、基板（８０２）上に微細特性物を堆積するように協働するような、噴射トーチ（８００）とコリメータ（８０４）と絞り材料（８１０）とを備えている。絞り材料（８１０）は、供給ロール（８１２）上に貯蔵されるとともに例えば複数のガイドスプール（８１４）といったような複数の材料ガイド（８１４）を通過して巻取ロール（８１６）へと巻き取られる実質的に連続的な材料シートとして、設けられている。供給ロール（８１２）上における絞り材料は、フレキシブルな平面状材料である。このフレキシブルな平面状材料は、好ましくはプラスチックフィルム材料であるものの、金属箔等といったような形態とすることもできる。このシステムは、さらに、例えばＸ−Ｙ駆動機構（８２０）といったような駆動ユニット上に設置されたカットツール（８１８）を、備えている。カットツールと駆動ユニットとの双方は、ＣＰＵ（８２２）による制御のもとに駆動され、絞り材料（８１０）内に動的に絞りを生成することができる。一実施形態においては、カットツール駆動機構（８２０）は、絞り材料の供給方向に対して実質的に垂直であるようなただ１つの軸方向において駆動を引き起こすことができる。好ましくは、カットツール（８１８）は、レーザーの形態とされる。しかしながら、ある種の絞り材料に対しては、機械的カットデバイスや電気アーク放電カットデバイスが適切であることもある。カットツール（８１８）がレーザーの形態とされているときには、絞りサイズは、レーザーの焦点および／または焦点距離を変更することによって、変更することができる。図２に示すように、ＣＰＵ（８２２）が、絞り材料の移動や噴射アセンブリの移動や基板（８０２）の移動を制御することが好ましい。また、コンピュータ設計図面を最終製品へと容易にかつ迅速に変換し得るよう、ＣＰＵ（８２２）に、ＣＡＤインターフェースが付設されていることが望ましい。
【００５２】
図７および図８の各実施形態を効果的に組み合わせることによって、大いに融通性がありかつ動的な絞りシステムを形成することができる。そのような実施形態においては、実質的に図８に関連して例示し説明したような絞り駆動およびカットシステムが、２つ設けられて、図７に関連して上述したようにして、基板（８０２）の上方においてオーバーラップされる。各絞り材料内において所望幅のラインを連続的にカットすることにより、得られる絞りは、様々なアスペクト比を有した矩形となるとともに、基板に対して連続的に駆動される。
【００５３】
図９は、絞り部材（１１０）に関する代替可能な実施形態を示している。この実施形態においては、互いに実質的に平行に配置された第１部材（９０２）と第２部材（９０４）とによって、一次元的絞りを形成することができる。第１部材（９０２）と第２部材（９０４）とは、シート状材料またはバー状材料からなるプレートとして形成することができる。好ましくは、第１部材（９０２）と第２部材（９０４）とは、ＣＰＵ（２０４）によって制御される駆動機構（図示せず）により駆動制御され得るようにして接続される。これにより、第１部材と第２部材との間の間隔を調節することができ、これら第１部材および第２部材の間に形成される絞りの幅を変更することができる。形成される堆積材料の鉛直方向プロファイルの調節を可能とするために、第１部材（９０２）と第２部材（９０４）との各対向エッジは、例えば面（９０６，９０８）に面取を施したような輪郭とすることができる。絞りのこの形態においては、絞り部材（９０２，９０４）は、好ましくは、噴射材料の蓄積度合いを低減し得るよう非固着性表面を有して形成されるとともに、定期的にクリーニングを受ける。
【００５４】
２つの付加的な絞り部材とこれらに関連する駆動機構とを、第１部材（９０２）および第２部材（９０４）に対して直交したかつオーバーラップした位置関係で配置することにより、動的矩形開口を形成するような実質的に図９に基づく絞りシステムを使用して、２次元的絞りシステムを形成することができる。
【００５５】
本発明によるシステムおよび方法は、基板表面に対して接触したマスクを使用することなく、基板上に、例えば２０〜２００μｍという幅を有したラインといったような微細特性物を生成することができる。加えて、絞りを開放する（あるいは広げる）ことによって、正確な形状を有した大面積パッチやブランケット堆積を形成することができる。マスクを一切使用しないことにより、互いに連続する操作どうしの間においてマスクを除去するというステップを必要とすることなく、様々な材料層を順次的に堆積させることができ、多層構造を、迅速にかつ効率的に形成することができる。導電性材料や抵抗性材料や誘電性材料や絶縁性材料等を使用して特性物を堆積させることにより、多層電気回路やセンサを形成することができる。
【００５６】
複数の特定の実施形態を参照して本発明について説明したけれども、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神および範囲を逸脱することなく、上記様々な実施形態に対して様々な変形や置換や変更を加え得ることは、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  噴射堆積を使用して微細ライン特性物を形成するために使用されている、噴射源と、コリメータと、絞りと、基板と、の間の位置関係を単純化して示す断面図である。
【図２】  本発明による微細ライン特性物噴射堆積システムの一実施形態における主要構成要素を単純化して示すブロック図である。
【図３】  連続供給型絞りを使用した微細ライン特性物噴射堆積システムの一実施形態を単純化して示す断面図である。
【図４】  コリメータと絞りとからなるサブアセンブリの配置例を示す斜視図である。
【図５】  図５Ａは、コリメータの構成例を示す斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａのコリメータを示す底面図である。
【図６】  図６Ａおよび図６Ｂは、本発明による微細ライン特性物噴射堆積システムにおいて使用するための連続供給型絞り材料に関しての例示としての代替可能な実施形態をそれぞれ示す図である。
【図７】  一般化された特性物を形成し得るよう互いに直交配置された２つの絞り部材が使用されている動的絞りサブアセンブリの一実施形態を示す図である。
【図８】  本発明による微細ライン特性物噴射堆積システムにおいて使用される絞りを動的に形成し得るよう絞りカット操作を使用しているような、システムの一実施形態を示す単純化した図である。
【図９】  調節可能な間隔でもって配置された２つの平行プレートを使用した動的絞りサブアセンブリの代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【図１０】  単一のコリメータ／絞りアセンブリに関連して複数のトーチアセンブリを備えているような噴射アセンブリの代替可能な実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００    噴射源、トーチ
１０２    基板
１０４    コリメータ（第１コリメータ部材）
１０４ａ  側壁部分（第１壁部分）
１０４ｂ  側壁部分（第２壁部分）
１０６    開口
１０８    第２コリメータ部材
１１０    絞り部材（絞りアセンブリ）
１１２    堆積物（特性物）
１１４    噴射アセンブリ
２０２    Ｘ−Ｙ駆動テーブル（駆動機構）
２０４    中央制御ユニット、ＣＰＵ（コントローラ）
２０６    Ｘ−Ｙ駆動テーブル（駆動機構）
２２６    ＣＡＤインターフェース
３００    絞り材料（長尺ストリップ）
３０２    絞り駆動システム（回転駆動アセンブリ）
３０４    供給スプール（供給リール）
３０６    巻取スプール（巻取リール）
４０４    コリメータ
４０６    開口
４１２    スロット形状開口（開口）
５０４ａ  側壁部分（第１壁部分）
５０４ｂ  側壁部分（第２壁部分）
５０６    頂部開口（開口）
５０８    円錐台部分
５１０    頂部開口（開口）
７０２    第１連続型絞り部材（第１絞りサブアセンブリ、第１対をなす複数の部材）
７０２ａ  絞り部材半体（第１長尺ストリップ）
７０２ｂ  絞り部材半体（第２長尺ストリップ）
７０４    供給リール
７０４ａ  供給リールアセンブリ（第１供給リール部分）
７０４ｂ  供給リールアセンブリ（第２供給リール部分）
７０６    巻取リール
７０６ａ  巻取リールアセンブリ（第１巻取リール部分）
７０６ｂ  巻取リールアセンブリ（第２巻取リール部分）
７０８    第２連続型絞り部材（第２絞りサブアセンブリ、第２対をなす複数の部材）
７０８ａ  絞り部材半体（第１長尺ストリップ）
７０８ｂ  絞り部材半体（第２長尺ストリップ）
７１０    供給リール
７１０ａ  供給リールアセンブリ（第１供給リール部分）
７１０ｂ  供給リールアセンブリ（第２供給リール部分）
７１２    巻取リール
７１２ａ  巻取リールアセンブリ（第１巻取リール部分）
７１２ｂ  巻取リールアセンブリ（第２巻取リール部分）
７１４    変位駆動機構（変位駆動アセンブリ）
７１６    絞り駆動システム（回転駆動アセンブリ）
７２０    矩形絞り開口（開口）
８００    噴射トーチ（噴射源）
８０２    基板
８０４    コリメータ
８１０    絞り材料（長尺ストリップ）
８１２    供給ロール（供給リール）
８１６    巻取ロール（巻取リール）
８１８    カットツール（絞りカットデバイス、絞りカットステーション）
８２２    ＣＰＵ（コントローラ）
１００２    共通のコリメータ／絞りアセンブリ（絞りアセンブリ）
１００４ａ  トーチ（噴射源）
１００４ｂ  トーチ（噴射源）
１００４ｃ  トーチ（噴射源）
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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