(57)【要約】【課題】緻密でテーパー角が大きい無機構造体を製造するのに適した成膜装置を提供する。【解決手段】原料粉を基板に吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いる成膜装置であって、原料粉をガスによって分散させることにより、エアロゾルを生成するエアロゾル生成部と、基板が固定される基板ステージと、エアロゾル生成部によって生成された原料粉のエアロゾルを、基板に向けて噴射するノズルと、該ノズルと基板との間に配置され、ノズルから噴射された原料粉を通過させることにより、該原料粉の流れの方向を調整する微粒子流方向調整ガイドとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉を基板に吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いる成膜装置であって、
原料粉をガスによって分散させることにより、エアロゾルを生成するエアロゾル生成手段と、
基板が固定される基板ステージと、
前記エアロゾル生成手段によって生成された原料粉のエアロゾルを、前記基板に向けて噴射するノズルと、
前記ノズルと前記基板との間に配置され、前記ノズルから噴射された原料粉を通過させることにより、原料粉の流れの方向を調整するガイド手段と、
を具備する成膜装置。
【請求項２】
前記ガイド手段が、前記ノズルから噴射された原料粉の流れが集束するように調整する、請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ガイド手段が、前記ノズルから噴射された原料粉が基板に対して垂直な方向を向くように調整する、請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ガイド手段が、原料粉の流れを通過させる通路であって、衝突した原料粉を集束させるように反射する壁面を有する前記通路を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ガイド手段が、原料粉の流れを通過させるハニカム構造体を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ガイド手段が、前記ノズルから噴射された原料粉を通過させるための開口が形成された遮蔽板をさらに有する、請求項４又は５記載の成膜装置。
【請求項７】
原料粉を基板に吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法による成膜方法であって、
原料粉をガスによって分散させることにより、エアロゾルを生成する工程（ａ）と、
工程（ａ）において生成された原料粉のエアロゾルをノズルから噴射し、噴射された原料粉の流れの方向を調整するガイドを介して基板に吹き付けることにより、原料粉を前記基板上に堆積させる工程（ｂ）と、
を具備する成膜方法。
【請求項８】
原料粉を基板に向けて吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて形成されたセラミック膜であって、
５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下である、セラミック膜。
【請求項９】
基板と、
原料粉の粉体を基板に向けて吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて前記基板の上層に形成されたセラミック層であって、５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下であるセラミック層と、
を具備する無機構造体。
【請求項１０】
前記基板と前記セラミック層との間に形成された電極層をさらに具備する請求項９記載の無機構造体。
【請求項１１】
前記セラミック層が、鉛を含有する、請求項９又は１０記載の無機構造体。
【請求項１２】
前記セラミック層が、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を含む、請求項１１記載の無機構造体。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された複数の無機圧電体であって、各々が５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下である前記複数の無機圧電体と、
前記複数の無機圧電体上にそれぞれ配置された複数の第２の電極と、
を具備する圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
１次元又は２次元的に配列された複数の無機圧電体であって、各々が５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下である前記複数の無機圧電体と、
前記複数の無機圧電体の両面にそれぞれ形成された複数の電極層と、
を具備する超音波トランスデューサアレイ。
【請求項１５】
基板と、
前記基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に２次元的に配列された複数の強誘電体であって、各々が５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下である前記複数の強誘電体と、
前記複数の強誘電体上にそれぞれ配置された複数の第２の電極と、
を具備する強誘電体メモリ。
【請求項１６】
基板と、
金属粉を前記基板に向けて吹き付けることにより該金属粉を前記基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて前記基板上にパターン形成された金属膜であって、５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有する前記金属膜と、
を具備する配線基板。
【請求項１７】
基板と、
前記基板上にパターン形成された導電性セラミックス膜であって、５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下である前記導電性セラミックス膜と、
を具備する配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置及び成膜方法、並びに、それを用いて製造されたセラミック膜及び無機構造体、並びに、そのような成膜方法を用いて製造される各種のデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、積層セラミックコンデンサや圧電アクチュエータ等の素子の微細化及び集積化がますます進んでいる。
そのような素子が２次元的に配列された２次元デバイスにおいては、素子を高密度に配置すると共に、素子として有効に動作する領域（動作領域）を最大限に確保することが望まれている。例えば、２次元デバイスの面積の半分以上が動作領域であることが期待される。また、それらの素子が独立して動作するように制御するためには、各素子を完全に分離して配置しなくてはならず、そのためには、高い精度で素子を配置することが必要となる。
【０００３】
そのため、そのような素子において用いられるセラミック等の無機構造体は、テーパー角がなるべく大きい形状であることが望ましい。ここで、テーパー角とは、構造体を切断した場合に、底面と側面との為す角のことをいう。図９の（ａ）は、テーパー角の小さい無機構造体の断面形状を示しており、図９の（ｂ）は、テーパー角の大きい無機構造体の断面形状を示している。
【０００４】
その理由は、次の通りである。即ち、図９に示すように、テーパーを有する領域においては無機構造体の厚さが傾斜的に変化するので、キャパシタンスやコンダクタンスが均一でない。そのため、そのような領域を素子として動作させるのは適当でない。その点、図９の（ａ）と（ｂ）とを比較して明らかなように、テーパー角が大きい無機構造体においては、テーパーを有する領域が小さくなるので、素子としての動作領域が相対的に大きくなるからである。テーパー角は、望ましくは６０°以上、理想的には９０°とすることが期待されている。
【０００５】
そこで、それらの素子を、成膜技術を用いて作製することが検討されている。例えば、従来の薄膜形成技術によれば、テーパー角がほぼ９０°である無機構造体を作製することが可能である。しかしながら、成膜レートが遅いため、例えば、５μｍ以上の膜を形成することは困難である。また、従来のバルク法によれば、無機材料のバルク体を研磨又は切削することにより、例えば、テーパー角がほぼ９０°の５００μｍより厚い無機構造体を作製することは可能である。しかしながら、無機構造体をそれよりも薄くすることは、ハンドリング等の観点から極めて困難である。さらに、基板上に構造体パターンを直接形成することは、バルク法では不可能である。
【０００６】
或いは、５μｍ〜５００μｍ程度の無機構造体を製造可能な成膜方法として、グリーンシート法も知られている。しかしながら、グリーンシート法においては、焼成によりバインダを飛散させる工程を要するので、気孔率の低い無機構造体を製造することは困難である。そのため、無機構造体の品質を向上させることができない。
【０００７】
最近では、固体粒子の衝突付着現象を利用した成膜方法の１つであるエアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法が、セラミック膜の形成方法として注目されている。ＡＤ法とは、原料の微粒子（原料粉）をガスに分散させたエアロゾルをノズルから基板に向けて噴射して、微粒子を基板や先に形成された膜に衝突させることにより、原料を基板上に堆積させる成膜方法である。このＡＤ法によれば、気孔率が低く、緻密で強固な膜を形成することができるので、上記のような微細な素子の性能を向上できる可能性がある。
【０００８】
ところが、ＡＤ法においては、次のような問題が生じている。即ち、図１０に示すように、エアロゾル１００は、圧力の低い成膜室において、噴射ノズル１０１の先端から高圧で噴射されるため、原料粉は、基板１０２上の成膜領域だけでなく、その周囲の様々な方向にも飛散してしまう。その結果、無機構造体１０３のテーパー角が低くなると共に、十分な成膜位置精度を得ることができなくなってしまう。
【０００９】
ここで、テーパー角が低い無機構造体に対して、ウェットエッチングやドライエッチングを含むエッチング法を適用することにより、テーパー角の大きい無機構造体パターンを形成することは可能である。しかしながら、工程数が増加するのに加えて、無機構造体の組成によっては等方的にエッチングされない場合があるため、エッチング条件を最適化する必要が生じて、多くの手間やコストを要してしまう。また、エッチングにより無機構造体の品質が低下してしまう場合もある。
【００１０】
このような問題を解決するために、特許文献１には、微粒子を含むエアロゾルを発生するエアロゾル発生器と、基材に向けてエアロゾルを噴出するノズルと、このノズルにエアロゾル発生器で発生したエアロゾルを供給する搬送手段と、ノズルを基材に対して相対的に移動せしめる移動手段とを備えた複合構造物形成装置において、上記ノズルが噴射した微粒子流束のうちの速度の遅い成分を基板に到達させないための変向板をノズルに一体又は別体として固定している複合構造物形成装置が開示されている（第２頁）。
【００１１】
また、特許文献２には、エアロゾル化された微粒子材料を成膜室内で基板上に噴射して微粒子材料を堆積させる微粒子噴射ノズルを有する成膜装置であって、微粒子噴射ノズルより噴射された微粒子流のうち、微粒子流の速度が所定以下の範囲の微粒子流を遮断する遮蔽手段を有し、該遮蔽手段が微粒子噴射ノズルと一体化されている成膜装置が開示されている（第２頁）。また、微粒子噴射ノズルの出射口は、上流側から下流側に向かって全体が先細り形状の流路をなしており、流路の内壁に沿って連続した突状部材が螺旋状に設けられていることも開示されている（第２頁）。
【特許文献１】特開２００２−３２０８７９号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００５−２４６１号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１及び２に開示されているように、変向板や遮蔽手段を用いることにより、エアロゾル流（微粒子流）における不要な広がり部分を遮断することができる。それにより、形成された無機構造体のテーパー角を改善することはできるが、６０°以上にすることはやはり困難であり、また、成膜位置精度の向上についても十分とは言えない。
【００１３】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、緻密でテーパー角が大きい無機構造体を製造するのに適した成膜方法及び成膜装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、そのような成膜方法及び成膜装置によって製造されたセラミック膜及び無機構造体、並びに、そのような成膜方法を用いて製造される各種のデバイスを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る成膜装置は、原料粉を基板に吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いる成膜装置であって、原料粉をガスによって分散させることにより、エアロゾルを生成するエアロゾル生成手段と、基板が固定される基板ステージと、エアロゾル生成手段によって生成された原料粉のエアロゾルを、基板に向けて噴射するノズルと、該ノズルと基板との間に配置され、ノズルから噴射された原料粉を通過させることにより、原料粉の流れの方向を調整するガイド手段とを具備する。
【００１５】
また、本発明の１つの観点に係る成膜方法は、原料粉を基板に吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法による成膜方法であって、原料粉をガスによって分散させることにより、エアロゾルを生成する工程（ａ）と、工程（ａ）において生成された原料粉のエアロゾルをノズルから噴射し、噴射された原料粉の流れの方向を調整するガイドを介して基板に吹き付けることにより、原料粉を前記基板上に堆積させる工程（ｂ）とを具備する。
【００１６】
本発明の１つの観点に係るセラミック膜は、原料粉の粉体を基板に向けて吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて形成されたセラミック膜であって、５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下である。
【００１７】
本発明の１つの観点に係る無機構造体は、基板と、原料粉の粉体を基板に向けて吹き付けることにより原料粉を基板上に堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて基板の上層に形成されたセラミック層であって、５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角とを有し、気孔率が５％以下であるセラミック層とを具備する。
【００１８】
本発明の１つの観点に係るデバイスである圧電アクチュエータは、基板と、該基板上に形成された第１の電極と、該第１の電極上に形成された複数の無機圧電体であって、各々が５μｍ以上５００μｍ以下の厚さと、６０°以上９０°以下のテーパー角と、５％以下の気孔率とを有する複数の無機圧電体と、該複数の無機圧電体上にそれぞれ配置された複数の第２の電極とを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＡＤ法において、ノズルから噴射された微粒子の流れの方向を所定の方向（例えば、基板に対してほぼ垂直方向）に調整するので、緻密でテーパー角が大きい無機構造体を、直接描画により高い位置精度で基板上に形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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の構成を示す模式図である。図１に示すように、この成膜装置は、エアロゾル生成室１と、振動台２と、巻き上げガスノズル３と、圧力調整ガスノズル４と、エアロゾル搬送管５と、成膜チャンバ６と、噴射ノズル７と、微粒子流方向調整ガイド８と、基板ステージ９と、排気管１０とを含んでいる。
【００２１】
エアロゾル生成室１は、原料粉１１が配置される容器であり、ここでエアロゾルの生成が行われる。また、エアロゾル生成室１は、原料粉１１を攪拌することにより効率的にエアロゾルを生成するために、所定の周波数で振動する振動台２の上に設置されている。
巻き上げガスノズル３は、外部のガスボンベから供給されるキャリアガスをエアロゾル生成室１内に導入することにより、サイクロン流を生成する。それにより、エアロゾル生成室１内に配置された原料粉１１が巻き上げられて分散し、エアロゾルが生成される。
【００２２】
圧力調整ガスノズル４は、外部のガスボンベから供給されるキャリアガスをエアロゾル生成室１内に導入することにより、エアロゾル生成室１内のガス圧を調整する。それにより、エアロゾル生成室１内の圧力と成膜チャンバ６内の圧力との差が調整される。
巻き上げガスノズル３及び圧力調整ガスノズル４によって供給されるキャリアガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、又は、それらの混合ガス、或いは、乾燥空気等が用いられる。
【００２３】
エアロゾル搬送管５は、エアロゾル生成室１内において生成されたエアロゾルを、成膜チャンバ６に配置されている噴射ノズル７に供給するための供給経路である。
噴射ノズル７は、所定の形状及び大きさの開口を有しており、エアロゾル生成室１からエアロゾル搬送管５を介して供給された原料粉のエアロゾルを基板１２に向けて噴射する。噴射ノズル７から噴射されるエアロゾルの速度は、エアロゾル生成室１と成膜チャンバ６との間の圧力差によって決定される。
【００２４】
微粒子流方向調整ガイド８は、噴射ノズル７から噴射された原料粉が所定の方向（例えば、流れの内側方向）に向かうように、原料粉の流れ（「微粒子流」ともいう）１３を調整する。微粒子流方向調整ガイド８の構造については、後で詳しく説明する。
【００２５】
基板１２が固定されている基板ステージ９は、基板１２と噴射ノズル７との相対位置及び相対速度を制御するための３次元的に移動可能なステージである。この相対速度を調節することにより、１往復あたりに形成される膜の厚さを制御することができる。
このような成膜チャンバ６の内部は、排気管１０に接続されている排気ポンプ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。
【００２６】
なお、図１に示す成膜装置においては、原料粉をガスによって巻き上げることによりエアロゾルを生成しているが、原料粉を分散させることができれば、それ以外の方法を用いても良い。例えば、気流が形成されている容器内に原料粉を供給するようにしても良い。
【００２７】
このような成膜装置において、エアロゾル生成室１に無機材料の原料粉１１を配置し、基板ステージ９上に基板１２を配置する。原料粉としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の無機圧電材料、ＭｇＯ等の耐熱材料、Ａｌ２Ｏ３等の高強度材料、Ｆｅ２Ｏ３等の磁性材料、Ｎｂ２Ｏ５等の誘電材料、ＺｒＯ２等の半導性材料、ＩｒＯ２等の導電性材料、ＳｉＯ２等の光学材料を含むセラミックス粉や、金属粉が用いられる。そして、成膜装置を駆動すると、エアロゾル生成室１において生成されたエアロゾルが、ノズル７から微粒子流方向調整ガイド８を介して基板１２に吹き付けられる。それにより、基板１２上に無機材料が堆積して膜が形成される。
【００２８】
図２は、図１に示す噴射ノズル７及び微粒子流方向調整ガイド８の周辺を拡大して示す模式図である。なお、説明のために、微粒子流方向調整ガイド８については断面が示されている。
図２に示すように、微粒子流方向調整ガイド８は、噴射ノズル７に対して固定されている。また、微粒子流方向調整ガイド８は、エアロゾルを通過させるための微粒子通路８ａを有している。微粒子通路８ａの壁面は、金属やセラミックス等によって形成された凹面形状を為しており、衝突してきた原料粉を反射することにより、微粒子流１３を集束させる。
【００２９】
ここで、噴射ノズル７から出射した直後の微粒子流１３には、噴射ノズル７内と成膜チャンバ６内との気圧差のために、目標とする方向（基板１２に垂直な方向）に対して外側に広がろうとする速度成分が発生してしまう。しかし、そのような速度成分は、微粒子流方向調整ガイド８のレンズ作用により、ほぼ目標とする方向、又は、微粒子流１３の内側方向に向かうように調整される。このように微粒子流１３を集束させることにより、成膜位置の精度が向上し、テーパー角の大きい無機構造体が得られるようになると共に、無機構造体の緻密さを向上させることができる。
【００３０】
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３を参照しながら説明する。本実施形態に係る成膜装置は、図１に示す微粒子流方向調整ガイド８の替わりに、図３に示す微粒子流方向調整ガイド２０を有している。その他の構成については、図１に示す成膜装置におけるものと同様である。
【００３１】
図３に示すように、微粒子流方向調整ガイド２０は、噴射ノズル７に対して固定されている。また、微粒子流方向調整ガイド２０は、金属、セラミックス、高分子、テフロン（登録商標）等によって形成されたハニカム状構造体２０ａを有している。このハニカム状構造体２０ａには、微粒子流１３が目標とする方向（基板１２に垂直な方向）に平行な多数の開口が形成されている。ハニカム状構造体２０ａとしては、触媒担体等として一般的に市販されているものを使用することができる。或いは、ハニカム状構造体２０ａの替わりに、円筒又は多角柱のチューブを束ねたものを用いても良い。
【００３２】
噴射ノズル７から噴射させた原料粉の内で、基板１２にほぼ垂直な速度成分を有する原料粉は、ハニカム構造体２０ａをそのまま通過し、基板１２に吹き付けられる（フィルタ作用）。また、それ以外の速度成分を有する原料粉は、ハニカム構造体２０ａの中で壁に衝突して反射されることにより、進行方向を変更され、基板１２にほぼ垂直となって微粒子流方向調整ガイド２０から出射して基板１２に吹き付けられる（レンズ作用）。さらに、微粒子流１３が目標とする方向とは大きく異なる速度成分を有する原料粉は、ハニカム状構造体２０ａに入射することができずにカットされる。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、微粒子流方向調整ガイド２０のフィルタ作用及びレンズ作用により、微粒子流１３が基板１２にほぼ垂直に入射するようになる。その結果、成膜位置の精度が向上して、テーパー角の大きい無機構造体が得られるようになる。また、原料粉の基板に対する斜めの入射成分が低減されるので、原料粉が有する運動エネルギーが効率良く衝突エネルギーとして利用されるようになる。その結果、気孔率が低い、緻密な無機構造体が形成される。
【００３４】
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、本発明の第１又は第２の実施形態に係る成膜装置において、微粒子流方向調整ガイドの上流側に、微粒子流の内の不要な成分を遮蔽するための遮蔽板をさらに設けたものである。その他の構成については、図１に示す成膜装置におけるものと同様である。
【００３５】
図４は、図３に示す微粒子流方向調整ガイド２０に遮蔽板３０を設けた例を示している。遮蔽板３０には、噴射ノズル７の開口径と同程度の大きさを有する開口３０ａが形成されている。噴射ノズル７から原料粉を噴射させると、基板１２に垂直な方向とは大きく異なる速度成分を有する原料粉は、遮蔽板３０によって遮断される。そして、開口３０ａを通過した原料粉のみが、微粒子流方向調整ガイド２０によってその進行方向を調整される。
本実施形態によれば、遮蔽板によって微粒子流の内の不要な成分を予めある程度除去しておくので、微粒子流方向調整ガイドによる方向調整の効率及び精度を向上させることが可能になる。
【００３６】
図５は、本発明の第１〜第３の実施形態に係る成膜装置のいずれかを用いて製造された無機構造体を示す一部断面斜視図であり、図６は、それらの成膜装置のいずれかを用いて製造されたセラミック膜を示す一部断面斜視図である。図５に示す無機構造体は、基板４０と、基板４０上に形成されたセラミック層４１とを含んでいる。なお、セラミック層４１と基板４０との間に、電極層をさらに設けても良い。また、図６に示すセラミック膜４２は、図５に示すセラミック層４１から、研磨等によって基板４０を剥離することにより得られたものである。
【００３７】
上記第１〜第３の実施形態においては、基板に対してほぼ垂直の方向から微粒子流が吹き付けられるので、図５及び図６に示すように、テーパー角が大きく、且つ、緻密な無機構造体を、直接描画により高い位置精度で形成することが可能となる。具体的には、セラミック層４１及びセラミック膜４２において、厚さが５μｍ〜５００μｍ程度であっても、テーパー角θを大きく（例えば、６０°以上）維持することが可能となると共に、気孔率が低く（例えば、５％以下）なって緻密さが向上する。
【００３８】
ここで、ＡＤ法においては、原料粉を基板等の下層に衝突させることにより堆積させるため、原料粉が下層に食い込む現象が生じる場合がある。この現象はアンカーリングと呼ばれている。アンカーリングによって生じるアンカー層（粉体が食い込んだ層）の厚さは、下層（基板や電極層等）の材質や原料粉の速度等の条件によって異なるが、通常１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度となる。従って、図５に示す無機構造体の場合には、セラミック層４１の下側の界面を観察することにより、そのセラミック層４１がＡＤ法によって形成されたものであるか否かを判別できる場合がある。
【００３９】
次に、上記実施形態に係る成膜装置を用いて製造される無機構造体の応用例について説明する。これらの実施形態において使用できる原料粉は、ＡＤ法に適用することができれば、特に限定されることない。即ち、誘電材料や圧電材料を含むセラミック原料粉や、金属粉等を用いることにより、様々なデバイスを製造することができる。
【００４０】
図７は、上記の実施形態により形成された無機圧電体を、圧電アクチュエータ用の部品として利用する例を示している。無機圧電体の材料としては、ＰＺＴ、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３や、それらの複合化合物や、それらとＰＺＴとの複合化合物等が用いられる。図７に示すように、振動板として用いられる基板５０上には、電極５１を介して複数の無機圧電体５２が配置されており、各無機圧電体５２の上面には電極５３が更に配置されている。上記の実施形態によれば、微細でテーパー角が大きい圧電体パターンを形成できるので、インクジェットヘッドの複数のインク室５４に対応する位置に、独立して動作する圧電アクチュエータ（無機圧電体５２並びに電極５１及び５３）を高い精度で配置することが可能となる。従って、インクジェットプリンタの印字精度を向上させることが可能となる。
【００４１】
図８は、上記の実施形態により形成された無機圧電体を、超音波診断装置の超音波用探触子に設けられる１次元又は２次元超音波トランスデューサアレイ用の部品として利用する例を示している。図８に示すように、複数の無機圧電体６０を１次元又は２次元的に配列し、それらの両面に電極層６１及び６２をそれぞれ配置することにより、超音波トランスデューサアレイが形成される。なお、複数の無機圧電体６０は、充填材６３によってそれらの位置を固定されている。そのような超音波トランスデューサアレイの前方（超音波の送信方向）には、音響整合層６４及び音響レンズ６５が配置されており、後方には、バッキング材６６が配置されている。上記の実施形態によれば、微細でテーパー角が大きい無機圧電体を製造できるので、超音波トランスデューサアレイにおいて多数の無機圧電体を高密度に配置することが可能となる。従って、所望の形状を有する超音波ビームを送受信できる超音波用探触子を得ることが可能となる。
【００４２】
さらに、上記の実施形態により強誘電体を形成し、その両面に電極層をそれぞれ配置することにより、強誘電体メモリ素子を作製することができる。強誘電体の材料としては、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＰｂＴｉＯ３、（Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、（Ｌｉ，Ｋ）（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３、ＳｒＢｉ２（Ｔａ，Ｎｂ）２Ｏ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２等が用いられる。上記の実施形態によれば、強誘電材料によって形成された膜を、互いに分離しつつ高密度に集積して形成することが可能である。
【００４３】
加えて、上記の実施形態により形成されたアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀パラジウム等の金属膜や、ＩｒＯ２、ＬａＮｉＯ３、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＲｕＯ３、Ｉｎ-ＳｎＯ２等の導電性セラミックス膜は、配線基板における配線パターンとして利用することができる。一般に、配線パターンは、金属ペーストにより基板上にパターンを印刷し、その後で焼成してバインダを飛散させることにより形成されるため、パターンが加熱により変形してしまう場合がある。しかしながら、上記の実施形態によれば、焼成工程が不要となるので、基板上に配線パターンを直接描画した後に、パターンの変形が生じることはない。従って、微細な配線パターンをより高い精度で形成することが可能となる。
【００４４】
（実施例１）
実施例として、図１に示す成膜装置を用いて、次のような条件の下で成膜を行うことにより無機構造体を作製した。方向調整ガイドとしては、セラミックス製のハニカム構造体を用いた（図３参照）。
原料粉：ＰＺＴ粉体（堺化学工業株式会社製のＰＺＴ−ＬＱ）、４０ｇ
原料粉の前処理：２００℃の大気中において２４時間乾燥
キャリアガス：酸素（Ｏ２）
巻き上げガス流量：４リットル／分
圧力調整ガス流量：２．５リットル／分
基板：ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ
（日本ファインセラミックス株式会社製）
基板温度：６００℃
成膜回数：１００往復
膜厚：１００μｍ
【００４５】
（実施例２）
別の実施例として、実施例１と同様の条件及び方法により無機構造体を作製した。方向調整ガイドとしてはセラミックス製のハニカム構造体を使用し、さらに、その上流側に遮蔽板を設置した（図４参照）。
【００４６】
（比較例１）
比較例１として、実施例１と同様の条件及び方法により無機構造体を作製した。ただし、方向調整ガイドは設置しなかった。
【００４７】
（比較例２）
別の比較例として、実施例１と同様の条件及び方法により無機構造体を作製した。ただし、方向調整ガイドの替わりに、噴射ノズルと基板との間に、噴射ノズルの開口径と同程度の開口が形成された遮蔽板のみを設置した。
【００４８】
（評価方法）
実施例１及び２、並びに、比較例１及び２の試料をダイサーによって切断し、その断面を光学顕微鏡により写真撮影した。この写真に基づいて、テーパー角を測定した。また、それらの試料の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察し、断面における気孔の面積を測定した。それにより、次の結果が得られた。
【００４９】
（結果１）
テーパー角      気孔率
実施例１      ６５°        ２％
実施例２      ７２°        ２％
比較例１      ４５°        ４％
比較例２      ５３°        ５％
【００５０】
比較例１及び２から、ノズルの下流に遮蔽板を設けることにより、テーパー角が若干大きくなることが確認されたが、あまり十分とは言えない。それに対して、実施例１及び２から、方向調整ガイドを設けることにより、テーパー角が６０°以上と大幅に改善されることが確認された。また、実施例１及び２においては、気孔率が大幅に低減されていた。
【００５１】
（比較例３）
別の比較例として、次の条件の下で、ＰＺＴ粉体をペレット状に固めて焼成することにより、バルク体を作製した。このバルク体を研磨することにより、テーパー角が９０°の無機構造体を作製した。
原料粉：ＰＺＴ粉体（堺化学工業株式会社製のＰＺＴ−ＬＱ）
焼成温度及び時間：約１２５０℃、４時間
研磨後の厚さ：約６００μｍ
【００５２】
（比較例４）
比較例３と同様の条件及び方法により、厚さが１００μｍの無機構造体の作製を試みたところ、研磨中にバルク体が破損してしまった。
【００５３】
（結果２）
テーパー角        厚さ
実施例１      ６５°        １００μｍ
実施例２      ７２°        １００μｍ
比較例３      ９０°        ６００μｍ
比較例４      作製できず    １００μｍ
【００５４】
比較例３及び４から、厚さが６００μｍ程度であれば、テーパー角が大きい構造体を、バルク体を用いて作製することが可能であるが、それよりも薄くする場合（例えば、１００μｍ）には、やはり成膜以外の方法では困難であることが確認された。
【００５５】
（実施例３）
実施例１と同様の条件及び方法により無機構造体を作製し、その後で、無機構造体に約８００℃で１時間の熱処理（ポストアニール）を施した。ただし、成膜回数を２０往復とすることにより、膜厚を約２０μｍとした。
【００５６】
（比較例５）
実施例３と同様の条件及び方法により、構造体を作製した。ただし、方向調整ガイドは設置しなかった。
【００５７】
それにより、次のような結果が得られた。
（結果３）
絶縁破壊電界
実施例３      ６０ｋＶ／ｃｍ
比較例５      ４８ｋＶ／ｃｍ
【００５８】
実施例３と比較例５とにおいては、絶縁破壊電界に顕著な違いが見られる。実施例３においては、ノズルから噴射されたエアロゾルが基板に対してほぼ垂直に入射するようになったため、無機構造体の緻密さが増し、絶縁破壊電界が向上したものと考えられる。
【００５９】
以上説明した本発明の第１〜第３の実施形態においては、噴射ノズル７の開口形状を円形としているが、それ以外の形状（例えば、スリット状）であっても構わない。その場合には、図２〜図４に示した微粒子流方向調整ガイドの形状を開口形状に合わせて成形しても良い。
【００６０】
また、本発明の第１〜第３の実施形態においては、成膜装置を繰り返し動作させている間に、微粒子流方向調整ガイドが原料粉によって目詰まりしてしまう可能性がある。そのため、微粒子流方向調整ガイド又はその上流側に加熱機構を設けて原料粉を乾燥させることにより、原料粉の水分による付着を防止することが望ましい。
或いは、静電気によって微粒子が微粒子流方向調整ガイドに付着するのを防止するために、微粒子流方向調整ガイドをアースしておいても良い。
【００６１】
さらに、微粒子流方向調整ガイドに付着してしまった微粒子を除去するために、微粒子流方向調整ガイドに振動機構を設け、定期的に動作させるようにしても良い。その際には、微粒子流方向調整ガイドから振るい落とされた微粒子が成膜中の基板に付着しないように、微粒子流方向調整ガイドと基板との間に遮蔽板等を設けることが望ましい。
【００６２】
本発明の第１〜第３の実施形態は、公知の技術と組み合わせて使用することも可能である。例えば、特許文献１には、変向板が設けられたノズル（図１）が開示されており、特許文献２には、遮断手段が設けられたノズル（図３）が開示されており、本願の図１に示す成膜装置にそのようなノズルを適用しても良い。或いは、特許文献２に開示されているものと同様に、堆積された厚膜の一部を除去するためのガス噴射ノズル（特許文献２の第２頁）を設けたり、噴射ノズルの先端を先細りにしたり（同）、噴射ノズルの内部に螺旋状のガイド（同）を設けても良い。
【００６３】
また、特開２００２−２０８７８号公報には、基板上に形成された堆積膜表面を平滑にするための技術が開示されており、本願に係る発明にそのような技術を組み合わせても良い。例えば、特開２００２−２０８７８号公報の第２頁には、超微粒子材料の基板表面への入射角度を変化させることにより、堆積膜の形成と堆積膜の研削とを切り替える成膜方法や、超微粒子材料と、該超微粒子材料よりも粒径が大きい、又は、硬度が高い粉砕用微粒子とを基板表面上に交互に供給する成膜方法や、基板表面上に形成された堆積膜を押圧する平坦化工程を有する成膜方法等が開示されている。
【００６４】
或いは、特開２００５−７６１０４号公報には、基板や基板上の構造物等に付着した原料粉であって、構造物形成に寄与しなかったものを除去するための手段が開示されており（第２頁、図３）、本願に係る発明にそのような手段を組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、積層コンデンサや、超音波トランスデューサや、圧電アクチュエータ等の一部として用いられる無機構造体、及び、そのような無機構造体を製造するための成膜方法及び成膜装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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に示す噴射ノズル及び微粒子流方向調整ガイドの周辺を拡大して示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一部を示す模式図である。
【図５】本発明の第１〜第３の実施形態により製造される基板付きの無機構造体を示す模式図である。
【図６】本発明の第１〜第３の実施形態により製造される単体の無機構造体を示す模式図である。
【図７】本発明の第１〜第３の実施形態により製造された無機構造体の適用例であるインクジェットヘッドを示す断面図である。
【図８】本発明の第１〜第３の実施形態により製造された無機構造体の適用例である超音波用探触子を示す一部断面斜視図である。
【図９】テーパー角の異なる無機構造体の断面形状を示す図である。
【図１０】従来のＡＤ法により形成される無機構造体の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  エアロゾル生成室
２  振動台
３  巻き上げガスノズル
４  圧力調整ガスノズル
５  エアロゾル搬送管
６  成膜チャンバ
７、１０１  噴射ノズル
８、２０  微粒子流方向調整ガイド
８ａ  微粒子通路
９  基板ステージ
１０  排気管
１１  原料粉
１２、４０、５０、１０２  基板
１３  微粒子流
２０ａ  ハニカム構造体
３０  遮蔽板
３０ａ  開口
４１  セラミック層
４２  セラミック膜
５１、５３、６１、６２  電極
５２、６０  無機圧電体
５４  インク室
６３  充填材
６４  音響整合層
６５  音響レンズ
６６  バッキング材
１００  エアロゾル
１０３  無機構造体
【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】
2007162077.tif 000009
【図８】
2007162077.tif 000010
【図９】
2007162077.tif 000011
【図１０】
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