複合構造物作製装置及び複合構造物作製方法
【課題】複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減すること。
【解決手段】成膜装置は、エアロゾル生成装置と、ノズルと、エアロゾル搬送管と、微粒子分散器２０とを備える。エアロゾル生成装置は、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させる。ノズルは、エアロゾル生成装置から導かれたエアロゾルを噴出可能な開口を有する。前記開口は、エアロゾルの進行方向であるＸ方向と直交する断面内で、Ｙ方向の寸法がＺ方向の寸法よりも長い形状である。エアロゾル搬送管は、エアロゾル生成装置からノズルへエアロゾルを導く。微粒子分散器２０は、エアロゾル搬送管に設けられる。微粒子分散器２０は、エアロゾルを通過させることが可能な第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とを含む。各スリットは、前記断面内においてＹ方向と交差する方向の寸法が、その方向と直交する方向の寸法よりも長い形状である。
【解決手段】成膜装置は、エアロゾル生成装置と、ノズルと、エアロゾル搬送管と、微粒子分散器２０とを備える。エアロゾル生成装置は、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させる。ノズルは、エアロゾル生成装置から導かれたエアロゾルを噴出可能な開口を有する。前記開口は、エアロゾルの進行方向であるＸ方向と直交する断面内で、Ｙ方向の寸法がＺ方向の寸法よりも長い形状である。エアロゾル搬送管は、エアロゾル生成装置からノズルへエアロゾルを導く。微粒子分散器２０は、エアロゾル搬送管に設けられる。微粒子分散器２０は、エアロゾルを通過させることが可能な第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とを含む。各スリットは、前記断面内においてＹ方向と交差する方向の寸法が、その方向と直交する方向の寸法よりも長い形状である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基板に吹き付けて膜状の構造物を基板上に設ける複合構造物作製装置と、前記構造物を基板上に設ける複合構造物作製方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面に膜状の構造物を設ける方法として、エアロゾルデポジション法と呼ばれる手法がある。この手法は、金属やガラス、セラミックスやプラスチック等の基材に向かってエアロゾルをノズルから噴射する手法である。エアロゾルとは、膜状の原料となる微粒子がガス中に分散されたものである。エアロゾルに含まれる微粒子は、基板に衝突することに膜状の構造物となる。
【０００３】
エアロゾルデポジション法を用いた複合構造物作製装置では、エアロゾルを噴出する開口近傍でエアロゾルの濃度や速度が不均一となる場合がある。前記開口近傍でエアロゾルの濃度や速度が不均一となるおそれを低減するための技術として、例えば、特許文献１には、単一のスリット状導入開口と、エアロゾルが通過する空間と、エアロゾルを噴射する単一のスリット状導出開口とがノズル本体に設けられ、導入開口及び導出開口の長辺寸法が等しく、導入開口の短辺寸法は導出開口の短辺寸法以上に設定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９３７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている技術のように、エアロゾルを噴出する開口の近傍、すなわちノズルで、エアロゾルの濃度や速度が不均一となるおそれを低減する技術の場合、エアロゾルに含まれる微粒子の種類によっては、完成した複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になる場合がある。これは、エアロゾルに含まれる微粒子のガス中での分散が不十分であるためである。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る複合構造物作製装置は、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置と、前記エアロゾル発生装置から導かれた前記エアロゾルを噴出する開口であって、前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルと、前記エアロゾル発生装置から前記ノズルへ前記エアロゾルを導く管状部材と、前記エアロゾルを通過させ、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状であるスリットを３つ以上有し、前記管状部材に設けられる微粒子分散部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置は、まず、エアロゾルを微粒子分散部に導く。微粒子分散部に導かれたエアロゾルは、乱流が発生する。この乱流により、エアロゾルに含まれる微粒子は、ガス中で分散する。これにより、本発明に係る複合構造物作製装置は、微粒子の分散が促進されたエアロゾルをノズルから噴出する。よって、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。スリットの数が２つである場合、複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できない。しかしながら、スリットを３つ以上有すると、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記断面内で、前記開口の長手方向と前記スリットの長手方向とが成す狭角は、４５°以上９０°以下であることが望ましい。
【００１０】
前記狭角が４５°未満であっても、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。しかしながら、本発明に係る複合構造物作製装置は、前記狭角が９０°に近づくほど好ましい。これは、ノズルの開口が、所定方向に長い形状であり、エアロゾルに含まれる微粒子が所定方向で偏りやすいためである。本発明に係る複合構造物作製装置は、上記構成により、スリットは、微粒子の所定方向での偏りを低減できる。結果として、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記ノズルのうち前記エアロゾルが流れる流路の形状が変化する部分から、前記微粒子分散部までの前記エアロゾルの進行方向の距離は、前記管状部材の内径の３倍以上５倍以下であることが望ましい。
【００１２】
乱流が生じたままエアロゾルをノズルから噴出すると、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さは不均一になりやすい。しかしながら、上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置の場合、エアロゾルは、微粒子分散部を通過してからノズルに導かれる間に微粒子分散部で発生した乱流が低減される。その結果、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１３】
本発明の好ましい態様としては、１つの前記スリットの前記断面内の面積は、前記管状部材のうち前記エアロゾルが流れる部分の前記断面内の面積の０．０８８４倍以上０．１３２６倍以下であることが望ましい。上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１４】
本発明の好ましい態様としては、前記エアロゾルを通過させるスリットを１つ以上有する微粒子分散促進部が前記管状部材に１つ以上設けられていることが望ましい。上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置は、微粒子分散部と微粒子分散促進部との２つでエアロゾルに含まれる微粒子の分散を促進できる。その結果、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る複合構造物作製方法は、エアロゾル発生装置によって、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させる手順と、前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルに向かって前記エアロゾル発生装置から前記エアロゾルを送り出す手順と、前記エアロゾル発生装置と前記ノズルとの間で、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状である３つ以上のスリットに前記エアロゾルを通過させる手順と、前記スリットを通過した前記エアロゾルを対象物に向かって前記ノズルの開口から噴出させる手順と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
上記構成により、本発明に係る複合構造物作製方法を用いれば、エアロゾルがスリットに導かれる。スリットに導かれたエアロゾルは、乱流が発生する。この乱流により、エアロゾルに含まれる微粒子は、ガス中で分散する。これにより、本発明に係る複合構造物作製方法を用いれば、微粒子の分散が促進されたエアロゾルをノズルから噴出できる。本発明に係る複合構造物作製方法を用いれば、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態１の成膜装置の一例を示す装置構成図である。
【図２】図２は、ノズルをＺ方向から見て模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、ノズルをＸ方向から見て模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、実施形態１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、微粒子分散器を備えない成膜装置で作製した複合構造物を示す説明図である。
【図６】図６は、微粒子分散器の有無別に基板に形成された膜状の構造物の厚さを示すグラフである。
【図７】図７は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態２の成膜装置の一例を示す装置構成図である。
【図８】図８は、変形例１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、変形例２の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、変形例３の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、下記の実施形態で開示された構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記の実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態１の成膜装置の一例を示す装置構成図である。実施形態１の複合構造物作製装置１０は、図１に示すように、ガス供給源１１（ガスボンベ）と、エアロゾル生成装置１２と、真空チャンバ１３と、基板ホルダ１４と、排気ポンプ１５と、ノズル１６と、ガス導入管１８と、エアロゾル搬送管１９と、ガス流量調整装置Ｖ（流量調整弁）と、流量計Ｆと、微粒子分散器２０とを含む。ガス供給源１１は、例えば窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、又は、乾燥空気等のガスを内部に有する。エアロゾル生成装置１２は、エアロゾル生成室１２Ｃと、撹拌装置１２Ｄとを含む。エアロゾル生成室１２Ｃは、本実施形態のエアロゾルデポジション用セラミックス粉末である微粒子が投入されて、前記微粒子を保持する。撹拌装置１２Ｄは、エアロゾル生成室１２Ｃ内に振動等を与えて、これを攪拌する。
【００２１】
ガス導入管１８は、ガス供給源１１とエアロゾル生成室１２Ｃとを接続する。そして、ガス導入管１８は、ガス供給源１１からエアロゾル生成室１２Ｃへガスを供給する。ガス流量調整装置Ｖと、流量計Ｆとは、ガス供給源１１とエアロゾル生成室１２Ｃとの間に設けられる。ガス流量調整装置Ｖは、ガス供給源１１からエアロゾル生成室１２Ｃへ供給されるガスの流量を調整する。流量計Ｆは、ガス導入管１８を流れるガスの流量を計測する。
【００２２】
エアロゾル搬送管１９は、エアロゾル生成室１２Ｃと真空チャンバ１３とを接続する。エアロゾル搬送管１９は、エアロゾル生成室１２Ｃで生成されたエアロゾルを、真空チャンバ１３内へ導入する。真空チャンバ１３は、エアロゾル生成室１２Ｃで生成されたエアロゾルを用いて、エアロゾルデポジション法を用いた加工の対象物である基板Ｗの表面に圧電膜を成膜するための容器である。真空チャンバ１３は、ノズル１６と、排気ポンプ１５と、基板ホルダ１４とを内部に収納する。
【００２３】
ノズル１６は、エアロゾル搬送管１９に接続されている。なお、ノズル１６の詳細な構成は後述する。排気ポンプ１５は、真空チャンバ１３に接続されて、真空チャンバ１３の内部を減圧する。これによって、真空チャンバ１３は、内部の圧力が所定の真空度に保たれている。エアロゾルデポジション法では、真空度が５０Ｐａから１０００Ｐａ程度が好ましい。ノズル１６は、エアロゾル搬送管１９を介してエアロゾル生成室１２Ｃから搬送されてきたエアロゾルを、基板Ｗに向かって噴射する。これによって、微粒子を含んだエアロゾルが基板Ｗに衝突する。そして、基板Ｗに衝突した微粒子は、基板Ｗの表面で衝突固化して圧電膜となる。
【００２４】
基板ホルダ１４は、保持台１４Ｈと保持台駆動装置１４Ｄとを有する。保持台１４Ｈは、例えば、真空吸着装置によって基板Ｗを表面に保持する。保持台駆動装置１４Ｄは、保持台を移動させる。これによって、基板ホルダ１４は、ノズル１６と基板Ｗとの距離を調整したり、基板Ｗの異なる位置にエアロゾルを噴射させたりする。微粒子分散器２０は、エアロゾル搬送管１９に設けられる。微粒子分散器２０の詳細な構成は後述する。
【００２５】
図２は、ノズルをＺ方向から見て模式的に示す説明図である。図３は、ノズルをＸ方向から見て模式的に示す説明図である。以下、エアロゾルの進行方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。ノズル１６は、図２に示す流路１６ａと、図２及び図３に示す噴射口１７ａと、図２に示す導入口１７ｂとを含む。流路１６ａは、噴射口１７ａと導入口１７ｂと連通する。流路１６ａは、導入口１７ｂから噴射口１７ａに向かって一方向に大きくなる。本実施形態では、流路１６ａは、導入口１７ｂから噴射口１７ａに向かってＹ方向の寸法が大きくなるとする。すなわち、また、本実施形態では、流路１６ａは、導入口１７ｂから噴射口１７ａに向かってＺ方向の寸法が小さくなるとする。
【００２６】
噴射口１７ａは、図１に示す基板Ｗと対向する部分に設けられる。噴射口１７ａは、Ｘ方向に直交する断面内において第１方向（Ｙ方向）の寸法が第１方向と直交する第２方向（Ｚ方向）の寸法よりも長い形状の開口である。すなわち、噴出口１７ａは、第１方向であるＹ方向に延在する開口である。また、噴出口１７ａは、自身（噴出口１７ａ）の長手方向が第１方向であるＹ方向となる。本実施形態の噴出口１７ａは、矩形のスリット状である。なお、噴出口１７ａは、第１方向の寸法が第２方向の寸法よりも長い形状の開口であれば、曲線を含んでいてもよい、例えば、噴出口１７ａは、楕円形状でもよいし、矩形の角が丸まった形状でもよい。
【００２７】
導入口１７ｂは、エアロゾル搬送管１９が接続される。導入口１７ｂは、エアロゾル搬送管１９内の流路と同様の断面の形状に形成される。なお、ここでいう断面とは、Ｘ方向に直交する面である。以下の説明でも、単に断面という場合は、Ｘ方向に直交する面で切った断面をいう。導入口１７ｂの断面及びエアロゾル搬送管１９の流路の断面は、例えば、円形である。
【００２８】
次に、本実施形態でのノズル１６の各寸法の一例を記す。なお、以下に説明する各寸法は、一例であって、各寸法は以下の数値に限定されない。図２に示すように、本実施形態のノズル１６のＸ方向の寸法は、５０ｍｍである。導入口１７ｂの直径は、４．４９１ｍｍである。上述したように、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の形状は、導入口１７ｂと断面の形状と同様である。したがって、エアロゾル搬送管１９の流路の直径（エアロゾル搬送管１９の内径）も、４．４９１ｍｍである。図３に示すように、噴射口１７ａのＹ方向の寸法は、１０ｍｍから２０ｍｍである。噴射口１７ａのＺ方向の寸法は、０．４ｍｍである。次に、微粒子分散器２０について説明する。
【００２９】
図４は、実施形態１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図４に示すＸ方向と、Ｙ方向と、Ｚ方向との各方向は、図１と、図２と図３とに示すＸ方向と、Ｙ方向と、Ｚ方向との各方向と同一である。本実施形態の複合構造物作製装置１０は、図２に示すように、微粒子分散器２０とノズル１６との間のエアロゾル搬送管１９が直線である。しかしながら、微粒子分散器２０とノズル１６との間のエアロゾル搬送管１９は湾曲してもよい。その場合、Ｘ方向（エアロゾルが流れる方向）に沿う軸を中心にＹ方向及びＺ方向を回転させないものとする。
【００３０】
微粒子分散器２０は、図４に示すように、スリット形成部材２１を含む。スリット形成部材２１の断面の形状は、例えば、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の形状と同様である。そして、スリット形成部材２１は、エアロゾル搬送管１９の内部（流路）に嵌め込まれて設けられる。スリット形成部材２１は、Ｘ方向に自身（スリット形成部材２１）を貫通する３つ以上のスリットを有する。本実施形態のスリット形成部材２１は、第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４との３つのスリットを有する。本実施形態では、第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とは、断面の形状が同様、かつ、断面内での傾きも同様である。以下、第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とを区別しない場合に各スリットという。
【００３１】
第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とは、Ｙ方向に並んで設けられる。本実施形態の各スリットは、断面内において第３方向（Ｚ方向）の寸法が、第３方向と直交する第４方向（Ｙ方向）の寸法よりも長い形状である。なお、本実施形態では、第１方向と第４方向が一致し、第２方向と第３方向が一致するが、第１方向と第４方向とは必ずしも一致しなくてもよいし、第２方向と第３方向とも必ずしも一致しなくてもよい。本実施形態の各スリットは、第３方向であるＺ方向に延在する開口である。また、本実施形態では、各スリットは、自身（各スリット）の長手方向が第３方向であるＺ方向となる。各スリットは、Ｚ方向の寸法が例えば３．５ｍｍであり、Ｙ方向の寸法が例えば０．５ｍｍである。このように、微粒子分散器２０は、各スリットの長手方向が、図３に示す噴射口１７ａの長手方向に直交する。
【００３２】
本実施形態の各スリットの形状は、矩形である。但し、各スリットの形状は、矩形に限定されず、曲線を含んでいてもよい。例えば、各スリットは、楕円形状でもよいし、矩形の角が丸まった形状でもよい。また、本実施形態の各スリットは、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の面積に対して、０．１１０５倍の面積を有する。なお、各スリットの面積は、±２０％の交差を含む。すなわち、本実施形態の場合、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の面積に対して、０．０８８４倍以上０．１３２６倍以下の面積を有すればよい。
【００３３】
また、本実施形態では、微粒子分散器２０は、図２に示すように、エアロゾル搬送管１９のうちノズル１６から所定距離離れた部分に設けられる。前記所定距離の具体的な寸法を説明する。前記所定距離は、ノズル１６のうち流路１６ａの形状が変化する部分（本実施形態では導入口１７ｂ）から微粒子分散器２０の各スリットの出口までの距離である。前記所定距離は、例えば、エアロゾル搬送管１９の流路の直径の３倍以上５倍以下である。本実施形態では、前記所定距離は、例えば、エアロゾル搬送管１９の流路の直径の３．３４倍である。すなわち、本実施形態では、前記所定距離は、１５ｍｍである。次に、上記構成の複合構造物作製装置１０の作用を説明すると共に、複合構造物作製装置１０を用いた複合構造物作製方法を説明する。
【００３４】
図１に示す複合構造物作製装置１０は、まず、ガス導入管１８を介してガス供給源１１からエアロゾル生成装置１２へガスを導く。エアロゾル生成装置１２の内部の微粒子は、ガス中で分散する。これにより、エアロゾル生成装置１２は、エアロゾルを発生させる。また、複合構造物作製装置１０は、排気ポンプ１５により真空チャンバ１３の内部を減圧する。これにより、エアロゾル生成装置１２と排気ポンプ１５との間に差圧が生まれる。この差圧により、エアロゾル生成装置１２で発生したエアロゾルは、エアロゾル搬送管１９を介して微粒子分散器２０に導かれる。なお、複合構造物作製装置１０は、エアロゾルの流速を高めるエアロゾル加速手段がエアロゾル搬送管１９に設けられてもよい。前記エアロゾル加速手段は、例えば、圧縮されたガスをエアロゾル搬送管１９に追加して、エアロゾルの流速を向上させるものがある。
【００３５】
微粒子分散器２０に導かれたエアロゾルは、図４に示す各スリットを通過する。これにより、エアロゾルには、乱流が発生する。この乱流により、エアロゾルは、微粒子がガス中での分散が促進される。そして、複合構造物作製装置１０は、ノズル１６に導かれたエアロゾルが図２に示す噴射口１７ａから噴出される。これにより、複合構造物作製装置１０は、エアロゾルに含まれる微粒子を図１に示す基板Ｗに衝突させる。以上により、複合構造物作製装置１０は、基板Ｗに膜状の構造物を形成する。
【００３６】
図５は、微粒子分散器を備えない成膜装置で作製した複合構造物を示す説明図である。図６は、微粒子分散器の有無別に基板に形成された膜状の構造物の厚さを示すグラフである。図５では、膜状の構造物の厚さが厚い部分を、前記厚さが薄い部分よりも濃い色で示している。微粒子分散器２０を備えない成膜装置で複合構造物を作製すると、図５に示すように、前記厚さに偏りが生じる。一方、本実施形態の複合構造物作製装置１０を用いると、完成した複合構造物は、微粒子の種類を問わず、図６に示すように膜状の構造物の厚さの偏りが低減された。
【００３７】
これは、ノズル１６に導かれるエアロゾルの微粒子の偏りが、微粒子分散器２０によって分散されたためである。また、エアロゾルは、エアロゾル搬送管１９内の部分によって、流速が異なる場合もある。例えば、エアロゾルは、エアロゾル搬送管１９の断面の中央部の流速が、径方向外側の部分の流速よりも早い。複合構造物作製装置１０は、同形状の各スリットをエアロゾルに通過させることで、エアロゾル搬送管１９内におけるエアロゾルの流速の偏りを低減できる。これらの理由により、複合構造物作製装置１０は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【００３８】
また、複合構造物作製装置１０は、ノズル１６と微粒子分散器２０との間の所定距離（本実施形態では、エアロゾル搬送管１９の流路の直径の３．３４倍＝１５ｍｍ）にも特徴がある。微粒子分散器２０を通過した直後のエアロゾルがノズル１６から噴出されると、完成した基板Ｗに形成される膜状の構造物の厚さが不均一になる場合がある。しかしながら、ノズル１６と微粒子分散器２０との間に所定距離が確保されていれば、複合構造物作製装置１０は、完成した基板Ｗに含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。但し、ノズル１６と微粒子分散器２０との間の所定距離が大きすぎると、エアロゾルに含まれる微粒子は、ガス中で偏るおそれがある。前記所定距離は、エアロゾル搬送管１９の内径の３倍以上５倍以下が好ましい。
【００３９】
（実施形態２）
図７は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態２の成膜装置の一例を示す装置構成図である。図７に示す複合構造物作製装置３０は、図１に示す実施形態１の複合構造物作製装置１０に含まれる構成要素に加えて、微粒子分散促進器３１を含む。微粒子分散促進器３１は、図４に示す微粒子分散器２０と略同様であるが、各スリットの長手方向が異なる。微粒子分散促進器３１は、各スリットの長手方向がＹ方向に沿う。すなわち、図３に示す噴射口１７ａの長手方向と、微粒子分散促進器３１の各スリットの長手方向とが平行になる。
【００４０】
これにより、複合構造物作製装置３０は、エアロゾル搬送管１９の流路内におけるエアロゾルに含まれる微粒子のＺ方向の偏りを微粒子分散促進器３１が低減できる。そして、複合構造物作製装置３０は、エアロゾル搬送管１９の流路内におけるエアロゾルに含まれる微粒子のＹ方向の偏りを微粒子分散器２０が低減できる。これにより、複合構造物作製装置３０は、図５に示す基板Ｗに形成される膜状の構造物のＺ方向における厚さの偏りも低減できる。その結果、複合構造物作製装置３０は、膜状の構造物のＺ方向における厚さが不均一になるおそれをより好適に低減できる。なお、微粒子分散促進器３１の各スリットの長手方向は、Ｙ方向に限定されず、いかなる方向でもよい。次に、図４に示す微粒子分散器２０の変形例を以下に例示する。
【００４１】
（変形例１）
図８は、変形例１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図８に示す変形例１の微粒子分散部としての微粒子分散器４０は、図４に示す第２スリット２３に替えて第２スリット４３を含む。第２スリット４３は、第１スリット２２及び第３スリット２４よりも、Ｚ方向の寸法が大きい。これにより、微粒子分散器４０は、エアロゾルが通過できる空間をより大きく確保できる。その結果、微粒子分散器４０は、エアロゾルの流速が低下するおそれや、微粒子が各スリットに詰まるおそれを低減できる。
【００４２】
（変形例２）
図９は、変形例２の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図４に示す微粒子分散器２０は、エアロゾル搬送管１９の流路内にスリット形成部材２１が嵌め込まれることで取り付けられている。これに対して、図９に示す変形例２の微粒子分散部としての微粒子分散器５０は、エアロゾル搬送管１９の一部が切り離されて、その間にスリット形成部材５１が連結されることでエアロゾル搬送管１９に取り付けられる。微粒子分散器５０は、第１スリット５２と、第２スリット５３と、第３スリット５４とを含む。このうち、例えば、第１スリット５２と、第３スリット５４とは、エアロゾル搬送管１９よりも径方向外側に一部がはみ出すように形成される。各スリットのうち、エアロゾル搬送管１９よりも径方向外側にはみ出している部分は、エアロゾルが外部に漏れないように封止される。これにより、微粒子分散器５０は、エアロゾルが通過できる空間をより大きく確保できる。よって、微粒子分散器５０は、エアロゾルの流速が低下するおそれや、微粒子が各スリットに詰まるおそれを低減できる。
【００４３】
（変形例３）
図１０は、変形例３の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図１０に示す変形例３の微粒子分散部としての微粒子分散器６０は、第１スリット６１と、第２スリット６２と、第３スリット６３とを含む。各スリットは略同形状である。各スリットの長手方向は、図３に示す噴射口１７ａの長手方向、すなわちＹ方向に対して傾斜する。各スリットの長手方向と、Ｙ方向とが成す角を角度θとする。角度θは、４５°以上９０°以下である。本実施形態では、角度θは、例えば４５°に形成される。この場合であっても、微粒子分散器６０を備える成膜装置は、完成した基板Ｗに含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを実施形態１の複合構造物作製装置１０と同様の理由で低減できる。
【００４４】
上述の各実施形態、及び各変形例では、微粒子分散器が３つのスリットを有する場合を説明したが、微粒子分散器は、３つ以上のスリットを有すれば、同様の効果を奏する。但し、試験結果に基づくと、微粒子分散器が３つのスリットを有する場合が、成膜装置は、完成した基板Ｗに含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る複合構造物作製装置及び複合構造物作製方法は、エアロゾルデポジション法を用いて複合構造物を作製する技術に有用であり、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減することに適している。
【符号の説明】
【００４６】
１０、３０ 複合構造物作製装置
１１ ガス供給源
１２ エアロゾル生成装置
１２Ｃ エアロゾル生成室
１２Ｄ 撹拌装置
１３ 真空チャンバ
１４ 基板ホルダ
１４Ｄ 保持台駆動装置
１４Ｈ 保持台
１５ 排気ポンプ
１６ ノズル
１６ａ 流路
１７ａ 噴射口
１７ｂ 導入口
１８ ガス導入管
１９ エアロゾル搬送管（管状部材）
２０、４０、５０、６０ 微粒子分散器（微粒子分散部）
２１、５１ スリット形成部材
２２、５２、６１ 第１スリット
２３、４３、５３、６２ 第２スリット
２４、５４、６３ 第３スリット
３１ 微粒子分散促進器（微粒子分散促進部）
Ｆ 流量計
Ｖ ガス流量調整装置
Ｗ 基板
θ 角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基板に吹き付けて膜状の構造物を基板上に設ける複合構造物作製装置と、前記構造物を基板上に設ける複合構造物作製方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面に膜状の構造物を設ける方法として、エアロゾルデポジション法と呼ばれる手法がある。この手法は、金属やガラス、セラミックスやプラスチック等の基材に向かってエアロゾルをノズルから噴射する手法である。エアロゾルとは、膜状の原料となる微粒子がガス中に分散されたものである。エアロゾルに含まれる微粒子は、基板に衝突することに膜状の構造物となる。
【０００３】
エアロゾルデポジション法を用いた複合構造物作製装置では、エアロゾルを噴出する開口近傍でエアロゾルの濃度や速度が不均一となる場合がある。前記開口近傍でエアロゾルの濃度や速度が不均一となるおそれを低減するための技術として、例えば、特許文献１には、単一のスリット状導入開口と、エアロゾルが通過する空間と、エアロゾルを噴射する単一のスリット状導出開口とがノズル本体に設けられ、導入開口及び導出開口の長辺寸法が等しく、導入開口の短辺寸法は導出開口の短辺寸法以上に設定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９３７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている技術のように、エアロゾルを噴出する開口の近傍、すなわちノズルで、エアロゾルの濃度や速度が不均一となるおそれを低減する技術の場合、エアロゾルに含まれる微粒子の種類によっては、完成した複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になる場合がある。これは、エアロゾルに含まれる微粒子のガス中での分散が不十分であるためである。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る複合構造物作製装置は、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置と、前記エアロゾル発生装置から導かれた前記エアロゾルを噴出する開口であって、前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルと、前記エアロゾル発生装置から前記ノズルへ前記エアロゾルを導く管状部材と、前記エアロゾルを通過させ、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状であるスリットを３つ以上有し、前記管状部材に設けられる微粒子分散部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置は、まず、エアロゾルを微粒子分散部に導く。微粒子分散部に導かれたエアロゾルは、乱流が発生する。この乱流により、エアロゾルに含まれる微粒子は、ガス中で分散する。これにより、本発明に係る複合構造物作製装置は、微粒子の分散が促進されたエアロゾルをノズルから噴出する。よって、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。スリットの数が２つである場合、複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できない。しかしながら、スリットを３つ以上有すると、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記断面内で、前記開口の長手方向と前記スリットの長手方向とが成す狭角は、４５°以上９０°以下であることが望ましい。
【００１０】
前記狭角が４５°未満であっても、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。しかしながら、本発明に係る複合構造物作製装置は、前記狭角が９０°に近づくほど好ましい。これは、ノズルの開口が、所定方向に長い形状であり、エアロゾルに含まれる微粒子が所定方向で偏りやすいためである。本発明に係る複合構造物作製装置は、上記構成により、スリットは、微粒子の所定方向での偏りを低減できる。結果として、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記ノズルのうち前記エアロゾルが流れる流路の形状が変化する部分から、前記微粒子分散部までの前記エアロゾルの進行方向の距離は、前記管状部材の内径の３倍以上５倍以下であることが望ましい。
【００１２】
乱流が生じたままエアロゾルをノズルから噴出すると、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さは不均一になりやすい。しかしながら、上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置の場合、エアロゾルは、微粒子分散部を通過してからノズルに導かれる間に微粒子分散部で発生した乱流が低減される。その結果、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１３】
本発明の好ましい態様としては、１つの前記スリットの前記断面内の面積は、前記管状部材のうち前記エアロゾルが流れる部分の前記断面内の面積の０．０８８４倍以上０．１３２６倍以下であることが望ましい。上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１４】
本発明の好ましい態様としては、前記エアロゾルを通過させるスリットを１つ以上有する微粒子分散促進部が前記管状部材に１つ以上設けられていることが望ましい。上記構成により、本発明に係る複合構造物作製装置は、微粒子分散部と微粒子分散促進部との２つでエアロゾルに含まれる微粒子の分散を促進できる。その結果、本発明に係る複合構造物作製装置は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る複合構造物作製方法は、エアロゾル発生装置によって、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させる手順と、前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルに向かって前記エアロゾル発生装置から前記エアロゾルを送り出す手順と、前記エアロゾル発生装置と前記ノズルとの間で、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状である３つ以上のスリットに前記エアロゾルを通過させる手順と、前記スリットを通過した前記エアロゾルを対象物に向かって前記ノズルの開口から噴出させる手順と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
上記構成により、本発明に係る複合構造物作製方法を用いれば、エアロゾルがスリットに導かれる。スリットに導かれたエアロゾルは、乱流が発生する。この乱流により、エアロゾルに含まれる微粒子は、ガス中で分散する。これにより、本発明に係る複合構造物作製方法を用いれば、微粒子の分散が促進されたエアロゾルをノズルから噴出できる。本発明に係る複合構造物作製方法を用いれば、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態１の成膜装置の一例を示す装置構成図である。
【図２】図２は、ノズルをＺ方向から見て模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、ノズルをＸ方向から見て模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、実施形態１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、微粒子分散器を備えない成膜装置で作製した複合構造物を示す説明図である。
【図６】図６は、微粒子分散器の有無別に基板に形成された膜状の構造物の厚さを示すグラフである。
【図７】図７は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態２の成膜装置の一例を示す装置構成図である。
【図８】図８は、変形例１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、変形例２の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、変形例３の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、下記の実施形態で開示された構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記の実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態１の成膜装置の一例を示す装置構成図である。実施形態１の複合構造物作製装置１０は、図１に示すように、ガス供給源１１（ガスボンベ）と、エアロゾル生成装置１２と、真空チャンバ１３と、基板ホルダ１４と、排気ポンプ１５と、ノズル１６と、ガス導入管１８と、エアロゾル搬送管１９と、ガス流量調整装置Ｖ（流量調整弁）と、流量計Ｆと、微粒子分散器２０とを含む。ガス供給源１１は、例えば窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、又は、乾燥空気等のガスを内部に有する。エアロゾル生成装置１２は、エアロゾル生成室１２Ｃと、撹拌装置１２Ｄとを含む。エアロゾル生成室１２Ｃは、本実施形態のエアロゾルデポジション用セラミックス粉末である微粒子が投入されて、前記微粒子を保持する。撹拌装置１２Ｄは、エアロゾル生成室１２Ｃ内に振動等を与えて、これを攪拌する。
【００２１】
ガス導入管１８は、ガス供給源１１とエアロゾル生成室１２Ｃとを接続する。そして、ガス導入管１８は、ガス供給源１１からエアロゾル生成室１２Ｃへガスを供給する。ガス流量調整装置Ｖと、流量計Ｆとは、ガス供給源１１とエアロゾル生成室１２Ｃとの間に設けられる。ガス流量調整装置Ｖは、ガス供給源１１からエアロゾル生成室１２Ｃへ供給されるガスの流量を調整する。流量計Ｆは、ガス導入管１８を流れるガスの流量を計測する。
【００２２】
エアロゾル搬送管１９は、エアロゾル生成室１２Ｃと真空チャンバ１３とを接続する。エアロゾル搬送管１９は、エアロゾル生成室１２Ｃで生成されたエアロゾルを、真空チャンバ１３内へ導入する。真空チャンバ１３は、エアロゾル生成室１２Ｃで生成されたエアロゾルを用いて、エアロゾルデポジション法を用いた加工の対象物である基板Ｗの表面に圧電膜を成膜するための容器である。真空チャンバ１３は、ノズル１６と、排気ポンプ１５と、基板ホルダ１４とを内部に収納する。
【００２３】
ノズル１６は、エアロゾル搬送管１９に接続されている。なお、ノズル１６の詳細な構成は後述する。排気ポンプ１５は、真空チャンバ１３に接続されて、真空チャンバ１３の内部を減圧する。これによって、真空チャンバ１３は、内部の圧力が所定の真空度に保たれている。エアロゾルデポジション法では、真空度が５０Ｐａから１０００Ｐａ程度が好ましい。ノズル１６は、エアロゾル搬送管１９を介してエアロゾル生成室１２Ｃから搬送されてきたエアロゾルを、基板Ｗに向かって噴射する。これによって、微粒子を含んだエアロゾルが基板Ｗに衝突する。そして、基板Ｗに衝突した微粒子は、基板Ｗの表面で衝突固化して圧電膜となる。
【００２４】
基板ホルダ１４は、保持台１４Ｈと保持台駆動装置１４Ｄとを有する。保持台１４Ｈは、例えば、真空吸着装置によって基板Ｗを表面に保持する。保持台駆動装置１４Ｄは、保持台を移動させる。これによって、基板ホルダ１４は、ノズル１６と基板Ｗとの距離を調整したり、基板Ｗの異なる位置にエアロゾルを噴射させたりする。微粒子分散器２０は、エアロゾル搬送管１９に設けられる。微粒子分散器２０の詳細な構成は後述する。
【００２５】
図２は、ノズルをＺ方向から見て模式的に示す説明図である。図３は、ノズルをＸ方向から見て模式的に示す説明図である。以下、エアロゾルの進行方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。ノズル１６は、図２に示す流路１６ａと、図２及び図３に示す噴射口１７ａと、図２に示す導入口１７ｂとを含む。流路１６ａは、噴射口１７ａと導入口１７ｂと連通する。流路１６ａは、導入口１７ｂから噴射口１７ａに向かって一方向に大きくなる。本実施形態では、流路１６ａは、導入口１７ｂから噴射口１７ａに向かってＹ方向の寸法が大きくなるとする。すなわち、また、本実施形態では、流路１６ａは、導入口１７ｂから噴射口１７ａに向かってＺ方向の寸法が小さくなるとする。
【００２６】
噴射口１７ａは、図１に示す基板Ｗと対向する部分に設けられる。噴射口１７ａは、Ｘ方向に直交する断面内において第１方向（Ｙ方向）の寸法が第１方向と直交する第２方向（Ｚ方向）の寸法よりも長い形状の開口である。すなわち、噴出口１７ａは、第１方向であるＹ方向に延在する開口である。また、噴出口１７ａは、自身（噴出口１７ａ）の長手方向が第１方向であるＹ方向となる。本実施形態の噴出口１７ａは、矩形のスリット状である。なお、噴出口１７ａは、第１方向の寸法が第２方向の寸法よりも長い形状の開口であれば、曲線を含んでいてもよい、例えば、噴出口１７ａは、楕円形状でもよいし、矩形の角が丸まった形状でもよい。
【００２７】
導入口１７ｂは、エアロゾル搬送管１９が接続される。導入口１７ｂは、エアロゾル搬送管１９内の流路と同様の断面の形状に形成される。なお、ここでいう断面とは、Ｘ方向に直交する面である。以下の説明でも、単に断面という場合は、Ｘ方向に直交する面で切った断面をいう。導入口１７ｂの断面及びエアロゾル搬送管１９の流路の断面は、例えば、円形である。
【００２８】
次に、本実施形態でのノズル１６の各寸法の一例を記す。なお、以下に説明する各寸法は、一例であって、各寸法は以下の数値に限定されない。図２に示すように、本実施形態のノズル１６のＸ方向の寸法は、５０ｍｍである。導入口１７ｂの直径は、４．４９１ｍｍである。上述したように、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の形状は、導入口１７ｂと断面の形状と同様である。したがって、エアロゾル搬送管１９の流路の直径（エアロゾル搬送管１９の内径）も、４．４９１ｍｍである。図３に示すように、噴射口１７ａのＹ方向の寸法は、１０ｍｍから２０ｍｍである。噴射口１７ａのＺ方向の寸法は、０．４ｍｍである。次に、微粒子分散器２０について説明する。
【００２９】
図４は、実施形態１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図４に示すＸ方向と、Ｙ方向と、Ｚ方向との各方向は、図１と、図２と図３とに示すＸ方向と、Ｙ方向と、Ｚ方向との各方向と同一である。本実施形態の複合構造物作製装置１０は、図２に示すように、微粒子分散器２０とノズル１６との間のエアロゾル搬送管１９が直線である。しかしながら、微粒子分散器２０とノズル１６との間のエアロゾル搬送管１９は湾曲してもよい。その場合、Ｘ方向（エアロゾルが流れる方向）に沿う軸を中心にＹ方向及びＺ方向を回転させないものとする。
【００３０】
微粒子分散器２０は、図４に示すように、スリット形成部材２１を含む。スリット形成部材２１の断面の形状は、例えば、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の形状と同様である。そして、スリット形成部材２１は、エアロゾル搬送管１９の内部（流路）に嵌め込まれて設けられる。スリット形成部材２１は、Ｘ方向に自身（スリット形成部材２１）を貫通する３つ以上のスリットを有する。本実施形態のスリット形成部材２１は、第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４との３つのスリットを有する。本実施形態では、第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とは、断面の形状が同様、かつ、断面内での傾きも同様である。以下、第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とを区別しない場合に各スリットという。
【００３１】
第１スリット２２と、第２スリット２３と、第３スリット２４とは、Ｙ方向に並んで設けられる。本実施形態の各スリットは、断面内において第３方向（Ｚ方向）の寸法が、第３方向と直交する第４方向（Ｙ方向）の寸法よりも長い形状である。なお、本実施形態では、第１方向と第４方向が一致し、第２方向と第３方向が一致するが、第１方向と第４方向とは必ずしも一致しなくてもよいし、第２方向と第３方向とも必ずしも一致しなくてもよい。本実施形態の各スリットは、第３方向であるＺ方向に延在する開口である。また、本実施形態では、各スリットは、自身（各スリット）の長手方向が第３方向であるＺ方向となる。各スリットは、Ｚ方向の寸法が例えば３．５ｍｍであり、Ｙ方向の寸法が例えば０．５ｍｍである。このように、微粒子分散器２０は、各スリットの長手方向が、図３に示す噴射口１７ａの長手方向に直交する。
【００３２】
本実施形態の各スリットの形状は、矩形である。但し、各スリットの形状は、矩形に限定されず、曲線を含んでいてもよい。例えば、各スリットは、楕円形状でもよいし、矩形の角が丸まった形状でもよい。また、本実施形態の各スリットは、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の面積に対して、０．１１０５倍の面積を有する。なお、各スリットの面積は、±２０％の交差を含む。すなわち、本実施形態の場合、エアロゾル搬送管１９の流路の断面の面積に対して、０．０８８４倍以上０．１３２６倍以下の面積を有すればよい。
【００３３】
また、本実施形態では、微粒子分散器２０は、図２に示すように、エアロゾル搬送管１９のうちノズル１６から所定距離離れた部分に設けられる。前記所定距離の具体的な寸法を説明する。前記所定距離は、ノズル１６のうち流路１６ａの形状が変化する部分（本実施形態では導入口１７ｂ）から微粒子分散器２０の各スリットの出口までの距離である。前記所定距離は、例えば、エアロゾル搬送管１９の流路の直径の３倍以上５倍以下である。本実施形態では、前記所定距離は、例えば、エアロゾル搬送管１９の流路の直径の３．３４倍である。すなわち、本実施形態では、前記所定距離は、１５ｍｍである。次に、上記構成の複合構造物作製装置１０の作用を説明すると共に、複合構造物作製装置１０を用いた複合構造物作製方法を説明する。
【００３４】
図１に示す複合構造物作製装置１０は、まず、ガス導入管１８を介してガス供給源１１からエアロゾル生成装置１２へガスを導く。エアロゾル生成装置１２の内部の微粒子は、ガス中で分散する。これにより、エアロゾル生成装置１２は、エアロゾルを発生させる。また、複合構造物作製装置１０は、排気ポンプ１５により真空チャンバ１３の内部を減圧する。これにより、エアロゾル生成装置１２と排気ポンプ１５との間に差圧が生まれる。この差圧により、エアロゾル生成装置１２で発生したエアロゾルは、エアロゾル搬送管１９を介して微粒子分散器２０に導かれる。なお、複合構造物作製装置１０は、エアロゾルの流速を高めるエアロゾル加速手段がエアロゾル搬送管１９に設けられてもよい。前記エアロゾル加速手段は、例えば、圧縮されたガスをエアロゾル搬送管１９に追加して、エアロゾルの流速を向上させるものがある。
【００３５】
微粒子分散器２０に導かれたエアロゾルは、図４に示す各スリットを通過する。これにより、エアロゾルには、乱流が発生する。この乱流により、エアロゾルは、微粒子がガス中での分散が促進される。そして、複合構造物作製装置１０は、ノズル１６に導かれたエアロゾルが図２に示す噴射口１７ａから噴出される。これにより、複合構造物作製装置１０は、エアロゾルに含まれる微粒子を図１に示す基板Ｗに衝突させる。以上により、複合構造物作製装置１０は、基板Ｗに膜状の構造物を形成する。
【００３６】
図５は、微粒子分散器を備えない成膜装置で作製した複合構造物を示す説明図である。図６は、微粒子分散器の有無別に基板に形成された膜状の構造物の厚さを示すグラフである。図５では、膜状の構造物の厚さが厚い部分を、前記厚さが薄い部分よりも濃い色で示している。微粒子分散器２０を備えない成膜装置で複合構造物を作製すると、図５に示すように、前記厚さに偏りが生じる。一方、本実施形態の複合構造物作製装置１０を用いると、完成した複合構造物は、微粒子の種類を問わず、図６に示すように膜状の構造物の厚さの偏りが低減された。
【００３７】
これは、ノズル１６に導かれるエアロゾルの微粒子の偏りが、微粒子分散器２０によって分散されたためである。また、エアロゾルは、エアロゾル搬送管１９内の部分によって、流速が異なる場合もある。例えば、エアロゾルは、エアロゾル搬送管１９の断面の中央部の流速が、径方向外側の部分の流速よりも早い。複合構造物作製装置１０は、同形状の各スリットをエアロゾルに通過させることで、エアロゾル搬送管１９内におけるエアロゾルの流速の偏りを低減できる。これらの理由により、複合構造物作製装置１０は、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。
【００３８】
また、複合構造物作製装置１０は、ノズル１６と微粒子分散器２０との間の所定距離（本実施形態では、エアロゾル搬送管１９の流路の直径の３．３４倍＝１５ｍｍ）にも特徴がある。微粒子分散器２０を通過した直後のエアロゾルがノズル１６から噴出されると、完成した基板Ｗに形成される膜状の構造物の厚さが不均一になる場合がある。しかしながら、ノズル１６と微粒子分散器２０との間に所定距離が確保されていれば、複合構造物作製装置１０は、完成した基板Ｗに含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減できる。但し、ノズル１６と微粒子分散器２０との間の所定距離が大きすぎると、エアロゾルに含まれる微粒子は、ガス中で偏るおそれがある。前記所定距離は、エアロゾル搬送管１９の内径の３倍以上５倍以下が好ましい。
【００３９】
（実施形態２）
図７は、エアロゾルデポジション法を用いた実施形態２の成膜装置の一例を示す装置構成図である。図７に示す複合構造物作製装置３０は、図１に示す実施形態１の複合構造物作製装置１０に含まれる構成要素に加えて、微粒子分散促進器３１を含む。微粒子分散促進器３１は、図４に示す微粒子分散器２０と略同様であるが、各スリットの長手方向が異なる。微粒子分散促進器３１は、各スリットの長手方向がＹ方向に沿う。すなわち、図３に示す噴射口１７ａの長手方向と、微粒子分散促進器３１の各スリットの長手方向とが平行になる。
【００４０】
これにより、複合構造物作製装置３０は、エアロゾル搬送管１９の流路内におけるエアロゾルに含まれる微粒子のＺ方向の偏りを微粒子分散促進器３１が低減できる。そして、複合構造物作製装置３０は、エアロゾル搬送管１９の流路内におけるエアロゾルに含まれる微粒子のＹ方向の偏りを微粒子分散器２０が低減できる。これにより、複合構造物作製装置３０は、図５に示す基板Ｗに形成される膜状の構造物のＺ方向における厚さの偏りも低減できる。その結果、複合構造物作製装置３０は、膜状の構造物のＺ方向における厚さが不均一になるおそれをより好適に低減できる。なお、微粒子分散促進器３１の各スリットの長手方向は、Ｙ方向に限定されず、いかなる方向でもよい。次に、図４に示す微粒子分散器２０の変形例を以下に例示する。
【００４１】
（変形例１）
図８は、変形例１の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図８に示す変形例１の微粒子分散部としての微粒子分散器４０は、図４に示す第２スリット２３に替えて第２スリット４３を含む。第２スリット４３は、第１スリット２２及び第３スリット２４よりも、Ｚ方向の寸法が大きい。これにより、微粒子分散器４０は、エアロゾルが通過できる空間をより大きく確保できる。その結果、微粒子分散器４０は、エアロゾルの流速が低下するおそれや、微粒子が各スリットに詰まるおそれを低減できる。
【００４２】
（変形例２）
図９は、変形例２の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図４に示す微粒子分散器２０は、エアロゾル搬送管１９の流路内にスリット形成部材２１が嵌め込まれることで取り付けられている。これに対して、図９に示す変形例２の微粒子分散部としての微粒子分散器５０は、エアロゾル搬送管１９の一部が切り離されて、その間にスリット形成部材５１が連結されることでエアロゾル搬送管１９に取り付けられる。微粒子分散器５０は、第１スリット５２と、第２スリット５３と、第３スリット５４とを含む。このうち、例えば、第１スリット５２と、第３スリット５４とは、エアロゾル搬送管１９よりも径方向外側に一部がはみ出すように形成される。各スリットのうち、エアロゾル搬送管１９よりも径方向外側にはみ出している部分は、エアロゾルが外部に漏れないように封止される。これにより、微粒子分散器５０は、エアロゾルが通過できる空間をより大きく確保できる。よって、微粒子分散器５０は、エアロゾルの流速が低下するおそれや、微粒子が各スリットに詰まるおそれを低減できる。
【００４３】
（変形例３）
図１０は、変形例３の微粒子分散器を模式的に示す断面図である。図１０に示す変形例３の微粒子分散部としての微粒子分散器６０は、第１スリット６１と、第２スリット６２と、第３スリット６３とを含む。各スリットは略同形状である。各スリットの長手方向は、図３に示す噴射口１７ａの長手方向、すなわちＹ方向に対して傾斜する。各スリットの長手方向と、Ｙ方向とが成す角を角度θとする。角度θは、４５°以上９０°以下である。本実施形態では、角度θは、例えば４５°に形成される。この場合であっても、微粒子分散器６０を備える成膜装置は、完成した基板Ｗに含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを実施形態１の複合構造物作製装置１０と同様の理由で低減できる。
【００４４】
上述の各実施形態、及び各変形例では、微粒子分散器が３つのスリットを有する場合を説明したが、微粒子分散器は、３つ以上のスリットを有すれば、同様の効果を奏する。但し、試験結果に基づくと、微粒子分散器が３つのスリットを有する場合が、成膜装置は、完成した基板Ｗに含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを好適に低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る複合構造物作製装置及び複合構造物作製方法は、エアロゾルデポジション法を用いて複合構造物を作製する技術に有用であり、複合構造物に含まれる膜状の構造物の厚さが不均一になるおそれを低減することに適している。
【符号の説明】
【００４６】
１０、３０ 複合構造物作製装置
１１ ガス供給源
１２ エアロゾル生成装置
１２Ｃ エアロゾル生成室
１２Ｄ 撹拌装置
１３ 真空チャンバ
１４ 基板ホルダ
１４Ｄ 保持台駆動装置
１４Ｈ 保持台
１５ 排気ポンプ
１６ ノズル
１６ａ 流路
１７ａ 噴射口
１７ｂ 導入口
１８ ガス導入管
１９ エアロゾル搬送管（管状部材）
２０、４０、５０、６０ 微粒子分散器（微粒子分散部）
２１、５１ スリット形成部材
２２、５２、６１ 第１スリット
２３、４３、５３、６２ 第２スリット
２４、５４、６３ 第３スリット
３１ 微粒子分散促進器（微粒子分散促進部）
Ｆ 流量計
Ｖ ガス流量調整装置
Ｗ 基板
θ 角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置と、
前記エアロゾル発生装置から導かれた前記エアロゾルを噴出する開口であって、前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルと、
前記エアロゾル発生装置から前記ノズルへ前記エアロゾルを導く管状部材と、
前記エアロゾルを通過させ、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状であるスリットを３つ以上有し、前記管状部材に設けられる微粒子分散部と、
を備えることを特徴とする複合構造物作製装置。
【請求項２】
前記断面内で、前記開口の長手方向と前記スリットの長手方向とが成す狭角は、４５°以上９０°以下である請求項１に記載の複合構造物作製装置。
【請求項３】
前記ノズルのうち前記エアロゾルが流れる流路の形状が変化する部分から、前記微粒子分散部までの前記エアロゾルの進行方向の距離は、前記管状部材の内径の３倍以上５倍以下である請求項１または請求項２に記載の複合構造物作製装置。
【請求項４】
１つの前記スリットの前記断面内の面積は、前記管状部材のうち前記エアロゾルが流れる部分の前記断面内の面積の０．０８８４倍以上０．１３２６倍以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合構造物作製装置。
【請求項５】
前記エアロゾルを通過させるスリットを１つ以上有する微粒子分散促進部が前記管状部材に１つ以上設けられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合構造物作製装置。
【請求項６】
エアロゾル発生装置によって、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させる手順と、
前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルに向かって前記エアロゾル発生装置から前記エアロゾルを送り出す手順と、
前記エアロゾル発生装置と前記ノズルとの間で、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状である３つ以上のスリットに前記エアロゾルを通過させる手順と、
前記スリットを通過した前記エアロゾルを対象物に向かって前記ノズルの開口から噴出させる手順と、
を含むことを特徴とする複合構造物作製方法。
【請求項１】
微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置と、
前記エアロゾル発生装置から導かれた前記エアロゾルを噴出する開口であって、前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルと、
前記エアロゾル発生装置から前記ノズルへ前記エアロゾルを導く管状部材と、
前記エアロゾルを通過させ、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状であるスリットを３つ以上有し、前記管状部材に設けられる微粒子分散部と、
を備えることを特徴とする複合構造物作製装置。
【請求項２】
前記断面内で、前記開口の長手方向と前記スリットの長手方向とが成す狭角は、４５°以上９０°以下である請求項１に記載の複合構造物作製装置。
【請求項３】
前記ノズルのうち前記エアロゾルが流れる流路の形状が変化する部分から、前記微粒子分散部までの前記エアロゾルの進行方向の距離は、前記管状部材の内径の３倍以上５倍以下である請求項１または請求項２に記載の複合構造物作製装置。
【請求項４】
１つの前記スリットの前記断面内の面積は、前記管状部材のうち前記エアロゾルが流れる部分の前記断面内の面積の０．０８８４倍以上０．１３２６倍以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合構造物作製装置。
【請求項５】
前記エアロゾルを通過させるスリットを１つ以上有する微粒子分散促進部が前記管状部材に１つ以上設けられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合構造物作製装置。
【請求項６】
エアロゾル発生装置によって、微粒子をガス中で分散させてエアロゾルを発生させる手順と、
前記エアロゾルの進行方向と直交する断面内で、第１方向の寸法が前記第１方向と直交する第２方向の寸法よりも長い形状の開口を有するノズルに向かって前記エアロゾル発生装置から前記エアロゾルを送り出す手順と、
前記エアロゾル発生装置と前記ノズルとの間で、前記断面内において前記第１方向と交差する第３方向の寸法が前記第３方向と直交する第４方向の寸法よりも長い形状である３つ以上のスリットに前記エアロゾルを通過させる手順と、
前記スリットを通過した前記エアロゾルを対象物に向かって前記ノズルの開口から噴出させる手順と、
を含むことを特徴とする複合構造物作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１９５９１３（Ｐ２０１１−１９５９１３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５２１２（Ｐ２０１０−６５２１２）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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