JP2004277802A - Apparatus for producing structure - Google Patents

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JP2004277802A
JP2004277802A JP2003070054A JP2003070054A JP2004277802A JP 2004277802 A JP2004277802 A JP 2004277802A JP 2003070054 A JP2003070054 A JP 2003070054A JP 2003070054 A JP2003070054 A JP 2003070054A JP 2004277802 A JP2004277802 A JP 2004277802A
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capacitance value
resistance value
value
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structure manufacturing
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Yuji Aso
雄二 麻生
Kazuya Tsujimichi
万也 辻道
Katsuhiko Mori
勝彦 森
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To more precisely measure an aiming electrostatic capacity value or ohmic value, or from a different viewpoint, a stack height, by measuring the electrostatic capacity value or the ohmic value of a structure produced with a gas deposition method. <P>SOLUTION: The apparatus for producing a structure comprises an aerosol generator, a nozzle for spouting the aerosol particles, and a means for measuring the electrostatic capacity value or the ohmic value of the produced structure. The apparatus produces the structure by colliding particles in an aerosol having particles dispersed in a gas to a substrate at a high speed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する気体堆積法を用いた構造物作製装置に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】
気体堆積法とは、セラミック微粒子などの脆性材料微粒子を用いて様々な基板上に脆性材料構造物を作製させる方法として提案されているもので、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、基板材料に向けて噴射して、微粒子を基板材料表面に衝突させ、この衝突エネルギーにより微粒子材料を破砕、変形、再結合せしめ、焼成させることなく基板表面に脆性材料の構造物を作製させる方法であり、セラミックスなどの絶縁膜を作製するのに好適な手段である(例えば特許文献1)。
従来、気体堆積法によって作製される構造物の堆積高さを管理するひとつの手段として、特許文献2のように、粉体貯留部位に重量を測定するセンサを備え、セラミック構造物作製装置を動作させながら、セラミック微粒子貯留部位の重量変化を測定する。変化量を測定することによって、エアロゾル化し、運搬されたセラミック微粒子量を把握することが可能となる。この場合、粉体が基板へ衝突するまでのセラミック微粒子運搬経路に残留したセラミック微粒子量も含まれるため、基板に衝突する正確なセラミック微粒子量ではない。そこで、基板設置部に粉体収集器を備え、基板へ衝突する直前のセラミック微粒子を収集し、その重量を測定する。そうすることによって、基板に衝突するセラミック微粒子量を測定する手段や、ノズル先端と基板とを隔てた空間を測定部位にするように光電センサを備え、基板に衝突するセラミック微粒子の量を測定する手段が提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特許第3348154号公報
【特許文献2】
特開2001−348659号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、特許文献2に記載されており手段は、ノズルから噴出されるセラミック粒子の量を計測することにより、構造物の堆積高さを、間接的見積もる手段である。つまり、計測値に相当量の誤差が含まれてくる可能性が高い。
本発明は、気体堆積法により作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を計測することにより、目標とする静電容量値およびもしくは抵抗値、別の見方をすれば堆積高さを、より正確に計測できる構造物作製装置を提供することにある。
静電容量値と堆積高さとの関係は、構造物の静電容量値をC、構造物の堆積高さをd、電極の面積をS、構造物の比誘電率をε、真空の誘電率をε0とした場合、C=ε・ε0・S/dの関係式が成り立つ。この式を変換すると、d=ε・ε0・S/Cとなり、真空の誘電率をε0と構造物の比誘電率εは既知の値であり、電極の面積Sを任意の値に決定し、本発明により構造物の静電容量値Cが測定できれば、構造物の堆積高さdを簡単に求めることが出来る。
また、抵抗値と構造物の堆積高さとの関係は、構造物の抵抗値をR、構造物の堆積高さをd、電極の面積をS、構造物の堆積抵抗率をρとした場合、R=ρ・d/Sの関係式が成り立つ。この式を変換すると、d=R・S/ρとなり、構造物の堆積抵抗率ρは既知の値であり、電極の面積Sを任意の値に決定し、本発明により構造物の抵抗値Rが測定できれば、構造物の堆積高さdを簡単に求めることが出来る。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する構造物作製装置において、エアロゾル発生器と、エアロゾル粒子を噴射するノズルと、作製される構造物と接触し、この構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する電極とを備えたことを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する手段を備えたので、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を随時測定管理することが可能になる。
【0006】
上記目的を達成するために請求項2は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、微粒子の付着を防止する粉体付着防止機構を備えたことを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、製膜に寄与しなかった微粒子が、静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極に付着して電極機能を低下させたりするのを防止することを可能になる。
【0007】
上記目的を達成するために請求項3は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、2ヶ以上に分割して配置されていることを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値の全面での平均値だけでなく、任意の箇所におけるばらつきも評価することが可能になる。
【0008】
上記目的を達成するために請求項4は、上記構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極は、導電性ゴムであることを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、構造物の表面を覆うような電極が必要になってくる。電極材料としては、金属板、金属泊、導電性樹脂などが考えられるが、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値の測定精度を向上させるためには、ある程度のうねりをもった構造物の表面に、馴染むように密着するものが好ましい。その代表として、シリコーンやゴムに、カーボンや銀などを分散させた、導電性ゴムが最も好適である。
【0009】
上記目的を達成するために請求項5は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を、前記ノズルから噴射されるエアロゾル粒子が、作製される構造物に衝突しない状態で行うことを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、製膜に寄与しなかった微粒子が、静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極に付着して電極機能を低下させたりするのを防止することを可能になる。
【0010】
上記目的を達成するために請求項6は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する際、前記ノズルからのエアロゾル粒子の噴射を中断することを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、製膜に寄与しなかった微粒子が、静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極に付着して電極機能を低下させたりするのを防止することを可能になる。
【0011】
上記目的を達成するために請求項7は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する際、測定に使用する電極が待機位置から測定位置に移動することを特徴とする構造物作製装置である。
本発明においては、通常構造物作製時は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が構造物作製の邪魔にならない待機位置に位置しており、前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定時に、測定位置である構造物近傍に移動することを意味する。
【0012】
上記目的を達成するために請求項8は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記エアロゾル発生器に供給する微粒子の量を調整することによって構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【0013】
上記目的を達成するために請求項9は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルから噴射されるエアの量を調節することによって構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【0014】
上記目的を達成するために請求項10は、前記測定した静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン速度を調節することによって、構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【0015】
上記目的を達成するために請求項11は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン回数を調節することによって構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を制御することを特徴とする構造物作製装置である。
【0016】
上記目的を達成するために請求項12は、前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、静電容量値およびもしくは抵抗値が所定の値になったとき、構造物の作製を終了させることを特徴とする請求項に記載の構造物作製装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を、図面に基づいて以下に説明する。図1は、本発明にかかる、作製される構造物の静電容量値を測定する手段と、測定した静電容量値をフィードバックし、構造物の静電容量値、別の見方をすれば堆積高さを調整するための制御系を備えた気体堆積法を用いた構造物作製装置の全体概略図である。ガスボンベ8は、搬送管を介してアルミナセラミック微粒子が入ったエアロゾル発生器7に連結され、さらに搬送管を通じて真空チャンバー1内には、エアロゾル粒子6を噴射するノズル5が設置されている。XYステージ3によりXYに制動できる基板ホルダ11には、金属アルミニウムの平板上の基板12が取り付けられている。真空チャンバー1は真空ポンプ2に接続している。
【0018】
また、真空チャンバー1内には、基板12上に作製される構造物13の静電容量値を測定するために、導電性ゴム14を構造物13の表面に密着させる機構部16と、導電性ゴム14に粉体が付着するのを防止するために、粉体付着防止シャッター15が配置されている。静電容量値の測定は、金属アルミニウムの平板状基板12と導電性ゴム14のそれぞれにLCRメーター9を接続して行う。
【0019】
実際に静電容量値を測定するフローを、図2から図4に基づいて説明する。
図2は、ノズル5から噴射されるエアロゾル粒子6が基板12に衝突し、構造物3の作製を行っている状態を示したもので、この時点では、導電性ゴム14を構造物13の表面に密着させる機構部16は、構造物3の作製の邪魔にならない待機位置にあり、導電性ゴム14に粉体が付着するのを防止するために、粉体付着防止シャッター15は、導電性ゴム14の表面を覆っている。
【0020】
図3は、ノズル5から噴射されるエアロゾル粒子6が基板12から離れた位置にあり、構造物13の作製は行われていない状態を示したもので、この時点で、導電性ゴム14に粉体が付着するのを防止するための粉体付着防止シャッター15が、図の上方向、すなわち矢印の方向に移動する。
【0021】
図4は、ノズル5から噴射されるエアロゾル粒子6が基板12から離れた位置にあり、構造物3の作製は行われておらず、かつ導電性ゴム14に粉体が付着するのを防止するための粉体付着防止シャッター15が、図の上方向、すなわち矢印の方向に移動した状態を示したもので、この時点で、導電性ゴム14を構造物13の表面に密着させる機構部16は、導電性ゴム14を構造物3の表面に密着させる。つまり、測定状態に位置し、静電容量値を測定する。
【0022】
次に、この静電容量値の測定結果をメイン制御装置10へフィードバックして構造物13の堆積高さを目標値に制御する例について説明する。
構造物の作製開始から所定時間経過し、上述のようにノズル5から噴出されるエアロゾル粒子6が構造物13へ衝突しない状態で静電容量が測定されると、メイン制御装置10は測定された静電容量値と目標とする静電容量値とを比較し測定した結果が目標値と一致(略一致)すると、その時点で構造物13の作製は完了と判断する。
【0023】
一方、目標とする静電容量値との差が大きいとエアロゾル発生器7の駆動部(図示せず)の駆動量を大きくすることによってノズル5から噴出されるエアロゾル濃度を高くし、単位時間辺りの堆積高さを増やすようにし、目標とする静電容量値との差が小さいとエアロゾル濃度が低くなるように制御させて堆積高さが目標をオーバーすることを防ぎ、エアロゾル粒子6が構造物13へ衝突する状態へ戻して構造物の作製を再開する。
【0024】
その再開から所定時間経過すると再びエアロゾル粒子6が構造物13へ衝突しない状態で静電容量が測定され、メイン制御装置10は測定された静電容量値と目標とする静電容量値とを比較し、目標値となるまで繰り返される。
なお、構造物13にノズル5から噴出されるエアロゾル粒子6が衝突しないようにするためには、上述したようにXYステージ3を駆動して構造物13を移動することに代えて、ガスボンベ8からエアロゾル発生器7へのガス搬送を停止することも可能である。
【0025】
また、エアロゾル発生器7の駆動部の駆動量を大きくすることによってノズル5から噴出されるエアロゾル濃度を変更することに変えて、ガスボンベ8から搬送されるガス量を変えることによってエアロゾル発生器7で発生するエアロゾル濃度を変更することや、XYステージ3動作速度やその移動回数をかえることによって構造物の堆積高さを制御するようにしてもよいものであり、これらエアロゾル濃度の変更やXYステージ3の動作変更を行なわずに構造物13の作製完了のみを判断するようにしてもよいものである。
【0026】
図5は、導電性ゴム14を、格子状に配列した実施例であり、図6は、導電性ゴム14のA視図、すなわち平面図である。図のように導電性ゴム14を格子状に配列し、LCRメーターを個々の導電性ゴムに、切り替えながら静電容量値の測定を行うことにより、構造物13の静電容量値の面内分布、すなわちばらつきが評価できる。
【0027】
静電容量値を測定した結果は、図1に示すメイン制御装置10に電気信号として送られ、ガスボンベ8や、エアロゾル発生器7、XYステージコントローラー4の制御を行う。
【0028】
また、抵抗値の測定および制御は、静電容量値の測定および制御と同様にして行うことが出来る。
【0029】
【発明の実施例】
本実施の形態に基づきアルミニウム基材12上に作製したアルミナセラミックス構造物13の静電容量値と表面粗さ計で測定した構造物13の堆積高さ、すなわち膜厚との関係を図7に示す。通常、構造物13の静電容量値の測定には、電極として銀ペーストを用いるのが一般的なので、比較データとして追加した。電極面積はφ4mm。膜厚の制御は、ノズルのスキャン回数で行った。
本実施例においては、銀ペーストとしてデュポン社製4817Nを、導電性ゴムとして鬼怒川ゴム社製S51を、表面粗さ計としてDEKTAK社製3030を、LCRメーターとしてヒューレットパッカード社製4194Aを使用した。
【0030】
図7からわかるように、銀ペーストを電極として使用した場合と比較して、導電性ゴム14を電極として使用すると、約68%の値になった。これは、導電性ゴム14の表面近傍に分散している導電物であるカーボンの分散状態に起因するもと考えられる。図8に示すように、導電性ゴム14で測定した静電容量値を0.68で割って補正してやると、銀ペーストで測定した静電容量値とほぼ同じ結果になることがわかる。
【0031】
図9は、表面粗さ計で測定した膜厚と、測定した静電容量値から計算した膜厚との関係を示したもので、銀ペーストを電極として測定した静電容量値から計算した膜厚は、表面粗さ計で測定した膜厚と一対一の比例関係になることがわかる。
【0032】
図10は、図8と同様に、導電性ゴム14で測定した静電容量値を0.68で割って補正した後に膜厚を計算した結果を示したもので、導電性ゴム14を電極として使用した結果が、銀ペーストを電極として使用した結果とほぼ同じ結果になることがわかる。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、気体堆積法により作製される構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を計測することが出来るので、目標とする静電容量値およびもしくは抵抗値、別の見方をすれば堆積高さを、より正確に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる構造物作製装置の全体概略図
【図2】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その1
【図3】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その2
【図4】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その3
【図5】本発明にかかる静電容量値測定機構の概略図その4
【図6】本発明にかかる導電性ゴム電極の平面図
【図7】本発明にかかる実施例の結果その1
【図8】本発明にかかる実施例の結果その2
【図9】本発明にかかる実施例の結果その3
【図10】本発明にかかる実施例の結果その4
【符号の説明】
1…真空チャンバー
2…真空ポンプ
3…XYステージ
4…XYステージコントローラー
5…ノズル
6…エアロゾル粒子
7…エアロゾル発生器
8…ガスボンベ
9…LCRメーター
10…メイン制御装置
11…基板ホルダ
12…基板
13…構造物
14…導電性ゴム
15…粉体付着防止シャッター
16…機構部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure manufacturing apparatus using a gas deposition method in which a structure is manufactured by causing aerosol particles to collide with a substrate at high speed.
[0002]
[Prior art]
The gas deposition method has been proposed as a method of fabricating brittle material structures on various substrates using brittle material fine particles such as ceramic fine particles.Aerosol obtained by dispersing brittle material fine particles in a gas is proposed. A method in which fine particles collide with the surface of the substrate material by being sprayed toward the substrate material, and the collision energy causes the fine particle material to be crushed, deformed, and recombined, thereby forming a structure of a brittle material on the substrate surface without firing. This is a suitable means for producing an insulating film such as a ceramic (for example, Patent Document 1).
Conventionally, as one means for controlling the deposition height of a structure produced by a gas deposition method, as disclosed in Patent Document 2, a sensor for measuring weight is provided at a powder storage portion, and a ceramic structure production apparatus is operated. Then, the change in weight of the ceramic fine particle storage site is measured. By measuring the amount of change, it is possible to determine the amount of ceramic fine particles that have been aerosolized and conveyed. In this case, since the amount of the ceramic fine particles remaining in the ceramic fine particle transport path until the powder collides with the substrate is also included, the amount of the ceramic fine particles colliding with the substrate is not accurate. Therefore, a powder collector is provided in the substrate installation part, and the ceramic fine particles immediately before colliding with the substrate are collected and the weight thereof is measured. By doing so, a means for measuring the amount of ceramic fine particles colliding with the substrate and a photoelectric sensor so that the space between the tip of the nozzle and the substrate is a measurement site are provided, and the amount of ceramic fine particles colliding with the substrate is measured. Means have been proposed.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3348154 [Patent Document 2]
JP-A-2001-348659
[Problems to be solved by the invention]
However, the means described in Patent Literature 2 is a means for indirectly estimating the deposition height of a structure by measuring the amount of ceramic particles ejected from a nozzle. That is, there is a high possibility that the measurement value includes a considerable amount of error.
The present invention measures a capacitance value and / or a resistance value of a structure manufactured by a gas deposition method to thereby set a target capacitance value and / or a resistance value. Another object of the present invention is to provide a structure manufacturing apparatus capable of more accurately measuring.
The relationship between the capacitance value and the deposition height is as follows: the capacitance value of the structure is C, the deposition height of the structure is d, the area of the electrode is S, the relative permittivity of the structure is ε, and the permittivity of vacuum is Is ε0, the relational expression of C = ε · ε0 · S / d holds. When this equation is converted, d = ε · ε0 · S / C, the dielectric constant of vacuum is ε0 and the relative permittivity ε of the structure is a known value, and the area S of the electrode is determined to an arbitrary value. If the capacitance value C of the structure can be measured according to the present invention, the deposition height d of the structure can be easily obtained.
Further, the relationship between the resistance value and the deposition height of the structure is as follows: R is the resistance value of the structure, d is the deposition height of the structure, S is the area of the electrode, and ρ is the deposition resistivity of the structure. The relational expression of R = ρ · d / S holds. When this equation is converted, d = R · S / ρ, the deposition resistivity ρ of the structure is a known value, the area S of the electrode is determined to an arbitrary value, and the resistance R of the structure is determined according to the present invention. Is measured, the deposition height d of the structure can be easily obtained.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to a structure manufacturing apparatus for manufacturing a structure by causing aerosol particles in which fine particles are dispersed in a gas to collide with a substrate at a high speed, wherein an aerosol generator and an aerosol particle are jetted. A structure manufacturing apparatus, comprising: a nozzle to be formed; and an electrode that comes into contact with the structure to be manufactured and measures a capacitance value and / or a resistance value of the structure.
In the present invention, since a means for measuring the capacitance value and / or the resistance value of the structure to be manufactured is provided, the capacitance value and / or the resistance value of the structure can be measured and managed as needed.
[0006]
In order to achieve the above object, a structure according to claim 2, wherein the electrode used for measuring the capacitance value and / or the resistance value has a powder adhesion preventing mechanism for preventing adhesion of fine particles. It is a manufacturing device.
In the present invention, it is possible to prevent fine particles that have not contributed to film formation from adhering to an electrode used for measuring a capacitance value and / or a resistance value and deteriorating an electrode function.
[0007]
In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention relates to a structure manufacturing apparatus, wherein the electrodes used for measuring the capacitance value and / or the resistance value are divided into two or more electrodes. is there.
In the present invention, it is possible to evaluate not only the average value of the capacitance value and / or the resistance value of the structure over the entire surface but also the variation at an arbitrary position.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a structure manufacturing apparatus, wherein an electrode used for measuring a capacitance value and / or a resistance value of the structure is a conductive rubber.
In the present invention, an electrode that covers the surface of the structure is required. As the electrode material, a metal plate, a metal plate, a conductive resin, and the like can be considered.However, in order to improve the measurement accuracy of the capacitance value and / or the resistance value of the structure, a structure having a certain amount of undulation is required. It is preferable that the material adheres to the surface so as to be familiar. As a representative thereof, a conductive rubber in which carbon or silver is dispersed in silicone or rubber is most preferable.
[0009]
In order to achieve the above object, claim 5 is characterized in that the measurement of the capacitance value and / or the resistance value is performed in a state where aerosol particles ejected from the nozzle do not collide with a structure to be manufactured. This is a structure manufacturing apparatus.
In the present invention, it is possible to prevent fine particles that have not contributed to film formation from adhering to an electrode used for measuring a capacitance value and / or a resistance value and deteriorating an electrode function.
[0010]
In order to achieve the above object, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided a structure manufacturing apparatus characterized in that, when used for measuring the capacitance value and / or the resistance value, the injection of the aerosol particles from the nozzle is interrupted. .
In the present invention, it is possible to prevent fine particles that have not contributed to film formation from adhering to an electrode used for measuring a capacitance value and / or a resistance value and deteriorating an electrode function.
[0011]
In order to achieve the above object, according to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a structure, wherein an electrode used for measurement is moved from a standby position to a measurement position when used for measuring the capacitance value and / or the resistance value. Device.
In the present invention, at the time of normal structure production, the electrodes used for measuring the capacitance value and / or the resistance value are located at a standby position that does not hinder the structure production, and the capacitance value and / or It means that it moves to the vicinity of the structure, which is the measurement position, when measuring the resistance value.
[0012]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention relates to a structure in which the capacitance value and / or the resistance value is fed back to a control unit of a structure manufacturing apparatus, and the amount of fine particles supplied to the aerosol generator is adjusted. A structure manufacturing apparatus characterized by controlling a capacitance value and / or a resistance value of an object.
[0013]
In order to achieve the above object, according to the ninth aspect, the capacitance value and / or the resistance value are fed back to a control unit of a structure manufacturing apparatus, and the amount of air jetted from the nozzle is adjusted. Which controls the capacitance value and / or the resistance value.
[0014]
In order to achieve the above object, claim 10 is to feed back the measured capacitance value and / or resistance value to a control unit of a structure manufacturing apparatus, and to adjust a scan speed of the nozzle and / or the substrate. And a structure manufacturing apparatus characterized by controlling a capacitance value and / or a resistance value of the structure.
[0015]
In order to achieve the above object, a structure according to claim 11, wherein the capacitance value and / or the resistance value is fed back to a control unit of a structure manufacturing apparatus, and the number of scans of the nozzle and / or the substrate is adjusted. Which controls the capacitance value and / or the resistance value.
[0016]
In order to achieve the above object, claim 12 is to feed back the capacitance value and / or resistance value to a control unit of a structure manufacturing apparatus, and when the capacitance value and / or resistance value becomes a predetermined value. The structure manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the manufacturing of the structure is terminated.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a means for measuring the capacitance value of a structure to be manufactured according to the present invention, and a feedback of the measured capacitance value, and the capacitance value of the structure, in other words, deposition. 1 is an overall schematic diagram of a structure manufacturing apparatus using a gas deposition method including a control system for adjusting a height. The gas cylinder 8 is connected via a transport pipe to an aerosol generator 7 containing alumina ceramic fine particles, and a nozzle 5 for jetting aerosol particles 6 is installed in the vacuum chamber 1 through the transport pipe. A substrate 12 on a flat plate made of metallic aluminum is mounted on a substrate holder 11 that can be braked to XY by the XY stage 3. The vacuum chamber 1 is connected to a vacuum pump 2.
[0018]
Further, in the vacuum chamber 1, there is provided a mechanism 16 for bringing a conductive rubber 14 into close contact with the surface of the structure 13 in order to measure a capacitance value of the structure 13 formed on the substrate 12. In order to prevent powder from adhering to the rubber 14, a shutter 15 for preventing powder adhesion is provided. The capacitance value is measured by connecting the LCR meter 9 to each of the metallic aluminum plate-shaped substrate 12 and the conductive rubber 14.
[0019]
The flow of actually measuring the capacitance value will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a state in which the aerosol particles 6 ejected from the nozzle 5 collide with the substrate 12 to produce the structure 3. At this time, the conductive rubber 14 is applied to the surface of the structure 13. The mechanism 16 for bringing the conductive rubber 14 into close contact with the conductive rubber 14 is located at a standby position which does not hinder the production of the structure 3. 14 surface.
[0020]
FIG. 3 shows a state in which the aerosol particles 6 ejected from the nozzle 5 are located at a position away from the substrate 12 and the structure 13 has not been produced. The powder adhesion prevention shutter 15 for preventing the body from adhering moves upward in the drawing, that is, in the direction of the arrow.
[0021]
FIG. 4 shows that the aerosol particles 6 ejected from the nozzle 5 are located away from the substrate 12, the structure 3 is not manufactured, and the powder is prevented from adhering to the conductive rubber 14. In this state, the powder adhesion prevention shutter 15 has moved upward in the figure, that is, in the direction of the arrow, and at this time, the mechanism 16 for bringing the conductive rubber 14 into close contact with the surface of the structure 13 is Then, the conductive rubber 14 is brought into close contact with the surface of the structure 3. That is, it is in the measurement state and measures the capacitance value.
[0022]
Next, an example in which the measurement result of the capacitance value is fed back to the main controller 10 to control the deposition height of the structure 13 to a target value will be described.
When a predetermined time has elapsed from the start of manufacturing the structure and the capacitance is measured in a state where the aerosol particles 6 ejected from the nozzle 5 do not collide with the structure 13 as described above, the main control device 10 has measured the capacitance. When the result of comparing and measuring the capacitance value with the target capacitance value matches (substantially matches) the target value, it is determined that the fabrication of the structure 13 is completed at that time.
[0023]
On the other hand, when the difference between the capacitance value and the target capacitance value is large, the driving amount of the driving unit (not shown) of the aerosol generator 7 is increased to increase the concentration of the aerosol ejected from the nozzle 5 and to increase the density per unit time. The deposition height is increased, and if the difference from the target capacitance value is small, the aerosol concentration is controlled to be low to prevent the deposition height from exceeding the target, and the aerosol particles 6 Then, the state is returned to the state of collision with 13, and the production of the structure is restarted.
[0024]
After a lapse of a predetermined time from the restart, the capacitance is measured again without the aerosol particles 6 colliding with the structure 13, and the main controller 10 compares the measured capacitance value with the target capacitance value. The process is repeated until the target value is reached.
In order to prevent the aerosol particles 6 ejected from the nozzle 5 from colliding with the structure 13, instead of driving the XY stage 3 to move the structure 13 as described above, the gas cylinder 8 It is also possible to stop the gas transport to the aerosol generator 7.
[0025]
In addition, instead of changing the concentration of the aerosol ejected from the nozzle 5 by increasing the driving amount of the driving unit of the aerosol generator 7, the amount of gas conveyed from the gas cylinder 8 is changed to change the aerosol generator 7. The deposition height of the structure may be controlled by changing the aerosol concentration to be generated, or by changing the operation speed of the XY stage 3 or the number of times of movement thereof. Alternatively, only the completion of the fabrication of the structure 13 may be determined without changing the operation described above.
[0026]
FIG. 5 is an embodiment in which the conductive rubbers 14 are arranged in a grid pattern, and FIG. 6 is a view of the conductive rubbers 14 as viewed from A, that is, a plan view. As shown in the figure, the conductive rubbers 14 are arranged in a grid pattern, and the capacitance value is measured while switching the LCR meter to individual conductive rubbers, so that the in-plane distribution of the capacitance value of the structure 13 is obtained. That is, the variation can be evaluated.
[0027]
The measurement result of the capacitance value is sent as an electric signal to the main control device 10 shown in FIG. 1 to control the gas cylinder 8, the aerosol generator 7, and the XY stage controller 4.
[0028]
The measurement and control of the resistance value can be performed in the same manner as the measurement and control of the capacitance value.
[0029]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
FIG. 7 shows the relationship between the capacitance value of the alumina ceramic structure 13 formed on the aluminum base material 12 based on the present embodiment and the deposition height of the structure 13 measured by the surface roughness meter, that is, the film thickness. Show. Normally, in measuring the capacitance value of the structure 13, silver paste is generally used as an electrode, so that it was added as comparison data. The electrode area is φ4mm. The film thickness was controlled by the number of nozzle scans.
In this embodiment, 4817N manufactured by DuPont was used as the silver paste, S51 manufactured by Kinugawa Rubber Co., Ltd. was used as the conductive rubber, 3030 manufactured by DEKTAK was used as the surface roughness meter, and 4194A manufactured by Hewlett-Packard was used as the LCR meter.
[0030]
As can be seen from FIG. 7, the value was about 68% when the conductive rubber 14 was used as the electrode, as compared with the case where the silver paste was used as the electrode. This is considered to be due to the dispersion state of carbon, which is a conductive substance, dispersed near the surface of the conductive rubber 14. As shown in FIG. 8, when the capacitance value measured by the conductive rubber 14 is divided by 0.68 and corrected, the result is almost the same as the capacitance value measured by the silver paste.
[0031]
FIG. 9 shows the relationship between the film thickness measured by the surface roughness meter and the film thickness calculated from the measured capacitance value, and the film calculated from the capacitance value measured using silver paste as an electrode. It can be seen that the thickness has a one-to-one proportional relationship with the thickness measured by the surface roughness meter.
[0032]
FIG. 10 shows the result of calculating the film thickness after correcting the capacitance value measured with the conductive rubber 14 by 0.68 similarly to FIG. 8, and using the conductive rubber 14 as an electrode. It can be seen that the result obtained is almost the same as the result obtained when the silver paste is used as the electrode.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to measure the capacitance value and / or the resistance value of a structure manufactured by the gas deposition method, so that the target capacitance value and / or the resistance value can be measured from another viewpoint. The deposition height can be controlled more accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of a structure manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a capacitance value measuring mechanism according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a capacitance value measuring mechanism according to the present invention;
FIG. 4 is a schematic diagram of a capacitance value measuring mechanism according to the present invention;
FIG. 5 is a schematic view of a capacitance value measuring mechanism according to the present invention, FIG.
FIG. 6 is a plan view of a conductive rubber electrode according to the present invention. FIG. 7 is a result 1 of an example according to the present invention.
FIG. 8 shows the result 2 of the example according to the present invention.
FIG. 9 shows a result 3 of the embodiment according to the present invention.
FIG. 10 shows the result 4 of the example according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber 2 ... Vacuum pump 3 ... XY stage 4 ... XY stage controller 5 ... Nozzle 6 ... Aerosol particle 7 ... Aerosol generator 8 ... Gas cylinder 9 ... LCR meter 10 ... Main controller 11 ... Substrate holder 12 ... Substrate 13 ... Structure 14: conductive rubber 15: shutter for preventing powder adhesion 16: mechanism

Claims (12)

微粒子をガス中に分散させたエアロゾル粒子を高速で基板に衝突させて構造物を作製する構造物作製装置において、エアロゾル発生器と、エアロゾル粒子を噴射するノズルと、作製される構造物と接触し、この構造物の静電容量値およびもしくは抵抗値を測定する電極とを備えたことを特徴とする構造物作製装置。In a structure producing apparatus for producing a structure by causing aerosol particles in which fine particles are dispersed in a gas to collide with a substrate at a high speed, an aerosol generator, a nozzle for ejecting aerosol particles, and a contact with the structure to be produced. And an electrode for measuring a capacitance value and / or a resistance value of the structure. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、微粒子の付着を防止する粉体付着防止機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載の構造物作製装置。The structure manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the electrode used for measuring the capacitance value and / or the resistance value includes a powder adhesion preventing mechanism for preventing adhesion of fine particles. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極が、2ヶ以上に分割して配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の構造物作製装置。The structure manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the electrodes used for measuring the capacitance value and / or the resistance value are divided into two or more electrodes. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定に使用する電極は、導電性ゴムであることを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載の構造物作製装置。The structure manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an electrode used for measuring the capacitance value and / or the resistance value is a conductive rubber. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を、前記ノズルから噴射されるエアロゾル粒子が、作製される構造物に衝突しない状態で行うことを特徴とする請求項1乃至4何れか一項に記載の構造物作製装置。The measurement of the capacitance value and / or the resistance value is performed in a state where the aerosol particles ejected from the nozzle do not collide with a structure to be manufactured, The method according to any one of claims 1 to 4, wherein Structure manufacturing equipment. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を行なう際、前記ノズルからのエアロゾル粒子の噴射を中断することを特徴とする請求項5に記載の構造物作製装置。The structure producing apparatus according to claim 5, wherein when measuring the capacitance value and / or the resistance value, the injection of the aerosol particles from the nozzle is interrupted. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値の測定を行なう際、測定に使用する電極が待機位置から測定位置に移動することを特徴とする請求項1乃至6何れか一項に記載の構造物作製装置。The structure manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein when measuring the capacitance value and / or the resistance value, an electrode used for measurement moves from a standby position to a measurement position. . 前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記エアロゾル発生器に供給する微粒子の量を調整することを特徴とする請求項1乃至7何れか一項に記載の構造物作製装置。8. The apparatus according to claim 1, wherein the capacitance value and / or the resistance value are fed back to a control unit of a structure manufacturing apparatus, and an amount of fine particles supplied to the aerosol generator is adjusted. 9. The structure manufacturing apparatus according to the above. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルから噴射されるエアの量を調節することを特徴とする請求項1乃至7何れか一項に記載の構造物作製装置。The said capacitance value and / or resistance value are fed back to the control part of a structure manufacturing apparatus, and the amount of the air injected from the said nozzle is adjusted, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Structure manufacturing equipment. 前記測定した静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン速度を調節することを特徴とする請求項1乃至7何れか一項に記載の構造物作製装置。8. The apparatus according to claim 1, wherein the measured capacitance value and / or resistance value is fed back to a control unit of a structure manufacturing apparatus to adjust a scan speed of the nozzle and / or the substrate. 3. The structure manufacturing apparatus according to item 1. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、前記ノズルおよびもしくは前記基板のスキャン回数を調節することを特徴とする請求項1乃至7何れか一項に記載の構造物作製装置。The said capacitance value and / or resistance value are fed back to the control part of a structure manufacturing apparatus, and the number of scans of the said nozzle and / or the said board | substrate is adjusted, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Structure manufacturing equipment. 前記静電容量値およびもしくは抵抗値を、構造物作製装置の制御部へフィードバックし、静電容量値およびもしくは抵抗値が所定の値になったとき構造物の作製を終了させることを特徴とする請求項1〜11何れか一項に記載の構造物作製装置。The capacitance value and / or the resistance value are fed back to the control unit of the structure producing apparatus, and the production of the structure is terminated when the capacitance value and / or the resistance value reaches a predetermined value. The structure manufacturing apparatus according to claim 1.
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