JP5190766B2 - 複合構造物形成装置および複合構造物の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合構造物形成装置および複合構造物の形成方法に関し、より詳細には、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材に吹き付け、微粒子の構成材料からなる構造物と基材との複合構造物を形成させるエアロゾルデポジション法に用いる複合構造物形成装置および複合構造物の形成方法に関する。

基材の表面に脆性材料からなる構造物を形成させる方法として、「エアロゾルデポジション法」がある。「エアロゾルデポジション法」においては、脆性材料を含む微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射手段から基材に向けて噴射し、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材に微粒子を衝突させる。そして、この衝突の衝撃により脆性材料微粒子に変形や破砕を起させしめてこれらを接合させ、微粒子の構成材料からなる構造物と基材との複合構造物をダイレクトに基材上に形成させる。

この方法によれば、特に加熱手段などを必要とせず、常温において膜状の構造物の形成が可能である。また、焼成体と比較して同等以上の機械的強度を有する膜状の構造物を得ることができる。そして、微粒子を衝突させる条件や微粒子の形状、組成などを制御することにより、膜状の構造物の密度や機械強度、電気特性などを多様に変化させることが可能である。

この方法を用いて複合構造物を形成させる際に、噴射手段から噴射された微粒子のうち複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子の一部が、基材上や基材上に形成された構造物上に凝集粉として付着または堆積する場合がある。このような凝集粉が付着または堆積すると、これがマスクとなって複合構造物の形成を部分的に阻害し、欠陥を発生させる要因となる。

そのため、硬質ゴムや金属板からなるブレードを用いて付着または堆積した凝集粉を掻き出す技術（特許文献１を参照）や、エアブロー、ブラシ、振動装置を設けて付着または堆積した凝集粉を除去する技術（特許文献２を参照）が提案されている。
しかしながら、より多くの凝集粉を除去して欠陥の発生率を低減させ良品率を高めるためにさらなる改善が望まれていた。

また、複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子を回収する技術が提案されている（特許文献３〜５を参照）。
特許文献３〜５に開示がされた技術を用いれば、複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子を回収することで間接的に凝集粉の付着または堆積を抑制することができる。しかしながら、凝集粉の付着や堆積の抑制としては効果が充分ではなくさらなる改善が望まれていた。
特開２００２−２０８７８号公報 特開２００５−７６１０４号公報 特開２００３−１１９５７３号公報 特開２００４−２７７８５１号公報 特開２００４−２６５９９２号公報

本発明は、複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子の付着や堆積を抑制することができる複合構造物形成装置および複合構造物の形成方法を提供する。

本発明の一態様によれば、脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材の被処理面に衝突させて前記脆性材料微粒子の構成材料からなる構造物が前記基材の前記被処理面上に形成された複合構造物を形成するエアロゾルデポジション法に用いる複合構造物形成装置であって、一端に噴射口が設けられ、前記噴射口から前記エアロゾルを前記基材の前記被処理面に向けて噴射する噴射手段と、前記基材の前記被処理面に対向して設けられ、前記被処理面との間に空間を形成する整流構造体と、を備え、前記噴射手段から噴射された前記エアロゾルが、前記基材の前記被処理面の衝突点に衝突し、前記衝突点から前記被処理面に沿って流れる第１の流れを形成するように、前記噴射手段は、前記基材の前記被処理面に垂直な方向と前記噴射口からのエアロゾルの噴射方向との間の角度が１０°以上となり、かつ、前記噴射口から前記被処理面上の前記エアロゾルの衝突点までの距離が１００ｍｍ以下となるように設けられ、前記整流構造体は、前記エアロゾルの前記第１の流れが前記空間を通過するよう配置され、前記空間を通過する前記第１の流れが、０．０１１ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ ^２ ）以上の流束となるように、前記整流構造体は、前記被処理面の近くに設けられること、を特徴とする複合構造物形成装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の複合構造物形成装置を用いて基材の被処理面に複合構造物を形成させること、を特徴とする複合構造物の形成方法が提供される。

本発明によれば、複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子の付着や堆積を抑制することができる複合構造物形成装置および複合構造物の形成方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る複合構造物形成装置を例示するための模式断面図である。尚、図１（ａ）は基材の一端側に複合構造物を形成している状態を表し、図１（ｂ）は基材の他端側に複合構造物を形成している状態を表している。
図２は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

図１、図２に示すように、複合構造物形成装置１には、形成室２、噴射手段３、保持走査機構５、排気手段６、エアロゾル生成手段７、ガス供給手段９、整流手段１１が設けられている。
形成室２は、大気圧よりも低い減圧雰囲気を維持可能であり、また、その内部には噴射手段３、保持走査機構５、整流手段１１が配設されている。
噴射手段３は、エアロゾルを基材４に向けて噴射させるためのものであり、その一端には噴射口が設けられている。また、噴射手段３の他端（供給口）にはエアロゾル搬送管８の一端が接続され、エアロゾル搬送管８の他端はエアロゾル生成手段７に接続されている。
噴射手段３の配設数には特に限定はない。そのため、噴射手段３を１つだけ配設することもできるし、複数の噴射手段３を配設することもできる。この場合、基材４の大きさ（複合構造物を形成させる面積）や形成時間などを考慮してその数を決定することができる。

また、基材４の被処理面に対する噴射手段３の噴射角度α（エアロゾルの噴出方向と基材４の被処理面に垂直な方向とがなす角度）が１０°以上となるようにされている。また、噴射手段３の噴射口から基材４の被処理面上の衝突点までの寸法Ｌが１００ｍｍ以下となるようにされている。噴射手段３の配設条件をこのようにすれば、基材４の被処理面に沿った円滑なエアロゾルの流れを形成させることができる。尚、以降、被処理面に沿って流れるエアロゾルの流れをエアロゾルの主流Ｆということにする（図２を参照）。噴射手段３から噴射されたエアロゾルは基材４に衝突後、図２の主流Ｆのほか、その逆方向などにも少しばかりは流れるものの、主流Ｆが主流であり、この主流Ｆ中の微粒子が付着、堆積にもっとも影響を与える。

保持走査機構５は、基材４を保持する保持部５ａと、保持部５ａを移動させるための移動手段５ｂとを備えている。保持部５ａには、静電チャックなどが設けられ基材４を保持することができるようになっている。また、保持部５ａは、移動手段５ｂにより水平方向にその位置を移動することができるようになっている。
そのため、保持走査機構５により基材４を適宜走査しつつエアロゾルを吹き付けることで、噴射手段３から噴射されるエアロゾルのビームサイズよりも大面積の被処理面上に複合構造物を形成させることができる。

尚、説明の便宜上、噴射手段３を固定し基材４を保持する保持部５ａを移動させるものとしたが、噴射手段３と基材４との相対的な位置を変えることができるものであればよい。例えば、噴射手段３と基材４を保持する保持部５ａのいずれか、もしくは双方に相互に相対的に移動する機構を設けるようにすることができる。そして、いずれか一方が固定された状態で他方が移動するようにすることもできるし、双方が相互に移動するようにすることもできる。

また、保持部５ａを水平方向に移動させる場合を例示したが、例えば、保持部５ａを鉛直方向や回転方向にも移動させることができるようにすることもできる。この場合、鉛直方向にも移動可能とすれば、後述する整流構造体１１ａと基材４の被処理面との間の寸法が所定の値となるように調整することができる。そのため、基材４の厚み寸法が変わった場合などにおいても良好なエアロゾルの流れを形成させることができる。

排気手段６は、配管６ａを介して形成室２の内部と連通している。排気手段６としては、例えば、ロータリーポンプなどを例示することができる。そして、排気手段６により、形成室２の内部を大気圧よりも低い減圧雰囲気にすることができるようになっている。
エアロゾル生成手段７は、内部に原料の微粒子を収納する図示しない収納部を備えている。また、エアロゾル生成手段７とガス供給手段９（例えば、ガスボンベなど）とがガス配管１０を介して接続されている。そして、ガス供給手段９から供給されたガスと原料の微粒子とが混合されることでエアロゾルが生成されるようになっている。ここで、エアロゾル生成手段７に収納される原料の微粒子を例示するものとすれば、例えば、平均粒径が０．１〜５μｍ程度のセラミック微粒子とすることができる。

エアロゾル生成手段７において生成されたエアロゾルは、噴射手段３の噴射口から基材４の被処理面に向けて噴射され、被処理面上に原料微粒子からなる膜状の構造物を形成させる。この際、形成室２の内部が減圧環境とされているため、エアロゾルは圧力差により加速されて基材４の被処理面と衝突する。そのため、強固な膜状の構造物を被処理面上に形成させることができる。また、形成室２を減圧状態に維持することにより、エアロゾルが被処理面と衝突することで形成される「新生面」の活性状態をより長い時間維持することができる。そのため、構造物の緻密性や強度を向上させることが可能となる。

ここで、噴射手段３から噴射された微粒子のうち複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子の一部が、基材４上や基材４上に形成された膜状の構造物上に凝集粉として付着または堆積する場合がある。

本発明者は検討の結果、被処理面に沿ったエアロゾルの流れであるエアロゾル主流Ｆの流束低下を抑制することができれば、複合構造物の形成に寄与しなかった原料の微粒子をエアロゾルの主流Ｆの主流に載せて基材４の被処理面から運び去ることができるとの知見を得た。この場合、被処理面に面する部分に形成される空間において、エアロゾルの主流Ｆに直交する方向の空間寸法を制限するようにすれば、エアロゾル主流Ｆの流束低下を効果的に抑制することができるとの知見を得た。

本実施の形態においては、基材４の被処理面に対向して整流構造体１１ａを設けることでエアロゾルの主流Ｆに直交する方向の空間寸法に制限を加え、この空間内を通過するエアロゾルの主流Ｆの流束低下を抑制することができるようになっている。

すなわち、複合構造物形成装置１は、基材４の被処理面に対向して設けられる整流構造体１１ａを備え、整流構造体１１ａは、噴射手段３から噴射され被処理面に沿って流れるエアロゾル主流Ｆの流束の低下を抑制可能な位置に設けられている。この場合、整流構造体１１ａは、被処理面との間に形成される空間のエアロゾル主流Ｆに直交する方向の断面の寸法を制限することで、この空間内を流れるエアロゾル主流Ｆの流束の低下を抑制することができるようになっている。

整流手段１１には、板状の整流構造体１１ａと吸引部１１ｂとが設けられている。
筒状を呈する吸引部１１ｂの一端には開口部が設けられている。そして、エアロゾルを吸引する吸引部１１ｂは、開口部をエアロゾルに向けるようにしてエアロゾルの到達点近傍に設けられている。また、吸引部１１ｂの他端は、配管１３ａを介して排気手段１３と接続されている。

吸引部１１ｂは、整流構造体１１ａの作用である流束低下の抑制と整流とを補助する役割を果たす。すなわち、噴射手段３から噴射されたエアロゾル主流Ｆの流束低下を抑制するとともにエアロゾルが基材４上を整流された状態で通過することを補助する役割を果たす。吸引部１１ｂは必ずしも必要ではないが、吸引部１１ｂを設けるものとすれば整流構造体１１ａの作用を補助することができるので設けるようにすることが好ましい。
尚、吸引部１１ｂと排気手段１３との間に図示しない微粒子回収手段を設けるようにすることもできる。図示しない微粒子回収手段は、固気分離を可能とするものであれば特に限定されるものではない。例えば、サイクロン、細孔フィルタなどとすることができる。 整流構造体１１ａは、エアロゾルの主流Ｆ（被処理面に沿って流れるエアロゾルの流れ）に対して略平行となるように設けられている。
また、噴射手段３から噴射されたエアロゾルが基材４上を通過するまでの間の領域において、少なくとも被処理面（基材４における構造物が形成される部位が構成する面）に対して略平行となるようにすることができる。すなわち、整流構造体１１ａは、被処理面に対して略平行に設けられるようにすることができる。

また、噴射手段３から噴射されたエアロゾルが基材４の被処理面に衝突後、被処理面上を通過するまでの間の領域を覆うような位置に設けられている。この場合、様々な形状の基材４に対応して配設位置を適宜調整可能としたものとすることもできるし、被処理面との間の寸法を適宜調整可能としたものとすることもできる。

ここで、噴射手段３に対する整流構造体１１ａの位置を相対的に変化しないようにすることができる。この場合、前述したように整流構造体１１ａと基材４との相対的な位置は保持走査機構５により変化する。そのため、噴射手段３が基材４の一方の端面側に位置し、かつエアロゾルの主流Ｆが最も長く形成されるような場合（図１（ａ）に示した場合）において、基材４の被処理面全体がほぼ覆われるような位置に整流構造体１１ａが配設される。

また、噴射手段３が基材４の他方の端面側に位置し、かつエアロゾルの主流Ｆが最も短く形成されるような場合（図１（ｂ）に示した場合）においても、少なくとも膜状の構造物が形成される部分が覆われるような位置に整流構造体１１ａが配設されるのが好ましい。

また、整流構造体１１ａを加熱または冷却する図示しない温度制御手段を設けるようにすることもできる。そして、図示しない温度制御手段を用いて、複合構造物の形成時に整流構造体１１ａを加熱または冷却することもできる。

主流Ｆの方向に直交する方向（例えば、図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視方向）における整流構造体１１ａの断面形状としては種々の形状を用いることができる。
図３〜図６は、整流構造体の断面形状を例示するための模式断面図である。尚、各図とも図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視方向から見た図である。

図１に例示をした整流構造体１１ａは矩形断面を有する平板状体であるが、図３に示すような「波打ち形状」の断面を有する整流構造体１１ａ１とすることもできる。尚、「波打ち形状」は、任意の曲線や、任意の曲線と直線との組み合わせなどからなるものとすることができる。

また、図４、図５に示すように、エアロゾルの主流Ｆに対して平行であれば基材４の被処理面に対して交差する方向に角度を有する部分を備えていてもよい。
例えば、図４に示すように、基材４の被処理面に対して略垂直な部分１２ａを備える整流構造体１１ａ２とすることができる。また、図５に示すように、基材４の被処理面に対して交差する方向に角度を有する部分１２ｂを曲線で構成した整流構造体１１ａ３とすることもできる。

このように基材４の被処理面に対して交差する方向に角度を有する部分を備えるようにすれば、整流構造体と基材４の被処理面との間に亜閉鎖空間を形成することができるので、エアロゾルの主流Ｆが拡散することを抑制することができる。

尚、整流構造体の断面形状は例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、その形状を任意の曲線や、任意の曲線と直線との組み合わせなどからなるものとすることができる。

また、板状の整流構造体を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、厚み寸法が大きいブロック状の整流構造体とすることもできる。また、エアロゾルの主流Ｆに面する側以外の部分の形態は任意のものとすることができる。例えば、平坦であってもよいし、凹凸があってもよい。

また、図３に示すように整流構造体１１ａ１に対して噴射手段３を１つ設けるようにすることにできるし、図４に示すように整流構造体１１ａ２に対して複数の噴射手段３を設けるようにすることもできる。また、図５に示すように整流構造体１１ａ３に対して１つの噴射手段３が設けられたものを複数組備えるようにすることもできる。尚、整流構造体に対する噴射手段３の数や配設位置などは例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、図６に示すように、矩形断面を有する平板状体である整流構造体１１ａに対して噴射手段３と補助噴射機構３０とを並列に設けることもできる。尚、補助噴射機構３０はガスを噴射する機構であり、ガスがエアロゾル主流Ｆと略平行に流れることにより、エアロゾル主流Ｆの流束低下及び拡散を抑えることができる。そのため、凝集粉の付着または堆積をさらに抑制することができる。補助噴射機構３０から噴射されるガスは特に限定されるわけではなく、例えば、エアロゾルの生成に用いられるものと同様のものとすることができる。また、補助噴射機構３０は、他の形態に係る整流構造体と組み合わせても良く、数、配置、形状なども適宜変更することができる。

図７は、基材の被処理面に対する整流構造体の配設位置と、凝集粉の堆積量との関係を例示するためのグラフ図である。すなわち、同図の縦軸は凝集粉の堆積量を表し、横軸は基材４の被処理面と整流構造体１１ａとの間の寸法を表している。
また、表１は図７における各点の値を抜き出したものである。
基材４の被処理面に対する整流構造体１１ａの配設位置と、凝集粉の堆積量との関係は以下の条件で実験を行うことにより求めた。
図１に例示をした複合構造物形成装置１において噴射手段３の数を４つとし、基材４として５００ｍｍ×５００ｍｍの青板ガラス基材を用いた。また、整流構造体１１ａは、断面形状が矩形の平板とした。そして、整流構造体１１ａを基材４の被処理面と平行に配設した。
原料の微粒子はイットリア微粒子とし、その平均粒径を０．５μｍとした。また、ガス供給手段９から供給されるガス（搬送ガス）は高純度窒素ガスとし、各噴射手段３に対して１０Ｌ／ｍｉｎの流量を供給するようにした。
また、基材４の被処理面と整流構造体１１ａとの間の寸法は、２５５ｍｍ、１００ｍｍ、７０ｍｍ、５０ｍｍ、３０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ、７ｍｍとした。

そして、保持走査機構５による基材４の移動を行わずに静止させた状態で、基材４の一方の端部から１０分間エアロゾルを噴射するようにした。
このエアロゾルの噴射後、基材４上に堆積した凝集粉（複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子）を集めて、その重量を堆積量として計測するようにした。

ここで、凝集粉（複合構造物の形成に寄与しなかった微粒子）は膜状構造物を形成させる際にマスクとなり膜状構造物の形成が阻害され得るので、余り多くたまると欠陥が発生するおそれがある。この場合、本発明者の得た知見によれば、凝集粉の堆積量が１６ｇｆを超えると欠陥の発生率が増加するおそれがある。
図７および表１から分かるように、基材４の被処理面と整流構造体１１ａとの間の寸法を７０ｍｍ以下とすれば、堆積量を１６ｇｆ以下とすることができるので、欠陥の発生を抑制することができる。そのため、基材の被処理面と整流構造体との間の寸法は７０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、５０ｍｍ以下とすればさらに欠陥の発生を低減させることができるのでより好ましく、２０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

図８は、エアロゾルの流束と、凝集粉の堆積量との関係を例示するためのグラフ図である。すなわち、同図の縦軸は凝集粉の堆積量を表し、横軸はエアロゾルの流束を表している。
また、表２は図８における各点の値を抜き出したものである。
この場合、実験条件は図７で説明をしたものと同様とした。また、基材４上の空間を一様に流れるエアロゾルに関して、流束をそれぞれ計算により求めるようにした。
すなわち、流束は、基材４の被処理面（基材４の表面が形成する面）と整流構造体の表面との間に形成される空間におけるエアロゾルの主流に対して直交する方向の断面の面積と、単数あるいは複数の噴射手段３から噴射されるエアロゾルの総流量とから計算により求めるようにした。

この際、例えば、基材４の平面形状が矩形である場合であって、エアロゾル主流Ｆと平行となる側の基材４の両端部が空間的に開放されている場合などにおいては、断面積は以下の方法で計算するものとした。

基材４の両端部と、この両端部から最も近い整流構造体の表面部分とを結んだ線分と、この断面方向において基材４の表面が形成する線分と、この断面方向において整流構造体の表面が形成する線分と、により画される断面の面積を計算で求めるようにした。
尚、基材４の平面形状は矩形のほか、円形など様々であるが、両端部が空間的に開放されている場合には前述の計算方法を適用して断面積を計算することができる。また、小型の基材を保持部５ａに複数並べて保持させた場合も同様である。
また、流束の計算においては、２５℃、１ａｔｍの場合におけるガス流量を用いるものとしている。
具体的な計算結果を例示するものとすれば、基材４の被処理面と整流構造体１１ａとの間の寸法が２５５ｍｍの場合は流束は０．００３ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、１００ｍｍの場合は０．００８ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、７０ｍｍの場合は０．０１１ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、５０ｍｍの場合は０．０１６ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、３０ｍｍの場合は０．０２７ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、２０ｍｍの場合は０．０４０ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、１０ｍｍの場合は０．０８０ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）、７ｍｍの場合は０．１１４ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）となる。

図８および表２から分かるように、流束を０．０１１ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）以上とすれば、堆積量を１６ｇｆ以下にすることができる。その結果、前述したように欠陥の発生を抑制することができる。そのため、エアロゾルの流束を０．０１１ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）以上とすることが好ましい。また、０．０１６ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）以上とすればさらに欠陥の発生を低減させることができるのでより好ましく、０．０４０ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ^２）以上とすることがさらに好ましい。

次に、複合構造物形成装置１の作用とともに複合構造物の形成方法について例示をする。 まず、図示しない搬入搬出手段により基材４が形成室２の内部に搬入され、保持走査機構５の保持部５ａに載置、保持される。

次に、排気手段６を稼動させて形成室２の内部を減圧雰囲気（数Ｐａ〜数ｋＰａ程度）とし、これを維持するようにする。

次に、ガス供給手段９から流量３〜２０Ｌ／ｍｉｎ程度の窒素ガスまたはヘリウムガスなどを、ガス配管１０を介してエアロゾル生成手段７に導入する。導入された窒素ガスまたはヘリウムガスなどと、予め収納されていた原料の微粒子（例えば、イットリア微粒子）とでエアロゾルが生成される。

生成されたエアロゾルは、エアロゾル搬送管８を介して噴射手段３へと送られ、噴射手段３の噴射口より基材４の被処理面に向けて高速で噴射される。このとき、原料の微粒子（例えば、イットリア微粒子）が基材４の被処理面に衝突し、微細断片粒子に破砕・変形されるなどした後、瞬時に再結合して微細な結晶子の接合物としての構造物を形成する。

噴射手段３から噴射された原料の微粒子のうち複合構造物の形成に寄与しなかったものは、エアロゾルの主流Ｆに載って基材４の被処理面から運び去られる。この際、整流構造体１１ａの作用によりエアロゾル主流Ｆの流束の低下が抑制されるので、凝集粉の付着や堆積が大幅に低減される。そのため、欠陥の発生を大幅に抑制することができ良品率、生産性を大幅に向上させることができる。

また、エアロゾルの到達点近傍に設けられた吸引部１１ｂにより複合構造物の形成に寄与しなかった原料の微粒子が吸引され、図示しない微粒子回収手段により回収される。また、吸引部１１ｂの吸引作用により、エアロゾル主流Ｆの整流の状態などが良好に保たれるため凝集粉の付着や堆積をさらに低減させることができる。

そして、保持走査機構５により基材４を適宜走査しつつエアロゾルを吹き付けることで、基材４の被処理面全域または所望の部分に複合構造物を形成させる。
複合構造物が形成された基材４は、図示しない搬入搬出手段により形成室２の外部に搬出される。そして、必要に応じて次の基材４が搬入され、前述の手順を繰り返すことで複合構造物の形成が続行される。

図９は、他の実施の形態に係る複合構造物形成装置を例示するための模式断面図である。 図９に示すように、複合構造物形成装置１ａには、形成室２ａ、噴射手段３ａ、保持走査機構５、排気手段６、エアロゾル生成手段７、ガス供給手段９、整流構造体２１ａと吸引部２１ｂとを備える整流手段２１が設けられている。

形成室２ａは、大気圧よりも低い減圧雰囲気を維持可能であり、その内部には保持走査機構５が配設されている。
また、本実施の形態においては、形成室２ａの内壁のうち基材４の被処理面に対向する側の内壁が整流構造体２１ａとなっている。また、エアロゾルの到達点側であって、整流構造体２１ａとなる内壁に略直交する内壁には吸引部２１ｂが開口するようにして設けられている。また、整流構造体２１ａとなる内壁には所定の噴射角度α１を有する噴射手段３ａが開口するようにして設けられている。また、吸引部２１ｂには、配管１３ａを介して排気手段１３が接続されている。また、保持部５ａを鉛直方向に移動可能として整流構造体２１ａと基材４の被処理面との間の寸法が所定の値となるように調整することができるようになっている。
噴射手段３ａはエアロゾル搬送管８を介してエアロゾル生成手段７に接続されている。また、図１において例示をしたものと同様に噴射角度αが１０°以上となるようになっている。また、噴射手段３ａの噴射口（内壁の開口）から基材４の被処理面上の衝突点までの寸法Ｌ１が１００ｍｍ以下となるようになっている。

本実施の形態においては、形成室２ａの内壁の一部（整流構造体２１ａ）が図１において例示をした板状の整流構造体１１ａと同じ機能を果たすようになっている。そのため、基材４の被処理面と整流構造体２１ａである内壁との間の関係が、前述した基材４の被処理面と整流構造体１１ａとの間の関係と同様となっている。すなわち、図７において説明をした寸法関係や図８において説明をしたエアロゾルの流束が適用されるような関係となっている。
本実施の形態によれば、複合構造物形成装置１ａのコンパクト化、簡素化を図ることができる。

尚、複合構造物形成装置１ａの作用は、前述した複合構造物形成装置１の作用と同様のためその説明は省略する。

図１０は、基材の保持形態を例示するための要部模式図である。
保持部５ａには、図１などに例示をした大きな基材４を１枚保持させることもできるが、図１０に示すように小さな基材４ａを複数枚保持させることもできる。尚、保持させる基材の数は例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

図１１は、整流構造体の配設形態を例示するための要部模式図である。
図１に示すように、被処理面に対して略平行となるように整流構造体１１ａを設けることもできるが、図１１に示すように、エアロゾル主流Ｆに直交する方向の断面の面積が、噴射手段３から離れるに従って漸減するように設けることもできる。すなわち、出口側の断面積が小さくなるような方向に傾斜させて整流構造体１１ｃを設けるようにすることもできる。このようにすれば、噴射手段３から離れた部分におけるエアロゾル主流Ｆの流束低下をさらに抑制することができる。そのため、凝集粉の付着または堆積をさらに抑制することができる。
図１２は、整流構造体と噴射手段との配設形態を例示するための要部模式図である。 図１に示すように、整流構造体１１ａと噴射手段３とを離隔させて配設することもできるが、図１２に示すように整流構造体１１ａの端部と噴射手段３とを当接させるようにして配設することもできる。このようにすれば、基材４の被処理面と衝突することで跳ね返る微粒子を整流構造体１１ａと被処理面との間に形成される空間に導くことができる。そのため、整流構造体１１ａなどに付着または堆積する凝集粉を低減させることができる。そして、整流構造体１１ａなどに付着または堆積した凝集粉が基材４の被処理面などに付着することを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。

前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、複合構造物形成装置１、複合構造物形成装置１ａなどが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、微粒子も例示したものに限定されるわけではなく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化珪素、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛等の酸化物の他、窒化物、ホウ化物、炭化物、フッ化物などの脆性材料、脆性材料を主成分とした金属や樹脂との複合材料等でもよい。

また、ガスも例示したものに限定されるわけではなく、例えば、空気、水素ガス、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスの他、メタンガス、エタンガス、エチレンガス、アセチレンガスなどの有機ガス、また、フッ素ガスなどの腐食性のあるガス等でも良く、必要に応じてこれらの混合ガスを使用してもよい。

また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

本発明の実施の形態に係る複合構造物形成装置を例示するための模式断面図である。 図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 整流構造体の断面形状を例示するための模式断面図である。 整流構造体の断面形状を例示するための模式断面図である。 整流構造体の断面形状を例示するための模式断面図である。 整流構造体の断面形状を例示するための模式断面図である。 基材の被処理面に対する整流構造体の配設位置と、凝集粉の堆積量との関係を例示するためのグラフ図である。 エアロゾルの流束と、凝集粉の堆積量との関係を例示するためのグラフ図である。 他の実施の形態に係る複合構造物形成装置を例示するための模式断面図である。 基材の保持形態を例示するための要部模式図である。 整流構造体の配設形態を例示するための要部模式図である。 整流構造体と噴射手段との配設形態を例示するための要部模式図である。

符号の説明

１ 複合構造物形成装置、１ａ 複合構造物形成装置、２ 形成室、３ 噴射手段、４ 基材、５ 保持走査機構、５ａ 保持部、５ｂ 移動手段、６ 排気手段、７ エアロゾル生成手段、８ エアロゾル搬送管、９ ガス供給手段、１０ ガス配管、１１ 整流手段、１１ａ 整流構造体、１１ａ１〜１１ａ３ 整流構造体、１１ｂ 吸引部、１２ａ 部分、１２ｂ 部分、１３ 排気手段、１３ａ 配管、２１ 整流手段、２１ａ 整流構造体、２１ｂ 吸引部、Ｆ 主流、Ｌ 距離、Ｌ１ 距離、α 噴射角度、α１ 噴射角度

Claims (5)

1. 脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材の被処理面に衝突させて前記脆性材料微粒子の構成材料からなる構造物が前記基材の前記被処理面上に形成された複合構造物を形成するエアロゾルデポジション法に用いる複合構造物形成装置であって、
   一端に噴射口が設けられ、前記噴射口から前記エアロゾルを前記基材の前記被処理面に向けて噴射する噴射手段と、
   前記基材の前記被処理面に対向して設けられ、前記被処理面との間に空間を形成する整流構造体と、を備え、
   前記噴射手段から噴射された前記エアロゾルが、前記基材の前記被処理面の衝突点に衝突し、前記衝突点から前記被処理面に沿って流れる第１の流れを形成するように、前記噴射手段は、前記基材の前記被処理面に垂直な方向と前記噴射口からのエアロゾルの噴射方向との間の角度が１０°以上となり、かつ、前記噴射口から前記被処理面上の前記エアロゾルの衝突点までの距離が１００ｍｍ以下となるように設けられ、
   前記整流構造体は、前記エアロゾルの前記第１の流れが前記空間を通過するよう配置され、
   前記空間を通過する前記第１の流れが、０．０１１ｃｃ／（ｍｉｎ・ｍｍ ^２ ）以上の流束となるように、前記整流構造体は、前記被処理面の近くに設けられること、を特徴とする複合構造物形成装置。
2. 前記整流構造体は、前記被処理面との間の寸法が７０ｍｍ以下となるように設けられること、を特徴とする請求項１に記載の複合構造物形成装置。
3. 前記整流構造体は、前記整流構造体と前記被処理面との間の寸法が、前記噴射手段から離れるに従って漸減するように設けられること、を特徴とする請求項１または２に記載の複合構造物形成装置。
4. 前記空間の外側に前記噴射手段が配置され、前記空間を介して前記噴射手段と反対側には、前記エアロゾルを吸引する吸引部が設けられること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の複合構造物形成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の複合構造物形成装置を用いて基材の被処理面に複合構造物を形成させること、を特徴とする複合構造物の形成方法。

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