JP2808734B2

JP2808734B2 - 微粒子膜の製造装置

Info

Publication number: JP2808734B2
Application number: JP1275281A
Authority: JP
Inventors: 茂夫鈴木; 正明安立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH03138355A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は金属、酸化物、有機物の超微粒子を形成し、
その超微粒子を基板上に堆積して厚膜、薄膜を形成し機
能デバイス等を得る製造装置に関するものである。

従来の技術従来の微粒子膜製造装置としては、例えば特開昭60−
106975号公報や特開昭61−38632号公報に示されてい
る。

第４図はこの従来の微粒子膜製造装置の概略を示すも
のであり、１は金属、酸化物、有機物を加熱蒸発させる
坩堝であり、溶融させる物質の条件によってその加熱方
法は、抵抗加熱、電子線加熱、高周波加熱等が用いら
れ、２はその加熱のための電源である。３は蒸発室であ
り、その内部を真空に排気した後、４のガス導入系より
不活性ガスであるHe,Ar,N2ガスなどを導入し、所定の圧
力に保っている。５は、粒子をガス流れに乗せて搬送す
る搬送管である。また６は搬送管先端に取り付けられた
微粒子吹き付けノズルであり、製膜室７内に開口してい
る。８は製膜される基板であり移動機構９によって図の
矢印方向に移動可能なようになっている。10は真空ポン
プであり、３は蒸発室及び７の製膜室をバルブ11及び12
を介して適当な圧力に保っている。

以上のように構成された従来の微粒子膜製造装置にお
いては、蒸発室３を真空ポンプ10により、適当な真空圧
力状態にし、電源２に通電すると、坩堝１内の物質が加
熱溶融し蒸発する。この時ガス導入系４よりガスを導入
すると、坩堝１より蒸発してきた物質が冷却されて適当
な粒径の超微粒子13となる。この時、蒸発室内の圧力は
初期の圧力よりも高くなる。この時、製膜室７の圧力が
蒸発室３よりも低くなるようにバルブ11及び12を調整す
ると、蒸発室３で生成された超微粒子13は導入ガスとと
もに、搬送管５を通過し６の微粒子吹き付けノズルを通
過し、数十〜数百m/secの速度で基板８に衝突する。こ
の時基板８を移動機構によって移動させることにより、
14の様な膜を基板８上に堆積することが出来る。

発明が解決しようとする課題しかしながら前記のような構成では、製膜室７の圧力
を常に蒸発室３の圧力よりも低くする事が必要である。
一般に蒸発量は加熱溶融する投入エネルギーが一定の場
合、蒸発室３の圧力が低ければ低いほど多くなる。しか
しながら蒸発室３の圧力を低くし、超微粒子13の基板８
への衝突速度を大きくするためには、製膜室７の厚力を
更に高真空にする必要がある。それ故真空ポンプ10の容
量を大きくしなければならないものである。また蒸発室
３の厚力を高め、製膜室７との圧力差を大きくする場合
は、蒸発室３の圧力が高くなると蒸発量が減少するだけ
でなく、出来る超微粒子13の粒径が大きくなるものであ
る。更に製膜室７が真空状態の場合には、製膜室７での
基板８の取扱や、大気圧下での処理が出来ないために装
置が煩雑になるとともに、プロセスが煩雑になるという
問題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、高真空下で粒径の小さな超
微粒子を、大量に発生させ、製膜領域に於いては、大気
圧状態で、且つ高速度で超微粒子を基板に衝突させ、製
膜速度が大きく、膜質が稚密な膜を大気圧状態で製膜可
能な微粒子膜の製造装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、蒸発室内に蒸発用手段と、蒸発室に開口す
るガス導入口と、蒸発部上部に開口する搬送管と、搬送
管端部を二次流路に接続したエゼクターと、エゼクター
のディフューザが基板に向けて開口した製膜部を備え、
前記蒸発室に導入されるガスより比重の大きい流体を前
記エゼクターの駆動流体としたことを特徴とする微粒子
膜の製造装置である。

作用本発明は前記した構成により、蒸発室内で蒸発し、導
入されたガスによって冷却され生成した微粒子を、導入
ガスとともに搬送管を通って基板に衝突させ微粒子膜を
製膜する際、搬送管をエゼクターの２次流路に接続し
て、駆動流体により２次流である微粒子流を吸引し、エ
ゼクター部の搬送管部圧力をより低圧にすることができ
るため、蒸発室の圧力が低い状態で蒸発が行え、粒径の
小さな微粒子発生を大量に行えるとともに、製膜部では
エゼクターのディフューザ開口部から微粒子ガス流を基
板に衝突させているので、その部分の圧力を大気圧状態
にすることが出来るものである。

実施例第１図は本発明の実施例における微粒子膜の製造装置
の構成図を示すものである。第１図において、15は金
属、酸化物、有機物等の所定材料を加熱溶融する坩堝で
あり、その加熱手段としては抵抗加熱や電子線加熱、誘
導加熱等であり、16はその電源を示している。坩堝15、
電源16によって前記所定材料の蒸発用手段が構成されて
いる。17は蒸発室であり、18の真空ポンプによりバルブ
19を介して真空引きされる。20は蒸発室にガスを導入す
るガス導入系であり、ガスとしてはHe、Ar、N₂,O₂ガス
などである。

21は蒸発室の上部に設けた搬送管である。搬送管21の
途中経路には経路遮断バルブ22がある。23は製膜室であ
り、中には基板24が移動可能な状態で設けられている。
また25はエゼクター本体であり、エゼクター本体25の２
次流路26には搬送管21の一端が接続されている。27はエ
ゼクターの駆動流体を供給する駆動流体供給装置であ
り、バルブ28によってその流量が調整される。またエゼ
クター本体25のディフューザ部29はその先端が基板24に
向けて開口している。また蒸発室17内、エゼクター２次
流路26、製膜室23にはそれぞれ圧力計30、31、32が設け
られている。

また第２図（ａ）は本実施例に於けるエゼクター本体
25とその各部の基本構成図であり、同図（ｂ）にはエゼ
クター各部P1〜P5の圧力を対応して示している。33は駆
動流流路であり、34はそのノズル、35は混合室、26は２
次流路、36は平行部、29はディフューザ部である。各部
の圧力は図に示すように二次流路部26の低真空状態がデ
ィフューザ出口でほぼ大気圧状態に昇圧されることが分
かる。

以上のように構成された実施例の微粒子膜の製造装置
において、以下その動作を説明する。

まず搬送管21の途中経路に設けられた経路遮断バルブ
22を閉止した状態で、真空ポンプ18によって蒸発室17内
を排気する。蒸発室17内が所定の真空度に到達した状態
で、電源16に通電し、坩堝15内の蒸発材料を加熱溶融さ
せ蒸発を行なわせる。このときガス導入系20より例えば
Arガスを蒸発面近傍に供給すると、蒸発原子が過冷却さ
れて微粒子が形成される。出来た微粒子は上昇途中で互
いに合体して初期粒径よりも大きな微粒子となるが、全
体としては非常に小さな微粒子が生成されるものであ
る。微粒子が生成された状態で経路遮断バルブ22を開放
するとともに、エゼクター本体25の駆動流流路33に駆動
流体供給装置27より駆動ガスが供給されると、ノズル34
から駆動ガスが噴流となって噴出する。２次流である微
粒子流はエゼクター本体25の２次流路26から混合室35に
吸い込まれ、駆動ガスの噴出によって混合室35に生ずる
負圧と駆動ガスの粘性とによって、駆動ガスと一緒にな
って平行部36にはいる。この混合室35と平行部36とで駆
動ガスと２次流とは完全に混合し、ディフューザ29によ
って圧力を高められて大気圧状態で基板24上に衝突さ
れ、微粒子膜37が形成される。この時基板24を移動搬送
することにより連続的に微粒子膜37を形成することが出
来る。

以上のように、本実施例によれば微粒子膜を形成する
蒸発材料を加熱溶融させて蒸発させて、不活性ガスの冷
却により微粒子を形成させ、その微粒子を不活性ガスと
共に搬送しそのまま基板に吹き付けて微粒子膜を製膜す
るものであるが、この時、微粒子を基板24に吹き付ける
際に製膜室23に設けられたエゼクター本体25の二次流路
部26に微粒子の搬送管21を接続し、駆動流を噴出させる
事により生じるいわゆるエゼクター効果を用いる事で、
微粒子搬送管21の圧力をより低圧にでき、ひいては蒸発
室17の圧力も低圧に出来るため蒸発室17での微粒子発生
量を多く取れ、製膜速度を上げることが出来るとともに
発生微粒子の粒径をも小さくできる。

また製膜基板24に微粒子を噴出するエゼクター本体25
のディフューザ部29では圧力が高められるため製膜部は
常圧とすることができる。それ故、装置として簡便にな
るだけでなく基板の取扱も容易になるといった効果を有
する。

また第３図には本発明の微粒子膜製造装置での各部の
圧力を曲線Ｂを用いて示している。比較のために従来の
微粒子膜製造装置での各部の圧力を曲線Ａを用いて示し
ている。図より明らかなように本発明での蒸発室の圧力
は、従来例に比較して低真空状態とすることができ、さ
らに製膜室ではほぼ大気圧状態とすることができるもの
である。

またエゼクターにおいては、駆動流体の重量流量/2次
流体の重量流量が大きければ大きいほど、エゼクター２
次流路部の圧力を低圧にすることができる。そこで本発
明ではエゼクターの駆動流体として蒸発室に導入される
ガスよりも比重の大きな流体を用い、さらに微粒子膜を
基板に製膜する際に基板との付着強度をもたらすような
バインダーを含む溶剤等とすると強固に製膜する事が出
来るし、またその有機物によって機能を持たすようにす
ることもできる。

なお、この実施例において蒸発手段として坩堝15を用
いて所定材料を加熱溶融する構成としているが、他の微
粒子発生手段例えば熱プラズマやレーザーのブレイクダ
ウン法等でも良いことは勿論であり、またエゼクター25
への駆動流体供給装置27は溶液などを供給するためのポ
ンプなどでも良いことも勿論である。

さらに製膜室23は基本的に大気圧近くにすることが可
能であるが、ガス置換のためやあるいは付着粒子の散乱
を防ぐといった目的で若干の真空にし、そのために真空
ポンプを設けても良い。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、微粒子をガス
に搬送させて基盤に衝突させ製膜する場合、蒸発室の圧
力をより低圧に出来るために蒸発量を多くできるととも
に微粒子サイズも小さくでき、さらに製膜室では大気圧
レベルの圧力状態とすることができるので、製膜室での
基板の取扱や装置が簡便になるなど、その実用的効果は
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における微粒子膜の製造装置の
構成図、第２図（ａ），（ｂ）は本発明構成要素のエゼ
クター部の構成図ならびにその各部での圧力状態図、第
３図は本発明と従来の微粒子膜製造装置での各部の圧力
図、第４図は従来の微粒子膜製造装置の構成図である。 17……蒸発室、20……ガス導入系、21……搬送管、25…
…エゼクター、26……二次流路部、32……製膜室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 24/00 - 24/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発室内に蒸発用手段と、蒸発室に開口す
るガス導入系と、前記蒸発室上部に開口する搬送管と、
前記搬送管の端部を二次流路に接続したエゼクターと、
前記エゼクターのディフューザが基板に向けて開口した
製膜部を備え、前記エゼクターの駆動流体は前記蒸発室
に導入されるガスより比重の大きい流体であることを特
徴とする微粒子膜の製造装置。
【請求項２】前記エゼクターの駆動流体は微粒子を表面
被覆する有機系のバインダーを含む溶液であることを特
徴とする請求項１記載の微粒子膜の製造装置。