DE102016222666A1

DE102016222666A1 - Schichterzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016222666A1
Application number: DE102016222666.5A
Authority: DE
Inventors: Yuji Furumura; Noriyoshi Shimizu; Shinji Nishihara; Eri Haikata
Original assignee: Philtech Inc
Current assignee: Philtech Inc
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2017-06-01
Also published as: CN106811732B; KR101956911B1; JP2017101271A; TWI601844B; US20180223431A1; TW201718926A; JP6529129B2; KR20170063336A; CN106811732A; US20170152599A1

Abstract

Ausgangsgase werden sofort bzw. instantan erhitzt, wenigsten zwei Arten von erzeugten Gasmolekülarten, die durch augenblickliches Erhitzen der Ausgangsgase erzeugt worden sind, werden unabhängig zugeführt und in Kontakt mit einem Substrat gebracht, das eine niedrigere Temperatur als die Heiz-Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen bzw. instantanen Erhitzen der Ausgangsgase aufweist, um so eine erste und eine zweite Verbundschicht zu bilden, wobei die zweite Verbundschicht mindestens ein Element der in der ersten Verbundschicht enthaltenen Elemente enthält, wobei eine Mehrschichtfolie bzw. ein mehrschichtiger Film, die bzw. der sich aus mindestens der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht zusammensetzt, hergestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichterzeugungsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Da die meisten chemischen Bindungsenergien von Molekülen in einem Gas bei 3 eV oder mehr liegen, werden die Moleküle im Allgemeinen nicht zersetzt bzw. zerlegt, wenn das Gas lediglich auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Wenn man jedoch ein auf eine hohe Temperatur erhitztes Gas vertikal mit einem Metall kollidieren lässt, welches ein Element mit einer katalytischen Wirkung enthält, verändern sich die Gasmoleküle strukturell. Wenn ein chemisch reaktives Gas erhitzt wird und veranlasst wird, mit einem Katalysator zu kollidieren, wird ein Gas erzeugt, das molekulare Arten aufweist, die sich von denen des ursprünglichen Gases unterscheiden, oder die eine Form aufweisen, die sich von der des ursprünglichen Gases unterscheidet (eine solche Reaktion wird nachfolgend als eine Katalysator-Kollisionsreaktion bezeichnet).
Wenn man bspw. in einem Behälter, der einen Ruthenium-Katalysator aufweist, ein durch augenblickliches Erhitzen von Methan und Wasserdampf erhaltenes Gas mit dem Ruthenium-Katalysator kollidieren lässt, verläuft die Reaktion so, dass Wasserstoff H₂, Kohlendioxid CO₂ und Kohlenmonoxid CO erzeugt werden. Diese Reaktion ist ein Beispiel einer Katalysator-Kollisionsreaktion.
Beispielsweise wird Wasser erhitzt, damit es verdampft. Es wird davon ausgegangen, dass dies nicht nur durch einen einfachen Anstieg der Temperatur bewirkt wird, sondern auch durch eine strukturelle Umwandlung von Polymeren (Cluster von Wasser), die durch Polymerisation von Molekülen erhalten wurden, in Monomere. Das erzeugte Monomergas wird so beurteilt, dass es in der chemischen Charakteristik verändert ist und eine aktive chemische Charakteristik hat, die sich von der von normalem Wasser unterscheidet.
Um die Katalysator-Kollisionsreaktion industriell zu nutzen, sind eine Vorrichtung zum sofortigen Erhitzen eines Gases (Heizmechanismus) und eine kostengünstige, kompakte Heizeinrichtung erforderlich, die bewirken, dass ein Gas mit einem Katalysator kollidiert.
Eine Gas-Heizeinrichtung, welche die Anforderungen erfüllt, ist in dem japanischen Patent Nr. 5105620 (Patent-Dokument 1) beschrieben. Die in dem Patent-Dokument beschriebene Vorrichtung zum augenblicklichen Erhitzen wird hier als Wärmestrahl- bzw. Heißstrahl-Heizeinrichtung bezeichnet. Dieses Erhitzungs- bzw. Heiz-Prinzip besteht darin, ein Gas bei einer hohen Geschwindigkeit mit einer Hochtemperaturwand kollidieren zu lassen, um einen Wärmeaustausch zwischen der Wand und dem Gas effizient zu bewirken.
Zu diesem Zweck wird die Geschwindigkeit eines Gases in einem engen Gasströmungspfad, der auf einer Oberfläche eines Wärmeaustausch-Substrats gebildet ist, erhöht, und das Gas wird veranlasst, vertikal mit einer Wand des Strömungspfades zu kollidieren. Die Wand des Strömungspfades wird elektrisch beheizt, so dass durch die Kollision ein Wärmeaustausch bewirkt wird.
Die Erfindung des japanischen Patents Nr. 5105620 betrifft eine grundlegende Erfindung einer Film- bzw. Schichtbildungsvorrichtung, die eine Vielzahl von Gasen mit der Wärmestrahl-Heizeinrichtung erwärmt, um eine Schicht eines Materials – bei der man normalerweise davon ausgeht, dass sie nicht gebildet werden kann, ohne ein Substrat auf eine Temperatur höher als die dauerfeste Temperatur eines Glas- oder Kunststoffsubstrats zu erhitzen – auf solchen Substraten zu bilden, die auf einer Temperatur unterhalb der Heiztemperatur der Wärmestrahl-Heizeinrichtung gehalten werden.
Genauer gesagt kann, wenn eine Schicht bei Raumtemperatur erzeugt werden kann, eine keramische Schicht vom Typ einer Aluminiumoxidschicht, eine Siliziumoxidschicht und eine Siliziumnitridschicht oder eine Schicht einer spröden bzw. hitzebeständigen Metallzusammensetzung vom Typ Titan-Nitrid oder Titanoxid, auf einem Kunststofffilm-Substrat ausgebildet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Technik, die Gasmolekülarten, welche durch Erhitzen eines Ausgangsgases erzeugt wurden, einer auf einer Raumtemperatur gehaltenen Substanz zuführt, um eine Schicht zu bilden, ist in dem japanischen Patent 5105620 beschrieben. Bei dieser Technik wird als ein Material, bei dem man davon ausgeht, dass bei einer Temperatur gleich der oder niedriger als die dauerfeste Temperatur der Substanz eine Schichtbildung nicht möglich ist, eine Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitridschicht, eine Titanoxid- oder Titannitridschicht, und eine Siliziumoxid- oder Siliziumnitridschicht angegeben. Derartige Materialien werden nachfolgend als Hochtemperatur-Materialien bezeichnet.
Hier wird als ein Beispiel ein Verfahren betrachtet, bei dem ein Ausgangsgas erhitzt wird, um aktive Gasmolekülarten zu erzeugen, und die aktiven Gasmolekülarten einer Substratoberfläche zugeführt werden, um eine Schicht eines Hochtemperatur-Materials auf einem Kunststoffsubstrat zu bilden. In diesem Beispiel kann ein neues Problem auftreten, wenn ein Substrat sich umwandelt bzw. umgeformt wird oder sich verformt, nachdem die Schicht gebildet worden ist. Zwar wird, selbst wenn das Kunststoffsubstrat selbst umgewandelt bzw. umgeformt wird oder sich verformt, das Substrat nicht gecrackt, da das Substrat aus Kunststoff hergestellt ist. Allerdings kann das Hochtemperatur-Material dadurch, dass es bei einem bestimmten (Deformations-)Level oder höher umgewandelt wird oder sich verformt, gecrackt werden, oder das Material kann sich dadurch, dass es bei einem bestimmten Level oder höher umgewandelt wird oder sich verformt, in nachteiliger Weise von dem Substrat ablösen.
Genauer gesagt, selbst wenn eine Schicht eines Hochtemperatur-Materials auf einer Oberfläche eines Kunststoffsubstrats gebildet werden kann, kann die Schicht gecrackt werden oder sich ablösen, wenn sich das Substrat bei einem bestimmten Level oder höher umwandelt oder verformt, was ein Problem in der Praxis darstellt.
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung in Anbetracht des obigen Problems gemacht, eine Schichtbildungsvorrichtung bereitzustellen, bei der, wenn ein Ausgangsmaterial augenblicklich erhitzt und ein erzeugtes gewünschtes Gas auf eine bei einer niedrigen Temperatur gehaltene Substratoberfläche verbracht wird, um eine Schicht eines Hochtemperatur-Materials zu bilden, ein Substrat produziert wird, welches nicht zulässt, dass die Schicht aus Hochtemperatur-Material gecrackt wird oder sich ablöst, selbst wenn sich das Substrat umwandelt oder verformt.
Wenigstens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die folgenden Gegenstände bereit, um das oben genannte Problem zu lösen.
Ausführungsform (1): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Schichtbildungsvorrichtung bereit, die ausgestattet ist mit einer Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas, die ein Ausgangsgas augenblicklich erwärmt, und einem Substrat, das auf einer Temperatur niedriger als eine Heiztemperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas gehalten wird, wobei mindestens zwei Arten von erzeugten Gasmolekülarten, die durch die Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas erzeugt wurden, unabhängig voneinander eingeführt und in Kontakt mit dem Substrat gebracht werden, um eine erste Verbundschicht zu bilden und um eine zweite Verbundschicht zu bilden, die mindestens ein Element der in der ersten Verbundschicht enthaltenen Elemente aufweist, und wobei ein mehrschichtiger Film gebildet wird, der zumindest die erste Verbundschicht und die zweite Verbundschicht aufweist.
Ausführungsform (2): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei die Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas einen Strömungsweg aufweist, der aus einem Metallmaterial hergestellt ist, welches ein Element mit einer katalytischen Funktion aufweist.
Ausführungsform (3): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei die erste Verbundschicht und die zweite Verbundschicht Verbundschichten sind, die mindestens eines der Elemente Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink, Indium oder Magnesium enthalten.
Ausführungsform (4): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei die erste Verbundschicht und die zweite Verbundschicht gebildet werden, während eine Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs verändert wird.
Ausführungsform (5): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei eine Oberfläche des Strömungswegs der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas aus einem Metall hergestellt ist, das zumindest eines der Elemente Ruthenium, Nickel, Platin, Eisen, Chrom, Aluminium oder Tantal enthält.
Ausführungsform (6): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei die Heiztemperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas von Raumtemperatur bis 900°C reicht.
Ausführungsform (7): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei sich das Substrat bewegt.
Ausführungsform (8): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei ein Material des Substrats, auf dem der mehrschichtige Film gebildet wird, mindestens eines der Materialien Glas, Siliziumwafer, Kunststoff oder Kohlenstoff ist.
Ausführungsform (9): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen die Schichtbildungsvorrichtung bereit, wobei das Substrat eine organische EL-Vorrichtung, eine Flüssigkristallvorrichtung, eine Solarbatterie oder ein Vorrichtungssubstrat ist, auf dem Muster bzw. Strukturen ausgebildet sind.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise ein Substrat erzeugt werden, von dem sich – wenn ein Ausgangsgas augenblicklich erhitzt wird und ein erzeugtes gewünschtes Gas auf eine auf einer niedrigen Temperatur gehaltene Substratoberfläche aufgebracht wird, um eine Schicht (bzw. einen Film oder eine Folie) eines Hochtemperatur-Materials zu bilden – die Schicht aus Hochtemperatur-Material nicht ablöst oder gecrackt wird, selbst wenn das Substrat transformiert wird bzw. sich umwandelt oder verformt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockdiagramm einer Schichtbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm einer Schichtbildungsvorrichtung gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels.
3 ist ein schematisches Diagramm einer Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen gemäß dem Ausführungsbeispiel.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts eines mehrschichtigen Films gemäß dem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
<Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Schichtbildungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform erzeugt – wenn ein Ausgangsgas veranlasst wird, in eine Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas einzuströmen, welche das Ausgangsgas augenblicklich auf eine Temperatur höher als die eines Substrats erhitzt, und wenigstens zwei Arten von erzeugten Gasmolekülarten auf eine Substratoberfläche verbracht werden und mit der Substratoberfläche in Kontakt gebracht werden, um eine Verbundschicht bzw. einen Verbundfilm aufzuwachsen bzw. zu züchten – einen mehrschichtigen Film, bei dem eine Zwischenschicht zwischen dem Film und dem Substrat ausgebildet ist.
Genauer gesagt, erhitzt die Schichtbildungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform das Ausgangsgas auf eine hohe Temperatur, um eine molekulare Struktur des Ausgangsgases zu verändern und chemisch aktive Molekülarten zu erzeugen, führt die aktiven Molekülarten, die miteinander reagieren, auf die Substratoberfläche und bringt die aktiven Molekülarten in Kontakt mit der Substratoberfläche, um einen mehrschichtigen Film auf einer Oberfläche des Substrats, die auf einer Temperatur niedriger als eine Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas gehalten wird, aufzubringen bzw. zu züchten oder abzuscheiden.
<Aufbau der Schichtbildungsvorrichtung>
Ein Aufbau der Schichtbildungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Schichtbildungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform eine Einrichtung 105, 106, 107 und 108 zum augenblicklichen Erhitzen von Gas, eine Führung 113, Schichterzeugungskammern 115 und 116, ein film- bzw. schichtförmiges Substrat 117, Auslassöffnungen 118 und 119, eine Rückspultrommel 120, eine Zuführtrommel 121, sowie Reaktions-Sets S1 und S2.
Die Einrichtung 105, 106, 107 und 108 zum augenblicklichen Erhitzen von Gas nimmt Ausgangsgase A (101), B (102), C (103) und D (104), deren Flussraten zeitgesteuert sind, auf, erhitzt die Ausgangsgase augenblicklich auf Temperaturen Ta, Tb, Tc und Td und stößt erzeugte Gase a, b, c und d (109, 110, 111 und 112) aus.
Die Führung 113 ist eine Einrichtung, die erzeugte Gase a, b, c und d (109, 110, 111 und 112), die von der Einrichtung 105, 106, 107 und 108 zum augenblicklichen Erhitzen von Gas ausgestoßen werden, den Schichterzeugungskammern 115 und 116 zuführt, sodass die Gase auf eine Oberfläche der film- bzw. folienförmigen Substrate 117, die in den Schichterzeugungskammern 115 und 116 angeordnet sind, gesprüht werden. Die Vielzahl von Führungen 113 sind für jedes der Ausgangsgase präpariert.
Die Auslassöffnungen 118 und 119 stoßen die erzeugten Gase a, b, c und d (109, 110, 111 und 112) aus, die auf die Oberfläche des film- bzw. folienförmigen Substrats 117 gesprüht wurden. Das film- bzw. folienförmige Substrat 117 ist auf der Rückspultrommel 120 und der Zuführtrommel 121 aufgewickelt. Wenn man 1 als Beispiel nimmt, so drehen sich nach Fertigstellung des Schrittes der Schichtbildung durch die erzeugten Gase a und b die Rückspultrommel 120 und die Zuführtrommel 121, um das film- bzw. folienförmige Substrat 117 zuzuführen, der Schritt der Schichtbildung durch die erzeugten Gase c und d wird auf einer von den erzeugten Gasen a und b erzeugten Schicht ausgeführt, und das film- bzw. folienförmige Substrat 117, welches die obigen Schritte durchlaufen hat, wird mit der Rotation der Rückspultrommel 120 gesammelt. Bei der schichtbildenden Vorrichtung gemäß der Ausführungsform sind eine Vielzahl von Reaktions-Sets S1 und S2 präpariert, um einen mehrschichtigen Film auf dem film- bzw. folienförmigen Substrat 117 zu bilden.
In dem Ausführungsbeispiel sind bspw. die zwei Reaktions-Sets der erzeugten Gase für die erzeugten Gase a und b und für die erzeugten Gase c und d als Reaktions-Set S1 bzw. S2 definiert und präpariert. Genauer gesagt, wird eine benötigte Anzahl von Reaktions-Sets für erzeugte Gase entsprechend der Anzahl der Arten von mehrschichtigen Filmen präpariert. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Schichterzeugungsvorrichtung mit einer Struktur, bei der Schichterzeugungsvorrichtungen in Reihe zueinander angeordnet sind, um einen mehrschichtigen Film zu züchten bzw. aufzuwachsen.
Als eine Modifikation des Ausführungsbeispiels kann eine Schichterzeugungsvorrichtung wie in 2 gezeigt konfiguriert werden.
Die Schichterzeugungsvorrichtung gemäß der Modifikation des Ausführungsbeispiels umfasst, wie in 2 gezeigt, Einrichtungen 201, 202 und 203 zum augenblicklichen Erhitzen von Gas, eine Führung 207, eine Schichterzeugungskammer 209, ein film- bzw. folienförmiges Substrat 210, eine Auslassöffnung 211, eine Rückspultrommel 212 sowie eine Zuführtrommel 214.
Die Schichterzeugungsvorrichtung gemäß der Modifikation des Ausführungsbeispiels umfasst, wie in 2 gezeigt, eine Schichterzeugungskammer 209, der von der Zuführtrommel 214 das film- bzw. folienförmige Substrat 210 zugeführt wird. Das film- bzw. folienförmige Substrat 210 läuft über einen Film- bzw. Folien-Supporttisch 213 und wird von der Rückspultrommel 212, welche einen Film aufrollt, gesammelt. Hierbei sind die Reaktions-Sets S für die erzeugten Gase a, b und c in einer Vielzahl von Stufen über dem film- bzw. folienförmigen Substrat 210 installiert, und die erzeugten Gase a, b und c werden bereitgestellt und in Kontakt mit dem film- bzw. folienförmigen Substrat 210 gebracht, um eine Schicht zu erzeugen. Die Anzahl an Reaktions-Sets S kann in Abhängigkeit von einer gewünschten Schichtdicke frei gewählt werden.
<Aufbau der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas>
Ein schematischer Aufbau einer Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst, wie in 3 gezeigt, eine elektrische Heizeinrichtung 301, welche einen Strömungspfad für Ausgangsgas umgibt, und ein Gas 302, das durch Erhitzen eines Ausgangsgas erhalten wird, wird ausgestoßen.
<Betrieb des Ausführungsbeispiels>
Da aktive Molekülarten eine Struktur haben, die von einer Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas abhängt, wird sich, wenn eine Heiztemperatur verändert wird, die Struktur von erzeugten Gasmolekülarten in Bezug auf eine Reaktion ändern. Die Struktur der Moleküle des Ausgangsgases ändert sich bei einer vorgegebenen oder einer niedrigeren Temperatur nicht.
Wenn eine Schicht bei Heiztemperaturen gebildet wird, die sich in zwei Schritten ändern, d.h. eine Heiztemperatur ist höher als die vorbestimmte Temperatur und eine Heiztemperatur ist niedriger als die vorbestimmte Temperatur, kann dementsprechend, wie in 4 gezeigt, ein mehrschichtiger Film 403 gebildet werden, der sich aus einer ersten Verbundschicht 401 und einer zweiten Verbundschicht 402 zusammensetzt, welche unterschiedliche Zusammensetzungen, unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse oder unterschiedliche, ein gemeinsames konstituierendes Element aufweisende Strukturen haben.
Wenn die Heiztemperatur bspw. auf eine niedrige Temperatur festgesetzt wird, enthält die gebildete erste Verbundschicht 401 dieselben Bestandteile wie diejenigen bei einer hohen Temperatur und sie hat ein Zusammensetzungsverhältnis, das sich von demjenigen bei der hohen Temperatur unterscheidet, oder sie wird leicht zu einer flexiblen Schicht, die unterschiedliche Bindungsarten enthält. Die erste Verbundschicht 401, die eine flexible Struktur hat, wird als eine Zwischenschicht bei einer niedrigen Heiztemperatur gebildet, und die zweite Verbundschicht 402, die eine dichte und stabile Struktur aufweist, wächst durch Molekülarten, die auf eine hohe Temperatur erhitzt sind, um den zusammengesetzten mehrschichtigen Film 403 zu bilden.
Da dieser geschichtete Film 403 die erste Verbundschicht 401 als eine flexible Zwischenschicht umfasst, wird der Mehrschicht-Aufbau 403 nicht leicht gecrackt. Da Mehrschicht-Filme unterschiedliche Bindungsarten, unterschiedliche Strukturen oder unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse haben, sind sie in der Lage, Eigenschaften zu haben, die durch eine einzige Schicht nicht erhalten werden können. Genauer gesagt, kann auch ein Mehrschicht-Film, bei dem zweischichtig aufgewachsene Filme bzw. Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnissen wiederholt gebildet werden, aufgebaut werden, oder auch ein Mehrschicht-Film, bei dem Filme bzw. Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungselementen hergestellt und in wenigstens zwei Schritten mit variierenden Temperaturen innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs erhitzt werden, um Eigenschaften zu verändern.
Obwohl eine Schicht bzw. eine Folie mit einer dichten Struktur leicht verhindert, dass ein Gas durch die Schicht bzw. die Folie hindurch tritt, crackt die Schicht bzw. die Folie im Allgemeinen leicht. Eine dichte Schicht mit mechanischen Eigenschaften, die sich von denjenigen eines Substrats unterscheiden, wird leicht abgelöst. Aus diesem Grund kann dieses Problem mittels eines Mehrschicht-Films gelöst werden, der erhalten wird, indem Zwischenschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften gezüchtet bzw. ausgebildet werden.
In dem Ausführungsbeispiel ist der Mehrschicht-Film ein Verbundfilm, der eine erste Verbundschicht 401 und eine zweite Verbundschicht 402 aufweist, die mindestens eines der folgenden Elemente enthalten: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink, Indium oder Magnesium.
Die erste Verbundschicht 401 kann eine geringere Dicke als die zweite Verbundschicht 402 aufweisen, und sie kann aus mehr als einer einzigen Schicht aufgebaut sein. Des Weiteren kann die erste Verbundschicht 401 eine Schicht mit einem Zusammensetzungsgradienten sein. Wenn es eine Chemikalie gibt, mit der das Substratmaterial reagiert, sodass sich die adhäsive Kraft bzw. das Haftvermögen verbessert, kann zusätzlich die Substratoberfläche mit dieser Chemikalie behandelt werden, um die Struktur oder die Bindungsarten der Oberfläche zu modifizieren, und die behandelte Oberfläche kann als die erste Verbundschicht 401 betrachtet werden.
In dem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas für Ausgangsgas innerhalb eines festgesetzten Temperaturbereichs verändert, um die erste Verbundschicht 401 und die zweite Verbundschicht 402 zu bilden.
In dem Ausführungsbeispiel ist in der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas die Oberfläche eines Strömungspfades für Ausgangsgas aus einem Metall hergestellt, das wenigstens eines der folgenden Elemente enthält:
Ruthenium, Nickel, Platin, Eisen, Chrom, Aluminium oder Tantal.
In dem Ausführungsbeispiel reicht in der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas die Heiztemperatur für Ausgangsgas von Raumtemperatur bis 900°C.
Um die erste Verbundschicht 401 zu einer hoch adhäsiven flexiblen Schicht zu machen, gibt es ein Verfahren, bei dem eine Schicht bzw. ein Film ausgebildet wird, indem ein Ausgangsgas bereitstellt wird, ohne das Ausgangsgas absichtlich bzw. zweckbestimmt auf eine hohe Temperatur zu erhitzen. Allerdings sind in diesem Fall auch instabile Bindungsarten in einer Zusammensetzung der ersten Verbundschicht 401 enthalten. Wenn dieses Kompositionsdesign verwendet wird, werden ein Ausgangsgas, das ein Metallelement enthält, und Wasser abwechselnd auf die Substratoberfläche verbracht und veranlasst, miteinander zu reagieren, wodurch es ermöglicht wird, eine Metalloxidschicht zu bilden.
Eine Ausgestaltung, welche die erste Verbundschicht 401 bildet bzw. züchtet oder wachsen lässt, während die Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas auf Raumtemperatur gehalten wird, und welche die zweite Verbundschicht 402 bildet, indem man sie bei einer hohen Temperatur auf der ersten Verbundschicht 401 wachsen lässt, ermöglicht es, einen mehrschichtigen Film mit hoher Adhäsion zu erhalten, wodurch verhindert wird, dass der Film crackt bzw. bricht oder reißt. Andererseits ist es unter praktischen Gesichtspunkten unsachgemäß, die Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas auf 900°C oder höher einzustellen, da, wenn die Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas aus Edelstahl hergestellt ist, die Oberfläche mit Wasserstoff, Wasser und einem Ammoniak-Ausgangsgas reagiert, was es unmöglich macht, die Materialzusammensetzung über einen längeren Zeitraum zu erhalten.
In dem Ausführungsbeispiel bewegt sich ein Substrat 400.
Wie in 1 gezeigt, sind zwei Reaktions-Sets eingerichtet, eines der Reaktions-Sets, definiert als S1, für die erzeugten Gase a und b, und das andere, definiert als S2, für die erzeugten Gase c und d. Eine benötigte Anzahl an Reaktions-Sets für erzeugtes Gas wird entsprechend der Anzahl von Arten von laminierten Schichten bzw. Filmen installiert.
Zur Ausbildung bzw. Erzeugung des laminierten bzw. geschichteten Films 403 wird die erste Verbundschicht 401 von dem Reaktions-Set S1 und die zweite Verbundschicht 402 von dem Reaktions-Set S2 gebildet.
Da in dem in 1 dargestellten Fall die Anzahl von Arten von mehrschichtigen Filmen zwei beträgt, sind die beiden Reaktions-Sets S1 und S2 vorgesehen. Die erzeugten Gase 114 (a, b, c und d) werden über die Führungen 113 den in den Schichterzeugungskammern 115 und 116 angeordneten bzw. platzierten film- bzw. folienartigen Substraten 117 zugeführt, mit den film- bzw. folienartigen Substraten 117 in Kontakt gebracht, und über die Auslassöffnungen 118 bzw. 119 ausgestoßen.
Die Ausgangsgase A, B, C und D, die Heiztemperaturen Ta, Tb, Tc und Td sowie die Flussraten der Gase können frei konzipiert werden. Die Ausgangsgase A, B, C und D können entsprechend einer Zeitsteuerung zugeführt werden. Die Ausgangsgase A und B, welche miteinander reagieren, und die Ausgangsgase C und D, welche miteinander reagieren, können zu unterschiedlichen Zeiten, zu teilweise überlappenden Zeiten, oder zur gleichen Zeit bereitgestellt werden.
In dem Ausführungsbeispiel ist das Material des Substrats Glas, Siliziumwafer, Kunststoff oder Kohlenstoff. Das Substrat kann eben, gekrümmt oder zylindrisch sein. Wenn das Substratmaterial Kunststoff ist, kann das Substrat als eine Schraube, als ein Zahnrad oder als sonstiger Ausrüstungsgegenstand ausgebildet sein.
In dem Ausführungsbeispiel ist das Substrat eine organische EL-Anordnung (EL (electroluminescence): Elektrolumineszenz), eine Flüssigkristallanordnung, eine Solarbatterie oder ein Vorrichtungssubstrat, auf dem eine Struktur ausgebildet ist. Diese Vorrichtungen werden durch Oxidation und Feuchtigkeitsabsorption verschlechtert. Um dies zu verhindern, muss die Vorrichtung mit einem film- bzw. folienförmigen Substrat, auf dem ein mehrschichtiger Film gewachsen bzw. ausgebildet ist, den Sauerstoff oder Wasser nicht passieren können, überzogen bzw. überdeckt sein.
Wie oben beschrieben wird gemäß dem Ausführungsbeispiel das Ausgangsgas auf eine hohe Temperatur erhitzt, um die molekulare Struktur des Ausgangsgases zu verändern und so chemisch aktive Molekülarten zu erzeugen. Die aktiven, miteinander reagierenden Molekülarten werden der Substratoberfläche zugeführt und mit der Substratoberfläche in Kontakt gebracht, um es zu ermöglichen, einen Film bzw. eine Schicht auf der Oberfläche des Substrats, das auf eine Temperatur niedriger als die Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas gehalten wird, zu bilden.
Die Verwendung von unterschiedlichen Heiztemperaturen und von Gasen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen ermöglicht es, übereinander angeordnete Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften zu züchten bzw. zu erzeugen. Auf diese Weise werden auf einer Substratoberfläche, die auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, eine hoch adhäsive Schicht mit hoher Flexibilität und eine dichte Schicht mit einer dichten Struktur erfolgreich ausgebildet. Die dichte Schicht haftet an bzw. auf dem Substrat mit der adhäsiven Schicht, wodurch sich eine geringe Möglichkeit des Reißens oder Brechens (Cracken) und des Ablösens ergibt.
Die Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas kann beliebig eingestellt werden. Aus diesem Grund kann unabhängig von der Temperatur des Substrats ein mehrschichtiger Film gezüchtet bzw. erzeugt werden, wobei die Eigenschaften des Films kontrolliert werden können. Darüber hinaus ist es durch Auswahl einer Art von Ausgangsgas und eines katalytischen Metallelements des Strömungspfads möglich, die Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas für Ausgangsgas in Abhängigkeit von den gewünschten erzeugten Molekülarten auszulegen.
Des Weiteren kann auch ein laminierter bzw. geschichteter Film mit zwei Arten von Zusammensetzungen aus unterschiedlichen Ausgangsgasen erzeugt werden. Als Beispiele von Kombinationen mit den ersten Verbundschichten und den zweiten Verbundschichten können eine laminierte Schicht zusammengesetzt aus hoch adhäsivem Aluminiumoxid und einem Siliziumoxid-Film, eine laminierte Schicht zusammengesetzt aus hoch adhäsivem Aluminiumoxid und einem Siliziumnitrid-Film mit exzellenter Dichtungseigenschaft (Wassersperre), oder ähnliches konzipiert werden.
Mehrschichtige Filme, die aus unterschiedlichen Arten von ersten Verbundschichten und zweiten Verbundschichten zusammengesetzt sind, können ausgebildet werden. Ein mehrschichtiger Film aus Aluminiumoxid, der durch Reaktion von aktiven Molekülarten von Wasser und Trimethylaluminium (TMA) erhalten wird, wird nachfolgend in Beispiel 1 beschrieben.
Wenn Wasser, das als ein Oxidationsmittel dient, und Titantetrachlorid, das eines der Titan-Chloride ist, als Ausgangsgase verwendet werden, kann ein Titanoxid-Film gebildet werden. Wenn Ammoniak zersetzt wird, indem es auf eine bestimmte Temperatur oder höher, z.B. 600°C, erhitzt wird, können aktive Molekülarten NH₂ erzeugt werden.
Wenn Ammoniak als ein Material zum Nitrieren verwendet und mit Titantetrachlorid kombiniert wird, kann eine Schicht bzw. ein Film aus Titannitrid TiN gebildet werden.
Wenn ein organisches Ausgangsmaterial aus Silizium oder ein Siliziumchlorid-Gas und Ammoniak als Ausgangsmaterialen verwendet werden, kann eine Schicht aus Siliziumnitrid hergestellt werden.
Eine Kombination aus Galliumchlorid GaCl₃ und Ammoniak erlaubt die Herstellung einer Schicht aus Galliumnitrid.
Das obige Beispiel ist ein Beispiel für Kombinationen von Elementen. Kombinationen der Temperaturen der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas und der Ausgangsgaselemente ermöglichen es, dass eine Zusammensetzung oder ein Zusammensetzungsverhältnis einer laminierten Schicht der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht frei konzipiert werden können.
Eine Kombination einer Vielzahl von erzeugten Molekülarten ermöglicht es, einen mehrschichtigen Film eines Verbundes mit einer beliebigen Komposition bzw. Zusammensetzung zu bilden.
Genauer gesagt, kann eine Schicht eines binären Verbundes bei einer niedrigen Temperatur, d.h. z.B. bei Raumtemperatur, gebildet werden, wenn erzeugte Molekülarten eines ein Metallelement enthaltenden Ausgangsmaterials und erzeugte Molekülarten, die ein Element eines Oxidationsmittels enthalten, der Substratoberfläche zugeführt und alternierend auf diese aufgesprüht werden. Eine Temperatur, bei der aktive Molekülarten erzeugt werden, wird innerhalb eines Bereichs zwischen Raumtemperatur und 900°C in Abhängigkeit von den Arten der Ausgangsgase gesteuert und festgesetzt. Wenn das Ausgangsgas mit Ruthenium oder Nickel, die als ein katalytisches Element dienen, bei einer für Ruthenium oder Nickel gesteuerten Temperatur in Kontakt gebracht wird, zerfällt das Ausgangsgas und erzeugt aktive Molekülarten. Aktive Molekülarten haben eine bestimmte Lebensdauer, während der sie nicht sofort zu dem originalen stabilen Molekülzustand zurückkehren, und sie erreichen somit die Substratoberfläche als die aktiven Molekülarten und reagieren miteinander auf der Substratoberfläche, um so eine Verbundschicht zu erzeugen.
Aktive Molekülarten eines Ausgangsmaterials eines organischen Metallgases, welches Silizium und ein Metallelement enthält, wie bspw. Aluminium, Zirkonium, Magnesium, Hafnium, Gallium, Zink, Titan oder Indium, werden oxidiert, um eine hohe Energie zu erzeugen, und reagieren heftig mit aktiven Molekülarten eines Ausgangsmaterials von ein Sauerstoffelement enthaltendem Wasser. Gase, die mit diesen Metall-Ausgangsgasen reagieren, umfassen Wasser, Reduktionsgase, wie z.B. Wasserstoff und Ammoniak, und daraus gemischte Gase. Eine Kombination von Ausgangsgasen kann frei konzipiert werden.
Ein Substrat wird in die Lage versetzt, sich relativ zu einem Ort, an dem das Substrat mit dem erzeugten Gas in Kontakt ist, zu bewegen.
Genauer gesagt werden erzeugte Molekülarten a des augenblicklich bzw. instantan auf die Temperatur Ta erhitzten Ausgangsgases A und erzeugte Molekülarten b des augenblicklich bzw. instantan auf die Temperatur Tb erhitzten Ausgangsgases B von einem Satz bereitgestellter Führungen versprüht, und die erzeugten Molekülarten a und b reagieren miteinander auf dem Substrat und bilden so eine Verbundschicht. Die Verbundschicht wird nachfolgend als eine AB Schicht bezeichnet.
Erzeugte Molekülarten c des Ausgangsgases C, die durch augenblickliches Erhitzen auf die Temperatur Tc erhalten wurden, und erzeugte Molekülarten d des Ausgangsgases D, die durch augenblickliches Erhitzen auf die Temperatur Td erhalten wurden, werden von einer bereitgestellten Führung versprüht, um eine CD Schicht als eine Verbundschicht zu bilden.
Wenn sich das Substrat unter der bereitgestellten Führung bewegt, erhält man einen aus der AB Schicht und der CD Schicht zusammengesetzten mehrschichtigen Film auf der Substratoberfläche. Wenn das Substrat hierbei kontinuierlich film- bzw. folienförmig ist, kann ein mehrschichtiger Film, der aus der Verbund AB Schicht und der Verbund CD Schicht zusammengesetzt ist, kontinuierlich auf dem film- bzw. folienförmigen Substrat ausgebildet werden.
Wenn in diesem Fall gilt, dass A = C und B = D, ist der mehrschichtige Film ein geschichteter Film, der sich aus einem Verbund AB Film 1 und einem Verbund AB Film 2 zusammensetzt, wobei Film 1 und Film 2 unterschiedlich sind.
Ein Substratmaterial kann aus den Materialien Glas, Siliziumwafer, Kunststoff und Kohlenstoff frei ausgewählt werden. Wenn das Substrat aus Kunststoff ist, bewegt sich das film- bzw. folienförmige Substrat derart, dass das film- bzw. folienförmige Substrat von der Zuführtrommel 121 bereitgestellt und von der Rückspultrommel 120 wieder aufgewickelt wird.
Da die genannten Materialien, mit Ausnahme von Glas, eine niedrige Adsorptionsenergie haben, wenn die aktiven Molekülarten adsorbiert werden, ist eine Adsorptionsdichte gering, und es wird kaum eine chemische Reaktionen an bzw. auf der Substratoberfläche stattfinden. Wenn ein Ausgangsgas gewählt wird, welches Molekülarten erzeugt, die leicht adsorbiert werden, so wird der Verbundfilm auf der Substratoberfläche gebildet. In diesem Fall ist der Verbundfilm 1 eine Adsorptionsschicht der aktiven Molekülarten. Wenn die Adsorptionsschicht mit einer erhöhten Adsorptionsenergie ausgestaltet wird, kann ein mehrschichtiger Film mit hoher Adhäsion gegenüber dem Substrat ausgebildet werden.
Ein Film bzw. eine Schicht kann auf einer organischen EL Anordnung, einer Flüssigkristallanordnung, einer Solarbatterie oder einem Vorrichtungssubstrat, auf dem Photoresist-Strukturen ausgebildet sind, erzeugt werden.
Eine Anzeigevorrichtung vom Typ einer organischen EL wird aufgrund von Oxidation oder Feuchtigkeitsabsorption verschlechtert. Aus diesem Grund kann die Produkthaltbarkeit bzw. Lebensdauer der Anzeigevorrichtung nicht garantiert werden, was verhindert, dass die Anzeigevorrichtung praktisch genutzt wird. Aus diesem Grund gibt es ein Problem dahingehend, dass auf der Oberfläche des Substrats, auf dem die Vorrichtung ausgebildet ist, keine schützende dünne Schicht eines feuchtigkeitsbeständigen Materials gebildet werden kann, während das großflächige Substrat auf einen niedrigen Temperatur gehalten wird.
Gegenwärtig ist ein Vakuum-Sputterverfahren für eine Siliziumoxidschicht die einzig existierende Methode. Allerding sind die Herstellungskosten des Vakuum-Sputterverfahrens hoch, was es verhindert, dass ein großformatiges EL-Display praktisch verwendet wird. In ähnlicher Weise kann eine langfristige Zuverlässigkeit einer Solarbatterie nicht ohne eine Erhöhung der Herstellungskosten sichergestellt werden.
Eine Siliziumoxid-Schicht oder dergleichen, die als ein Maskenmaterial mit einer Beständigkeit gegenüber Trockenätzen dient, wird auf einer Photoresist-Struktur gezüchtet bzw. erzeugt. Allerdings ist dies ein teurer Prozess, da der Prozess eine Plasma-CVD-Methode verwendet. Da jedoch das Schichtbildungsverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Schichtbildungsverfahren ist, das nur mittels Hitze, nicht jedoch unter Verwendung eines Plasmaprozesses durchgeführt wird, kann ein kostengünstiger Prozess erreicht werden.
<Erstes Beispiel>
Dieses Beispiel beschreibt eine Ausführungsform, bei der mittels der in 1 gezeigten Schichterzeugungsvorrichtung – als der geschichtete Verbund-Film 403 – der mehrschichtige Film 403, der aus der ersten Verbundschicht 401 eines Aluminiumoxids und einer zweiten Verbundschicht 402 eines Aluminiumoxids zusammengesetzt ist, auf der Oberfläche des Kunststoffsubstrats 400 gezüchtet bzw. erzeugt wird.
Als die Ausgangsgase A und C wird ein gemischtes Gas aus Ausgangs-Wasser, in das Stickstoff eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet. Als die Ausgangsgase B und D wird ein gemischtes Gas aus Ausgangs-TMA, in das Stickstoff eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet.
Es wird ein Programm verwendet, welches die Ausgangsgase A und B und die Ausgangsgase C und D in nicht überlappenden Zeitperioden zuführt bzw. bereitstellt. Die Ausgangsgase werden von den Einrichtungen 105, 106, 107 bzw. 108 zum augenblicklichen bzw. instantanen Erhitzen von Gas auf die Temperaturen Ta, Tb, Tc und Td erhitzt, so dass die erzeugten Gase a, b, c und d (109, 110, 111 und 112) ausgegeben werden.
In diesem Fall ist die Temperatur wie folgt festgesetzt: Ta = 160°C, Tb = 50°C, Tc = Td= 160°C. Das erzeugte Gas a (109) aus Wasser ist in einem Clusterzustand, in dem Wassermoleküle gesammelt sind, und das erzeugte Gas b (110) aus TMA ist ein Dimer. Das erzeugte Gas c (111) aus Wasser und das erzeugte Gas d (112) aus TMA sind Molekülarten eines Monomers.
Die erzeugten Gase a und b werden über Röhren zugeführt, aus den Führungen 113 ausgeblasen und in Kontakt gebracht mit dem film- bzw. folienförmigen Substrat 117 aus Polyethylenterephthalat (PET), was ein Kunststoff ist. Das erzeugte, auf 160°C erhitzte Gas a und das erzeugte, auf 50 °C erhitzte Gas b werden über die beiden Führungen 113 zugeführt bzw. bereitgestellt, um das Reaktions-Set S1 zu bilden, welches eine bestimmte Reaktion bewirkt.
In dem in 1 dargestellten Fall kann, obwohl die Gase dort wie gezeigt über zwei Führungen zugeführt werden, die Anzahl von Führungen entsprechend der jeweiligen Größe frei festgelegt werden.
In ähnlicher Weise bilden die erzeugten Gase c und d das Reaktions-Set S2, zu dem die Gase über zwei Führungen zugeführt werden. Drücke der Schichterzeugungskammern 115 und 116 wurden an reduzierte Drücke von etwa 0.1 bis 0.5 atm angepasst und entsprechend eingestellt.
In der Schichterzeugungskammer 115 wurde die erste Verbundschicht aus Aluminiumoxid auf der Substratoberfläche mittels Oberflächenreaktion zwischen dem erzeugten und auf 160°C erhitzten Gas a und dem erzeugten und auf 50°C erhitzten Gas b gebildet. In der Schichterzeugungskammer 116 wurde die zweite Verbundschicht aus Aluminiumoxid mittels Oberflächenreaktion zwischen den erzeugten und auf 160°C erhitzten Gasen c und d gebildet.
Wenn das film- bzw. folienförmige Substrat 117 aus PET bewegt wurde, wurde das film- bzw. folienförmige Substrat 117, auf dem ein mehrschichtiger Film der Zusammensetzungen der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht gebildet wurde, erhalten.
Die Zusammensetzungen der ersten Verbundschicht aus Aluminiumoxid und der zweiten Verbundschicht aus Aluminiumoxid weisen als Gemeinsamkeit Aluminiumelement Al und Sauerstoffelement O auf. Als ein Unterschied zwischen den Zusammensetzungen der beiden Elemente analysiert wurde, war ein Zusammensetzungsverhältnis von Al/O in der zweiten Verbundschicht größer als in der ersten Verbundschicht.
Um den Unterschied der Adhäsionsgrade zwischen dem Substrat und den erzeugten Schichten zu prüfen, wurden diese Schichten unabhängig voneinander auf dem film- bzw. folienförmigen Substrat 117 gezüchtet bzw. ausgebildet, und die Schichten wurden transformiert bzw. verformt. Während die zweite Verbundschicht relativ leicht brach bzw. riss (d.h. crackte) und sich leicht ablöste, crackte die erste Verbundschicht nicht leicht und löste sich auch nicht leicht ab.
Da die genannten Zusammensetzungen unterschiedlich waren, ist, als die Elution bzw. Auswaschung von Aluminium im Wasser analysiert wurde, erkannt worden, dass die Elution bzw. Auswaschung von Aluminium von der ersten Verbundschicht größer war als die von der zweiten Verbundschicht. In perfekt gebundenem Aluminiumoxid, wird kein Aluminium ins Wasser ausgewaschen.
Ein Aluminiumoxid-Schichten-Film, der sich aus der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht entsprechend dem obigen Beispiel zusammensetzt, löste sich nicht leicht ab, selbst wenn sich das Substrat umwandelte bzw. verformte, und die Elution von Aluminium ist unterdrückt. Dementsprechend wurde aufgrund des Vorhandenseins der ersten Verbundschicht ein Aluminiumoxid-Mehrschichten-Film erhalten, der nicht gecrackt oder abgelöst werden konnte. Darüber hinaus war die Elution des Elements Al aus diesem Film unterdrückt. Auf diese Weise konnte ein film- bzw. folienförmiges PET Substrat, auf dem Aluminiumoxid ausgebildet war, mittels der in 1 gezeigten Schichterzeugungsvorrichtung hergestellt werden.
<Zweites Beispiel>
In dem ersten Beispiel waren die – gemeinsamen – konstituierenden Elemente der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht Sauerstoff und Aluminium. Das zweite Beispiel ist ein Beispiel eines mehrschichtigen Films, der aus Schichten zusammengesetzt ist, bei denen wenigstens eines der konstituierenden Elemente unterschiedlich ist.
Aluminiumoxid wurde als die erste Verbundschicht ausgewählt, und ein Siliziumoxid-Film wurde als die zweite Verbundschicht ausgewählt. Als die Ausgangsgase A und C wurde ein gemischtes Gas aus einem Gas, welches erhalten wurde, indem Stickstoff in Wasser eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet.
Als das Ausganggas B wurde ein gemischtes Gas aus Trimethylaluminium (TMA), in das Stickstoff eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet. Als das Ausgangsgas D wurde ein gemischtes Gas aus Siliziumtetrachlorid, in das Stickstoff eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet.
Die Ausgangsgase A und B und die Ausgangsgase C und D wurden mittels eines Programms mit nicht überlappenden Zeitperioden zugeführt bzw. bereitgestellt. Die Ausgangsgase wurden mittels den Einrichtungen 105, 106, 107 bzw. 108 zum augenblicklichen Erhitzen von Gas auf die Temperaturen Ta, Tb, Tc und Td erhitzt, und die erzeugten Gase a, b, c und d (109, 110, 111 und 112) wurden ausgegeben.
In diesem Fall wurden die Temperaturen wie folgt festgesetzt: Ta = 160°C, Tb = 50°C und Tc = Td = 600°C.
Die erzeugten Gase a und b werden über Röhren zugeführt, von den Führungen 113 ausgeblasen und mit dem film- bzw. folienförmigen PET Kunststoff-Substrat 117 in Kontakt gebracht. Das Reaktions-Set S1 wird mit den erhitzten erzeugten Gasen a und b gebildet, die von den zwei Führungen 113 so bereitgestellt werden, dass sie miteinander reagieren.
Auf die gleiche Weise wie oben beschrieben, bilden die erzeugten Gase c und d das Reaktions-Set S2, zu dem die Gase über zwei Führungen zugeführt werden. Drücke der Schichterzeugungskammern 115 und 116 wurden auf reduzierte Drücke von etwa 0.1 bis 0.5 atm eingestellt.
In der Schichterzeugungskammer 115 wurde eine erste Verbundschicht aus Aluminiumoxid durch Reaktion zwischen dem erzeugten und auf 160°C erhitzten Gas a und dem erzeugten und auf 50°C erhitzten Gas b gebildet. In der Schichterzeugungskammer 116 wurde eine zweite Verbundschicht aus Siliziumoxid durch Reaktion zwischen den erzeugten und auf 600°C erhitzten Gasen c und d gebildet.
Wenn das film- bzw. folienförmige Substrat 117 aus PET bewegt wurde, wurde das film- bzw. folienförmige Substrat 117, auf dem ein mehrschichtiger Film der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht gebildet wurden, erhalten. Die Zusammensetzungen der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht enthalten gemeinsam das Element Sauerstoff O.
Die erste Verbundschicht aus Aluminiumoxid löst sich nicht leicht von dem film- bzw. folienförmigen PET Substrat ab. Die zweite Verbundschicht aus Siliziumoxid löst sich leicht von dem PET Film ab, wenn sie singulär, d.h. einzeln gebildet wir. Allerdings löst sich dieser mehrschichtige Film nicht leicht von dem film- bzw. folienförmigen PET Substrat ab, da der mehrschichtige Film die erste Verbundschicht umfasst, welche sich nicht einfach ablöst. Aus diesem Grund kann die in 1 gezeigte Schichterzeugungsvorrichtung das mit dem mehrschichtigen Film gebildete film- bzw. folienförmigen PET Substrat 117 durch Aufwachsen bzw. Abscheiden von Aluminiumoxid und Siliziumoxid herstellen.
<Drittes Beispiel>
In dem dritten Beispiel wurde ein Aluminiumoxid-Film als die erste Verbundschicht ausgewählt, und ein Aluminiumnitrid-Film wurde als die zweite Verbundschicht ausgewählt.
Als das Ausgangsgas A wurde ein gemischtes Gas aus Wasser, in das Stickstoff eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet. Als die Ausganggase B und D wurde ein gemischtes Gas aus Trimethylaluminium (TMA), in das Stickstoff eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und Stickstoff-Trägergasen verwendet.
Als Ausgangsgas C wurde ein gemischtes Gas aus Ammoniak und Stickstoff-Trägergasen verwendet.
Die Ausgangsgase A und B und die Ausgangsgase C und D wurden mittels eines Programms mit nicht überlappenden Zeitperioden zugeführt bzw. bereitgestellt. Die Ausgangsgase wurden mittels den Einrichtungen 105, 106, 107 bzw. 108 zum augenblicklichen Erhitzen von Gas auf die Temperaturen Ta, Tb, Tc und Td erhitzt, und die erzeugten Gase a, b, c und d (109, 110, 111 und 112) wurden ausgegeben.
In diesem Fall wurden die Temperaturen wie folgt festgesetzt: Ta = 160°C, Tb = 50°C, die Heiztemperatur Tc eines Ammoniak-Ausgangsgases = 600°C und die Heiztemperatur Td eines TMA-Ausgangsgases = 300°C.
Die erzeugten Gase a und b werden über Röhren zugeführt, von den Führungen 113 ausgeblasen und mit dem film- bzw. folienförmigen PET Kunststoff-Substrat 117 in Kontakt gebracht. Die erhitzten erzeugten Gase a und b werden von den zwei Führungen 113 derart bereitgestellt, dass sie eine erste Verbundschicht bilden, wobei es sich um eine Aluminiumoxid-Schicht handelt.
Das erzeugte Gas c wird erhalten, indem Ammoniak bei 600°C zerfällt, und es wird davon ausgegangen, dass dieses Gas die Molekülarten NH₂ oder dergleichen mit der Fähigkeit zum Nitrieren enthält. Drücke der Schichterzeugungskammern 115 und 116 wurden auf reduzierte Drücke von etwa 0.1 bis 0.5 atm eingestellt.
In der Schichterzeugungskammer 115 wurde die erste Verbundschicht aus Aluminiumoxid durch Reaktion zwischen den erzeugten Gasen a und b gebildet. In der Schichterzeugungskammer 116 wurde die zweite Verbundschicht aus Aluminiumnitrid durch Reaktion zwischen den erzeugten Gasen c und d gebildet.
Wenn das film- bzw. folienförmige Substrat 117 aus PET bewegt wurde, wurde das film- bzw. folienförmige Substrat, auf dem ein mehrschichtiger Film der ersten Verbundschicht und der zweiten Verbundschicht gebildet wurden, erhalten. Die Zusammensetzungen der ersten Verbundschicht aus Aluminiumoxid und der zweiten Verbundschicht aus Aluminiumnitrid enthalten gemeinsam das Element Aluminium Al.
Die erste Verbundschicht aus Aluminiumoxid löst sich nicht leicht von dem film- bzw. folienförmigen PET Substrat ab. Die zweite Verbundschicht aus Aluminiumnitrid löst sich leicht von dem PET Film ab, wenn sie singulär, d.h. einzeln gebildet wir. Allerdings löst sich der mehrschichtige Film nicht leicht von dem film- bzw. folienförmigen PET Substrat ab, da der mehrschichtige Film die erste Verbundschicht umfasst, welche sich nicht einfach ablöst. Aus diesem Grund kann die in 1 gezeigte Schichterzeugungsvorrichtung das mit einer Aluminiumoxid-Schicht und einer Aluminiumnitrid-Schicht gebildete film- bzw. folienförmigen PET Substrat herstellen.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden. Jedoch ist die konkrete Struktur bzw. Konfiguration der Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und umfasst Ausgestaltungen oder dergleichen, ohne vom Sinngehalt und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

101: Ausgangsgas A
102: Ausgangsgas B
103: Ausgangsgas C
104: Ausgangsgas D
105: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
106: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
107: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
108: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
109: erzeugtes Gas a
110: erzeugtes Gas b
111: erzeugtes Gas c
112: erzeugtes Gas d
113: Führung
114: eingeführtes, erzeugtes Gas
S1: Reaktions-Set
S2: Reaktions-Set
115: Schichterzeugungskammer
116: Schichterzeugungskammer
117: film- bzw. folienförmiges Substrat
118: Auslassöffnung
119: Auslassöffnung
120: Rückspultrommel
121: Zuführtrommel
201: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
202: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
203: Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Gas
207: Führung
209: Schichterzeugungskammer
210: film- bzw. folienförmiges Substrat
211: Auslassöffnung
212: Rückspultrommel
213: Supporttisch
214: Zuführtrommel
301: elektrischer Heizer
302: erhitztes Gas
400: Substrat
401: erste Verbundschicht
402: zweite Verbundschicht
403: mehrschichtiger Film

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5105620 [0006, 0008, 0010]

Claims

Schichtbildungsvorrichtung, umfassend: eine Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas, die ein Ausgangsgas augenblicklich erhitzt, und ein Substrat, das auf einer Temperatur niedriger als eine Heiztemperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas gehalten wird, wobei mindestens zwei Arten von erzeugten Gasmolekülarten, die durch die Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas erzeugt wurden, unabhängig voneinander zugeführt und in Kontakt mit dem Substrat gebracht werden, um eine erste Verbundschicht zu bilden und um eine zweite Verbundschicht zu bilden, die mindestens ein Element der in der ersten Verbundschicht enthaltenen Elemente aufweist, und wobei ein mehrschichtiger Film gebildet wird, der zumindest die erste Verbundschicht und die zweite Verbundschicht umfasst.
Schichtbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas einen Strömungsweg aufweist, der aus einem Metallmaterial hergestellt ist, welches ein Element mit einer katalytischen Funktion aufweist.
Schichtbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbundschicht und die zweite Verbundschicht Verbundschichten sind, die mindestens eines der Elemente Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink, Indium oder Magnesium enthalten.
Schichtbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbundschicht und die zweite Verbundschicht gebildet werden, während eine Temperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs verändert wird.
Schichtbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Strömungswegs der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas aus einem Metall hergestellt ist, das zumindest eines der Elemente Ruthenium, Nickel, Platin, Eisen, Chrom, Aluminium oder Tantal enthält.
Schichtbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiztemperatur der Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas von Raumtemperatur bis 900°C reicht.
Schichtbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Substrat bewegt.
Schichtbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material des Substrats, auf dem der mehrschichtige Film gebildet wird, wenigstens eines der Materialien Glas, Siliziumwafer, Kunststoff oder Kohlenstoff ist.
Schichtbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine organische EL-Vorrichtung, eine Flüssigkristallvorrichtung, eine Solarbatterie oder ein Vorrichtungssubstrat ist, auf dem Muster ausgebildet sind.