JP2016128607A - Catalyst body unit and heat generator cvd apparatus including the unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒体ユニット及びそれを備える発熱体CVD装置に関する。 The present invention relates to a catalyst unit and a heating element CVD apparatus including the catalyst unit.
発熱体CVD装置は、発熱させた触媒体に原料ガスを接触させて、生成した化学種を基材上に堆積させて薄膜を形成する装置である(例えば、特許文献1又は2を参照。)。発熱体CVDはCat−CVD又はホットワイヤーCVDと呼ばれることもある。発熱体CVD装置として、プラスチック容器を収容する真空チャンバと、プラスチック容器の内部へ原料ガスを供給する原料ガス供給管と、原料ガス供給管に支持された触媒体とを備える装置が知られている(例えば、特許文献1又は2を参照。)。
The heating element CVD apparatus is an apparatus for forming a thin film by bringing a source gas into contact with a heated catalyst body and depositing the generated chemical species on a substrate (see, for example,
発熱体CVD装置では、より均一な成膜ができるようにするために、被蒸着物の形状又は原料ガスの種類に応じて、原料ガス供給管及びそれに支持された触媒体の種類、寸法又は配置などを変更したり、所定回数成膜後に触媒体を交換したりする場合がある。そのため、この変更作業又は交換作業を効率よく行うことができる発熱体CVD装置が望まれる。 In the heating element CVD apparatus, in order to enable more uniform film formation, depending on the shape of the deposition object or the type of the source gas, the type, size, or arrangement of the source gas supply pipe and the catalyst body supported by the source gas supply pipe Or the catalyst body may be replaced after a predetermined number of times of film formation. Therefore, a heating element CVD apparatus capable of efficiently performing this changing operation or replacement operation is desired.
本発明の目的は、発熱体CVD装置のチャンバに対して着脱自在な触媒体ユニット及びそれを備える発熱体CVD装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a catalyst body unit that is detachable from a chamber of a heating element CVD apparatus and a heating element CVD apparatus including the same.
本発明に係る触媒体ユニットは、発熱体CVD装置のチャンバに着脱自在に固定されるユニット基体と、該ユニット基体に支持され、前記チャンバ内に挿入される原料ガス供給管と、前記ユニット基体に支持される電極対と、該電極対に接続され、前記原料ガス供給管の側面に沿って配置される線状の触媒体と、を備え、該触媒体は、返し部を有することを特徴とする。 A catalyst unit according to the present invention includes a unit base that is detachably fixed to a chamber of a heating element CVD device, a source gas supply pipe that is supported by the unit base and inserted into the chamber, and a unit base. A supported electrode pair, and a linear catalyst body connected to the electrode pair and disposed along a side surface of the source gas supply pipe, the catalyst body having a return portion, To do.
本発明に係る触媒体ユニットでは、前記電極対は、細長状の形状を有し、かつ、前記原料ガス供給管の長手方向に沿って配置され、複数の前記触媒体の一部又は全部が前記電極対に間隔をあけて電気的に並列に接続されることが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, the electrode pair has an elongated shape and is disposed along a longitudinal direction of the source gas supply pipe, and a part or all of a plurality of the catalyst bodies are the It is preferable that the electrode pairs are electrically connected in parallel with a space therebetween.
本発明に係る触媒体ユニットでは、すべての前記触媒体の抵抗値が等しいことが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, it is preferable that the resistance values of all the catalyst bodies are equal.
本発明に係る触媒体ユニットでは、被蒸着物が、口部と、首部と、該首部の直径よりも大きな直径を有する胴部とを備えるボトル状容器であり、前記口部から、前記原料ガス供給管及び前記触媒体が挿入され、前記胴部は、該胴部の横断面に存在する前記触媒体の数が、前記首部の横断面に存在する前記触媒体の数よりも多い領域を有することが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, the deposition object is a bottle-shaped container including a mouth portion, a neck portion, and a body portion having a diameter larger than the diameter of the neck portion, and from the mouth portion, the source gas The supply pipe and the catalyst body are inserted, and the body portion has a region where the number of the catalyst bodies existing in the cross section of the body portion is larger than the number of the catalyst bodies existing in the cross section of the neck portion. It is preferable.
本発明に係る触媒体ユニットでは、前記ユニット基体が前記チャンバの天面壁に着脱自在に固定され、錘体が前記返し部に配置されて、前記触媒体が張架されていることが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, it is preferable that the unit base is detachably fixed to the top wall of the chamber, a weight is disposed on the return portion, and the catalyst body is stretched.
本発明に係る触媒体ユニットでは、前記原料ガス供給管の外周にガイドが設けられ、前記ガイドは、前記錘体を揺動自在に支持し、かつ、前記触媒体を支持しないことが好ましい。 In the catalyst unit according to the present invention, it is preferable that a guide is provided on the outer periphery of the source gas supply pipe, and the guide supports the weight body so as to be swingable and does not support the catalyst body.
本発明に係る触媒ユニットでは、前記触媒体は、前記返し部に、他の部分よりも前記触媒体を密に配置した密部分を有し、該密部分が錘となって前記触媒体が張架されていることが好ましい。 In the catalyst unit according to the present invention, the catalyst body has a dense portion in which the catalyst body is arranged more densely than the other portion at the return portion, and the dense portion serves as a weight to stretch the catalyst body. It is preferable that it is installed.
本発明に係る触媒体ユニットでは、前記密部分の質量が、前記触媒体の全体の質量に対して10%以上40%以下であることが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, the mass of the dense portion is preferably 10% or more and 40% or less with respect to the total mass of the catalyst body.
本発明に係る触媒体ユニットでは、前記原料ガス供給管が導電性を有し、かつ、前記電極対を兼ねていることが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, it is preferable that the source gas supply pipe has conductivity and also serves as the electrode pair.
本発明に係る触媒体ユニットでは、前記原料ガス供給管の外周の一部又は全体が、着脱可能な管状の絶縁部材で被覆されていることが好ましい。 In the catalyst body unit according to the present invention, it is preferable that a part or the whole of the outer periphery of the source gas supply pipe is covered with a detachable tubular insulating member.
本発明に係る発熱体CVD装置は、本発明に係る触媒体ユニットを備えることを特徴とする。 The heating element CVD apparatus according to the present invention includes the catalyst body unit according to the present invention.
本発明は、発熱体CVD装置のチャンバに対して着脱自在な触媒体ユニット及びそれを備える発熱体CVD装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a catalyst unit that can be attached to and detached from the chamber of the heating element CVD apparatus and a heating element CVD apparatus including the catalyst body unit.
次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。 Next, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not construed as being limited to these descriptions. As long as the effect of the present invention is exhibited, the embodiment may be variously modified.
(発熱体CVD装置)
図9は、本実施形態に係る発熱体CVD装置の一例を示す概略図である。まず、図9を参照して、発熱体CVD装置について説明する。
(Heating element CVD device)
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a heating element CVD apparatus according to this embodiment. First, a heating element CVD apparatus will be described with reference to FIG.
発熱体CVD装置1は、被蒸着物7を収容するチャンバ6と、チャンバ6を真空引きする排気ポンプ(不図示)と、原料ガス供給管23と、電極対18と、触媒体19と、を有する。
The heating
チャンバ6は、天面壁2と、天面壁2に対向する底面壁3と、天面壁2及び底面壁3を接続する側面壁4とを有する。チャンバ6の内部には、被蒸着物7を収容して、被蒸着物7の表面に薄膜を形成する反応室となる薄膜形成空間12が設けられている。チャンバ6は、例えば下部チャンバ13と下部チャンバ13の上部に着脱自在に取り付けられて下部チャンバ13の内部をOリング14を介して密封可能とする上部チャンバ15とを有し、上部チャンバ15を図示しない上下駆動機構で上下させて、被蒸着物7の搬入・搬出を行う。天面壁2には、真空バルブ8を介して排気管21を取り付け、薄膜形成空間12内の空気は、図示しない排気ポンプによって排気される。図1では、チャンバ6を、天面壁2が上方、底面壁3が下方となるよう配置した形態を示したが、配置はこれに限定されず、例えば天面壁2が下方、底面壁3が上方となるように配置してもよい。
The
被蒸着物7は、例えば、容器、シリンダのような筒状物、フィルム又はシートである。被蒸着物7は、図8に図示するようなボトル状容器であることが好ましい。ボトル状容器は、例えばプラスチックボトルである。
The
原料ガス供給管23は、原料ガス流路17と、原料ガス流路17に通じる原料ガス噴出口11とを有し、薄膜形成空間12内に配置される。原料ガス噴出口11は、例えば、底面壁3に向かって原料ガスを噴出する底面側ガス噴出口11x又は薄膜形成空間12の側面壁4に向けて原料ガスを噴出する側面側ガス噴出口11yである。本実施形態に係る発熱体CVD装置1では、原料ガス噴出口11として少なくとも底面側ガス噴出口11xを有することが好ましい。より好ましくは、図9に示すように、原料ガス噴出口11として底面側ガス噴出口11x及び側面側ガス噴出口11yの両方を有する。
The source
原料ガス供給管23の一端は、ガス供給口16に接続される。ガス供給口16は、図9では一例として天面壁2に設けた形態を示したが、本発明はこれに限定されず、底面壁3又は側面壁4に設けてもよい(不図示)。原料ガスは、ボンベ24a,24bからガス流量調整器25a,25b及びバルブ26a〜26cを介してガス供給口16へ供給され、原料ガス流路17を通って、原料ガス噴出口11から噴出す。原料ガスは、目的とする薄膜の種類によって適宜選択されるものであり、本発明では特に制限はない。例えば、薄膜がSiCO系の薄膜である場合、原料ガスは、例えば、ビニルシラン、ジシラブタン、ジシリルアセチレン、2‐アミノエチルシランなどの有機シラン系化合物である。また、原料ガスには、必要に応じてキャリアガスを混合してもよい。キャリアガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガスである。図9では、一例としてボンベ24a,24bが2本である形態を示したが、本発明はこれに限定されない。
One end of the source
原料ガス供給管23の長さは、チャンバ6の寸法、被蒸着物7の位置及び被蒸着物7の種類に応じて適宜設計される事項であり、本発明では特に限定されない。例えば、被蒸着物7がボトル状容器であるとき、原料ガス供給管23の長さは、原料ガス供給管23の先端がボトル状容器の底に当たらないように設計される。このとき、原料ガス供給管23の長さは、膜厚の均一性が向上する点で、原料ガス供給管23の先端からボトル状容器の底までの距離L1が5〜30mmとなる長さであることが好ましい。
The length of the source
電極対18は、2本の電極18a,18bで一組になっており、薄膜形成空間12内に配置される。電極対18は、電極棒(図9に図示)又はリード線(不図示)などのように細長状の形状を有することが好ましい。電極対18には、ヒーター電源22が電気的に接続される。電極対18の材質は、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼などの金属、又はグラファイトである。
The
触媒体19は、線状の部材であり、薄膜形成空間12内に配置される。ここで、線状とは、外形が細長い形状をいう。触媒体19は、発熱体と呼ばれることもある。触媒体19の材質は、特に限定されないが、C,W,Ta,Ti,Hf,V,Cr,Mo,Mn,Tc,Re,Fe,Ru,Os,Co,Rh,Ir,Ni,Pd及びPtの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上を含むことが好ましい。このうち、触媒体19は、金属タンタル又は炭化タンタルであることが好ましい。
The
触媒体19の一方の端部は、電極対18の一方の電極18aに接続される。また、触媒体19の他方の端部は、電極対18の他方の電極18bに接続される。触媒体19は、ヒーター電源22によって触媒体19に電気を流すことで発熱する。触媒体19は、原料ガスとの接触機会を増やすために、例えば、コイルバネ形状、波線形状又はジグザグ線形状に加工した部分(不図示)を設けてもよい。
One end of the
本実施形態に係る発熱体CVD装置1は、触媒体ユニットを備える。触媒体ユニットとしては、例えば、図1に示す第一実施形態に係る触媒体ユニット100、又は図8に示す第二実施形態に係る触媒体ユニット200とがある。図9では第一実施形態に係る触媒体ユニット100を装着した例を示したが、第一実施形態に係る触媒体ユニット100に代えて、第二実施形態に係る触媒体ユニット200を装着してもよい。第一実施形態に係る触媒体ユニット100は、原料ガス供給管23と電極対18とが別体である。一方、第二実施形態に係る触媒体ユニット200は、原料ガス供給管23が電極対18を兼ねている。まず、第一実施形態に係る触媒体ユニット100について説明する。
The heating
(第一実施形態に係る触媒体ユニット)
図1は、第一実施形態に係る触媒体ユニットの一例を示す概略図である。第一実施形態に係る触媒体ユニット100は、発熱体CVD装置1のチャンバ6(図9に図示)に着脱自在に固定されるユニット基体110と、ユニット基体110に支持され、チャンバ内に挿入される原料ガス供給管23と、ユニット基体110に支持される電極対18と、電極対18に接続され、原料ガス供給管23の側面に沿って配置される線状の触媒体19と、を備え、触媒体19は、返し部19aを有する。
(Catalyst body unit according to the first embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a catalyst body unit according to the first embodiment. The
ユニット基体110は、チャンバ6の壁(図9では天面壁2)に固定可能な外形を有していればよく、特に限定されない。図1では一例として、ユニット基体110が、嵌合部111と嵌合部111よりも拡径した拡径部112とを有する形態を示した。嵌合部111は、図9に示すように、開口5(図9に図示)に嵌め込まれる部分である。嵌合部111と開口5との嵌合をより強固にするために、嵌合部111の外周にOリングなどのシール部品(不図示)を配置してもよい。拡径部112は、図9に示すように、開口5の周辺の壁面に係合する部分である。変形形態としては、図示しないが、例えば、チャンバ6の壁(図9では天面壁2)にストッパを設けて、当該ストッパでユニット基体110を固定する形態、又はユニット基体110をチャンバ6の壁(図9では天面壁2)にねじ止めする形態であってもよい。開口5は、図9では天面壁2に設けた形態を示したが、本発明はこれに限定されず、底面壁3又は側面壁4に設けてもよい。ユニット基体110は、ガス供給口16に連通する貫通孔113を有する。ユニット基体110のうち電極対18を固定する箇所の材質は、高耐熱の絶縁体であり、例えば、セラミックス、ポリイミド、PTFE又はPEEKである。その他の箇所のユニット基体110の材質は、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼などの金属又はセラミックスである。
The
原料ガス供給管23は、例えば貫通孔113に挿入又はねじ止めされることで、ユニット基体110に支持される。また、原料ガス供給管23は、溶接によってユニット基体110に支持されていてもよい。原料ガス供給管23と貫通孔113との嵌合をより強固にするために、原料ガス供給管23の外周のうち貫通孔113に挿入される部分にOリングなどのシール部品(不図示)を配置してもよい。
The source
第一実施形態に係る触媒体ユニット100では、原料ガス供給管23の材質は、導電材料であるか、又は絶縁材料であってもよいが、絶縁材料であることがより好ましい。絶縁材料は、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素若しくは酸化アルミニウムなどのセラミックを主成分とする材料で形成されたセラミック管、又は、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素若しくは酸化アルミニウムなどのセラミックを主成分とする材料で表面が被覆された金属管であることが好ましい。触媒体19に安定して通電することができ、耐久性があり、かつ、触媒体19で発生した熱を熱伝導によって効率よく排熱させることができる。
In the
電極対18は、例えばユニット基体110のチャンバ6(図9に図示)内に挿入される面114に差し込まれることで、ユニット基体110に支持される。電極対18とユニット基体110とは絶縁されている。電極対18をなす各電極18a,18bは、それぞれ、例えば電線28を介して端子27に電気的に接続される。端子27は、ヒーター電源22(図9に図示)に電気的に接続される。各電極18a,18bは、導通を防止するために、互いに間隔をあけて配置されることが好ましい。電極対18は、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素若しくは酸化アルミニウムなどのセラミックを主成分とする材料で表面が被覆されていることが好ましい。
The
電極対18の長さは、被蒸着物がボトル状容器900であるとき、電極対18の先端部が、ボトル状容器900の口部901からボトル状容器900内に挿入される長さであることが好ましい。電極対18の先端部をボトル状容器内に挿入することで、触媒体19の全体をボトル状容器内に配置することができる。その結果、ボトル状容器900の口部901への熱負荷を低減して口部901の変形を防止することができる。また、電極対18をなす各電極18a,18bは、図1では相互に同じ長さとする形態を示したが、本発明はこれに限定されず、相互に異なる長さとしてもよい。ここで、電極対18の長さとは、ユニット基体110から突出する長さをいう。すなわち、面114からの長さである。
The length of the
触媒体19は、電極対18に接続され、原料ガス供給管23の側面に沿って配置される。触媒体19は、原料ガス供給管23の側面に接触させずに配置されることが好ましい。図9では、触媒体19を原料ガス供給管23の側壁の外周面と平行に配置した形態を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、触媒体19を原料ガス供給管23の側壁の外周面に螺旋状に配置してもよい。また、触媒体19は、原料ガス供給管23の外周に設けた絶縁セラミックスなどの絶縁材料からなる支持部材(不図示)で支持されてもよい。
The
触媒体19は、返し部19aを有する。触媒体19は電極対18の一方の電極18aから原料ガス供給管23の側面に沿って配置され、所定の箇所でターンして、他方の電極18bへ向かって戻される。触媒体19を所定の箇所でターンさせた部分が返し部19aである。触媒体19が返し部19aを有することで、触媒体19の概形は、例えば、U字状(図1に図示)、V字状(不図示)又はJ字状(不図示)となる。返し部19aは、図9に示すように、例えば原料ガス供給管23の底面側ガス噴出口11xよりも底面壁3側に形成される。返し部19aを形成する箇所は、これに限定されず、原料ガス供給管23の底面側ガス噴出口11xよりも天面壁2側に形成してもよい。
The
被蒸着物7がボトル状容器であるとき、触媒体19及び原料ガス供給管23を含む径L2(図9に図示)は、ボトル状容器の口部901から挿入する時の位置ズレを考慮して適宜設定される。
When the
触媒体19の本数は、図1では一例として1本である形態を示したが、本発明はこれに限定されず、2本以上であってもよい。触媒体19が2本以上であるとき、2本以上の触媒体19を、同一の電極対18に接続するか、又は1本の触媒体19あたり一組の電極対18を用いてもよい。1本の触媒体19あたり一組の電極対18を用いることは、具体的には、例えば触媒体19が3本であるとき、電極対18を三組用いることである。被蒸着物7がボトル状容器であるとき、口部901からの挿入しやすさを考慮すると、2本以上の触媒体19を、同一の電極対18に接続することがより好ましい。
Although the number of the
図2は、触媒体の配置の変形形態の第一例を示す概略図である。本実施形態に係る触媒体ユニットでは、電極対18は、細長状の形状を有し、かつ、原料ガス供給管23の長手方向に沿って配置され、複数の触媒体19(191,192,193)の一部又は全部が電極対18に間隔をあけて電気的に並列に接続されることが好ましい。
FIG. 2 is a schematic view showing a first example of a variation of the arrangement of the catalyst bodies. In the catalyst body unit according to the present embodiment, the
細長状の形状を有する電極対18は、例えば、電極棒又はリード線である。図2では、電極対18を概念的に示している。図3は、図2の電気回路図である。電気的に並列に接続されるとは、図3に示すように、電極対18及び触媒体19が並列回路を形成することをいう。触媒体19の本数は図2及び図3では一例として3本である形態を示したが、本発明はこれに限定されない。また、間隔をあけて接続されるとは、図3に示すように、触媒体19の電極対18に対する接続部20が、相互に離れて配置されることをいう。このとき、接続部20は、図2に示すように、同一の電極18a,18b内で間隔をあけて配置されて、原料ガス供給管23の長手方向に沿って複数段配置される。触媒体191の返し部19aが直下の触媒体192の接続部20の電極間の中央部に位置することが好ましい。触媒体191が直下の触媒体192の接続部20に接触して導通することを防止するとともに、容器軸方向においてより均一に成膜することができる。複数の触媒体19(191,192,193)のうち電極対18に間隔をあけずに電気的に並列に接続される触媒体があってもよい。触媒体が電極対18に間隔をあけずに電気的に並列に接続されるとは、触媒体が3本以上であって、2本以上の触媒体が、同一の接続部20に接続することをいう。
The
本実施形態に係る触媒体ユニットでは、すべての触媒体19(191,192,193)の抵抗値R1,R2,R3が等しいことが好ましい。被蒸着物の被蒸着面(例えば図9ではボトル状容器の内壁面)に対してより均一に成膜するためには、各触媒体191,192,193の抵抗値R1,R2,R3を相互に等しくして、各触媒体191,192,193の発熱温度を均一にすることが好ましい。触媒体19(191,192,193)の製造時又は取り付け時などに生じうる誤差を考慮してもよい。
In the catalyst unit according to this embodiment, it is preferable that the resistance values R1, R2, and R3 of all the catalyst bodies 19 (191, 192, and 193) are equal. In order to form a film more uniformly on the deposition surface of the deposition object (for example, the inner wall surface of the bottle-shaped container in FIG. 9), the resistance values R1, R2, and R3 of the
触媒体が1本では、被蒸着物の形状によっては、触媒体の長さを長くせざるを得ない場合がある。例えば被蒸着物が高さが250mm以上の背高ボトルであるとき、図1に示すように触媒体19が1本であると、触媒体19の長さは例えば400mm以上となる。触媒体19の長さが長くなるほど、放電し易くなる。また、触媒体19の長さが長くなるほど、熱膨張及び体積膨張による伸び量が増大するため、触媒体19が変形し易くなる。そこで、図2に示された触媒体の配置の変形形態の第一例では、各触媒体191,192,193の1本あたりの長さを短くすることができるため、放電を抑制することができる。また、触媒体19の変形を防止することができる。
With a single catalyst body, the length of the catalyst body may have to be increased depending on the shape of the deposition object. For example, when the deposition target is a tall bottle having a height of 250 mm or more, and the number of the
図4は、触媒体の配置の変形形態の第二例を示す概略図である。図4では、電極対18を概念的に示している。本実施形態に係る触媒体ユニットでは、被蒸着物が、口部901と、首部902と、首部902の直径よりも大きな直径を有する胴部904とを備えるボトル状容器900であり、口部901から、原料ガス供給管23及び触媒体19が挿入され、胴部904は、胴部904の横断面に存在する触媒体19(192x及び192y,193x及び193y)の数が、首部902の横断面に存在する触媒体19(191)の数よりも多い領域を有することが好ましい。
FIG. 4 is a schematic view showing a second example of a variation of the arrangement of the catalyst bodies. FIG. 4 conceptually shows the
ボトル状容器900は、首部902と胴部904との間に、胴部904に向かって径を拡径させた肩部903を有していてもよい。
The bottle-shaped
図4では、複数の触媒体19(191,192x,192y,193x,194y)が電極対18に間隔をあけて電気的に並列に接続されている。各触媒体191,192x,192y,193x,193yの抵抗値は、等しいことが好ましい。
In FIG. 4, a plurality of catalyst bodies 19 (191, 192x, 192y, 193x, 194y) are electrically connected in parallel to the
図4では、首部902には、1本の触媒体191が配置されている。触媒体191は返し部19aを有するため、容器の横断面に存在する触媒体の数は、触媒体1本あたり2個となる。そうすると、首部902の横断面(例えばA−A断面)に存在する触媒体191の数は、図5(a)に示すように、2個である。
In FIG. 4, one
肩部と903と胴部904との境界部に2本の触媒体192x,192yが配置されている。そうすると、2本の触媒体192x,192yが配置されている領域では、胴部904の横断面(例えばB−B断面)に存在する触媒体192x,192yの数は、図5(b)に示すように、4個である。また、図4では、更に2本の触媒体192x,192yが配置された部分よりも容器の底面側の胴部904に、2本の触媒体193x,193yが配置されている。そうすると、2本の触媒体193x,193yが配置されている領域では、胴部904の横断面(例えばC−C断面)に存在する触媒体193x,193yの数は、図5(c)に示すように、4個である。このように、図4では、胴部904は、胴部904の横断面に存在する触媒体19(192x及び192y、又は、193x及び193y)の数が首部902の横断面に存在する触媒体の数よりも多い領域を容器軸方向に2箇所有している。本発明は、当該領域が少なくとも一つあればよく当該領域の数に限定されない。なお、図4では、便宜上、2本の触媒体192x,192yの電極対18に対する接続部20(202x,202y)を上下にずらして図示しているが、接続部20(202x,202y)は相互に同じ高さに配置することが好ましい。2本の触媒体193x,193yの電極対18に対する接続部20(203x,203y)についても同様である。
Two
図4に示された触媒体の配置の変形形態の第二例では、例えば次のような効果が得られる。変形形態の第二例では、首部902のように径が細い部分では、触媒体19を相対的に少なく配置して、発熱量を相対的に小さくする。一方、胴部904のように径が太い部分では、触媒体19を相対的に多く配置して、発熱量を相対的に大きくする。このように、発熱量の分布を容器の形状に合わせることができる。その結果、首部902では熱変形を抑制するとともに、1回の成膜処理によって首部902と胴部904とで成膜をより均一に行うことができる。
In the second example of the modification of the arrangement of the catalyst bodies shown in FIG. 4, for example, the following effects can be obtained. In the second example of the modified embodiment, in a portion having a small diameter such as the
図4では、複数の触媒体19(191,192x,192y,193x,194y)が一組の電極対18に間隔をあけて電気的に並列に接続された形態を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、首部902に配置される短い電極対(不図示)と胴部904に至る長さを有する長い電極対(不図示)とを用いて、短い電極対及び長い電極対に、それぞれ触媒体を接続する形態としてもよい。この形態では、胴部904に至る長い電極対に接続する触媒体の数を、首部902に配置される短い電極対に接続する触媒体の数よりも多くする。このとき、短い電極対及びそれに接続された触媒体と、長い電極対及びそれに接続された触媒体とが、一つの並列回路を形成することが好ましい。または、短い電極対と長い電極対とが別個のヒーター電源に接続され、短い電極対に接続された触媒体の発熱量と長い電極対に接続された触媒体の発熱量とが同程度となるように、各ヒーター電源で別個の電圧制御をする形態としてもよい。
FIG. 4 shows a form in which a plurality of catalyst bodies 19 (191, 192x, 192y, 193x, 194y) are electrically connected in parallel to a pair of electrode pairs 18 with an interval between them. It is not limited to. For example, using a short electrode pair (not shown) disposed on the
図6は、錘体の第一例を示す概略図である。本実施形態に係る触媒体ユニットでは、ユニット基体がチャンバの天面壁2(図9に図示)に着脱自在に固定され、錘体31が返し部19aに配置されて、触媒体19が張架されていることが好ましい。触媒体19は錘体31によって常に張力が付加される。その結果、触媒体19が熱でたわみ、原料ガス供給管23の長手方向とは異なる方向の変形することを防止することができる。特に、触媒体19の体積膨張、熱膨張又は熱収縮によって触媒体19が原料ガス供給管23の長手方向と異なる方向へ変形することを防止することができる。また、触媒体19を繰り返し使用しても、触媒体19の形状を維持することができる。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a first example of a weight body. In the catalyst body unit according to the present embodiment, the unit base is detachably fixed to the top wall 2 (illustrated in FIG. 9) of the chamber, the
錘体31の形状は、特に限定されず、図6に示すコイル状の他、例えば、球状、立方体状、又は棒状であってもよい。棒状は、細長状の形状であり、筒状、柱状又は錘状を包含する。また、錐体31には、返し部19aに引っ掛かるフックのような取付け部が設けられていてもよい。なお、錐体31に複数の取付け部を設ける場合には、取付け部間の距離を狭くする(例えば、10mm以内)。錘体31の材質は、特に限定されないが、C,W,Ta,Ti,Hf,V,Cr,Mo,Mn,Tc,Re,Fe,Ru,Os,Co,Rh,Ir,Ni,Pd及びPtの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上を含むことが好ましい。錘体31に電流が流れることによる触媒体19の見かけ上の抵抗値を変化させたくない場合は、錘体31の表面にセラミックコーティングなどの絶縁処理を施してもよい。また、錘体31の材質は、石英ガラスなどのガラス、又はアルミナ、ジルコニア若しくはムライトなどのセラミックスであってもよい。また、金属とガラス又はセラミックスとの組合せであってもよい。金属とガラスとの組合せは、例えば、琺瑯である。金属とセラミックスとの組合せは、例えば、セラミックス粒子分散強化型金属である。これらのうち、比重が大きい点で、錘体31の材質は、W(タングステン)又はWC(炭化タングステン)であることがより好ましい。
The shape of the
錘体31は、返し部19aに係止されているか、又は返し部19aに固定されていてもよい。より好ましくは、錘体31が返し部19aに係止されている。錘体31が返し部19aに係止されている形態は、例えば、図6に示すようにコイル状の錘体31が返し部19に引っ掛けられる形態である。この形態では、錘体31と触媒体19との接点を複数個とすることができ、触媒体19にかかる応力を分散することができる。また、錘体31が返し部19aに係止されている形態の別の例として、図示しないが、球状、立方体状、又は棒状の錘体に貫通孔を設け、当該貫通孔に触媒体19を通す形態であってもよい。錘体31が返し部19aに固定されている形態は、例えば、錘体が返し部19aに溶接される形態(不図示)又は錘体が返し部19aに接着される形態(不図示)である。
The
図7は、錘体の第二例を示す概略図である。本実施形態に係る触媒体ユニットでは、原料ガス供給管23の外周にガイド40が設けられ、ガイド40は、錘体32を揺動自在に支持し、かつ、触媒体19を支持しないことが好ましい。ガイド40を設けることで、装置本体の振動などによる触媒体19の動きを抑制することができる。
FIG. 7 is a schematic view showing a second example of the weight body. In the catalyst body unit according to the present embodiment, a
ガイド40は、例えば、図7に示すような、原料ガス供給管23の外周に固定するための管固定部41と錘体32を揺動自在に支持するための支持部42とを有する板状部材である。管固定部41は、例えば、板状部材に設けた貫通孔(図7に図示)又は切欠き(不図示)である。支持部42は、例えば、板状部材に設けた貫通孔(図7に図示)又は切欠き(不図示)である。ここで、ガイド40が錘体32を揺動自在に支持するとは、ガイド40が、錘体32を垂直方向に移動可能としながら、その水平方向の移動範囲を規制した状態で支持している状態をいう。図7では、ガイド40が錘体32を揺動自在に支持する形態の一例として、錘体32として例えば棒状部材を用い、錘体32の一方の端部に貫通孔32aを設けて、貫通孔32aに触媒体19を通し、錘体32の他方の端部をガイド40の支持部42に通した形態を示した。図7では、ガイド40は、支持部42の孔径を錘体32の直径よりも大きくして錘体32を支持部42内で垂直方向に移動可能としながら、錘体32が支持部42からは外れない構造を有しており、錘体32の水平方向の移動範囲を規制している。ガイド40が錘体32を揺動可能に支持することで、触媒体19に常に張力を付加することができる。原料ガス供給管23の噴出口11の近傍に返し部19a及び錘体32が配置される場合、返し部19a及び錘体32には原料ガスの噴出しによって重力方向以外(例えば、水平方向)の力が作用する。このような環境下で、ガイド40が錘体32の水平方向の移動範囲を制限しているため、錘体32が触媒体19に対して重力方向へ荷重をより確実に付加することができる。
The
ガイド40は触媒体19を支持しないことが好ましい。触媒体19をガイド40で支持するとき、通常ガイド40にガイド孔(不図示)を設けて、該ガイド孔に触媒体19を通すことで支持される。このとき、成膜作業を繰り返すうちにガイド40のガイド孔の内側も成膜されて、ガイド孔が塞がっていく。そうすると、触媒体19が熱膨張時にガイド孔内に引っかかって、断線するおそれがある。そこで、ガイド40が触媒体19を支持しないことで、触媒体19の寿命をより延ばすことができる。また、触媒体19は、ガイド40で支持されなくても、錘体32によって張架されているため、原料ガス供給管23の側面に沿って配置した状態を保持することができる。
It is preferable that the
ガイド40の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス又はセラミックスなどの絶縁材料であることが好ましい。
Although the material of the
図7の変形例として、図示しないが、ガイド40としてワイヤーなどの線状部材を用い、線状部材の一部を原料ガス供給管23の外周に巻きつけて固定し、線状部材の残りの部分で輪を作り、該輪に錘体32を通して揺動自在に支持してもよい。
As a modification of FIG. 7, although not illustrated, a linear member such as a wire is used as the
図10は、触媒体の変形例を示す概略図である。本実施形態に係る触媒体ユニットでは、触媒体19は、返し部19aに、他の部分よりも触媒体19を密に配置した密部分50を有し、密部分50が錘となって触媒体19が張架されていることが好ましい。密部分50は、例えば、図10に示すように触媒線19をコイルばね形状に加工した部分、触媒線19を波線形状に加工した部分(不図示)又はジグザグ線形状に加工した部分(不図示)であってもよい。密部分50では、触媒体19同士が接触しないように配置する。返し部19aに、錘体32に代えて密部分50を設けることで、触媒体19が自重で鉛直方向に張架される。その結果、錘体32を設けた場合と同様の効果が得られる。さらに、密部分50を設けることで、底面側ガス噴出口11xから噴出されるガスに対する触媒線19の接触面積が大きくなり、形成される薄膜の膜質(例えばガスバリア性)をより向上させることができる。
FIG. 10 is a schematic view showing a modification of the catalyst body. In the catalyst body unit according to the present embodiment, the
密部分50が、触媒体19をコイルばね形状に加工した部分であるとき、コイルの巻き回数は、0.2回/mm以上2回/mm以下であることが好ましく、0.3回/mm以上1回/mm以下であることがより好ましい。また、コイルの巻き直径は、1mm以上5mm以下であることが好ましく、3mm以上5mm以下であることがより好ましい。
When the
本実施形態に係る触媒体ユニットでは、密部分50の質量が、触媒体19の全体の質量に対して10%以上40%以下であることが好ましい。より好ましくは、20%以上30%以下である。
In the catalyst body unit according to this embodiment, the mass of the
図6及び図7では、返し部19aが原料ガス供給管23の下端よりも下方側に配置され、錘体31,32を原料ガス供給管23の下端よりも下方側に配置した形態を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図2又は図4に示す触媒体191,192,192x,192yの返し部19aように、原料ガス供給管23の側面に配置されている返し部に錘体31,32を配置してもよい。
6 and 7, the
(第二実施形態に係る触媒体ユニット)
図8は、第二実施形態に係る触媒体ユニットの一例を示す概略図である。第二実施形態に係る触媒体ユニット200では、原料ガス供給管202(202a,202b)が導電性を有し、かつ、電極対を兼ねていることが好ましい。第二実施形態に係る触媒体ユニット200は、原料ガス供給管202(202a,202b)が電極対を兼ねている以外は、基本的な構造を第一実施形態に係る触媒体ユニット100と同じくする。ここでは相違する構造を中心に説明し、共通する構造については説明を省略する場合がある。
(Catalyst body unit according to the second embodiment)
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a catalyst body unit according to the second embodiment. In the
原料ガス供給管202(202a,202b)は、原料ガス流路203と、原料ガス流路203に通じる原料ガス噴出口204とを有し、2本一組で薄膜形成空間12(図9に図示)内に配置される。2本の原料ガス供給管202a,202bは、それぞれ、例えば電線206を介して端子205に電気的に接続される。端子205は、ヒーター電源22(図9に図示)に電気的に接続される。2本の原料ガス供給管202a,202bは、導通防止のために相互に間隔をあけて配置されることが好ましい。図8では原料ガス供給管202(202a,202b)を一組設けた形態を示したが、二組以上設けてもよい。
The source gas supply pipe 202 (202a, 202b) has a source
第二実施形態に係る触媒体ユニット200では、原料ガス供給管202の材質は、導電性材料であればよく、例えば、ステンレス鋼などの金属、又はグラファイトである。導電性とは、電極対としての役割をなすことができる程度の電気伝導性を有することをいう。原料ガス供給管202の材質は、放電限界電圧以下となるように選定される。また、原料ガス供給管202は、触媒体19との接続部20以外の表面にセラミックコーティングなどの絶縁処理を施してもよい。
In the
触媒体19は、例えば、原料ガス供給管202(202a,202b)の外周に接続される。より好ましくは、触媒体19は、2本の原料ガス供給管の間に挟んで配置される。このように、第二実施形態に係る触媒体ユニット200では、触媒体19を2本の原料ガス供給管202(202a,202b)間に挟んで配置することができるなど配置の自由度が高まる。特に、2本の原料ガス供給管202(202a,202b)間の中心部に触媒体19を配置して、触媒体19と被蒸着物の被蒸着面との距離を等距離にすることができる。触媒体19を2本の原料ガス供給管間に挟んで配置することで、被蒸着物が胴径の細い部分を有する場合であっても被蒸着物の熱変形を防止することができる。また、ボトル状容器900の口部における触媒体19及び原料ガス供給管202の専有断面積をより小さくすることができるため、ボトル状容器900内の空気の排気効率(真空引きの効率)を向上させることができる。その結果、薄膜の密着性及び膜質を向上することができる。
The
図8では、触媒体19を原料ガス供給管202の長手方向に沿って間隔をあけて複数本配置した形態を示した。この形態の電気回路図は、図3に示す回路図と同じである。触媒体19の配置は、図8に示す形態に限定されず、例えば、触媒体19を1本だけ配置する形態、又は図4に示すように首部と胴部とで配置する触媒体19の数を変更する形態としてもよい。また、図6又は図7に示すように、錘体31,32を設けてもよい。
FIG. 8 shows a form in which a plurality of
以上のとおり、第一実施形態に係る触媒体ユニット100及び第二実施形態に係る触媒体ユニット200は、いずれも、原料ガス供給管23,202及び触媒体19がユニット化されているため、原料ガス供給管23,202及び触媒体19の交換作業が容易である。
As described above, since the
図11は、原料ガス供給管の変形例を示す概略図である。第一実施形態及び第二実施形態に係る触媒体ユニット100,200では、原料ガス供給管23,202の外周の一部又は全体が、着脱可能な管状の絶縁部材60で被覆されていることが好ましい。原料ガス供給管23,202の外周には薄膜ダストが付着するおそれがあるところ、絶縁部材60を交換するだけで、薄膜ダストを除去することができる。また、原料ガス供給管23,202を金属製とした場合、絶縁部材60によって絶縁性を確保することができる。
FIG. 11 is a schematic view showing a modification of the source gas supply pipe. In the
絶縁部材60は、例えば碍子であり、その材質は、特に限定されないが、例えば、磁器、ガラス又は合成樹脂である。
The insulating
絶縁部材60の原料ガス供給管23,202への取り付け方法は、特に限定されないが、例えば、図12に示すように、原料ガス供給管23,202の外周に溝を設け、該溝にスナップリング23aを嵌め込み、絶縁部材をスナップリング23aに係合させる方法、又は図13に示すように、原料ガス供給管23,202の下端をかしめてフランジ23bを形成し、フランジ23bに絶縁部材を係止させる方法であってもよい。
A method of attaching the insulating
絶縁部材60は、図11に示すように複数の管に分割されているか、又は1本管であってもよい(不図示)。特に図9に示すように、原料ガス供給管23が側面側ガス噴出口11yを有する場合、絶縁部材60は、複数の管に分割されていることがより好ましい。原料ガス供給管23の外周のうち各側面側ガス噴出口11yの上方に溝(不図示)を設け、各溝にスナップリング(不図示)を嵌め込み、各スナップリングに絶縁部材60をそれぞれ係止させることで、側面側ガス噴出口11yを避けて絶縁部材60を配置することができる。
The insulating
次に、発熱体CVD装置1を用いた薄膜の形成方法を、被蒸着物7としてボトル状容器の内表面に薄膜を形成する方法を例にとって説明する。
Next, a method for forming a thin film using the heating
まず、チャンバ6の例えば天面壁2に設けた開口5に、第一実施形態に係る触媒体ユニット100又は第二実施形態に係る触媒体ユニット(不図示)を固定する。次いで、チャンバ6の上部チャンバ15を上昇させて、下部チャンバ13内にボトル状容器を収容する。その後、上部チャンバ15を降下させ、原料ガス供給管23及び触媒体19をボトル状容器の口部901からボトル状容器内に挿入し、チャンバ6を密閉する。次いで、ベント(不図示)を閉じ、排気ポンプ(不図示)を作動させ、真空バルブ8を開とすることで薄膜形成空間12内の空気を排気する。次いで、触媒体19を通電することで発熱させる。この後、原料ガスを、ガス流量調整器25a,25bで流量制御した状態で、原料ガス供給管23の原料ガス噴出口11から薄膜形成空間12内に噴出する。原料ガスが触媒体19に接触すると化学種34が生成する。この化学種34がボトル状容器の内壁に到達することで、薄膜が堆積する。薄膜が所定の厚さに達したところで、原料ガスの供給を止め、薄膜形成空間12内を排気し、図示していないリークガスを導入して薄膜形成空間12を大気圧にする。この後、上部チャンバ15を上昇させて、ボトル状容器を取り出す。
First, the
1 発熱体CVD装置
2 天面壁
3 底面壁
4 側面壁
5 開口
6 チャンバ
7 被蒸着物
8 真空バルブ
11 原料ガス噴出口
11x 底面側ガス噴出口
11y 側面側ガス噴出口
12 薄膜形成空間
13 下部チャンバ
14 Oリング
15 上部チャンバ
16 ガス供給口
17 原料ガス流路
18 電極対
18a,18b 電極
19,191,192,192x,192y,193,193x,193y 触媒体
19a 返し部
20,202x,202y,203x,203y 接続部
21 排気管
22 ヒーター電源
23 原料ガス供給管
24a,24b ボンベ
25a,25b ガス流量調整器
26a〜26c バルブ
27 端子
28 電線
31,32 錘体
32a 貫通孔
34 化学種
40 ガイド
41 管固定部
42 支持部
50 密部分
60 絶縁部材
100 触媒体ユニット
110 ユニット基体
111 嵌合部
112 拡径部
113 貫通孔
113a 孔口
114 面
200 触媒体ユニット
202(202a,202b) 原料ガス供給管
203 原料ガス流路
204 原料ガス噴出口
205 端子
206 電線
900 ボトル状容器
901 口部
902 首部
903 肩部
904 胴部
L1 原料ガス供給管の先端からボトル状容器の底までの距離
L2 触媒体及び原料ガス供給管を含む径
R1,R2,R3 抵抗値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat generating body CVD apparatus 2 Top wall 3 Bottom wall 4 Side wall 5 Opening 6 Chamber 7 Deposited material 8 Vacuum valve 11 Source gas outlet 11x Bottom side gas outlet 11y Side gas outlet 12 Thin film formation space 13 Lower chamber 14 O-ring 15 Upper chamber 16 Gas supply port 17 Raw material gas flow path 18 Electrode pair 18a, 18b Electrodes 19, 191, 192, 192x, 192y, 193, 193x, 193y Catalyst 19a Return portion 20, 202x, 202y, 203x, 203y Connection part 21 Exhaust pipe 22 Heater power supply 23 Raw material gas supply pipes 24a and 24b Gas cylinders 25a and 25b Gas flow rate regulators 26a to 26c Valve 27 Terminal 28 Electric wire 31, 32 Weight body 32a Through hole 34 Chemical species 40 Guide 41 Pipe fixing part 42 Supporting part 50 Dense part 60 Insulating member 100 Catalyst unit 110 Unit base 111 Fitting portion 112 Expanded portion 113 Through hole 113a Hole opening 114 Surface 200 Catalyst body unit 202 (202a, 202b) Raw material gas supply pipe 203 Raw material gas flow path 204 Raw material gas outlet 205 Terminal 206 Electric wire 900 Bottle-shaped container 901 Mouth part 902 Neck part 903 Shoulder part 904 Body part L1 Distance from the tip of the raw material gas supply pipe to the bottom of the bottle-shaped container L2 Diameters R1, R2, R3 including the catalyst body and the raw material gas supply pipe
Claims (11)
該ユニット基体に支持され、前記チャンバ内に挿入される原料ガス供給管と、
前記ユニット基体に支持される電極対と、
該電極対に接続され、前記原料ガス供給管の側面に沿って配置される線状の触媒体と、を備え、
該触媒体は、返し部を有することを特徴とする触媒体ユニット。 A unit base that is detachably fixed to the chamber of the heating element CVD device;
A source gas supply pipe supported by the unit base and inserted into the chamber;
An electrode pair supported by the unit substrate;
A linear catalyst body connected to the electrode pair and disposed along a side surface of the source gas supply pipe,
The catalyst body unit having a return portion.
複数の前記触媒体の一部又は全部が前記電極対に間隔をあけて電気的に並列に接続されることを特徴とする請求項1に記載の触媒体ユニット。 The electrode pair has an elongated shape, and is disposed along the longitudinal direction of the source gas supply pipe,
2. The catalyst body unit according to claim 1, wherein some or all of the plurality of the catalyst bodies are electrically connected in parallel to the electrode pairs with a space therebetween.
前記口部から、前記原料ガス供給管及び前記触媒体が挿入され、
前記胴部は、該胴部の横断面に存在する前記触媒体の数が、前記首部の横断面に存在する前記触媒体の数よりも多い領域を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の触媒体ユニット。 The deposited object is a bottle-shaped container including a mouth portion, a neck portion, and a trunk portion having a diameter larger than the diameter of the neck portion,
The raw material gas supply pipe and the catalyst body are inserted from the mouth,
The said trunk | drum has the area | region where the number of the said catalyst bodies which exists in the cross section of this trunk | drum is larger than the number of the said catalyst bodies which exist in the cross section of the said neck part, The 1-3 characterized by the above-mentioned. The catalyst body unit according to any one of the above.
錘体が前記返し部に配置されて、前記触媒体が張架されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の触媒体ユニット。 The unit base is detachably fixed to the top wall of the chamber,
The catalyst body unit according to any one of claims 1 to 4, wherein a weight body is disposed on the return portion, and the catalyst body is stretched.
前記ガイドは、前記錘体を揺動自在に支持し、かつ、前記触媒体を支持しないことを特徴とする請求項5に記載の触媒体ユニット。 A guide is provided on the outer periphery of the source gas supply pipe,
6. The catalyst body unit according to claim 5, wherein the guide supports the weight body in a swingable manner and does not support the catalyst body.
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-
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