JP3210405B2 - ガスデポジション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超微粒子をガスと共に搬
送し、ノズルより高速で噴射させ、対向する基板上に超
微粒子の厚膜あるいは圧粉体を形成するガスデポジショ
ン装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】粒径が０．１μｍ以下の
超微粒子は、一度ガス中に浮遊すると、エアロゾル状と
なり、重力による自由落下速度が極めて小さい、及び
ガスの流れに乗って容易に搬送される、というこれら
現象は超微粒子の材質が金属や化合物のように密度が異
なってもほとんど影響を受けない。

【０００３】図９は従来例のガスデポジション装置を示
すものであるが、これは超微粒子生成室１、膜形成室１
０及び搬送管７等で構成されている。この超微粒子生成
室１と膜形成室１０との間には膜形成室１０がバルブ１
３を介して接続される真空ポンプ１２によって真空引き
されているので、差圧が生じている。又るつぼ３は電源
５に接続され、るつぼ３内には蒸発されるべき物質４が
収容されている。超微粒子生成室１において、バルブ６
を介して導入される不活性ガスの雰囲気中で、抵抗加熱
法により生成されたエアロゾル状の金属超微粒子は上述
の差圧により膜形成室１０内に搬送され、ノズル９より
高速噴射される。ガスデポジション装置は、これによっ
て基板１１上に超微粒子膜及び小塊状の圧粉体を形成さ
せる装置である。本装置を用いれば、超微粒子膜を高分
子バインダーなどと混合することなく、ドライな雰囲気
中で無加圧・無加熱で形成させることができ、電気的・
磁気的を初めとする諸特性の測定が可能である。基板１
１はガラス・金属・プラスチック・セラミックスなど材
質及び形状に制約を受けない。

【０００４】ガスデポジション装置は以上のような種々
の利点を有するものであるが、なお以下のような問題を
有するものである。

【０００５】すなわち、従来のガスデポジション装置で
は、膜形成室１０内での超微粒子の堆積を止めるときに
は、搬送管７の途中に設けられた電磁バルブ８の閉操作
により行っていた。然るに電磁バルブ８を閉めることに
より、まず超微粒子生成室１とバルブ８の上流側の間に
は差圧がなくなるため、その間に存在する超微粒子は自
然落下し、搬送管７の内壁に沈着する、この沈着した超
微粒子は再度バルブ８を開いた時には凝集体となって搬
送され、付着力等の膜質を低下させるもととなるため、
問題であった。また、バルブ８を閉めることにより、膜
形成室１０とバルブ８の下流側の間にも差圧が徐々にな
くなるため、ノズル９からの噴射エネルギーが徐々に低
下し、付着力や密度の低下を引き起こす問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】この発明は上記のよ
うな従来のものの持つ問題点を解決するもので、超微粒
子生成室及び膜形成室の間の差圧をなくすことなく、超
微粒子のガス搬送を止めることの可能なガスデポジショ
ン装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は蒸発源及
びこの上方に位置させて搬送管の開口部を内蔵する超微
粒子生成室と、前記搬送管の他開口部に結合されたノズ
ル及びこれに対向して配設される基板を内蔵する膜形成
室とから成り、前記蒸発源より蒸発する超微粒子を前記
超微粒子生成室内へ導入されるガスと共に前記搬送管中
を搬送し、前記ノズルから噴射する超微粒子の膜を前記
基板上に形成するようにしたガスデポジション装置にお
いて、前記搬送管の開口部より上方で、該搬送管とは同
心的で、これより大径の吸込管を配設し、該吸込管と前
記搬送管との間の環状空間を排気装置に接続させ前記搬
送管の開口部及び前記蒸発源のいずれか一方を、水平方
向において他方に対し遠ざかるように相対的に所定距離
又は所定距離以上、迅速に移動させることにより、前記
ノズルからの超微粒子の噴射を停止させるようにしたこ
とを特徴とするガスデポジション装置によって達成され
る。

【０００８】

【作用】この発明のガスデポジション装置には蒸発源直
上に位置するガス搬送管入口を素早く、例えば横へ移動
できる機構が設けられている。ガス搬送管入口を超微粒
子の存在しない位置まで移動させることにより、ガス搬
送粒子がなくなり、超微粒子の堆積がなくなる。つま
り、膜形成を停止することができる。その際、差圧力の
低減を伴わないため、堆積エネルギーの減少や凝集体の
発生も生じない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例によるガスデポジショ
ン装置について図面を参照して説明する。なお、従来例
に対応する部分については同一の符号を付し、その詳細
な説明は省略する。

【００１０】図１において、超微粒子生成室１（図９参
照）の内空間２においては搬送管７の開口７ａが蒸発源
としてのるつぼ３と対向して配設されている。本実施例
によれば、このるつぼ３はアルミナコートタングステン
バスケットであるが、これには銅４が収容されている。
搬送管７の下端部には取付部材２３を介して駆動ロッド
２４が枢着されており、これは超微粒子生成室１の外方
又はこの生成室１の静止部２６に取り付けられた電磁ソ
レノイド２５の作動子として構成されている。又搬送管
７には同心的に大径の吸込管２０が配設されており、こ
れは図２に示すように配管２２を介して真空装置に接続
されている。

【００１１】図において、各部の寸法比は実際の寸法比
とは大きく異なって図示されているが、吸込管２０の下
端から搬送管７の下端、すなわち開口７ａまでの距離ａ
は５０ｍｍであり、また吸込管２０の内径ｂは３０ｍｍ
である。またこれと同心的に配設される搬送管７の内径
は１．６５ｍｍであり、これが対向するるつぼ３の外径
ｅは１５ｍｍである。

【００１２】本発明の実施例は以上のように構成され、
その他の構成については従来と全く同様である。なお図
９において電磁バルブ８は省略される。

【００１３】るつぼ３内の２０グラムの銅４は従来と同
様に電源５により電極５ａ、５ｂを介して電力４００Ｗ
が加えられ、抵抗加熱により約１４００℃に加熱され
る。これにより、るつぼ３から銅４の蒸気が矢印で示す
ように上方へと蒸発する。ここで、この蒸発ガス、すな
わち銅４の超微粒子の流れの搬送管７の開口７ａに近接
する部分ではｄすなわち約０．５ｍｍの径のガス流とな
り、これが搬送管７の開口７ａから導入されるのである
が、図１においては図示せずとも不活性ガスが導入され
る。これは約２気圧（１５００Ｔｏｒｒ）のヘリウムガ
スであり、これにより搬送管７を銅４の超微粒子が搬送
されて膜形成室１０へと搬送される。そして従来と同様
に膜形成室１０に配設された基板１１にＣｕ膜が形成さ
れる。基板１１はガラスで７．５ｍｍ／ｍｉｎの速さで
移動される。

【００１４】次に膜形成室１０におけるノズル９からの
超微粒子の噴出を停止する操作について説明すると、外
部からの指令により電磁ソレノイド２５は励磁される。
これにより駆動ロッド２４が図において右方へと駆動さ
れ、搬送管７を一点鎖線で示すようにたわませる。本実
施例によれば搬送管７の開口７ａはｆ、すなわち１５ｍ
ｍほぼ水平方向に移動させられる。この移動時間は０．
１秒である。なお、搬送管７は内径が１．６５ｍｍであ
り、また吸込管２０の下端からはａ、すなわち５０ｍｍ
ものびているので、材質にもよるが、充分にフレキシブ
ルであり、問題なくｆだけ迅速に開口７ａを移動させる
ことができる。これによりるつぼ３からはなおも銅４の
超微粒子が蒸発し続けているが、搬送管７の開口７ａが
図示するように対向する位置から遠ざけられたことによ
り搬送管７を通ることができず、搬送管７内には従来と
異なり、電磁バルブ８が設けられていないが、膜形成室
１０内のノズル９からの超微粒子の噴出は確実に停止さ
せられる。

【００１５】なお、吸込管２０は図１に示す位置を維持
しており、また配管２２を介して真空装置により排気さ
れているので、るつぼ３から蒸発する超微粒子のガス流
は今やもっぱら吸込管２０と搬送管７との間の環状空間
２１（図２参照）で捕らえられ、配管２２を通って外部
に排気される。またこれにより確実に搬送管７の開口７
ａに、もし吸込管２０がなければ対流により搬送管７の
開口７ａから若干の銅４の超微粒子が侵入することも考
えられるが、本実施例によれば吸込管２０の作用によ
り、より確実に膜形成室内におけるノズル９からの超微
粒子の噴出を停止させることができる。

【００１６】なお、再び膜形成室１０内のノズル９から
銅４の超微粒子を噴出したい場合には電磁ソレノイド２
５の励磁を解除すれば駆動ロッド２４は図において左方
へ移動し、図示する位置をとり、再び搬送管７の開口７
ａはるつぼ３から蒸発している銅４の超微粒子のガス流
と対向し、搬送管７を通り膜形成室１０のノズル９より
この銅の超微粒子を噴出させることができ、基板１１に
膜を形成させることができる。基板１１には凝集体のな
いＣｕ膜が形成できた。

【００１７】次に以上のように構成される搬送管７の開
口７ａをどれだけ移動させれば超微粒子のガス流を膜形
成室１０に搬送されるのを抑止できるかどうかを定める
ために種々の条件におけるるつぼからのガス蒸発状況に
ついて説明する。

【００１８】図３はガスデポジション装置の全体が減圧
される場合の例で生成室１内に導入されるヘリウムのガ
スが２Ｔｏｒｒであり、るつぼ３０はアルミナまたはジ
ルコニア製のるつぼであり、このなかにＦｅ３２の溶湯
が収容されているのであるが、このるつぼ３０の周りに
高周波誘導コイル３１が巻装されており、これに高周波
が通電されることにより、るつぼ３０内のＦｅ３２に誘
導電流が流れ、これにより加熱されて溶け、るつぼ３０
からＦｅ３２の超微粒子がガス流として矢印で示すよう
に上方へと移行する。本例のるつぼ３０の径ｇは１８０
ｍｍであるが、このるつぼ３０に近接した部分にはベー
パーゾーン３３、すなわちＦｅ３２の原子状の粒子と３
０乃至１００Åの径の孤立粒子が存在する領域がある。
これから更に上方部分は最もガス流の径が大きくなった
部分であるが、この部分の径ｈは約４００ｍｍであり、
この領域３４においては２００Åのチェーン状のＦｅ粒
子が多数存在している。そして、るつぼ３０から上方に
ｋの位置、すなわち５００ｍｍの位置におけるガス流の
径ｊは２００乃至２５０ｍｍである。なお、領域３４に
おけるガス流の流量は２．５×１０⁵ Ｔｏｒｒ・ｃｃ／
ｓｅｃである。このようなガス粒子分布においては、ガ
ス流の最小径２００乃至２５０ｍｍの直上方に搬送管７
の開口７ａが位置しているのであるが、膜形成室へのガ
ス流を抑止するためにはｊの距離だけ図において右方か
左方へ移動すればよいことは明らかである。

【００１９】図４は生成室１に導入されるヘリウムのガ
ス圧力が１００Ｔｏｒｒであり、本例ではるつぼ３は実
施例と同様にアルミナコートのタングステンバスケット
であるが、このるつぼ３内には１３５０℃に加熱される
Ｃｕ４０の溶湯が収容されており、これからはこのるつ
ぼ３からＰの高さ、すなわち５０ｍｍにおいて、ガス流
の最小となる径はｎであり、約５ｍｍである。そしてる
つぼ３に近接するガス流の最も径の大きい部分でｍ’、
すなわち約１５ｍｍである。これはるつぼ３の径ｍと等
しい。本例においてもガス流の最小径部の直上方に搬送
管７の開口７ａが配設されているのであるが、本例によ
ればこの搬送管７の開口７ａがｎ、すなわち約５ｍｍ以
上移動すれば、超微粒子の吸込を抑止することができ
る。

【００２０】図５は上記実施例と同一の条件であるが、
生成室１内に導入されるヘリウムガスが約２気圧（１５
００Ｔｏｒｒ）、すなわち加圧の場合であり、るつぼ３
内には１４００℃のＣｕ５０が収容されている。またこ
のるつぼ３の径ｑは図４と同様であるが、本例によれば
ガス流は図４に比べ、更に細く絞られ、るつぼ３から約
５０ｍｍの上方においては最小径となるガス流の径が
０．５ｍｍである。この直上方にも搬送管７の開口７ａ
が位置しているのであるが、本例によればｓ、すなわち
約０．５ｍｍ左方から右方、あるいは紙面に対して垂直
方向に移動すれば、すなわち搬送管７の開口７ａを約
０．５ｍｍ水平方向に移動すればガス粒子の吸込を抑制
することができる。

【００２１】以上各条件におけるるつぼ３からのガス流
の状況について説明したが、これらから明らかなように
各条件において搬送管７の開口７ａをそのガス流の最上
方部の最小径に応じて移動すれば、確実に膜形成室１０
の超微粒子の搬送を抑止することができることが明らか
である。

【００２２】なお、上記図３、４及び図５の例において
は生成室１に導入される不活性ガスとしてヘリウムガス
が用いられたが、このヘリウムガスより重いアルゴンガ
スを用いれば、同じ圧力に対し、更に超微粒子の存在す
るガス領域は狭くなる。すなわちこのような場合には、
このガス流の上方部の最小径の部分の直上方に位置する
搬送管７の移動を更に小さくすることができ、よってよ
り迅速でより小さな移動と共に膜形成室への超微粒子の
搬送の抑止は更に確実に、かつ迅速に制御することがで
きる。

【００２３】図６は上記実施例における搬送管７の迅速
な移動を行うためのメカニズムの他例を示すものであ
り、生成室１の側壁１ａに軸シール４１を配し、これに
搬送管７及び吸込管２０を矢印ｘの方向に摺動自在に設
ければ、確実、かつ迅速に搬送管７を吸込管２０と共に
移動させられることは明らかであるが、図７はこのｘ方
向の移動のための機構の一例を示すものである。搬送管
７及びこれと同心的に固定されている吸込管２０は側壁
１ａに軸シール４１を介して左右方向に摺動自在に設け
られているのであるが、これは側壁１ａから外方に突出
する部分においてシールリングＧを介して大径で膜形成
室１０へと延在する搬送管主部４２に気密に嵌合してい
る。またこの搬送管７の外周壁部には一対のアーム４４
ａ、４４ｂが取り付けられているが、これが静止部１０
ａ、１０ｂに取り付けられた一対のエアシリンダ４３
ａ、４３ｂの駆動ロッドに結合して、矢印ｘの方向に伸
縮自在とすれば、上記実施例における搬送管７の迅速な
所定距離の移動はこれにより行うことができるのは明ら
かである。なお、上記実施例と同様にエアシリンダ４３
ａ、４３ｂを電磁ソレノイドに変更してもよい。

【００２４】図８は更に移動機構の他例を示すものであ
り、本他例では生成室１の側壁部１ａに設けられる軸シ
ール４１に図７と同様に搬送管７が挿通されているが、
生成室１の外方に設けた、例えばステップモータにより
搬送管７を図において垂直方向に関し、例えば時計方向
に所定角度α迅速に回動させるようにしても、その搬送
管７の開口７ａはその直下方にあるガス流から水平方向
において充分遠ざかるので、ガス流の膜形成室への搬送
を確実に抑止することができる。なお、図１及び図２に
対応する部分については同一の符号を付すものとする。

【００２５】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２６】例えば以上の実施例ではるつぼ３から蒸発
する超微粒子が搬送管７に導入され、これを通って膜形
成室に超微粒子が搬送されるのを抑止するために搬送管
７を生成室１内において所定距離迅速に所定方向に移動
させるようにしたが、これに代えて搬送管７の方が停止
したままであり、これに対向するるつぼ３を相対的に上
記所定距離及び上記所定方向に迅速に移動させるように
してもよい。この場合には上記実施例においてはるつぼ
３は抵抗加熱でありこれに電極５ａ、５ｂが接続されて
いたが、この電極５ａ、５ｂは生成室１の側壁部１ａ、
１ｂを摺動自在に挿通している構成とすれば、生成室１
の外方に設けた図７及び図８で示したような移動機構に
より、移動させるようにしても搬送管７による膜形成室
への超微粒子の搬送を抑止できることは明らかである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明のガスデポジシ
ョン装置によれば、搬送管の一部に電磁弁を設けなくて
も確実に膜形成室内における基板に超微粒子を噴出させ
て膜形成をしているときに直ちにこの膜形成を抑止する
ことができる。よって、電磁弁を用いて搬送管内の超微
粒子ガスのノズルからの噴出を停止させるときに生じた
種々の不都合を確実に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による要部の拡大正面図であ
る。

【図２】図１における［２］−［２］線方向の拡大断面
図である。

【図３】生成室内における搬送ガスの圧力やるつぼの加
熱条件などを変更した場合の超微粒子ガスの分布状況を
示す拡大断面図である。

【図４】他条件におけるガス流の状況を示す拡大断面図
である。

【図５】各条件を変更した場合のガス流の分布状況を示
す拡大断面図である。

【図６】上記実施例における搬送管の移動機構の変形例
の一部を示す拡大断面図である。

【図７】同移動機構の具体例を示す拡大断面図である。

【図８】同移動機構の他具体例を示す拡大断面図であ
る。

【図９】従来のガスデポジション装置の概略正面図であ
る。

【符号の説明】

３ るつぼ ７ 搬送管 ７ａ 開口 ２３ 取付部材 ２４ 駆動ロッド ２５ 電磁ソレノイド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発源及びこの上方に位置させて搬送管
   の開口部を内蔵する超微粒子生成室と、前記搬送管の他
   開口部に結合されたノズル及びこれに対向して配設され
   る基板を内蔵する膜形成室とから成り、前記蒸発源より
   蒸発する超微粒子を前記超微粒子生成室内へ導入される
   ガスと共に前記搬送管中を搬送し、前記ノズルから噴射
   する超微粒子の膜を前記基板上に形成するようにしたガ
   スデポジション装置において、前記搬送管の開口部より
   上方で、該搬送管とは同心的で、これより大径の吸込管
   を配設し、該吸込管と前記搬送管との間の環状空間を排
   気装置に接続させ前記搬送管の開口部及び前記蒸発源の
   いずれか一方を、水平方向において他方に対し遠ざかる
   ように相対的に所定距離又は所定距離以上、迅速に移動
   させることにより、前記ノズルからの超微粒子の噴射を
   停止させるようにしたことを特徴とするガスデポジショ
   ン装置。