JP4980598B2 - Crystal thin film manufacturing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、水晶薄膜を大気圧下にて製造する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for producing a quartz thin film under atmospheric pressure.

水晶結晶薄膜は、発振子、振動子、あるいは高周波フィルタ用表面弾性波素子などに用いられている。水晶結晶薄膜の製造方法としては、従来より、水熱合成法で得られる水晶単結晶を研磨して薄膜化する方法が知られている。また水晶結晶薄膜を直接的に製造する方法としては、ゾルゲル法、プラズマ化学的気相堆積(CVD)法、スパッタ法、そしてレーザアブレーション法などが知られている。しかしながら、これらの製造方法は、実用的に満足できる水晶結晶薄膜の得率が低い、あるいは大規模な装置と厳しい製造条件の管理が必要である等の問題があり、工業的な水晶結晶薄膜の製造方法としては必ずしも有利なものとは言えない。   Quartz crystal thin films are used for oscillators, vibrators, surface acoustic wave elements for high-frequency filters, and the like. As a method for producing a quartz crystal thin film, a method of polishing a quartz single crystal obtained by a hydrothermal synthesis method to make a thin film is conventionally known. Further, as a method for directly producing a quartz crystal thin film, a sol-gel method, a plasma chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, a laser ablation method and the like are known. However, these production methods have problems such as low yield of crystal crystal thin films that are practically satisfactory, or the necessity of managing large-scale equipment and strict production conditions. It is not necessarily advantageous as a manufacturing method.

特許文献1には、工業的に有利に利用できる水晶結晶薄膜の製造方法として、大気圧気相エピタキシャル成長法が記載されている。大気圧気相エピタキシャル成長法は、真空装置を用いない大気圧下で、反応容器の内部に導入された珪素アルコキシドと酸素とを、好ましくは塩化水素などの反応促進剤の存在下に反応させて、基板上に水晶結晶薄膜をエピタキシャル成長させる方法である。この文献にはさらに、予め基板上にバッファ層(例、水晶薄膜や窒化ガリウム薄膜など)を設けることによって、その上に形成する水晶結晶薄膜の結晶性が向上する旨の記載がある。   Patent Document 1 describes an atmospheric pressure vapor phase epitaxial growth method as a method for producing a quartz crystal thin film that can be advantageously used industrially. In the atmospheric pressure vapor phase epitaxial growth method, the silicon alkoxide and oxygen introduced into the reaction vessel are reacted in the presence of a reaction accelerator such as hydrogen chloride at atmospheric pressure without using a vacuum apparatus, In this method, a quartz crystal thin film is epitaxially grown on a substrate. This document further describes that the crystallinity of the quartz crystal thin film formed thereon is improved by providing a buffer layer (eg, a quartz thin film or a gallium nitride thin film) on the substrate in advance.

非特許文献1には、ATカット面に優先的に配向した水晶結晶薄膜は、これを振動子として用いた場合に振動周波数の温度依存性が低いという優れた利点を有しており、このような水晶結晶薄膜を大気圧気相エピタキシャル成長法により製造する方法が開示されている。具体的には、予め基板上に二層の水晶薄膜をバッファ層として設けると、その上に形成する水晶結晶薄膜をATカット面に優先的に配向させることができるとされている。
特開2002−80296号公報 高橋直行(Naoyuki Takahashi)、他5名,「Rapid Growth of Thick Quartz Films by Catalyst-Enhanced Vapor-Phase Epitaxy under Atmospheric Pressure」,Electrochemical and Solid-State Letters,6(5)C77-C78(2003)
In Non-Patent Document 1, a quartz crystal thin film preferentially oriented on the AT cut surface has an excellent advantage that the temperature dependence of the vibration frequency is low when it is used as a vibrator. A method of manufacturing a simple quartz crystal thin film by atmospheric pressure vapor phase epitaxy is disclosed. Specifically, it is said that when a two-layer crystal thin film is provided as a buffer layer on a substrate in advance, the crystal crystal thin film formed thereon can be preferentially oriented to the AT cut surface.
JP 2002-80296 A Naoyuki Takahashi and five others, “Rapid Growth of Thick Quartz Films by Catalyst-Enhanced Vapor-Phase Epitaxy under Atmospheric Pressure”, Electrochemical and Solid-State Letters, 6 (5) C77-C78 (2003)

上記の大気圧気相エピタキシャル成長法により、基板上に結晶性に優れた水晶結晶薄膜を形成することができる。このように基板上に形成された水晶結晶薄膜は、例えば、基板から剥離されて複数個に分割されたのち、その各々が振動子として用いられる。このため基板上には水晶結晶薄膜をなるべく均一な厚みで形成することが好ましい。   A quartz crystal thin film having excellent crystallinity can be formed on the substrate by the above atmospheric pressure vapor phase epitaxial growth method. The quartz crystal thin film thus formed on the substrate is, for example, peeled from the substrate and divided into a plurality of pieces, and each is used as a vibrator. For this reason, it is preferable to form a quartz crystal thin film on the substrate with as uniform a thickness as possible.

本発明の目的は、水晶結晶薄膜、特にATカット面に優先的に配向した水晶結晶薄膜を均一な厚みで製造するために有利に用いることができる水晶薄膜の製造装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a quartz crystal thin film manufacturing apparatus that can be advantageously used to manufacture a quartz crystal thin film, particularly a quartz crystal thin film preferentially oriented to an AT cut surface, with a uniform thickness.

本発明は、排気口を備えた反応容器、反応容器内に装着された基板ホルダ、反応容器内に酸素含有気体を供給する、基板ホルダに支持される基板の表面もしくは該基板表面を含む平面上の基板の周囲の領域に間隔を介して先端開口部が向けられて配置されている酸素含有気体供給管、反応容器内に珪素アルコキシドを含有する気体を供給する珪素アルコキシド含有気体供給口、そして反応容器内に反応促進剤を含む気体を供給する反応促進剤供給口を含み、珪素アルコキシド含有気体供給口と反応促進剤供給口のそれぞれが基板ホルダの装着位置に対して反応容器内の同一の端部側にて開口している、水晶薄膜を大気圧下で製造するための装置であって、
該反応容器が水平方向に配置された筒状の反応容器であり、そして
該筒状反応容器には、珪素アルコキシド含有気体供給口と反応促進剤供給口のそれぞれの開口部と基板ホルダの装着位置との間を開口部を備えた壁体により仕切った、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤とを酸素含有気体との接触に先立って混合するための混合室が形成されていることを特徴とする水晶薄膜製造装置にある。
The present invention relates to a reaction vessel provided with an exhaust port, a substrate holder mounted in the reaction vessel, a surface of a substrate supported by the substrate holder that supplies an oxygen-containing gas into the reaction vessel, or a plane including the substrate surface. An oxygen-containing gas supply pipe arranged with a tip opening directed toward a region around the substrate of the substrate, a silicon alkoxide-containing gas supply port for supplying a gas containing silicon alkoxide into the reaction vessel, and a reaction A reaction accelerator supply port for supplying a gas containing a reaction accelerator in the container, and each of the silicon alkoxide-containing gas supply port and the reaction accelerator supply port has the same end in the reaction container with respect to the mounting position of the substrate holder. An apparatus for producing a quartz thin film under atmospheric pressure that is open on the part side,
The reaction vessel is a cylindrical reaction vessel arranged horizontally, and
The cylindrical reaction vessel includes a silicon alkoxide-containing gas in which the openings between the silicon alkoxide-containing gas supply port and the reaction accelerator supply port and the mounting position of the substrate holder are partitioned by a wall having an opening. In the quartz thin film manufacturing apparatus, a mixing chamber is formed for mixing the reaction accelerator and the reaction accelerator prior to contact with the oxygen-containing gas .

本発明の水晶薄膜製造装置の好ましい態様は、次の通りである。
(1)反応容器が筒体であって、この筒体の外側に加熱具が配設されている。
(2)加熱具が、筒体の長手方向に沿って複数の加熱ユニットに分割されていて、各加熱ユニットの加熱条件が互いに独立に制御される。
(3)混合室の開口部、酸素含有気体の気体供給管の先端開口部及び基板ホルダを挟んで互いに間隔をあけて反応容器の内側に配置されている、各々が気体を流通させる透孔を備えた一対の隔壁が備えられている。
(4)酸素含有気体の気体供給管の先端開口部が、基板ホルダに対して混合室の開口部よりも近接した位置に備えられている。
(5)反応容器内に、内側表面が気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料から形成されている筒状遮蔽体が着脱可能に装着され、この筒状遮蔽体の内側に上記基板ホルダが備えられている。
(6)気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料が、酸化アルミニウム、炭化珪素又は四窒化三珪素である。
(7)筒状遮蔽体の内側に酸素含有気体の気体供給管の先端開口部が配置されている。
(8)酸素含有気体の気体供給管が、気体供給管本体と気体供給管本体の先端に着脱可能に装着されている先端開口ユニットとからなる。
(9)珪素アルコキシド含有気体の供給口が、先端が混合室の内部に届く気体供給管として形成されている。
(10)珪素アルコキシド含有気体の気体供給管が、気体供給管本体と気体供給管本体の先端に着脱可能に装着されている先端開口ユニットとからなる。
(11)反応促進剤が塩化水素もしくはアンモニアである。
(12)反応容器が、全ての気体供給口及び気体供給管を一方の端部に備え、他方の端部に開口部を有する筒状容器と、排気口を有し、筒状容器の開口部に着脱可能に装着されている蓋部とからなる筒体である。
(13)筒状容器が水平方向に配置され、基板ホルダが筒状容器の壁面に対して斜め方向に基板を支持するように配置されている。
The preferable aspect of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention is as follows.
(1) The reaction vessel is a cylinder, and a heating tool is disposed outside the cylinder.
(2) The heating tool is divided into a plurality of heating units along the longitudinal direction of the cylinder, and the heating conditions of each heating unit are controlled independently of each other.
(3) Openings in the mixing chamber, tip openings in the gas supply pipe for oxygen-containing gas, and substrate holders are arranged inside the reaction vessel with a space between each other, and each has a through-hole through which gas flows. A pair of provided partition walls is provided.
(4) The front end opening of the gas supply pipe for the oxygen-containing gas is provided at a position closer to the substrate holder than the opening of the mixing chamber.
(5) A cylindrical shield having an inner surface made of a material inert to silicon oxide in a gas phase is detachably mounted in the reaction vessel, and the above-mentioned inside the cylindrical shield is A substrate holder is provided.
(6) The material inert to the silicon oxide in the gas phase is aluminum oxide, silicon carbide, or trisilicon tetranitride.
(7) The front end opening of the gas supply pipe for the oxygen-containing gas is disposed inside the cylindrical shield.
(8) A gas supply pipe of oxygen-containing gas includes a gas supply pipe main body and a tip opening unit that is detachably attached to the tip of the gas supply pipe main body.
(9) The supply port for the silicon alkoxide-containing gas is formed as a gas supply pipe whose tip reaches the inside of the mixing chamber.
(10) The gas supply pipe for the silicon alkoxide-containing gas includes a gas supply pipe main body and a tip opening unit that is detachably attached to the tip of the gas supply pipe main body.
(11) The reaction accelerator is hydrogen chloride or ammonia.
(12) The reaction vessel has all the gas supply ports and gas supply pipes at one end, and has a cylindrical container having an opening at the other end and an exhaust port, and the opening of the cylindrical container It is the cylinder which consists of a cover part with which the attachment or detachment was carried out.
(13) The cylindrical container is disposed in the horizontal direction, and the substrate holder is disposed so as to support the substrate in an oblique direction with respect to the wall surface of the cylindrical container.

本発明の水晶薄膜製造装置では、珪素アルコキシドを含有する気体と、水晶薄膜の成長を促進する反応促進剤(塩化水素やアンモニア等)を含有する気体とを反応容器内に設けられた混合室内で予め混合したのちに基板表面に供給するため、珪素アルコキシドに対する反応促進剤の添加量が基板表面近傍にて均一になる。従って、本発明の水晶薄膜製造装置を用いて、上記のようにして反応促進剤と共に基板表面に供給された珪素アルコキシドと、酸素とを均一雰囲気にて接触させて反応させることにより、基板上に均一性の高い厚みの水晶薄膜を形成することができる。   In the quartz thin film manufacturing apparatus of the present invention, a gas containing silicon alkoxide and a gas containing a reaction accelerator (hydrogen chloride, ammonia, etc.) for promoting the growth of the quartz thin film are mixed in a mixing chamber provided in the reaction vessel. Since it is supplied to the substrate surface after being mixed in advance, the amount of the reaction accelerator added to the silicon alkoxide becomes uniform in the vicinity of the substrate surface. Therefore, by using the quartz thin film manufacturing apparatus of the present invention, the silicon alkoxide supplied to the substrate surface together with the reaction accelerator as described above and oxygen are brought into contact with each other in a uniform atmosphere to cause a reaction on the substrate. A quartz thin film having a highly uniform thickness can be formed.

そして、本発明の水晶薄膜製造装置は、例えば、珪素アルコキシド及び酸素の各々の供給量の調節、珪素アルコキシドと酸素との接触位置(すなわちこれらの原料ガスの反応による水晶の生成位置)の調節、あるいは反応容器の外側に配設された加熱具による反応容器内の温度の調節によって、得られる水晶薄膜の結晶性を容易に調節することができる。このように水晶薄膜の結晶性を調節して、例えば、上記特許文献1の記載内容に従って基板上に非晶質の水晶薄膜からなるバッファ層を形成すると、このバッファ層の上に結晶性に優れる水晶結晶薄膜を均一な厚みで形成することができ、また上記非特許文献1の記載内容に従って基板上に各々水晶薄膜からなる二層のバッファ層(具体的には、上側のバッファ層として用いる水晶薄膜の結晶性は、下側のバッファ層として用いる水晶薄膜の結晶性よりも高くなるように各々のバッファ層の結晶性が調整される)を形成すると、これらのバッファ層の上にATカット面に優先的に配向した水晶結晶薄膜を均一な厚みで形成することができる。   And the quartz crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention is, for example, adjusting the supply amount of each of silicon alkoxide and oxygen, adjusting the contact position between silicon alkoxide and oxygen (that is, the production position of crystal by reaction of these raw material gases), Alternatively, the crystallinity of the obtained crystal thin film can be easily adjusted by adjusting the temperature in the reaction vessel with a heating tool arranged outside the reaction vessel. Thus, by adjusting the crystallinity of the quartz thin film, for example, when a buffer layer made of an amorphous quartz thin film is formed on the substrate in accordance with the description in Patent Document 1, the crystallinity is excellent on the buffer layer. A quartz crystal thin film can be formed with a uniform thickness, and two buffer layers each made of a quartz thin film (specifically, a quartz crystal used as an upper buffer layer) are formed on a substrate in accordance with the contents of Non-Patent Document 1. When the crystallinity of each buffer layer is adjusted so that the crystallinity of the thin film is higher than the crystallinity of the crystal thin film used as the lower buffer layer, the AT cut surface is formed on these buffer layers. Thus, it is possible to form a quartz crystal thin film with a uniform thickness.

このように、本発明の水晶薄膜製造装置は、水晶結晶薄膜、特にATカット面に優先的に配向した水晶結晶薄膜を均一な厚みで製造するために有利に用いることができる。   Thus, the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention can be advantageously used to manufacture a crystal crystal thin film, particularly a crystal crystal thin film preferentially oriented on the AT cut surface, with a uniform thickness.

本発明の水晶薄膜製造装置を、添付の図面を用いて説明する。図1は、本発明の水晶薄膜製造装置の構成例と、この水晶薄膜製造装置10への原料ガスの供給方法を示す図である。そして図2は、図1に示す水晶薄膜製造装置10の断面図である。   The crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a crystal thin film manufacturing apparatus according to the present invention and a method of supplying a raw material gas to the crystal thin film manufacturing apparatus 10. 2 is a cross-sectional view of the quartz crystal thin film manufacturing apparatus 10 shown in FIG.

図1及び図2に示す水晶薄膜製造装置10は、排気口11を備えた反応容器12、反応容器12の内部に装着された基板ホルダ13、反応容器12の内部に酸素含有気体を供給する、基板ホルダ13に支持される基板14の表面に間隔を介して先端開口部が向けられて配置されている気体供給管22、反応容器12の内部に珪素アルコキシドを含有する気体を供給する供給口71、反応容器12の内部に反応促進剤を含む気体を供給する供給口73、および各気体供給口側の反応容器12の端部と上記基板14の設置位置との間に設けられ、基板14の表面に向いた開口部82aを有する、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体との混合室80などから構成されている。   The crystal thin film manufacturing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 supplies a reaction vessel 12 having an exhaust port 11, a substrate holder 13 mounted in the reaction vessel 12, and an oxygen-containing gas into the reaction vessel 12. A gas supply pipe 22 arranged with a front end opening facing the surface of the substrate 14 supported by the substrate holder 13 with a space therebetween, and a supply port 71 for supplying a gas containing silicon alkoxide into the reaction vessel 12 A supply port 73 for supplying a gas containing a reaction accelerator into the reaction vessel 12 and between the end of the reaction vessel 12 on each gas supply port side and the installation position of the substrate 14. It comprises a mixing chamber 80 of a silicon alkoxide-containing gas and a reaction accelerator-containing gas having an opening 82a facing the surface.

酸素含有気体の気体供給管は、基板ホルダ13に支持される基板14の表面を含む平面上の基板14の周囲の領域に間隔を介して先端開口部が(基板14の表面の側から)向けられて配置されていてもよい。なお、本明細書において「基板表面を含む平面上の基板の周囲の領域」とは、基板表面を含む平面上において、基板表面の縁部から、基板の直径(基板が円形でない場合には、基板に外接する円の直径)の二分の一以内の距離の範囲内にある領域を意味する。   The gas supply pipe of the oxygen-containing gas has a tip opening portion (from the surface side of the substrate 14) directed to a region around the substrate 14 on a plane including the surface of the substrate 14 supported by the substrate holder 13 with a space therebetween. May be arranged. In this specification, the “region around the substrate on the plane including the substrate surface” refers to the diameter of the substrate from the edge of the substrate surface on the plane including the substrate surface (if the substrate is not circular, It means an area within a distance within a half of the diameter of a circle circumscribing the substrate.

混合室80は、反応容器12の内部を、壁体81と、開口部82aを有する壁体82とで区画することにより構成されている。図1及び図2に示す水晶薄膜製造装置10の場合には、珪素アルコキシド含有気体の供給口71は、先端が混合室80の内部に届く気体供給管21として形成されている。すなわち、供給口71から反応容器内に供給された珪素アルコキシド含有気体は、気体供給管21を通って混合室80の内部に供給される。一方、反応容器12の供給口73から供給された反応促進剤を含有する気体は、後に説明する隔壁91の透孔91a、そして壁体81が備える透孔81aを通って混合室80の内部に供給される。   The mixing chamber 80 is configured by dividing the interior of the reaction vessel 12 by a wall body 81 and a wall body 82 having an opening 82a. In the case of the crystal thin film manufacturing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2, the silicon alkoxide-containing gas supply port 71 is formed as a gas supply pipe 21 whose tip reaches the inside of the mixing chamber 80. That is, the silicon alkoxide-containing gas supplied from the supply port 71 into the reaction vessel is supplied into the mixing chamber 80 through the gas supply pipe 21. On the other hand, the gas containing the reaction accelerator supplied from the supply port 73 of the reaction vessel 12 passes through the through hole 91a of the partition wall 91 described later and the through hole 81a provided in the wall body 81 and enters the inside of the mixing chamber 80. Supplied.

図3及び図4は、図2に示す壁体81及び壁体82のそれぞれを図の左側から見た図である。図3に示すように、壁体81には、珪素アルコキシド含有気体の気体供給管21、酸素含有気体の気体供給管22、供給口73から反応容器内に供給される反応促進剤含有気体、そして供給口74から反応容器内に供給される、反応容器内の気体の濃度を調節するための希釈ガスが通る透孔81aが形成されている。そして図4に示すように、壁体82には、酸素含有気体の気体供給管22、そして混合室80の内部で混合された珪素アルコキシド含有気体、反応促進剤含有気体及び希釈ガスが通る開口部82aが形成されている。壁体81、82のそれぞれは、例えば、石英ガラスから形成される。   3 and 4 are views of the wall body 81 and the wall body 82 shown in FIG. 2 as viewed from the left side of the drawing. As shown in FIG. 3, the wall 81 includes a gas supply pipe 21 containing a silicon alkoxide-containing gas, a gas supply pipe 22 containing an oxygen-containing gas, a reaction accelerator-containing gas supplied from a supply port 73 into the reaction vessel, and A through-hole 81a is formed through which dilution gas supplied from the supply port 74 into the reaction vessel for adjusting the concentration of the gas in the reaction vessel passes. As shown in FIG. 4, the wall 82 includes an oxygen-containing gas supply pipe 22, and an opening through which the silicon alkoxide-containing gas, reaction accelerator-containing gas, and dilution gas mixed in the mixing chamber 80 pass. 82a is formed. Each of the wall bodies 81 and 82 is made of, for example, quartz glass.

水晶薄膜製造装置10では、供給口71から反応容器内に供給される珪素アルコキシド(珪素アルコキシドの蒸気)を含有する気体と、供給口73から反応容器内に供給される反応促進剤を含有する気体とを混合室80の内部で予め混合したのちに開口部82aを通って基板表面に供給されるため、珪素アルコキシドに対する反応促進剤の添加量が基板表面近傍において均一になる。従って、本発明の水晶薄膜製造装置10を用いて、上記のようにして反応促進剤と共に基板表面に供給された珪素アルコキシドと、酸素とを大気圧下の均一な雰囲気にて接触させて反応させることにより、基板上に均一性の高い厚みの水晶薄膜を形成することができる。なお、本明細書において、大気圧とは、大気圧のみならず、大気圧に近い圧力(大気圧の二倍以内で、1/2以上の圧力)をも意味する。   In the crystal thin film manufacturing apparatus 10, a gas containing silicon alkoxide (silicon alkoxide vapor) supplied from the supply port 71 into the reaction vessel and a gas containing a reaction accelerator supplied from the supply port 73 into the reaction vessel. Are mixed in advance in the mixing chamber 80 and then supplied to the substrate surface through the opening 82a, so that the addition amount of the reaction accelerator to the silicon alkoxide becomes uniform in the vicinity of the substrate surface. Therefore, by using the quartz crystal thin film manufacturing apparatus 10 of the present invention, the silicon alkoxide supplied to the substrate surface together with the reaction accelerator as described above is brought into contact with oxygen in a uniform atmosphere under atmospheric pressure to cause a reaction. As a result, a crystal thin film having a highly uniform thickness can be formed on the substrate. In this specification, atmospheric pressure means not only atmospheric pressure, but also pressure close to atmospheric pressure (within twice the atmospheric pressure and a pressure of 1/2 or more).

珪素アルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、あるいはこれらの任意の組み合わせの混合物が用いられる。また、酸素は、オゾン、一酸化二窒素、あるいは水などの酸素供給源であってもよい。   As the silicon alkoxide, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, or a mixture of any combination thereof is used. The oxygen may be an oxygen supply source such as ozone, dinitrogen monoxide, or water.

反応促進剤としては、例えば、塩化水素が用いられる。塩化水素は、珪素アルコキシド中の珪素と酸素との結合を切断して、珪素アルコキシドと、気体供給管22の先端開口部から供給される酸素含有ガスとの反応(珪素アルコキシドの酸化)を促進させ、水晶薄膜の成膜速度を増加させると理解される。反応促進剤の例としては、上記の塩化水素に代表される酸性ガス、およびアンモニアに代表される塩基性ガスが挙げられる。   As the reaction accelerator, for example, hydrogen chloride is used. Hydrogen chloride cuts the bond between silicon and oxygen in the silicon alkoxide, and promotes the reaction (oxidation of silicon alkoxide) between the silicon alkoxide and the oxygen-containing gas supplied from the tip opening of the gas supply pipe 22. It is understood to increase the deposition rate of the quartz thin film. Examples of the reaction accelerator include an acidic gas typified by hydrogen chloride and a basic gas typified by ammonia.

水晶薄膜製造装置10においては、珪素アルコキシドと酸素とを接触させて反応させる直前に、反応容器12の内部に設けられた混合室80にて珪素アルコキシドと反応促進剤とを混合している。これは反応容器12の外部にて、予め珪素アルコキシドと反応促進剤とを混合すると、この混合気体を反応容器内に供給する気体供給管の内部に珪素アルコキシドの分解物あるいは酸化物と推測される化合物が付着して、気体供給管が詰まる場合があるからである。   In the crystal thin film manufacturing apparatus 10, the silicon alkoxide and the reaction accelerator are mixed in the mixing chamber 80 provided in the reaction vessel 12 immediately before the silicon alkoxide and oxygen are brought into contact with each other to be reacted. This is presumed to be a decomposition product or oxide of silicon alkoxide in the gas supply pipe for supplying this mixed gas into the reaction vessel when silicon alkoxide and reaction accelerator are mixed in advance outside the reaction vessel 12. This is because the compound may adhere and the gas supply pipe may be clogged.

供給口74から反応容器に供給される希釈ガスの例としては、窒素、およびアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスが挙げられる。   Examples of the dilution gas supplied from the supply port 74 to the reaction vessel include nitrogen and an inert gas such as argon or helium.

珪素アルコキシド、酸素、反応促進剤、および希釈ガスのそれぞれは、例えば、次のようにして反応容器12の内部に供給される。   Each of the silicon alkoxide, oxygen, reaction accelerator, and diluent gas is supplied into the reaction vessel 12 as follows, for example.

珪素アルコキシド、例えば、テトラエトキシシラン(図1には「TEOS」と記載してある)は、常温では液体であり気化器19の内部に入れられる。気化器19に入れたテトラエトキシシランは、加熱具36を作動させることにより熱せられて気化し、そして供給口71を通って反応容器12の内部に供給される。図2に示すように水晶薄膜製造装置10の場合には、珪素アルコキシド含有気体の供給口71は、先端が混合室80の内部に届く気体供給管21として形成されおり、供給口71から反応容器内に供給された珪素アルコキシド含有気体は、気体供給管21を通って混合室80の内部に供給される。加熱具36としては、例えば、高周波誘導加熱ヒータや抵抗加熱ヒータが用いられる。気化器19に入れたテトラエトキシシランを一定の温度(例えば、70℃)に保つため、加熱具36には制御装置46が備えられている。   Silicon alkoxide, for example, tetraethoxysilane (denoted as “TEOS” in FIG. 1) is liquid at room temperature and is placed inside the vaporizer 19. The tetraethoxysilane put in the vaporizer 19 is heated and vaporized by operating the heater 36, and is supplied to the inside of the reaction vessel 12 through the supply port 71. As shown in FIG. 2, in the case of the quartz crystal thin film manufacturing apparatus 10, the supply port 71 of the silicon alkoxide-containing gas is formed as a gas supply pipe 21 whose tip reaches the inside of the mixing chamber 80. The silicon alkoxide-containing gas supplied inside is supplied into the mixing chamber 80 through the gas supply pipe 21. As the heater 36, for example, a high frequency induction heater or a resistance heater is used. In order to keep the tetraethoxysilane contained in the vaporizer 19 at a constant temperature (for example, 70 ° C.), the heater 36 is provided with a control device 46.

テトラエトキシシランは、通常、キャリアガスとして用いる窒素(N2 )と共に反応容器12の内部に供給される。キャリアガスを用いることにより、テトラエトキシシランを効率良く且つ正確な流量で反応容器12の内部に供給できるからである。キャリアガスの例としては、上記の窒素の他に、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスが挙げられる。 Tetraethoxysilane is usually supplied into the reaction vessel 12 together with nitrogen (N 2 ) used as a carrier gas. This is because by using the carrier gas, tetraethoxysilane can be efficiently and accurately supplied into the reaction vessel 12. Examples of the carrier gas include inert gases such as argon and helium in addition to the above nitrogen.

テトラエトキシシランのキャリアガスとして用いる窒素は、ガスボンベ51cから手動式バルブ52c、空気作動式バルブ54c、そしてマスフローコントローラ55cを通って気化器19に供給され、気化器にて気化したテトラエトキシシランと共に供給口71を通って反応容器12の内部に供給される。気化器19に供給される窒素の流量は、マスフローコントローラ55cによって制御される。また空気作動式バルブ54cの開閉により、キャリアガスとして用いる窒素の気化器19への供給を開始あるいは停止することができる。圧力センサ53cは、ガスボンベ51cに入れた窒素の残量を確認するために用いられる。   Nitrogen used as a carrier gas for tetraethoxysilane is supplied from the gas cylinder 51c to the vaporizer 19 through the manual valve 52c, the air operated valve 54c, and the mass flow controller 55c, and is supplied together with the tetraethoxysilane vaporized in the vaporizer. It is supplied into the reaction vessel 12 through the port 71. The flow rate of nitrogen supplied to the vaporizer 19 is controlled by the mass flow controller 55c. Further, the supply of nitrogen used as a carrier gas to the vaporizer 19 can be started or stopped by opening and closing the air operated valve 54c. The pressure sensor 53c is used for checking the remaining amount of nitrogen put in the gas cylinder 51c.

酸素(O2 )は、ガスボンベ51bから手動式バルブ52b、空気作動式バルブ54b、マスフローコントローラ55b、そして供給口72を通って反応容器12の内部に供給される。供給口72は、反応容器12の内部にまで伸びる気体供給管22として形成されており、この気体供給管22の先端開口部は、基板ホルダ13に支持される基板14の表面(あるいは基板14の表面を含む平面上の基板14の周囲の領域)に間隔を介して向けられる。酸素の流量は、マスフローコントローラ55bによって制御される。また空気作動式バルブ54bの開閉により、反応容器12への酸素の供給を開始あるいは停止することができる。圧力センサ53bは、ガスボンベ51bに入れた酸素の残量を確認するために用いられる。 Oxygen (O 2 ) is supplied from the gas cylinder 51 b to the inside of the reaction vessel 12 through the manual valve 52 b, the air operated valve 54 b, the mass flow controller 55 b, and the supply port 72. The supply port 72 is formed as a gas supply pipe 22 extending to the inside of the reaction vessel 12, and the front end opening of the gas supply pipe 22 is the surface of the substrate 14 supported by the substrate holder 13 (or the substrate 14). A region surrounding the substrate 14 on a plane including the surface). The flow rate of oxygen is controlled by the mass flow controller 55b. Further, the supply of oxygen to the reaction vessel 12 can be started or stopped by opening / closing the air operated valve 54b. The pressure sensor 53b is used to check the remaining amount of oxygen in the gas cylinder 51b.

酸素は、上記のテトラエトキシシランを供給する場合と同様に、通常、キャリアガスとして用いる窒素と共に反応容器12の内部に供給される。酸素のキャリアガスとして用いる窒素は、ガスボンベ51cから手動式バルブ52c、空気作動式バルブ54d、そしてマスフローコントローラ55eを通ったのちに酸素と混合され、そして酸素と共に気体供給管22を通って反応容器12の内部に供給される。酸素のキャリアガスとして用いる窒素の流量は、マスフローコントローラ55eにより制御される。また空気作動式バルブ54dの開閉により、酸素のキャリアガスとして用いる窒素の供給を開始あるいは停止することができる。   As in the case of supplying the above tetraethoxysilane, oxygen is usually supplied into the reaction vessel 12 together with nitrogen used as a carrier gas. Nitrogen used as a carrier gas for oxygen is mixed with oxygen after passing through a gas cylinder 51c, a manual valve 52c, an air-operated valve 54d, and a mass flow controller 55e. Supplied inside. The flow rate of nitrogen used as the oxygen carrier gas is controlled by the mass flow controller 55e. The supply of nitrogen used as an oxygen carrier gas can be started or stopped by opening / closing the air operated valve 54d.

反応促進剤として用いる塩化水素(HCl)は、例えば、キャリアガスとして用いる窒素に5体積%の割合で塩化水素が混合された混合ガスとして、ガスボンベ51aから手動式バルブ52a、空気作動式バルブ54a、マスフローコントローラ55a、そして供給口73を通って反応容器12の内部に供給される。反応容器12の内部に供給された塩化水素と窒素との混合ガスは、後に説明する隔壁91の透孔91a、そして壁体81の透孔81aを通って混合室80の内部に供給される。塩化水素と窒素との混合ガスの流量は、マスフローコントローラ55aによって制御される。また空気作動式バルブ54aの開閉により、塩化水素と窒素との混合ガスの反応容器12への供給を開始あるいは停止することができる。圧力センサ53aは、ガスボンベ51aに入れた混合ガスの残量を確認するために用いられる。   Hydrogen chloride (HCl) used as a reaction accelerator is, for example, a mixed valve in which hydrogen chloride is mixed with nitrogen used as a carrier gas at a ratio of 5% by volume from a gas cylinder 51a to a manual valve 52a, an air operated valve 54a, It is supplied into the reaction vessel 12 through the mass flow controller 55 a and the supply port 73. The mixed gas of hydrogen chloride and nitrogen supplied to the inside of the reaction vessel 12 is supplied to the inside of the mixing chamber 80 through a through hole 91a of the partition wall 91 and a through hole 81a of the wall body 81 which will be described later. The flow rate of the mixed gas of hydrogen chloride and nitrogen is controlled by the mass flow controller 55a. Further, the supply of the mixed gas of hydrogen chloride and nitrogen to the reaction vessel 12 can be started or stopped by opening and closing the air operated valve 54a. The pressure sensor 53a is used for confirming the remaining amount of the mixed gas put in the gas cylinder 51a.

反応容器12の内部の気体の濃度を調節する希釈ガスとして用いる窒素は、例えば、ガスボンベ51cから手動式バルブ52c、空気作動式バルブ54d、マスフローコントローラ55d、そして供給口74を通って反応容器12の内部に供給される。希釈ガスとして用いる窒素の流量は、マスフローコントローラ55dによって制御される。また空気作動式バルブ54dの開閉により、希釈ガスとして用いる窒素の反応容器12への供給を開始あるいは停止することができる。   Nitrogen used as a diluent gas for adjusting the gas concentration inside the reaction vessel 12 is, for example, from the gas cylinder 51c through the manual valve 52c, the air operated valve 54d, the mass flow controller 55d, and the supply port 74. Supplied inside. The flow rate of nitrogen used as the dilution gas is controlled by the mass flow controller 55d. The supply of nitrogen used as a dilution gas to the reaction vessel 12 can be started or stopped by opening / closing the air operated valve 54d.

このようにして反応容器12の内部に供給された珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とは、混合室80の内部にて均一性の高い混合気体となる。   Thus, the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas supplied into the reaction vessel 12 become a highly uniform mixed gas inside the mixing chamber 80.

図2に示すように、混合室80の内部に珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管21は、気体供給管本体21aと気体供給管本体21aの先端に着脱可能に装着されている先端開口ユニット21bとから構成されていることが好ましい。図2に示すように、先端開口ユニット21bは屈曲していて、混合室内の気体に図2の紙面において時計回りの流れが生じるために、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とが均一に混合される。この先端開口ユニット21bを別の構成のものと交換することにより、気体供給管21aの先端開口部の位置あるいは先端開口部の向きを調節して、混合室80の内部における珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体との混合状態を調節することができるようになる。   As shown in FIG. 2, the gas supply pipe 21 that supplies the silicon alkoxide-containing gas into the mixing chamber 80 is detachably attached to the gas supply pipe main body 21 a and the gas supply pipe main body 21 a at the distal end. 21b. As shown in FIG. 2, the tip opening unit 21b is bent, and a clockwise flow occurs in the gas in the mixing chamber on the paper surface of FIG. 2, so that the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas are uniform. Mixed. By exchanging the tip opening unit 21b with another one, the position of the tip opening or the direction of the tip opening of the gas supply pipe 21a is adjusted to react with the silicon alkoxide-containing gas inside the mixing chamber 80. The mixing state with the accelerator-containing gas can be adjusted.

図5は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管の別の構成例を説明する図である。図5に示す気体供給管21の構成は、先端開口ユニット21cの直径が先端開口部の側に向かうにつれて大きく設定されていること以外は図2に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21cを用いることにより、珪素アルコキシド含有気体を反応促進剤含有気体中に拡散させることができるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを、図2に示す先端開口ユニット21bを用いる場合よりも均一に混合することができる。   FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas in the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 5 is the same as that of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 2 except that the diameter of the tip opening unit 21c is set larger as it goes toward the tip opening. Since the silicon alkoxide-containing gas can be diffused into the reaction accelerator-containing gas by using the tip opening unit 21c, the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas are converted into the tip opening unit 21b shown in FIG. It can mix more uniformly than the case where it uses.

図6は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図6に示す気体供給管21の構成は、先端開口ユニット21dの先端開口部が複数の透孔として形成されていること以外は図5に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21dを用いることにより、珪素アルコキシド含有気体を複数の透孔から流れ出る細い気流の状態にて反応促進剤含有気体と接触させることができるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを、図5に示す先端開口ユニット21cを用いる場合よりも短時間で均一に混合することができる。   FIG. 6 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 6 is the same as that of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 5 except that the tip opening of the tip opening unit 21d is formed as a plurality of through holes. By using the tip opening unit 21d, the silicon alkoxide-containing gas can be brought into contact with the reaction accelerator-containing gas in the state of a thin airflow flowing out from the plurality of through holes. Therefore, the silicon alkoxide-containing gas, the reaction accelerator-containing gas, Can be uniformly mixed in a shorter time than when the tip opening unit 21c shown in FIG. 5 is used.

図7は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図7に示す気体供給管21の構成は、先端開口ユニット21eの先端開口部が下方に向けられていること以外は図5に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21eを用いることにより、上記の混合室内における時計回りの気体の流れがより円滑になるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを、図5に示す先端開口ユニット21cを用いる場合よりも均一に混合することができる。   FIG. 7 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 7 is the same as that of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 5 except that the tip opening of the tip opening unit 21e is directed downward. Since the gas flow in the clockwise direction in the mixing chamber becomes smoother by using the tip opening unit 21e, the tip opening unit 21c shown in FIG. 5 is used for the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas. It is possible to mix more uniformly than in the case.

図8は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図8に示す気体供給管21の構成は、先端開口ユニット21fの先端開口部が下方に向けられていること以外は図6に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21fを用いることにより、上記の混合室内における時計回りの気体の流れがより円滑になるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを、図6に示す先端開口ユニット21dを用いる場合よりも均一に混合することができる。   FIG. 8 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 8 is the same as that of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 6 except that the tip opening of the tip opening unit 21f is directed downward. By using the tip opening unit 21f, the gas flow in the clockwise direction in the mixing chamber becomes smoother. Therefore, the tip opening unit 21d shown in FIG. 6 is used for the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas. It is possible to mix more uniformly than in the case.

図9は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図9に示す気体供給管21の構成は、先端開口ユニット21gがU字形に湾曲していること以外は図7に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21gを用いることにより、上記の混合室内における時計回りの気体の流れがより円滑になるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを、図7に示す先端開口ユニット21eを用いる場合よりも均一に混合することができる。   FIG. 9 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas in the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 9 is the same as that of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 7 except that the tip opening unit 21g is curved in a U shape. By using the tip opening unit 21g, the gas flow in the clockwise direction in the mixing chamber becomes smoother, so that the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas are used as the tip opening unit 21e shown in FIG. It is possible to mix more uniformly than in the case.

図10は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図10に示す気体供給管21の構成は、先端開口ユニット21hがU字形に湾曲していること以外は図8に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21hを用いることにより、上記の混合室内における時計回りの気体の流れがより円滑になるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを図8に示す先端開口ユニット21fを用いる場合よりも均一に混合することができる。   FIG. 10 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 10 is the same as that of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 8 except that the tip opening unit 21h is curved in a U shape. By using the tip opening unit 21h, the gas flow in the clockwise direction in the mixing chamber becomes smoother. Therefore, when the tip opening unit 21f shown in FIG. 8 is used for the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas. Can be mixed more uniformly.

図11は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図11に示す気体供給管21は、気体供給管本体21aと同軸に配置された直管状の先端開口ユニット21iを備えている。直管状の先端開口ユニットを用いる場合には、図11に示すように気体供給管本体21aの長さを短く設定して、気体供給管21の先端開口部と混合室80の開口部82aとの間隔を長くすることにより、気体供給管21の先端開口部から混合室の内部に供給された珪素アルコキシド含有気体を反応促進剤含有気体中に拡散させることができるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを均一に混合することができる。   FIG. 11 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The gas supply pipe 21 shown in FIG. 11 includes a straight tubular tip opening unit 21i arranged coaxially with the gas supply pipe main body 21a. When a straight tubular tip opening unit is used, the length of the gas supply pipe main body 21a is set short as shown in FIG. 11, and the tip opening of the gas supply pipe 21 and the opening 82a of the mixing chamber 80 are separated. By increasing the interval, the silicon alkoxide-containing gas supplied from the tip opening of the gas supply pipe 21 to the inside of the mixing chamber can be diffused into the reaction accelerator-containing gas. The agent-containing gas can be mixed uniformly.

図12は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図12に示す気体供給管21の構成は、気体供給管本体21aが混合室の壁体81と壁体82との間のほぼ中央の位置にまで伸び、そして先端開口ユニット21jの側面に複数の透孔が形成されていること以外は図11に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21jを用いることにより、珪素アルコキシド含有気体を複数の透孔から流れ出る細い気流の状態にて反応促進剤含有気体と接触させることができるため、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを、図11に示す先端開口ユニット21iを用いる場合よりも短時間で均一に混合することができる。   FIG. 12 is a view for explaining still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas in the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 12 is such that the gas supply pipe main body 21a extends to a substantially central position between the wall body 81 and the wall body 82 of the mixing chamber, and a plurality of side walls of the tip opening unit 21j are provided. Except that a through hole is formed, it is the same as the gas supply pipe 21 shown in FIG. By using the tip opening unit 21j, the silicon alkoxide-containing gas can be brought into contact with the reaction accelerator-containing gas in the state of a thin airflow flowing out from the plurality of through holes. Therefore, the silicon alkoxide-containing gas, the reaction accelerator-containing gas, Can be uniformly mixed in a shorter time than when the tip opening unit 21i shown in FIG. 11 is used.

図13は、本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。図13に示す気体供給管21の構成は、気体供給管本体21aが混合室の壁体81と壁体82との間のほぼ中央の位置にまで伸び、先端開口ユニット21kがU字形に湾曲していること以外は図11に示す気体供給管21と同様である。先端開口ユニット21kを用いることにより、上記の混合室内における時計回りの気体の流れがより円滑になるため、図11に示す先端開口ユニット21iを用いる場合よりも珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体とを均一に混合することができる。   FIG. 13 is a diagram illustrating still another configuration example of the gas supply pipe for supplying the silicon alkoxide-containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention. The configuration of the gas supply pipe 21 shown in FIG. 13 is such that the gas supply pipe main body 21a extends to a substantially central position between the wall body 81 and the wall body 82 of the mixing chamber, and the tip opening unit 21k is curved in a U shape. Except for this, it is the same as the gas supply pipe 21 shown in FIG. Since the gas flow in the clockwise direction in the mixing chamber becomes smoother by using the tip opening unit 21k, the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas are used compared to the case of using the tip opening unit 21i shown in FIG. Can be mixed uniformly.

一方、図2に示すように、酸素含有気体の気体供給管22もまた、気体供給管本体22aと気体供給管本体22aの先端に着脱可能に装着されている先端開口ユニット22bとから構成されていることが好ましい。このような構成により、気体供給管22の先端開口部の位置を、気体供給管本体22aへの先端開口ユニット22bの取り付け位置の調節によって、あるいは先端開口ユニット22bを別の形状のものと交換することによって微調節することが可能になる。そして、水晶薄膜製造装置10の反応容器12を加熱した際の反応容器12の温度分布、あるいは基板ホルダ13に支持される基板14のサイズに応じて、酸素含有気体の気体供給管22の先端開口部の位置、すなわち珪素アルコキシドと酸素とが反応する位置を微調節することにより、基板14の上に形成される水晶薄膜の結晶性、あるいは厚みの均一性を微調整することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the gas supply pipe 22 for the oxygen-containing gas is also composed of a gas supply pipe main body 22a and a tip opening unit 22b that is detachably attached to the tip of the gas supply pipe main body 22a. Preferably it is. With such a configuration, the position of the tip opening portion of the gas supply pipe 22 is changed by adjusting the attachment position of the tip opening unit 22b to the gas supply pipe main body 22a, or the tip opening unit 22b is exchanged for another shape. This makes it possible to make fine adjustments. Then, depending on the temperature distribution of the reaction container 12 when the reaction container 12 of the quartz crystal thin film manufacturing apparatus 10 is heated or the size of the substrate 14 supported by the substrate holder 13, the front end opening of the gas supply pipe 22 for the oxygen-containing gas is used. By finely adjusting the position of the portion, that is, the position where the silicon alkoxide and oxygen react, the crystallinity or thickness uniformity of the crystal thin film formed on the substrate 14 can be finely adjusted.

また、酸素含有気体の気体供給管22の先端開口ユニット22bは、気体供給管22から供給される酸素と、混合室80の開口部82aから供給される珪素アルコキシドとを、基板14の表面あるいはその近傍の位置にて互いに接触させるために屈曲していることが好ましい。   Further, the front end opening unit 22b of the gas supply pipe 22 for oxygen-containing gas supplies oxygen supplied from the gas supply pipe 22 and silicon alkoxide supplied from the opening 82a of the mixing chamber 80 to the surface of the substrate 14 or its It is preferable to bend in order to bring them into contact with each other at nearby positions.

この酸素含有気体の気体供給管22bの先端開口部は、図2に示すように基板ホルダ13に対して混合室80の開口部82aよりも近接した位置に備えられていることが好ましい。すなわち、酸素含有気体の気体供給管22の先端開口部と基板14との間隔(L2 )を、混合室80の開口部82aと基板との間隔(L1 )よりも短い間隔に設定することが好ましい。このように酸素含有気体の気体供給管22を配置すると、混合室80の開口部82aから流れ出る珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤含有気体との混合気体を反応容器12の内部で十分に均一に拡散させたのちに、酸素含有気体の気体供給管22から供給される酸素と接触させて反応させることができるため、基板14の上に更に均一な厚みの水晶薄膜を形成することができる。 The distal end opening of the oxygen-containing gas supply pipe 22b is preferably provided at a position closer to the substrate holder 13 than the opening 82a of the mixing chamber 80 as shown in FIG. That is, the distance (L 2 ) between the opening of the gas supply pipe 22 for oxygen-containing gas and the substrate 14 is set to be shorter than the distance (L 1 ) between the opening 82 a of the mixing chamber 80 and the substrate. Is preferred. When the gas supply pipe 22 for the oxygen-containing gas is arranged in this way, the mixed gas of the silicon alkoxide-containing gas and the reaction accelerator-containing gas flowing out from the opening 82 a of the mixing chamber 80 is sufficiently uniformly diffused inside the reaction vessel 12. Then, it can be reacted with oxygen supplied from the gas supply pipe 22 of the oxygen-containing gas, so that a quartz thin film having a more uniform thickness can be formed on the substrate 14.

図1及び図2に示すように、水晶薄膜製造装置10の反応容器12は筒体であり、この筒体の外側に加熱具30が配設されていることが好ましい。加熱具30を用いて反応容器12を加熱することにより、基板14の上に形成される水晶薄膜の結晶性を調節することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the reaction vessel 12 of the crystal thin film manufacturing apparatus 10 is a cylindrical body, and it is preferable that a heating tool 30 is disposed outside the cylindrical body. By heating the reaction vessel 12 using the heating tool 30, the crystallinity of the crystal thin film formed on the substrate 14 can be adjusted.

筒体(反応容器)の外側に配設される加熱具は、筒体の長手方向に沿って複数の加熱ユニットに分割されていて、各加熱ユニットの加熱条件が互いに独立に制御されることが好ましい。図1及び図2に示す水晶薄膜製造装置10の加熱具30は、筒体の長さ方向に沿って三個の加熱ユニット31、32、33に分割されていて、各々加熱条件を独立に制御するための制御装置41、42、43が備えられている。三個の加熱ユニット31、32、33のそれぞれとしては、例えば、反応容器12の周方向に沿う環状の形状とされた高周波誘導加熱ヒータや抵抗加熱ヒータが用いられる。   The heating tool disposed outside the cylinder (reaction vessel) is divided into a plurality of heating units along the longitudinal direction of the cylinder, and the heating conditions of each heating unit can be controlled independently of each other. preferable. The heating tool 30 of the crystal thin film manufacturing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 is divided into three heating units 31, 32, and 33 along the length direction of the cylinder, and each heating condition is controlled independently. Control devices 41, 42, and 43 are provided. As each of the three heating units 31, 32, and 33, for example, a high-frequency induction heater or a resistance heater having an annular shape along the circumferential direction of the reaction vessel 12 is used.

このように、反応容器の加熱ユニット31、32、33の各々の加熱条件を独立に制御して反応容器内の温度分布を調節することにより、基板上に形成される水晶薄膜の結晶性を微調節することができる。   In this way, by controlling the heating conditions of each of the heating units 31, 32, and 33 of the reaction vessel independently and adjusting the temperature distribution in the reaction vessel, the crystallinity of the crystal thin film formed on the substrate is reduced. Can be adjusted.

また、反応容器12の気体供給口の側あるいは排気口の側の端部は、中央の部分よりも温度が低下し易い。このため、反応容器12の各々の端部にて冷却された低温の気体が、反応容器の端部下側から中央下側、中央上側、そして端部上側へと循環して対流を生じ易い。このように、反応容器12の内部で対流が生じると、珪素アルコキシドと酸素との混合比あるいは基板の温度が変動して、安定な品質で水晶薄膜を得ることが難しくなる。   Further, the temperature of the end of the reaction vessel 12 on the gas supply port side or the exhaust port side is likely to be lower than that of the central portion. For this reason, the low-temperature gas cooled at each end of the reaction vessel 12 circulates from the lower end of the reaction vessel to the lower center, the upper center, and the upper end of the reaction vessel to easily generate convection. Thus, when convection occurs inside the reaction vessel 12, the mixing ratio of silicon alkoxide and oxygen or the temperature of the substrate fluctuates, making it difficult to obtain a quartz thin film with stable quality.

このような反応容器内での対流の発生を抑制するため、本発明の水晶薄膜製造装置には、混合室80の開口部82a、酸素含有気体の気体供給管22の先端開口部及び基板ホルダ14を挟んで互いに間隔をあけて反応容器12の内側に配置されている、各々が気体を流通させる透孔91a、92aを備えた一対の隔壁91、92が備えられていることが好ましい。例えば、隔壁92は、反応容器の端部下側から中央下側に向かう気体の流れ、そして中央上側から端部上側に向かう気体の流れを阻害して、反応容器内での対流の発生を抑制する。このような隔壁91、92を付設することにより、珪素アルコキシドと酸素との混合比あるいは基板温度の変動が抑制され、安定な品質で水晶薄膜を製造することができるようになる。   In order to suppress the occurrence of such convection in the reaction vessel, the quartz crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention includes the opening 82a of the mixing chamber 80, the tip opening of the gas supply pipe 22 for the oxygen-containing gas, and the substrate holder 14. It is preferable that a pair of partition walls 91, 92 each having a through hole 91 a, 92 a, which is disposed inside the reaction vessel 12 with a space therebetween and through which gas flows, are preferably provided. For example, the partition wall 92 inhibits the flow of gas from the lower end of the reaction vessel to the lower center of the reaction vessel and the flow of gas from the upper upper portion to the upper end of the reaction vessel, thereby suppressing the occurrence of convection in the reaction vessel. . By providing such partition walls 91 and 92, fluctuations in the mixing ratio of silicon alkoxide and oxygen or the substrate temperature can be suppressed, and a quartz thin film can be manufactured with stable quality.

図2に示すように、反応容器12の内側に更に隔壁93を配置してもよい。反応容器内に配置する隔壁の数が多すぎると水晶薄膜製造装置の組み立てに手間がかかるため、追加する隔壁の数は1〜4枚であることが好ましい。   As shown in FIG. 2, a partition wall 93 may be further arranged inside the reaction vessel 12. If the number of partition walls arranged in the reaction vessel is too large, it takes time to assemble the crystal thin film manufacturing apparatus. Therefore, the number of partition walls to be added is preferably 1 to 4.

図14及び図15は、図2に示す隔壁91及び隔壁92のそれぞれを図の左側から見た図である。図14に示すように、隔壁91には、珪素アルコキシド含有気体の気体供給管21、酸素含有気体の気体供給管22、反応容器12の供給口73から反応容器内に供給される反応促進剤含有気体、そして供給口74から反応容器内に供給される希釈ガスが通る透孔91aが形成されている。そして図15に示すように、隔壁92には、水晶薄膜の形成後に残った珪素アルコキシド含有気体、酸素含有気体、反応促進剤含有気体、および希釈ガスが通る透孔92aが形成されている。同様に、図2に示す隔壁93には、透孔93aが形成されている。隔壁91、92、93のそれぞれは、例えば、石英ガラスから形成される。   14 and 15 are views of the partition wall 91 and the partition wall 92 shown in FIG. 2 as viewed from the left side of the drawing. As shown in FIG. 14, the partition wall 91 includes a gas supply pipe 21 for a silicon alkoxide-containing gas, a gas supply pipe 22 for an oxygen-containing gas, and a reaction accelerator supplied from the supply port 73 of the reaction vessel 12 into the reaction vessel. A through hole 91a is formed through which the gas and the dilution gas supplied from the supply port 74 into the reaction vessel pass. As shown in FIG. 15, the partition wall 92 is formed with a through hole 92 a through which the silicon alkoxide-containing gas, oxygen-containing gas, reaction accelerator-containing gas, and diluent gas remaining after the formation of the crystal thin film are passed. Similarly, a through-hole 93a is formed in the partition wall 93 shown in FIG. Each of the partition walls 91, 92, and 93 is made of, for example, quartz glass.

また、反応容器は、図2に示すように、全ての気体供給口71、72、73、74及び気体供給管21、22を一方の端部に備え、他方の端部に開口部を有する筒状容器12aと、排気口11を有し、筒状容器12aの開口部に着脱可能に装着されている蓋部12bとからなる筒体であることが好ましい。また、筒状容器12aは水平方向に配置され、基板ホルダ13が筒状容器12aの壁面に対して斜め方向に基板14を支持するように配置されていることが好ましい。このような構成により、反応容器12の内部における気体の流れが円滑になり(対流を生じ難くなり)、得られる水晶薄膜の品質(例、結晶性や厚みの均一性)が安定する。また反応容器12の外部への気体の漏れを防止するため、蓋部12bは、例えばOリング18を介して筒状容器12aの開口部に装着される。   Further, as shown in FIG. 2, the reaction vessel is a cylinder having all gas supply ports 71, 72, 73, 74 and gas supply pipes 21, 22 at one end and an opening at the other end. The cylindrical body is preferably formed of a cylindrical container 12a and a lid 12b having an exhaust port 11 and detachably attached to the opening of the cylindrical container 12a. Moreover, it is preferable that the cylindrical container 12a is arrange | positioned in the horizontal direction, and the board | substrate holder 13 is arrange | positioned so that the board | substrate 14 may be supported in the diagonal direction with respect to the wall surface of the cylindrical container 12a. With such a configuration, the gas flow inside the reaction vessel 12 becomes smooth (it becomes difficult to generate convection), and the quality (eg, crystallinity and thickness uniformity) of the obtained quartz thin film is stabilized. Further, in order to prevent gas leakage to the outside of the reaction vessel 12, the lid portion 12b is attached to the opening of the cylindrical vessel 12a via, for example, an O-ring 18.

反応容器12は、基板ホルダ13に対する基板14の支持位置、あるいは基板14と珪素アルコキシド含有気体の気体供給管21もしくは酸素含有気体の気体供給管22との相対的な位置関係を目視により確認できるようにするため、例えば、石英ガラスなどから形成された透明なものであることが好ましい。基板ホルダ13は、例えば、石英ガラスから形成された基板ホルダ固定具17に装着される。基板ホルダ固定具17は、反応容器12の内側面に沿って湾曲した形状に設定されている。   The reaction vessel 12 can visually confirm the support position of the substrate 14 with respect to the substrate holder 13 or the relative positional relationship between the substrate 14 and the gas supply pipe 21 of the silicon alkoxide-containing gas or the gas supply pipe 22 of the oxygen-containing gas. In order to achieve this, for example, a transparent material made of quartz glass or the like is preferable. The substrate holder 13 is attached to a substrate holder fixture 17 made of, for example, quartz glass. The substrate holder fixture 17 is set in a curved shape along the inner surface of the reaction vessel 12.

また、反応容器12の内部には、内側表面が気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料から形成されている筒状遮蔽体15が着脱可能に装着され、筒状遮蔽体15の内側に上記基板ホルダ13が備えられていることが好ましい。気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料としては、酸化アルミニウム、炭化珪素又は四窒化三珪素を用いることが好ましい。   Further, inside the reaction vessel 12, a cylindrical shield 15 whose inner surface is made of a material inert to silicon oxide in a gas phase state is detachably attached, and the cylindrical shield 15 It is preferable that the substrate holder 13 is provided inside. Aluminum oxide, silicon carbide, or trisilicon tetranitride is preferably used as the material inert to the silicon oxide in the gas phase.

上記のように原料の珪素アルコキシドと酸素とを反応させて基板14の上に水晶薄膜を製造する際には、反応容器12の内側表面にも水晶が薄膜状に付着し易い。特に反応容器が石英ガラスから形成されている場合には、反応容器の内側表面に水晶薄膜が付着し易い。反応容器の内側表面に水晶薄膜が付着すると、原料の珪素アルコキシドと酸素の供給量に対して基板上に得られる水晶薄膜の量が少なくなる。すなわち基板上に水晶薄膜をある程度以上に高い効率で製造することが難しくなる。   As described above, when a raw material silicon alkoxide is reacted with oxygen to produce a crystal thin film on the substrate 14, the crystal easily adheres to the inner surface of the reaction vessel 12 in the form of a thin film. In particular, when the reaction vessel is made of quartz glass, the quartz thin film tends to adhere to the inner surface of the reaction vessel. When the crystal thin film adheres to the inner surface of the reaction vessel, the amount of the crystal thin film obtained on the substrate is smaller than the supply amount of the silicon alkoxide and oxygen as raw materials. That is, it becomes difficult to produce a quartz thin film on a substrate with a certain degree of efficiency.

また、反応容器が石英ガラスから形成されている場合にその内側表面に水晶薄膜が付着すると、基板上への水晶薄膜の製造を繰り返すにつれて、反応容器の材料であるガラス状の石英と反応容器内側表面に付着した水晶とが反応して、石英ガラス中に結晶が析出されて透明度が低下する現象(失透といわれている)を生じ、そして次第に反応容器の機械的強度が低下していき、ついには反応容器に割れを生じる。反応容器の内側表面には水晶薄膜が強固に付着しておりその除去が困難であるため、反応容器をその使用時間を管理するなどして頻繁に交換する必要がある。   Also, if the reaction vessel is made of quartz glass and the quartz thin film adheres to the inner surface of the reaction vessel, as the production of the quartz thin film on the substrate is repeated, the glassy quartz that is the material of the reaction vessel and the reaction vessel inside Crystals deposited on the surface react with each other, causing crystals to precipitate in the quartz glass, resulting in a decrease in transparency (called devitrification), and the mechanical strength of the reaction vessel gradually decreases. Eventually, the reaction vessel cracks. Since the quartz thin film is firmly attached to the inner surface of the reaction vessel and it is difficult to remove it, it is necessary to frequently exchange the reaction vessel by managing its use time.

上記のように反応容器12の内側に、例えば、気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料である酸化アルミニウム、炭化珪素、あるいは四窒化三珪素から形成された筒状遮蔽体15を配置すると、反応容器の内側表面への水晶薄膜の付着が防止され、そして筒状遮蔽体の内側表面にも水晶が付着し難いため、基板上への水晶薄膜の成膜速度を増加させることができる。また、反応容器を石英ガラスから形成した場合には、その交換頻度を低くすることができる。   As described above, a cylindrical shield 15 made of, for example, aluminum oxide, silicon carbide, or trisilicon tetranitride, which is a material inactive with respect to a silicon oxide in a vapor state, is placed inside the reaction vessel 12. When placed, the quartz thin film is prevented from adhering to the inner surface of the reaction vessel, and it is difficult for the quartz film to adhere to the inner surface of the cylindrical shield. it can. Further, when the reaction vessel is formed from quartz glass, the exchange frequency can be lowered.

水晶薄膜製造装置10が筒状遮蔽体15を備える場合には、筒状遮蔽体15の内側に、酸素含有気体の気体供給管22の先端開口部が配置されていることが好ましい。これにより原料ガスの供給量が同一であっても、より多くの量の水晶が基板14の表面に堆積して、基板上に効率良く(すなわち高い成膜速度で)水晶薄膜を形成できるようになる。また石英ガラス製の反応容器12(あるいは後に説明する、例えば、石英ガラスから形成される筒状の支持具103)の内側表面への水晶の付着量がさらに低減され、反応容器(あるいは支持具103)の交換頻度を更に低くすることができる。   When the crystal thin film manufacturing apparatus 10 includes the cylindrical shield 15, it is preferable that the distal end opening of the gas supply pipe 22 for the oxygen-containing gas is disposed inside the cylindrical shield 15. Thereby, even if the supply amount of the source gas is the same, a larger amount of crystal is deposited on the surface of the substrate 14 so that the crystal thin film can be formed on the substrate efficiently (that is, at a high film formation rate). Become. Further, the amount of crystal attached to the inner surface of the reaction vessel 12 made of quartz glass (or a cylindrical support 103 formed of quartz glass, which will be described later) is further reduced, and the reaction vessel (or support 103) is further reduced. ) Can be further reduced.

図1及び図2に示す水晶薄膜製造装置10は、例えば、次の手順に従い組み立てることができる。まず珪素アルコキシド含有気体の気体供給管21及び酸素含有気体の気体供給管22を備える筒状容器12aと、蓋部12bとから構成される反応容器12を用意する。次に、隔壁91、そして筒状の支持具102を筒状容器12aの開口部から挿入して、隔壁91を筒状容器内に固定されている支持具101と筒状の支持具102により支持して反応容器12の内部に配置する。支持具101は、反応容器12の内側面に沿った湾曲した形状に設定されている。同様にして、筒状容器12aの内部に、壁体81、筒状の支持具103、壁体82、内側に基板ホルダ13を配置した筒状遮蔽体15、隔壁93、筒状の支持具104、隔壁92、そして筒状の支持具105をこの順に挿入する。そして筒状容器12aの開口部にOリング18を介して蓋部12bを装着し、適当な治具(図示は略する)により両者を仮止めすることによって、水晶薄膜製造装置10を組み立てることができる。   The crystal thin film manufacturing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 can be assembled, for example, according to the following procedure. First, a reaction vessel 12 including a cylindrical vessel 12a including a gas supply pipe 21 for a silicon alkoxide-containing gas and a gas supply pipe 22 for an oxygen-containing gas and a lid portion 12b is prepared. Next, the partition wall 91 and the cylindrical support tool 102 are inserted from the opening of the cylindrical container 12a, and the partition wall 91 is supported by the support tool 101 fixed in the cylindrical container and the cylindrical support tool 102. And placed inside the reaction vessel 12. The support tool 101 is set in a curved shape along the inner surface of the reaction vessel 12. Similarly, inside the cylindrical container 12a, a wall 81, a cylindrical support 103, a wall 82, a cylindrical shield 15 in which the substrate holder 13 is arranged inside, a partition wall 93, and a cylindrical support 104. The partition 92 and the cylindrical support 105 are inserted in this order. Then, the crystal thin film manufacturing apparatus 10 can be assembled by attaching the lid 12b to the opening of the cylindrical container 12a via the O-ring 18 and temporarily fixing them with an appropriate jig (not shown). it can.

上記の支持具101、102、103、104、105のそれぞれは、例えば、石英ガラスから形成される。各々の支持具は、筒状遮蔽体15の場合と同様に内側表面が気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料から形成されていてもよい。   Each of the above supports 101, 102, 103, 104, 105 is made of, for example, quartz glass. Each support may be formed of a material that has an inner surface that is inactive with respect to silicon oxide in a gas phase, as in the case of the cylindrical shield 15.

さらに、反応容器12には、筒状容器12aと蓋部12bとの隙間に反応ガスが侵入して、筒状容器の蓋部側の端面と、蓋部の筒状容器側の端面とに水晶が付着することを防止するために、環状遮蔽体16が備えられていることが好ましい。環状遮蔽体16は、例えば、フッ素樹脂から形成される。   Further, the reaction gas enters the reaction container 12 into the gap between the cylindrical container 12a and the lid portion 12b, and crystal is formed on the end surface of the cylindrical container on the lid portion side and the end surface of the lid portion on the cylindrical container side. Is preferably provided with an annular shield 16. The annular shield 16 is made of, for example, a fluororesin.

本発明の水晶薄膜製造装置を用いて、例えば、上記特許文献1の記載内容に従って基板上に非晶質の水晶薄膜からなるバッファ層を形成すると、このバッファ層の上に結晶性に
優れる水晶結晶薄膜を均一な厚み形成することができ、また上記非特許文献1の記載内容に従って基板上に各々水晶薄膜からなる二層のバッファ層(具体的には、上側のバッファ層として用いる水晶薄膜の結晶性は、下側のバッファ層として用いる水晶薄膜の結晶性よりも高くなるように各々のバッファ層の結晶性が調整される)を形成すると、これらのバッファ層の上にATカット面に優先的に配向した水晶結晶薄膜を均一な厚みで形成することができる。
For example, when a buffer layer made of an amorphous crystal thin film is formed on a substrate according to the description in Patent Document 1 using the crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention, a crystal crystal having excellent crystallinity is formed on the buffer layer. A thin film can be formed to a uniform thickness, and in accordance with the contents of Non-Patent Document 1, two buffer layers (specifically, crystals of a crystal thin film used as an upper buffer layer) are formed on the substrate. The crystallinity of each buffer layer is adjusted so that it is higher than the crystallinity of the crystal thin film used as the lower buffer layer), the AT cut surface is given priority over these buffer layers. It is possible to form a quartz crystal thin film oriented in a uniform thickness.

バッファ層としては、珪素アルコキシドと酸素との反応によって水晶結晶薄膜を形成する際の基板温度に較べて低い(例えば、20〜200℃低い)基板温度にて、例えば、これと同じ珪素アルコキシドと酸素とを反応させて形成した水晶薄膜を用いることができる。なお、二層のバッファ層を形成する際には、下側バッファ層を形成する際の基板温度よりも低い(例えば、10〜100℃低い)基板温度(例えば、40〜530℃の範囲にある基板温度)にて上側のバッファ層を形成することが好ましく、各々のバッファ層の形成後にアニール処理をして結晶性の調整を行なうことが更に好ましい。これらのバッファ層の上に水晶結晶薄膜を形成する際の基板温度は、550〜600℃の範囲にあることが特に好ましい。   As the buffer layer, for example, the same silicon alkoxide and oxygen at a substrate temperature lower (for example, 20 to 200 ° C.) lower than the substrate temperature at the time of forming the quartz crystal thin film by the reaction of silicon alkoxide and oxygen. Can be used. When forming the two buffer layers, the substrate temperature is lower (for example, 10 to 100 ° C. lower) than the substrate temperature when the lower buffer layer is formed (for example, in the range of 40 to 530 ° C.). It is preferable to form the upper buffer layer at the substrate temperature), and it is more preferable to adjust the crystallinity by annealing after the formation of each buffer layer. The substrate temperature when forming the quartz crystal thin film on these buffer layers is particularly preferably in the range of 550 to 600 ° C.

また、水晶結晶薄膜を形成させる基板としてはSi基板、GaAs基板、あるいはサファイヤ基板を用いることが好ましく、(110)A面を持つサファイヤ基板を用いることが特に好ましい。   Further, as the substrate on which the quartz crystal thin film is formed, an Si substrate, a GaAs substrate, or a sapphire substrate is preferably used, and a sapphire substrate having a (110) A plane is particularly preferable.

このように本発明の水晶薄膜製造装置は、水晶結晶薄膜、特にATカット面に優先的に配向した水晶結晶薄膜を均一な厚みで製造するために有利に用いることができる。   As described above, the quartz crystal thin film manufacturing apparatus of the present invention can be advantageously used for producing a quartz crystal thin film, particularly a quartz crystal thin film preferentially oriented on the AT cut surface, with a uniform thickness.

本発明の水晶薄膜製造装置の構成例と、この水晶薄膜製造装置10への原料ガスの供給方法を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the quartz thin film manufacturing apparatus of this invention, and the supply method of the raw material gas to this quartz thin film manufacturing apparatus. 図1に示す水晶薄膜製造装置10の断面図である。It is sectional drawing of the crystal thin film manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 図2に示す壁体81を図の左側から見た図である。It is the figure which looked at the wall 81 shown in FIG. 2 from the left side of the figure. 図2に示す壁体82を図の左側から見た図である。It is the figure which looked at the wall 82 shown in FIG. 2 from the left side of the figure. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管の別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 本発明の水晶薄膜製造装置の珪素アルコキシド含有気体を供給する気体供給管のさらに別の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the further another structural example of the gas supply pipe | tube which supplies the silicon alkoxide containing gas of the crystal thin film manufacturing apparatus of this invention. 図2に示す隔壁91を図の左側から見た図である。It is the figure which looked at the partition 91 shown in FIG. 2 from the left side of the figure. 図2に示す隔壁92を図の左側から見た図である。It is the figure which looked at the partition 92 shown in FIG. 2 from the left side of the figure.

符号の説明Explanation of symbols

10 水晶薄膜製造装置
11 排気口
12 反応容器
12a 筒状容器
12b 蓋部
13 基板ホルダ
14 基板
15 筒状遮蔽体
16 環状遮蔽体
17 基板ホルダ固定具
18 Oリング
19 気化器
21 珪素アルコキシド含有気体の気体供給管
21a 供給管本体
21b 先端開口ユニット
21c、21d、21e、21f、21g、21h、21i、21j、21k 先端開口ユニット
22 酸素含有気体の気体供給管
22a 供給管本体
22b 先端開口ユニット
30 加熱具
31、32、33 加熱ユニット
36 加熱具
41、42、43 加熱ユニット制御装置
46 加熱具の制御装置
51a、51b、51c ガスボンベ
52a、52b、52c 手動式バルブ
53a、53b、53c 圧力センサ
54a、54b、54c、54d 空気作動式バルブ
55a、55b、55c、55d、55e マスフローコントローラ
71 珪素アルコキシド含有気体の供給口
72 酸素含有気体の供給口
73 反応促進剤含有気体の供給口
74 キャリアガス供給口
80 混合室
81、82 壁体
81a 透孔
82a 開口部
91、92、93 隔壁
91a、92a、93a 透孔
101、102、103、104、105 支持具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Quartz thin film manufacturing apparatus 11 Exhaust port 12 Reaction container 12a Cylindrical container 12b Cover part 13 Substrate holder 14 Substrate 15 Cylindrical shield 16 Annular shield 17 Substrate holder fixture 18 O-ring 19 Vaporizer 21 Gas of silicon alkoxide containing gas Supply pipe 21a Supply pipe body 21b Tip opening unit 21c, 21d, 21e, 21f, 21g, 21h, 21i, 21j, 21k Tip opening unit 22 Gas supply pipe for oxygen-containing gas 22a Supply pipe body 22b Tip opening unit 30 Heating tool 31 , 32, 33 Heating unit 36 Heating tool 41, 42, 43 Heating unit control device 46 Heating tool control device 51a, 51b, 51c Gas cylinder 52a, 52b, 52c Manual valve 53a, 53b, 53c Pressure sensor 54a, 54b, 54c 54d Air operated Valve 55a, 55b, 55c, 55d, 55e Mass flow controller 71 Silicon alkoxide-containing gas supply port 72 Oxygen-containing gas supply port 73 Reaction accelerator-containing gas supply port 74 Carrier gas supply port 80 Mixing chamber 81, 82 Wall body 81a Through hole 82a Opening 91, 92, 93 Partition 91a, 92a, 93a Through hole 101, 102, 103, 104, 105 Support

Claims (11)

排気口を備えた反応容器、反応容器内に装着された基板ホルダ、反応容器内に酸素含有気体を供給する、基板ホルダに支持される基板の表面もしくは該基板表面を含む平面上の基板の周囲の領域に間隔を介して先端開口部が向けられて配置されている酸素含有気体供給管、反応容器内に珪素アルコキシドを含有する気体を供給する珪素アルコキシド含有気体供給口、そして反応容器内に反応促進剤を含む気体を供給する反応促進剤供給口を含み、珪素アルコキシド含有気体供給口と反応促進剤供給口のそれぞれが基板ホルダの装着位置に対して反応容器内の同一の端部側にて開口している、水晶薄膜を大気圧下で製造するための装置であって、
該反応容器が水平方向に配置された筒状の反応容器であり、そして
該筒状反応容器には、珪素アルコキシド含有気体供給口と反応促進剤供給口のそれぞれの開口部と基板ホルダの装着位置との間を開口部を備えた壁体により仕切った、珪素アルコキシド含有気体と反応促進剤とを酸素含有気体との接触に先立って混合するための混合室が形成されていることを特徴とする水晶薄膜製造装置。
A reaction vessel having an exhaust port, a substrate holder mounted in the reaction vessel, a surface of a substrate supported by the substrate holder for supplying an oxygen-containing gas into the reaction vessel, or a substrate on a plane including the substrate surface An oxygen-containing gas supply pipe disposed with a tip opening portion directed through the space, a silicon alkoxide-containing gas supply port for supplying a gas containing silicon alkoxide into the reaction vessel, and a reaction in the reaction vessel Including a reaction accelerator supply port for supplying a gas containing a promoter, and each of the silicon alkoxide-containing gas supply port and the reaction accelerator supply port is located on the same end side in the reaction vessel with respect to the mounting position of the substrate holder An apparatus for producing an open crystal thin film under atmospheric pressure,
The reaction vessel is a cylindrical reaction vessel arranged horizontally, and
The cylindrical reaction vessel includes a silicon alkoxide-containing gas in which the openings between the silicon alkoxide-containing gas supply port and the reaction accelerator supply port and the mounting position of the substrate holder are partitioned by a wall having an opening. A quartz thin film manufacturing apparatus, wherein a mixing chamber is formed for mixing the reaction accelerator and the reaction accelerator prior to contact with the oxygen-containing gas .
筒状反応容器の外側に加熱具が配設されている請求項1に記載の水晶薄膜製造装置。 The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a heating tool is disposed outside the cylindrical reaction vessel . 加熱具が、筒状反応容器の長手方向に沿って複数の加熱ユニットに分割されていて、各加熱ユニットの加熱条件が互いに独立に制御される請求項2に記載の水晶薄膜製造装置。 The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the heating tool is divided into a plurality of heating units along the longitudinal direction of the cylindrical reaction vessel , and the heating conditions of each heating unit are controlled independently of each other. 反応容器内に、内側表面が気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料から形成されている筒状遮蔽体が着脱可能に装着され、該筒状遮蔽体の内側に上記基板ホルダが備えられている請求項1に記載の水晶薄膜製造装置 A cylindrical shield whose inner surface is formed of a material inert to silicon oxide in a gas phase is detachably mounted in the reaction vessel, and the substrate holder is placed inside the cylindrical shield. The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, which is provided . 気相状態の珪素酸化物に対して不活性な材料が、酸化アルミニウム、炭化珪素又は四窒化三珪素である請求項4に記載の水晶薄膜製造装置。5. The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the material inert to the silicon oxide in the gas phase is aluminum oxide, silicon carbide, or trisilicon tetranitride. 筒状遮蔽体の内側に、酸素含有気体の気体供給管の先端開口部が配置されている請求項4もしくは5に記載の水晶薄膜製造装置。The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 4 or 5, wherein a tip opening of a gas supply pipe for oxygen-containing gas is disposed inside the cylindrical shield. 酸素含有気体の気体供給管が、気体供給管本体と気体供給管本体の先端に着脱可能に装着されている先端開口ユニットとからなる請求項1に記載の水晶薄膜製造装置。The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas supply pipe includes a gas supply pipe main body and a tip opening unit that is detachably attached to a tip of the gas supply pipe main body. 珪素アルコキシド含有気体の供給口が、先端が混合室の内部に届く気体供給管として形成されている請求項1に記載の水晶薄膜製造装置。The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the supply port for the silicon alkoxide-containing gas is formed as a gas supply pipe whose tip reaches the inside of the mixing chamber. 珪素アルコキシド含有気体の気体供給管が、気体供給管本体と気体供給管本体の先端に着脱可能に装着されている先端開口ユニットとからなる請求項8に記載の水晶薄膜製造装置。The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 8, wherein the gas supply pipe for the silicon alkoxide-containing gas includes a gas supply pipe main body and a tip opening unit that is detachably attached to the tip of the gas supply pipe main body. 筒状反応容器が、全ての気体供給口及び気体供給管を一方の端部に備え、他方の端部に開口部を有する筒状容器と、排気口を有し、該筒状容器の開口部に着脱可能に装着されている蓋部とからなる請求項1に記載の水晶薄膜製造装置。A cylindrical reaction vessel has all the gas supply ports and gas supply pipes at one end, a cylindrical vessel having an opening at the other end, an exhaust port, and the opening of the cylindrical vessel The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising: a lid portion detachably mounted on the quartz crystal. 基板ホルダが筒状反応容器の壁面に対して斜め方向に基板を支持するように配置されている請求項1に記載の水晶薄膜製造装置。The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder is disposed so as to support the substrate in an oblique direction with respect to the wall surface of the cylindrical reaction vessel.
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