JPH10230193A - High-frequency vibration spray nozzle for thin-film manufacturing apparatus - Google Patents

High-frequency vibration spray nozzle for thin-film manufacturing apparatus

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JPH10230193A
JPH10230193A JP3353497A JP3353497A JPH10230193A JP H10230193 A JPH10230193 A JP H10230193A JP 3353497 A JP3353497 A JP 3353497A JP 3353497 A JP3353497 A JP 3353497A JP H10230193 A JPH10230193 A JP H10230193A
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fluid
thin film
needle valve
nozzle
nozzle hole
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Tetsuo Moriya
哲郎 守谷
Takashi Hiraga
隆 平賀
Kumezo Konishi
久米蔵 小西
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a nozzle port from clogging or a thin-film thickness from being spotted by providing a needle valve body conducting high-frequency vibration in the axial direction of the nozzle port at the vicinity of the inside of the nozzle port being provided with a minute opening spraying fluid for thin-film forming in minute droplets introduced into the inside of the nozzle via a liquid-communicating conduit into an inside of a vacuum device. SOLUTION: A position of a needle valve body 50 is coarsely controlled by manually rotating a micrometer 62 of a coarse control mechanism and then the needle valve body 50 is finely controlled to a specified position to a nozzle port 46 by applying a direct current bias voltage of a fine-control mechanism to a vibrating body 56 to elongate the vibrating body 56. High-frequency voltage is superimposed on the d.c. bias voltage and under the condition wherein the needle valve body 50 is finely vibrated up and down coaxially to the nozzle port 46 by the frequency, fluid A for thin-film forming from a storage tank is allowed to be turbulent flow at a pressure not less than an atmospheric pressure via a fluid passage 78 and a gap passage between a shaft 44 and a rod 52 and ejected from the nozzle port 46 in fine particles. As a result, clogging of the nozzle port is eliminated and particle sizes in ejected fluid are considerably reduced by allowing possibly entering dust particles to be discharged.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は真空中において有機
系工学薄膜等を製造する装置に利用されるものであり、
更に詳細には、基板上に均一な厚みの薄膜を、詰まり等
のトラブルを生じることなく高能率で形成できるように
した薄膜製造装置用噴霧ノズルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for an apparatus for manufacturing an organic engineering thin film and the like in a vacuum.
More specifically, the present invention relates to a spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus capable of forming a thin film having a uniform thickness on a substrate with high efficiency without causing troubles such as clogging.

【0002】[0002]

【従来の技術】オプトエレクトロニクス技術関係の光機
能光学薄膜や電子技術関係の光機能薄膜等の形成には、
従前から様々な技術が開発されている。中でも、無機物
質又は有機物質を溶媒若しくは分散媒内へ溶解又は分散
させ、これ等を噴霧ノズルから高真空容器内へ噴霧して
基板上に堆積させ、その後この堆積層を加熱処理するよ
うにした薄膜形成方法は、高機能複合型光学薄膜の製造
方法として優れた方法であり、実用化へ向けての開発が
進められている。
2. Description of the Related Art Optical functional thin films related to optoelectronics technology and optical functional thin films related to electronic technology are formed.
Various technologies have been developed for some time. Among them, an inorganic substance or an organic substance is dissolved or dispersed in a solvent or a dispersion medium, and these are sprayed from a spray nozzle into a high vacuum vessel to be deposited on a substrate, and then the deposited layer is subjected to a heat treatment. The method of forming a thin film is an excellent method as a method for producing a high-performance composite optical thin film, and development for practical use is underway.

【0003】図3および図4は、従来から用いられてい
るこの種の噴霧ノズルの一例を示すものである。この噴
霧ノズルは、真空容器2にOリング4を介してボルト6
により着脱自在に固定されている。噴霧ノズルはバルブ
ボディ8の弁室を形成する凹部内にボンネット10を挿
着し、これをボンネットナット12で固定することによ
り構成されている。即ち、前記凹部内には周囲を押えア
ダプター14により固定されたダイヤフラム16が配置
されており、ディスク18がダイヤフラム16を弁座8
b側へ押圧することにより、ノズル孔8aを閉鎖してい
る。ディスク18の上面はハンドル20の回動により昇
降するステム22の下端と接触しており、ディスク18
とステム22は弾性体24により上方へ付勢されてい
る。
FIGS. 3 and 4 show an example of this type of spray nozzle conventionally used. The spray nozzle is connected to the vacuum vessel 2 via an O-ring 4 with bolts 6.
And is detachably fixed. The spray nozzle is configured by inserting a bonnet 10 into a recess forming a valve chamber of the valve body 8 and fixing the bonnet 10 with a bonnet nut 12. That is, a diaphragm 16 whose periphery is fixed by a holding adapter 14 is disposed in the concave portion, and a disk 18 connects the diaphragm 16 to the valve seat 8.
By pressing to the b side, the nozzle hole 8a is closed. The upper surface of the disk 18 is in contact with the lower end of the stem 22 which moves up and down by the rotation of the handle 20.
The stem 22 is urged upward by an elastic body 24.

【0004】バルブボディ8の内側面は流体噴出口8a
から下方に広がったテーパー面8cになっており、また
その上面側には流体供給管26が固定されている。薄膜
形成用流体Aは流体供給管26からバルブボディ8内の
流体導入路28へ流入し、ノズル孔8aが閉鎖状態にあ
るときには、ダイヤフラム16とバルブボディ8の上面
で形成される間隙G内に溜まった状態になっている。
[0004] The inner surface of the valve body 8 has a fluid outlet 8a.
The fluid supply pipe 26 is fixed on the upper surface side of the taper surface 8c. The fluid A for forming a thin film flows from the fluid supply pipe 26 into the fluid introduction passage 28 in the valve body 8, and when the nozzle hole 8 a is in a closed state, the fluid A enters the gap G formed between the diaphragm 16 and the upper surface of the valve body 8. It has accumulated.

【0005】図4は、ノズル孔8aが開放状態にあると
きの要部断面図である。ハンドル20を回動してステム
22を上昇させると、ディスク18は弾性体24の弾発
力により上昇し、ダイヤフラム16は自ら有する弾力で
弁座8bから離れ、ノズル孔8aは開放状態となる。こ
の時、流体Aは矢印で示すように流体供給管26、流体
導入路28、間隙Gを介してノズル孔8aから真空容器
2内へ微小液滴となって噴出してゆく。前記微小液滴が
真空容器内に配置された基板(図示省略)上に付着し、
基板が加熱されることにより、流体中の溶媒または分散
媒が蒸発して近傍のコールドトラップ(図示省略)に吸
着され、基板上には溶質である無機物質または有機物質
の薄膜が形成される。
FIG. 4 is a sectional view of a main part when the nozzle hole 8a is in an open state. When the handle 20 is rotated to raise the stem 22, the disk 18 is raised by the elastic force of the elastic body 24, the diaphragm 16 is separated from the valve seat 8b by its own elasticity, and the nozzle hole 8a is opened. At this time, the fluid A is ejected as minute droplets from the nozzle hole 8a into the vacuum vessel 2 through the fluid supply pipe 26, the fluid introduction path 28, and the gap G as indicated by arrows. The microdroplets adhere to a substrate (not shown) arranged in a vacuum vessel,
When the substrate is heated, the solvent or dispersion medium in the fluid evaporates and is absorbed by a nearby cold trap (not shown), and a thin film of an inorganic or organic substance as a solute is formed on the substrate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図3および図
4に示す従前の噴霧ノズルには、次のような欠点が存在
する。先ず第1の問題は、噴霧される微小液滴の粒径が
比較的大きく、その結果形成される薄膜の厚さに斑が生
じ易いと云う点である。即ち、図3および図4の噴霧ノ
ズルでは、基板上への流体の堆積速度の点から流体の噴
出流量を約100μl/min程度に調整する必要があ
り、そのためにノズル孔8aの孔径を20μm程度に選
定している。一方、流体供給圧は通常数10kg/cm
2 程度であるが、この流体圧力下で前記ノズル孔8aか
ら流体を噴霧すると、微小液滴の粒径が比較的大きくな
り、その結果基板に形成される薄膜の厚さに斑を生じる
ことになる。何故なら、ダイヤフラム16とノズル孔8
aとの間の通路間隙を微調整したとしても、ノズル孔8
aそのものは流体Aに対して全開された状態となるから
である。
However, the conventional spray nozzles shown in FIGS. 3 and 4 have the following disadvantages. First, the first problem is that the fine droplets to be sprayed have a relatively large particle size, and as a result, the thickness of the formed thin film tends to be uneven. That is, in the spray nozzles shown in FIGS. 3 and 4, it is necessary to adjust the ejection flow rate of the fluid to about 100 μl / min from the viewpoint of the deposition rate of the fluid on the substrate. Has been selected. On the other hand, the fluid supply pressure is usually several tens kg / cm.
When the fluid is sprayed from the nozzle hole 8a under this fluid pressure, the particle diameter of the fine droplet becomes relatively large, and as a result, unevenness occurs in the thickness of the thin film formed on the substrate. Become. Because the diaphragm 16 and the nozzle hole 8
a even if the passage gap between the nozzle hole 8 and the nozzle hole 8 is finely adjusted.
This is because “a” itself is fully opened with respect to the fluid A.

【0007】第2の問題は、噴霧ノズルの内部において
発生した粉塵や流体供給装置の内部で発生した粉塵が流
体中に入り込むと、これ等の粉塵が核となってノズル孔
8aに詰まりが発生するということである。即ち、ノズ
ル孔8aの長さは0.1mm程度あるため、一旦粉塵パ
ーティクルがノズル孔8aの内部に噛み込むと、後続す
る流体流によってもパーティクルが自然に外れることは
少なく、噛み込んだパーティクルを核としてこれに後続
流体Aが堆積し、ノズル孔8aが詰まることになる。
尚、ノズル孔8aの長さを0.1mmよりも相当短くす
れば粉塵パーティクルが噛み込む度合いはより小さくな
る。しかし、この長さを短かくすると、流体圧力が高い
ことも相俟ってノズル孔8aの近傍で流体の流れが不安
定となり、微小液滴の粒径がばらついて均一な薄膜を形
成できなくなる。そのため、ノズル孔の長さを約0.1
mm以下とすることはできない状態にある。また、この
微小なノズル孔8aが詰まったときには、その補修に長
時間を要し、薄膜形成工程の中断という最悪のケースを
生ずることになる。
[0007] The second problem is that when dust generated inside the spray nozzle or dust generated inside the fluid supply device enters the fluid, the dust becomes a nucleus and clogs the nozzle hole 8a. That is to do. That is, since the length of the nozzle hole 8a is about 0.1 mm, once the dust particles bite into the inside of the nozzle hole 8a, the particles are unlikely to be spontaneously dislodged by the subsequent fluid flow. The subsequent fluid A is deposited as a nucleus, and the nozzle hole 8a is clogged.
It should be noted that if the length of the nozzle hole 8a is considerably shorter than 0.1 mm, the degree of biting of the dust particles becomes smaller. However, if the length is shortened, the flow of the fluid becomes unstable near the nozzle hole 8a due to the high fluid pressure, and the particle diameter of the fine droplets varies, making it impossible to form a uniform thin film. . Therefore, the length of the nozzle hole should be about 0.1
mm or less. Further, when the minute nozzle hole 8a is clogged, it takes a long time to repair the nozzle hole 8a, and the worst case of interrupting the thin film forming process occurs.

【0008】一方、上記の如き欠点を改善するため、図
5に示す様なニードル弁方式が開発されている。このニ
ードル弁方式は特開平6−306181号、特開平7−
252670号および特開平7−252671号の各公
報に記載されているものであり、針状のニードル弁32
をノズル孔30へ挿通し、開閉機構部34によりニード
ル弁32を昇降させることにより、液溜め36から供給
される薄膜形成用流体の噴出流量を調整しようとするも
のである。
On the other hand, a needle valve system as shown in FIG. 5 has been developed in order to improve the above disadvantages. This needle valve system is disclosed in JP-A-6-306181 and JP-A-7-306181.
No. 252670 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 7-252671, each of which discloses a needle-shaped needle valve 32.
Is inserted into the nozzle hole 30, and the needle valve 32 is moved up and down by the opening and closing mechanism 34 to adjust the ejection flow rate of the thin film forming fluid supplied from the liquid reservoir 36.

【0009】このニードル弁32は先細形状であるか
ら、下降させるとノズル孔30との間隙が狭くなり、噴
出する微小液滴の粒径が小さくなり、基板上に形成され
る薄膜の均一性は確かに良くなる。しかし、前記従来例
と同様に、粉塵パーティクルによるノズル孔30での詰
まり現象はほとんど改善することができず、薄膜形成工
程を円滑に進めることを可能にする新技術の出現が待望
されていた。
Since the needle valve 32 has a tapered shape, when the needle valve 32 is lowered, the gap between the needle valve 32 and the nozzle hole 30 becomes narrower, the particle diameter of the ejected fine droplets becomes smaller, and the uniformity of the thin film formed on the substrate is reduced. Certainly get better. However, similarly to the conventional example, the clogging phenomenon in the nozzle holes 30 due to dust particles could hardly be improved, and the emergence of a new technology that enables the thin film forming process to proceed smoothly has been expected.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、従前の薄膜製
造装置用噴霧ノズルに於ける上記欠点を解消するために
なされたものであり、請求項1に記載の発明は、真空容
器の壁面に固定され、薄膜形成用流体を真空容器内へ噴
霧することにより基板上に流体の堆積層を形成する薄膜
製造装置用の噴霧ノズルにおいて、薄膜形成用流体をノ
ズル内に導入する流体通路と、この流体通路から流入す
る流体を真空装置内に微小液滴状に噴霧する微小開口を
有するノズル孔と、このノズル孔の内側近傍に配設され
たニードル弁体と、このニードル弁体をノズル孔に対し
軸方向に高周波振動させる振動体とを発明の基本構成と
する薄膜製造装置用高周波振動型噴霧ノズルである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks in the conventional spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus. In a spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus that forms a deposited layer of a fluid on a substrate by spraying a thin film forming fluid into a vacuum vessel, a fluid passage for introducing the thin film forming fluid into the nozzle, A nozzle hole having a minute opening for spraying a fluid flowing from the fluid passage into the vacuum device in the form of minute droplets, a needle valve body disposed near the inside of the nozzle hole, and a nozzle hole A high-frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus, comprising a vibrator that vibrates in the axial direction at a high frequency.

【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明にニー
ドル弁体をノズル孔に対し同軸状に上下位置調整する位
置調整機構を付加したものであり、請求項3の発明は、
前記位置調整機構を機械的手段による粗調整機構と電気
的手段による微調整機構に2分した薄膜製造装置用高周
波振動型噴霧ノズルである。
A second aspect of the present invention is characterized in that a position adjusting mechanism for adjusting the vertical position of the needle valve body coaxially with respect to the nozzle hole is added to the first aspect of the present invention.
A high frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus, wherein the position adjustment mechanism is divided into a coarse adjustment mechanism by mechanical means and a fine adjustment mechanism by electric means.

【0012】請求項4の発明は、請求項1の発明に於い
て、振動体によりニードル弁体を数キロヘルツから数1
00キロヘルツの周波数で高周波振動させ、噴霧流体の
微小液滴の粒径を制御できるようにしたものであり、ま
た請求項5の発明は、請求項1の発明に於いて、流体を
ノズル孔へ導入する通路部分に流体の分散体を設け、流
通する流体の流れを乱流にして微小液滴の粒径を更に小
さくすることを可能にした薄膜製造装置用高周波振動型
噴霧ノズルである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the needle valve element is moved from several kilohertz to several tens by the vibrator.
A high-frequency vibration is applied at a frequency of 00 kilohertz to control the particle size of the fine droplets of the sprayed fluid. The invention of claim 5 is the invention according to claim 1, wherein the fluid is supplied to the nozzle hole. This is a high-frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus in which a dispersion of a fluid is provided in a passage portion to be introduced, and the flow of the flowing fluid is made turbulent to further reduce the particle diameter of fine droplets.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施態様を説明する。図1は本発明に係る薄膜製造装置用
高周波振動型噴霧ノズルの縦断面図および図2は同噴霧
ノズルの要部拡大断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a high frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the spray nozzle.

【0014】図1および図2において、内部の真空度が
1×10-4Pa程度の真空容器38にはシャフト挿入孔
40が穿設されており、このシャフト挿入孔40にノズ
ル部42を螺着したシャフト44が挿入されている。ま
た、前記シャフト44の下端中央にはノズル孔46が穿
設されており、このノズル孔46の孔径φと長さLは図
2に示す如くφ=20μm、L=0.1mmに設定され
ている。更に、前記ノズル孔46の内部は逆円錐状のテ
ーパ面48に形成されており、このテーパ面48と同軸
状に逆円錐状のニードル弁体50が配置されている。
In FIG. 1 and FIG. 2, a shaft insertion hole 40 is formed in a vacuum container 38 having an internal vacuum degree of about 1 × 10 −4 Pa, and a nozzle 42 is screwed into the shaft insertion hole 40. The fitted shaft 44 is inserted. A nozzle hole 46 is formed at the center of the lower end of the shaft 44. The diameter φ and length L of the nozzle hole 46 are set to φ = 20 μm and L = 0.1 mm as shown in FIG. I have. Further, the inside of the nozzle hole 46 is formed in an inverted conical tapered surface 48, and an inverted conical needle valve body 50 is arranged coaxially with the tapered surface 48.

【0015】前記ニードル弁体50の先端部50aの傾
斜角βは30度に設定されており、ニードル弁体50の
上下位置を調整することにより、ニードル弁体先端50
bとノズル孔46の内側端面との間隔L0 が自在に調整
され、流体噴霧時の間隔L0は約数μm〜数10μmに
設定される。また、前記ニードル弁体50はロッド52
に固定されており、更に、ロッド52は弾性体受座54
に螺着されている。
The inclination angle β of the distal end portion 50a of the needle valve body 50 is set to 30 degrees, and by adjusting the vertical position of the needle valve body 50,
distance L 0 between the inner end surface of the b and the nozzle hole 46 is freely adjusted, the interval L 0 when the fluid spray is set to a divisor μm~ number 10 [mu] m. Further, the needle valve body 50 is
The rod 52 is further fixed to an elastic body seat 54.
Is screwed on.

【0016】前記ニードル弁体50とロッド52との連
結部79は八角柱状に形成されており、この八角柱状の
連結部79がノズル孔46へ流れ込む薄膜形成用流体A
の流れを乱流にするための流体分散体を構成している。
即ち、ノズル孔46に達した時の流体Aの流れが層流で
ある場合には、飛沫が微小化せずに層流のまま噴出する
ことがある。そのため、本実施態様に於いては前記流体
分散体を流体の通路部分に設け、これによってノズル孔
46へ達する流体の流れを乱流にするようにしている。
The connecting portion 79 between the needle valve body 50 and the rod 52 is formed in an octagonal column shape.
To form a fluid dispersion for making the flow turbulent.
That is, when the flow of the fluid A at the time of reaching the nozzle hole 46 is laminar, the droplets may be ejected with laminar flow without miniaturization. For this reason, in the present embodiment, the fluid dispersion is provided in the passage portion of the fluid, whereby the flow of the fluid reaching the nozzle hole 46 is made turbulent.

【0017】尚、図1及び図2に於いては、前記八角柱
状の連結部79を流体分散体とし、これによってシャフ
ト44とロッド52との間の間隙通路を、断面形状が一
様な横幅のリング状通路80から短かい円弧状の通路が
連なった横幅の一様でないリング状通路81に変えるこ
とにより、このリング状通路81の部分に於いて流体A
の流れを乱流とするようにしている。また、図1及び図
2に於いては、前記八角状の連結部79を流体分散体と
しているが、流体分散体は如何なるものであってもよ
く、例えば連結部79の外周面に螺旋溝を設けたり、或
いはノズル孔46の上方空間82内に流体Aの流れを乱
流にするための適宜の形状の分散体を設けるようにして
もよい。
In FIG. 1 and FIG. 2, the octagonal column-shaped connecting portion 79 is formed as a fluid dispersion so that a gap passage between the shaft 44 and the rod 52 is formed to have a uniform cross-sectional width. Of the fluid A in the ring-shaped passage 81 by changing from a ring-shaped passage 80 of FIG.
Is made to be turbulent. Also, in FIGS. 1 and 2, the octagonal connecting portion 79 is a fluid dispersion, but any fluid dispersion may be used. For example, a spiral groove may be formed on the outer peripheral surface of the connecting portion 79. Alternatively, a dispersion member having an appropriate shape for making the flow of the fluid A turbulent may be provided in the space 82 above the nozzle hole 46.

【0018】前記弾性体受座54は振動体56を介して
振動体固定台58に一体に連結されており、この振動体
固定台58は軸60を介してマイクロメータ62に連結
されている。また、弾性体受座54は弾性体64により
常に上方へ付勢されているから、振動体56、振動体固
定台58は軸60の下端に圧接されることになる。
The elastic body receiving seat 54 is integrally connected to a vibrating body fixing base 58 via a vibrating body 56, and the vibrating body fixing base 58 is connected to a micrometer 62 via a shaft 60. Further, since the elastic body receiving seat 54 is constantly urged upward by the elastic body 64, the vibrating body 56 and the vibrating body fixing base 58 are pressed against the lower end of the shaft 60.

【0019】前記マイクロメータ62を回動して軸60
を下降させると、弾性体受座54は弾性体64の弾発力
に抗しながら下降し、ニードル弁体先端50bはノズル
孔46に接近する。マイクロメータ62を逆転するとニ
ードル弁体先端50bはノズル孔46から離れることに
なる。
By rotating the micrometer 62, the shaft 60
Is lowered, the elastic body receiving seat 54 descends while resisting the elastic force of the elastic body 64, and the needle valve body tip 50 b approaches the nozzle hole 46. When the micrometer 62 is reversed, the needle valve body tip 50b moves away from the nozzle hole 46.

【0020】前記シャフト44は、Oリング66、66
を介してバルブボディ68の下面にボルト70により固
定されている。また、バルブボディ68はOリング7
2、72を介して真空容器38の上面にボルト74によ
り気密に固定されている。更に、マイクロメータ62は
バルブボディ68の上面にボルト76、76により一体
に固定されている。
The shaft 44 has O-rings 66, 66.
Are fixed to the lower surface of the valve body 68 by bolts 70. Also, the valve body 68 has an O-ring 7
It is air-tightly fixed to the upper surface of the vacuum container 38 via the bolts 74 via 2 and 72. Further, the micrometer 62 is integrally fixed to the upper surface of the valve body 68 by bolts 76,76.

【0021】薄膜形成用流体Aは貯留タンク(図示省
略)から流体通路78を介してロッド52の中間部に流
入し、ロッド52の周辺からニードル弁体50を経てノ
ズル孔46から、真空容器38内の基板(図示省略)上
へ向けて噴出される。
The fluid A for forming a thin film flows from a storage tank (not shown) through a fluid passage 78 into an intermediate portion of the rod 52, and from the periphery of the rod 52 via a needle valve 50 through a nozzle hole 46 to a vacuum vessel 38. It is ejected toward a substrate (not shown) inside.

【0022】本実施例では、前記振動体56としてピエ
ゾ素子が用いられており、数キロヘルツから数100キ
ロヘルツの高周波電圧が印加されると、この周波数に同
調してピエゾ素子が伸長・短縮を繰り返し、このピエゾ
素子の機械的振動を利用してニードル弁体50を上下方
向に微振動させる。前記振動体56によるニードル弁体
50の高周波振動が本発明の重要な要素であり、この振
動体56の他の例として、コイルに高周波電流を流して
永久磁石を上下に微振動させる方式や、振動を発生させ
るピックアップ方式、超音波振動を利用する方式等公知
の微振動技術を適用することができる。
In this embodiment, a piezo element is used as the vibrator 56. When a high-frequency voltage of several kilohertz to several hundred kilohertz is applied, the piezo element repeatedly expands and contracts in synchronization with this frequency. Using the mechanical vibration of the piezo element, the needle valve body 50 is slightly vibrated in the vertical direction. The high-frequency vibration of the needle valve body 50 by the vibrating body 56 is an important element of the present invention. As another example of the vibrating body 56, a method in which a high-frequency current is supplied to a coil to finely vibrate a permanent magnet vertically, A known micro-vibration technique such as a pickup method for generating vibration and a method using ultrasonic vibration can be applied.

【0023】次に、本発明に係る高周波振動型噴霧ノズ
ルの作用について説明する。先ず、位置調整機構を操作
して、ニードル弁体50をノズル孔46に対して適正な
位置に設定する。即ち、第1に、粗調整機構として機械
的手段であるマイクロメータ62を手動で回動操作し、
ニードル弁体50の位置を粗調整する。次に、微調整機
構として電気的手段である直流バイアス電圧を振動体5
6に印加し、振動体56を伸長させてニードル弁体50
をノズル孔46に対し所望位置に微調整する。
Next, the operation of the high frequency vibration type spray nozzle according to the present invention will be described. First, the needle valve element 50 is set at an appropriate position with respect to the nozzle hole 46 by operating the position adjusting mechanism. That is, first, the micrometer 62 which is a mechanical means as a coarse adjustment mechanism is manually rotated,
The position of the needle valve body 50 is roughly adjusted. Next, a DC bias voltage, which is an electrical means, is applied to the vibrating body 5 as a fine adjustment mechanism.
6, the vibrating body 56 is extended, and the needle valve body 50
Is finely adjusted to a desired position with respect to the nozzle hole 46.

【0024】この時、間隔L0 は数μm〜数10μmに
設定することが望ましい。このL0が小さいほどニード
ル弁先端50bとノズル孔46の内側周縁との間隙が小
さくなり、流体がノズル孔46から噴出するときに形成
される微小液滴の粒径を小さくできる。また、前記粒径
が小さい程、基板上に形成される薄膜の厚さが均一にな
り、きめ細かな均一な厚さの薄膜の形成が実現できるこ
とになる。尚、マイクロメータのような機械的手段と直
流バイアス電圧のような電気的手段によるL0 の調整限
界は数μm程度であり、条件によってはL0 を0.1〜
0.2mmと大きくすることは構わず、これ等は薄膜の
生成条件によって変わることになる。
At this time, it is desirable that the interval L 0 is set to several μm to several tens μm. The smaller the value of L 0 , the smaller the gap between the needle valve tip 50 b and the inner peripheral edge of the nozzle hole 46, and the smaller the particle diameter of the fine droplet formed when the fluid is ejected from the nozzle hole 46. In addition, the smaller the particle size is, the more uniform the thickness of the thin film formed on the substrate becomes, so that a thin film having a uniform thickness can be formed. The adjustment limit of L 0 by mechanical means such as a micrometer and electric means such as a DC bias voltage is about several μm, and L 0 may be 0.1 to 0.1 μm depending on conditions.
It can be as large as 0.2 mm, and these will vary depending on the conditions for forming the thin film.

【0025】前記直流バイアス電圧に数キロヘルツから
数100キロヘルツの間の高周波電圧を重畳し、ニード
ル弁体50をその周波数でノズル孔46に対し同軸状に
上下微振動させる。そして、この状態下で、貯留タンク
(図示省略)から薄膜形成用流体Aを大気圧以上の圧力
でもって、流体通路78を通してノズル孔46より噴出
させる。即ち、流体通路78を通してシャフト44とロ
ッド52との間隙通路80内へ圧入された薄膜形成用流
体Aは、流体分散体79を設けた間隙通路81を通過す
る間にその流れが完全に乱流となり、ノズル孔46へ向
って流れ込むことにより、微細粒となって噴出して行
く。
A high frequency voltage of several kilohertz to several hundred kilohertz is superimposed on the DC bias voltage, and the needle valve body 50 is vibrated up and down coaxially with respect to the nozzle hole 46 at the frequency. Then, under this condition, the thin film forming fluid A is ejected from the nozzle hole 46 through the fluid passage 78 at a pressure higher than the atmospheric pressure from a storage tank (not shown). That is, the thin-film forming fluid A pressed into the gap passage 80 between the shaft 44 and the rod 52 through the fluid passage 78 is completely turbulent while passing through the gap passage 81 provided with the fluid dispersion 79. Then, by flowing toward the nozzle hole 46, the particles are ejected as fine particles.

【0026】前記ニードル弁体50を微振動させる理由
の第1は、ノズル孔46から噴出される流体の微小液滴
の粒径を更に小さくするためである。ニードル弁体50
の先端50bが流体中で振動すると、その先端50bが
微小液滴形成の契機となり、周波数が高くなる程粒径が
小さくなる。尚、周波数がその下限である数キロヘルツ
以下では、液滴の粒径はほとんど変化しなくなり、ま
た、上限である数100キロヘルツ以上では、粒径を更
に小さくすることが困難になる。
The first reason for finely vibrating the needle valve body 50 is to further reduce the particle diameter of the fine liquid droplets ejected from the nozzle hole 46. Needle valve body 50
When the tip 50b vibrates in the fluid, the tip 50b triggers the formation of fine droplets, and the particle size decreases as the frequency increases. If the frequency is lower than the lower limit of several kilohertz, the particle size of the droplet hardly changes. If the frequency is higher than the upper limit of several hundred kilohertz, it becomes difficult to further reduce the particle size.

【0027】前記理由の第2は、粒体中に含まれる粉塵
パーティクルがノズル46の近傍又は内部で壁面に噛み
合い、その粒子を核にして粒体中の薄膜素材物質が析出
して核成長を起こした場合でも、ニードル弁体50によ
る微振動圧力波がその核を壁面から剥離させる作用をす
るからである。即ち、ノズル孔46の孔径は約20μm
と極めて小さく、核成長による流体遮断、換言すれば詰
まり現象が、この種の噴霧ノズルの最大の弱点であっ
た。本発明は、ニードル弁体の微振動によって、この詰
まりの問題を完全に克服することに成功したものであ
る。また、粉塵パーティクルが混入しない場合でも、流
体の粘度が高い場合には詰まり現象が誘発されやすい
が、本発明ではこのような高粘度流体に対しても、詰ま
り現象を抑制することができる。
The second reason is that the dust particles contained in the particles mesh with the wall surface near or inside the nozzle 46, and the thin film material in the particles precipitates with the particles as nuclei to cause nucleus growth. This is because, even if it occurs, the micro-vibration pressure wave by the needle valve body 50 acts to separate the nucleus from the wall surface. That is, the diameter of the nozzle hole 46 is about 20 μm.
Fluid interruption by nucleus growth, in other words, clogging phenomenon, was the biggest weak point of this type of spray nozzle. The present invention has succeeded in completely overcoming the problem of clogging due to fine vibration of the needle valve element. Further, even when dust particles are not mixed, a clogging phenomenon is easily induced when the viscosity of the fluid is high. However, the clogging phenomenon can be suppressed even for such a high viscosity fluid in the present invention.

【0028】前述したように、流体に加える圧力は任意
に設定できるが、通常約1〜100kg/cm2 程度で
ある。また、真空容器38内は高真空に保持されている
から、大気圧(1kg/cm2 )以下の圧力でも、流体
Aを基板上に噴霧することは可能である。前記流体圧と
噴霧流量とは直接に関係し、噴霧時間、噴霧パターンお
よび薄膜の所望膜厚との絡みの中で、流体圧は設計に応
じて自在に調整することができる。
As described above, the pressure applied to the fluid can be arbitrarily set, but is usually about 1 to 100 kg / cm 2 . Further, since the inside of the vacuum vessel 38 is maintained at a high vacuum, the fluid A can be sprayed on the substrate even at a pressure lower than the atmospheric pressure (1 kg / cm 2 ). The fluid pressure and the spray flow rate are directly related, and the fluid pressure can be freely adjusted according to the design in the context of the spray time, the spray pattern, and the desired film thickness of the thin film.

【0029】本発明で使用する薄膜形成用流体は、例え
ば有機系光学材料を有機溶媒に熔解又は分散した溶液若
しくは分散液であり、ノズル孔46から噴出させた段階
では微小液滴となっているが、噴霧飛行中あるいは加熱
基板上で有機溶媒は近傍のコールドトラップに吸着され
るため、基板上には例えば、有機系光学材料だけの薄膜
が形成されることになる。上述した本発明の高周波振動
型噴霧ノズルは、上記のような任意の薄膜形成用流体に
対して適用することができるものである。
The fluid for forming a thin film used in the present invention is, for example, a solution or dispersion obtained by dissolving or dispersing an organic optical material in an organic solvent. However, since the organic solvent is adsorbed to the nearby cold trap during the spray flight or on the heated substrate, a thin film of, for example, only the organic optical material is formed on the substrate. The high frequency vibration type spray nozzle of the present invention described above can be applied to any thin film forming fluid as described above.

【0030】本発明では、粗調整機構と微調整機構から
なる位置調整機構により、ニードル弁体50をノズル孔
46に対し所望の位置に設定できるから、ニードル弁体
50によりノズル孔46の開度を任意に調整することが
でき、流体Aの流量制御を容易に行なえる。また開度を
調整することにより、流体の内部圧を可変でき、同時に
流体への外部印加圧を調整することにより、ノズル孔か
らの流体の噴霧パターンを変更でき、所望の薄膜を形成
することが可能になる。更に、粗調整機構としてマイク
ロメータを図示したが、公知の軸移動機構を適用するこ
とが可能である。加えて、微調整機構として直流バイア
ス電圧によるピエゾ素子の伸長効果を開示したが、それ
以外の公知の電気的機構を用いることも可能である。
In the present invention, the needle valve element 50 can be set at a desired position with respect to the nozzle hole 46 by the position adjusting mechanism including the coarse adjustment mechanism and the fine adjustment mechanism. Can be arbitrarily adjusted, and the flow rate of the fluid A can be easily controlled. Also, by adjusting the opening, the internal pressure of the fluid can be varied, and simultaneously, by adjusting the external pressure applied to the fluid, the spray pattern of the fluid from the nozzle hole can be changed, and a desired thin film can be formed. Will be possible. Further, although a micrometer is illustrated as a coarse adjustment mechanism, a known axis moving mechanism can be applied. In addition, although the elongation effect of the piezo element by the DC bias voltage has been disclosed as the fine adjustment mechanism, other known electric mechanisms can be used.

【0031】尚、本発明は、上記実施態様に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲に
おける種々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に
包含するものである。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications and design changes within the technical scope thereof without departing from the technical idea of the present invention. is there.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明は上述の通り、振動体によりニー
ドル弁体をノズル孔に対し上下微振動させるようにして
いるため、流体中に粉塵パーティクルが混入しても、こ
のパーティクルを強制排出することができ、また、ノズ
ル孔内にパーティクルが噛み合っても、流体の高周波振
動圧力波によりパーティクルを剥離できる。その結果、
ノズル孔の詰まり現象はほぼ完全に克服されることにな
る。
As described above, according to the present invention, the needle valve body is vertically vibrated with respect to the nozzle hole by the vibrating body, so that even if dust particles are mixed in the fluid, these particles are forcibly discharged. In addition, even if the particles are engaged in the nozzle hole, the particles can be separated by the high frequency vibration pressure wave of the fluid. as a result,
The clogging phenomenon of the nozzle hole is almost completely overcome.

【0033】また、流体の粘度が高くなっても、強制微
振動によって流体の強制噴出が可能となり、詰まりを生
ずることが抑制される。
Further, even if the viscosity of the fluid becomes high, forced ejection of the fluid becomes possible by forced micro-vibration, so that clogging is suppressed.

【0034】更に、位置調整機構によりニードル弁体を
ノズル孔に対し所望の位置に設定することができるた
め、ノズル孔の開度調整が可能となり、流体の流量調整
も容易にできるうえ、流体分散体を流体通路に設けて流
体の流れを乱流にしたあとノズル孔へ導くようにしてい
る。その結果、噴出流体の微小液滴の粒径を著しく小さ
くできるとともに、流体の内部圧力を変えて噴霧パター
ン等を制御することも可能となる。本発明は上述の通り
優れた実用的効果を奏するものである。
Further, since the needle valve element can be set at a desired position with respect to the nozzle hole by the position adjusting mechanism, the opening degree of the nozzle hole can be adjusted, and the flow rate of the fluid can be easily adjusted. A body is provided in the fluid passage to make the flow of the fluid turbulent and then to the nozzle hole. As a result, the particle size of the fine droplets of the ejected fluid can be significantly reduced, and the spray pattern can be controlled by changing the internal pressure of the fluid. The present invention has excellent practical effects as described above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る高周波振動型噴霧ノズルの縦断面
図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a high frequency vibration type spray nozzle according to the present invention.

【図2】図1の要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.

【図3】従来の噴霧ノズルの縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional spray nozzle.

【図4】図3の弁開放時における要部拡大断面図であ
る。
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part when the valve of FIG. 3 is opened.

【図5】従来の他の噴霧ノズルの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of another conventional spray nozzle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Aは薄膜形成用流体、βはニードル弁の先端部の傾斜
角、38は真空容器、40はシャフト挿入孔、42はノ
ズル部、44はシャフト、46はノズル孔、48は逆円
錐状テーパ面、50はニードル弁体、52はロッド、5
4は弾性体受座、56は振動体、58は振動体固定台、
60は軸、62はマイクロメータ、64は弾性体、66
はOリング、68はバルブボディ、70はボルト、72
はOリング、74はボルト、76はボルト、78は流体
通路、79は流体分散体、80・81は間隙通路。
A is a fluid for forming a thin film, β is an inclination angle of a tip portion of a needle valve, 38 is a vacuum container, 40 is a shaft insertion hole, 42 is a nozzle portion, 44 is a shaft, 46 is a nozzle hole, and 48 is an inverted conical tapered surface. , 50 is a needle valve body, 52 is a rod, 5
4 is an elastic body seat, 56 is a vibrating body, 58 is a vibrating body fixing table,
60 is an axis, 62 is a micrometer, 64 is an elastic body, 66
Is an O-ring, 68 is a valve body, 70 is a bolt, 72
Is an O-ring, 74 is a bolt, 76 is a bolt, 78 is a fluid passage, 79 is a fluid dispersion, and 80 and 81 are gap passages.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器の壁面に固定され、薄膜形成用
流体を真空容器内へ噴霧することにより基板上に流体の
堆積層を形成する薄膜製造装置用噴霧ノズルにおいて、
薄膜形成用流体をノズル内に導入する流体通路と、この
流体通路から流入する流体を真空装置内に微小液滴状に
噴霧する微小開口を有するノズル孔と、このノズル孔の
内側近傍に配設されたニードル弁体と、このニードル弁
体をノズル孔に対し軸方向に高周波振動させる振動体と
から構成した薄膜製造装置用高周波振動型噴霧ノズル。
1. A spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus fixed to a wall surface of a vacuum container and spraying a thin film forming fluid into the vacuum container to form a deposited layer of the fluid on a substrate,
A fluid passage for introducing a fluid for forming a thin film into a nozzle, a nozzle hole having a minute opening for spraying a fluid flowing from the fluid passage into a vacuum device in the form of minute droplets, and disposed near the inside of the nozzle hole A high frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus, comprising: a needle valve element thus obtained; and a vibrator for vibrating the needle valve element in a high frequency direction with respect to the nozzle hole.
【請求項2】 前記ニードル弁体をノズル孔に対し同軸
状に上下位置調整する位置調整機構を設けた請求項1に
記載の薄膜製造装置用高周波振動型噴霧ノズル。
2. The high frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a position adjusting mechanism for adjusting the vertical position of the needle valve body coaxially with respect to the nozzle hole.
【請求項3】 前記位置調整機構は機械的手段による粗
調整機構と電気的手段による微調整機構からなる請求項
2に記載の薄膜製造装置用高周波振動型噴霧ノズル。
3. The high frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus according to claim 2, wherein said position adjusting mechanism comprises a coarse adjusting mechanism by mechanical means and a fine adjusting mechanism by electric means.
【請求項4】 前記振動体は数キロヘルツから数100
キロヘルツの周波数でニードル弁体を高周波振動させ、
噴霧される液体の微小液滴の粒径を制御する請求項1に
記載の薄膜製造装置用高周波振動型噴霧ノズル。
4. The vibrating body is from several kilohertz to several hundreds of kilohertz.
High frequency vibration of the needle valve at a frequency of kilohertz,
2. The high frequency vibration type spray nozzle for a thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the particle size of the fine droplet of the liquid to be sprayed is controlled.
【請求項5】 薄膜形成用液体をノズル孔へ導入する通
路部分に流体の分散体を設け、流通する薄膜形成用液体
の流れを乱流にして生成される微小液滴の粒径を小さく
する請求項1に記載の薄膜製造装置用高周波振動型噴霧
ノズル。
5. A dispersion of a fluid is provided in a passage portion for introducing a liquid for forming a thin film into a nozzle hole, and a flow of the flowing liquid for forming a thin film is made turbulent to reduce a particle diameter of a microdroplet generated. A high-frequency vibration type spray nozzle for a thin film production apparatus according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2361288A (en) * 2000-03-09 2001-10-17 Eric James Enston Valve vibration
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