TWI447258B - 原料氣體產生裝置 - Google Patents

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Yosuke Kusumi
Koichi Ozaki
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Description

原料氣體產生裝置
本案發明係關於原料氣體產生裝置，尤其是關於產生CVD(Chemical Vapor Deposition)加工用原料氣體的原料氣體產生裝置。
以往，於產生CVD加工用原料氣體的原料氣體產生裝置中，對放入有例如羰基金屬等之粉末狀的固體原料之容器進行加熱，以產生原料氣體，並將運載氣體導入容器內，將原料氣體與此運載氣體一起排出至容器外，供給至進行CVD加工之雷射加工裝置(例如，參照專利文獻1)。
第1圖顯示此種原料氣體產生裝置之構成的一例。
第1圖之原料氣體產生裝置1係以包含圓筒形之容器11、圓板狀的蓋12、通氣管13、閥14、擴散體15、通氣管16及閥17之方式所構成。
容器11係藉由未圖示之加熱手段而設定為既定的溫度，且藉由此熱使容器11內之固體原料2昇華，進而產生原料氣體。
另一方面，運載氣體係透過通氣管13導入容器11內，並藉由設於通氣管13之前端的擴散體15，朝除比擴散體15更上方以外的各個方向大致均等地擴散。然後，經擴散之運載氣體流通於容器11內，且透過通氣管16將自固體原料2所產生之原料氣體運送至未圖示之進行CVD加工的雷射加工裝置。
此時，藉由擴散體15之作用，運載氣體大致上遍佈於固體原料2之表面附近而作流動，所以，固體原料2無論哪個部位幾乎皆被大致均等地消耗。
另外，將固體原料2充填於容器11後，固體原料2之表面之粒徑較小者便立即昇華，使得容器11內之原料氣體的濃度增高，所以，自通氣管16排出，而供給於雷射加工裝置之氣體(以下，稱為供給氣體)所佔之原料氣體的濃度(以下，稱為供給原料氣體濃度)增高。此後，隨著固體原料2之粒徑較小者被消耗完後，容器11內之原料氣體的濃度降低，供給原料氣體濃度達到穩定。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本國特開2001-59178號公報
於原料氣體產生裝置1中，當增加運載氣體之流量時，供給原料氣體濃度降低，並藉由固體原料2之消耗而造成供給原料氣體濃度之降低量增大。
具體而言，於運載氣體之流量少的情況下，運載氣體停留於容器11內之時間變長，自固體原料2之表面所產生的原料氣體，藉由運載氣體被充分地運送至通氣管16的開口部16A。因此，容器11內之原料氣體的濃度差變小，通氣管16之開口部16A附近的原料氣體的濃度降低受到抑制。結果可抑制供給原料氣體濃度之降低。
另外，如第2圖所示，即使因固體原料2之消耗的進 行而使得固體原料2之表面與通氣管16之開口部16A的距離擴大，容器11內之原料氣體的濃度差仍小，所以，仍可將供給原料氣體濃度之降低量抑制為較小。
另一方面，當增加運載氣體之流量時，自擴散體15之側面噴出，未通過固體原料2之表面附近而直接流入通氣管16或停留於容器11內之上部的運載氣體增加。藉由此運載氣體之流動，會妨礙運載氣體自固體原料2之表面朝通氣管16的開口部16A的流動，使得原料氣體停留於固體原料2之表面附近。因此，容器11內之上下方向的原料氣體的濃度差變大，通氣管16之開口部16A附近的原料氣體的濃度降低。結果會造成供給原料氣體濃度之降低。
另外，如第2圖所示，隨著因固體原料2之消耗的進行而使得固體原料2之表面與通氣管16之開口部16A的距離擴大，流動於固體原料2之表面附近的運載氣體的比例減少，造成容器11內之上下方向的原料氣體的濃度差變大。結果，隨著固體原料2之消耗而帶來的供給原料氣體的濃度之降低量變大。
本發明係鑒於上述狀況而完成者，其目的在於抑制原料氣體之濃度的降低。
本發明之一態樣的原料氣體產生裝置，係從以蓋封閉之容器內的固體原料產生原料氣體之裝置，該原料氣體產生裝置具備：導入構件，其於前端部具有將用以運送原料氣體之運載氣體導入容器內的第1開口部；擴散構件，其於原料之上方以堵塞第1開口部之方式設置，使導 入容器內之運載氣體擴散，並具有將經擴散之運載氣體朝垂直向下方向噴出的第2開口部；及排出構件，其將原料氣體與運載氣體一起自原料的上方排出至容器外部。
於本發明之一態樣中，自導入構件之第1開口部導入容器內的運載氣體係藉由擴散構件所擴散，經擴散之運載氣體自擴散構件之第2開口部朝垂直向下方向噴出，將原料氣體與運載氣體一起自原料的上方排出至容器外部。
藉此，可抑制原料氣體之濃度的降低。
此導入構件及排出構件係由例如通氣管所構成。此擴散構件係由例如含燒結金屬等之擴散體的氣體擴散構件所構成。
擴散構件之第2開口部可配置於容器之水平方向的大致中央。
藉此，可更有效率地抑制原料氣體之濃度的降低。
擴散構件可具有複數個第2開口部，複數個第2開口部係能以容器之水平方向的中央作為中心大致對稱地配置。
藉此，可更有效率地抑制原料氣體之濃度的降低。
根據本發明之一態樣，可抑制原料氣體之濃度的降低。
 [實施發明之形態]
以下，針對用以實施本發明之形態(以下，稱為實施形態)進行說明。又，說明係依如下之順序進行。
1.第1實施形態
2.第2實施形態
3.第3實施形態
4.變化例
<1.第1實施形態> [原料氣體產生裝置101之構成例]
第3圖為模式地顯示屬應用本發明之原料氣體產生裝置的第1實施形態之原料氣體產生裝置101的構成例之剖視圖。
原料氣體產生裝置101係對放入容器111內之固體原料102進行加熱，而產生CVD加工用原料氣體的裝置。固體原料102係由例如羰基金屬等之於室溫~50℃左右且具有1hPa左右之較高的飽和蒸氣壓之粉末狀物質所構成。
原料氣體產生裝置101係以包含圓筒形之容器111、圓板狀的蓋112、通氣管113、閥114、氣體擴散構件115、通氣管116及閥117之方式所構成。
容器111係藉由未圖示之加熱手段而設定為適宜的溫度，且藉由容器111之熱而使固體原料102昇華，以產生原料氣體。
蓋112係可拆裝式地安裝於容器111上，例如，充填固體原料102於容器111內時，自容器111拆下蓋112。另外，於容器111及蓋112所接觸之部分，以容器111內之氣體不外洩的方式被實施氣密性密封。
另外，於蓋112上以在垂直方向貫通之方式設有通氣管113及通氣管116。
通氣管113係用以將運送原料氣體之運載氣體導入容器111內。又，運載氣體係使用例如氬氣等之惰性氣體。
另外，於通氣管113上設有閥114，其可使運載氣體流動或予以截斷。
又，於通氣管113之前端設有氣體擴散構件115。此氣體擴散構件115係由擴散體131及框體132所構成。
擴散體131係由例如燒結金屬所構成，且以堵塞通氣管113之前端的開口部113A(第1開口部)的方式設置。藉此，自通氣管113之開口部113A排出的運載氣體全部流入擴散體131中，藉由擴散體131所擴散。
另外，擴散體131係除了上面之堵塞通氣管113之前端的開口部113A的部分及下面以外，其餘均由框體132所包覆。藉此，由擴散體131所擴散之運載氣體，係自擴散體131的下面排出，且自藉由框體132所形成之氣體擴散構件115的開口部115A(第2開口部)朝垂直向下方向噴出。
通氣管116係藉由氣密性接頭等與進行CVD加工之雷射加工裝置(未圖示)連接，將原料氣體及運載氣體(亦即供給氣體)自容器111運出，供給於雷射加工裝置。另外，於通氣管116上設有閥117，其可使供給氣體流動或予以截斷。
[原料氣體產生裝置101之氣體流動]
在此，針對原料氣體產生裝置101中之氣體的流動進行說明。
透過通氣管113導入容器111內之運載氣體，自通氣管113之開口部113A排出後，藉由通過氣體擴散構件115之擴散體131而被擴散，自開口部115A朝垂直向下方向噴出。自氣體擴散構件115噴出之運載氣體，朝大致垂直向下方向下降至固體原料102之表面為止，且噴吹至固體原料102之表面，而沿固體原料102之表面朝容器111的內壁方向擴散。然後，運載氣體沿容器111之內壁上升。
藉由此運載氣體之流動，自固體原料102產生之原料氣體，被運送至通氣管116的開口部116A，與運載氣體一起流入通氣管116。然後，原料氣體及運載氣體(亦即供給氣體)透過通氣管116被供給至CVD加工裝置。
如此，於原料氣體產生裝置101中，自氣體擴散構件115噴出之運載氣體的大部分流動於固體原料102之表面附近，用於原料氣體之運送。另一方面，幾乎不會產生有不通過固體原料102之表面附近而直接流入通氣管116或者停留於容器111內之上部的運載氣體。
因此，於固體原料102之表面所產生之原料氣體，藉由運載氣體而效率良好地被運送至通氣管116的開口部116A，所以，容器111內之上下方向的原料氣體之濃度差變小。結果可抑制供給於雷射加工裝置之供給氣體所佔之原料氣體的濃度(供給原料氣體濃度)之降低。
另外，固體原料102之被自氣體擴散構件115噴出之運載氣體所直接噴吹的部分，比其周邊部分更快地被消耗，因此，如第4圖所示，會於固體原料102之表面產生凹陷。但是，即使產生凹陷而造成固體原料102之表面與 通氣管116的開口部116A之距離擴大，藉由上述運載氣體之流動，仍可效率良好地將原料氣體運送至通氣管116的開口部116A，所以，可抑制容器111內之上下方向的原料氣體之濃度差的擴大。結果可將隨固體原料102之消耗而帶來的供給原料氣體濃度之降低量抑制成最小程度。
因此，可長期間地使供給於雷射加工裝置之供給氣體的供給原料氣體濃度達到穩定。
又，即使增加運載氣體之流量，大部分之運載氣體同樣被用於原料氣體之運送，容器111內之上下方向的原料氣體之濃度差幾乎不會擴大，所以可抑制供給原料氣體濃度之降低。
因此，可增加運載氣體之流量，而不會增加容器111之容量，且不會造成供給原料氣體濃度的降低。
另外，尤其是無需採用高價之備品或複雜的構成，可藉由簡單之構成實現本發明。
<2.第2實施形態> [原料氣體產生裝置201之構成例]
第5圖為模式地顯示屬應用本發明之原料氣體產生裝置的第2實施形態之原料氣體產生裝置201的構成例之剖視圖。又，圖中，針對與第3圖所對應之部分，賦予相同之元件符號。
與第3圖之原料氣體產生裝置101相比較，原料氣體產生裝置201係於通氣管113及氣體擴散構件115之配置上存在有差異。亦即，於原料氣體產生裝置201中，通氣管113及氣體擴散構件115係配置於容器111之水平方向 的大致中央。
又，原料氣體產生裝置201中之氣體的流動，係除了自氣體擴散構件115噴出之運載氣體噴吹於固體原料102表面的大致中央之點以外，其餘與原料氣體產生裝置101大致相同。因此，於原料氣體產生裝置201中，隨著固體原料102之消耗，如第6圖所示，會於固體原料102之表面的大致中央處產生凹陷。
於上述原料氣體產生裝置101中，固體原料102表面的凹陷形成於容器111之內壁附近，所以，當凹陷增大時，便會與容器111之內壁相碰，從而會抑制凹陷之面積的擴大。
另一方面，於原料氣體產生裝置201中，於固體原料102之表面的大致中央形成有凹陷，所以，即使凹陷增大，亦不會與容器111之內壁相碰。因此，凹陷之表面積的擴大未受抑制。
因此，於固體原料102之消耗所進行之時刻，因固體原料102之表面積的增大，所以，原料氣體產生裝置201比原料氣體產生裝置101更可抑制原料氣體之濃度降低。
另外，第7圖為對原料氣體產生裝置201與習知之原料氣體產生裝置1的供給原料氣體濃度進行比較之曲線圖。橫軸表示使用時間，縱軸表示供給原料氣體濃度。另外，上側之曲線表示原料氣體產生裝置201之供給原料氣體濃度的變化，下側之曲線表示原料氣體產生裝置1之供給原料氣體濃度的變化。
如此，原料氣體產生裝置201比原料氣體產生裝置1 ，更可抑制隨著隨固體原料102之消耗而帶來的供給原料氣體濃度之降低。
<3.第3實施形態> [原料氣體產生裝置301之構成例]
第8圖為模式地顯示屬應用本發明之原料氣體產生裝置的第3實施形態之原料氣體產生裝置301的構成例之剖視圖。又，圖中，針對與第5圖所對應之部分，賦予相同之元件符號。
原料氣體產生裝置301與第5圖之原料氣體產生裝置201相比較，差異點為：在通氣管113之前端改設氣體擴散構件311來取代氣體擴散構件115。
與氣體擴散構件115相比較，氣體擴散構件311係在擴散體的數量上與氣體擴散構件115不同。具體而言，氣體擴散構件311係由擴散體331a~331d(其中，未圖示擴散體331b及331d)及框體332所構成。
第9圖為從下方觀察氣體擴散構件311之圖。於氣體擴散構件311之下面，以將中心軸C作為中心而大致對稱的方式設有藉由框體332所形成之開口部311A~311D。藉此，因氣體擴散構件311配置於容器111之水平方向的大致中央，所以，開口部311A~311D係以容器111之水平方向的中央作為中心而大致對稱的方式配置。另外，於第9圖中雖未圖示，於開口部311A~311D之上部分別設有擴散體331a~331d。
另外，框體332係形成使自通氣管113之開口部113A排出的運載氣體流入擴散體331a~331d的上面並自下面 排出的路徑。因此，流入氣體擴散構件311之運載氣體，藉由擴散體331a~331d所擴散，並自擴散體331a~331d的下面排出，自開口部311A~311D朝垂直向下方向噴出。
藉此，與原料氣體產生裝置101及原料氣體產生裝置201相比較，於原料氣體產生裝置301中，運載氣體可更均勻地被噴吹至固體原料102之表面。因此，產生於固體原料102之表面的凹陷之大小及深度變小。
因此，可藉由運載氣體更有效率地將在固體原料102之表面產生的原料氣體運送至通氣管116的開口部116A，從而可減小容器111內之上下方向的原料氣體之濃度差。結果可更有效地抑制供給原料氣體濃度之降低。
又，開口部311A~311D及擴散體331a~331d的位置，亦可配置於以氣體擴散構件115之中心軸C為中心而大致對稱的其他位置。
例如，如第10圖所示，亦可將開口部311A配置於氣體擴散構件311之中心軸C上，並以中心軸C為中心大致對稱的方式配置開口部311B~311D及擴散體331a~331d(未圖示)。
另外，開口部(擴散體)之數量不限於1或4個，亦可設定為任意個。又，於設置複數個開口部(擴散體)之情況下，如第9圖及第10圖之例示，以將氣體擴散構件之中心軸C作為中心大致對稱的方式配置較為適宜。
又，氣體擴散構件之開口部的口徑及數量，較佳為以基於運載氣體之流量、容器111之大小等而設定成最適宜之值。
<4.變化例>
以下，針對本發明之實施形態的變化例進行說明。
[變化例1]
例如，如原料氣體產生裝置101~301，只要其構成為能使運載氣體自固體原料102之上方朝垂直向下方向噴出，則通氣管113之形狀及位置並無特別之限制。例如，亦可將通氣管113作成L字形，且使其貫通容器111之側面，而自容器111之側面導入運載氣體。
[變化例2]
另外，只要將開口部116A設置於比容器111內的固體原料102的表面高之位置，且可將供給氣體排出至容器111之外部，則通氣管116之形狀及位置並無特別之限制。
[變化例3]
又，容器111之形狀不限於圓筒形，亦可為其他形狀。
[變化例4]
另外，氣體導入用及氣體排出用之通氣管的數量，不限於各設一個之情況，亦可設置2個以上。
又，本發明之實施形態，不限於上述實施形態，在未超出本發明之實質範圍內，可作各種之變更。
101‧‧‧原料氣體產生裝置
102‧‧‧固體原料
111‧‧‧容器
112‧‧‧蓋
113‧‧‧通氣管
115‧‧‧氣體擴散構件
115A‧‧‧開口部
116‧‧‧通氣管
131‧‧‧擴散體
132‧‧‧框體
201‧‧‧原料氣體產生裝置
301‧‧‧原料氣體產生裝置
311‧‧‧氣體擴散構件
311A~311D‧‧‧開口部
331a~331d‧‧‧擴散體
332‧‧‧框體
第1圖為習知之原料氣體產生裝置之構成的一例之圖。
第2圖為習知之原料氣體產生裝置之構成的一例之圖。
第3圖為應用本發明之原料氣體產生裝置的第1實施形態之圖。
第4圖為應用本發明之原料氣體產生裝置的第1實施形態之圖。
第5圖為應用本發明之原料氣體產生裝置的第2實施形態之圖。
第6圖為應用本發明之原料氣體產生裝置的第2實施形態之圖。
第7圖為對習知之原料氣體產生裝置與應用本發明之原料氣體產生裝置的原料氣體的濃度進行比較之曲線圖。
第8圖為應用本發明之原料氣體產生裝置的第3實施形態之圖。
第9圖為氣體擴散構件之開口部的位置之例圖。
第10圖為氣體擴散構件之開口部的位置之例圖。
101‧‧‧原料氣體產生裝置
102‧‧‧固體原料
111‧‧‧容器
112‧‧‧蓋
113‧‧‧通氣管
114、117‧‧‧閥
115‧‧‧氣體擴散構件
113A、115A‧‧‧開口部
116‧‧‧通氣管
116A‧‧‧開口部
131‧‧‧擴散體
132‧‧‧框體

Claims (4)

  1. 一種原料氣體產生裝置，係從以蓋封閉之容器內的固體原料產生原料氣體之裝置，該原料氣體產生裝置之特徵為具備：導入構件，其於前端部具有將用以運送該原料氣體之運載氣體導入該容器內的第1開口部；擴散構件，其於該原料之上方以堵塞該第1開口部之方式設置，使導入該容器內之該運載氣體擴散，並具有將經擴散之該運載氣體朝垂直向下方向噴出的第2開口部；及排出構件，其將該原料氣體與該運載氣體一起自該原料的上方排出至該容器外部。
  2. 如申請專利範圍第1項之原料氣體產生裝置，其中該第2開口部係配置於該容器之水平方向的大致中央。
  3. 如申請專利範圍第1項之原料氣體產生裝置，其中該擴散構件具有複數個該第2開口部，複數個該第2開口部係以該容器之水平方向的中央作為中心大致對稱地配置。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之原料氣體產生裝置，其中該擴散構件係由外框及收容於該框內之擴散體所構成，該外框係用以包覆該第1開口部及該第2開口部以外之部分，該擴散體係以堵塞該第1開口部之方式配置。
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