JP3140101B2 - Cvd反応装置 - Google Patents

Cvd反応装置

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JP3140101B2
JP3140101B2 JP03222268A JP22226891A JP3140101B2 JP 3140101 B2 JP3140101 B2 JP 3140101B2 JP 03222268 A JP03222268 A JP 03222268A JP 22226891 A JP22226891 A JP 22226891A JP 3140101 B2 JP3140101 B2 JP 3140101B2
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伸哉 青木
昭 香川
宰 河野
明 佐治
昇 黒田
弘 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基板上に化学気相蒸
着法(CVD法)を用いて被膜層を形成させる際に用い
られるCVD反応装置に係わり、更に詳しくは、超電導
マグネットコイルや電力輸送用などとして応用開発が進
められている長尺の酸化物超電導体をCVD法を用いて
製造する場合に使用されるCVD反応装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、長尺の酸化物超電導体をCVD法
を用いて製造する場合、例えば図2に示すような縦型の
反応チャンバを用いたCVD反応装置が用いられてい
る。このCVD反応装置1は、縦長型の反応チャンバ
2、原料ガス供給装置3、排気ポンプ4、基板ヒータ
5、基板移送装置6を主要構成要素として構成されてい
る。
【0003】上記反応チャンバ2の上方には原料ガス供
給口7が形成され、かつこの原料ガス供給口7は、原料
ガス供給管8を通じて上記原料ガス供給装置3と接続さ
れている。また、上記反応チャンバ2の下方側にはガス
排出口9が形成され、かつこのガス排出口9はガス排出
管10を通じて排気ポンプ4と接続されている。
【0004】また、上記反応チャンバ2内部の長尺基板
11は基板移送装置6により図中の矢印方向に移動され
て送入されるようになっている。また、さらに上記チャ
ンバ2内の下部には基板ヒータ5が設けられ、上記反応
チャンバ2内に送入される長尺基板11を加熱できるよ
うになっている。
【0005】上記従来のCVD反応装置1を用いて長尺
の酸化物超電導体(以下、SC体と略記する。)を作製
するには、基板移送装置6によって反応チャンバ2内に
長尺基板11を送入し、さらに原料ガス供給管8を介し
て原料ガス供給装置3からチャンバ2内に原料ガスを導
入するとともに、反応チャンバ2内を所定の原料ガス雰
囲気とする。しかる後、直ちに基板ヒータ6で上記チャ
ンバ2内の長尺基板11を加熱してこの長尺基板11表
面に酸化物超電導層(以下、SC層と略記する。)を蒸
着させ、これによりSC体を作製する。また、上述した
ような従来のCVD反応装置1は、CVD反応領域Aが
狭いため、このCVD反応領域A近傍の原料ガス雰囲気
を均一に維持し易く、従って、安定な組成のSC層を形
成することができる。
【0006】一方、別のCVD反応装置としては、図3
に示されるような横長型の反応チャンバを用いたCVD
反応装置が用いられている。このCVD反応装置21
は、横長型の反応チャンバ22、原料ガス供給装置2
3、排気ポンプ24、基板ヒータ25、基板移送装置2
6を主要構成要素として構成されている。
【0007】上記反応チャンバ22の下方側の一端には
原料ガス供給口27が形成され、かつこの原料ガス供給
口27は、原料ガス供給管28を通じて上記原料ガス供
給装置23と接続されている。また、上記反応チャンバ
22の下方側の他端にはガス排出口29が形成され、か
つこのガス排出口29はガス排出管30を通じて排気ポ
ンプ24と接続されている。
【0008】また、上記反応チャンバ22内の長尺基板
31は、基板移送装置26により図中の矢印方向に移動
され、送入されるようになっている。また、さらに上記
チャンバ22内の下部には基板ヒータ25が設けられ、
反応チャンバ22内に送入される長尺基板31を加熱で
きるようになっている。
【0009】上記従来のCVD反応装置21を用いて長
尺のSC体を作製するには、基板移送装置26によって
反応チャンバ22内に長尺基板31を送入し、さらに原
料ガス供給管28を介して原料ガス供給装置23からチ
ャンバ22内に原料ガスを導入するとともに、反応チャ
ンバ22内を所定の原料ガス雰囲気とする。しかる後、
直ちに基板ヒータ26で上記チャンバ22内の長尺基板
31を加熱してこの長尺基板31表面にSC層を蒸着さ
せ、これによりSC体を作製する。また、上述したよう
な従来のCVD反応装置21は、CVD反応領域Aが広
いので、長尺の基板上に化学反応せしめてSC層を生成
させる際の効率が極めて良好であり、従って、効率的に
長尺SC体を作製できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のCVD反応装置の内、前者の縦型の反応チャンバ2
を用いたCVD反応装置1にあっては、CVD反応領域
Aが狭いので、長尺基板上に化学反応せしめてSC層を
生成させる際の効率が極めて低いものとなり、従って、
長尺SC体を作製する際の、生産効率も低くなってしま
うという問題があった。
【0011】また、後者の横長型の反応チャンバ22を
用いたCVD反応装置21にあっては、CVD反応領域
Aが広いので、このCVD反応領域A近傍の原料ガス雰
囲気を均一な組成に維持することが難しく、従って、均
一かつ安定な組成のSC層を形成するのも困難であると
いう問題があった。
【0012】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、長尺基板上に均一かつ安定な組成のCVD蒸着層を
効率的に形成することができるCVD反応装置の提供を
目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題は、原料化合物
ガス等の原料ガスを化学反応せしめて基体表面に生成物
を堆積させるCVD反応を行う横長型の反応チャンバ
と、該反応チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供
給手段と、該反応チャンバ内のガスを排気するガス排気
手段と、長尺の基体を反応チャンバの長手方向に沿って
一方側に移動させる基板移動手段と、該反応チャンバ内
に配設された横長型の加熱手段とを備えたCVD反応装
置において、上記反応チャンバの上部には、上方に向け
てすぼまりかつその頂部に原料ガス供給手段が接続され
た原料ガス拡散部が形成され、該反応チャンバの下方側
の長手方向両端部には、前記ガス排気手段に接続される
排気口が設けられてなり、前記原料ガス拡散部は、前記
反応チャンバの長手方向両側に傾斜部を有し、該傾斜部
は前記反応チャンバの長手方向端部側で低く、かつ反応
チャンバの中央部側において高く形成されており、これ
ら傾斜部は前記原料ガス供給手段が接続された頂部から
反応チャンバ長手方向中央部への延長線を基準とする対
称形状であり、一方の傾斜部の下端部は前記一方の排気
口近傍まで形成され、他方の傾斜部の下端部は前記他方
の排気口近傍まで形成され、 さらに前記反応チャンバに
は前記一方の傾斜部の下端部側に長尺の基体の導入部が
形成され、かつ前記他方の傾斜部の下端部側に長尺の基
体の導出部が形成されてなり、前記原料ガス供給手段か
ら供給された原料ガスを、該原料ガス拡散部で均一に拡
散させて該反応チャンバ内の長尺基体近傍に到達せし
め、反応残ガスを該反応チャンバの下方側の長手方向両
端部に設けられた排気口を経て排気せしめる構成とする
ことにより解決される。
【0014】
【作用】以上述べたように、本発明のCVD反応装置に
あっては、反応チャンバの上部に、上方に向けてすぼま
りかつその頂部に原料ガス供給手段が接続された原料ガ
ス拡散部を形成し、該反応チャンバの下方側の長手方向
両端部に、前記ガス排気手段に接続される排気口を設け
た構成としたので、前記原料ガス供給手段から供給され
た原料ガスは、該原料ガス拡散部で均一に拡散されて該
反応チャンバ内の長尺基体近傍に到達し、反応残ガスは
該反応チャンバの下方側の長手方向両端部に設けられた
排気口を経て排気される。従って、上記反応チャンバ内
の長尺基体のCVD反応領域近傍では、原料ガス雰囲気
が均一となる。
【0015】以下、例を挙げて本発明を詳細に説明す
る。図1は、本発明のCVD反応装置の一例を示すもの
であり、図中符号41はCVD反応装置である。このC
VD反応装置41は、横長型の反応チャンバ42、原料
ガス供給装置43、排気ポンプ44、基板ヒータ45、
基板移送装置46を主要構成要素として構成されてい
る。
【0016】上記反応チャンバ42の上部には、上方に
向けてすぼまりかつその頂部に原料ガス供給手段43が
接続された原料ガス拡散部47が形成されている。一
方、上記反応チャンバ42の下方側には2つのガス排出
口48,48が形成され、かつこれら2つのガス排出口
48,48はガス排出管49を通して排気ポンプ44に
接続されている。
【0017】また、上記反応チャンバ42内の長尺基板
50は、基板移送装置46により図中の矢印方向に移動
され、送入されるようになっている。また、さらに上記
チャンバ42内の下部には基板ヒータ45が設けられ、
上記反応チャンバ42内に送入される長尺基板50を加
熱できるようになっている。
【0018】なお、本例では、基板の加熱手段として抵
抗加熱方式の基板ヒータを用いているが、上記加熱手段
は抵抗加熱方式に限定されることなく、例えば誘導加
熱、プラズマ、光(レーザ、UVなど)等を用いても良
い。
【0019】本例のCVD反応装置41にあっては、上
記したように反応チャンバ42の上部に、上方に向けて
すぼまりかつその頂部に原料ガス供給手段43が接続さ
れた原料ガス拡散部47を形成し、上記反応チャンバ4
2の下方側の長手方向両端部に、前記排気ポンプ44に
接続されるガス排出口48,48を設けた構成としたの
で、この装置を用いてCVD反応を行う際、原料ガス供
給装置43から原料ガスは、原料ガス拡散部47で均一
に拡散されて反応チャンバ42内の長尺基板50近傍に
到達し、反応残ガスは反応チャンバ42の下方側の長手
方向両端部に設けられたガス排出口48,48を経て排
気される。従って、上記反応チャンバ42内の長尺基板
50のCVD反応領域近傍では、原料ガス雰囲気が均一
となる。
【0020】また、本例のCVD反応装置41にあって
は、横長型の反応チャンバ42を用いているため、その
CVD反応領域も広くなる。従って、長尺の基板上に原
料層を蒸着する際、長尺の基板上に化学反応せしめて原
料層を生成させる際の効率が極めて良好となる。
【0021】次に、上記本例のCVD反応装置41を用
いた長尺のSC体の一製造例について述べる。まず、基
板移送装置46によって反応チャンバ42内に長尺基板
50を送入し、さらに原料ガス供給装置43から反応チ
ャンバ42内に、原料ガス拡散部47を介してSC体原
料ガスを導入するとともに、排気ポンプ44により反応
チャンバ42の下方側の2つのガス排出口48,48か
ら反応チャンバ42内の反応残ガスを排気する。この
時、原料ガス供給装置43から原料ガス拡散部47内に
送り込まれたSC体原料ガスは、図中の矢印で示される
ように拡散される。上記一連の操作により反応チャンバ
42内の長尺基板50のCVD反応領域近傍では、所定
の均一なSC体原料ガス雰囲気となる。
【0022】次に、所定の原料ガス雰囲気に調節された
反応チャンバ42内の長尺基板50を基板ヒータ45で
加熱し、この長尺基板50表面にSC層を蒸着させ、こ
れによりSC体を作製する。
【0023】なお、本発明に係わるCVD反応装置を用
いてSC体を製造する際において好適なSC体原料とし
ては、例えばY−Ba−Cu−O系のSC体を作製する
際は、Y-ビス-2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジ
オナート(略称:Y(DPM)3)やBa-ビス-2,2,6,6
-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート(略称:Ba
(DPM)2)やCu-ビス-2,2,6,6-テトラメチル-3,5-
ヘプタンジオナート(略称:Cu(DPM)2)などの
SC体原料が好適である。
【0024】
【実施例】上記した本発明のCVD反応装置の一例であ
るCVD反応装置41を用いて以下の操作を行い、SC
体を作製した。まず、長尺のハステロイ基板を基板移送
装置46によって1m/hの送入速度で反応チャンバ4
2内に送入し、さらに原料ガス供給装置43から反応チ
ャンバ42内に、Y(DPM)3、Ba(DPM)2、C
u(DPM)2より成るSC体原料ガスを導入した。同
時に、排気ポンプ44により反応チャンバ42の下方側
の2つのガス排出口48,48から480ml/minの速度
で反応チャンバ42内のガスを排気し、さらに上記長尺
ハステロイ基板を基板ヒータ45で700℃に加熱し
た。
【0025】上記操作により、長尺ハステロイ基板上に
Y−Ba−Cu−O系SC層が形成された長尺SC体を
作製した。また、得られた長尺SC体のSC層は、約1
0ないし15μmの膜厚で、かつその組成は均一であっ
た。また、その長尺SC体の臨界温度(Tc)は、77
K以上であった。
【0026】(比較例) 比較例として、先に述べた縦
型の反応チャンバを用いた従来のCVD反応装置1を用
いて長尺SC体を作製した。まず、基板移送装置6によ
って反応チャンバ2内に、1m/hの送入速度で上記実
施例と同様の長尺ハステロイ基板を送入し、さらに原料
ガス供給管8を介して原料ガス供給装置3からチャンバ
2内に上記実施例と同様の組成のSC体原料ガスを導入
した。同時に、ガス排出口9から480ml/minの速度で
反応チャンバ2内のガスを排気し、さらに基板ヒータ6
で上記長尺ハステロイ基板を700℃で加熱した。
【0027】上記操作により、長尺ハステロイ基板上に
Y−Ba−Cu−O系SC層が形成された長尺SC体を
作製した。得られた長尺SC体のSC層は、約2〜4μ
mの膜厚であった。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のCVD反応
装置にあっては、反応チャンバの上部に、上方に向けて
すぼまりかつその頂部に原料ガス供給手段が接続された
原料ガス拡散部を形成し、該反応チャンバの下方側の長
手方向両端部に、前記ガス排気手段に接続される排気口
を設けた構成としたので、前記原料ガス供給手段から供
給された原料ガスは、該原料ガス拡散部で均一に拡散さ
れて該反応チャンバ内の長尺基体近傍に到達し、反応残
ガスは該反応チャンバの下方側の長手方向両端部に設け
られた排気口を経て排気されので、上記反応チャンバ内
の長尺基体のCVD反応領域近傍では、原料ガス雰囲気
が均一となる。従って、長尺基体上に均一かつ安定な組
成のCVD蒸着層を効率的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のCVD反応装置の一例を示す概略断
面図である。
【図2】 従来の縦型の反応チャンバを用いたCVD反
応装置を示す図である。
【図3】 従来の横長型の反応チャンバを用いたCVD
反応装置を示す図である。
【符号の説明】
41…CVD反応装置、42…反応チャンバ、43…原
料ガス供給装置、44…排気ポンプ、45…基板ヒー
タ、46…基板移送装置、47…原料ガス拡散部、48
…ガス排出口、49…ガス排出管、50…長尺基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 香川 昭 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 河野 宰 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 佐治 明 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社 電力技術研 究所内 (72)発明者 黒田 昇 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社 電力技術研 究所内 (72)発明者 吉田 弘 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社 電力技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平1−304619(JP,A) 特開 昭63−83275(JP,A) 特開 昭61−101491(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料化合物ガス等の原料ガスを化学反応
    せしめて基体表面に生成物を堆積させるCVD反応を行
    う横長型の反応チャンバと、該反応チャンバ内に原料ガ
    スを供給する原料ガス供給手段と、該反応チャンバ内の
    ガスを排気するガス排気手段と、長尺の基体を該反応チ
    ャンバの長手方向に沿って一方側に移動させる基板移動
    手段と、該反応チャンバ内に配設された横長型の加熱手
    段とを備えたCVD反応装置において、 上記反応チャンバの上部には、上方に向けてすぼまりか
    つその頂部に原料ガス供給手段が接続された原料ガス拡
    散部が形成され、該反応チャンバの下方側の長手方向両
    端部には、前記ガス排気手段に接続される排気口が設け
    られてなり、前記原料ガス拡散部は、前記反応チャンバの長手方向両
    側に傾斜部を有し、該傾斜部は前記反応チャンバの長手
    方向端部側で低く、かつ反応チャンバの中央部側におい
    て高く形成されており、これら傾斜部は前記原料ガス供
    給手段が接続された頂部から反応チャンバ長手方向中央
    部への延長線を基準とする対称形状であり、一方の傾斜
    部の下端部は前記一方の排気口近傍まで形成され、他方
    の傾斜部の下端部は前記他方の排気口近傍まで形成さ
    れ、 さらに前記反応チャンバには前記一方の傾斜部の下端部
    側に長尺の基体の導入部が形成され、かつ前記他方の傾
    斜部の下端部側に長尺の基体の導出部が形成されてな
    り、 前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスを、該原
    料ガス拡散部で均一に拡散させて該反応チャンバ内の長
    尺基板近傍に到達せしめ、反応残ガスを該反応チャンバ
    の下方側の長手方向両端部に設けられた排気口を経て排
    気せしめることを特徴とするCVD反応装置。
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JP4553608B2 (ja) * 2004-03-11 2010-09-29 Jfeスチール株式会社 金属ストリップの連続式化学蒸着装置
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