JPS61220763A - 微粒子流の速度調整方法及びそれを用いた微粒子の堆積方法 - Google Patents
微粒子流の速度調整方法及びそれを用いた微粒子の堆積方法Info
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- JPS61220763A JPS61220763A JP8540085A JP8540085A JPS61220763A JP S61220763 A JPS61220763 A JP S61220763A JP 8540085 A JP8540085 A JP 8540085A JP 8540085 A JP8540085 A JP 8540085A JP S61220763 A JPS61220763 A JP S61220763A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、微粒子の移送や吹き付は等に利用される微粒
子流の速度制御方法に関するもので、例えば、微粒子に
よる、成膜加工、複合素材の形成、ドープ加工、または
微粒子の新たな形成場等への応用が期待されるものであ
る。
子流の速度制御方法に関するもので、例えば、微粒子に
よる、成膜加工、複合素材の形成、ドープ加工、または
微粒子の新たな形成場等への応用が期待されるものであ
る。
本明細書において、微粒子とは、原子1分子、超微粒子
及び一般微粒子をいう。ここで超微粒子とは1例えば、
気相反応を利用した、ガス中蒸発法、プラズマ蒸発法、
気相化学反応法、更には液相反応を利用した、コロイド
学的な沈殿法、溶液噴霧熱分解法等によって得られる、
超微細な(一般には0.51Lm以下)粒子をいう。一
般微粒子とは、4I!械的粉砕や析出沈殿処理等の一般
的手法によって得られ、る微細粒子をいう、また、ビー
ムとは、流れ方向に断面積がほぼ一定の噴流のことをい
い、その断面形状は問わないものである。
及び一般微粒子をいう。ここで超微粒子とは1例えば、
気相反応を利用した、ガス中蒸発法、プラズマ蒸発法、
気相化学反応法、更には液相反応を利用した、コロイド
学的な沈殿法、溶液噴霧熱分解法等によって得られる、
超微細な(一般には0.51Lm以下)粒子をいう。一
般微粒子とは、4I!械的粉砕や析出沈殿処理等の一般
的手法によって得られ、る微細粒子をいう、また、ビー
ムとは、流れ方向に断面積がほぼ一定の噴流のことをい
い、その断面形状は問わないものである。
[従来の技術]
一般に微粒子は、キャリアガス中に分散浮遊されて、キ
ャリアガスの流れによって移送されている。
ャリアガスの流れによって移送されている。
従来、上記微粒子の移送に伴う微粒子流の速度制御は、
キャリアガスと共に流れる微粒子の全流路を、管材又は
筐体で区画する一方、この区画された流路の上流側と下
流側の差圧を調整することによって行われているに過ぎ
ない。
キャリアガスと共に流れる微粒子の全流路を、管材又は
筐体で区画する一方、この区画された流路の上流側と下
流側の差圧を調整することによって行われているに過ぎ
ない。
また、微粒子を基体へ吹き付ける場合等においては、ノ
ズルを介してキャリアガスと共に微粒子を噴出させるこ
とが行われている。この微粒子の吹き付けに用いられて
いるノズルは、単なる平行管又は先細ノズルで、この場
合においても噴出する微粒子流の速度制御は、ノズル前
後の差圧を調整することによって行われているに過ぎな
い。
ズルを介してキャリアガスと共に微粒子を噴出させるこ
とが行われている。この微粒子の吹き付けに用いられて
いるノズルは、単なる平行管又は先細ノズルで、この場
合においても噴出する微粒子流の速度制御は、ノズル前
後の差圧を調整することによって行われているに過ぎな
い。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、上記従来の単なる差圧による流速制御で
は、微粒子の流れが密度分布の大きな拡散流となり、全
体の流れについて正確な流速制御を期し難いものである
。また、差圧による制御では、差圧の大小が必ずしも流
速の大小にはつながらないので、この点からも流速の正
確な制御を期し難いものである。流速の制御が正確にで
きないと、例えば活性を有する微粒子の移送時に、移送
の遅延によって当該微粒子の活性が消失してしまったり
、微粒子の吹き付は時に、吹き付けられる微粒子の運動
エネルギーが大き過ぎたり小さ過ぎたりして、吹き付け
による膜形成等が阻害されやすくなる。
は、微粒子の流れが密度分布の大きな拡散流となり、全
体の流れについて正確な流速制御を期し難いものである
。また、差圧による制御では、差圧の大小が必ずしも流
速の大小にはつながらないので、この点からも流速の正
確な制御を期し難いものである。流速の制御が正確にで
きないと、例えば活性を有する微粒子の移送時に、移送
の遅延によって当該微粒子の活性が消失してしまったり
、微粒子の吹き付は時に、吹き付けられる微粒子の運動
エネルギーが大き過ぎたり小さ過ぎたりして、吹き付け
による膜形成等が阻害されやすくなる。
[問題点を解決するための手段]
上記問題点を解決するために講じられた手段を、本発明
の基本原理の説明図である第1図で説明すると、流路に
縮小拡大ノズル1を設け、このノズルlの上流側と下流
側の圧力比を臨界圧力比以下にして微粒子流の速度を制
御する微粒子流の速度制御方法とすることによって上記
問題点を解決したものである。
の基本原理の説明図である第1図で説明すると、流路に
縮小拡大ノズル1を設け、このノズルlの上流側と下流
側の圧力比を臨界圧力比以下にして微粒子流の速度を制
御する微粒子流の速度制御方法とすることによって上記
問題点を解決したものである。
本発明における縮小拡大ノズル1とは、流入口1aから
中間部に向って徐々に開口面積が絞られてのど部2とな
り、こののど部2から流出口1bに向って徐々に開口面
積が拡大されているノズルをいう。第1図においては、
説明の便宜上、縮小拡大ノズル1の流入側と流出側は、
各々密閉系である上流室3と下流室4に連結されている
。しかし1本発明における縮小拡大ノズルlの流入側と
流出側は、両者間に圧力比を生じさせて、キャリアガス
と共に微粒子を流過させることができれば、密閉系であ
っても開放系であってもよい。
中間部に向って徐々に開口面積が絞られてのど部2とな
り、こののど部2から流出口1bに向って徐々に開口面
積が拡大されているノズルをいう。第1図においては、
説明の便宜上、縮小拡大ノズル1の流入側と流出側は、
各々密閉系である上流室3と下流室4に連結されている
。しかし1本発明における縮小拡大ノズルlの流入側と
流出側は、両者間に圧力比を生じさせて、キャリアガス
と共に微粒子を流過させることができれば、密閉系であ
っても開放系であってもよい。
[作 用]
例えば第1図に示されるように、上流室3内に微粒子を
分散浮遊させたキャリアガスを供給する一方、下流室4
内を真空ポンプ5で排気すると、上流室3の圧力Poと
下流室4の圧力Pの圧力比P/Poを所要の臨界圧力比
以下とする。供給された微粒子を含むキャリアガスは、
この排気による差圧によって、上流室3から縮小拡大ノ
ズルlを流過して下流室4へと流入することになる。
分散浮遊させたキャリアガスを供給する一方、下流室4
内を真空ポンプ5で排気すると、上流室3の圧力Poと
下流室4の圧力Pの圧力比P/Poを所要の臨界圧力比
以下とする。供給された微粒子を含むキャリアガスは、
この排気による差圧によって、上流室3から縮小拡大ノ
ズルlを流過して下流室4へと流入することになる。
ところで縮小拡大ノズルlは、単に上流側と下流側の圧
力差に応じてキャリアガスと共に微粒子を噴出させるだ
けでなく、噴出されるキャリアガス及び微粒子の流れを
均一化する作用を成すものである。従って、この均一化
された微粒子の流れとすることによって、全体の流れ速
度の制御が容易となる。
力差に応じてキャリアガスと共に微粒子を噴出させるだ
けでなく、噴出されるキャリアガス及び微粒子の流れを
均一化する作用を成すものである。従って、この均一化
された微粒子の流れとすることによって、全体の流れ速
度の制御が容易となる。
また、縮小拡大ノズル1は、上流室3と下流室4内の圧
力比P/PGが臨界圧力比以下の場合、のど部2の開口
面積A”と流出口!bの開口面積Aとの比A/A”とを
調節することによって、キャリアガスと共に噴出する微
粒子の流れ速度を超音速下で調整できる。
力比P/PGが臨界圧力比以下の場合、のど部2の開口
面積A”と流出口!bの開口面積Aとの比A/A”とを
調節することによって、キャリアガスと共に噴出する微
粒子の流れ速度を超音速下で調整できる。
ここで、微粒子流の速度をU、その点における音速をa
、微粒子流の比熱比をγとし、微粒子流を圧縮性の一次
元流で断熱膨張すると仮定すれば、微粒子流の到達マツ
ハ数Mは、上流室の圧力Poと下流室の圧力Pとから次
式で定まり、特にP/PGが臨界圧力比以下の場合1M
は1以上となる。
、微粒子流の比熱比をγとし、微粒子流を圧縮性の一次
元流で断熱膨張すると仮定すれば、微粒子流の到達マツ
ハ数Mは、上流室の圧力Poと下流室の圧力Pとから次
式で定まり、特にP/PGが臨界圧力比以下の場合1M
は1以上となる。
尚、音速aは局所温度をT、気体定数をRとすると、次
式で求めることができる。
式で求めることができる。
a=r〒11「
また、流出ロ!b開ロ面積A及びのど部2の開口面積A
”とマツハ数Mには次の関係がある。
”とマツハ数Mには次の関係がある。
従って、上流室3の圧力PGと下流室4の圧力Pの圧力
比P/PGによって(1)式から定まるマツハ数Mに応
じて開口面積比A/A”を定めたり、A/A”によって
(2)式から定まるMに応じてP/P、を調整すること
によって、拡大縮小ノズルlから噴出する微粒子流の流
速を超音速下で制御できる。このときの微粒子流の速度
Uは1次の(3)式によって求めることができる。
比P/PGによって(1)式から定まるマツハ数Mに応
じて開口面積比A/A”を定めたり、A/A”によって
(2)式から定まるMに応じてP/P、を調整すること
によって、拡大縮小ノズルlから噴出する微粒子流の流
速を超音速下で制御できる。このときの微粒子流の速度
Uは1次の(3)式によって求めることができる。
。2Mら1.1.・−1M2 F 、−(3)一方、上
述のような超音速の流れとしてキャリアガスと共に微粒
子を一定方向へ噴出させると。
述のような超音速の流れとしてキャリアガスと共に微粒
子を一定方向へ噴出させると。
キャリアガスと微粒子は噴出直後の噴流断面をほぼ保ち
ながら直進し、ビーム化される。従って、このキャリア
ガスによって運ばれる微粒子の流れもビーム化され、最
小限の拡散で下流室4内の空間中を、下流室4の壁面と
の干渉のない空間的に独立状態で、かつ超音速で移送さ
れることになるので、速度制御が極めて正確なものとな
る。
ながら直進し、ビーム化される。従って、このキャリア
ガスによって運ばれる微粒子の流れもビーム化され、最
小限の拡散で下流室4内の空間中を、下流室4の壁面と
の干渉のない空間的に独立状態で、かつ超音速で移送さ
れることになるので、速度制御が極めて正確なものとな
る。
このようなことから、例えば上流室3内で活性を有する
微粒子を形成して、これを直に縮小拡大ノズル1でビー
ム化移送したり、縮小拡大ノズル1内又は縮小拡大ノズ
ル1の直後で活性を有する微粒子を形成して、これをそ
のままビーム化移送すれば、超音速下における正確な速
度制御により、しかも空間的に独立状態にあるビームと
して移送することができ、例えば下流室4内に設けた基
体6上に良好な活性状態のまま付着捕集することができ
る。また、流れ速度が制御されたビームとして微粒子が
基板6上に吹き付けられるので。
微粒子を形成して、これを直に縮小拡大ノズル1でビー
ム化移送したり、縮小拡大ノズル1内又は縮小拡大ノズ
ル1の直後で活性を有する微粒子を形成して、これをそ
のままビーム化移送すれば、超音速下における正確な速
度制御により、しかも空間的に独立状態にあるビームと
して移送することができ、例えば下流室4内に設けた基
体6上に良好な活性状態のまま付着捕集することができ
る。また、流れ速度が制御されたビームとして微粒子が
基板6上に吹き付けられるので。
この吹き付は時の微粒子の運動エネルギーを容易に制御
できるものである。
できるものである。
[実施例]
第2図は本発明の方法を超微粒子による成膜に利用した
場合の一実施例の概略図で1図中1は縮小拡大ノズル、
3は上流室、4aは第一下流室、4bは第二下流室であ
る。
場合の一実施例の概略図で1図中1は縮小拡大ノズル、
3は上流室、4aは第一下流室、4bは第二下流室であ
る。
上流室3と第一下流室4aは、一体のユニットとして構
成されており、第一下流室4aに、やはり各々ユニット
化されたスキマー7、ゲートバルブ8及び第二下流室4
bが、全て共通した径のフランジ(以下「共通フランジ
」という)を介して、相互に連結分離可能に順次連結さ
れている。上流室3、第一下流室4a及び第二下流室4
bは、後述する排気系によって、上流室3から第二下流
室4bへと、段階的に高い真空度に保たれているもので
ある。
成されており、第一下流室4aに、やはり各々ユニット
化されたスキマー7、ゲートバルブ8及び第二下流室4
bが、全て共通した径のフランジ(以下「共通フランジ
」という)を介して、相互に連結分離可能に順次連結さ
れている。上流室3、第一下流室4a及び第二下流室4
bは、後述する排気系によって、上流室3から第二下流
室4bへと、段階的に高い真空度に保たれているもので
ある。
上流室3の一側には、共通フランジを介して気相励起装
置9が取付けられている。この気相励起装置9は、プラ
ズマによって活性な超微粒子を発生させると共に、例え
ば水素、ヘリウム、アルゴン、窒素等のキャリアガスと
共にこの超微粒子を、対向側に位置する縮小拡大ノズル
lへと送り出すものである。この形成された超微粒子が
、上流室3の内面に付着しないよう、付着防止処理を内
面に施しておいてもよい、また、発生した超微粒子は、
上流室3に比して第一下流室4aが高い真空度にあるた
め、両者間の圧力差によって、キャリアガスと共に直に
縮小拡大ノズルl内を流過して第一下流室4aへと流れ
ることになる。
置9が取付けられている。この気相励起装置9は、プラ
ズマによって活性な超微粒子を発生させると共に、例え
ば水素、ヘリウム、アルゴン、窒素等のキャリアガスと
共にこの超微粒子を、対向側に位置する縮小拡大ノズル
lへと送り出すものである。この形成された超微粒子が
、上流室3の内面に付着しないよう、付着防止処理を内
面に施しておいてもよい、また、発生した超微粒子は、
上流室3に比して第一下流室4aが高い真空度にあるた
め、両者間の圧力差によって、キャリアガスと共に直に
縮小拡大ノズルl内を流過して第一下流室4aへと流れ
ることになる。
気相励起装置9は、第3図(a)に示されるように、棒
状の第一電極9aを管状の第二電極9b内に設け、第二
電極ab内にキャリアガスと原料ガスを供給して、両電
極9a、 9b間で放電させるものとなっている。また
、気相励起装置9は、第3図(b)に示されるように、
第二電極9b内に設けられている第一電極8aを多孔管
として、第一電極sa内を介して両電極9a、 eb間
にキャリアガスと原料ガスを供給するものとしたり、同
(C)に示されるように、半割管状の両電極9a、 9
bを絶縁材9Cを介して管状に接合し、両電極9a、
13bで形成された管内にキャリアガスと原料ガスを供
給するものとすることもできる。
状の第一電極9aを管状の第二電極9b内に設け、第二
電極ab内にキャリアガスと原料ガスを供給して、両電
極9a、 9b間で放電させるものとなっている。また
、気相励起装置9は、第3図(b)に示されるように、
第二電極9b内に設けられている第一電極8aを多孔管
として、第一電極sa内を介して両電極9a、 eb間
にキャリアガスと原料ガスを供給するものとしたり、同
(C)に示されるように、半割管状の両電極9a、 9
bを絶縁材9Cを介して管状に接合し、両電極9a、
13bで形成された管内にキャリアガスと原料ガスを供
給するものとすることもできる。
縮小拡大ノズル1は、第一下流室4aの上流室3側の側
端に、上流室3に流入口1aを開口させ、第一下流室4
aに流出口tbを開口させて、上流室3内に突出した状
態で、共通フランジを介して取付けられている。但しこ
の縮小拡大ノズルlは、第一下流室4a内に突出した状
態で取付けるようにしてもよい、縮小拡大ノズルlをい
ずれに突出させるかは、移送する超微粒子の大きさ、量
、性質等に応じて選択すればよい。
端に、上流室3に流入口1aを開口させ、第一下流室4
aに流出口tbを開口させて、上流室3内に突出した状
態で、共通フランジを介して取付けられている。但しこ
の縮小拡大ノズルlは、第一下流室4a内に突出した状
態で取付けるようにしてもよい、縮小拡大ノズルlをい
ずれに突出させるかは、移送する超微粒子の大きさ、量
、性質等に応じて選択すればよい。
縮小拡大ノズル1としては、前述のように、流入口1a
から徐々に開口面積が絞られてのど部2となり、再び徐
々に開口面積が拡大して流出口1bとなっているもので
あればよいが、第4図(a)に拡大して示しであるよう
に、流出口lb付近の内周面が、中心軸に対してほぼ平
行であることが好ましい。これは、噴出されるキャリア
ガス及び超微粒子の流れ方向が、ある程度流出口lb付
近の内周面の方向によって影響を受けるので、できるだ
け平行流にして速度制御をしやすくするためである。
から徐々に開口面積が絞られてのど部2となり、再び徐
々に開口面積が拡大して流出口1bとなっているもので
あればよいが、第4図(a)に拡大して示しであるよう
に、流出口lb付近の内周面が、中心軸に対してほぼ平
行であることが好ましい。これは、噴出されるキャリア
ガス及び超微粒子の流れ方向が、ある程度流出口lb付
近の内周面の方向によって影響を受けるので、できるだ
け平行流にして速度制御をしやすくするためである。
しかし、第4図(b)に示されるように、のど部2から
流出口1bへ至る内周面の中心軸に対する角度αを、7
°以下好ましくは5°以下とすれば、剥離現象を生じに
くく、噴出するキャリアガス及び超微粒子の流れはほぼ
均一に維持されるので、この場合はことさら上記平行部
を形成しなくともよい、平行部の形成を省略することに
より、縮小拡大ノズルlの作製が容易となる。また、縮
小拡大ノズルlを第4図(C)に示されるような矩形の
ものとすれば、スリット状にキャリアガス及び超微粒子
を噴出させることができる。
流出口1bへ至る内周面の中心軸に対する角度αを、7
°以下好ましくは5°以下とすれば、剥離現象を生じに
くく、噴出するキャリアガス及び超微粒子の流れはほぼ
均一に維持されるので、この場合はことさら上記平行部
を形成しなくともよい、平行部の形成を省略することに
より、縮小拡大ノズルlの作製が容易となる。また、縮
小拡大ノズルlを第4図(C)に示されるような矩形の
ものとすれば、スリット状にキャリアガス及び超微粒子
を噴出させることができる。
ここで、前記剥離現象とは縮小拡大ノズル1の内面に突
起物等があった場合に、縮小拡大ノズル1の内面と流過
流体間の境界層が大きくなって。
起物等があった場合に、縮小拡大ノズル1の内面と流過
流体間の境界層が大きくなって。
流れが不均一になる現象をいい、噴出流が高速になるほ
ど生じやすい、前述の角度αは、この剥離現象防止のた
めに、縮小拡大ノズル1の内面仕上げ精度が劣るものほ
ど小さくすることが好ましい。縮小拡大ノズル1の内面
は、 JIS 80601に定められる、表面仕上げ精
度を表わす逆三角形マークで三つ以上、最適には四つ以
上が好ましい。特に、縮小拡大ノズルlの拡大部におけ
る剥離現象が、その後のキャリアガス及び超微粒子の流
れに大きく影響するので、上記仕上げ精度を、この拡大
部を重点にして定めることによって、縮小拡大ノズル1
の作製を容易にできる。また、やはり剥離現象の発生防
止のため、のど部2は滑らかな湾曲面とし、断面積変化
率における微係数が(1)とならないようにする必要が
ある。
ど生じやすい、前述の角度αは、この剥離現象防止のた
めに、縮小拡大ノズル1の内面仕上げ精度が劣るものほ
ど小さくすることが好ましい。縮小拡大ノズル1の内面
は、 JIS 80601に定められる、表面仕上げ精
度を表わす逆三角形マークで三つ以上、最適には四つ以
上が好ましい。特に、縮小拡大ノズルlの拡大部におけ
る剥離現象が、その後のキャリアガス及び超微粒子の流
れに大きく影響するので、上記仕上げ精度を、この拡大
部を重点にして定めることによって、縮小拡大ノズル1
の作製を容易にできる。また、やはり剥離現象の発生防
止のため、のど部2は滑らかな湾曲面とし、断面積変化
率における微係数が(1)とならないようにする必要が
ある。
縮小拡大ノズルlの材質としては、例えば鉄、ステンレ
ススチールその他の金属の他、アクリル樹脂、ポリ塩化
ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン
等の合成樹脂、セラミック材料、石英、ガラス等、広く
用いることができる。この材質の選択は、生成される超
微粒子との非反応性、加工性、真空系内におけるガス放
出性等を考慮して行えばよい。また、縮小拡大ノズル1
の内面に、超微粒子の付着・反応を生じにくい材料をメ
y+又はコートすることもできる。具体例としては、ポ
リフッ化エチレンのコート等を挙げることができる。
ススチールその他の金属の他、アクリル樹脂、ポリ塩化
ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン
等の合成樹脂、セラミック材料、石英、ガラス等、広く
用いることができる。この材質の選択は、生成される超
微粒子との非反応性、加工性、真空系内におけるガス放
出性等を考慮して行えばよい。また、縮小拡大ノズル1
の内面に、超微粒子の付着・反応を生じにくい材料をメ
y+又はコートすることもできる。具体例としては、ポ
リフッ化エチレンのコート等を挙げることができる。
縮小拡大ノズルlの長さは、装置の大きさ等によって任
意に定めることができる。ところで、縮小拡大ノズルl
を流過するときに、キャリアガス及び超微粒子は、保有
する熱エネルギーがM動エネルギーに変換される。そし
て、特に超音速で噴出される場合、熱エネルギーは著し
く小さくなって過冷却状態となる。従って、キャリアガ
ス中に凝縮成分が含まれている場合、上記過冷却状態に
よって積極的にこれらを凝縮させ、これによって超微粒
子を形成させることも可能である。これによる超微粒子
の形成は、均質核形成であるので、均質な超微粒子が得
やすい。また、この場合、十分な凝縮を行うために、縮
小拡大ノズルlは長い方が好ましい。一方、上記のよう
な凝縮を生ずると、これによって熱エネルギーが増加し
て速度エネルギーは低下する。従って、高速噴出の維持
を図る上では、縮小拡大ノズルlは短い方が好ましい。
意に定めることができる。ところで、縮小拡大ノズルl
を流過するときに、キャリアガス及び超微粒子は、保有
する熱エネルギーがM動エネルギーに変換される。そし
て、特に超音速で噴出される場合、熱エネルギーは著し
く小さくなって過冷却状態となる。従って、キャリアガ
ス中に凝縮成分が含まれている場合、上記過冷却状態に
よって積極的にこれらを凝縮させ、これによって超微粒
子を形成させることも可能である。これによる超微粒子
の形成は、均質核形成であるので、均質な超微粒子が得
やすい。また、この場合、十分な凝縮を行うために、縮
小拡大ノズルlは長い方が好ましい。一方、上記のよう
な凝縮を生ずると、これによって熱エネルギーが増加し
て速度エネルギーは低下する。従って、高速噴出の維持
を図る上では、縮小拡大ノズルlは短い方が好ましい。
上流室3の圧力P。と下流室4内の圧力Pの臨界圧以下
の圧力比P/PGに基づき、のど部2の開口面積A◆と
流出口1bの開口面積Aとの比A/A”を適宜に調整し
て、上記縮小拡大ノズルl内を流過させることにより、
超微粒子を含むキャリアガスはビーム化され、第一下流
室4aから第二下流室4bへと、上記圧力比P/Poと
A/A”から定まる超音速で流れることになる。
の圧力比P/PGに基づき、のど部2の開口面積A◆と
流出口1bの開口面積Aとの比A/A”を適宜に調整し
て、上記縮小拡大ノズルl内を流過させることにより、
超微粒子を含むキャリアガスはビーム化され、第一下流
室4aから第二下流室4bへと、上記圧力比P/Poと
A/A”から定まる超音速で流れることになる。
スキマー7は、第二下流室4bが第一下流室4aよりも
十分高真空度を保つことができるよう、第一下流室4a
と第二下流室4bとの間の開口面積を調整できるように
するためのものである。具体的には、第5図に示される
ように、各々く字形の切欠部10,10’を有する二枚
の調整板11.11’を、切欠部10,10’を向き合
わせてすれ違いスライド可能に設けたものとなっている
。この調整板11゜11′は、外部からスライドさせる
ことができ、両切央部10.10″の重なり具合で、ビ
ームの通過を許容しかつ第二下流室の十分な真空度を維
持し得る開口度に調整されるものである。尚、スキマー
7の切欠部10.10’及び調整板11.11’の形状
は1図示される形状の他、半円形その他の形状でもよい
。
十分高真空度を保つことができるよう、第一下流室4a
と第二下流室4bとの間の開口面積を調整できるように
するためのものである。具体的には、第5図に示される
ように、各々く字形の切欠部10,10’を有する二枚
の調整板11.11’を、切欠部10,10’を向き合
わせてすれ違いスライド可能に設けたものとなっている
。この調整板11゜11′は、外部からスライドさせる
ことができ、両切央部10.10″の重なり具合で、ビ
ームの通過を許容しかつ第二下流室の十分な真空度を維
持し得る開口度に調整されるものである。尚、スキマー
7の切欠部10.10’及び調整板11.11’の形状
は1図示される形状の他、半円形その他の形状でもよい
。
ゲートバルブ8は、ハンドル12を回すことによって昇
降される環状の弁体13を有するもので、ビーム走行時
には開放されているものである。このゲートバルブ8を
閉じることによって、上流室3及び第一下流室4a内の
真空度を保ちながら第二下流室4bのユニット交換が行
える。また1本実施例の装置において、超微粒子は第二
下流室4b内で捕集されるが、ゲートバルブ8をポール
バルブ等としておけば、特に超微粒子が酸化されやすい
金属微粒子であるときに、このポールバルブと共に第二
下流室4bのユニット交換を行うことにより、急激な酸
化作用による危険を伴うことなくユニット交換を行える
利点がある。
降される環状の弁体13を有するもので、ビーム走行時
には開放されているものである。このゲートバルブ8を
閉じることによって、上流室3及び第一下流室4a内の
真空度を保ちながら第二下流室4bのユニット交換が行
える。また1本実施例の装置において、超微粒子は第二
下流室4b内で捕集されるが、ゲートバルブ8をポール
バルブ等としておけば、特に超微粒子が酸化されやすい
金属微粒子であるときに、このポールバルブと共に第二
下流室4bのユニット交換を行うことにより、急激な酸
化作用による危険を伴うことなくユニット交換を行える
利点がある。
第二下流室4b内には、ビームとして移送されて来る超
微粒子を受けて付着させ、これを成膜状態で捕集するた
めの基体6が位置している。この基体6は、共通フラン
ジを介して第二下流室4bに取付けられて、シリンダ1
4によってスライドされるスライド軸15先端の基体ホ
ルダー18に取付けられている。基体6の前面にはシャ
ッター17が位置していて、必要なときはいつでもビー
ムを遮断できるようになっている。また、基体ホルダー
16は。
微粒子を受けて付着させ、これを成膜状態で捕集するた
めの基体6が位置している。この基体6は、共通フラン
ジを介して第二下流室4bに取付けられて、シリンダ1
4によってスライドされるスライド軸15先端の基体ホ
ルダー18に取付けられている。基体6の前面にはシャ
ッター17が位置していて、必要なときはいつでもビー
ムを遮断できるようになっている。また、基体ホルダー
16は。
超微粒子の捕集の最適温度条件下に基体6を加熱又は冷
却でるようになっている。
却でるようになっている。
尚、上流室3及び第二下流室4bの上下には、図示され
るように各々共通フランジを介してガラス窓18が取付
けられていて、内部観察ができるようになっている。ま
た、図示はされていないが、上流室3、第一下流室4a
及び第二下流室の前後にも各々同様のガラス窓(図中の
18と同様)が共通フランジを介して取付けられている
。これらのガラス窓18は、これを取外すことによって
、共通フランジを介して各種の測定装置、ロードロック
室等と付は替えができるものである。
るように各々共通フランジを介してガラス窓18が取付
けられていて、内部観察ができるようになっている。ま
た、図示はされていないが、上流室3、第一下流室4a
及び第二下流室の前後にも各々同様のガラス窓(図中の
18と同様)が共通フランジを介して取付けられている
。これらのガラス窓18は、これを取外すことによって
、共通フランジを介して各種の測定装置、ロードロック
室等と付は替えができるものである。
次に、本実施例における排気系について説明する。
上流室3は、圧力調整弁19を介してメインバルブ20
aに接続されている。第一下流室4aは直接メインバル
ブ20aに接続されており、このメインバルブ20aは
真空ポンプ5aに接続されている。第二下流室4bはメ
インバルブ20bに接続されており、更にこのメインバ
ルブ20bは真空ポンプ5bに接続されている。尚、2
1a、 21bは、各々メインバルブ20a、 20b
のすぐ上流側にあらびきバルブ22a、 22bを介し
て接続されていると共に、補助バルブ23a。
aに接続されている。第一下流室4aは直接メインバル
ブ20aに接続されており、このメインバルブ20aは
真空ポンプ5aに接続されている。第二下流室4bはメ
インバルブ20bに接続されており、更にこのメインバ
ルブ20bは真空ポンプ5bに接続されている。尚、2
1a、 21bは、各々メインバルブ20a、 20b
のすぐ上流側にあらびきバルブ22a、 22bを介し
て接続されていると共に、補助バルブ23a。
23bを介して真空ポンプ5aに接続された減圧ポンプ
で、上流室3、第一下流室4a及び第二下流室4b内の
あらびきを行うものである。尚、24a〜24hは、各
室3 、4a、 4b及びポンプ5a、 5b、 21
a、 21bのリーク及びパージ用バルブである。
で、上流室3、第一下流室4a及び第二下流室4b内の
あらびきを行うものである。尚、24a〜24hは、各
室3 、4a、 4b及びポンプ5a、 5b、 21
a、 21bのリーク及びパージ用バルブである。
まず、あらびきバルブ21a、 21bと圧力調整弁1
8を開いて、上流室3、第−及び第二下流室4a、 4
b内のあらびきを減圧ポンプ20a、 20bで行う。
8を開いて、上流室3、第−及び第二下流室4a、 4
b内のあらびきを減圧ポンプ20a、 20bで行う。
次いで、あらびきバルブ21a、 21bを閉じ、補助
バルブ23a、 23b及びメインバルブ20a、 2
0bを開いて、真空ポンプ5a、 5bで上流室3.第
−及び第二下流室4a、 4b内を十分な真空度とする
。このとき、圧力調節弁13の開度を調整することによ
って、上流室3より第一下流室4aの真空度を高くし、
次にキャリアガス及び原料ガスを流し、更に第一下流室
4aより第二下流室4bの真空度が高くなるよう、スキ
マー7で調整する。この調整は、メインバルブ20bの
開度調整で行うこともできる。そして、超微粒子の形成
並びにそのビーム化噴射による成膜作業中を通じて、各
室3 、4a、 4bが一定の真空度を保つよう制御す
る。この制御は1手動でもよいが、各室3 、4a、
4b内の圧力を検出して、この検出圧力に基づいて圧力
調整弁18、メインバルブ20a、 20b、スキマー
7等を自動的に開閉制御することによって行ってもよい
。
バルブ23a、 23b及びメインバルブ20a、 2
0bを開いて、真空ポンプ5a、 5bで上流室3.第
−及び第二下流室4a、 4b内を十分な真空度とする
。このとき、圧力調節弁13の開度を調整することによ
って、上流室3より第一下流室4aの真空度を高くし、
次にキャリアガス及び原料ガスを流し、更に第一下流室
4aより第二下流室4bの真空度が高くなるよう、スキ
マー7で調整する。この調整は、メインバルブ20bの
開度調整で行うこともできる。そして、超微粒子の形成
並びにそのビーム化噴射による成膜作業中を通じて、各
室3 、4a、 4bが一定の真空度を保つよう制御す
る。この制御は1手動でもよいが、各室3 、4a、
4b内の圧力を検出して、この検出圧力に基づいて圧力
調整弁18、メインバルブ20a、 20b、スキマー
7等を自動的に開閉制御することによって行ってもよい
。
上記真空度の制御は、上流室3と第一下流室4aの真空
ポンプ5aを各室3,4a毎に分けて設けて制御を行う
ようにしてもよい。しかし、本実施例のように、一台の
真空ポンプ5aでビームの流れ方向に排気し、上流室3
と第一下流室4aの真空度を制御するようにすると、多
少真空ポンプ5aに脈動等があっても、両者間の圧力比
を一定に保ちやすい。従って、この圧力比の変動の影響
を受けやすい流れ状態を、一定に保ちやすい利点がある
。
ポンプ5aを各室3,4a毎に分けて設けて制御を行う
ようにしてもよい。しかし、本実施例のように、一台の
真空ポンプ5aでビームの流れ方向に排気し、上流室3
と第一下流室4aの真空度を制御するようにすると、多
少真空ポンプ5aに脈動等があっても、両者間の圧力比
を一定に保ちやすい。従って、この圧力比の変動の影響
を受けやすい流れ状態を、一定に保ちやすい利点がある
。
真空ポンプ5a、 5bによる吸引は、特に第−及び第
二下流室4a、 4bにおいては、その上方より行うこ
とが好ましい、上方から吸引を行うことによって、ビー
ムの重力による降下をある程度抑止することができる。
二下流室4a、 4bにおいては、その上方より行うこ
とが好ましい、上方から吸引を行うことによって、ビー
ムの重力による降下をある程度抑止することができる。
本実施例に係る装置は以上のようなものであるが、次の
ような変更が可能である。
ような変更が可能である。
まず、縮小拡大ノズルlは、上下左右への傾動や一定間
隔でのスキャン可能とすることもでき、広い範囲に亘っ
て成膜を行えるようにすることもできる。特にこの傾動
やスキャンは、第4図(C)の矩形ノズルと組合わせる
と有利である。
隔でのスキャン可能とすることもでき、広い範囲に亘っ
て成膜を行えるようにすることもできる。特にこの傾動
やスキャンは、第4図(C)の矩形ノズルと組合わせる
と有利である。
縮小拡大ノズル1を石英等の絶縁体で形成し、そこにマ
イクロ波を付与して、縮小拡大ノズル1内で活性超微粒
子を形成したり、透光体で形成して紫外、赤外、レーザ
ー光等の各種の波長を持つ光を流れに照射することもで
きる。また、縮小拡大ノズル1を複数個設けて、一度に
複数のビームを発生させることもできる。特に、複数個
の縮小拡大ノズルlを設ける場合、各々独立した上流室
3に接続しておくことによって、異なる微粒子のビーム
を同時に走行させることができ、異なる微粒子の積層又
は混合捕集や、ビーム同志を交差させることによる、異
なる微粒子同志の衝突によって、新たな微粒子を形成さ
せることも可能となる。
イクロ波を付与して、縮小拡大ノズル1内で活性超微粒
子を形成したり、透光体で形成して紫外、赤外、レーザ
ー光等の各種の波長を持つ光を流れに照射することもで
きる。また、縮小拡大ノズル1を複数個設けて、一度に
複数のビームを発生させることもできる。特に、複数個
の縮小拡大ノズルlを設ける場合、各々独立した上流室
3に接続しておくことによって、異なる微粒子のビーム
を同時に走行させることができ、異なる微粒子の積層又
は混合捕集や、ビーム同志を交差させることによる、異
なる微粒子同志の衝突によって、新たな微粒子を形成さ
せることも可能となる。
基体6を、上下左右に移動可能又は回転可能に保持し、
広い範囲に亘ってビームを受けられるようにすることも
できる。また、基体6をロール状に巻取って、これを順
次送り出しながらビームを受けるようにすることによっ
て、長尺の基体6に微粒子による処理を施すこともでき
る。更には。
広い範囲に亘ってビームを受けられるようにすることも
できる。また、基体6をロール状に巻取って、これを順
次送り出しながらビームを受けるようにすることによっ
て、長尺の基体6に微粒子による処理を施すこともでき
る。更には。
ドラム状の基体6を回転させながら微粒子による処理を
施してもよい。
施してもよい。
本実施例では、発生室3.第一下流室4a及び第二下流
室4bで構成されているが、第二下流室4bを省略した
り、第二下流室の下流側に更に第三。
室4bで構成されているが、第二下流室4bを省略した
り、第二下流室の下流側に更に第三。
第四・・・・・・下流室を接続することもできる。また
、上流室3を加圧すれば、第一下流室4aは開放系とす
ることができ、第一下流室4aを減圧して上流室3を開
放系とすることもできる。特にオートクレーブのように
、上流室3を加圧し、第一下流室4a以下を減圧するこ
ともできる。
、上流室3を加圧すれば、第一下流室4aは開放系とす
ることができ、第一下流室4aを減圧して上流室3を開
放系とすることもできる。特にオートクレーブのように
、上流室3を加圧し、第一下流室4a以下を減圧するこ
ともできる。
本実施例では、上流室3で活性な超微粒子を形成してい
るが、必ずしもこのような必要はなく、別途形成した微
粒子を上流室3ヘキヤリアガスと共に送り込むようにし
てもよい、また、縮小拡大ノズル1を開閉する弁を設け
、上流室3側に一時微粒子を溜めながら、上記弁を断続
的に開閉して、微粒子を得ることもできる。前記縮小拡
大ノズルlののど部2を含む下流側で行うエネルギー付
与と同期させて、上記弁を開閉すれば、排気系の負担が
大幅に低減されると共に、原料ガスの有効利用を図りつ
つパルス状の微粒子流を得ることができる。尚、同一排
気条件下とすれば、上述の断続的開閉の方が、下流側を
高真空に保持しやすい利点がある。断続的開閉の場合、
上流室3と縮小拡大ノズルlの間に、微粒子を一時溜め
る室を設けておいてもよい。
るが、必ずしもこのような必要はなく、別途形成した微
粒子を上流室3ヘキヤリアガスと共に送り込むようにし
てもよい、また、縮小拡大ノズル1を開閉する弁を設け
、上流室3側に一時微粒子を溜めながら、上記弁を断続
的に開閉して、微粒子を得ることもできる。前記縮小拡
大ノズルlののど部2を含む下流側で行うエネルギー付
与と同期させて、上記弁を開閉すれば、排気系の負担が
大幅に低減されると共に、原料ガスの有効利用を図りつ
つパルス状の微粒子流を得ることができる。尚、同一排
気条件下とすれば、上述の断続的開閉の方が、下流側を
高真空に保持しやすい利点がある。断続的開閉の場合、
上流室3と縮小拡大ノズルlの間に、微粒子を一時溜め
る室を設けておいてもよい。
また、縮小拡大ノズル1を複数個直列位置に配し、各々
上流側と下流側の圧力比を調整して。
上流側と下流側の圧力比を調整して。
ビーム速度の維持を図ったり、各室を球形化して、デッ
ドスペースの発生を極力防止することもできる。
ドスペースの発生を極力防止することもできる。
[発明の効果]
本発明によれば、微粒子を均一な分散状態の超音速のビ
ームとして空間的に独立した状態で移送することができ
るので、超音速の正確な速度制御下で微粒子を移送する
ことができる。従って、活性微粒子をそのままの状態で
捕集位置まで確実に移送できると共に、その吹き付は時
の運動エネルギーを正確に制御することができる。また
、ビームという集束した超高速平行流となることや、ビ
ーム化されるときに熱エネルギーが運動エネルギーに変
換されて、ビーム内の微粒子は凍結状態となるので、こ
れらを利用した新しい反応場を得ることにも大きな期待
を有するものである。更に、本発明の速度制御方法によ
れば、上記凍結状態になることから、流体中の分子のミ
クロな状態を規定し、一つの状態からある状態への遷移
を取り扱うことも可能である。即ち1分子の持つ各種の
エネルギー準位までも規定し、その準位に相当するエネ
ルギーを付与するという、新たな方式による気相の化学
反応が可能である。また、従来とは異なるエネルギー授
受の場が提供されることにより、水素結合やファンデア
ワールス結合等の比較的弱い分子間力で形成される分子
間化合物を容易に生み出すこともできる。
ームとして空間的に独立した状態で移送することができ
るので、超音速の正確な速度制御下で微粒子を移送する
ことができる。従って、活性微粒子をそのままの状態で
捕集位置まで確実に移送できると共に、その吹き付は時
の運動エネルギーを正確に制御することができる。また
、ビームという集束した超高速平行流となることや、ビ
ーム化されるときに熱エネルギーが運動エネルギーに変
換されて、ビーム内の微粒子は凍結状態となるので、こ
れらを利用した新しい反応場を得ることにも大きな期待
を有するものである。更に、本発明の速度制御方法によ
れば、上記凍結状態になることから、流体中の分子のミ
クロな状態を規定し、一つの状態からある状態への遷移
を取り扱うことも可能である。即ち1分子の持つ各種の
エネルギー準位までも規定し、その準位に相当するエネ
ルギーを付与するという、新たな方式による気相の化学
反応が可能である。また、従来とは異なるエネルギー授
受の場が提供されることにより、水素結合やファンデア
ワールス結合等の比較的弱い分子間力で形成される分子
間化合物を容易に生み出すこともできる。
第1図は本発明の基本原理の説明図、第2図は本発明の
方法を超微粒子による成膜に利用した場合の一実施例を
示す概略図、第3図(a)〜(C)は各々気相励起装置
の例を示す図、第4図(a)〜(C)は各々縮小拡大ノ
ズルの形状例を示す図、第5図はスキマーの説明図であ
る。 l:縮小拡大ノズル、1a:流入口、 lb:流出口、2:のど部、3:上流室、4:下流室、
4a:第一下流室、 4b:第二下流室、 5.5a、 5b:真空ポンプ、
6:基体、7:スキマー、8:ゲートバルブ、9:気相
励起装置、8a:第一電極。 9b:第二電極、10.10’ :切欠部、11、11
’ :調整板、12:ハンドル、13:弁体、14ニジ
リンダ、15ニスライド軸、 16:基体ホルダー、!?=シャッター。 18ニガラス窓、18:圧力調整弁、 20a、 20b:メインバルブ、 21a、 21b :減圧ポンプ、 22a、 22b:あらびきバルブ、 23a、 23b:補助バルブ、 24a〜24h:リーク及びパージ用バルブ。
方法を超微粒子による成膜に利用した場合の一実施例を
示す概略図、第3図(a)〜(C)は各々気相励起装置
の例を示す図、第4図(a)〜(C)は各々縮小拡大ノ
ズルの形状例を示す図、第5図はスキマーの説明図であ
る。 l:縮小拡大ノズル、1a:流入口、 lb:流出口、2:のど部、3:上流室、4:下流室、
4a:第一下流室、 4b:第二下流室、 5.5a、 5b:真空ポンプ、
6:基体、7:スキマー、8:ゲートバルブ、9:気相
励起装置、8a:第一電極。 9b:第二電極、10.10’ :切欠部、11、11
’ :調整板、12:ハンドル、13:弁体、14ニジ
リンダ、15ニスライド軸、 16:基体ホルダー、!?=シャッター。 18ニガラス窓、18:圧力調整弁、 20a、 20b:メインバルブ、 21a、 21b :減圧ポンプ、 22a、 22b:あらびきバルブ、 23a、 23b:補助バルブ、 24a〜24h:リーク及びパージ用バルブ。
Claims (1)
- 1)流路に縮小拡大ノズルを設け、このノズルの上流側
と下流側の圧力比を臨界圧力比以下にして微粒子流の速
度を制御することを特徴とする微粒子流の速度制御方法
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8540085A JPS61220763A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 微粒子流の速度調整方法及びそれを用いた微粒子の堆積方法 |
| FR8604250A FR2579486B1 (fr) | 1985-03-26 | 1986-03-25 | Procede pour regler la vitesse de particules fines |
| DE19863610296 DE3610296A1 (de) | 1985-03-26 | 1986-03-26 | Verfahren zum steuern der geschwindigkeit von feinen partikeln |
| GB08607604A GB2174509A (en) | 1985-03-26 | 1986-03-26 | Controlling velocity of particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8540085A JPS61220763A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 微粒子流の速度調整方法及びそれを用いた微粒子の堆積方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60059619A Division JPS61218810A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 微粒子流の流れ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220763A true JPS61220763A (ja) | 1986-10-01 |
| JPH0316188B2 JPH0316188B2 (ja) | 1991-03-04 |
Family
ID=13857730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8540085A Granted JPS61220763A (ja) | 1985-03-26 | 1985-04-23 | 微粒子流の速度調整方法及びそれを用いた微粒子の堆積方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61220763A (ja) |
-
1985
- 1985-04-23 JP JP8540085A patent/JPS61220763A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0316188B2 (ja) | 1991-03-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |