热束成膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热束成膜装置，生成即使在基体不会产生变形和变质的低温特别是100℃以下也能够反应的分子种类来进行成膜。在将原料气体瞬间加热至高温并使其与具有催化功能的金属壁碰撞的热束加热装置中，通过非平衡的反应，高效地生成活性化分子种类，将其吹向基体并使其与基体接触来进行成膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热束(ヒートビーム)成膜装置，通过瞬间加热到比基体温度更高温度的部件，使原料气体变化而生成气体，将生成的气体导向基体表面来进行成膜。
技术介绍
通常，气体的分子的化学键能量大多在3eV以上，仅对气体进行高温加热，气体的分子不会分解。但是，如果使加热成高温的气体垂直地与包含具有催化效果的元素的金属碰撞，则气体的分子变得容易进行反应。如果对能够在催化剂上进行化学反应的气体种类进行加热并使其碰撞，则能够发生反应而生成与原来的气体不同的分子种类或形态的气体(以下将其称为催化碰撞反应)。例如，如果在加入了钌催化剂的容器内，使对甲烷和水蒸气进行瞬间加热得到的气体与钌催化剂碰撞，则反应进行，生成氢气H2、二氧化碳CO2和一氧化碳CO。该反应是催化碰撞反应的一个例子(例如参照专利文献1)。此时认为，虽然水被加热而成为蒸汽，但是并不仅仅是温度单纯变高，其结构也从分子聚集的多量体(水簇)变化为单量体。推测生成的单量体气体化学性质发生变化，具有与通常的水不同的活性的化学性质。为了在工业上利用所述催化碰撞反应，需要对气体进行瞬间加热的装置和使气体与催化剂碰撞的低价的小型加热装置。满足所述要求的气体加热装置是专利文献2、3、4、5、6中记载的气体加热装置。以下，将所述专利文献中所示的气体加热装置在此称为热束加热装置。所述原理是使气体以高速与高温的壁碰撞，高效地进行壁和气体的热交换。为了明确地说明所述原理，如图4所示，引用了专利文献6中记载的热束加热装置的热交换器的主要结构图。按照该专利专利技术，在形成于热交换基体材料的表面的窄的气体流道中，使气体高速化并使其与流道
壁垂直碰撞。由于该流道壁被电加热，所以通过所述碰撞进行热交换。此外，由于专利文献6所示的热束加热装置以多层方式构成所述结构，所以能够高效地对气体进行瞬间加热。专利文献6还公开了一种成膜装置的专利技术，利用所述热束加热装置对多种气体进行加热，能够在保持为比所述加热温度低的温度的玻璃或塑料基体上，使以往的如果不使基体成为高温就不能生长的材料生长。专利文献6还公开了一种专利技术，将通过热束加热装置制备的载气和具有沉积性的原料气体吹向保持为低温状态的基体表面来进行成膜。专利文献6的专利技术还公开了一种成膜装置，将多个相同装置排列在基体表面并吹出不同种类的气体。专利文献1：日本专利申请特願2014-211750号专利文献2：日本专利申请特願2012-107128号专利文献3：日本专利申请特願2012-203119号专利文献4：日本专利申请特願2013-237211号专利文献5：日本专利申请特願2013-197594号专利文献6：日本专利特許第5105620号专利文献7：日本专利公开公报特开2014-53477号专利文献8：日本专利申请特願2015-00671号但是，在专利文献6的专利技术中，由于基体和碳制的高温热交换部件的距离近，所以存在辐射热使塑料或玻璃变形的问题。因此，为了对塑料的基体进行处理，需要在更低的温度下从原料气体制备化学活性的反应气体并将其导向基体。
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述的问题而做出的专利技术，本专利技术用能够期待催化功能的金属制作所述热束加热装置，使能够变化为化学活性的分子种类的原料气体以碰撞的方式射入到所述金属表面，将产生的所希望的气体应用于成膜装置，在保持为比热束加热装置的加热温度低的温度的基体表
面，使仅能够在高温环境下成膜的材料形成薄膜。为了解决所述的问题，本专利技术提出了以下的专利技术。(1)本专利技术提供一种热束成膜装置，其包括：原料气体的瞬间加热机构，具有流道结构，所述流道结构使高温加热了的原料气体反复与包含具有催化功能的元素的金属材料高速碰撞；以及基体，以比所述原料气体的瞬间加热机构的温度低的温度被支承，将通过所述原料气体的瞬间加热机构产生的生成气体吹向所述基体并使所述生成气体与所述基体接触来成膜。(2)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，所述原料气体的瞬间加热机构的流道的表面由包含钌、镍、铂、铁、铬、铝和钽元素中的一种以上的金属形成。(3)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，设置有多个所述原料气体的瞬间加热机构。(4)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，所述原料气体是水、或甲烷等烃、或包含铝、铪、镓、锌、钛、硅、镁和铟中的任意一种金属元素的有机金属气体、或包含氮气或氩气的不活泼气体、或氢气或氨气等还原气体、或它们的混合气体。(5)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，原料气体的瞬间加热机构的加热温度为100℃～900℃。(6)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，所述基体是玻璃、硅晶片、塑料、碳。(7)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，所述基体移动。(8)本专利技术在(1)的热束成膜装置的基础上，所述基体是有机EL元件、或液晶元件、或太阳能电池、或形成有光致抗蚀剂图案的基体。按照专利技术(1)和专利技术(2)的专利技术，加热成高温的原料气体变化产生化学活性的分子种类，通过将所述束吹向基体表面并使其与基体接触，能够使膜在保持为比原料气体的瞬间加热机构的温度低的温度的基体表面生长。此外，由于能够任意地设定原料气体的瞬间加热机构的温度，所以能够不依存于基体的温度地使膜生长。此外，通过选择原料气体的种类和所述流道的催化金属元素，可以根据所希望的生成分子种类设计原料气体的瞬间加热机构的温度。例如，如果所希望的分子种类不是分解种类，则可以以不高的温度进行设计。具体地说，认为如果水超过100℃，则不是簇状态而是变化为单量体的分子种类，因此能够使活性的氧化分子种类参与成膜反应。按照专利技术(3)和专利技术(4)的专利技术，能够组合多个活性的生成分子种类并促进成膜反应。如果是化合物的成膜，则例如如果将包含金属元素的原料的生成分子种类和包含氧化剂的元素的生成分子种类吹向基体表面，则反应变得容易，从而能够以更低的温度实现成膜。例如已为公众所知的是，包含硅元素、铝、锆、镁等元素的原料在被氧化时的生成能量大，与包含氧元素的水的原料激烈反应。在与氧化和还原相关的原料气体中，典型的是水、烃、包含铝、铪、镓、锌、钛、硅、镁和铟中的任意一种金属元素的有机金属气体、氢气或氨气等还原气体、或它们的混合气体。能够自由设计所述原料气体的组合。当想要将从原料气体生成的活性种在基体表面气氛中稀释时，可以将氮气或氩气等不活泼气体的加热生成气体用于第三个吹出气体。此外，能够用高温加热后的不活泼气体的载气输送原料气体并将其吹出。按照专利技术(5)的专利技术，能够在100℃～900℃之间选择加热温度。由于水在100℃汽化，所以认为作为氧化剂的水在原料气体的瞬间加热机构的温度在100℃以上成为单量体。另一方面，包含镍或铁的催化剂元素的金属材料的不锈钢在500℃以上被卤化物的气体或水的氧化剂氧化，或者是因氢气或氨气等气体产生的还原反应而变得脆弱。因此，在相对于期待催化功能的金属材料的原料气体的瞬间加热机构中，限制为较低温度的加热。但是，通过将石英、碳化硅、氧化铝的陶瓷材料用于制作原料气体的瞬间加热机构，可以制作能够加热至900℃左右的温度的热束加热装置。按照专利技术(6)的专利技术，能够从玻璃、硅晶片、塑料、碳中选择基体。即，由于能够将基体保持为基体能够承受的温度来成膜，所以能够自由
地选择基体。例如，在使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热束成膜装置，其特征在于包括：原料气体的瞬间加热机构，具有流道结构，所述流道结构使高温加热了的原料气体反复与包含具有催化功能的元素的金属材料高速碰撞；以及基体，以比所述原料气体的瞬间加热机构的温度低的温度被支承，将通过所述原料气体的瞬间加热机构产生的生成气体吹向所述基体并使所述生成气体与所述基体接触来成膜。

【技术特征摘要】
2015.06.01 JP 2015-1117301.一种热束成膜装置，其特征在于包括：原料气体的瞬间加热机构，具有流道结构，所述流道结构使高温加热了的原料气体反复与包含具有催化功能的元素的金属材料高速碰撞；以及基体，以比所述原料气体的瞬间加热机构的温度低的温度被支承，将通过所述原料气体的瞬间加热机构产生的生成气体吹向所述基体并使所述生成气体与所述基体接触来成膜。2.根据权利要求1所述的热束成膜装置，其特征在于，所述原料气体的瞬间加热机构的流道的表面由包含钌、镍、铂、铁、铬、铝和钽元素中的一种以上的金属形成。3.根据权利要求1所述的热束成膜装置，其特征在于，设置有多个所述原料气...

【专利技术属性】
技术研发人员：古村雄二，清水纪嘉，西原晋治，
申请(专利权)人：株式会社菲尔科技，
类型：发明
国别省市：日本;JP