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JP2008202117A - Nozzle for film deposition system, and film deposition system - Google Patents

Nozzle for film deposition system, and film deposition system Download PDF

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JP2008202117A
JP2008202117A JP2007041372A JP2007041372A JP2008202117A JP 2008202117 A JP2008202117 A JP 2008202117A JP 2007041372 A JP2007041372 A JP 2007041372A JP 2007041372 A JP2007041372 A JP 2007041372A JP 2008202117 A JP2008202117 A JP 2008202117A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
aerosol
discharge nozzle
film forming
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007041372A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akinari Ohira
晃也 大平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Priority to JP2007041372A priority Critical patent/JP2008202117A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzle for a film deposition system improving the density of the particulates to be collided on a substrate, having high mechanical strength, and capable of securing the uniformity of a film and a structure, and to provide a film deposition system. <P>SOLUTION: In the nozzle 1 for a film deposition system comprising: an aerosol discharge nozzle 2 discharging aerosol obtained by dispersing particulates into a gas toward the film deposition part of a base material; and a gas discharge nozzle 3 discharging a gas, the aerosol discharge nozzle 2 and the gas discharge nozzle 3 have discharge openings 2a and 3a at the tip part, respectively, and the tip part of the gas discharge nozzle 3 is adjacently arranged at least at a part of the outer circumference of the tip part of the aerosol discharge nozzle 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、微粒子を含むエアロゾルを基板等に吹付け、被膜や構造物を基材上に形成するエアロゾルデポジション(以下、ADと記す)法において使用される成膜装置用ノズルおよび該ノズルを用いた成膜装置に関する。   The present invention relates to a nozzle for a film forming apparatus used in an aerosol deposition (hereinafter referred to as AD) method in which an aerosol containing fine particles is sprayed onto a substrate or the like to form a film or a structure on a substrate. The present invention relates to the film forming apparatus used.

基板上の膜の形成方法として、微粒子ビーム堆積法あるいはAD法と呼ばれる脆性材料の膜や構造物の形成方法がある。AD法は、脆性材料の微粒子を含むエアロゾルをノズルから基板に向けて吐出し、基板に微粒子を衝突させて、その機械的衝撃力を利用して脆性材料の多結晶構造物を基板上にダイレクトに形成する方法である(例えば、特許文献1参照)。通常、上記ノズルは一本のみを使用し、複数本とする場合でも全てがエアロゾル吐出用のノズルである。ノズルの開口形状としては、種々の形状が提案されている(特許文献2参照)。   As a method for forming a film on a substrate, there is a method for forming a film or structure of a brittle material called a fine particle beam deposition method or an AD method. In the AD method, an aerosol containing fine particles of a brittle material is discharged from a nozzle toward a substrate, the fine particles collide with the substrate, and a polycrystalline structure of the brittle material is directly applied to the substrate by using the mechanical impact force. (See, for example, Patent Document 1). Normally, only one nozzle is used, and even when a plurality of nozzles are used, all are nozzles for aerosol discharge. Various shapes have been proposed as the opening shape of the nozzle (see Patent Document 2).

従来のAD法におけるノズル先端部形状の一例を図6を参照して説明する。図6に示すように、ノズル2は、矩形形状の吐出開口2aを有し、該吐出開口2aから微粒子を含むエアロゾルを吐出している。   An example of the shape of the nozzle tip in the conventional AD method will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the nozzle 2 has a rectangular discharge opening 2a and discharges aerosol containing fine particles from the discharge opening 2a.

しかしながら、ノズルから吐出後のエアロゾルは、基板への衝突前において拡散する場合があり、基材表面に対して一部が垂直吐出されず成膜効率に劣るという問題がある。
また、AD法では微粒子を基材に逐次衝突させ堆積させて膜成長させるものであるが、基板上に異物がある場合や、既に形成された被膜の一部表面に密着不十分な微粒子が存在する場合では、膜成長が阻害されるおそれがある。
特開平11−21677号公報 特開2003−247080号公報
However, the aerosol discharged from the nozzle may diffuse before the collision with the substrate, and there is a problem that a part of the aerosol is not discharged perpendicularly to the surface of the base material, resulting in poor film formation efficiency.
In addition, in the AD method, fine particles are sequentially collided with a base material and deposited to grow a film. However, when there is a foreign substance on the substrate or there is fine particles with insufficient adhesion to a part of the surface of the already formed film. In such a case, film growth may be inhibited.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-21677 JP 2003-247080 A

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、基材上において衝突する微粒子の密度を向上させ、機械的強度が大きく、被膜や構造物の均一性を確保可能な成膜装置用ノズルおよび成膜装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to cope with such a problem, and improves the density of fine particles that collide on a substrate, increases the mechanical strength, and ensures film and structure uniformity. An object is to provide an apparatus nozzle and a film forming apparatus.

本発明の成膜装置用ノズルは、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材の成膜部に向けて吐出するエアロゾル吐出ノズルと、ガスを吐出するガス吐出ノズルとからなる成膜装置用ノズルであって、上記エアロゾル吐出ノズルおよび上記ガス吐出ノズルはそれぞれ先端部に吐出開口を有し、上記エアロゾル吐出ノズルの先端部外周の少なくとも一部に上記ガス吐出ノズルの先端部を隣接配置したことを特徴とする。   The nozzle for a film forming apparatus of the present invention is for a film forming apparatus comprising an aerosol discharge nozzle that discharges an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas toward a film forming portion of a base material, and a gas discharge nozzle that discharges a gas. The aerosol discharge nozzle and the gas discharge nozzle each have a discharge opening at the tip, and the tip of the gas discharge nozzle is disposed adjacent to at least a part of the outer periphery of the tip of the aerosol discharge nozzle. It is characterized by.

上記エアロゾル吐出ノズルの先端部外周を囲んで上記ガス吐出ノズルの先端部を配置したことを特徴とする。
また、上記エアロゾル吐出ノズルの先端部の吐出方向断面形状が矩形形状であり、該先端部長辺方向の両側から挟み込んで上記ガス吐出ノズルの先端部を配置したことを特徴とする。
The tip of the gas discharge nozzle is disposed so as to surround the outer periphery of the tip of the aerosol discharge nozzle.
Moreover, the discharge direction cross-sectional shape of the tip part of the aerosol discharge nozzle is rectangular, and the tip part of the gas discharge nozzle is disposed so as to be sandwiched from both sides in the long side direction of the tip part.

上記微粒子はセラミックス微粒子であり、平均粒子径が 0.01〜2μm であることを特徴とする。また、上記セラミックス微粒子は、アルミナ微粒子であることを特徴とする。   The fine particles are ceramic fine particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm. The ceramic fine particles are alumina fine particles.

本発明の成膜装置は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、真空チャンバー内で上記成膜装置用ノズルから基材上に吐出し衝突させて成膜を行なうことを特徴とする。   The film forming apparatus of the present invention is characterized in that an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas is ejected and collided from the film forming apparatus nozzle in the vacuum chamber onto the substrate.

本発明の成膜装置用ノズルは、エアロゾル吐出ノズルとガス吐出ノズルとからなり、エアロゾル吐出ノズルの先端部外周の少なくとも一部にガス吐出ノズルの先端部を隣接配置した構造であるので、ガス吐出ノズルから吐出されるガスにより基材表面においてエアロゾル吐出前の異物を除去するとともにエアロゾル吐出後の密着不十分な微粒子を除去できる。この結果、エアロゾル吐出ノズルから吐出されるエアロゾルは基材表面に対し、微粒子からなる密着力の強固な被膜を形成できる。   The nozzle for a film forming apparatus of the present invention is composed of an aerosol discharge nozzle and a gas discharge nozzle, and has a structure in which the tip of the gas discharge nozzle is disposed adjacent to at least a part of the outer periphery of the tip of the aerosol discharge nozzle. The gas discharged from the nozzle can remove foreign matters before the aerosol discharge on the surface of the substrate and remove fine particles with insufficient adhesion after the aerosol discharge. As a result, the aerosol discharged from the aerosol discharge nozzle can form a coating film having a strong adhesive force made of fine particles on the surface of the substrate.

また、上記エアロゾル吐出ノズルの先端部外周を囲んでガス吐出ノズルの先端部を配置することで、ガス吐出ノズルから吐出されるガスが、エアロゾル吐出ノズルから吐出されるエアロゾルの拡散を遮断する気流カーテンとなり、該エアロゾルを囲い込む。このため、吐出されたエアロゾルは、吐出方向断面の両方向について広がりを持たず、基材表面に対して垂直吐出されるエアロゾル比率がエアロゾル吐出ノズルのみの場合よりも向上し、成膜効率が向上する。   Also, an air flow curtain that surrounds the outer periphery of the tip of the aerosol discharge nozzle and arranges the tip of the gas discharge nozzle so that the gas discharged from the gas discharge nozzle blocks the diffusion of the aerosol discharged from the aerosol discharge nozzle And enclose the aerosol. For this reason, the discharged aerosol does not spread in both directions of the discharge direction cross section, and the ratio of the aerosol discharged perpendicularly to the substrate surface is improved as compared with the case of only the aerosol discharge nozzle, and the film formation efficiency is improved. .

また、上記エアロゾル吐出ノズルの先端部の吐出方向断面形状が矩形形状であり、該先端部長辺方向の両側から挟み込んでガス吐出ノズルの先端部を配置することで、エアロゾルが拡散しやすい吐出方向断面の長手方向に気流カーテンが形成される。このため、吐出されたエアロゾルは、吐出方向断面の長手方向について広がりを持たず、基材表面に対して垂直吐出されるエアロゾル比率がエアロゾル吐出ノズルのみの場合よりも向上し、成膜効率が向上する。   In addition, the discharge direction cross-sectional shape of the tip of the aerosol discharge nozzle is a rectangular shape, and the tip of the gas discharge nozzle is disposed between both sides in the long side direction of the tip so that the aerosol is easily diffused. An airflow curtain is formed in the longitudinal direction. For this reason, the discharged aerosol does not expand in the longitudinal direction of the cross section in the discharge direction, and the ratio of the aerosol discharged vertically to the substrate surface is improved as compared with the case of only the aerosol discharge nozzle, and the film formation efficiency is improved. To do.

本発明の成膜装置は、上記成膜装置用ノズルを用いるので成膜効率の向上が図れる。例えば、ガス吐出ノズルでエアロゾル吐出ノズルの両側を挟み込んだ成膜装置用ノズルを用いて、ノズルを移動または基材を移動等させてAD法により成膜を行なうことにより、基材表面に対し異物除去−成膜−密着力の弱い被膜の除去という3段階の処理を連続的に施すことができ、緻密で均一な機械的強度に優れる被膜を容易に形成できる。   Since the film forming apparatus of the present invention uses the film forming apparatus nozzle, the film forming efficiency can be improved. For example, a film forming apparatus nozzle in which both sides of an aerosol discharge nozzle are sandwiched between gas discharge nozzles and a film is formed by the AD method by moving the nozzle or moving the base material, so that foreign matter is formed on the surface of the base material. A three-stage process of removal-film formation-removal of a film having weak adhesion can be continuously performed, and a dense and uniform film having excellent mechanical strength can be easily formed.

本発明においてAD法は、セラミックス等の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてエアロゾル吐出ノズルより吐出し、エアロゾルを基材表面に高速で衝突させ、セラミックス等の微粒子の構成材料からなる被膜を基材上に形成させる方法である。   In the present invention, the AD method is a constituent material of fine particles such as ceramics, in which an aerosol in which fine particles such as ceramics are dispersed in a gas is directed toward the substrate from an aerosol discharge nozzle, and the aerosol collides with the substrate surface at high speed. Is a method of forming a coating film comprising:

本発明の第一の実施形態に係る成膜装置用ノズルを図1に基づいて説明する。図1は成膜装置用ノズルの先端部を示す正面断面図、側面断面図、および底面図である。
図1に示すように、本発明の成膜装置用ノズル1は、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材の成膜部に向けて吐出するエアロゾル吐出ノズル2と、ガスのみを吐出するガス吐出ノズル3とからなる。エアロゾル吐出ノズル2は先端部に吐出開口2aを、ガス吐出ノズル3は先端部に吐出開口3aをそれぞれ有する。ガス吐出ノズル3の先端部は、エアロゾル吐出ノズル2の先端部外周を囲んで隣接配置されている。
A film forming apparatus nozzle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front sectional view, a side sectional view, and a bottom view showing a tip portion of a nozzle for a film forming apparatus.
As shown in FIG. 1, a nozzle 1 for a film forming apparatus according to the present invention discharges only a gas and an aerosol discharge nozzle 2 that discharges an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas toward a film forming portion of a substrate. It consists of a gas discharge nozzle 3. The aerosol discharge nozzle 2 has a discharge opening 2a at the tip, and the gas discharge nozzle 3 has a discharge opening 3a at the tip. The distal end portion of the gas discharge nozzle 3 is disposed adjacent to the outer periphery of the distal end portion of the aerosol discharge nozzle 2.

エアロゾル吐出ノズル2において、吐出開口2aの吐出方向断面の長辺方向幅および短辺方向幅は、特に限定されないが、平均粒子径 0.01μm〜2μm 程度の微粒子を用いるAD法においては 長辺方向幅が 5mm 〜 20mm 程度であり、短辺方向幅が 0.5mm 〜 5mm 程度である。また、この場合の成膜装置用ノズル1の先端面と基材との垂直距離は 1mm 〜 5mm 程度である。
また、図1に示すように外周を囲む場合のガス吐出ノズル3の吐出開口3aの幅についても特に限定されないが、上記短辺方向幅と同程度とすることが好ましい。
In the aerosol discharge nozzle 2, the long side width and the short side width of the discharge direction cross section of the discharge opening 2a are not particularly limited, but in the AD method using fine particles having an average particle diameter of about 0.01 μm to 2 μm, the long side width Is about 5 mm to 20 mm, and the short side width is about 0.5 mm to 5 mm. In this case, the vertical distance between the tip surface of the nozzle 1 for a film forming apparatus and the substrate is about 1 mm to 5 mm.
Further, the width of the discharge opening 3a of the gas discharge nozzle 3 in the case of surrounding the outer periphery as shown in FIG. 1 is not particularly limited, but is preferably about the same as the width in the short side direction.

エアロゾル吐出ノズル2およびガス吐出ノズル3の材質は、セラミックス、金属およびプラスチック等、目的とする形状に賦形でき、かつ成膜時にエアロゾルの吐出で甚大な摩耗損傷を生じない材料であれば使用できる。例えば、プラスチックの場合、光硬化性樹脂を用いて光造形法などで本ノズルを製作してもよい。   The material of the aerosol discharge nozzle 2 and the gas discharge nozzle 3 can be any material that can be shaped into a desired shape, such as ceramics, metal, and plastic, and that does not cause significant wear damage due to aerosol discharge during film formation. . For example, in the case of plastic, this nozzle may be manufactured by a photolithographic method using a photocurable resin.

本発明の成膜装置を図2および図3に基づいて説明する。図2は図1に示す本発明の成膜装置用ノズルを組み込んだ成膜装置を示す図である。図3は図2のC部分を拡大して示す模式図である。
図2に示すように、AD法による成膜装置4はエアロゾル発生装置7と真空チャンバー5とを有する。エアロゾル発生装置7は、予め収容されたセラミックス等の微粒子と、ガス供給設備6から供給される搬送ガスとからなるエアロゾルを形成し、エアロゾル供給配管7aを介してエアロゾル吐出ノズル2にエアロゾルを供給する。使用可能な搬送ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。
The film forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a view showing a film forming apparatus incorporating the nozzle for the film forming apparatus of the present invention shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged schematic view showing a portion C of FIG.
As shown in FIG. 2, the film formation apparatus 4 by the AD method has an aerosol generation apparatus 7 and a vacuum chamber 5. The aerosol generation device 7 forms an aerosol composed of fine particles such as ceramics accommodated in advance and a carrier gas supplied from the gas supply facility 6, and supplies the aerosol to the aerosol discharge nozzle 2 via the aerosol supply pipe 7a. . Usable carrier gases include inert gases such as argon, nitrogen and helium.

真空チャンバー5内には、被膜形成対象の基材である外輪8と、成膜装置用ノズル1とが配設されている。真空チャンバー5の内部は真空ポンプ12によって減圧される。微粒子の混入を防止するため、真空ポンプ12の直前に微粒子フィルター11が設けられている。
外輪8は対象物回転用モータ10にセットされ所定回転数で外径方向に回転(図中A)されるとともに、位置決め用XYテーブル9により軸方向に移動(図中B)される。
成膜装置用ノズル1は上述したノズルであり、図3に示すようにエアロゾル吐出ノズル2とガス吐出ノズル3とからなる。成膜装置用ノズル1は、1本であっても複数本であってもよく、また、真空チャンバー5内で変位可能に構成してもよい。
In the vacuum chamber 5, an outer ring 8 that is a base material on which a film is to be formed and a film forming apparatus nozzle 1 are disposed. The inside of the vacuum chamber 5 is depressurized by the vacuum pump 12. In order to prevent mixing of fine particles, a fine particle filter 11 is provided immediately before the vacuum pump 12.
The outer ring 8 is set in the object rotating motor 10 and rotated in the outer diameter direction (A in the figure) at a predetermined number of revolutions, and is moved in the axial direction by the positioning XY table 9 (B in the figure).
The film forming apparatus nozzle 1 is the nozzle described above, and includes an aerosol discharge nozzle 2 and a gas discharge nozzle 3 as shown in FIG. The number of nozzles 1 for the film forming apparatus may be one or plural, and may be configured to be displaceable in the vacuum chamber 5.

エアロゾル吐出ノズル2にはエアロゾル供給配管7aを介してエアロゾルが供給される。また、ガス吐出ノズル3にはガス供給配管6aを介してガスが供給される。ガス吐出ノズル3に供給されるガスとしては、上記搬送ガスと同じく、アルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。
エアロゾル発生装置7へ供給される搬送ガスと、ガス吐出ノズル3へ供給されるガスとは同種または異種であってもよい。また、図2においては、エアロゾル発生装置7へ供給される搬送ガスと、ガス吐出ノズルへ供給されるガスとは共通のガス供給設備6から供給されているが、それぞれについて別個独立してガス供給設備を用意してもよい。
Aerosol is supplied to the aerosol discharge nozzle 2 via an aerosol supply pipe 7a. Gas is supplied to the gas discharge nozzle 3 through a gas supply pipe 6a. Examples of the gas supplied to the gas discharge nozzle 3 include inert gases such as argon, nitrogen, and helium as in the case of the carrier gas.
The carrier gas supplied to the aerosol generator 7 and the gas supplied to the gas discharge nozzle 3 may be the same or different. In FIG. 2, the carrier gas supplied to the aerosol generation device 7 and the gas supplied to the gas discharge nozzle are supplied from a common gas supply facility 6. Equipment may be provided.

本発明の成膜装置を用いた成膜方法について以下に説明する。
まず、被膜形成対象の基材である外輪8を真空チャンバー5内の対象物回転用モータ10にセットする。次にエアロゾル発生装置7に所定量のセラミックス等の微粒子を仕込み、真空ポンプ12を起動し、真空チャンバー5内を所定の減圧度に保ちつつ、ガス供給設備6から搬送ガスをエアロゾル発生装置7およびガス供給配管6aに供給する(図2参照)。
A film forming method using the film forming apparatus of the present invention will be described below.
First, the outer ring 8, which is a substrate on which a film is to be formed, is set on the object rotation motor 10 in the vacuum chamber 5. Next, the aerosol generator 7 is charged with a predetermined amount of fine particles such as ceramics, the vacuum pump 12 is started, and the carrier gas is supplied from the gas supply facility 6 to the aerosol generator 7 while maintaining the vacuum chamber 5 at a predetermined degree of reduced pressure. It supplies to the gas supply piping 6a (refer FIG. 2).

次に、エアロゾル発生装置7にて発生したエアロゾルがエアロゾル供給配管7aを経由してエアロゾル吐出ノズル2から吐出され、エアロゾル中の微粒子が、ガス吐出ノズル3から吐出される気流カーテン3bによって包囲される状態になることを確認する(図3参照)。   Next, the aerosol generated by the aerosol generator 7 is discharged from the aerosol discharge nozzle 2 via the aerosol supply pipe 7a, and the fine particles in the aerosol are surrounded by the airflow curtain 3b discharged from the gas discharge nozzle 3. Confirm that it is in a state (see FIG. 3).

その後、外輪8を対象物回転用モータ10により所定回転数で回転(図中A)させるとともに、位置決め用XYテーブル9により軸方向に移動(図中B)させる(図2および図3参照)。なお、成膜装置用ノズル1の長手方向幅を外輪幅と同じとすれば、位置決め用XYテーブル9による軸方向の移動(図中B)は不要である。
この操作により、(1)ガス吐出ノズル3から吐出されるガスがエアロゾル吐出ノズル2から吐出されたエアロゾルの拡散を遮断する気流カーテン3bとなり該エアロゾルを囲い込み、エアロゾルが吐出方向断面の両方向について広がりを持たずに垂直吐出でき、(2)ガス吐出ノズル3から吐出されるガスが基材である外輪表面においてエアロゾル吐出前の異物を除去でき、(3)ガス吐出ノズル3から吐出されるガスがエアロゾル吐出後の密着不十分な微粒子を除去できる。
このため、外輪の外周面に異物除去−成膜−密着力の弱い被膜の除去という3段階の処理を連続的に施すことができ密着力が強固で均一なセラミックス被膜を容易に形成することができる。
Thereafter, the outer ring 8 is rotated at a predetermined number of rotations by the object rotating motor 10 (A in the figure) and moved in the axial direction by the positioning XY table 9 (B in the figure) (see FIGS. 2 and 3). If the longitudinal width of the film forming apparatus nozzle 1 is the same as the outer ring width, the axial movement (B in the figure) by the positioning XY table 9 is not necessary.
By this operation, (1) the gas discharged from the gas discharge nozzle 3 becomes an air flow curtain 3b that blocks the diffusion of the aerosol discharged from the aerosol discharge nozzle 2, and surrounds the aerosol, and the aerosol spreads in both directions in the discharge direction cross section. (2) The gas discharged from the gas discharge nozzle 3 can remove foreign substances before the aerosol discharge on the outer ring surface, which is a base material, and (3) the gas discharged from the gas discharge nozzle 3 is an aerosol. Fine particles with insufficient adhesion after ejection can be removed.
For this reason, it is possible to continuously perform a three-step process on the outer peripheral surface of the outer ring, that is, removal of foreign matter, film formation, and removal of a film with weak adhesion, and a ceramic film with strong and uniform adhesion can be easily formed. it can.

本発明の第二の実施例に係る成膜装置用ノズルを図4および図5に基づいて説明する。図4は成膜装置用ノズルの先端部を示す正面断面図、側面断面図、および底面図であり、図5は図2の本実施例に係るC部分を拡大した模式図である。
図4および図5に示すように、エアロゾル吐出ノズル2は、吐出方向断面形状が矩形形状である先端部に吐出開口2aを有する。また、ガス吐出ノズル3は先端部に吐出開口3cを有する。ガス吐出ノズル3の先端部は、エアロゾル吐出ノズル2の先端部長辺方向の両側から挟み込むように隣接配置されている。
エアロゾル吐出ノズルおよびガス吐出ノズルにおける吐出開口のサイズ、エアロゾルまたはガスの供給方法は、上述の第一の実施形態に係る成膜装置用ノズルの場合と同様である。
A film forming apparatus nozzle according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a front sectional view, a side sectional view, and a bottom view showing the tip of the nozzle for a film forming apparatus, and FIG. 5 is an enlarged schematic view of a portion C according to this embodiment of FIG.
As shown in FIGS. 4 and 5, the aerosol discharge nozzle 2 has a discharge opening 2 a at the tip portion whose discharge direction cross-sectional shape is a rectangular shape. Further, the gas discharge nozzle 3 has a discharge opening 3c at the tip. The distal end portion of the gas discharge nozzle 3 is adjacently disposed so as to be sandwiched from both sides in the long side direction of the distal end portion of the aerosol discharge nozzle 2.
The size of the discharge opening in the aerosol discharge nozzle and the gas discharge nozzle and the method for supplying the aerosol or gas are the same as those in the case of the nozzle for the film forming apparatus according to the first embodiment described above.

この場合の成膜方法については、エアロゾル吐出ノズル2から吐出されるエアロゾルが、ガス吐出ノズル2から吐出される気流カーテン3dによって長辺方向を両側から挟みこまれる状態になることを確認すること(図5参照)以外は上述の第一の実施例に係る成膜装置用ノズルを用いた場合の成膜方法と同様である。   Regarding the film forming method in this case, it is confirmed that the aerosol discharged from the aerosol discharge nozzle 2 is in a state where the long side direction is sandwiched from both sides by the airflow curtain 3d discharged from the gas discharge nozzle 2 ( Except for the case of FIG.

本発明の成膜装置用ノズルおよび成膜装置において使用できる微粒子としては成膜可能なものであればよく、主にセラミックス微粒子が挙げられる。セラミックス微粒子としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の酸化物、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の微粒子が挙げられる。これらの中で、それぞれのセラミックスの高純度グレードにおいて、真比重が小さい方がエアロゾル化しやすいことから、アルミナ微粒子が好ましい。
セラミックス微粒子以外でも、シリコン、ゲルマニウムなどのへき開性の強い脆性材料の微粒子を使用することも可能である。
The fine particles that can be used in the film forming apparatus nozzle and the film forming apparatus of the present invention may be fine particles that can be formed, and mainly include ceramic fine particles. Examples of the ceramic fine particles include oxides such as alumina, zirconia, and titania, and fine particles such as silicon carbide and silicon nitride. Among these, alumina fine particles are preferred because the higher the specific gravity of each ceramic, the easier it is to aerosolize when the true specific gravity is smaller.
In addition to ceramic fine particles, fine particles of brittle materials with strong cleavage, such as silicon and germanium, can also be used.

本発明の成膜装置用ノズルおよび成膜装置において使用する微粒子の平均粒子径は、0.01μm 〜 2μm であることが好ましい。0.01μm 未満では凝集しやすくエアロゾル化は困難であり、2μm をこえるとAD法での膜形成はできない(膜成長しない)。なお、本発明において平均粒子径は日機装株式会社製:レーザー式粒度分析計マイクロトラックMT3000によって測定した値である。
また、成膜を良好に行なうため、基材への衝突時に微粒子が容易に粉砕するように、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いて微粒子にクラックを予め形成しておくことが好ましい。
The average particle diameter of the fine particles used in the film forming apparatus nozzle and the film forming apparatus of the present invention is preferably 0.01 μm to 2 μm. If it is less than 0.01 μm, it is easy to agglomerate and it is difficult to form an aerosol. In the present invention, the average particle diameter is a value measured by Nikkiso Co., Ltd .: Laser type particle size analyzer Microtrac MT3000.
In addition, for good film formation, it is preferable to form cracks in the fine particles in advance using a pulverizer such as a ball mill or a jet mill so that the fine particles are easily pulverized upon collision with the substrate.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention. The present invention is not limited to these examples.

実施例1
セラミックス微粒子(アルミナ:住友化学社製AKP−50、平均粒子径 0.2μm )を用い、図1の成膜装置用ノズルを使用して以下のようにして被膜形成を行なった。
上記セラミックス微粒子を図2に示されるエアロゾル発生装置7に装填し、真空ポンプ12を起動した後、搬送ガスとして窒素ガスを 7 L/分の流量で装置内に流しながら、エアロゾルを発生させた。真空チャンバー5内は 100 Pa 以下の減圧下とし、成膜装置用ノズル1は固定した。
基材である外輪8(軸受番号NU214、外径 125 mm×内径 108 mm×幅 24 mm)上に、発生させたエアロゾルをエアロゾル吐出ノズル2の吐出開口2a( 20 mm× 2 mm)から、窒素ガスをガス吐出ノズル3の吐出開口3a(幅一定で 1 mm)からそれぞれ吐出させ、同時に外輪8を対象物回転用モータ10により所定回転数で回転(図中A)させて外輪表面にセラミックス(アルミナ)被膜を形成させた。
得られたセラミックス被膜について以下に示す膜厚測定試験に供し、それぞれ成膜速度(μm・cm/分)を測定した。測定結果を表1に示す。
Example 1
Using ceramic fine particles (alumina: AKP-50 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average particle diameter 0.2 μm), a film was formed as follows using the nozzle for a film forming apparatus shown in FIG.
The ceramic fine particles were loaded into the aerosol generator 7 shown in FIG. 2 and the vacuum pump 12 was started. Then, aerosol was generated while flowing nitrogen gas as a carrier gas into the apparatus at a flow rate of 7 L / min. The inside of the vacuum chamber 5 was under a reduced pressure of 100 Pa or less, and the film forming apparatus nozzle 1 was fixed.
The aerosol generated on the outer ring 8 (bearing number NU214, outer diameter 125 mm × inner diameter 108 mm × width 24 mm) as the base material is discharged from the discharge opening 2a (20 mm × 2 mm) of the aerosol discharge nozzle 2 to the nitrogen. Gas is discharged from each discharge opening 3a (1 mm in constant width) of the gas discharge nozzle 3, and at the same time, the outer ring 8 is rotated at a predetermined number of rotations (A in the figure) by the object rotating motor 10 to make ceramics ( Alumina) coating was formed.
The obtained ceramic film was subjected to a film thickness measurement test shown below, and the film formation rate (μm · cm / min) was measured. The measurement results are shown in Table 1.

<膜厚測定試験>
作製したセラミックス被膜の厚さを触針式表面形状測定器(日本真空技術社製、Dectak3030)を用いて測定することにより、セラミックス被膜の成膜速度(μm・cm/分)を算出した。成膜速度(μm・cm/分)は、1分間にスキャン距離1cm につき形成される被膜の厚さ(μm )を意味する。
<Thickness measurement test>
The thickness of the produced ceramic film was measured using a stylus type surface shape measuring device (Nippon Vacuum Technology Co., Ltd., Decak3030) to calculate the film formation rate (μm · cm / min) of the ceramic film. The film formation speed (μm · cm / min) means the thickness (μm) of the film formed per 1 cm of scanning distance per minute.

実施例2
図4の成膜装置用ノズルを使用して実施例1と同様に被膜形成を行なった。なお、成膜装置用ノズルは、エアロゾル吐出ノズル2の吐出開口2aを 20 mm× 2 mm、長手方向両側のガス吐出ノズル3の吐出開口3cを 20 mm× 1 mm とした。測定結果を表1に併記する。
Example 2
A film was formed in the same manner as in Example 1 using the nozzle for the film forming apparatus shown in FIG. In addition, as for the nozzle for film-forming apparatuses, the discharge opening 2a of the aerosol discharge nozzle 2 was 20 mm × 2 mm, and the discharge openings 3c of the gas discharge nozzles 3 on both sides in the longitudinal direction were 20 mm × 1 mm. The measurement results are also shown in Table 1.

比較例1
実施例1において用いた吐出開口2a( 20 mm× 2 mm)を有する従来のエアロゾル吐出ノズルを用いたこと以外は実施例1同様に実施した。測定結果を表1に併記する。
Comparative Example 1
The same operation as in Example 1 was performed except that a conventional aerosol discharge nozzle having a discharge opening 2a (20 mm × 2 mm) used in Example 1 was used. The measurement results are also shown in Table 1.

Figure 2008202117
Figure 2008202117

本発明の成膜装置用ノズルを備えた成膜装置は、基材表面に対し、密着力の強固なセラミックス被膜を形成することができるので、各種産業部品等へのセラミックス被膜形成等に好適に利用できる。   The film forming apparatus provided with the nozzle for the film forming apparatus of the present invention can form a ceramic film having a strong adhesion to the surface of the base material, and is therefore suitable for forming a ceramic film on various industrial parts. Available.

本発明の第一の実施形態に係る成膜装置用ノズルの先端部を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip part of the nozzle for film-forming apparatuses which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の被膜形成装置の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the film formation apparatus of this invention. 図2のC部分を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded the C section of FIG. 本発明の第二の実施形態に係る成膜装置用ノズルの先端部を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip part of the nozzle for film-forming apparatuses which concerns on 2nd embodiment of this invention. 図2の第二の実施形態に係るC部分を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded C part which concerns on 2nd embodiment of FIG. 従来のエアロゾル吐出ノズルの先端部を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip part of the conventional aerosol discharge nozzle.

符号の説明Explanation of symbols

1 成膜装置用ノズル
2 エアロゾル吐出ノズル
2a 吐出開口
3 ガス吐出ノズル
3a、3c 吐出開口
3b、3d 気流カーテン
4 成膜装置
5 真空チャンバー
6 ガス供給設備
6a ガス供給配管
7 エアロゾル発生装置
7a エアロゾル供給配管
8 外輪
9 XYテーブル
10 対象物回転用モータ
11 微粒子フィルター
12 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle for film forming apparatus 2 Aerosol discharge nozzle 2a Discharge opening 3 Gas discharge nozzle 3a, 3c Discharge opening 3b, 3d Airflow curtain 4 Film forming apparatus 5 Vacuum chamber 6 Gas supply equipment 6a Gas supply pipe 7 Aerosol generator 7a Aerosol supply pipe 8 Outer ring 9 XY table 10 Object rotation motor 11 Particulate filter 12 Vacuum pump

Claims (6)

微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材の成膜部に向けて吐出するエアロゾル吐出ノズルと、ガスを吐出するガス吐出ノズルとからなる成膜装置用ノズルであって、
前記エアロゾル吐出ノズルおよび前記ガス吐出ノズルはそれぞれ先端部に吐出開口を有し、前記エアロゾル吐出ノズルの先端部外周の少なくとも一部に前記ガス吐出ノズルの先端部を隣接配置したことを特徴とする成膜装置用ノズル。
A film forming apparatus nozzle comprising an aerosol discharge nozzle for discharging an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas toward a film forming portion of a substrate, and a gas discharge nozzle for discharging a gas,
Each of the aerosol discharge nozzle and the gas discharge nozzle has a discharge opening at the tip, and the tip of the gas discharge nozzle is disposed adjacent to at least a part of the outer periphery of the tip of the aerosol discharge nozzle. Nozzle for membrane device.
前記エアロゾル吐出ノズルの先端部外周を囲んで前記ガス吐出ノズルの先端部を配置したことを特徴とする請求項1記載の成膜装置用ノズル。   2. The nozzle for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the tip of the gas discharge nozzle is disposed so as to surround the outer periphery of the tip of the aerosol discharge nozzle. 前記エアロゾル吐出ノズルの先端部の吐出方向断面形状が矩形形状であり、該先端部長辺方向の両側から挟み込んで前記ガス吐出ノズルの先端部を配置したことを特徴とする請求項1記載の成膜装置用ノズル。   2. The film formation according to claim 1, wherein the tip portion of the aerosol discharge nozzle has a rectangular shape in the discharge direction, and the tip portion of the gas discharge nozzle is disposed so as to be sandwiched from both sides in the long side direction of the tip portion. Equipment nozzle. 前記微粒子はセラミックス微粒子であり、平均粒子径が 0.01μm〜2μm であることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の成膜装置用ノズル。   4. The nozzle for a film forming apparatus according to claim 1, wherein the fine particles are ceramic fine particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 [mu] m. 前記セラミックス微粒子は、アルミナ微粒子であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項記載の成膜装置用ノズル。   The film forming apparatus nozzle according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic fine particles are alumina fine particles. 微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、真空チャンバー内で成膜装置用ノズルから基材上に吐出し衝突させて成膜を行なう成膜装置であって、
前記成膜装置用ノズルが、請求項1ないし請求項5のいずれか一項記載の成膜装置用ノズルであることを特徴とする成膜装置。
A film forming apparatus for forming a film by discharging and colliding an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas from a nozzle for a film forming apparatus onto a substrate in a vacuum chamber,
The film forming apparatus nozzle according to claim 1, wherein the film forming apparatus nozzle is a nozzle for a film forming apparatus according to claim 1.
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