JP6717632B2 - Vapor deposition processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、化学蒸着(CVD)、特に対向拡散CVDに好適な蒸着処理装置に関する。 The present invention relates to a vapor deposition processing apparatus suitable for chemical vapor deposition (CVD), particularly counter diffusion CVD.
蒸発した物質を被処理材の表面に付着させて薄膜などを形成する技術として、化学蒸着(CVD)が知られている。特に、対向拡散CVDは、混合ガスから水素ガスなどの特定のガス成分を分離精製するために用いられるセラミックス系のガス分離材の製造に多用されている。 Chemical vapor deposition (CVD) is known as a technique for forming a thin film or the like by attaching the evaporated substance to the surface of a material to be processed. In particular, counter diffusion CVD is widely used for producing a ceramic-based gas separation material used for separating and purifying a specific gas component such as hydrogen gas from a mixed gas.
図9は、対向拡散CVDの概念を説明する概略図である。対向拡散CVDは、原料ガス(たとえば有機珪素化合物ガス)と、原料ガスと反応する対向ガス(たとえば酸素ガス)と、を多孔質基材の細孔の両端よりそれぞれ対向拡散させ、細孔内で反応させる。反応生成物は、細孔の内壁に蒸着され、反応が進行すると細孔は反応生成物で閉塞されるので、両ガスの接触が妨げられることで反応が終了する。その結果、細孔内に形成された閉塞部Fは、極薄い膜となる。 FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the concept of counter diffusion CVD. In counter-diffusion CVD, a source gas (for example, an organosilicon compound gas) and a counter gas (for example, oxygen gas) that reacts with the source gas are counter-diffused from both ends of the pores of the porous base material, and then inside the pores. React. The reaction product is vapor-deposited on the inner wall of the pore, and when the reaction proceeds, the pore is blocked by the reaction product, so that the reaction ends when the contact of both gases is blocked. As a result, the closed portion F formed in the pores becomes an extremely thin film.
セラミックス系のガス分離材には、材料自体が有するサブナノサイズの細孔によるガス分離が可能なことから、シリカなどの分離活性層が利用されている。分離活性層として用いられるシリカ膜を対向拡散CVDにより製造するには、たとえば、テトラメトキシシランを含むガスと酸素ガスとを多孔質基材の細孔の両端よりそれぞれ対向拡散させた状態で加熱することで、細孔を閉塞させるようにしてシリカが形成される。形成される閉塞部は、50〜500nm程度の極薄いシリカ膜からなる。ガス透過速度が膜厚に反比例することから、極薄いシリカ膜を分離活性層に用いると、ガス分離の際の透過速度が増大し、分離処理能力が高まるため有効である。 As a ceramic-based gas separation material, a separation active layer made of silica or the like is used because it is possible to perform gas separation by the sub-nano-sized pores of the material itself. To manufacture the silica film used as the separation active layer by counter diffusion CVD, for example, a gas containing tetramethoxysilane and oxygen gas are heated in a state of being counter diffused from both ends of the pores of the porous substrate. As a result, silica is formed so as to close the pores. The formed blocking portion is made of an extremely thin silica film having a thickness of about 50 to 500 nm. Since the gas permeation rate is inversely proportional to the film thickness, it is effective to use an extremely thin silica membrane for the separation active layer because the permeation rate at the time of gas separation is increased and the separation treatment capacity is increased.
特許文献1、特許文献2および特許文献3には、対向拡散CVD法を用いたガス分離材の製造方法が開示されている。対向拡散CVD法では、通常、円筒形状の多孔質基材の筒内に対向ガスとしての酸素含有ガスを、外周面側に原料ガスとしての有機珪素化合物ガスを供給した状態で、所定の温度で加熱されることで、多孔質基材の細孔内部にシリカ膜が形成される。
しかしながら、上記の各特許文献に開示されている従来型の装置では、多孔質基材の全長が長くなるほど、換言すれば処理面積が増大するほど、蒸着処理が困難になることがわかった。成膜初期は、処理室内に原料ガスおよび対向ガスが満たされた状態にある。蒸着処理が進むと、原料ガスおよび対向ガスが消費され減少するため、処理が終了するまで原料ガスおよび対向ガスを追加供給し続ける。しかし、多孔質基材が長尺化して処理面積が増大すると、多孔質基材の表面にシリカが粉末状で堆積する現象が見られ、良好な蒸着処理ができなくなる問題があることがわかった。さらに、生成されたシリカ粉末は、蒸着処理装置の配管を詰まらせる原因にもなり、継続して処理を行うことが困難であった。 However, it has been found that in the conventional apparatus disclosed in each of the above patent documents, the vapor deposition process becomes more difficult as the total length of the porous substrate increases, in other words, the processing area increases. At the beginning of film formation, the processing chamber is filled with the source gas and the counter gas. As the vapor deposition process progresses, the raw material gas and the counter gas are consumed and reduced. Therefore, the raw material gas and the counter gas are additionally supplied until the processing is completed. However, when the length of the porous substrate is increased and the treatment area is increased, the phenomenon that silica is deposited in the form of powder on the surface of the porous substrate is observed, and it is found that there is a problem that a good vapor deposition process cannot be performed. .. Further, the generated silica powder also causes the pipe of the vapor deposition processing device to be clogged, and it is difficult to continuously perform the processing.
本発明は、上記の問題点に鑑み、基材の長尺化などにより処理面積が大きくなった場合にも、所望の蒸着処理を行うことが可能な蒸着処理装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a vapor deposition processing apparatus capable of performing a desired vapor deposition processing even when the processing area is increased due to the lengthening of a substrate. ..
本発明者等は、この課題を解決すべく鋭意研究の結果、シリカ粉末の生成の原因が、処理室内における原料ガスと対向ガスとの分圧の不均衡にあることを突き止めた。この成果を発展させることで、以降に述べる発明を完成させるに至った。 As a result of earnest research to solve this problem, the present inventors have found that the cause of the generation of silica powder is the imbalance of the partial pressures of the source gas and the counter gas in the processing chamber. By developing this result, the invention described below was completed.
すなわち本発明は、原料ガスと対向ガスとを複数の細孔を有する多孔質からなる被処理部の該細孔の両端側よりそれぞれ対向拡散させて該細孔の内壁に化学蒸着を行う蒸着処理装置であって、
前記被処理部を有する被処理材を、前記原料ガスが供給される原料ガス供給側と前記対向ガスが供給される対向ガス供給側とを区画する位置に収容する処理室と、
前記原料ガスを前記原料ガス供給側に複数箇所から供給する原料ガス供給手段と、
前記対向ガスを前記対向ガス供給側に供給する対向ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
少なくとも前記処理室に供給された前記原料ガスにエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、
を備える。
That is, the present invention is a vapor deposition process in which a source gas and a counter gas are counter-diffused from both end sides of the pores of a porous portion having a plurality of pores, and chemical vapor deposition is performed on inner walls of the pores. A device,
A processing chamber that contains a material to be processed having the portion to be processed in a position that divides a raw material gas supply side to which the raw material gas is supplied and a counter gas supply side to which the counter gas is supplied,
Source gas supply means for supplying the source gas to the source gas supply side from a plurality of locations,
Counter gas supply means for supplying the counter gas to the counter gas supply side,
Exhaust means for exhausting the processing chamber,
Energy applying means for applying energy to at least the raw material gas supplied to the processing chamber,
Equipped with.
本願発明者等は、前述の通り、シリカ粉末の生成の原因が、処理室内における原料ガスと対向ガスとの分圧の不均衡にあることを突き止めた。従来の蒸着処理装置では、被処理材を収容する処理室に対して原料ガスの供給位置が一カ所に限られている。原料ガスの供給位置周辺においては、充分な原料ガスが存在する。しかしながら、原料ガスの供給位置から離れた場所では、原料ガスが不足することで分圧の不均衡が生じ、対向ガスが被処理部の細孔を通じて対向ガス供給側から原料ガス供給側へと噴出し、原料ガス供給側において被処理部から離れた位置で両ガスが反応することで、反応生成物は細孔内に蒸着されずに粉末化すると考えられる。 As described above, the inventors of the present application have found out that the cause of the generation of silica powder is the imbalance of the partial pressures of the source gas and the counter gas in the processing chamber. In the conventional vapor deposition processing apparatus, the supply position of the raw material gas is limited to one position with respect to the processing chamber that houses the material to be processed. In the vicinity of the supply position of the source gas, sufficient source gas exists. However, in a location away from the source gas supply position, the partial pressure is imbalanced due to the lack of source gas, and the opposing gas is jetted from the opposing gas supply side to the source gas supply side through the pores of the processed part. However, it is considered that the reaction products are pulverized without being vapor-deposited in the pores due to the reaction of both gases at the position apart from the processed portion on the raw material gas supply side.
このような現象を抑制するために、原料ガスを処理室内に複数箇所から供給することを新たに想到した。原料ガスを処理室内に複数箇所から供給することで、蒸着処理が進んでも処理室内の分圧の均衡が保たれる。したがって、処理面積の大きい大型の被処理材を処理する場合であっても、原料ガスの粉末化が抑制され、所望の蒸着処理が可能となる。 In order to suppress such a phenomenon, it was newly conceived to supply the source gas into the processing chamber from a plurality of locations. By supplying the raw material gas into the processing chamber from a plurality of locations, the partial pressure in the processing chamber is balanced even if the vapor deposition process proceeds. Therefore, even when processing a large material to be processed having a large processing area, pulverization of the raw material gas is suppressed, and a desired vapor deposition processing can be performed.
なお、従来の蒸着処理装置は、いずれも、原料ガスの供給口を一カ所しか設けておらず、そもそも、上記の問題点に気付いていなかった。したがって、本発明は従来にない新たな着眼点からなされた発明である。 It should be noted that each of the conventional vapor deposition processing apparatuses has only one source gas supply port, and was not aware of the above problems in the first place. Therefore, the present invention is an invention made from a new point of view that has never existed before.
本発明の蒸着処理装置は、従来、蒸着処理が困難であった大面積の被処理部に対しても良好な蒸着処理が可能となる。 The vapor deposition processing apparatus of the present invention enables favorable vapor deposition to be performed on a large area to be processed, which has been difficult to perform vapor deposition in the past.
以下に、本発明の蒸着処理装置を実施するための形態を説明する。なお、本明細書に記載された数値範囲の上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。 Below, the form for implementing the vapor deposition processing equipment of the present invention is explained. The upper limit and the lower limit of the numerical range described in the present specification, and the numerical ranges listed in the examples can be arbitrarily combined to form the numerical range.
本発明は、原料ガスと対向ガスとを複数の細孔を有する多孔質からなる被処理部の細孔の両端側よりそれぞれ対向拡散させて、その細孔の内壁に化学蒸着を行う蒸着処理装置である。換言すれば対向拡散CVDを行うのに好適な蒸着処理装置である。蒸着処理装置は、主として、処理室、原料ガス供給手段、対向ガス供給手段、排気手段およびエネルギー付与手段を備える。 The present invention relates to a vapor deposition processing apparatus that performs a chemical vapor deposition on the inner wall of the pores by facing and diffusing a source gas and a counter gas from both ends of the pores of a porous portion having a plurality of pores to be processed. Is. In other words, the vapor deposition processing apparatus is suitable for performing counter diffusion CVD. The vapor deposition processing apparatus mainly includes a processing chamber, a source gas supply unit, a counter gas supply unit, an exhaust unit, and an energy applying unit.
<処理室>
処理室は、被処理部を有する被処理材を、原料ガスが供給される原料ガス供給側と対向ガスが供給される対向ガス供給側とを区画する位置に収容する。処理室は、蒸着処理に必要な気密性を維持できる容器であれば特に限定はない。容器の材質にも特に限定はないが、原料ガスとの反応性が低い材質、たとえば石英ガラスなどのセラミックス、各種金属などが望まれる。さらに、後述のエネルギー付与手段が、処理室の外部から加温する類の構成であれば、熱伝導に優れた金属製であるのが好ましい。具体的には、ステンレス鋼製の他、インコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)などのニッケル基合金製などが挙げられる。
<Processing room>
The processing chamber houses a material to be processed having a portion to be processed in a position that divides a source gas supply side to which a source gas is supplied and a counter gas supply side to which a counter gas is supplied. The treatment chamber is not particularly limited as long as it is a container capable of maintaining the airtightness necessary for vapor deposition treatment. The material of the container is not particularly limited, but a material having low reactivity with the raw material gas, for example, ceramics such as quartz glass and various metals are desired. Further, if the energy applying means described later has a structure of heating from the outside of the processing chamber, it is preferably made of metal having excellent heat conduction. Specific examples thereof include stainless steel, nickel-based alloys such as Inconel (registered trademark) and Hastelloy (registered trademark).
処理室を構成する容器の形状は、被処理材を所定の位置に収容できれば特に限定はなく、被処理材の形状に応じて適宜選択すればよい。収容される被処理材の数にも限定はなく、処理室の内部を、被処理部の一方の表面と接する原料ガス供給側と、背向する他方の表面と接する対向ガス供給側と、に区画することができればよい。処理室を区画する方向にも限定はなく、水平方向に区画しても、鉛直方向に区画しても、その他の方向に区画してもよい。被処理材を所定の位置に収容する方法にも特に限定はないが、処理室内の気密性を維持しつつ処理室内を原料ガス供給側と対向ガス供給側とに区画する必要があるため、少なくとも被処理部が密閉状態になるように保持することが望まれる。たとえば、被処理材をシール部材で挟持して収容するとよい。シール部材は、処理室および被処理材の形状および寸法に応じて適宜選択すればよいが、Oリングなどに代表されるスクイーズタイプの各種ガスケットを使用するとよい。また、シール部材の材質は、使用条件に応じて無機材料または有機材料のシール部材から適宜選択すればよい。有機シール部材としては、各種樹脂、天然ゴム、合成ゴムなどが挙げられる。具体的には、フッ素ゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、パーフルオロエラストマー、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。シール部材が高温となる使用条件下では、耐熱性の観点から、セラミックス、各種金属などの無機シール部材を用いるのが望ましい。無機シール部材として具体的には、黒鉛シート、ステンレス鋼やニッケル基合金などの金属製の中空Oリング、Cリング、Eリング、Uリングが使用可能である。 The shape of the container forming the processing chamber is not particularly limited as long as the material to be processed can be stored at a predetermined position, and may be appropriately selected according to the shape of the material to be processed. The number of materials to be treated is not limited, and the inside of the processing chamber is divided into a source gas supply side that contacts one surface of the processing target part and a counter gas supply side that contacts the other surface facing away. It only needs to be partitioned. The direction in which the processing chamber is partitioned is not limited, and may be partitioned in the horizontal direction, the vertical direction, or any other direction. The method for accommodating the material to be treated at a predetermined position is not particularly limited, but at least it is necessary to divide the processing chamber into the source gas supply side and the counter gas supply side while maintaining the airtightness of the processing chamber. It is desired to hold the treated part in a hermetically sealed state. For example, the material to be treated may be held by being sandwiched by seal members. The seal member may be appropriately selected depending on the shape and size of the processing chamber and the material to be processed, but various squeeze type gaskets represented by O-rings may be used. Further, the material of the sealing member may be appropriately selected from inorganic or organic sealing members according to usage conditions. Examples of the organic seal member include various resins, natural rubber, synthetic rubber and the like. Specific examples thereof include fluororubber, nitrile rubber, silicone rubber, ethylene propylene rubber, chloroprene rubber, perfluoroelastomer and polytetrafluoroethylene. Under the use conditions in which the sealing member has a high temperature, it is desirable to use an inorganic sealing member such as ceramics or various metals from the viewpoint of heat resistance. As the inorganic seal member, specifically, a graphite sheet, a hollow O-ring made of a metal such as stainless steel or a nickel-based alloy, a C ring, an E ring, or a U ring can be used.
ただし、被処理部の細孔において原料ガスおよび対向ガスの対向拡散を良好に行うためには、被処理材のうち被処理部を除く部分、つまり蒸着処理を行わない部分は、原料ガスおよび/または対向ガスを通さないようにする。被処理材全体が多孔質からなる場合であっても、細孔を封止して蒸着処理が不要な部分にガスシール性を付与することで、被処理部の細孔内での対向拡散が効率よく行われる。たとえば、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、石英、バナジウム系ガラスなどのガラス、タルク、クレーなどの粘土、チタン、アルミニウムなどの金属、アルミナなどのセラミックス、カーボンのうちの一種以上を主成分とする無機系の封止材を用いて不要な細孔を封止するとよい。封止材は、シール部材と同様に、使用条件に応じて適宜選択することが望まれる。 However, in order to favorably diffuse the source gas and the counter gas in the pores of the processed portion, the portion of the processed material excluding the processed portion, that is, the portion where the vapor deposition process is not performed is the source gas and/or Or do not let the opposite gas pass. Even when the entire material to be processed is porous, by sealing the pores and providing gas sealing properties to the portions where vapor deposition processing is unnecessary, counter diffusion within the pores of the processed portion can be achieved. It is done efficiently. For example, one or more of borosilicate glass, aluminosilicate glass, quartz, glass such as vanadium-based glass, talc, clay such as clay, metal such as titanium and aluminum, ceramics such as alumina, and carbon as main components. It is advisable to seal unnecessary pores with an inorganic sealing material. As with the sealing member, it is desired that the sealing material be appropriately selected according to the usage conditions.
処理室を、図を用いて説明する。図1は、本発明の蒸着処理装置を説明するための模式図である。図1で説明する蒸着処理装置は、被処理材としての多孔質基材1sに蒸着処理を施すための処理室1を有する。多孔質基材1sは、円形平板形状であって、互いに背向する一面側から他面側に貫通する多数の細孔を有する多孔質体よりなる。多孔質基材1sは、その周縁部表面にカーボン系封止材によるシール1s’が施されている。なお、多孔質基材1sのうちシール1s’で覆われていない部分が被処理部となる。処理室1は、共にステンレス鋼製で有底円筒形状の上部チャンバー1Aおよび下部チャンバー1Bからなる。多孔質基材1sは、上部チャンバー1Aおよび下部チャンバー1Bの開口端部により金属Uリング1aおよび1bを介してシール1s’を施された周縁部を挟持される。その結果、上部チャンバー1A、金属Uリング1a、多孔質基材1s、金属Uリング1bおよび下部チャンバー1Bは順に同軸的に配置され、金属Uリング1aおよび1bを押し潰すように上部チャンバー1Aと下部チャンバー1Bとを締付固定することで、処理室1内は、気密性を維持しつつ原料ガス供給側2aと対向ガス供給側3bとに区画される。
The processing chamber will be described with reference to the drawings. Figure 1 is a schematic view for explaining a vapor deposition equipment of the present invention. The vapor deposition processing apparatus described with reference to FIG. 1 has a
<原料ガス供給手段>
原料ガス供給手段は、原料ガスを処理室の原料ガス供給側に複数箇所から供給する。原料ガス供給手段は複数個で構成される原料ガス供給口を有するとよい。原料ガス供給口は、処理室に形成された複数の開口であってもよいし、処理室内で複数の流路に分岐するように形成された配管が有する複数の穴や複数のノズルであってもよい。また、原料ガス供給手段は、原料ガスを貯留する原料ガス槽と処理室とを接続する原料ガス配管を有するのが望ましい。原料ガス槽および原料ガス配管は、原料ガスの供給箇所の数に応じて複数個備えてもよいし、複数の供給箇所に対して原料ガス槽を共用してもよい。原料ガス槽を共用する場合には、接続される原料ガス供給口の数に応じて、原料ガス配管を分岐させて用いればよい。なお、配管の材質に特に限定はなく、前述の処理室を構成する容器と同等の材質を使用可能である。
<Source gas supply means>
The raw material gas supply means supplies the raw material gas to the raw material gas supply side of the processing chamber from a plurality of locations. The raw material gas supply means may have a plurality of raw material gas supply ports. The source gas supply port may be a plurality of openings formed in the processing chamber, or may be a plurality of holes or a plurality of nozzles provided in a pipe formed to branch into a plurality of flow paths in the processing chamber. Good. Further, it is desirable that the raw material gas supply means has a raw material gas pipe that connects the raw material gas tank for storing the raw material gas and the processing chamber. A plurality of source gas tanks and source gas pipes may be provided according to the number of source gas supply points, or the source gas tank may be shared by a plurality of source points. When the source gas tank is shared, the source gas pipe may be branched depending on the number of source gas supply ports connected. The material of the pipe is not particularly limited, and the same material as the container forming the processing chamber can be used.
処理室に長尺状の被処理部を有する被処理材を収容する場合には、原料ガス供給手段は、被処理部の長手方向に間隔をもって配置される複数個で構成される原料ガス供給口を有する。このとき、隣接する個々の原料ガス供給口は、長手方向の同一直線上に配置されてもよいし、長手方向と交差する方向に意図的に位置を変えてもよい。特に、処理室に筒状の被処理部を有する被処理材を収容する場合には、被処理部の長手方向で隣接する個々の原料ガス供給口が、互いに被処理部の周方向の異なる位置に配置されてもよい。つまり、個々の原料ガス供給口は、軸方向に所定の間隔かつ周方向に所定の角度をもって配置されてもよい。また、個々の原料ガス供給口は、少なくとも被処理部の長手方向の両端部に配置するのが望ましい。 In the case of containing a material to be processed having a long processing target portion in the processing chamber, the raw material gas supply means is composed of a plurality of raw material gas supply ports arranged at intervals in the longitudinal direction of the processing target portion. that it has a. At this time, the adjacent individual source gas supply ports may be arranged on the same straight line in the longitudinal direction, or the positions may be intentionally changed in a direction intersecting with the longitudinal direction. In particular, when accommodating a material to be treated having a cylindrical portion to be treated in the treatment chamber, the individual source gas supply ports adjacent to each other in the longitudinal direction of the portion to be treated are located at different positions in the circumferential direction of the portion to be treated. May be located at. That is, the individual source gas supply ports may be arranged at a predetermined interval in the axial direction and at a predetermined angle in the circumferential direction. Further, it is desirable that the individual source gas supply ports are arranged at least at both ends in the longitudinal direction of the portion to be processed.
隣接する原料ガス供給口の中心位置の間隔の上限としては、200mmが好ましく、150mmがより好ましく、100mmが特に好ましい。また、隣接する原料ガス供給口の中心位置の間隔の下限としては、特に限定されないが、30mmが好ましく、40mmがより好ましく、50mmが特に好ましい。また、原料ガス供給口の大きさに特に限定はないが、その内径がφ3〜12mmが好ましく、φ6〜10mmがより好ましい。 As an upper limit of the interval between the center positions of the adjacent source gas supply ports, 200 mm is preferable, 150 mm is more preferable, and 100 mm is particularly preferable. The lower limit of the distance between the center positions of adjacent source gas supply ports is not particularly limited, but is preferably 30 mm, more preferably 40 mm, and particularly preferably 50 mm. The size of the raw material gas supply port is not particularly limited, but the inner diameter is preferably φ3 to 12 mm, more preferably φ6 to 10 mm.
原料ガス供給手段を、図1を用いて説明する。処理室1の構成は、前述の通りである。原料ガス供給手段2は、原料ガス供給側2aに原料ガスを供給する。図1において原料ガス供給手段2を示す矢印は、原料ガスの流路を示しており、上部チャンバー1Aの上方から多孔質基材1sの表面に対して複数箇所から原料ガスが供給される。具体的には、原料ガス供給手段2は、上部チャンバー1Aの底壁中央部に形成された開口部より原料ガス供給側2aに貫通する主配管と、原料ガス供給側2aにおいて主配管から分岐して放射状に延出する複数のノズルと、を有するのがよい。あるいは、原料ガス供給手段は、上部チャンバー1Aの側壁に周方向に間隔をおいて設けられた複数の開口部(図示せず)から原料ガス供給側2aに原料ガスを供給する構成であってもよい。
The raw material gas supply hand stage, will be described with reference to FIG. The configuration of the
<対向ガス供給手段>
対向ガス供給手段は、対向ガスを処理室の対向ガス供給側に供給する。対向ガス供給手段の形態に特に限定はないが、処理室および被処理部の形状によっては、原料ガス供給手段と同様に複数箇所から対向ガスを供給してもよい。対向ガス供給手段は、対向ガスを貯留する対向ガス槽を有するのが好ましい。処理室に筒状の被処理部を有する被処理材を収容する場合には、原料ガス供給手段は被処理部の外周側に原料ガスを供給し、対向ガス供給手段は被処理部の内周側に対向ガスを供給するのが望ましい。
<Counter gas supply means>
The counter gas supply means supplies the counter gas to the counter gas supply side of the processing chamber. The form of the counter gas supply means is not particularly limited, but the counter gas may be supplied from a plurality of locations as in the case of the source gas supply means, depending on the shapes of the processing chamber and the portion to be processed. The counter gas supply means preferably has a counter gas tank for storing the counter gas. When a material to be processed having a cylindrical portion to be processed is accommodated in the processing chamber, the raw material gas supply means supplies the raw material gas to the outer peripheral side of the target portion, and the counter gas supply means the inner peripheral surface of the target portion. It is desirable to supply opposing gas to the side.
対向ガス供給手段を、図1を用いて説明する。処理室1および原料ガス供給手段2の構成は、前述の通りである。対向ガス供給手段3は、対向ガス供給側3bに対向ガスを供給する。図1において対向ガス供給手段3を示す矢印は、対向ガスの流路を示しており、下部チャンバー1Bの側壁に設けられた開口部から対向ガスが供給される。あるいは、対向ガス供給手段3は、下部チャンバー1Bの底壁中央部に設けられた開口部(図示せず)から対向ガス供給側3bに対向ガスを供給する構成であってもよい。
The counter gas supply hand stage, will be described with reference to FIG. The configurations of the
<排気手段>
排気手段は、処理室内を排気する。排気手段は、処理室に供給された原料ガスを排気する原料ガス排気手段を有するのが好ましく、さらに、対向ガスを排気する対向ガス排気手段を設けてもよい。未反応の原料ガスおよび対向ガスは、排気手段により処理室から排出される。排気手段は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースターポンプ、クライオポンプ、ダイヤフラムポンプなど、一般的な真空ポンプを有するのが好ましい。真空ポンプは、処理室に排気口となる開口部を設け、配管を介して開口部に接続するとよい。
<Exhaust means>
The exhaust means exhausts the inside of the processing chamber. The exhaust means preferably has a source gas exhaust means for exhausting the source gas supplied to the processing chamber, and may further include a counter gas exhaust means for exhausting the counter gas. The unreacted source gas and the counter gas are exhausted from the processing chamber by the exhaust means. The evacuation unit preferably has a general vacuum pump such as a rotary pump, a turbo molecular pump, a mechanical booster pump, a cryopump, and a diaphragm pump. The vacuum pump may be provided with an opening serving as an exhaust port in the processing chamber, and may be connected to the opening via a pipe.
処理室に長尺状の被処理部を有する被処理材を収容する場合には、原料ガス排気手段は、少なくとも被処理部の長手方向の一端部に位置し、主として処理室に供給された原料ガスを排気する原料ガス排気口を有するのが望ましい。特に、原料ガス排気口が複数個で構成される場合には、仮に粉末化した反応生成物が原料ガスと共に排気されたとしても、配管に堆積する粉末が複数に分配され、粉末による配管の詰まりが低減され、処理室内の分圧の均衡が維持されるため望ましい。複数個の原料ガス排気口は、原料ガス供給口を挟んで被処理部の長手方向の両端部に位置するのが望ましい。原料ガス排気口の大きさに特に限定はないが、その内径がφ3〜12mmが好ましく、φ6〜10mmがより好ましい。 When the material to be treated having the elongated portion to be treated is accommodated in the treatment chamber, the source gas exhausting means is located at least at one end in the longitudinal direction of the portion to be treated and is mainly supplied to the treatment chamber. It is desirable to have a source gas exhaust port for exhausting gas. In particular, if the raw material gas exhaust port is composed of a plurality of, even if the powdered reaction product is exhausted together with the raw material gas, the powder deposited on the pipe is distributed to multiple, and the pipe is clogged by the powder. Is reduced and the partial pressure in the processing chamber is balanced, which is desirable. It is desirable that the plurality of source gas exhaust ports be located at both ends in the longitudinal direction of the portion to be processed with the source gas supply port interposed therebetween. The size of the raw material gas exhaust port is not particularly limited, but the inner diameter is preferably φ3 to 12 mm, more preferably φ6 to 10 mm.
排気手段を、図1を用いて説明する。処理室1、原料ガス供給手段2および対向ガス供給手段3の構成は、前述の通りである。排気手段4は、原料ガス供給側2aから原料ガスを、対向ガス供給側3bから対向ガスを、それぞれ排気する。図1において排気手段4は、それぞれ一箇所図示しているが、複数箇所に設けてもよい。
The exhaust hand stage, will be described with reference to FIG. The configurations of the
<エネルギー付与手段>
エネルギー付与手段は、少なくとも処理室に供給された原料ガスにエネルギーを付与する。少なくとも原料ガスに化学反応のためのエネルギーが付与されれば、その手段に特に限定はないが、少なくとも処理室に供給された原料ガスを加熱する加熱手段であるのが望ましい。たとえば、ヒーターなどを用いて処理室を外部から加熱する方法が簡便である。その他の方法としては、高周波、マイクロ波などの電波照射、紫外線などの光照射、レーザ照射などの電磁波を用いる他、プラズマ照射などが挙げられる。処理室に長尺状の被処理部を有する被処理材を収容する場合には、管状炉を使用するとよい。
<Energy application means>
The energy applying means applies energy to at least the raw material gas supplied to the processing chamber. The means is not particularly limited as long as energy for chemical reaction is applied to at least the source gas, but at least heating means for heating the source gas supplied to the processing chamber is preferable. For example, a method of heating the processing chamber from the outside using a heater or the like is convenient. Other methods include radio wave irradiation such as high frequency and microwave, light irradiation such as ultraviolet ray, electromagnetic wave such as laser irradiation, and plasma irradiation. A tubular furnace may be used when a material to be processed having a long portion to be processed is housed in the processing chamber.
エネルギー付与手段を、図1を用いて説明する。処理室1、原料ガス供給手段2、対向ガス供給手段3および排気手段4の構成は、前述の通りである。エネルギー付与手段5は、少なくとも原料ガス供給側2aに供給された原料ガスを、処理室1の外部からエネルギー付与することで、原料ガスと対向ガスとを反応させる。
The energy imparted hand stage, will be described with reference to FIG. The configurations of the
<蒸着処理装置を用いた処理方法>
以下に、本発明の蒸着処理装置を用いた被処理部の処理方法を説明する。
<Treatment method using vapor deposition treatment equipment>
Below, the processing method of the to-be-processed part using the vapor deposition processing apparatus of this invention is demonstrated.
被処理材は、複数の細孔を有する多孔質からなる被処理部を有するものであれば、特に限定はない。被処理部は、原料ガスと対向ガスとを対向拡散させるため、線状または網目状に貫通する細孔、換言すれば連通孔を有する多孔質体が好ましい。ただし、化学蒸着では原料ガスと対向ガスとを反応させる際に被処理材の周辺も高温になることがあることから、熱的に安定な無機多孔質材料を用いるとよい。無機多孔質材料としては、α−アルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪素などが挙げられる。これらの無機多孔質材料は、通常、連通孔の平均細孔径が50〜1000nmであるため、対向拡散CVDを用いて細孔を反応生成物で閉塞させて細孔内部に薄膜を形成するには不向きである。細孔内部に薄膜を形成する場合には、4〜8nm程度の平均細孔径をもつ無機多孔質膜を中間層として用いるのが好ましい。特に、シリカを主成分とする分離活性層を形成する場合には、好ましくは10nm以下、より好ましくは8nm以下、特に好ましくは6nm以下の平均細孔径の細孔を有するγ−アルミナからなる中間層が被処理部の表面に形成された被処理部を有する被処理材を用いるのがよい。なかでも、ニッケル(Ni)元素を含むγ−アルミナ中間層は、ガス分離材に必要とされる耐湿性の観点から好適である。γ−アルミナ中間層における細孔の平均細孔径の下限を規定するのであれば、好ましくは1nm、より好ましくは2nm、特に好ましくは3nmである。このようなγ−アルミナ中間層は、好ましくは40〜200nm、より好ましくは60〜150nmの平均細孔径の細孔を有する無機多孔質材料の表面に形成されるのが好ましい。中間層の膜厚に限定はないが、1〜6μmが好ましく、2〜5μmがより好ましい。 The material to be treated is not particularly limited as long as it has a treated portion made of a porous material having a plurality of pores. The treated portion is preferably a porous body having pores penetrating linearly or in a mesh shape, in other words, having communicating pores, in order to cause the source gas and the counter gas to diffuse oppositely. However, in chemical vapor deposition, the temperature around the material to be treated may also become high when the source gas and the counter gas are reacted, so it is preferable to use a thermally stable inorganic porous material. Examples of the inorganic porous material include α-alumina, mullite, cordierite, and silicon carbide. Since these inorganic porous materials usually have an average pore diameter of the communicating pores of 50 to 1000 nm, it is necessary to form a thin film inside the pores by blocking the pores with a reaction product by using counter diffusion CVD. Not suitable. When forming a thin film inside the pores, it is preferable to use an inorganic porous membrane having an average pore diameter of about 4 to 8 nm as the intermediate layer. In particular, when a separation active layer containing silica as a main component is formed, an intermediate layer made of γ-alumina having pores with an average pore diameter of preferably 10 nm or less, more preferably 8 nm or less, and particularly preferably 6 nm or less. It is preferable to use a material to be treated having a treated portion formed on the surface of the treated portion. Among them, the γ-alumina intermediate layer containing a nickel (Ni) element is suitable from the viewpoint of the moisture resistance required for the gas separating material. When defining the lower limit of the average pore size of the pores in the γ-alumina intermediate layer, it is preferably 1 nm, more preferably 2 nm, and particularly preferably 3 nm. Such a γ-alumina intermediate layer is preferably formed on the surface of an inorganic porous material having pores having an average pore diameter of preferably 40 to 200 nm, more preferably 60 to 150 nm. The thickness of the intermediate layer is not limited, but is preferably 1 to 6 μm, more preferably 2 to 5 μm.
なお、本明細書において、無機多孔質材料の平均細孔径は、市販の細孔分布測定装置を用いてバブルポイント法およびハーフドライ法により測定された細孔分布における50%透過流束径である。また、中間層の平均細孔径は、西華産業株式会社製細孔径分布測定装置「ナノパームポロメーター」により測定された細孔分布における50%透過流束径である。 In the present specification, the average pore diameter of the inorganic porous material is the 50% permeation flux diameter in the pore distribution measured by the bubble point method and the half dry method using a commercially available pore distribution measuring device. .. Further, the average pore diameter of the intermediate layer is a 50% permeation flux diameter in the pore distribution measured by a pore size distribution measuring device “Nano Palm Porometer” manufactured by Seika Sangyo Co., Ltd.
被処理部の形状は、目的や用途に応じて選択されるが、板状、柱状、筒状、半筒状、棒状、塊状などのいずれであってもよい。被処理部の大きさも、目的や用途に応じて選択されるが、特に、角筒や円筒などの筒状、曲板や平板などの板状であって、200mm以上の長尺部を含む被処理部を有する被処理材は、本発明の蒸着処理装置を用いる効果が顕著であるため好適である。また、被処理部の形状が、ガス分離材に好適な円筒形状である場合は、その外径をφ3〜16mmとするのが好ましく、φ6〜12mmとするのがより好ましい。 The shape of the portion to be processed is selected according to the purpose and application, but may be plate-like, columnar, tubular, semi-cylindrical, rod-shaped, lump-shaped or the like. The size of the portion to be processed is also selected according to the purpose and application, but in particular, it is a tubular shape such as a square tube or a cylinder, a plate shape such as a curved plate or a flat plate, and includes a long portion of 200 mm or more. A material to be processed having a processing portion is preferable because the effect of using the vapor deposition processing device of the present invention is remarkable. Moreover, when the shape of the to-be-processed part is a cylindrical shape suitable for the gas separating material, the outer diameter thereof is preferably φ3 to 16 mm, and more preferably φ6 to 12 mm.
原料ガスおよび対向ガスの種類は、被処理部に蒸着される材料(つまり反応生成物)に応じて決定される。反応生成物に限定はなく、従来の化学蒸着法により蒸着可能な材料であれば蒸着処理可能である。原料ガスとしては、一般的に用いられる金属化合物を含むガスを使用すればよく、目的の反応生成物に応じて、金属化合物と反応する元素を含む対向ガスを使用すればよい。金属化合物としては、有機金属化合物、金属ハロゲン化物、金属水素化物などが挙げられる。対向ガスとしては、酸素ガス、オゾンガス、水素ガス、アンモニアガス、炭化水素ガスなどを目的に応じて使用すればよい。原料ガスは、金属化合物とともにキャリアガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスなどの不活性ガスから選ばれる一種以上をさらに含んでもよい。キャリアガスは、原料ガス全体を100体積%としたとき、30%以下さらには10〜20%含まれるのが実用的である。以下に、シリカを蒸着する場合に好適な原料ガスおよび対向ガスを詳説する。 The types of the raw material gas and the counter gas are determined according to the material (that is, the reaction product) deposited on the processed portion. The reaction product is not limited, and any material that can be deposited by a conventional chemical vapor deposition method can be deposited. As the raw material gas, a gas containing a metal compound that is generally used may be used, and a counter gas containing an element that reacts with the metal compound may be used depending on the target reaction product. Examples of the metal compound include organic metal compounds, metal halides, metal hydrides and the like. As the counter gas, oxygen gas, ozone gas, hydrogen gas, ammonia gas, hydrocarbon gas or the like may be used depending on the purpose. The raw material gas may further contain, as a carrier gas together with the metal compound, one or more selected from inert gases such as nitrogen gas, helium gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas. It is practical that the carrier gas is contained in an amount of 30% or less, and further 10 to 20% when the entire raw material gas is 100% by volume. The material gas and counter gas suitable for depositing silica will be described in detail below.
細孔の内壁にシリカを蒸着する場合には、少なくともシリカ前駆体を含む原料ガスおよび酸素元素を含む対向ガスを用いるのが好適である。シリカ前駆体は、有機珪素化合物、無機珪素化合物のいずれも使用可能であるが、特に好適であるのは有機珪素化合物である。無機珪素化合物としては、モノシラン、ジシラン、SiH2Cl2、SiF4などの無機シラン化合物が挙げられる。有機珪素化合物としては、CH3SiH3、ジメチルシラン、トリプロピルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシランなどのシラン化合物、テトラエチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリメチルジシロキサン等のシロキサン化合物が挙げられる。これらのうちの一種以上を気体状態で使用するのが望ましい。上記の化合物は常温で液体のものが多いため、恒温状態に維持されたバブラーに液体を収容し、キャリアガスを作用させることで液体を気化させるバブリング方式を用いてガス化するとよい。また、ガス混合器を用いて複数種類のガスを混合したり、添加元素を含むガスを混合したりしてもよい。酸素元素を含むガスとしては、酸素ガス、オゾンガス等が挙げられる。反応温度は、200〜700℃さらには500〜650℃が望ましい。 When silica is vapor-deposited on the inner walls of the pores, it is preferable to use a source gas containing at least a silica precursor and a counter gas containing an oxygen element. As the silica precursor, either an organic silicon compound or an inorganic silicon compound can be used, but an organic silicon compound is particularly preferable. Examples of the inorganic silicon compound include inorganic silane compounds such as monosilane, disilane, SiH 2 Cl 2 and SiF 4 . Examples of the organic silicon compound include silane compounds such as CH 3 SiH 3 , dimethylsilane, tripropylsilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and diphenyldimethoxysilane, tetraethylsiloxane, hexamethyldisiloxane, tetramethylcyclo. Examples thereof include siloxane compounds such as tetrasiloxane and trimethyldisiloxane. It is desirable to use one or more of these in the gaseous state. Since many of the above compounds are liquid at room temperature, it is advisable to gasify the liquid by using a bubbling method in which the liquid is contained in a bubbler kept at a constant temperature and the liquid is vaporized by acting a carrier gas. Further, a gas mixer may be used to mix a plurality of kinds of gases or a gas containing an additive element. Examples of the gas containing oxygen element include oxygen gas and ozone gas. The reaction temperature is preferably 200 to 700°C, more preferably 500 to 650°C.
反応生成物の形成位置は、原料ガスおよび対向ガスの流量バランスに依存する。被処理部の原料ガス供給側の表層に反応生成物を蒸着させたい場合には、原料ガスと対向ガスとの流量(sccm)の比を1:1〜1:6とするのが好ましく、1:2〜1:5とするのがより好ましい。原料ガスは、処理室の原料ガス供給側において被処理部の表面近傍に滞留させておいてもよいし、一定量が存在するように連続的または間欠的に流してもよい。また、対向ガスは、対向ガス供給側に連続的に送気してもよいし、間欠的に送気してもよい。いずれにおいても、蒸着処理に十分な原料ガスが原料ガス側に存在することで、良好な蒸着処理が継続的に行われる。原料ガスおよび対向ガスが被処理部の細孔内で接触する体積割合は、両者の合計を100体積%とした場合に、原料ガスの体積%が20〜80体積%、さらには30〜70体積%が望ましい。 The formation position of the reaction product depends on the flow rate balance of the source gas and the counter gas. When the reaction product is desired to be vapor-deposited on the surface layer on the side of the source gas supply of the portion to be processed, the ratio of the flow rate (sccm) of the source gas and the counter gas is preferably 1:1 to 1:6. It is more preferable that the ratio is from 2 to 1:5. The raw material gas may be retained in the vicinity of the surface of the portion to be treated on the raw material gas supply side of the processing chamber, or may be continuously or intermittently flowed so that a constant amount is present. Further, the counter gas may be continuously fed to the counter gas supply side, or may be intermittently fed. In any case, since the raw material gas sufficient for the vapor deposition process is present on the raw material gas side, the good vapor deposition process is continuously performed. The volume ratio of the source gas and the counter gas in contact with each other in the pores of the portion to be treated is such that the volume% of the source gas is 20 to 80 volume%, further 30 to 70 volume, when the total of the two is 100 volume %. % Is desirable.
以上、本発明の蒸着処理装置の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。いずれの実施形態が最良であるかは、要求性能、利用対象などによって異なるが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 Although the embodiment of the vapor deposition processing apparatus of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. Which embodiment is the best depends on the required performance, the object of use, etc., but it should be carried out in various forms with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. You can
以下に、本発明の蒸着処理装置の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。図2に実施例1の蒸着処理装置を模式的に示す。また、図3に実施例1の蒸着処理装置に用いた被処理材を模式的に示す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples of the vapor deposition processing apparatus of the present invention. The vapor deposition processing apparatus of Example 1 is schematically shown in FIG. Further, FIG. 3 schematically shows the material to be processed used in the vapor deposition processing apparatus of the first embodiment.
<実施例1>
(1)蒸着処理装置
実施例1の蒸着処理装置は、処理室10と、原料ガス供給手段20と、対向ガス供給手段30と、排気手段40と、エネルギー付与手段50と、を備える。
処理室10は、円筒形状で軸方向の両端部を真空継手16および17を介して配管と接続可能なステンレス鋼製の反応器11からなる。反応器11は、被処理材Sを収容する大径部と、大径部の両端に一体的に形成され被処理材Sを保持する小径部と、からなる。大径部は、外径がφ30mm、内径がφ26m、全長が700mmであり、外周面には10個の開口110〜119が形成されている。開口110〜119は、内径φ6mm、隣接する開口の間隔(中心間距離)が50mmであって、反応器11の軸方向に等間隔に位置する。小径部は、開口端18および19を有し、スウェージロック社製ウルトラ・トール(登録商標)を用いた真空継手16および17が螺合される。
<Example 1>
(1) Vapor Deposition Processing Apparatus The vapor deposition processing apparatus of Example 1 includes a
The
原料ガス供給手段20は、原料ガス供給管201〜208、原料ガス配管21、バブラー22、マスフローコントローラ(これ以下「MFC」と略記)23およびガスボンベ24から構成される。原料ガス供給管201〜208は、ステンレス鋼製で、開口111〜118から反応器11の径方向外周側へ延出するように開口111〜118にそれぞれ溶接されている。したがって、開口111〜118は、原料ガス供給口となる。原料ガス配管21は、櫛状に分岐した配管を含むステンレス鋼製配管であって、原料ガス供給管201〜208とバブラー22とを接続する。ガスボンベ24はバブラー22に接続され、両者を接続する配管には、ガスボンベ24からバブラー22に供給されるガスの流量制御を行うMFC23が取り付けられている。マントルヒータ26は、バブラー22を恒温状態に維持する。
The raw material gas supply means 20 includes raw material
対向ガス供給手段30は、対向ガス配管31、MFC32およびガスボンベ33から構成される。対向ガス配管31は、ステンレス鋼製配管であって、反応器11の一端部とガスボンベ33とを、真空継手17を介して接続する。したがって、反応器11の一端側(図2の右端側)の開口端19が対向ガス供給口となる。MFC32は、反応器11とガスボンベ33との間で、反応器11へ流入するガスの流量制御を行う。
The counter gas supply means 30 is composed of a
排気手段40は、排気管401、409および排気配管41、46ならびに反応器内部を真空引きする排気配管49から構成される。排気管401および409は、ステンレス鋼製で、それぞれ開口110および119から反応器11の径方向外方側へ延出するように開口110および119にそれぞれ溶接されている。したがって、開口110および119は、原料ガス排気口となる。排気配管41および46は、排気管401および409をコールドトラップ42および47にそれぞれ接続する。圧力計41gおよび46gと流量制御バルブ41bおよび46bは、排気管401および409とコールドトラップ42および47との間に、それぞれ取り付けられている。また、排気配管49は、ステンレス鋼製配管であって、反応器11の他端部とロータリーポンプ48とを、真空継手16を介して接続する。したがって、反応器11の他端側(図2の左端側)の開口端18が対向ガス排気口となる。圧力計49gと流量制御バルブ49bは、反応器11とロータリーポンプ48との間に取り付けられている。
The exhaust means 40 is composed of
エネルギー付与手段50は、円筒形状のモジュールヒータからなる発熱体51とAl2O3−SiO2セラミックスファイバ製の断熱材52とがアルミニウム製の筐体53に収容されてなる、全長500mmの電気管状炉を用いる。電気管状炉は、軸方向に二分割開閉可能に構成されており、断面には、原料ガス供給管201〜208ならびに排気管401および409を挟持する10組の半円形状溝を有する。また、発熱体51の両端部には、リング型の耐火レンガからなるスペーサ54および55が載置され、発熱体51の中空部分に反応管11が互いに同軸的になるように収容される。発熱体51の全長が、反応器11の大径部の全長よりも短いため、反応器11の両端部は、電気管状炉から突出する。エネルギー付与手段50の両端部外側には、真空継手16および17に用いられるゴム製Oリング14および15近傍を冷却することを目的として、それぞれ冷却ファン(図示せず)が取り付けられている。
The
(2)被処理材
図3に示されるように、被処理材Sは、外径φ12mm、長さ750mm、厚さ1.6mmで150nmの平均細孔径の連通孔を有するα−アルミナ製管状長尺基材S0の外表面に、γ−アルミナ中間層S1およびガラスシールS2を形成してなる。被処理材Sのうちγ−アルミナ中間層S1が形成された被処理部材Sの長手方向中央部が、被処理部Psに相当する。
被処理材Sは、具体的には、長尺基材S0の両端からそれぞれ175mmの幅でガラス粉末を塗布後、溶融させて凝固させることで長尺基材S0の両端部表面を完全にガラスで被覆し、蒸着処理が不要な連通孔をガラスにより閉塞させた。長尺基材S0の幅400mmの中央部には、Niを添加したベーマイト系混合液を塗布後、焼成することで、Ni元素を含有するγ−アルミナ中間層S1を形成した。中間層S1は、厚さ3μm、平均細孔径が5nmであった。
(2) Material to be treated As shown in FIG. 3, the material S to be treated is an α-alumina tubular length having an outer diameter of 12 mm, a length of 750 mm, a thickness of 1.6 mm, and communication holes with an average pore diameter of 150 nm. The γ-alumina intermediate layer S1 and the glass seal S2 are formed on the outer surface of the length base material S0. Of the material to be processed S, the central portion in the longitudinal direction of the member to be processed S on which the γ-alumina intermediate layer S1 is formed corresponds to the portion to be processed Ps.
Specifically, the material S to be processed is such that after coating glass powder with a width of 175 mm from both ends of the long base material S0, and melting and solidifying the glass powder, both end surfaces of the long base material S0 are completely glass. And the communication holes that do not require vapor deposition were blocked with glass. A γ-alumina intermediate layer S1 containing a Ni element was formed by applying a Ni-added boehmite-based mixed liquid to the central portion of the long base material S0 having a width of 400 mm and baking the applied mixture. The intermediate layer S1 had a thickness of 3 μm and an average pore diameter of 5 nm.
(3)シリカ膜の蒸着
実施例1の蒸着処理装置を用いて、以下のようにして、上記の被処理材Sの被処理部Psにシリカ膜を形成した。
(3) Vapor Deposition of Silica Film Using the vapor deposition processing apparatus of Example 1, a silica film was formed on the treated portion Ps of the treated material S as described above.
まず、被処理材Sを、処理室10の一端部から他端部へ挿入した。そして、被処理材Sの両端部を真空継手16および17で固定した。真空継手16内および真空継手17内の金属環の両端にそれぞれ一組のOリング14および15を介在させることで、反応器11の内部が気密になるようにした。反応器11と被処理材Sは同軸的に配置されるので、反応器11に形成された開口110〜119は、被処理材Sの軸方向に等間隔に位置する。また、反応器11の内部は、被処理材Sにより、外周面側に位置する原料ガス供給側12と、内周面側に位置する対向ガス供給側13と、に区画された。なお、開口110〜119のうち中央の開口111〜118が被処理部Psの軸方向に等間隔に位置し、両端の開口110および119がガラスシールS2の部分に位置する。
First, the material S to be processed was inserted from one end to the other end of the
次に、反応容器11を電気管状炉の発熱体51内に収容した。処理室10は、反応容器11の軸方向が水平方向になるようにスペーサ54および55に載置され、原料ガス供給管201〜208ならびに排気管401および409は水平方向に延出した。この状態で、真空継手16と排気配管49、真空継手17と対向ガス配管31、原料ガス供給管201〜208と原料ガス配管21、排気管401および409と排気配管41および46、を接続した。原料ガス配管21には、配管内における原料ガスの凝縮を防ぐために、リボンヒータ25を巻き付けた。
Next, the
バブラー22には、シリカ前駆体としてのヘキサメチルジシロキサン(HMDS)を準備した。また、ガスボンベ24にはキャリアガスとしての窒素ガス、ガスボンベ33には酸素ガス、を準備した。
Hexamethyldisiloxane (HMDS) as a silica precursor was prepared for the
はじめに、ロータリーポンプ48により、反応器11内を減圧した。反応器11内の圧力が50Paに到達したら、発熱体51を作動させて、反応器11内の温度を600℃まで昇温させた。このとき、反応器11の両端部は、冷却ファン(図示せず)により冷却した。また、リボンヒータ25を70℃、マントルヒータ26を45℃にして、原料ガス配管21およびバブラー22を加熱した。次に、ロータリーポンプ48を停止し、反応器11内にガスボンベ(図示せず)から窒素ガスを導入し、反応器11内を窒素ガスで置換した。反応器11内の温度が安定したら、バブラー22内のHMDSを窒素ガスでバブリングして気化させ、反応器11の原料ガス供給側12にHMDSガスを導入した。排気手段40の流量制御バルブ41bおよび46bにより、圧力計41gおよび46gの表示で差圧が5Paとなるように調整した。次いで、反応器11の対向ガス供給側13(被処理材Sの内周側)にガスボンベ33から酸素ガスを導入して、蒸着処理を開始した。このときの原料ガスと対向ガスとのガス流量比(sccm)は、1:4であった。処理時間は5分とした。蒸着処理の間、圧力計41gおよび46gが表示する差圧は一旦上昇した後、反応生成物(シリカ)による細孔の閉塞に伴い下降した。
First, the pressure inside the
<比較例1>
反応器11の開口110および112〜118を閉鎖した他は、実施例1と同様にして被処理材Sの被処理部Psにシリカ膜を形成した。つまり、比較例1では、原料ガス供給口111がひとつのみ、機能している状態にある。
比較例1の蒸着処理装置を用いた場合には、処理後の被処理材Sの表面にはシリカ粉末が付着していた。また、圧力計46gが表示する差圧は上昇し続け、0.1MPaを超えた。これは、被処理部Psの長手方向においてHMDSガスの供給が不均一であることに起因する。HMDSガスが十分に無い箇所では、被処理部Psの細孔がシリカ膜で閉塞されず、閉塞されない細孔から酸素ガスが噴出する。細孔から噴出した酸素ガスは、HMDSガスと被処理部Ps表面から離れた位置で反応して、シリカ粉末を生成する。さらに、生成したシリカ粉末が処理室10の原料ガス供給側12からキャリアガスとともに排気されることにより、排気配管46がバルブ46b付近で配管詰まりを起こし、蒸着処理の進行が妨げられたと考えられる。処理後の被処理材Sの表面には、シリカ粉末が付着していた。
<Comparative Example 1>
A silica film was formed on the treated portion Ps of the treated material S in the same manner as in Example 1 except that the
When the vapor deposition processing apparatus of Comparative Example 1 was used, silica powder adhered to the surface of the processed material S after processing. The differential pressure indicated by the
一方、実施例1の蒸着処理装置を用いた場合には、処理後の被処理材Sの表面には僅かなシリカ粉末しか付着しておらず、また、排気配管41および排気配管46にシリカ粉末はほとんど確認されなかった。つまり、実施例1の蒸着処理装置を用いることで、シリカ粉末の生成が抑制され、被処理部Psの細孔をシリカ膜で閉塞することができた。
On the other hand, when the vapor deposition processing apparatus of Example 1 is used, only a small amount of silica powder adheres to the surface of the processed material S after processing, and the silica powder is not attached to the
<実施例2>
実施例2の蒸着処理装置は、原料ガス供給口111〜118を有する原料ガス供給管201〜208に接続される原料ガス配管をそれぞれ独立して配設した他は、実施例1の蒸着処理装置と同様である。図4に、実施例2の蒸着処理装置の主要部分を模式的に示す。
<Example 2>
The vapor deposition processing apparatus of the second embodiment is different from the vapor deposition processing apparatus of the first embodiment except that raw material gas pipes connected to raw material
すなわち、原料ガス供給管201〜208には、それぞれ独立したガスボンベ124、224、324、424、524、624、724および824が接続される。個々のガスボンベと原料ガス供給管との間には、バブラー122、222、322、422、522、622、722および822ならびにMFC123、223、323、423、523、623、723および823が、それぞれ設置される。
That is,
実施例2の蒸着処理装置によれば、バブラーを複数個備えるため、処理室10内において、被処理材Sの長手方向における原料ガス濃度のばらつきを抑制することができる。
According to the vapor deposition processing apparatus of the second embodiment, since the plurality of bubblers are provided, it is possible to suppress variations in the source gas concentration in the
<実施例3>
実施例3の蒸着処理装置は、原料ガス供給口111〜118を有する原料ガス供給管201〜208に接続される原料ガス配管を、櫛状およびトーナメント状に分岐した配管とした他は、実施例1の蒸着処理装置と同様である。図5に、実施例3の蒸着処理装置の主要部分を模式的に示す。
<Example 3>
In the vapor deposition processing apparatus of Example 3, the raw material gas pipes connected to the raw material
すなわち、原料ガス供給管201〜208には、櫛状に分岐した第一原料ガス配管271が接続されている。第一原料ガス配管271の分岐部分を跨ぐようにして、櫛状に分岐した第二原料ガス配管272が、第一原料ガス配管271に7箇所で接続されている。さらに、第二原料ガス配管272の分岐部分を跨ぐようにして、第三原料ガス配管273が6箇所でトーナメント状に配管され、それぞれ独立したガスボンベ214、234および254が接続される。個々のガスボンベと原料ガス供給管との間には、バブラー212、232および252ならびにMFC213、233および253が、それぞれ設置される。
That is, the source
実施例3の蒸着処理装置によれば、複数のバブラーをトーナメント状に接続したため、実施例2よりも少ない数のバブラーを用いても、処理室10内において、被処理材Sの長手方向における原料ガス濃度のばらつきを抑制することができる。
According to the vapor deposition processing apparatus of Example 3, since a plurality of bubblers are connected in a tournament shape, even if a smaller number of bubblers than those of Example 2 are used, the raw material in the longitudinal direction of the processing target material S in the
<実施例4>
実施例4の蒸着処理装置は、反応器の外周面に形成された複数の開口を、反応器の軸方向に延びる異なる同一直線上に配置した他は、実施例2の蒸着処理装置と同様である。図6に、実施例4の蒸着処理装置の主要部分を模式的に示す。
<Example 4>
The vapor deposition processing apparatus of Example 4 is similar to the vapor deposition processing apparatus of Example 2 except that a plurality of openings formed on the outer peripheral surface of the reactor are arranged on different collinear lines extending in the axial direction of the reactor. is there. FIG. 6 schematically shows the main part of the vapor deposition processing apparatus of Example 4.
すなわち、処理室60は、円筒形状の反応器61の軸方向に等間隔に配置され、かつ、同一直線上に配置された開口610、612、614、616および618を有する。さらに、円筒形状の反応器61の中心軸に対して周方向に180°ずらした同一直線上に等間隔に配置された開口611、613、615、617および619を有する。換言すれば、開口610〜619は、軸方向および周方向に所定の間隔をもって形成されている。開口610、612、614、616および618と、開口611、613、615、617および619と、は、それぞれ反応器61内で互いに対向しない位置に形成されている。
That is, the
実施例4の蒸着処理装置によれば、被処理材に対して径方向に異なる二方向から原料ガスが供給されるため、被処理部Psの全周囲に渡って原料ガスと対向ガスとの分圧の均衡が良好に保たれる。 According to the vapor deposition processing apparatus of Example 4, the raw material gas is supplied to the material to be processed from two different radial directions. Therefore, the material gas and the counter gas are distributed over the entire periphery of the portion to be processed Ps. Good balance of pressure is maintained.
<実施例5>
実施例5の蒸着処理装置は、反応器の外周面に形成された複数の開口を、反応器の軸方向に延びる異なる同一直線上に配置した他は、実施例2の蒸着処理装置と同様である。図7に、実施例5の蒸着処理装置の主要部分の径方向断面を模式的に示す。
<Example 5>
The vapor deposition treatment apparatus of Example 5 is similar to the vapor deposition treatment apparatus of Example 2 except that a plurality of openings formed on the outer peripheral surface of the reactor are arranged on different collinear lines extending in the axial direction of the reactor. is there. FIG. 7 schematically shows a radial cross section of the main part of the vapor deposition processing apparatus of Example 5.
すなわち、処理室70は、円筒形状の反応器71の軸方向および周方向に所定の間隔をもって形成された複数の開口を有する。具体的には、複数の開口のうち反応器71の一端部側に形成された開口710に対して、周方向に120°かつ軸方向に所定の間隔でずらした位置に開口711が形成されている。さらに、開口711に対して、周方向に120°かつ軸方向に所定の間隔でずらした位置に開口712が形成されている。処理室70は、反応器71の外周面に、周方向および軸方向に所定の間隔でずらした位置に合計10個の開口を有するが、120°毎ずれていることから、図7において他の開口は、開口710、711または712に重なる位置に形成されている。
That is, the
実施例5の蒸着処理装置によれば、被処理材に対して径方向の複数の方向から原料ガスが供給されるため、被処理部Psの全周囲に渡って原料ガスと対向ガスとの分圧の均衡がさらに良好に保たれる。 According to the vapor deposition processing apparatus of Example 5, the raw material gas is supplied to the material to be processed from a plurality of radial directions, so that the material gas and the counter gas are distributed over the entire periphery of the portion to be processed Ps. The pressure balance is better maintained.
<実施例6>
実施例6の蒸着処理装置は、原料ガス供給口911〜918を有する複数のノズルから構成される原料ガス供給管900を有する他は、実施例1の蒸着処理装置と同様である。図8に、実施例6の蒸着処理装置の主要部分を模式的に示す。
<Example 6>
The vapor deposition processing apparatus of Example 6 is the same as the vapor deposition processing apparatus of Example 1 except that it has a source
すなわち、処理室80は、円筒形状の反応器81の外周面中央部に開口を有し、この開口より原料ガス供給管900が挿入されている。原料ガス供給管900はT字に分岐しており、軸方向に延びる配管から8本のノズルが分岐している。ノズルの先端部の原料ガス供給口911〜918から反応器81内に原料ガスが供給される。また、反応器81は、両端部に開口810および819を有し、これらの開口には、排気管401および409が溶接されている。
That is, the
1,10 処理室
2,20 原料ガス供給手段
3,30 対向ガス供給手段
4,40 排気手段
5,50 エネルギー付与手段
2a,12 原料ガス供給側
3b,13 対向ガス供給側、
111〜118 原料ガス供給口(開口)
110,119 原料ガス排気口(開口)
18 対向ガス排気口(開口端)
19 対向ガス供給口(開口端)
1, 10
111-118 Raw material gas supply port (opening)
110,119 Raw material gas exhaust port (opening)
18 Opposing gas exhaust port (open end)
19 Opposing gas supply port (open end)
Claims (8)
長尺状の前記被処理部を有する被処理材を、前記原料ガスが供給される原料ガス供給側と前記対向ガスが供給される対向ガス供給側とを区画する位置に収容する処理室と、
前記被処理部の長手方向に間隔をもって配置される複数個で構成される原料ガス供給口を有し前記原料ガスを前記原料ガス供給側に複数箇所から供給する原料ガス供給手段と、
前記対向ガスを前記対向ガス供給側に供給する対向ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
少なくとも前記処理室に供給された前記原料ガスにエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、
を備える蒸着処理装置。 A vapor deposition processing apparatus for performing chemical vapor deposition on the inner wall of the pores by facing and diffusing the source gas and the counter gas from both ends of the pores of the portion to be treated made of a porous material having a plurality of pores,
A processing chamber that stores a material to be processed having the elongated portion to be processed in a position that divides the raw material gas supply side to which the raw material gas is supplied and the counter gas supply side to which the counter gas is supplied,
Source gas supply means for supplying the source gas to the source gas supply side from a plurality of locations, the source gas supply port having a plurality of source gas supply ports arranged at intervals in the longitudinal direction of the portion to be processed ,
Counter gas supply means for supplying the counter gas to the counter gas supply side,
Exhaust means for exhausting the processing chamber,
Energy applying means for applying energy to at least the raw material gas supplied to the processing chamber,
A vapor deposition processing apparatus comprising.
前記原料ガス供給手段は該被処理部の外周側に前記原料ガスを供給し、前記対向ガス供給手段は該被処理部の内周側に前記対向ガスを供給する請求項1に記載の蒸着処理装置。 The processing chamber accommodates the material to be processed having the tubular portion to be processed,
The vapor deposition process according to claim 1, wherein the source gas supply unit supplies the source gas to the outer peripheral side of the processing target portion, and the counter gas supply unit supplies the counter gas to the inner peripheral side of the processing target unit. apparatus.
処理室に供給された前記原料ガスを排気する原料ガス排気口を有する請求項1〜3のいずれかに記載の蒸着処理装置。 The exhaust means, according to claim 1 having at least the positioned longitudinal end of the treatment section, mainly raw material gas outlet for exhausting the supplied the raw material gas into the processing chamber Vapor deposition processing equipment.
前記被処理部の長手方向で隣接する個々の前記原料ガス供給口は、互いに該被処理部の周方向の異なる位置に配置される請求項1〜5のいずれかに記載の蒸着処理装置。 The processing chamber accommodates the material to be processed having the tubular portion to be processed,
Wherein each of the raw material gas supply port adjacent in the longitudinal direction of the processing unit, the vapor deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5 arranged in different positions in the circumferential direction of該被processing unit to each other.
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