JP2014159644A - 気化器、この気化器を用いたｍｏｃｖｄ用気化器、これら気化器若しくはｍｏｃｖｄ用気化器に用いられるセンターロッド、及びキャリアガスの分散方法並びにキャリアガスの気化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアガスを効率良く冷却することができ、ガス通路５出口付近での材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる気化器を提供する。
【解決手段】分散器２に形成されたキャリアガス導入穴に挿入されてその内壁との協働によりガス通路５を形成するセンターロッド３５と、分散器２のキャリアガス導入穴の外周側に配置されてガス通路５内を冷却する冷却部と、前記センターロッドの軸線方向に沿い且つ前記センターロッドの略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴と、該冷却部材挿入穴内に配置されて前記センターロッドを冷却する冷却部材と、を備えていることを特徴とする気化器。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリアガスを用いて複数の薄膜形成材料からなる原料溶液等を気化するための気化器、この気化器を用いたＭＯＣＶＤ用気化器、これら気化器若しくはＭＯＣＶＤ用気化器に用いられるセンターロッド、及びキャリアガスの分散方法並びにキャリアガスの気化方法に関する。

近年、電子デバイスの分野においては、回路の高密度化と共に電子デバイスの一層の小型化および高性能化が望まれており、例えば、トランジスタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、或いはトランジスタとキャパシタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のように、電子デバイスの機能を単に回路構成のみで達成するばかりではなく、機能性薄膜等の材料自体の特性を利用してデバイスの機能を実現することが有利になりつつある。

また、このような半導体にあっては、例えば、クレジットカード等のＩＣチップとして搭載され、その技術はパスポート用個人情報記憶チップ等へと多様化しつつある。

そのため、電子部品に用いられる誘電体材料等の薄膜化が望まれている。このような材料を薄膜化する一つの方法として、ＣＶＤ法がある。

このＣＶＤ法は、ＰＶＤ法、ゾルゲル法、その他の成膜法に比べて成膜速度が大きく、多層薄膜の製造が容易であるなどの特徴を有している。また、ＭＯＣＶＤ法は、有機物を含む化合物を薄膜形成用の原料として用いるＣＶＤ法であり、安全性が高く、膜中のハロゲン化物の混入がないなどの利点を有する。

ＭＯＣＶＤ法に用いられる原料は、一般的に固体粉末あるいは液体であり、これらの原料を容器に入れ、一般的に減圧中で加熱して原料を気化器で気化させた後、キャリアガスによって薄膜成膜装置内に送り込んでいる。

図７は、このようなＭＯＣＶＤ法の気化システムのシステムブロック図（特許文献１参照）である。

図７において、１０は複数の原料溶液等を気化器１へと供給する供給部である。

供給部１０は、キャリアガス（例えば、Ｎ2又はＡｒ）が充填されたガスボンベ１１と、酸素が充填された酸素ボンベ１２と、冷却水が貯留された貯水タンク１３と、強誘電体薄膜用の原料（例えば、３種類の有機金属錯体としてＳｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）並びに溶剤としてＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を貯留した複数のリザーブタンク１４〜１７と、ガスボンベ１１と気化器１とに接続されたガス供給管１８と、酸素ボンベ１２と気化器１とに接続された酸素供給管１９と、貯水タンク１３と気化器１とに接続された給水管２０並びに配水管２１と、リザーブタンク１４〜１７と気化器１とに接続された液体供給管２２〜２５と、リザーブタンク１４〜１７とガスボンベ１１とに接続された多岐管２６とを備えている。

ガス供給管１８の経路中にはバルブ１８ａとマスフローコントローラ１８ｂとが設けられ、酸素供給管１９の経路中にはバルブ１９ａとマスフローコントローラ１９ｂとバルブ１９ｃとが設けられ、給水管２０の経路中にはバルブ２０ａが設けられている。また、溶剤用の液体供給管２２の経路中にはバルブ２２ａとマスフローコントローラ２２ｂとが設けられ、錯体用の液体供給管２３〜２５の経路中にはバルブ２３ａ〜２５ａとマスフローコントローラ２３ａ〜２５ｂとが設けられ、多岐管２６の経路中にはバルブ２６ａ〜２６ｄとエアパージ２６ｅとバルブ２６ｆとが設けられている。尚、液体供給管２３〜２５は、液体供給管２２と接続されるように分岐されており、それぞれバルブ２３ｃ〜２５ｃが設けられている。

ガスボンベ１１に充填されたキャリアガスは、ガス供給管１８のバルブ１８ａを開くことにより、マスフローコントローラ１８ｂに流量制御されて気化器１へと供給される。また、ガスボンベ１１に充填されたキャリアガスは、多岐管２６のバルブ２６ｆ並びにバルブ２６ａ〜２６ｄを開くと共にエアパージ用のバルブ２６ｅの放出状態を閉とすることによりキャリアガスがリザーブタンク１４〜１７に送り込まれる。これにより、リザーブタンク１４〜１７内はキャリアガスにより加圧され、貯留された原料溶液はその溶液内に先端が臨んでいる液体供給管２２〜２５内を押し上げられてマスフローコントロ―ラ２２ｂ〜２５ｂにより流量制御された後、気化器１に輸送される。

また、同時に、酸素ボンベ１２からマスフロ―コントロ―ラ１９ｂで―定流量に制御された酸素（酸化剤）が気化器１へと輸送される。

さらに、給水管２０のバルブ２０ａを開くことにより貯水タンク１３内の冷却水が気化器１の内部を循環して気化器１を冷却する。

尚、薄膜形成材料供給部２７〜３０は、図示例では気化器１の軸線方向に沿って並設されているが、実際には貯水タンク１３からの給水管２０又は配水管２１と接続される接続部３１，３２とで放射状に交互に設けられている。

リザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液は、溶剤であるＴＨＦに常温で液体又は固体状の有機金属錯体（Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）を溶解しているため、そのまま放置しておくとＴＨＦ溶剤の蒸発によって有機金属錯体が析出し、最終的に固形状になる。

従って、原液と接触した液体供給管２３〜２５の内部がこれによって閉塞されることを防止するため、成膜作業終了後の液体供給管２３〜２５内及び気化器１内をリザーブタンク１４内のＴＨＦで洗浄すればよい。この際の洗浄は、マスフロ―コントローラ１３ｂ〜２５ｂの出口側から気化器１までの区間とし、作業終了後にリザーブタンク１４内に貯留されたＴＨＦで洗い流すものである。

図５は、気化器１の一例の要部の構成を示す断面図である（特許文献１参照）。

図５に示した気化器１は、気化器１は、ガス供給管１８が接続される分散器（分散部本体）２と、分散器２の下流側に連続して接続された反応管３と、反応管３の周囲を覆うヒータ４とを備えている。

分散器２は、ガス供給管１８と同軸上に位置するガス通路５を有する。このガス通路５の始端上流口５ａと終端噴射口５ｂとの間には、各薄膜形成材料供給部２７〜３０の先端が臨んでおり（図では対向配置された薄膜形成材料供給部２８，２９のみ図示）、これによりリザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液がこのガス通路５内に供給可能となっている。また、分散器２には、接続部３１，３２に連通して貯水タンク１３内の冷却水が循環するための冷却経路６が形成されている。さらに、分散器２には、ガス供給管１８の始端上流口５ａよりも上流側に一端が位置すると共に終端噴射口５ｂに他端が位置するセンターロッド７と、このセンターロッド７の先端側（ガス通路５の下流側）を支持するピン８と、を備えている。尚、センターロッド７の基端側（ガス通路５の上流側）はガス供給管１８の端部付近に設けられたピン９により保持されている。

このような構成においては、分散器２の内部にキャリアガス導入穴を貫通し、そのキャリアガス導入穴の軸線と同軸上に位置するように、キャリアガス導入穴の内径（４．５０ｍｍ）のよりも小さな外径（４．４８ｍｍ）を有するセンターロッド７を配置する。

また、この分散器２のキャリアガス導入穴の内壁とセンターロッド７との間の協働によってガス通路５が形成される。

尚、ガス通路５の断面幅は０．０２ｍｍとなる。この際、ガス通路５の断面幅は、０．００５〜０．１０ｍｍが好ましい。これは、０．００５ｍｍ未満では加工が困難であり、０．１０ｍｍを超えるとキャリアガスを高速化するために高圧のキャリアガスを用いる必要が生じてしまうからである。

ガス通路５の上流からは、ガス供給管１８からキャリアガスが導入される。このキャリアガスには、ガス通路５の中途部に位置する各薄膜形成材料供給部２７〜３０の先端から原料溶液が滴下されるため、この原料溶液がガス通路５を通過するキャリアガスに分散されてミスト状となる。

これにより、ガス通路５の下流の終端噴射口５ｂから反応管３に原料溶液を分散したキャリアガスが噴射され、反応管３内を流れる原料溶液を分散したキャリアガスをヒータ４で加熱し気化した後、図示を略する薄膜成膜装置へと送り込まれる。

ところで、気化器１に配置される冷却部としては、上述したように、ガス通路５の略全長に跨る冷却経路６を形成する他、例えば、図６に示すように、センターロッド７の中途部から先端側に位置するガス通路５内を冷却する冷却システム３３を配置したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

尚、図６において、上記図５に示した気化器１と同様の機能には、同一の符号を付してその説明を省略する。

特開２００８−００１９９４号公報 特開２００４−２６５９３８号公報

ところで、上記の如く構成された気化器１にあっては、気化器１の終端噴射口５ｂの周囲に薄膜原料が付着してしまうという現象が生じていた。

即ち、ガス通路５を通過するキャリアガス（特に、原料溶液が分散された後のキャリアガス）は、ガス通路５の内部が高温環境化にあるため、終端噴射口５ｂに至る前にミスト状の原料溶液の水分が蒸発してしまうと、その材料粉末成分等が終端噴射口５ｂの周囲に付着してしまう。また、このような材料粉末成分等は経時的に成長して終端噴射口５ｂの目詰りの原因となってしまうばかりでなく、不純物の混入といった問題にも発展してしまう虞が生じていた。

そこで、このようなガス通路５内の高温環境化に対応するため、ガス通路５よりも外周に冷却経路６を形成し、この冷却経路６に冷却水を循環させることでガス通路５を冷却している。

しかしながら、冷却経路６は分散器２に形成されていることから、ガス通路５の外側から伝熱効果を利用して間接的にガス通路５を冷却するため、ガス通路５と冷却経路６とを区画する分散器２の肉厚分だけ熱損失が発生する等、冷却効果が薄いという問題が生じていた。

本発明は、上記問題を解決するため、キャリアガスを効率良く冷却することができ、ガス通路出口付近での材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる気化器を提供することを目的とする。

その目的を達成するため、請求項１に記載の気化器は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴に挿入されて該キャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路を形成するセンターロッドと、前記分散部本体の前記キャリアガス導入穴の外周側に配置されて前記ガス通路内を冷却する冷却部と、前記センターロッドの軸線方向に沿い且つ前記センターロッドの略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴と、該冷却部材挿入穴内に配置されて前記センターロッドを冷却する冷却部材と、を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の気化器によれば、冷却部と冷却部材とによってキャリアガスを効率良く冷却することができる。

また、請求項２に記載の気化器は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の全長に跨って挿入されて該キャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路を形成するセンターロッドと、前記分散部本体の複数個所に形成されて前記ガス通路の中途部に複数の薄膜形成材料を供給する薄膜形成材料供給部と、前記分散部本体の前記キャリアガス導入穴の外周側に配置されて前記ガス通路内を冷却する冷却部と、前記センターロッドの軸線方向に沿い且つ前記センターロッドの略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴と、該冷却部材挿入穴内に配置されて前記センターロッドを冷却する冷却部材と、を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の気化器によれば、薄膜形成材料供給部から供給された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを含めてキャリアガスを効率良く冷却することができる。

請求項３に記載の気化器は、前記冷却部と前記冷却部材とは、少なくとも薄膜形成材料供給部付近から前記ガス通路の下流端付近に跨って配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の気化器によれば、薄膜形成材料供給部から供給された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを効率良く冷却することができる。

請求項４に記載のＭＯＣＶＤ用気化器は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の気化器に隣接して前記分散部本体で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部を設けたことを特徴とするＭＯＣＶＤ用気化器。

請求項４に記載のＭＯＣＶＤ用気化器によれば、冷却部と冷却部材とによって効率良く冷却されたキャリアガスの材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる。

請求項５に記載のセンターロッドは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の気化器若しくは請求項４に記載のＭＯＣＶＤ用気化器に使用されるセンターロッドであって、前記センターロッドの外周に形成され且つ適用する薄膜形成材料と１対１で対応した複数のガイド溝を備えていることを特徴とする。

請求項６に記載のセンターロッドは、前記冷却部材が、略円筒形状のペルチェ素子であることを特徴とする。

請求項７に記載のセンターロッドは、前記冷却部材が、前記冷却部材挿入穴に吸熱部を配置したヒートパイプであることを特徴とする。

請求項８に記載のセンターロッドは、前記冷却部材が、ポンプを介して冷却水が給排水される螺旋状又は略Ｕ字状の冷水パイプであることを特徴とする。

請求項９に記載のセンターロッドは、前記冷却部材は、前記センターロッドに着脱可能に挿入されていることを特徴とする。

請求項１０に記載のキャリアガスの冷却分散方法は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の内壁と該キャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッドとの間に形成されたガス通路に複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを導入すると共に、該薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを前記分散部本体に配置した冷却部と前記センターロッドに配置した冷却部材とで冷却しつつ前記ガス通路内を搬送することを特徴とする。

請求項１０に記載のキャリアガスの冷却分散方法によれば、冷却部と冷却部材とによって効率良く冷却されたキャリアガスを導入することができる。

さらに、請求項１１に記載のキャリアガスの気化方法は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の内壁と該キャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッドとの間に形成されたガス通路にキャリアガスを導入すると共に、前記ガス通路の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに前記薄膜形成材料を分散させた後に、前記ガス通路の下流端部に配置されたセンターロッド先端によって互いに接近する方向に案内される合流部にて前記薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを合流させた後に気化するキャリアガスの気化方法であって、少なくとも前記ガス通路の中途部複数箇所から導入された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを、前記分散部本体に配置した冷却部と前記センターロッドに配置した冷却部材とで冷却しつつ前記合流部に前記薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを案内することを特徴とする。

請求項１１に記載のキャリアガスの気化方法によれば、不純物混入の少ないキャリアガスの気化に貢献することができる。

本発明の気化器は、キャリアガスを効率良く冷却することができ、ガス通路出口付近での材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる。

本発明のＭＯＣＶＤ用気化器の一実施形態を示す要部の断面図である。 （Ａ）は本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用されるセンターロッド３５の縦断面図、（Ｂ）は本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用されるセンターロッド３５の横断面図である。 本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用される変形例１のセンターロッド３５の縦断面図である。 本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用される変形例２のセンターロッド３５の縦断面図である。 従来の気化器を示す要部の断面図である。 従来の他の気化器を示す要部の断面図である。 ＭＯＣＶＤ法の気化システムのシステムブロック図である。

次に、本発明のＭＯＣＶＤ用気化器を図面に基づいて説明する。尚、以下の各実施例において、原料供給システム等の見かけ上のシステム構成は図７に示したものと同一であるため、ここではシステム全体の詳細な説明は省略する。

図１は、本発明に係るＭＯＣＶＤ用気化器の一実施形態を示す要部の断面図、図２（Ａ）はセンターロッドの拡大縦断面図、図２（Ｂ）はセンターロッドの拡大横断面図である。

図１において、気化器１は、分散器（分散部本体）２に形成されたキャリアガス導入穴に挿入されてキャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路５を形成するセンターロッド３５と、分散器２のキャリアガス導入穴の外周側に配置されてガス通路５内を冷却する冷却経路６と、センターロッド３５の軸線方向に沿い且つセンターロッド３５の略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴３５ａと、冷却部材挿入穴３５ａ内に配置されてセンターロッド３５を冷却する冷却部材３６と、を備えている。

また、分散器２には、その複数個所に形成されてガス通路５の中途部に複数の薄膜形成材料を供給する薄膜形成材料供給部２７〜３０（図１では、対向配置された薄膜形成材料供給部２８，２９のみ図示）が設けられている。

この際、冷却経路６と冷却部材３６とは、少なくとも薄膜形成材料供給部２７〜３０の付近からガス通路５の下流端付近に跨って配置されている。

また、分散器２で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部が反応管３とヒータ４とで構成されている。

以下、本発明の具体的な構成を説明する。

本発明の気化器１にあっては、分散部を構成する分散器２の内部に形成されたガス通路５と、ガス通路５に連通するようにガス供給管１８に形成されたキャリアガス導入用のガス導入口１８ａと、ガス通路５を通過するキャリアガスに原料溶液を供給して原料溶液をミスト化するための薄膜形成材料供給部２７〜３０と、そのミスト化された原料溶液を含むキャリアガスを気化部に送るための終端噴射口５ｂと、ガス通路５内を流れるキャリアガスを冷却するための冷却水が循環する冷却部としての冷却経路６と、一端がＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続され、他端が分散器２の終端噴射口５ｂに接続された反応管３と、反応管３を加熱するためのヒータ４と、を備えている。

分散器２の内部は円筒状の中空とされ、この中空のキャリアガス導入穴にセンターロッド３５が挿入されており、分散器２の内壁とセンターロッド３５とによりガス通路５が形成されている。尚、キャリアガス導入穴は円筒状に限らず、他の形状でも良く、例えば、円錐状とするのが好ましい。円錐状のキャリアガス導入穴の円巣の角度としては、０〜４５°が好ましく、８〜２０°がより好ましい。他の実施例においても同様である。

尚、ガス通路の断面積は０．１０〜０．５ｍｍ２が好ましい。０．１０ｍｍ２未満では加工が困難である。０．５ｍｍ２を超えるとキャリアガスを高速化するために高圧で且つ大流量のキャリアガスを用いる必要が生じてしまう。

大流量のキャリアガスを用いると、反応チャンバーを減圧（例：１．０Ｔｏｒｒ）に維持するために、大容量の大型真空ポンプが必要になる。排気容量が、１万リットル／ｍｉｎ．（ａｔ，１．０Ｔｏｒｒ）を超える真空ポンプの採用は困難であるから、工業的な実用化を図るためには、適正な流量即ちガス通路面積０．１０〜０．５ｍｍ２が好ましい。

このガス通路５の一端にはガス導入口１８ａが設けられている。このガス導入口１８ａにはキャリアガス（例えばＮ2，Ａｒ，Ｈｅの少なくとも何れか）のガスボンベ１１が接続されている。

分散器２の略中央部分には、ガス通路５に連通せしめて薄膜形成材料供給部２７〜３０を設け、原料溶液をガス通路５に滴下導入して、原料溶液をガス通路５を通過するキャリアガスに分散させることで原料ガスとすることができる。

ガス通路５の一端には、反応管３に連通する終端噴射口５ｂを形成した輻射防止部３７が設けられている。

分散器２には、冷却水を循環させるための冷却経路６が形成されており、この冷却経路６に冷却水を流すことによりガス通路５内を流れるキャリアガスを冷却する。尚、この冷却経路６の代わりにペルチェ素子等を設置して冷却してもよい。また、ガス通路５内はヒータ４による熱影響を受けるためガス通路５内において原料溶液の溶剤と有機金属錯体との同時気化が生ずることなく、溶剤のみの気化が生じてしまう。そこで、ガス通路５内を流れる原料溶液が分散したキャリアガスを冷却することにより溶剤のみの気化を防止するのが好ましい。この際、薄膜形成材料供給部２７〜３０よりもガス通路５の下流側に対する冷却は特に重要であることから、少なくとも薄膜形成材料供給部２７〜３０よりも下流側のガス通路５内の冷却を行うのが好ましい。尚、その冷却温度は、溶剤の沸点以下の温度である（例えば、ＴＨＦでは６７℃以下）。特に、終端噴射口５ｂにおける温度が重要である。

そこで、図２に示すように、本発明のセンターロッド３５には、その軸線上に冷却部材挿入穴３５ａを形成すると共に、その冷却部材挿入穴３５ａにセンターロッド３５を直接内部冷却する冷却部材３６が配置されている。尚、センターロッド３５の外周には、適用する薄膜形成材料を効率良く下流側へと供給するために薄膜形成材料供給部２７〜３０と１対１で対応した複数のガイド溝３５ｂが形成されている。

尚、センターロッド３５は、図２（Ａ）に示すように、中途部から始端上流口５ａ側に向かって互いに軸心方向に接近するように先細りとされている。

この際、先端部は、円錐（又は截頭円錐）形状とするのが好ましく、この先端形状に沿うように分散器２のキャリアガス導入穴を形成することによりガス通路５が終端噴射口５ｂで合流（合流部）することとなる。尚、先端部３７ａは、角錐（又は截頭角錐）形状としても良い。この際、その角数（面数）は、４つの薄膜形成材料供給部２７〜３０に対応して四角錐とするが、ガス通路５の本数、即ち、リザーブタンク１４〜１７の数に相当する原料溶液（薄膜形成原料）の数に対応した面数の多角錐とすることができる。尚、この場合にはその各面にガイド溝３５ｂが形成されることは勿論である。また、終端噴射口５ｂを合流部としているが、この合流部は終端噴射口５ｂよりもキャリアガス搬送方向上流側に設けても良い。

冷却部材３６は、例えば、外側を吸熱側とし且つ内側を放熱側とした円筒形状のものが用いられている。尚、図２（Ｂ）において、３６ａ，３６ｂはその配線コードである。

尚、冷却部材３６は、例えば、図３に示すように、吸熱側を冷却部材挿入穴３５ａの内部に位置させ且つ放熱側を冷却部材挿入穴３５ａの外部に位置させたヒートパイプや、図４に示すように、冷却水を循環させる螺旋状（又は略Ｕ字状）の冷水パイプ等、特に、限定されるものではないが、冷却温度に応じた形状（太さ等）とするのが好ましい。また、冷却部材３６を、センターロッド３５に直接形成した冷却通路等とはしないことにより、センターロッド３５の形成の容易化並びに、分解等のメンテナンスの容易化に貢献することができる。さらに、冷却部材３６は、センターロッド３５の略全長に跨って配置することにより、事前にキャリアガスを冷却することができるが、その冷却温度を高く確保することができれば、少なくとも薄膜形成材料供給部２７〜３０よりも下流側のガス通路５内の冷却を行う構成でも良い。

終端噴射口５ｂを形成した輻射防止部３７は、Ｏリング等のシール部材３８，３９によって密閉性が確保されている。尚、この輻射防止部３７は、例えば、テフロン（登録商標）、ステンレス、セラミック等の熱伝導性の優れた材料により構成することが好ましい。

本発明者の知見によれば、従来技術に示したように、ガス通路５の外側のみを冷却した構成では、気化部における熱が、輻射熱として終端噴射口５ｂを介してガス通路５内におけるガスを過熱してしまう。従って、冷却水により冷却したとしてもキャリアガス中の低融点成分が終端噴射口５ｂの近傍に析出してしまう。

そこで、上述した冷却部材３６を配置すると共に、輻射防止部３７をさらに配置することにより、このような輻射熱がキャリアガスに伝播することを一層抑制することが可能となる。従って、終端噴射口５ｂの断面積は、ガス通路５の断面積よりも小さくする（例えば、１／２以下、より好ましくは１／３以下）ことが好ましい。また、終端噴射口５ｂを微小化することが好ましい。特に、噴出するガス流速が亜音速となる寸法に微小化することが好ましい。

また、終端噴射口５ｂの長さは、終端噴射口５ｂの断面寸法の５倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。

また、分散器２を冷却することにより、長期間にわる使用に対してもガス通路５内（特に終端噴射口５ｂ）における炭化物による閉塞を生ずることが抑制されている。

分散器２の下流側は、反応管３が接続されている。分散器２と反応管３との接続は継手等によって行うことができる。

上記の構成においては、分散器２に形成されたキャリアガス導入穴の内壁とキャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッド３５との間に形成されたガス通路５にキャリアガスを導入すると共に、ガス通路５の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに薄膜形成材料を分散させると共に少なくともガス通路５の中途部複数箇所から導入された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを、分散器２に配置した冷却経路６とセンターロッド３５に配置した冷却部材３６とで冷却しつつ合流部に薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを案内した後に、ガス通路５の下流端部に配置されたセンターロッド３５先端によって互いに接近する方向に案内される合流部にて薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを合流させたうえで、ヒータ４で加熱して気化した後、図示を略する薄膜成膜装置へと送り込まれる。

１…気化器
２…分散器（分散部本体）
３…反応管
４…ヒータ
５…ガス通路
５ａ…始端上流口
５ｂ…終端噴射口（合流部）
６…冷却通路
７…センターロッド
８…ピン
９…ピン
１０…供給部
１１…ガスボンベ
１２…酸素ボンベ
１３…貯水タンク
１４…リザーブタンク
１５…リザーブタンク
１６…リザーブタンク
１７…リザーブタンク
１８…ガス供給管
１８ｂ…マスフローコントローラ
１８ｂ…マスフローコントローラ
１９…酸素供給管
１９ａ…バルブ
１９ｂ…マスフローコントローラ
１９ｃ…バルブ
２０…給水管
２０ａ…バルブ
２１…配水管
２２…液体供給管
２２ａ…バルブ
２２ｂ…マスフローコントローラ
２２ｃ…バルブ
２３…液体供給管
２３ａ…バルブ
２３ｂ…マスフローコントローラ
２３ｃ…バルブ
２４…液体供給管
２４ａ…バルブ
２４ｂ…マスフローコントローラ
２４ｃ…バルブ
２５…液体供給管
２５ａ…バルブ
２５ｂ…マスフローコントローラ
２５ｃ…バルブ
２６…多岐管
２６ａ…バルブ
２６ｂ…バルブ
２６ｃ…バルブ
２６ｄ…バルブ
２６ｅ…エアパージ
２６ｆ…バルブ
２７…薄膜形成材料供給部
２８…薄膜形成材料供給部
２９…薄膜形成材料供給部
３０…薄膜形成材料供給部
３１…接続部
３２…接続部
３３…冷却システム
３５…センターロッド
３５ａ…冷却部材挿入穴
３５ｂ…ガイド溝
３６…冷却部材
３７…輻射防止部
３８…シール部材
３９…シール部材

本発明は、キャリアガスを用いて複数の薄膜形成材料からなる原料溶液等を気化するための気化器、この気化器を用いたＭＯＣＶＤ用気化器、これら気化器若しくはＭＯＣＶＤ用気化器に用いられるセンターロッド、及びキャリアガスの分散方法並びにキャリアガスの気化方法に関する。

近年、電子デバイスの分野においては、回路の高密度化と共に電子デバイスの一層の小型化および高性能化が望まれており、例えば、トランジスタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、或いはトランジスタとキャパシタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のように、電子デバイスの機能を単に回路構成のみで達成するばかりではなく、機能性薄膜等の材料自体の特性を利用してデバイスの機能を実現することが有利になりつつある。

また、このような半導体にあっては、例えば、クレジットカード等のＩＣチップとして搭載され、その技術はパスポート用個人情報記憶チップ等へと多様化しつつある。

そのため、電子部品に用いられる誘電体材料等の薄膜化が望まれている。このような材料を薄膜化する一つの方法として、ＣＶＤ法がある。

このＣＶＤ法は、ＰＶＤ法、ゾルゲル法、その他の成膜法に比べて成膜速度が大きく、多層薄膜の製造が容易であるなどの特徴を有している。また、ＭＯＣＶＤ法は、有機物を含む化合物を薄膜形成用の原料として用いるＣＶＤ法であり、安全性が高く、膜中のハロゲン化物の混入がないなどの利点を有する。

ＭＯＣＶＤ法に用いられる原料は、一般的に固体粉末あるいは液体であり、これらの原料を容器に入れ、一般的に減圧中で加熱して原料を気化器で気化させた後、キャリアガスによって薄膜成膜装置内に送り込んでいる。

図７は、このようなＭＯＣＶＤ法の気化システムのシステムブロック図（特許文献１参照）である。

図７において、１０は複数の原料溶液等を気化器１へと供給する供給部である。

供給部１０は、キャリアガス（例えば、Ｎ2又はＡｒ）が充填されたガスボンベ１１と、酸素が充填された酸素ボンベ１２と、冷却水が貯留された貯水タンク１３と、強誘電体薄膜用の原料（例えば、３種類の有機金属錯体としてＳｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）並びに溶剤としてＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を貯留した複数のリザーブタンク１４〜１７と、ガスボンベ１１と気化器１とに接続されたガス供給管１８と、酸素ボンベ１２と気化器１とに接続された酸素供給管１９と、貯水タンク１３と気化器１とに接続された給水管２０並びに配水管２１と、リザーブタンク１４〜１７と気化器１とに接続された液体供給管２２〜２５と、リザーブタンク１４〜１７とガスボンベ１１とに接続された多岐管２６とを備えている。

ガス供給管１８の経路中にはバルブ１８ａとマスフローコントローラ１８ｂとが設けられ、酸素供給管１９の経路中にはバルブ１９ａとマスフローコントローラ１９ｂとバルブ１９ｃとが設けられ、給水管２０の経路中にはバルブ２０ａが設けられている。また、溶剤用の液体供給管２２の経路中にはバルブ２２ａとマスフローコントローラ２２ｂとが設けられ、錯体用の液体供給管２３〜２５の経路中にはバルブ２３ａ〜２５ａとマスフローコントローラ２３ａ〜２５ｂとが設けられ、多岐管２６の経路中にはバルブ２６ａ〜２６ｄとエアパージ２６ｅとバルブ２６ｆとが設けられている。尚、液体供給管２３〜２５は、液体供給管２２と接続されるように分岐されており、それぞれバルブ２３ｃ〜２５ｃが設けられている。

ガスボンベ１１に充填されたキャリアガスは、ガス供給管１８のバルブ１８ａを開くことにより、マスフローコントローラ１８ｂに流量制御されて気化器１へと供給される。また、ガスボンベ１１に充填されたキャリアガスは、多岐管２６のバルブ２６ｆ並びにバルブ２６ａ〜２６ｄを開くと共にエアパージ用のバルブ２６ｅの放出状態を閉とすることによりキャリアガスがリザーブタンク１４〜１７に送り込まれる。これにより、リザーブタンク１４〜１７内はキャリアガスにより加圧され、貯留された原料溶液はその溶液内に先端が臨んでいる液体供給管２２〜２５内を押し上げられてマスフローコントロ―ラ２２ｂ〜２５ｂにより流量制御された後、気化器１に輸送される。

また、同時に、酸素ボンベ１２からマスフロ―コントロ―ラ１９ｂで―定流量に制御された酸素（酸化剤）が気化器１へと輸送される。

さらに、給水管２０のバルブ２０ａを開くことにより貯水タンク１３内の冷却水が気化器１の内部を循環して気化器１を冷却する。

尚、薄膜形成材料供給部２７〜３０は、図示例では気化器１の軸線方向に沿って並設されているが、実際には貯水タンク１３からの給水管２０又は配水管２１と接続される接続部３１，３２とで放射状に交互に設けられている。

リザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液は、溶剤であるＴＨＦに常温で液体又は固体状の有機金属錯体（Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）を溶解しているため、そのまま放置しておくとＴＨＦ溶剤の蒸発によって有機金属錯体が析出し、最終的に固形状になる。

従って、原液と接触した液体供給管２３〜２５の内部がこれによって閉塞されることを防止するため、成膜作業終了後の液体供給管２３〜２５内及び気化器１内をリザーブタンク１４内のＴＨＦで洗浄すればよい。この際の洗浄は、マスフロ―コントローラ１３ｂ〜２５ｂの出口側から気化器１までの区間とし、作業終了後にリザーブタンク１４内に貯留されたＴＨＦで洗い流すものである。

図５は、気化器１の一例の要部の構成を示す断面図である（特許文献１参照）。

図５に示した気化器１は、気化器１は、ガス供給管１８が接続される分散器（分散部本体）２と、分散器２の下流側に連続して接続された反応管３と、反応管３の周囲を覆うヒータ４とを備えている。

分散器２は、ガス供給管１８と同軸上に位置するガス通路５を有する。このガス通路５の始端上流口５ａと終端噴射口５ｂとの間には、各薄膜形成材料供給部２７〜３０の先端が臨んでおり（図では対向配置された薄膜形成材料供給部２８，２９のみ図示）、これによりリザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液がこのガス通路５内に供給可能となっている。また、分散器２には、接続部３１，３２に連通して貯水タンク１３内の冷却水が循環するための冷却経路６が形成されている。さらに、分散器２には、ガス供給管１８の始端上流口５ａよりも上流側に一端が位置すると共に終端噴射口５ｂに他端が位置するセンターロッド７と、このセンターロッド７の先端側（ガス通路５の下流側）を支持するピン８と、を備えている。尚、センターロッド７の基端側（ガス通路５の上流側）はガス供給管１８の端部付近に設けられたピン９により保持されている。

このような構成においては、分散器２の内部にキャリアガス導入穴を貫通し、そのキャリアガス導入穴の軸線と同軸上に位置するように、キャリアガス導入穴の内径（４．５０ｍｍ）のよりも小さな外径（４．４８ｍｍ）を有するセンターロッド７を配置する。

また、この分散器２のキャリアガス導入穴の内壁とセンターロッド７との間の協働によってガス通路５が形成される。

尚、ガス通路５の断面幅は０．０２ｍｍとなる。この際、ガス通路５の断面幅は、０．００５〜０．１０ｍｍが好ましい。これは、０．００５ｍｍ未満では加工が困難であり、０．１０ｍｍを超えるとキャリアガスを高速化するために高圧のキャリアガスを用いる必要が生じてしまうからである。

ガス通路５の上流からは、ガス供給管１８からキャリアガスが導入される。このキャリアガスには、ガス通路５の中途部に位置する各薄膜形成材料供給部２７〜３０の先端から原料溶液が滴下されるため、この原料溶液がガス通路５を通過するキャリアガスに分散されてミスト状となる。

これにより、ガス通路５の下流の終端噴射口５ｂから反応管３に原料溶液を分散したキャリアガスが噴射され、反応管３内を流れる原料溶液を分散したキャリアガスをヒータ４で加熱し気化した後、図示を略する薄膜成膜装置へと送り込まれる。

ところで、気化器１に配置される冷却部としては、上述したように、ガス通路５の略全長に跨る冷却経路６を形成する他、例えば、図６に示すように、センターロッド７の中途部から先端側に位置するガス通路５内を冷却する冷却システム３３を配置したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

尚、図６において、上記図５に示した気化器１と同様の機能には、同一の符号を付してその説明を省略する。

特開２００８−００１９９４号公報 特開２００４−２６５９３８号公報

ところで、上記の如く構成された気化器１にあっては、気化器１の終端噴射口５ｂの周囲に薄膜原料が付着してしまうという現象が生じていた。

即ち、ガス通路５を通過するキャリアガス（特に、原料溶液が分散された後のキャリアガス）は、ガス通路５の内部が高温環境化にあるため、終端噴射口５ｂに至る前にミスト状の原料溶液の水分が蒸発してしまうと、その材料粉末成分等が終端噴射口５ｂの周囲に付着してしまう。また、このような材料粉末成分等は経時的に成長して終端噴射口５ｂの目詰りの原因となってしまうばかりでなく、不純物の混入といった問題にも発展してしまう虞が生じていた。

そこで、このようなガス通路５内の高温環境化に対応するため、ガス通路５よりも外周に冷却経路６を形成し、この冷却経路６に冷却水を循環させることでガス通路５を冷却している。

しかしながら、冷却経路６は分散器２に形成されていることから、ガス通路５の外側から伝熱効果を利用して間接的にガス通路５を冷却するため、ガス通路５と冷却経路６とを区画する分散器２の肉厚分だけ熱損失が発生する等、冷却効果が薄いという問題が生じていた。

本発明は、上記問題を解決するため、キャリアガスを効率良く冷却することができ、ガス通路出口付近での材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる気化器を提供することを目的とする。

また、請求項１に記載の気化器は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の全長に跨って挿入されて該キャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路を形成するセンターロッドと、前記分散部本体の複数個所に形成されて前記ガス通路の中途部に複数の薄膜形成材料を供給する薄膜形成材料供給部と、前記分散部本体の前記キャリアガス導入穴の外周側に配置されて前記ガス通路内を冷却する冷却部と、前記センターロッドの軸線方向に沿い且つ前記センターロッドの略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴と、該冷却部材挿入穴内に配置されて前記センターロッドを冷却する冷却部材と、を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の気化器によれば、薄膜形成材料供給部から供給された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを含めてキャリアガスを効率良く冷却することができる。

請求項２に記載の気化器は、前記冷却部と前記冷却部材とは、少なくとも薄膜形成材料供給部付近から前記ガス通路の下流端付近に跨って配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の気化器によれば、薄膜形成材料供給部から供給された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを効率良く冷却することができる。

請求項３に記載のＭＯＣＶＤ用気化器は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の気化器に隣接して前記分散部本体で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部を設けたことを特徴とするＭＯＣＶＤ用気化器。

請求項３に記載のＭＯＣＶＤ用気化器によれば、冷却部と冷却部材とによって効率良く冷却されたキャリアガスの材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる。

請求項４に記載のセンターロッドは、請求項１乃至請求項２の何れかに記載の気化器若しくは請求項３に記載のＭＯＣＶＤ用気化器に使用されるセンターロッドであって、前記センターロッドの外周に形成され且つ適用する薄膜形成材料と１対１で対応した複数のガイド溝を備えていることを特徴とする。

請求項５に記載のセンターロッドは、前記冷却部材が、略円筒形状のペルチェ素子であることを特徴とする。

請求項６に記載のセンターロッドは、前記冷却部材が、前記冷却部材挿入穴に吸熱部を配置したヒートパイプであることを特徴とする。

請求項７に記載のセンターロッドは、前記冷却部材が、ポンプを介して冷却水が給排水される螺旋状又は略Ｕ字状の冷水パイプであることを特徴とする。

請求項８に記載のセンターロッドは、前記冷却部材は、前記センターロッドに着脱可能に挿入されていることを特徴とする。

請求項９に記載のキャリアガスの冷却分散方法は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の内壁と該キャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッドとの間に形成されたガス通路に複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを導入すると共に、該薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを前記分散部本体に配置した冷却部と前記センターロッドに配置した冷却部材とで冷却しつつ前記ガス通路内を搬送することを特徴とする。

請求項９に記載のキャリアガスの冷却分散方法によれば、冷却部と冷却部材とによって効率良く冷却されたキャリアガスを導入することができる。

さらに、請求項１０に記載のキャリアガスの気化方法は、分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の内壁と該キャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッドとの間に形成されたガス通路にキャリアガスを導入すると共に、前記ガス通路の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに前記薄膜形成材料を分散させた後に、前記ガス通路の下流端部に配置されたセンターロッド先端によって互いに接近する方向に案内される合流部にて前記薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを合流させた後に気化するキャリアガスの気化方法であって、少なくとも前記ガス通路の中途部複数箇所から導入された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを、前記分散部本体に配置した冷却部と前記センターロッドに配置した冷却部材とで冷却しつつ前記合流部に前記薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを案内することを特徴とする。

請求項１０に記載のキャリアガスの気化方法によれば、不純物混入の少ないキャリアガスの気化に貢献することができる。

本発明の気化器は、キャリアガスを効率良く冷却することができ、ガス通路出口付近での材料目詰り発生防止効果を向上し得て、メンテナンス時期の長期化並びに稼動効率の向上に貢献することができ、しかも、より一層均一な分散効果を奏することができる。

本発明のＭＯＣＶＤ用気化器の一実施形態を示す要部の断面図である。 （Ａ）は本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用されるセンターロッド３５の縦断面図、（Ｂ）は本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用されるセンターロッド３５の横断面図である。 本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用される変形例１のセンターロッド３５の縦断面図である。 本発明のＭＯＣＶＤ用気化器に適用される変形例２のセンターロッド３５の縦断面図である。 従来の気化器を示す要部の断面図である。 従来の他の気化器を示す要部の断面図である。 ＭＯＣＶＤ法の気化システムのシステムブロック図である。

次に、本発明のＭＯＣＶＤ用気化器を図面に基づいて説明する。尚、以下の各実施例において、原料供給システム等の見かけ上のシステム構成は図７に示したものと同一であるため、ここではシステム全体の詳細な説明は省略する。

図１は、本発明に係るＭＯＣＶＤ用気化器の一実施形態を示す要部の断面図、図２（Ａ）はセンターロッドの拡大縦断面図、図２（Ｂ）はセンターロッドの拡大横断面図である。

図１において、気化器１は、分散器（分散部本体）２に形成されたキャリアガス導入穴に挿入されてキャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路５を形成するセンターロッド３５と、分散器２のキャリアガス導入穴の外周側に配置されてガス通路５内を冷却する冷却経路６と、センターロッド３５の軸線方向に沿い且つセンターロッド３５の略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴３５ａと、冷却部材挿入穴３５ａ内に配置されてセンターロッド３５を冷却する冷却部材３６と、を備えている。

また、分散器２には、その複数個所に形成されてガス通路５の中途部に複数の薄膜形成材料を供給する薄膜形成材料供給部２７〜３０（図１では、対向配置された薄膜形成材料供給部２８，２９のみ図示）が設けられている。

この際、冷却経路６と冷却部材３６とは、少なくとも薄膜形成材料供給部２７〜３０の付近からガス通路５の下流端付近に跨って配置されている。

また、分散器２で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部が反応管３とヒータ４とで構成されている。

以下、本発明の具体的な構成を説明する。

本発明の気化器１にあっては、分散部を構成する分散器２の内部に形成されたガス通路５と、ガス通路５に連通するようにガス供給管１８に形成されたキャリアガス導入用のガス導入口１８ａと、ガス通路５を通過するキャリアガスに原料溶液を供給して原料溶液をミスト化するための薄膜形成材料供給部２７〜３０と、そのミスト化された原料溶液を含むキャリアガスを気化部に送るための終端噴射口５ｂと、ガス通路５内を流れるキャリアガスを冷却するための冷却水が循環する冷却部としての冷却経路６と、一端がＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続され、他端が分散器２の終端噴射口５ｂに接続された反応管３と、反応管３を加熱するためのヒータ４と、を備えている。

分散器２の内部は円筒状の中空とされ、この中空のキャリアガス導入穴にセンターロッド３５が挿入されており、分散器２の内壁とセンターロッド３５とによりガス通路５が形成されている。尚、キャリアガス導入穴は円筒状に限らず、他の形状でも良く、例えば、円錐状とするのが好ましい。円錐状のキャリアガス導入穴の円巣の角度としては、０〜４５°が好ましく、８〜２０°がより好ましい。他の実施例においても同様である。

尚、ガス通路の断面積は０．１０〜０．５ｍｍ２が好ましい。０．１０ｍｍ２未満では加工が困難である。０．５ｍｍ２を超えるとキャリアガスを高速化するために高圧で且つ大流量のキャリアガスを用いる必要が生じてしまう。

大流量のキャリアガスを用いると、反応チャンバーを減圧（例：１．０Ｔｏｒｒ）に維持するために、大容量の大型真空ポンプが必要になる。排気容量が、１万リットル／ｍｉｎ．（ａｔ，１．０Ｔｏｒｒ）を超える真空ポンプの採用は困難であるから、工業的な実用化を図るためには、適正な流量即ちガス通路面積０．１０〜０．５ｍｍ２が好ましい。

このガス通路５の一端にはガス導入口１８ａが設けられている。このガス導入口１８ａにはキャリアガス（例えばＮ2，Ａｒ，Ｈｅの少なくとも何れか）のガスボンベ１１が接続されている。

分散器２の略中央部分には、ガス通路５に連通せしめて薄膜形成材料供給部２７〜３０を設け、原料溶液をガス通路５に滴下導入して、原料溶液をガス通路５を通過するキャリアガスに分散させることで原料ガスとすることができる。

ガス通路５の一端には、反応管３に連通する終端噴射口５ｂを形成した輻射防止部３７が設けられている。

分散器２には、冷却水を循環させるための冷却経路６が形成されており、この冷却経路６に冷却水を流すことによりガス通路５内を流れるキャリアガスを冷却する。尚、この冷却経路６の代わりにペルチェ素子等を設置して冷却してもよい。また、ガス通路５内はヒータ４による熱影響を受けるためガス通路５内において原料溶液の溶剤と有機金属錯体との同時気化が生ずることなく、溶剤のみの気化が生じてしまう。そこで、ガス通路５内を流れる原料溶液が分散したキャリアガスを冷却することにより溶剤のみの気化を防止するのが好ましい。この際、薄膜形成材料供給部２７〜３０よりもガス通路５の下流側に対する冷却は特に重要であることから、少なくとも薄膜形成材料供給部２７〜３０よりも下流側のガス通路５内の冷却を行うのが好ましい。尚、その冷却温度は、溶剤の沸点以下の温度である（例えば、ＴＨＦでは６７℃以下）。特に、終端噴射口５ｂにおける温度が重要である。

そこで、図２に示すように、本発明のセンターロッド３５には、その軸線上に冷却部材挿入穴３５ａを形成すると共に、その冷却部材挿入穴３５ａにセンターロッド３５を直接内部冷却する冷却部材３６が配置されている。尚、センターロッド３５の外周には、適用する薄膜形成材料を効率良く下流側へと供給するために薄膜形成材料供給部２７〜３０と１対１で対応した複数のガイド溝３５ｂが形成されている。

尚、センターロッド３５は、図２（Ａ）に示すように、中途部から始端上流口５ａ側に向かって互いに軸心方向に接近するように先細りとされている。

この際、先端部は、円錐（又は截頭円錐）形状とするのが好ましく、この先端形状に沿うように分散器２のキャリアガス導入穴を形成することによりガス通路５が終端噴射口５ｂで合流（合流部）することとなる。尚、先端部３７ａは、角錐（又は截頭角錐）形状としても良い。この際、その角数（面数）は、４つの薄膜形成材料供給部２７〜３０に対応して四角錐とするが、ガス通路５の本数、即ち、リザーブタンク１４〜１７の数に相当する原料溶液（薄膜形成原料）の数に対応した面数の多角錐とすることができる。尚、この場合にはその各面にガイド溝３５ｂが形成されることは勿論である。また、終端噴射口５ｂを合流部としているが、この合流部は終端噴射口５ｂよりもキャリアガス搬送方向上流側に設けても良い。

冷却部材３６は、例えば、外側を吸熱側とし且つ内側を放熱側とした円筒形状のものが用いられている。尚、図２（Ｂ）において、３６ａ，３６ｂはその配線コードである。

尚、冷却部材３６は、例えば、図３に示すように、吸熱側を冷却部材挿入穴３５ａの内部に位置させ且つ放熱側を冷却部材挿入穴３５ａの外部に位置させたヒートパイプや、図４に示すように、冷却水を循環させる螺旋状（又は略Ｕ字状）の冷水パイプ等、特に、限定されるものではないが、冷却温度に応じた形状（太さ等）とするのが好ましい。また、冷却部材３６を、センターロッド３５に直接形成した冷却通路等とはしないことにより、センターロッド３５の形成の容易化並びに、分解等のメンテナンスの容易化に貢献することができる。さらに、冷却部材３６は、センターロッド３５の略全長に跨って配置することにより、事前にキャリアガスを冷却することができるが、その冷却温度を高く確保することができれば、少なくとも薄膜形成材料供給部２７〜３０よりも下流側のガス通路５内の冷却を行う構成でも良い。

終端噴射口５ｂを形成した輻射防止部３７は、Ｏリング等のシール部材３８，３９によって密閉性が確保されている。尚、この輻射防止部３７は、例えば、テフロン（登録商標）、ステンレス、セラミック等の熱伝導性の優れた材料により構成することが好ましい。

本発明者の知見によれば、従来技術に示したように、ガス通路５の外側のみを冷却した構成では、気化部における熱が、輻射熱として終端噴射口５ｂを介してガス通路５内におけるガスを過熱してしまう。従って、冷却水により冷却したとしてもキャリアガス中の低融点成分が終端噴射口５ｂの近傍に析出してしまう。

そこで、上述した冷却部材３６を配置すると共に、輻射防止部３７をさらに配置することにより、このような輻射熱がキャリアガスに伝播することを一層抑制することが可能となる。従って、終端噴射口５ｂの断面積は、ガス通路５の断面積よりも小さくする（例えば、１／２以下、より好ましくは１／３以下）ことが好ましい。また、終端噴射口５ｂを微小化することが好ましい。特に、噴出するガス流速が亜音速となる寸法に微小化することが好ましい。

また、終端噴射口５ｂの長さは、終端噴射口５ｂの断面寸法の５倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。

また、分散器２を冷却することにより、長期間にわる使用に対してもガス通路５内（特に終端噴射口５ｂ）における炭化物による閉塞を生ずることが抑制されている。

分散器２の下流側は、反応管３が接続されている。分散器２と反応管３との接続は継手等によって行うことができる。

上記の構成においては、分散器２に形成されたキャリアガス導入穴の内壁とキャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッド３５との間に形成されたガス通路５にキャリアガスを導入すると共に、ガス通路５の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに薄膜形成材料を分散させると共に少なくともガス通路５の中途部複数箇所から導入された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを、分散器２に配置した冷却経路６とセンターロッド３５に配置した冷却部材３６とで冷却しつつ合流部に薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを案内した後に、ガス通路５の下流端部に配置されたセンターロッド３５先端によって互いに接近する方向に案内される合流部にて薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを合流させたうえで、ヒータ４で加熱して気化した後、図示を略する薄膜成膜装置へと送り込まれる。

１…気化器
２…分散器（分散部本体）
３…反応管
４…ヒータ
５…ガス通路
５ａ…始端上流口
５ｂ…終端噴射口（合流部）
６…冷却通路
７…センターロッド
８…ピン
９…ピン
１０…供給部
１１…ガスボンベ
１２…酸素ボンベ
１３…貯水タンク
１４…リザーブタンク
１５…リザーブタンク
１６…リザーブタンク
１７…リザーブタンク
１８…ガス供給管
１８ｂ…マスフローコントローラ
１８ｂ…マスフローコントローラ
１９…酸素供給管
１９ａ…バルブ
１９ｂ…マスフローコントローラ
１９ｃ…バルブ
２０…給水管
２０ａ…バルブ
２１…配水管
２２…液体供給管
２２ａ…バルブ
２２ｂ…マスフローコントローラ
２２ｃ…バルブ
２３…液体供給管
２３ａ…バルブ
２３ｂ…マスフローコントローラ
２３ｃ…バルブ
２４…液体供給管
２４ａ…バルブ
２４ｂ…マスフローコントローラ
２４ｃ…バルブ
２５…液体供給管
２５ａ…バルブ
２５ｂ…マスフローコントローラ
２５ｃ…バルブ
２６…多岐管
２６ａ…バルブ
２６ｂ…バルブ
２６ｃ…バルブ
２６ｄ…バルブ
２６ｅ…エアパージ
２６ｆ…バルブ
２７…薄膜形成材料供給部
２８…薄膜形成材料供給部
２９…薄膜形成材料供給部
３０…薄膜形成材料供給部
３１…接続部
３２…接続部
３３…冷却システム
３５…センターロッド
３５ａ…冷却部材挿入穴
３５ｂ…ガイド溝
３６…冷却部材
３７…輻射防止部
３８…シール部材
３９…シール部材

Claims (11)

1. 分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴に挿入されて該キャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路を形成するセンターロッドと、前記分散部本体の前記キャリアガス導入穴の外周側に配置されて前記ガス通路内を冷却する冷却部と、前記センターロッドの軸線方向に沿い且つ前記センターロッドの略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴と、該冷却部材挿入穴内に配置されて前記センターロッドを冷却する冷却部材と、を備えていることを特徴とする気化器。
2. 分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の全長に跨って挿入されて該キャリアガス導入穴の内壁との協働によりガス通路を形成するセンターロッドと、前記分散部本体の複数個所に形成されて前記ガス通路の中途部に複数の薄膜形成材料を供給する薄膜形成材料供給部と、前記分散部本体の前記キャリアガス導入穴の外周側に配置されて前記ガス通路内を冷却する冷却部と、前記センターロッドの軸線方向に沿い且つ前記センターロッドの略全長に跨って形成された冷却部材挿入穴と、該冷却部材挿入穴内に配置されて前記センターロッドを冷却する冷却部材と、を備えていることを特徴とする気化器。
3. 前記冷却部と前記冷却部材とは、少なくとも薄膜形成材料供給部付近から前記ガス通路の下流端付近に跨って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の気化器。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の気化器に隣接して前記分散部本体で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部を設けたことを特徴とするＭＯＣＶＤ用気化器。
5. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の気化器若しくは請求項４に記載のＭＯＣＶＤ用気化器に使用されるセンターロッドであって、
   前記センターロッドの外周に形成され且つ適用する薄膜形成材料と１対１で対応した複数のガイド溝を備えていることを特徴とするセンターロッド。
6. 前記冷却部材が、略円筒形状のペルチェ素子であることを特徴とする請求項５に記載のセンターロッド。
7. 前記冷却部材が、前記冷却部材挿入穴に吸熱部を配置したヒートパイプであることを特徴とする請求項５に記載のセンターロッド。
8. 前記冷却部材が、ポンプを介して冷却水が給排水される螺旋状又は略Ｕ字状の冷水パイプであることを特徴とする請求項５に記載のセンターロッド。
9. 前記冷却部材は、前記センターロッドに着脱可能に挿入されていることを特徴とする請求項５乃至請求項８に記載のセンターロッド。
10. 分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の内壁と該キャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッドとの間に形成されたガス通路に複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを導入すると共に、該薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを前記分散部本体に配置した冷却部と前記センターロッドに配置した冷却部材とで冷却しつつ前記ガス通路内を搬送することを特徴とするキャリアガスの冷却分散方法。
11. 分散部本体に形成されたキャリアガス導入穴の内壁と該キャリアガス導入穴に挿入されたセンターロッドとの間に形成されたガス通路にキャリアガスを導入すると共に、前記ガス通路の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに前記薄膜形成材料を分散させた後に、前記ガス通路の下流端部に配置されたセンターロッド先端によって互いに接近する方向に案内される合流部にて前記薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを合流させた後に気化するキャリアガスの気化方法であって、
    少なくとも前記ガス通路の中途部複数箇所から導入された薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを、前記分散部本体に配置した冷却部と前記センターロッドに配置した冷却部材とで冷却しつつ前記合流部に前記薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを案内することを特徴とするキャリアガスの気化方法。

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