JP2016190174A - 霧化装置および成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】長時間霧化が可能であり、長時間霧化でもミストの制御性に優れており、成膜に適した均質なミストを生成可能な霧化装置を提供する。
【解決手段】霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備する霧化装置を用いて成膜する。
【選択図】図１
【解決手段】霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備する霧化装置を用いて成膜する。
【選択図】図１
Description
本発明は、新規かつ有用な霧化装置および成膜装置に関する。
従来から、パルスレーザー堆積法(Pulsed laser deposition: PLD)、分子線エピタキシー法(Molecular beam epitaxy: MBE)、スパッタリング法等の非平衡状態を実現できる高真空製膜装置が検討されており、これまでの融液法等では作製不可能であった酸化物半導体の作製が可能となってきている。中でも、霧化された原料（ミスト）を用いて、基板上に結晶成長させるミスト化学気相成長法（Mist Chemical Vapor Deposition: Mist CVD。以下、ミストＣＶＤ法ともいう。）が検討されており、コランダム構造を有する酸化ガリウム（α−Ｇａ２Ｏ３）の作製が可能となってきている。α−Ｇａ２Ｏ３は、バンドギャップの大きな半導体として、高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子への応用が期待されている。
ミストＣＶＤ法については、特許文献１には、管状炉型のミストＣＶＤ装置が記載されている。特許文献２には、ファインチャネル型のミストＣＶＤ装置が記載されている。特許文献３には、リニアソース型のミストＣＶＤ装置が記載されている。特許文献４には、管状炉のミストＣＶＤ装置が記載されており、特許文献１記載のミストＣＶＤ装置とは、ミスト発生器内にキャリアガスを導入する点で異なっている。また、特許文献５には、ミスト発生器の上方に基板を設置し、さらにサセプタがホットプレート上に備え付けられた回転ステージであるミストＣＶＤ装置が記載されている。
しかしながら、ミストＣＶＤ法は、他の方法とは異なり、高温にする必要もなく、α−酸化ガリウムのコランダム構造のような準安定相の結晶構造も作製可能である一方、非特許文献１記載のライデンフロスト効果により、ミスト揮発層で基板表面を覆うことで、ミストの液滴が直接膜に接触することなく結晶成長させる必要があるため、その制御が容易ではなく、均質な結晶膜を得ることが困難であった。また、ミストＣＶＤ法では、ミストの粒子にバラつきがあったり、基板に至るまでに、供給管内でミストが沈んでしまったりする問題もあった。
ミストを用いた成膜装置については、以上のような問題があるので、霧化効率を損なうことなく、ミストをより良好に制御する手法が検討されている。例えば、特許文献６のように、底面壁を凸湾曲状に形成する手法が検討されている。しかしながら、このような手法では、フィルムの底面壁の強度を高める必要があり、所定以上の厚みが必要となるなどの問題があった。また、フィルムが分厚いと、超音波が減衰し、霧化効率が低下するなどの問題もあった。
特許文献７には、霧化用原料液を収容する容器の底面を高分子フィルムにし、さらに、底面を傾斜させて霧化する手法が記載されている。しかしながら、超音波振動子を連続して長時間使用すると、超音波振動子の温度が上昇して超音波振動子の特性が劣化する問題があった。そして、ミストの粒径が大きくなったりして、粒径の大きさにばらつきが生じて、ミストの品質が悪いという問題があり、またさらに、霧化能力が低下するという問題もあった。
B. S. Gottfried., et al., "Film Boiling of Spheroidal Droplets. Leidenfrost Phenomenon", Ind. Eng. Chem. Fundamen., 1966, 5 (4), pp 561〜568
本発明は、長時間霧化が可能であり、長時間霧化でも霧化効率およびミストの制御性が良好な霧化装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備する霧化装置が、長時間霧化が可能であり、長時間霧化でも霧化効率およびミストの制御性に優れており、成膜に適した均質なミストを生成可能であることを見出し、このような霧化装置を用いれば、上記した従来の問題をも一挙に解決できることを知見した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ 霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、
前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、
前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備することを特徴とする霧化装置。
［２］ 前記超音波伝達液循環手段が冷却手段を有する前記［１］記載の霧化装置。
［３］ 前記筒状体が無底であり、
超音波透過性基材を介して前記筒状体と前記超音波伝達液槽とを嵌合または螺合することにより、前記筒状体が霧化用原料液を収容可能となるように、前記筒状体の底面部が前記超音波透過性基材によって閉塞されることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の霧化装置。
［４］ 超音波透過性基材が高分子フィルムである前記［３］記載の霧化装置。
［５］ 超音波透過性基材が、フッ素系樹脂を主成分として含む前記［３］または［４］に記載の霧化装置。
［６］ フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から選ばれる少なくとも１種である前記［５］記載の霧化装置。
［７］ 筒状体が、円筒状もしくは略円筒状または多角形筒状もしくは略多角形筒状である前記［１］〜［６］のいずれかに記載の霧化装置。
［８］ 霧化用原料液が金属を含む前記［１］〜［７］のいずれかに記載の霧化装置。
［９］ 金属が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上の金属である前記［８］記載の霧化装置。
［１０］ 成膜用霧化装置である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の霧化装置。
［１１］ 成膜室と霧化装置とを少なくとも具備する成膜装置であって、前記霧化装置が、前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の霧化装置であることを特徴とする成膜装置。
［１２］ ミストＣＶＤ装置である請求項１１記載の成膜装置。
［１］ 霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、
前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、
前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備することを特徴とする霧化装置。
［２］ 前記超音波伝達液循環手段が冷却手段を有する前記［１］記載の霧化装置。
［３］ 前記筒状体が無底であり、
超音波透過性基材を介して前記筒状体と前記超音波伝達液槽とを嵌合または螺合することにより、前記筒状体が霧化用原料液を収容可能となるように、前記筒状体の底面部が前記超音波透過性基材によって閉塞されることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の霧化装置。
［４］ 超音波透過性基材が高分子フィルムである前記［３］記載の霧化装置。
［５］ 超音波透過性基材が、フッ素系樹脂を主成分として含む前記［３］または［４］に記載の霧化装置。
［６］ フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から選ばれる少なくとも１種である前記［５］記載の霧化装置。
［７］ 筒状体が、円筒状もしくは略円筒状または多角形筒状もしくは略多角形筒状である前記［１］〜［６］のいずれかに記載の霧化装置。
［８］ 霧化用原料液が金属を含む前記［１］〜［７］のいずれかに記載の霧化装置。
［９］ 金属が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上の金属である前記［８］記載の霧化装置。
［１０］ 成膜用霧化装置である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の霧化装置。
［１１］ 成膜室と霧化装置とを少なくとも具備する成膜装置であって、前記霧化装置が、前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の霧化装置であることを特徴とする成膜装置。
［１２］ ミストＣＶＤ装置である請求項１１記載の成膜装置。
本発明の霧化装置は、長時間霧化が可能であり、長時間霧化でも霧化効率およびミストの制御性が良好である。
本発明の霧化装置は、霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備することを特徴とする。
前記超音波伝達液循環手段は、前記超音波伝達液を循環させることができれば特に限定されず、公知の手段であってよい。前記超音波伝達液循環手段としては、ポンプを用いて循環させる手段等が挙げられる。本発明においては、前記超音波伝達液循環手段が、冷却手段を有するのが好ましい。前記冷却手段は、前記超音波伝達液を冷却できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよい。前記冷却手段としては、例えば、冷媒や冷却剤（蓄冷材や保冷剤なども含む）を用いる手段、自然冷却（放冷）させる手段などが挙げられるが、本発明においては、前記冷却手段が、前記超音波伝達液の循環中に放冷させる手段であるのが好ましい。
前記筒状体は、霧化用原料液が収容可能なものであれば特に限定されない。本発明においては、前記筒状体が、無底であり、前記超音波透過性基材を介して前記超音波伝達液槽と嵌合または螺合することにより、前記筒状体の底面部が前記超音波透過性基材によって閉塞され、該閉塞により、前記筒状体が霧化用原料液を収容可能となるように構成されるのが好ましい。前記筒状体の形状は特に限定されないが、本発明においては、円筒状もしくは略円筒状または多角形筒状もしくは略多角形筒状であるのが好ましく、円筒状または略円筒状であるのがより好ましく、円筒状であるのが最も好ましい。筒状体の構成材料も特に限定されず、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよいが、好適な例としては、例えば、ガラス、石英、フッ素系樹脂などが挙げられる。
また、本発明においては、前記筒状体が蓋を有する有蓋筒状体であるのが好ましい。蓋の形状は、前記筒状体の蓋となり得るものであれば特に限定されないが、筒状体内の空間を密閉可能な蓋であるのが、霧化効率およびミストの制御性がより向上するので好ましい。また、蓋の構成材料も特に限定されず、筒状体と同質の材料であってもよいし、異なる材料であってよい。公知の材料であってもよく、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。本発明においては、蓋の構成材料が、ガラス、石英、フッ素系樹脂を主成分として含むのが好ましく、フッ素系樹脂を主成分として含むのがより好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、またはエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。
本発明においては、上述したとおり、前記筒状体が有蓋筒状体であるのが好ましい。前記筒状体が蓋を有すると、筒状体内を密閉することができ、空間圧力を利用して、前記原料液を補充することができる。より具体的には、前記原料液の霧化により、その液面が低下すると、前記筒状体の空間圧力が上昇して前記液面が配管の先端部に達し、前記筒状体の空間部と、補充用の原料液が収納されている補充容器内の空間部とが、配管を介して連通されており、前記配管を介して前記筒状体内の空間部の気体を前記補充容器内の空間部へ抜き取るとともに、前記補充容器内の原料液を前記筒状体内へ補充することができる。このような補充手段を有するのも本発明の好ましい態様の一つである。
前記超音波伝達液槽は、超音波伝達液を収容できるものであり、該超音波伝達液に少なくとも前記筒状体の底面部を浸漬させることができるものであれば特に限定されないが、本発明においては、前記超音波伝達液槽が前記筒状体と嵌合または螺合できるものであるのが好ましい。前記超音波伝達液槽の形状も特に限定されないが、本発明においては、円筒状もしくは略円筒状または多角形筒状もしくは略多角形筒状であるのが好ましく、円筒状または略円筒状であるのがより好ましく、円筒状であるのが最も好ましい。超音波伝達液槽の構成材料も特に限定されず、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよいが、本発明においては、超音波伝達液槽の構成材料が、ガラス、石英、フッ素系樹脂を主成分として含むのが好ましく、フッ素系樹脂を主成分として含むのがより好ましい。前記超音波伝達液は、超音波を伝達可能な液状体であれば特に限定されず、ゾルのような液体分散媒も含まれる。前記超音波伝達液としては、無機溶媒や有機溶媒等が挙げられるが、本発明においては、無機溶媒であるのが好ましく、水であるのがより好ましい。前記水としては、より具体的には、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、海水などが挙げられ、これらの水に、例えば精製、加熱、殺菌、ろ過、イオン交換、電解、浸透圧の調整、緩衝化等の処理をした水（例えば、オゾン水、精製水、熱水、イオン交換水、生理食塩水、リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水等）も例として含まれる。
なお、本発明においては、前記超音波伝達液槽の内部を密閉状態にするのが好ましく、密閉空間を形成することにより、霧化効率やミストの制御性をより良好なものとすることができる。
なお、本発明においては、前記超音波伝達液槽の内部を密閉状態にするのが好ましく、密閉空間を形成することにより、霧化効率やミストの制御性をより良好なものとすることができる。
本発明においては、前記筒状体が無底であり、前記筒状体と前記超音波伝達液槽とが、超音波透過性基材を介して嵌合または螺合されることにより、前記筒状体が霧化用原料液を収容可能となるように、前記筒状体の底面部が前記超音波透過性基材によって閉塞されるのが好ましい。例えば超音波透過性基材が高分子フィルムである場合には前記高分子フィルムが挟持されて、前記筒状体の底面部が前記超音波透過性基材によって閉塞され、該閉塞により、前記筒状体が霧化用原料液を収容可能となるように構成される。前記筒状体と前記超音波伝達液槽との嵌合または螺合手段は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段であってもよい。嵌合手段としては、例えば、前記筒状体に凹部、凸部または凹凸部を設け、それに対応する嵌合部を超音波伝達液槽に設ける手段や前記超音波伝達液槽に凹部、凸部または凹凸部を設け、それに対応する嵌合部を前記筒状体に設ける手段等が挙げられる。螺合手段としては、例えば、前記筒状体に雄ネジ部を設け、前記超音波伝達液槽に雌ネジ部を設ける手段や前記超音波伝達液槽に雄ネジ部を設け、前記筒状体に雌ネジ部を設ける手段などが挙げられる。本発明においては、公知の部材を用いて、前記筒状体と前記超音波伝達液槽とを嵌合および螺合してもよい。なお、前記超音波透過性基材をより効果的に用いることができることから、前記筒状体と前記超音波伝達液槽とは、略同一の断面形状を有するのが好ましく、略同一の断面積を有するのも好ましい。
前記超音波透過性基材は、前記の嵌合または螺合により、前記筒状体の底面部を閉塞することができ、さらに、筒状体内に霧化用原料液を収容できるものが好ましい。超音波透過性基材を用いることにより、前記筒状体の底面部を有底状に閉塞することができる。なお、前記底面部は、前記筒状体の底面に相当する部分をいい、無底の前記筒状体の底面となり得る部分であれば特に限定されない。また、前記底面は、前記霧化用原料液を収容可能な底面であれば特に限定されない。
前記超音波透過性基材としては、好適には例えば、高分子フィルムなどが挙げられる。前記超音波透過性基材の構成材料としては、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などが挙げられるが、本発明においては、熱可塑性樹脂が好ましい。前記熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン、フッ素系樹脂などが挙げられるが、中でもフッ素系樹脂を主成分として含むのが好ましい。前記ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。前記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、またはエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。本発明においては、前記フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。
前記超音波透過性基材の形状は特に限定されないが、本発明においては、フィルム状またはシート状であるのが好ましい。前記超音波透過性基材がフィルム状またはシート状である場合、前記超音波透過性基材の厚さも特に限定されないが、好ましくは、約１μｍ〜１，０００μｍであり、より好ましくは約５μｍ〜１００μｍであり、最も好ましくは約１０μｍ〜５０μｍである。また、前記フィルム状またはシート状の超音波透過性基材の成形手段等も特に限定されず、本発明においては、溶融押出法等の公知の成形手段を用いることができる。なお、前記フィルム状またはシート状の超音波透過性基材は、本発明では、例えば溶融押出法などで成形する場合、延伸等を行って配向させない方が好ましく、未延伸フィルムまたは未延伸シートであるのがより好ましく、無配向状態であるのが最も好ましい。
前記霧化用原料液は、霧化可能なものであれば特に限定されず、公知の霧化用原料液であってよく、ゾルのような液体分散媒も含まれる。有機化合物を含む原料液であってもよいし、無機化合物を含む原料液であってもよい。本発明においては、前記霧化用原料液が、成膜用の原料液であるのが好ましく、金属を含むものであるのがより好ましい。前記金属としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）から選ばれる１種または２種以上の金属などが挙げられるが、好適には、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上の金属が挙げられる。本発明においては、優れた成膜効果を発揮できるので、前記霧化用原料液が、成膜用原料液であるのが好ましく、ミストＣＶＤ用原料液であるのがより好ましい。
また、前記霧化用原料液は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。例えば、２種類以上の原料液を用いる場合には、少なくとも１種類は無機化合物を含む原料液であり、他の種類は有機化合物を含む原料液であってもよい。
また、前記霧化用原料液は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。例えば、２種類以上の原料液を用いる場合には、少なくとも１種類は無機化合物を含む原料液であり、他の種類は有機化合物を含む原料液であってもよい。
前記超音波振動子は、超音波振動を発生可能な素子であって、前記筒状体の底面部に対して超音波を照射することができるものであれば特に限定されず、公知の超音波振動子であってよい。例えば、円盤状の圧電体素子の両面に電極が設けられ、電極に発振器を接続して発振周波数を変更すると、圧電振動子の厚さ方向の共振周波数及び径方向の共振周波数をもつ超音波が発生するように構成されている超音波振動子などが挙げられる。
本発明の霧化装置は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。
（１）超音波伝達液槽内の温度が安定するので、長時間霧化でも霧化効率およびミストの制御性が良好である。また、均質なミストを生成可能であり、特に成膜に適したミストを生成することができる。
（２）超音波伝達液循環手段が冷却手段を有することにより、特に長時間霧化におけるミストの制御が容易となり、より均質なミストを生成することができる。また、冷却手段が、超音波伝達液を循環させる際の放冷でもって冷却する手段である場合には、補充機構が単純なので、安価でかつ簡便にミストを制御することが可能となり、霧化に支障をきたすこともない。
（３）筒状体と超音波伝達液槽との嵌合または螺合により、高分子フィルムが筒状体の底面を閉塞するように構成した場合には、高分子フィルムが安定した筒状体の底面を形成するので、より優れた霧化効率とミストの良好な制御性を充分に発揮させることができる。また、高分子フィルムは消耗品として用いることができるので、長期にわたり、安定して使用することができるという効果を奏する。なお、筒状体の底面部を高分子フィルムで容易に閉塞できるので、高分子フィルムの交換等のメンテナンスも簡便に行うことができる。また、温度計や熱電対を用いて液温の温度管理も行うことができ、ミストの制御性をより優れたものにすることもできる。
（１）超音波伝達液槽内の温度が安定するので、長時間霧化でも霧化効率およびミストの制御性が良好である。また、均質なミストを生成可能であり、特に成膜に適したミストを生成することができる。
（２）超音波伝達液循環手段が冷却手段を有することにより、特に長時間霧化におけるミストの制御が容易となり、より均質なミストを生成することができる。また、冷却手段が、超音波伝達液を循環させる際の放冷でもって冷却する手段である場合には、補充機構が単純なので、安価でかつ簡便にミストを制御することが可能となり、霧化に支障をきたすこともない。
（３）筒状体と超音波伝達液槽との嵌合または螺合により、高分子フィルムが筒状体の底面を閉塞するように構成した場合には、高分子フィルムが安定した筒状体の底面を形成するので、より優れた霧化効率とミストの良好な制御性を充分に発揮させることができる。また、高分子フィルムは消耗品として用いることができるので、長期にわたり、安定して使用することができるという効果を奏する。なお、筒状体の底面部を高分子フィルムで容易に閉塞できるので、高分子フィルムの交換等のメンテナンスも簡便に行うことができる。また、温度計や熱電対を用いて液温の温度管理も行うことができ、ミストの制御性をより優れたものにすることもできる。
以下、図面を用いて、本発明の好適な霧化装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら図面に限定されるものではない。
図１は、本発明の霧化装置の一態様を示す模式的な斜視図である。図１の霧化装置１０は、超音波伝達液槽２、筒状体３、高分子フィルム４、蓋５、キャリアガス供給管６、ミスト供給管７、超音波伝達液供給管１５および超音波伝達液排管１６を備えている。超音波伝達液槽２は、槽本体２ａおよび固定用ナット２ｂからなり、槽本体２ａと固定用ナット２ｂとが、高分子フィルム４を介して螺合されている。また、槽本体２ａには、超音波伝達液供給管１５および超音波伝達液排管１６が接続されている。なお、超音波伝達液槽２の槽本体２ａの内部には、超音波振動子（図示せず）が備え付けられており、筒状体３の底面部に対して超音波を照射可能に構成されている。高分子フィルム４は、螺合により、筒状体３の底面部が閉塞され、該閉塞により、前記筒状体の底面が形成されている。そして、筒状体３内には、霧化用原料液３ｓが収容されている。蓋５は、筒状体３の蓋であり、キャリアガス供給管６およびミスト供給管７が貫通している。また、蓋５は、主に蓋ナット５ａおよび蓋本体５ｂからなり、蓋ナット５ａおよび蓋本体５ｂは、螺合されている。
以下、蓋５につき、より具体的に説明する。
図２は、蓋５の上面図を模式的に示している。上面からは、蓋ナット５２と固定用部材５６とが見えており、キャリアガス供給管およびミスト供給管を貫通させるための穴が２カ所設けられている。
図２は、蓋５の上面図を模式的に示している。上面からは、蓋ナット５２と固定用部材５６とが見えており、キャリアガス供給管およびミスト供給管を貫通させるための穴が２カ所設けられている。
図３は、蓋５の模式的分解図を示す。蓋５は、蓋本体５１、蓋ナット５２、ミスト供給管用Ｏリング５３、キャリアガス供給管用Ｏリング５４、固定用部材５５からなる。蓋本体５１には、キャリアガス供給管用の穴とミスト供給管用の穴が設けられている。そして、それぞれの穴には、密閉可能なようにＯリング用の溝が形成されている。蓋本体５１に、Ｏリング５３、５４をそれぞれ嵌めこみ、さらに、固定用部材５５を介して、蓋本体５１と蓋ナット５２とを螺合する。なお、蓋本体５１、蓋ナット５２および固定用部材５５の構成材料は、特に限定されず、無機材料であっても有機材料であってもよいが、本発明においては、フッ素系樹脂を主成分とするのが好ましく、同一の材料を主成分とするのも好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、またはエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。Ｏリング５３，５４の構成材料は、特に限定されないが、弾性体を主成分とするのが好ましく、ゴム状弾性体を主成分とするのがより好ましい。本実施例では、蓋本体５１、蓋ナット５２および固定用部材５５に、いずれもポリテトラフルオロエチレンを構成材料として用いている。
図４は、蓋５の模式的断面図を示す。図４は、蓋本体５１、蓋ナット５２、ミスト供給管用Ｏリング５３、キャリアガス供給管用Ｏリング５４および固定用部材５５の断面をそれぞれ示している。蓋本体５１は、筒状体３と螺合されており、蓋本体５１はＯリング５３、５４および固定用部材５５を介して蓋ナット５２と螺合されている。Ｏリング５３、５４は、蓋本体と固定用部材５５との間で嵌合されており、固定用部材５５は、蓋本体５１と蓋ナット５２との間で嵌合されている。
図５は、本発明で用いられる筒状体３を示す。図５の筒状体３は、円筒状であり、無底である。実施例では、筒状体３として石英の筒状体を用いている。筒状体３の上部は、螺合可能なようにネジ部が設けられている。また、下部においては、超音波伝達液槽と嵌合可能なように凸部が設けられている。
図６は、超音波伝達液槽２の模式的断面図を示しており、より具体的には、超音波伝達液供給管１５、超音波伝達液排管１６、超音波振動子２１、固定用ナット２５、Ｏリング２３、高分子フィルム２４、槽本体２２、超音波振動子２１および振動子固定具２１ａの断面をそれぞれ示している。筒状体３の下部に設けられている凸部は、Ｏリング２３および高分子フィルム２４を介して、固定用ナット２５と槽本体２２との間に嵌合されている。固定用ナット２５と槽本体２２とは螺合されており、この螺合によって、高分子フィルム２４が筒状体３の底面部を閉塞し、筒状体３の底面を形成している。また、槽本体２２の底面部には、超音波振動子２ｓの設置穴が設けられており、設置穴に振動子固定具２１ａを介して、超音波振動子２１が、筒状体３の底面部に対して超音波を照射可能なように設置されている。また、槽本体２２には、超音波伝達液２ｓとして水が収容されており、超音波伝達液供給管１５から水から供給され、超音波伝達液排管１６から水が排出される。なお、筒状体３には、霧化用原料液（図示せず）が収容されている。なお、図６では、Ｏリング２３の下に高分子フィルム２４が配設されているが、本発明においては、Ｏリング２３上に高分子フィルム２４が配設されてもよい。
図７は、超音波伝達液槽および超音波振動子の模式的分解図を示す。槽本体２２および固定用ナット２５の構成材料は、特に限定されず、無機材料であっても有機材料であってもよいが、本発明においては、フッ素系樹脂を主成分とするのが好ましく、同一の材料を主成分とするのも好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、またはエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。Ｏリング２３の構成材料は、特に限定されないが、弾性体を主成分とするのが好ましく、ゴム状弾性体を主成分とするのがより好ましい。本実施例では、槽本体２２および固定用ナット２５に、いずれもポリテトラフルオロエチレンを構成材料として用いており、Ｏリング２３にゴム状弾性体を構成材料として用いている。また、高分子フィルム２４には、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を構成材料として用いている。
図７の超音波振動子２１は、円盤状の圧電素子の両面に電極を備えており、振動子固定具２１ａを用いて、槽本体２２の底面に設置される。なお、槽本体２２には、超音波伝達液供給管および超音波伝達液排管用の穴が設けられている。
図７の超音波振動子２１は、円盤状の圧電素子の両面に電極を備えており、振動子固定具２１ａを用いて、槽本体２２の底面に設置される。なお、槽本体２２には、超音波伝達液供給管および超音波伝達液排管用の穴が設けられている。
本発明の霧化装置は、成膜用霧化装置として、成膜装置に好適に用いられる。前記成膜装置としては、ミストＣＶＤ装置が好ましい。以下、本発明の霧化装置をミストＣＶＤ装置に用いた場合の好適な態様を、図面を用いて説明する。
図８は、本発明の成膜装置の概略構成図である。図８の霧化装置１０は、超音波振動子１、超音波伝達液槽２、筒状体３、高分子フィルム４および蓋５を備えている。超音波伝達液槽２には、超音波伝達液２ｓが収容されており、筒状体３内には、霧化用原料液３ｓが収容されている。また、霧化装置１０には、キャリアガス供給手段９が、キャリアガス供給管６でもって接続されており、バルブ９ａによって、キャリアガスが筒状体３内に供給可能に構成されている。超音波伝達液槽２には、超音波伝達液供給管１５および超音波伝達液排管１６が接続されており、ポンプ１７によって、超音波伝達液２ｓが超音波伝達液供給管１５から超音波伝達液槽２内に流れ込み、超音波伝達液槽２内の超音波伝達液２ｓは、超音波伝達液排管１６へと排出され、超音波伝達液２ｓが循環している。なお、超音波伝達液排管１６へと流れ込んだ超音波伝達液２ｓは、超音波伝達液供給管１５から超音波伝達液槽２に流れ出るときには、放冷により、冷却されている。
超音波振動子１は、発振器１ａと接続されており、発振器１ａを作動させると、超音波振動子１から超音波が照射されるように構成されている。超音波が照射されると、筒状体３内において、霧化用原料液３ｓの霧化が生じる。霧化により発生したミストは、キャリアガスの供給によって、ミスト供給管７内を移動し、成膜室８へと搬送される。
成膜室８は、ヒータ８ａ、基板８ｂおよび排気口８ｃが設けられている。図９は、本発明で用いられる成膜室の一態様を示す図である。図９の成膜室８８は、円筒状であり、ホットプレート８１上に設けられている。そして、成膜室８８は、霧化装置とミスト供給管８７を介して接続されており、霧化装置で発生したミストが、キャリアガスによってミスト供給管８７を通って成膜室８８内に流れ込み、ホットプレート８１上に載置された基板８２上で、熱反応するように構成されている。また、成膜室８８は、排気管８３とも接続されており、熱反応後のミスト、液滴もしくはガスが、排気管８３へと運ばれるように構成されている。
本発明の霧化装置は、ミストの製造に有用であり、特に成膜用のミストの製造に有用である。また、本発明の成膜装置は、あらゆる成膜分野に用いることができ、工業的に有用である。特に、ミストＣＶＤ法にて得られる薄膜を成膜する場合には、本発明の霧化装置および成膜装置を好適に利用することができる。
１ 超音波振動子
１ａ 発振器
２ 超音波伝達液槽
２ａ 槽本体
２ｂ 固定用ナット
２ｓ 超音波伝達液
３ 筒状体
３ｓ 霧化用原料液
４ 高分子フィルム
５ 蓋
５ａ 蓋ナット
５ｂ 蓋本体
６ キャリアガス供給管
７ ミスト供給管
８ 成膜室
８ａ ヒータ
８ｂ 基板
８ｃ 排気口
９ キャリアガス供給手段
９ａ バルブ
１０ 霧化装置
１５ 超音波伝達液供給管
１６ 超音波伝達液排管
２１ 超音波振動子
２１ａ 振動子固定具
２２ 槽本体
２３ Ｏリング
２４ 高分子フィルム
２５ 固定用ナット
５１ 蓋本体
５２ 蓋ナット
５３ ミスト供給管用Ｏリング
５４ キャリアガス供給管用Ｏリング
５５ 固定用部材
８１ ホットプレート
８２ 基板
８３ 排気管
８７ ミスト供給管
８８ 成膜室
１ａ 発振器
２ 超音波伝達液槽
２ａ 槽本体
２ｂ 固定用ナット
２ｓ 超音波伝達液
３ 筒状体
３ｓ 霧化用原料液
４ 高分子フィルム
５ 蓋
５ａ 蓋ナット
５ｂ 蓋本体
６ キャリアガス供給管
７ ミスト供給管
８ 成膜室
８ａ ヒータ
８ｂ 基板
８ｃ 排気口
９ キャリアガス供給手段
９ａ バルブ
１０ 霧化装置
１５ 超音波伝達液供給管
１６ 超音波伝達液排管
２１ 超音波振動子
２１ａ 振動子固定具
２２ 槽本体
２３ Ｏリング
２４ 高分子フィルム
２５ 固定用ナット
５１ 蓋本体
５２ 蓋ナット
５３ ミスト供給管用Ｏリング
５４ キャリアガス供給管用Ｏリング
５５ 固定用部材
８１ ホットプレート
８２ 基板
８３ 排気管
８７ ミスト供給管
８８ 成膜室
Claims (12)
- 霧化用原料液が収容されている筒状体と、超音波伝達液が収容されている超音波伝達液槽と、前記超音波伝達液槽の底面部に前記筒状体の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを具備し、
前記超音波伝達液が少なくとも前記筒状体の底面部に浸漬しており、
前記超音波伝達液を循環させる超音波伝達液循環手段をさらに具備することを特徴とする霧化装置。 - 前記超音波伝達液循環手段が冷却手段を有する請求項１記載の霧化装置。
- 前記筒状体が無底であり、
超音波透過性基材を介して前記筒状体と前記超音波伝達液槽とを嵌合または螺合することにより、前記筒状体が霧化用原料液を収容可能となるように、前記筒状体の底面部が前記超音波透過性基材によって閉塞されることを特徴とする請求項１または２に記載の霧化装置。 - 超音波透過性基材が高分子フィルムである請求項３記載の霧化装置。
- 超音波透過性基材が、フッ素系樹脂を主成分として含む請求項３または４に記載の霧化装置。
- フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、変性ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体から選ばれる少なくとも１種である請求項５記載の霧化装置。
- 筒状体が、円筒状もしくは略円筒状または多角形筒状もしくは略多角形筒状である請求項１〜６のいずれかに記載の霧化装置。
- 霧化用原料液が金属を含む請求項１〜７のいずれかに記載の霧化装置。
- 金属が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上の金属である請求項８記載の霧化装置。
- 成膜用霧化装置である請求項１〜９のいずれかに記載の霧化装置。
- 成膜室と霧化装置とを少なくとも具備する成膜装置であって、前記霧化装置が、請求項１〜１０のいずれかに記載の霧化装置であることを特徴とする成膜装置。
- ミストＣＶＤ装置である請求項１１記載の成膜装置。
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