JP2020188170A - ミスト生成装置及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した濃度を有するミストを供給することができる技術を提供する。【解決手段】 ミスト生成装置は、溶液を貯留する貯留槽と、貯留槽内に貯留された溶液に超音波振動を加えることによって、貯留槽内に溶液のミストを生成する超音波振動子と、貯留槽の内部から貯留槽の外部へミストを送出するミスト送出路を備えている。貯留された溶液の深さをｄ、貯留された溶液の液面の面積をＳとしたときに、ｄ≦Ｓ０．５の関係が満たされる。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、ミスト生成装置及び成膜装置に関する。

特許文献１のミスト生成装置は、溶液を貯留する貯留槽と、超音波振動子を備えている。超音波振動子は、貯留槽内に貯留された溶液に超音波振動を加えることによって、貯留槽内に溶液のミストを生成する。ミスト化された溶液は、貯留槽に接続されたミスト送出路を介してミスト生成装置の外部に供給される。

特開２０１６−１９０１７２号公報

貯留槽内に貯留された溶液がミスト化されると、溶液の液位が低下する。生成されるミストは、溶液の液面から一定の高さ位置でその濃度が安定する。このため、液位が低下すると、ミストの濃度が安定する高さ位置が変化する。ミストの濃度が安定する高さ位置が変化すると、ミスト送出路に送られるミストの濃度が変化する。したがって、従来のミスト生成装置では、安定した濃度を有するミストをミスト生成装置の外部に供給することが難しい。本明細書では、安定した濃度を有するミストを供給することができる技術を提供する。

本明細書が開示するミスト生成装置は、溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽内に貯留された前記溶液に超音波振動を加えることによって、前記貯留槽内に前記溶液のミストを生成する超音波振動子と、前記貯留槽の内部から前記貯留槽の外部へ前記ミストを送出するミスト送出路を備えている。貯留された前記溶液の深さをｄ、貯留された前記溶液の液面の面積をＳとしたときに、ｄ≦Ｓ^０．５の関係が満たされる。

上記のミスト生成装置では、溶液の深さｄと溶液の液面の面積Ｓとの間に、ｄ≦Ｓ^０．５の関係が成立している。このような関係を満たす場合、溶液の消費（すなわち、ミスト化）に対して溶液の液位が変動し難い。したがって、上記のミスト生成装置によれば、溶液の液面から一定の高さ位置において、一定の濃度を有するミストを安定して生成することができる。このため、安定した濃度を有するミストを外部に供給することができる。

実施例１に係る成膜装置の構成図。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例１）。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例２）。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例３）。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例４）。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例５）。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例６）。 溶液のミストを生成している状態のミスト生成装置の断面図（実施例７）。

（実施例１）
図１に示す成膜装置１０は、基板７０の表面に膜をエピタキシャル成長させる装置である。成膜装置１０は、基板７０が配置される加熱炉１２と、加熱炉１２を加熱するヒータ１４と、加熱炉１２に接続されたミスト生成装置２０と、加熱炉１２に接続された排出管８０を備えている。

加熱炉１２の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、図１に示す加熱炉１２は、上流端１２ａから下流端１２ｂまで伸びる管状炉である。加熱炉１２の長手方向に垂直な断面は、円形である。但し、加熱炉１２の断面は円形に限定されない。

ミスト生成装置２０は、加熱炉１２の上流端１２ａに接続されている。加熱炉１２の下流端１２ｂには、排出管８０が接続されている。ミスト生成装置２０は、加熱炉１２内にミスト６２を供給する。ミスト生成装置２０によって加熱炉１２内に供給されたミスト６２は、加熱炉１２内を下流端１２ｂまで流れた後に、排出管８０を介して加熱炉１２の外部に排出される。

加熱炉１２内には、基板７０を支持するための基板ステージ１３が設けられている。基板ステージ１３は、加熱炉１２の長手方向に対して基板７０が傾くように構成されている。基板ステージ１３に支持された基板７０は、加熱炉１２内を上流端１２ａから下流端１２ｂに向かって流れるミスト６２が基板７０の表面にあたる向きで支持される。

ヒータ１４は、前述したように、加熱炉１２を加熱する。ヒータ１４の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、図１に示すヒータ１４は、電気式のヒータであって、加熱炉１２の外周壁に沿って配置されている。ヒータ１４は、加熱炉１２の外周壁を加熱し、それによって加熱炉１２内の基板７０が加熱される。

図１及び図２に示すように、ミスト生成装置２０は、水槽２４、貯留槽２６、超音波振動子２８を有している。水槽２４は、上部が開放された容器であり、内部に水５８を貯留している。超音波振動子２８は、水槽２４の底面に設置されている。超音波振動子２８の振動面２８ａが水槽２４の底面に接している。超音波振動子２８は、その振動面２８ａから超音波を発し、水槽２４内の水５８に超音波振動を加える。貯留槽２６は、密閉型の容器である。貯留槽２６は、基板７０の表面にエピタキシャル成長させる膜の原料を含む溶液６０を貯留している。例えば、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）の膜をエピタキシャル成長させる場合には、溶液６０としてガリウムが溶解した溶液を用いることができる。また、溶液６０中に、酸化ガリウム膜にｎ型またはｐ型のドーパントを付与するための原料（例えば、フッ化アンモニウム等）がさらに溶解していてもよい。貯留槽２６の外周壁は、円筒形状を有している。貯留槽２６の底部は、水槽２４内の水５８に浸漬されている。貯留槽２６の底面２６ａは、フィルムにより構成されている。これによって、水槽２４内の水５８から貯留槽２６内の溶液６０に超音波振動が伝わり易くなっている。超音波振動子２８が水槽２４内の水５８に超音波振動を加えると、水５８を介して溶液６０に超音波振動が伝わる。すると、図２に示すように、溶液６０の液面６０ａが振動して、溶液６０の上部の空間（すなわち、貯留槽２６内の空間）に溶液６０のミスト６２が発生する。

ミスト生成装置２０は、ミスト送出路４０と、搬送ガス供給路４２と、希釈ガス供給路４４をさらに備えている。

図１、２に示すように、ミスト送出路４０の上流側は、貯留槽２６の上面（すなわち、天板）２６ｂに接続されている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６の上面２６ｂを貫通して貯留槽２６の内部まで伸びている。このため、ミスト送出路４０の上流端（すなわち、流入口４０ａ）は、貯留槽２６の内部に位置している。流入口４０ａは、貯留槽２６の内側面２６ｃから離間している。ミスト送出路４０の下流端（すなわち、流出口４０ｂ）は、加熱炉１２の上流端１２ａに接続されている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６から加熱炉１２へミスト６２を供給する。

図１、２に示すように、搬送ガス供給路４２の下流側は、貯留槽２６の上面２６ｂに接続されている。搬送ガス供給路４２は、貯留槽２６の上面２６ｂを貫通して貯留槽２６の内部まで伸びている。このため、搬送ガス供給路４２の下流端（すなわち、吐出口４２ａ）は、貯留槽２６の内部に位置している。吐出口４２ａは、ミスト送出路４０の流入口４０ａよりも上方に位置している。また、吐出口４２ａは、ミスト送出路４０の流入口４０ａよりも、貯留槽２６の内側面２６ｃの近くに配置されている。搬送ガス供給路４２の上流端は、図示しない搬送ガス供給源に接続されている。搬送ガス供給路４２は、搬送ガス供給源から貯留槽２６に搬送ガス６４を供給する。搬送ガス６４は、窒素ガスまたは他の不活性ガスである。搬送ガス６４は、搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａから貯留槽２６内に吐出される。貯留槽２６内に吐出された搬送ガス６４は、流入口４０ａからミスト送出路４０へ流れる。このとき、貯留槽２６内のミスト６２が、搬送ガス６４とともにミスト送出路４０へ流れる。

図１に示すように、希釈ガス供給路４４の下流端は、ミスト送出路４０の途中に接続されている。希釈ガス供給路４４の上流端は、図示しない希釈ガス供給源に接続されている。希釈ガス供給路４４は、希釈ガス供給源からミスト送出路４０へ希釈ガス６６を供給する。希釈ガス６６は、窒素ガスまたは他の不活性ガスである。ミスト送出路４０に流入した希釈ガス６６は、ミスト６２及び搬送ガス６４とともに加熱炉１２へ流れる。希釈ガス６６によって、ミスト送出路４０内のミスト６２が希釈される。

次に、成膜装置１０を用いた成膜方法について説明する。ここでは、基板７０として、β型酸化ガリウム（β−Ｇａ_２Ｏ_３）の単結晶によって構成された基板を用いる。また、溶液６０として、塩化ガリウム（ＧａＣｌ_３、Ｇａ_２Ｃｌ_６）とフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）が溶解した水溶液を用いる。また、搬送ガス６４として窒素ガスを用い、希釈ガス６６として窒素ガスを用いる。

まず、内部に溶液６０が貯留された貯留槽２６を準備する。ここで、溶液６０は、以下の各関係が満たされるように、貯留槽２６内に貯留される。すなわち、図１に示すように、貯留槽２６に貯留される溶液６０の深さ（すなわち、貯留槽２６の底面２６ａから溶液６０の液面６０ａまでの距離）をｄ、貯留槽２６に貯留される溶液６０の液面６０ａの面積（すなわち、貯留槽２６の水平方向断面における貯留槽２６の内側面２６ｃよりも内側の領域の面積）をＳ（不図示）としたときに、ｄ≦Ｓ^０．５の関係が満たされる。また、超音波振動子２８から液面６０ａまでの距離をｈ、液面６０ａから貯留槽２６の上面２６ｂまでの距離をＨとしたときに、２ｈ≦Ｈの関係が満たされる。さらに、液面６０ａからミスト送出路４０の流入口４０ａまでの距離をＬ１としたときに、ｈ≦Ｌ１の関係が満たされる。なお、成膜処理中に溶液６０の液位が変化するが、基板７０の表面に対する成膜の完了まで上記の各関係が維持される。

そして、加熱炉１２内の基板ステージ１３上に基板７０を設置する。次に、ヒータ１４によって、基板７０を加熱する。ここでは、基板７０の温度を、約７５０℃に制御する。基板７０の温度が安定したら、超音波振動子２８を動作させることによって、貯留槽２６内に溶液６０のミスト６２を発生させる。ここで、ミスト６２は、溶液６０の液面６０ａから一定の高さ位置でその濃度が安定化する。具体的には、図２に示すように、超音波振動子２８から溶液６０の液面６０ａまでの距離ｈと略同じ距離だけ液面６０ａよりも上方の高さ位置（すなわち、液面６０ａからの距離が約ｈである高さ位置）でミスト６２の濃度が安定化する。そして、貯留槽２６内に生成されたミスト６２の濃度が安定した後、搬送ガス供給路４２から貯留槽２６に搬送ガス６４を導入し、希釈ガス供給路４４からミスト送出路４０に希釈ガス６６を導入する。図１に示すように、搬送ガス６４は、貯留槽２６を通って、矢印５０に示すように流入口４０ａからミスト送出路４０内に流入する。このとき、貯留槽２６内のミスト６２が、搬送ガス６４と共にミスト送出路４０内に流入する。また、希釈ガス６６は、ミスト送出路４０内でミスト６２と混合される。これによって、ミスト６２が希釈化される。ミスト６２は、窒素ガス（すなわち、搬送ガス６４と希釈ガス６６）とともにミスト送出路４０内を下流側に流れ、矢印５２に示すようにミスト送出路４０の流出口４０ｂから加熱炉１２内に流入する。加熱炉１２内では、ミスト６２は、窒素ガスとともに下流端１２ｂ側へ流れ、排出管８０へ排出される。

ここで、本実施例では、単位時間あたりに生成されるミスト６２の重量をｗ１、単位時間あたりに流入口４０ａに流入するミスト６２の重量をｗ２としたときに、（ｗ１−ｗ２）／ｗ１≧０．１の関係が満たされるように、搬送ガス６４の流量が調節される。また、搬送ガス６４の導入から基板７０の表面に対する成膜の完了までの間は、（ｗ１−ｗ２）／ｗ１≦０．７の関係が満たされるように、搬送ガス６４の流量が調節される。すなわち、搬送ガス６４の導入から基板７０の表面に対する成膜の完了までの間は、０．１≦（ｗ１−ｗ２）／ｗ１≦０．７の関係が満たされる。なお、上記の各関係は、搬送ガス６４の流量や超音波振動子２８の動作電力等によって調整することができる。また、上記の各関係の調節は、水槽２４の底面に対して超音波振動子２８を設置する位置を調節することによっても可能である。

加熱炉１２内を流れるミスト６２の一部は、加熱された基板７０の表面に付着する。すると、ミスト６２（すなわち、溶液６０）が、基板７０上で化学反応を起こす。その結果、基板７０上に、β型酸化ガリウム（β-Ｇａ_２Ｏ_３）が生成される。基板７０の表面に継続的にミスト６２が供給されるので、基板７０の表面にβ型酸化ガリウム膜が成長する。基板７０の表面に単結晶のβ型酸化ガリウム膜が成長する。溶液６０がフッ化アンモニウムを含むので、フッ素がドープされたβ型酸化ガリウム膜が形成される。

本実施例の成膜装置１０では、貯留された溶液６０の深さｄと、貯留された溶液６０の液面の面積Ｓとの間に、ｄ≦Ｓ^０．５の関係が成立する。このような関係を満たす場合、溶液６０の消費（すなわち、ミスト化）に対して溶液６０の液位（すなわち、深さｄ）が変動し難い。すなわち、貯留槽２６内に貯留されている溶液６０が体積Ｐだけ減少する場合、溶液６０の液位ｄの減少量Δｄは、Δｄ＝Ｐ／Ｓの関係を満たす。このため、面積Ｓが大きいほど、溶液６０の液位が変化し難い。本実施例の成膜装置１０では、ｄ≦Ｓ^０．５の関係を満たすことで、深さｄの変動が抑制される。換言すると、超音波振動子２８から溶液６０の液面６０ａまでの距離ｈが変動し難い。このため、貯留槽２６内のミスト６２の濃度が安定する高さ位置（すなわち、液面６０ａからの距離が約ｈである高さ位置）が変動し難い。つまり、ミスト６２の濃度が安定する高さと、流入口４０ａの相対的な位置関係が変化し難い。したがって、流入口４０ａ内に流入するミスト６２の濃度が変化し難い。したがって、本実施例の成膜装置１０によれば、安定した濃度を有するミスト６２を基板７０の表面に供給することができる。

また、本実施例の成膜装置１０では、超音波振動子２８から溶液６０の液面６０ａまでの距離ｈと、溶液６０の液面６０ａから貯留槽２６の上面２６ｂまでの距離Ｈとの間に、２ｈ≦Ｈの関係が成立する。上述したように、ミスト６２の濃度は、液面６０ａからの距離が約ｈである高さ位置で安定する。２ｈ≦Ｈの関係を満たすことにより、液面６０ａから上面２６ｂまでの距離Ｈが確保され、生成したミスト６２の濃度が安定化する前にミスト６２が貯留槽２６の上面２６ｂに付着してしまうことが抑制される。したがって、本実施例の成膜装置１０では、ミスト６２の濃度の上昇が妨げられず、高濃度のミスト６２を貯留槽２６内で生成することができる。

また、本実施例の成膜装置１０では、距離ｈと、溶液６０の液面６０ａからミスト送出路４０の流入口４０ａまでの距離Ｌ１との間に、ｈ＜Ｌ１の関係が成立する。すなわち、流入口４０ａが、ミスト６２の濃度が安定する高さ位置よりも上方に設けられている。したがって、本実施例の成膜装置１０では、安定化した濃度のミスト６２を流入口４０ａからミスト送出路４０に送り出すことができる。

また、本実施例の成膜装置１０では、ミスト送出路４０の流入口４０ａまでの距離Ｌ１と、溶液６０の液面６０ａから貯留槽２６の上面２６ｂまでの距離Ｈとの間に、Ｌ１＜Ｈの関係が成立する。すなわち、流入口４０ａが、貯留槽２６の上面２６ｂよりも下方に設けられている。また、ミスト送出路４０の流入口４０ａが、貯留槽２６の内側面２６ｃから離間した位置に設けられている。貯留槽２６の上面２６ｂや内側面２６ｃに到達したミストは、上面２６ｂや内側面２６ｃに付着することにより消失する。このため、貯留槽２６の内部では、上面２６ｂや内側面２６ｃに近づくにつれて、ミスト６２の濃度が低下する。本実施例の成膜装置１０では、ミスト送出路４０の流入口４０ａが貯留槽２６の上面２６ｂ及び内側面２６ｃから離間した位置に設けられているため、安定した濃度のミスト６２を流入口４０ａからミスト送出路４０に送り出すことができる。

また、本実施例の成膜装置１０では、搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａが、ミスト送出路４０の流入口４０ａよりも上方に位置している。さらに、搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａが、ミスト送出路４０の流入口４０ａよりも、貯留槽２６の内側面２６ｃの近くに配置されている。このように、搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａを、ミスト送出路４０の流入口４０ａよりも貯留槽２６の内面（すなわち、上面２６ｂ、内側面２６ｃ）の近くに設けることによって、流入口４０ａに流入するミスト６２が、貯留槽内２６に導入される搬送ガス６４の流れによって乱されることを抑制できる。すなわち、流入口４０ａからミスト送出路４０に送り出されるミスト６２の濃度が変化することが抑制される。

また、本実施例の成膜装置１０では、搬送ガス６４の導入から基板７０に対する成膜が完了するまでの間は、０．１≦（ｗ１−ｗ２）／ｗ１≦０．７の関係が満たされる。（ｗ１−ｗ２）／ｗ１は、単位時間あたりに生成されたミスト６２に対する貯留槽２６内に残留するミスト６２の割合を示している。本実施例では、貯留槽２６内に、生成されるミスト６２に対して１０％以上のミスト６２を残留させることにより、当該残留したミスト６２が貯留槽２６内を循環するため、貯留槽２６内のミスト６２の濃度が変動し難い。また、生成されるミスト６２に対して貯留槽２６内に残留するミスト６２を７０％以下に制御することにより、ミスト６２同士が結合して大きくなり過ぎてしまうことが抑制される。

（実施例２）
実施例２の成膜装置は、ミスト生成装置２０の構成が実施例１の成膜装置１０とは異なる。後述する他の実施例でも同様である。図３に示すように、実施例２の成膜装置では、搬送ガス供給路４２が、貯留槽２６の側面に接続されている。搬送ガス供給路４２は、貯留槽２６の内部まで伸びている。貯留槽２６の内側面２６ｃから搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａまでの距離Ｌ３は、貯留槽２６の内側面２６ｃからミスト送出路４０の流入口４０ａまでの距離Ｌ４よりも短い。吐出口４２ａは、流入口４０ａよりも距離ｌだけ上方に位置している。また、超音波振動子２８が貯留槽２６の底面２６ａに設置されている。すなわち、実施例２の成膜装置では、実施例１と異なり、水槽２４が設けられていない。しかしながら、実施例１と同様に、水槽２４を備える構成を採用してもよい。後述する他の実施例でも同様である。実施例２の成膜装置のその他の構成は、実施例１の成膜装置１０と等しい。

実施例２の成膜装置では、実施例１と異なり、搬送ガス供給路４２が貯留槽２６の側面に接続されている。すなわち、搬送ガス供給路４２が、貯留槽２６の内部で水平方向に伸びている。このような構成であっても、ミスト送出路４０の流入口４０ａと搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａとの位置関係（すなわち、高さ位置や内側面２６ｃからの距離）が実施例１の関係と同様であるため、実施例１と同様の効果を奏することができる。

（実施例３）
実施例３の成膜装置では、図４に示すように、ミスト送出路４０が貯留槽２６の側面に接続されている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６の内部まで伸びている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６の中央位置まで伸びている。また、搬送ガス供給路４２が貯留槽２６の上面２６ｂに接続されている。搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａの位置は、貯留槽２６の上面２６ｂの位置と略一致している。貯留槽２６の内側面２６ｃから搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａまでの距離Ｌ３は、貯留槽２６の内側面２６ｃからミスト送出路４０の流入口４０ａまでの距離Ｌ４よりも短い。吐出口４２ａは、流入口４０ａよりも距離ｌだけ上方に位置している。実施例３の成膜装置のその他の構成は、実施例１の成膜装置１０と等しい。

実施例３の成膜装置では、実施例１と異なり、ミスト送出路４０が貯留槽２６の側面に接続されている。すなわち、ミスト送出路４０が、貯留槽２６の内部で水平方向に伸びている。このような構成であっても、ミスト送出路４０の流入口４０ａと搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａとの位置関係が実施例１の関係と同様であるため、実施例１と同様の効果を奏することができる。

（実施例４）
実施例４の成膜装置では、図５に示すように、ミスト送出路４０が貯留槽２６の側面に接続されている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６の内部まで伸びている。また、搬送ガス供給路４２も貯留槽２６の側面に接続されている。搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａの位置は、貯留槽２６の内側面２６ｃの位置と略一致している。一方、ミスト送出路４０の流入口４０ａは、貯留槽２６の内部（内側面２６ｃから距離Ｌ４の位置）に位置している。吐出口４２ａは、流入口４０ａよりも距離ｌだけ上方に位置している。実施例４の成膜装置のその他の構成は、実施例１の成膜装置１０と等しい。

実施例３の成膜装置では、実施例１と異なり、ミスト送出路４０及び搬送ガス供給路４２が、共に貯留槽２６の側面に接続されている。このような構成であっても、ミスト送出路４０の流入口４０ａと搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａとの位置関係が実施例１の関係と同様であるため、実施例１と同様の効果を奏することができる。

（実施例５）
実施例５の成膜装置では、図６に示すように、ミスト送出路４０が貯留槽２６の側面に接続されている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６の内部まで伸びている。ミスト送出路４０は、貯留槽２６の中央位置まで伸びている。また、搬送ガス供給路４２も貯留槽２６の側面に接続されている。搬送ガス供給路４２は、貯留槽２６の内部まで伸びている。搬送ガス供給路４２は、貯留槽２６の中央位置を超えた位置まで伸びている。貯留槽２６の内側面２６ｃから搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａまでの距離Ｌ３は、貯留槽２６の内側面２６ｃからミスト送出路４０の流入口４０ａまでの距離Ｌ４よりも短い。なお、ここでいう距離Ｌ３は、図６に示すように、吐出口４２ａと内側面２６ｃとの間の最短距離であって、搬送ガス供給路４２が接続された面とは反対側に位置する内側面２６ｃまでの距離である。吐出口４２ａは、流入口４０ａよりも距離ｌだけ上方に位置している。実施例５の成膜装置のその他の構成は、実施例１の成膜装置１０と等しい。

実施例５の成膜装置では、実施例１と異なり、ミスト送出路４０及び搬送ガス供給路４２が、共に貯留槽２６の側面に接続されている。このような構成であっても、ミスト送出路４０の流入口４０ａと搬送ガス供給路４２の吐出口４２ａとの位置関係が実施例１の関係と同様であるため、実施例１と同様の効果を奏することができる。

（実施例６）
実施例６の成膜装置では、図７に示すように、ミスト生成装置２０が、複数（本実施例では２個）の超音波振動子２８を備えている。各超音波振動子２８は、貯留槽１２６の底面１２６ａに設置されている。各超音波振動子２８は、貯留槽１２６を鉛直方向に沿って平面視したときに、ミスト送出路４０の流入口４０ａと重複しない位置に配置されている。

また、実施例６の成膜装置では、複数（本実施例では２本）の搬送ガス供給路４２が設けられている。各搬送ガス供給路４２は、貯留槽１２６の側面に接続されている。各搬送ガス供給路４２は、貯留槽１２６の内側面１２６ｃから貯留槽１２６の内部まで伸びている。各吐出口４２ａは、貯留槽１２６の内部に位置している。各吐出口４２ａは、流入口４０ａよりも上方に位置している。各吐出口４２ａは、流入口４０ａよりも貯留槽１２６の内側面１２６ｃの近くに配置されている。液面６０ａから流入口４０ａまでの距離Ｌ１は、超音波振動子２８から液面６０ａまでの距離ｈよりも短い。実施例６の成膜装置のその他の構成は、実施例１の成膜装置１０と等しい。

上述したように、超音波振動子２８を動作させると、溶液６０に超音波振動が伝わり、液面６０ａの上部にミスト６２が発生する。ミスト６２は、図７に示すように、超音波振動子２８の直上の狭い範囲に発生する。本実施例のように、複数の超音波振動子２８を備えることにより、溶液６０の液面６０ａの複数箇所からミスト６２を発生させることができる。このため、本実施例の構成によれば、貯留槽１２６内の空間に発生するミスト６２のむらを抑制し、ミスト６２の濃度が不均一になることを抑制することができる。

また、本実施例では、各超音波振動子２８が、貯留槽１２６を平面視したときに、流入口４０ａと重複しない位置に配置されている。このため、生成されたミスト６２は、直接流入口４０ａに流れ込むことが抑制され、貯留槽１２６内を循環することができる。したがって、安定した濃度のミスト６２を流入口４０ａからミスト送出路４０に送り出すことができる。特に、本実施例のように、Ｌ１≦ｈの関係を満たす場合には、生成されたミスト６２が直接流入口４０ａに流れ込み易い。したがって、このような関係が成立する場合には、特に有用である。

また、本実施例では、複数の搬送ガス供給路４２が設けられている。すなわち、貯留槽２６内に、複数箇所から搬送ガス６４が導入される。このため、貯留槽２６内での搬送ガス６４の流れのむらが抑制され、ミスト６２の濃度が不均一になることを抑制することができる。

（実施例７）
実施例７の成膜装置では、図８に示すように、超音波振動子２８が貯留槽２６に対して傾斜している。詳細には、超音波振動子２８の振動面２８ａに立てた垂線Ｖが、貯留槽２２６の内側面２２６ｃに対して角度θ傾斜している。垂線Ｖの向かう方向に位置する内側面２２６ｃと振動面２８ａの中心Ｃとの間の水平方向距離をＬ２としたときに、水平方向距離Ｌ２と、超音波振動子２８の振動面２８ａの中心Ｃから貯留槽２２６の上面２２６ｂまでの距離Ｈ＋ｈ（すなわち、超音波振動子２８から液面６０ａまでの距離ｈと、液面６０ａから上面２２６ｂまでの距離Ｈとの和）との間には、図８に示すように、Ｈ＋ｈ≦Ｌ２・ｔａｎ（π／２−θ）が成立している。なお、図８では、超音波振動子２８が貯留槽２２６の底面２２６ａと重複するように描かれているが、これは説明及び理解の容易のためであり、実際には、超音波振動子２８は貯留槽２２６の底面よりも下側に位置している。

ミスト６２を効率的に生成するために、本実施例のように、超音波振動子２８の振動面２８ａを貯留槽２２６に対して傾斜させる場合がある。この場合、図８に示すように、ミスト６２は、液面６０ａに対して角度π／２−θ傾斜した方向（垂線Ｖの方向）に向かって液面６０ａから放出される。したがって、放出されたミスト６２は、振動面２８ａの中心ＣからＬ２・ｔａｎ（π／２−θ）の高さ位置で内側面２２６ｃに到達し、内側面２２６ｃに付着する。このため、当該高さ位置よりも高い領域に貯留槽２２６の内部の空間が存在しても、ミスト６２が当該空間には到達し難い。このように、貯留槽２２６内の空間にミスト６２が到達しない空間が存在すると、溶液６０の飽和蒸気圧に達するまでの時間が長くなり、ミスト６２の大きさや濃度が変動し易い。本実施例では、振動面２８ａの中心Ｃから貯留槽２２６の上面２２６ｂまでの距離Ｈ＋ｈが、Ｌ２・ｔａｎ（π／２−θ）よりも短い。このため、貯留槽２２６の内部にミスト６２が充満し易く、安定した濃度のミスト６２を供給することができる。なお、複数の超音波振動子２８が設置されている場合には、それぞれの超音波振動子２８に対して上記関係を満たすように貯留槽２２６の高さを設定すればよい。

本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、超音波振動子が、貯留槽の下部に設けられてもよい。超音波振動子から溶液の液面までの距離をｈ、溶液の液面から貯留槽の上面までの距離をＨとしたときに、２ｈ≦Ｈの関係が満たされてもよい。

このような構成では、溶液の液面から貯留槽の上面までの距離Ｈが確保されているため、生成したミストの濃度が安定する前にミストが貯留槽の上面に付着してしまうことが抑制される。したがって、ミストの濃度の上昇が妨げられず、安定した濃度のミストを生成することができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、超音波振動子から溶液の液面までの距離をｈ、溶液の液面からミスト送出路の流入口までの距離をＬ１としたときに、ｈ≦Ｌ１の関係が満たされてもよい。

ミストは、超音波振動子から溶液の液面までの距離ｈと略同じ距離だけ液面よりも上方の高さ位置でその濃度が安定する。このため、上記の構成では、流入口が、ミストの濃度が安定する高さ位置よりも上方に設けられる。したがって、濃度が安定化されたミストを流入口からミスト送出路に送り出すことができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、溶液の液面から貯留槽の上面までの距離をＨ、溶液の液面からミスト送出路の流入口までの距離をＬ１としたときに、Ｌ１＜Ｈの関係が満たされてもよい。

このような構成では、流入口が、貯留槽の上面よりも下方に設けられる。貯留槽の上面に到達したミストは、上面に付着することにより消失する。このため、貯留槽の内部では、貯留槽の上面に近づくにつれて、ミストの濃度が低下する。上記の構成では、ミスト送出路の流入口が貯留槽の上面から離間した位置に設けられているため、安定した濃度のミストを流入口からミスト送出路に送り出すことができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、超音波振動子を複数備えていてもよい。

ミストは、超音波振動子の直上の狭い範囲に発生する。複数の超音波振動子を備えると、溶液の液面の複数箇所からミストを発生させることができる。このため、上記の構成によれば、貯留槽内の空間に発生するミストのむらを抑制し、ミストの濃度が不均一になることを抑制することができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、貯留槽を鉛直方向に沿って平面視したときに、超音波振動子が、ミスト送出路の流入口と重複しない位置に配置されていてもよい。

このような構成では、生成されたミストが、直接流入口に流れ込むことが抑制され、貯留槽内を循環することができる。したがって、安定した濃度のミストを流入口からミスト送出路に送り出すことができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、ミスト送出路の流入口が、前記貯留槽の内側面から離間していてもよい。

貯留槽の内側面に到達したミストは、内側面に付着することにより消失する。このため、貯留槽の内部では、内側面に近づくにつれて、ミストの濃度が低下する。上記の構成では、ミスト送出路の流入口が貯留槽の内側面から離間した位置に設けられているため、安定した濃度のミストを流入口からミスト送出路に送り出すことができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、貯留槽内に搬送ガスを吐出する搬送ガス供給路をさらに備えてもよい。搬送ガス供給路の吐出口が、ミスト送出路の流入口よりも上方に位置していてもよい。

このような構成では、流入口から流入するミストが、貯留槽内に導入される搬送ガスの流れによって乱されることを抑制できる。すなわち、流入口からミスト送出路に送り出されるミストの濃度が変化することが抑制される。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、搬送ガス供給路の吐出口が、ミスト送出路の流入口よりも、貯留槽の内側面の近くに配置されていてもよい。

このような構成では、流入口から流入するミストが、貯留槽内に導入される搬送ガスの流れによって乱されることを抑制できる。すなわち、流入口からミスト送出路に送り出されるミストの濃度が変化することが抑制される。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、搬送ガス供給路の吐出口を複数備えていてもよい。

このような構成では、貯留槽内に複数箇所から搬送ガスが導入される。このため、貯留槽内での搬送ガスの流れのむらが抑制され、ミストの濃度が不均一になることを抑制することができる。

本明細書が開示する一例のミスト生成装置では、超音波振動子の振動面に立てた垂線が、貯留槽の内側面に対して傾斜していてもよい。溶液の液面から貯留槽の上面までの距離をＨ、超音波振動子から溶液の液面までの距離をｈ、垂線と内側面との間の角度をθ、垂線の向かう方向に位置する内側面と振動面の中心との間の水平方向の距離をＬ２としたときに、Ｈ＋ｈ≦Ｌ２・ｔａｎ（π／２−θ）の関係が満たされてもよい。

このような構成では、超音波振動子を傾斜させることによって、ミストを効率的に生成することができる。また、ミストは、液面に対して角度π／２−θ傾斜した方向に向かって液面から放出される。したがって、放出されたミストは、振動面の中心からＬ２・ｔａｎ（π／２−θ）の高さ位置で内側面に到達し、内側面に付着する。上記の構成によれば、当該高さ位置よりも低い位置に貯留槽の上面が位置している。このため、貯留槽の内部にミストが充満し易く、安定した濃度のミストを供給することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：成膜装置、１２：加熱炉、１２ａ：上流端、１２ｂ：下流端、１３：基板ステージ、１４：ヒータ、２０：ミスト生成装置、２４：水槽、２６：貯留槽、２６ａ：底面、２６ｂ：上面、２６ｃ：内側面、２８：超音波振動子、２８ａ：振動面、４０：ミスト送出路、４０ａ：流入口、４０ｂ：流出口、４２：搬送ガス供給路、４２ａ：吐出口、４４：希釈ガス供給路、５８：水、６０：溶液、６０ａ：液面、６２：ミスト、６４：搬送ガス、６６：希釈ガス、７０：基板、８０：排出管

Claims (12)

1. ミスト生成装置であって、
   溶液を貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽内に貯留された前記溶液に超音波振動を加えることによって、前記貯留槽内に前記溶液のミストを生成する超音波振動子と、
   前記貯留槽の内部から前記貯留槽の外部へ前記ミストを送出するミスト送出路、
   を備えており、
   貯留された前記溶液の深さをｄ、貯留された前記溶液の液面の面積をＳとしたときに、ｄ≦Ｓ^０．５の関係が満たされる、
   ミスト生成装置。
2. 前記超音波振動子が、前記貯留槽の下部に設けられており、
   前記超音波振動子から前記溶液の前記液面までの距離をｈ、前記溶液の前記液面から前記貯留槽の上面までの距離をＨとしたときに、２ｈ≦Ｈの関係が満たされる、請求項１に記載のミスト生成装置。
3. 前記溶液の前記液面から前記ミスト送出路の流入口までの距離をＬ１としたときに、ｈ≦Ｌ１の関係が満たされる、請求項２に記載のミスト生成装置。
4. Ｌ１＜Ｈの関係が満たされる、請求項３に記載のミスト生成装置。
5. 前記超音波振動子を複数備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のミスト生成装置。
6. 前記貯留槽を鉛直方向に沿って平面視したときに、前記超音波振動子が、前記ミスト送出路の流入口と重複しない位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のミスト生成装置。
7. 前記ミスト送出路の流入口が、前記貯留槽の内側面から離間している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のミスト生成装置。
8. 前記貯留槽内に搬送ガスを吐出する搬送ガス供給路をさらに備えており、
   前記搬送ガス供給路の吐出口が、前記ミスト送出路の流入口よりも上方に位置している、請求項１〜７のいずれか一項に記載のミスト生成装置。
9. 前記搬送ガス供給路の前記吐出口が、前記ミスト送出路の前記流入口よりも、前記貯留槽の内側面の近くに配置されている、請求項８に記載のミスト生成装置。
10. 前記搬送ガス供給路の前記吐出口を複数備えている、請求項８又は９に記載のミスト生成装置。
11. 前記超音波振動子の振動面に立てた垂線が、前記貯留槽の内側面に対して傾斜しており、
    前記垂線と前記内側面との間の角度をθ、前記垂線の向かう方向に位置する前記内側面と前記振動面の中心との間の水平方向の距離をＬ２としたときに、Ｈ＋ｈ≦Ｌ２・ｔａｎ（π／２−θ）の関係が満たされる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のミスト生成装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のミスト生成装置と、
    基体を収容して加熱する加熱炉、
    を備えており、
    前記ミスト送出路の流出口が、前記加熱炉に接続されており、
    前記基体の表面に前記溶液の前記ミストを供給して、前記基体の前記表面に膜を成長させる、
    成膜装置。

Images