JP5166509B2 - 蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、フラッシュ蒸着用の蒸着装置に係り、さらに詳細には、蒸着圧力と膜均一度を向上させた蒸着装置に関する。

液体（単一あるいは複合組成の）に対するフラッシュ蒸着方法は、超音波ノズルを使用して、液体を小さな液滴に微細噴霧化させ（ａｔｏｍｉｚｉｎｇ）、高温に保持される容器（蒸着器）で分散させる。前記液滴は、蒸着器の壁と接する時に沸騰せず、直ちに気体状態に変わる。この過程は、前記液体の個別組成が分離されるか、蒸留されることを防止し、気相（ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ）の均質な液体組成物を保持させる。このようなフラッシュ蒸着過程は、例えば、 特許文献１及び特許文献２に開示されている。

前記方法で１つの問題点は、前記液体を小さな液滴に微細噴霧化させる過程が常に一定ではないので、長時間気相によって変わる液体の量を変化させるということである。フラッシュ蒸着方法についての従来の技術では、蒸気がノズルに移送され、前記ノズルを経て前記蒸気が直接基板に向かい、その表面で濃縮されて液体薄膜を形成させる。この際、前記蒸気量の変動（これは蒸着器圧力により測定される）は、前記基板に到達する蒸気流れの変化を招き、つまり、濃縮された液体層の厚さを変化させる問題を引き起こす。

このような問題についての解決策として、ノズル経由前の蒸気圧を均一化するために蒸着器内にバッフルを設ける方法があった。前記バッフルの使用は、例えば、特許文献３ に開示されている。しかし、内部バッフルの使用は、蒸気変動を部分的にしか減らせない。さらに、この方法は、複雑であり、かつ蒸着器の製造コストが高くなる。

均一な液体膜を基板上に形成するために、蒸着器内の圧力は、できるだけ短時間に正常状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）条件に到達しなければならない。これは別途のコーティング処理時間を減らし、処理量を増大させる。正常状態条件に到達するのに必要な時間を減らすための方法として、蒸気を基板に吐出させる蒸気ノズルの開口を狭める方法がある。しかし、この方法が、蒸着器の正常状態圧力への到達時間を短縮するにも拘らず、このような蒸気ノズルを加工しにくく、価格も高く、かつ製造が難しい。

米国特許４，９５４，３７１号 米国特許４，８４２，８９３号 米国特許５，９０２，６４１号

本発明は、前記問題点及びその他の問題点を解決するために案出されたものであって、基板に到達する蒸気量の変化を減らす蒸着器を提供することを目的とする。

本発明はまた、正常状態にさらに速く到達できる低費用の蒸着器を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、液体流入口と蒸気流出口とを有する気化チャンバと、前記蒸気流出口に備えられた蒸気ノズルと、前記気化チャンバと前記蒸気ノズルとの間に位置し、前記蒸気ノズルの吐出口を通じたコンダクタンスが変化しないようにしつつ、前記気化チャンバ内の圧力を増大させるカラーとを含む蒸着装置を提供する。

前記カラーは、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有しうる。

前記カラーは、前記蒸気流出口に挿入可能な第１部分を含みうる。

前記カラーは、環状リングを含みうる。

前記第１部分は、外側に延びた部分をさらに含みうる。

前記第１部分は、環状フランジを備えた環状リングを含みうる。

前記外側に延びた部分は、少なくとも１つのタブを含みうる。

前記第１部分は、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有しうる。

前記カラーは、前記蒸気流出口に挿入される第１部分を含む第１カラーと、前記第１部分に挿入される第２カラーを含み、前記第２カラーは、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有しうる。

前記カラーは、前記蒸気流出口に挿入される第１部分及び前記第１部分に連結された第２部分を含み、前記第２部分は、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有しうる。

前記第１部分は、フランジを有し、前記第２部分は前記フランジに連結されうる。

前記フランジは、前記カラーから外側に延びたものであり得る。

前記フランジは、前記カラーから内側に延びたものであり得る。

前記フランジは、前記カラーから内側及び外側に延びたものであり得る。

前記第２部分は、前記第１部分に着脱可能に連結されたものであり得る。

前記第２部分は、前記第１部分に永久的に連結されたものであり得る。

前記第１部分は、環状リングを含みうる。

前記第１部分は、環状フランジを備えた環状リングを含みうる。

前記第２部分は、第２環状フランジを含み、前記第２環状フランジは、前記環状フランジに連結され、前記第２環状フランジは、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有しうる。

前記第１部分は、外側に延びた部分をさらに含みうる。

前記外側に延びた部分は、少なくとも１つのタブを含みうる。

前記カラーは、着脱可能なものであり得る。

本発明の一側面によれば、液体流入口と蒸気流出口とを有し、前記蒸気流出口の断面積より大きな断面積を有する気化チャンバと、前記蒸気流出口に備えられて、前記蒸気流出口の断面積より小さな断面積を有する蒸気ノズルと、前記気化チャンバと前記蒸気ノズルとの間に位置し、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有する着脱可能なカラーを含む蒸着装置を提供する。

本発明によれば、蒸着器内の圧力が増大し、ノズルのコンダクタンスがほとんど変わらない。これにより、微細噴霧化過程での変化に対する衝撃を減らしうる。

蒸着器の一実施例を示す断面図である。 カラーの一実施例の断面図である。 カラーの他の一実施例の断面図である。 カラーのさらに他の一実施例の断面図である。 カラーのさらに他の一実施例の断面図である。 カラーのさらに他の一実施例の断面図である。 カラーのさらに他の一実施例の断面図である。 カラーのさらに他の一実施例の断面図である。 カラーのさらに他の一実施例の断面図である。

以下、添付した図面に示された本発明の望ましい実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

ノズルのコンダクタンスは、基板に到達する蒸気量の変化を減らす際に重要な要素となる。前記コンダクタンスは、与えられた圧力差において、ノズルの開口を通過できる蒸気の量である。前記コンダクタンスを変化させうる最も簡単な方法は、前記ノズル開口の大きさを変化させることである。また、チューブや平行に離隔されている板を用いても良い。

本発明の一実施例において、気化チャンバと、蒸気を基板に吐出させる蒸気ノズルとの間にカラー（ｃｏｌｌａｒ）が備えられている。前記カラーは、小さな穴のような収縮部を形成して前記蒸気ノズルの出口を狭め、これにより、前述した蒸気ノズルの開口に対して加えられる制限と同じ制限を加えるようにしたものである。その結果、前記蒸気ノズル出口の大きさが変化しなくとも、蒸着器圧力が増加する。これは、蒸着装置にさらに多量の蒸気が収容されているために、液体を小さな液滴に噴霧する過程（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）での変化と関連して、蒸着装置圧力の均一性を向上させる。結果的に、前記噴霧過程でのいかなる変動も全体蒸気の非常に小さな部分を示す。同時に、前記蒸気ノズルでの蒸気流れ量が同一であり、ノズルスリットを通じるコンダクタンスが変わらないために、前記蒸気ノズルでの蒸気圧力は変わらない。これにより、蒸着過程（基板に対する平均液体蓄積速度）が変わらなくなり、さらに一貫し、かつ均一な薄膜を蒸着できるようになる。したがって、前記カラーは、前述した従来技術で発見された問題を低い費用で解決しうる。

本発明のさらに他の特徴は、蒸着装置の圧力を安定化させれば、膜厚を所望通り変化させうるように、圧力を調節可能なフィードバックが可能であるということである。前述したように、流体流れ調節システムの応答時間が遅いので、短時間に生じる変動は、前記フィードバックを難しくする。前記流体流れ調節システムの一例において、前記流れの速度は、流体を収容するピストンポンプの排気速度により調節される。前記ポンプは、配管により蒸着器の噴霧ノズルに連結されている。前記ポンプの排気速度での変化に対する前記流れ速度のタイムラグ（遅延時間）は、前記蒸着器圧力の変動周期と類似している。このために、前記圧力変動を減らせる安定したフィードバックシステムを提供し難い。

図１は、蒸着装置１０を示しているが、液体流入口２０を備えた気化チャンバ１５を含む。これは、モノマー、オリゴマ、レジンなど多様な流体システムに適用されうるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。噴霧器２５を含む。前記噴霧器２５は、超音波によって前記液体流入口２０を通じて流入された液体を小さな粒子または液滴に噴霧化しうる。しかし、本発明は、必ずしもこれに限定されず、前記噴霧器２５が超音波以外に他の手段により液体を液滴に噴霧化することも含む。前記気化チャンバ１５の表面３５を加熱するヒーター３０を含む。前記噴霧器２５を通過したモノマーの流れは、粒子または液滴に噴霧化され、前記粒子または液滴は、前記加熱された表面３５と衝突して、蒸気または複合蒸気としてフラッシュ蒸発される。前記蒸気は、蒸気流出口４０を通過した後、蒸気ノズル４５の外に流れて、コーティングされる基板６０の表面で濃縮されて液体薄膜６２を形成する。前記液体薄膜６２が硬化されれば、有機物薄膜を形成する。

前記蒸気流出口４０の断面積Ａ１は、前記気化チャンバの断面積Ａ２より小さい。そして、前記蒸気ノズル４５は、前記蒸気流出口４０の断面積Ａ１より小さな断面積Ａ３を有する。

前記気化チャンバ１５と蒸気ノズル４５との間には、カラー５０が備わる。前記カラー５０は、図２から分かるように、前記蒸気ノズル４５の断面積Ａ３より小さな断面積Ａ４を有する。本発明の一実施例によれば、前記カラー５０は、前記蒸気出口４０に付着されうる。この場合、前記カラー５０は、その内部開口の大きさを変更させる必要のない場合となり、この際、前記蒸気出口４０に永久的に付着されうる。前記カラー５０は、パイプ状で形成され、前記蒸気出口４０に摩擦力により結合されるか、溶接などの方法で接合されうる。

このようなカラー５０によって、前記気化チャンバ１５から抜け出る蒸気の量は、前記蒸気ノズル４５を縮めずとも、減らしうる。

前記カラー５０は、図３から分かるように、パイプ状の第１部分７０を含む第１カラー５１と、前記第１部分７０の内部に挿入される別途の第２カラー５２とを含みうる。前記第２カラー５２は、第１部分７０の内部に固定され、前記カラー５０をして２段の内部断面積を有させる。この場合、カラー５０は、第２カラー５２による断面積Ａ４１と、第１部分７０による断面積Ａ４２とを有し、前記第２カラー５２による断面積Ａ４１が、第１部分７０による断面積Ａ４２より小さい。前記第２カラー５２による断面積Ａ４１が気化チャンバ１５の内部を向かうように配されうるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、蒸気ノズル４５に向けて配されうる。図示していないが、前記第１部分７０の内部には、直径の異なる複数のカラーを順に挿設させ、カラー５０の内部断面積を多段に形成させうる。これにより、気化チャンバ１５内の圧力を自由に調節できるようになる。

この場合、前述したように、前記第２カラー５２により気化チャンバ１５内の圧力調節が円滑になると共に、前記第１部分７０では、蒸気流れの流通がさらに円滑になって、蒸気ノズル４５で円滑な蒸気吐出がなされるようにしうる。

前記カラー５０は、着脱可能に備えられて、前記蒸気流出口４０に容易に挿入され、容易に除去されうる。

前記カラー５０は、除去されうるが、すなわち、前記蒸着装置１０または前記蒸気流出口４０に永久的に付着され得ない。例えば、前記カラー５０は、前記蒸気流出口４０に対して挿入／除去されうる。通常、前記カラー５０は、前記蒸気流出口４０に簡単に滑り込んで、第１部分７０の外面と蒸気流出口４０との摩擦力によって固定されうる。しかし、前記着脱可能な連結は、必ずしもこれに限定されるものではなく、スクリュー、ねじ加工されたヘリカル表面、突起と溝、テーパ連結、バヨネット連結（ｂａｙｏｎｅｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）及びスナップ連結などを含む。

モノマー混合物のための公式基準の１つは、現在の蒸着装置形状を使用する蒸発率と蒸着率である。着脱可能なカラーを使用すれば、前記着脱可能なカラーを変更することによって、蒸着装置の形状を簡単に変えることができる。これは、現在の形状を使用してよく蒸着されない混合物を蒸着可能にし、蒸着可能な混合物の範囲を広げうる。もし、特定モノマー混合物の粘度が高くて、比較的不均一に噴霧化されるならば、前記カラーの孔径が気化チャンバ内での圧力を増大させて、非常に長時間の噴霧化段階での変動を平準化可能となる。

図４ないし図９に着脱可能なカラーのさらに他の多様な実施例が示されている。

図４から分かるように、前記カラー５０は、第１部分７０と第２部分７５とを有するが、前記第１部分７０は気化チャンバ１５内部から前記蒸気流出口４０に挿入される。前記第１部分７０は、パイプ状に形成される。前記第１部分７０は、少なくともその端部に外側に延びた部分８０を有するが、これは、前記第１部分７０が前記蒸気流出口４０にさらに挿入されることを防止する。前記外側に延びた部分８０は、前記カラー５０の引出時に、カラー５０を把持可能にする。また、前記カラー５０の第２部分７５が、前記第１部分７０の外側に延びた部分８０に連結されうる。本実施例において、前記外側に延びた部分８０は、フランジ形状に備えられうる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、前記フランジ形状の代りに、図９から分かるように、１つ以上のタブ１００で備えられる。

前記カラー５０の第２部分７５は、蒸気流出口４０の断面積Ａ１より小さな断面積Ａ４１を有する。この際、図示していないが、互いに異なる開口サイズを有する一連の第２部分７５が同じ第１部分７０に対して使われうる。前記第２部分７５の断面積Ａ４１は、前記第１部分７０の断面積Ａ４２より小さく、前記第１部分７０の断面積Ａ４２も、前記蒸気流出口４０の断面積Ａ１より小さい。この場合、前述したように、前記第２部分７５により気化チャンバ１５内の圧力調節が円滑になると共に、前記第１部分７０では蒸気流れの流通がさらに円滑になり、蒸気ノズル４５で円滑な蒸気吐出をなしうる。

そして、第２部分７５の断面積Ａ４１を第１部分７０の断面積Ａ４２より大きくしうる。この場合、気化チャンバ１５内の圧力が多段に調節される効果が得られる。

前記カラー５０の第１部分７０は、環状（ａｎｎｕｌａｒ）フランジを有する環状リングになりうる。前記第２部分７５は、前記蒸気出口４０より小さな断面積Ａ４２を有する第２環状フランジになりうる。この際、前記第２部分７５の内側開口は円形になりうるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ギヤ状または波形をなしうる。

前記第１部分７０及び第２部分７５は、互いに永久的に連結されるか、着脱可能に連結されうる。着脱可能な連結は、同じ第１部分７０と１つ以上の第２部分７５とに対して適用可能である。しかし、着脱可能な連結は、必ずしもこれに限定されるものではなく、スクリュー、ねじ加工されたヘリカル表面、突起と溝、テーパ連結、バヨネット連結（ｂａｙｏｎｅｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）及びスナップ連結を含む。

図５は、前記カラー５０のさらに他の実施例を示す図面である。前記第２部分７５は、前記カラーの第１部分７０に挿入される部分８５を含む。前記第１部分７０及び第２部分７５は、互いに摩擦力または他の方法で固定されうる。このような連結は、異なる断面積を有する（すなわち、異なる壁厚を有する）異なる大きさの第２部分７５を挿入することによって、前記カラー５０の断面積を変化させる。

この場合、前記第１部分及び第２部分は、前述したように、分離可能に連結されている。本実施例において、第１部分７０はフランジがなく、第２部分７５に第２フランジが形成されているが、第１部分７０にもフランジがさらに備えられることは言うまでもない。前記第２部分７５のフランジも、図９から分かるように、少なくとも１つのタブ１００で備えられうる。

図６は、第２部分のないカラー５０の一実施例を示す図面である。前記第１部分７０は、気化チャンバ１５の内部から蒸気流出口４０に挿入されうる。外側に延びた部分９０は、前記カラー５０が前記蒸気流出口４０にさらに挿入されることを防止するように、少なくとも前記第１部分７０の気化チャンバ１５に向かう端部に備えられうる。適切な外側に延びた部分には、必ずしもこれに限定されるものではないが、フランジ及び／または１つ以上のタブを含む。本実施例において、前記第１部分７０は、前記カラー５０の断面積を縮め、さらに厚い壁を有する。この場合、互いに異なる断面積を有するマルチプルカラーが必要でありえる。

前記第１部分７０は、図７から分かるように、その内部が多段に加工されることもある。すなわち、前記第１部分７０は、厚い壁を有する部分７２と薄い壁を有する部分７３とで備えられうる。厚い壁を有する部分７２による断面積Ａ４１が薄い壁を有する部分７３による断面積Ａ４２より小さい。そして、厚い壁を有する部分７２による断面積Ａ４１及び薄い壁を有する部分７３による断面積Ａ４２は、いずれも蒸気流出口４０の断面積Ａ１より小さい。このような構造により、前述した図５の実施例と同じ効果が得られる。図７による実施例において、厚い壁を有する部分７０を気化チャンバ１５の内部に向かわせて配置したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、蒸気ノズル４５に向かわせて配置することもできる。

図８は、前記第１部分７０が外側に延びた部分９０と、断面積を減らす内側に延びた部分９５とをさらに備える。前記外側に延びた部分９０と内側に延びた部分９５は、フランジ形状に備えられうる。例えば、前記カラー５０は、環状リングになりうるが、このリングは、前記リングから外側及び内側に延びた環状フランジを備える。

図９は、さらに挿入されることを防止するためのタブ１００を備えたカラー５０を示す。第１部分７０に少なくとも１つのタブがあるが、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、またはそれ以上でありえる。マルチプルタブは、カラーが挿入されるか、除去される時、チルティングまたはジャミングによって動かないことを防止しうる。図９の実施例は、図４ないし図８の実施例にいずれも適用可能なことはいうまでもない。
前記カラー５０は、円筒形、四角形、長方形、三角形、多角形を有しうる。前記カラー５０は、前記蒸気流出口４０と同一形状であり得るが、他の形状でもあり得る。前記カラー５０は、一般的に円筒形になりうる。

前記カラー５０は、１つのピース（ｐｉｅｃｅ）として存在するか、２つ以上のピースでも存在しうる。前記カラーが２つ以上のピースで備えられる場合（すなわち、図３ないし図５のように）、異なる断面積を有するマルチプル構造の第２部分が備えられうる。もし、前記カラーが図２、図６ないし図８のように単一ピースで備えられる場合には、マルチプル構造のカラーが断面積の範囲を提供可能にしうる。

本発明は、図面に図示された実施例に基づいて説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によってのみ決まるべきである。

１０ 蒸着装置、
１５ 気化チャンバ、
２０ 液体流入口、
２５ 噴霧器、
３０ ヒーター、
３５ 表面、
４０ 蒸気流出口、
４５ 蒸気ノズル、
５０ カラー、
６０ 基板、
６２ 液体薄膜、
Ａ１〜Ａ４ 断面積。

Claims (23)

1. 液体流入口と蒸気流出口とを有する気化チャンバと、
   前記蒸気流出口に備えられた蒸気ノズルと、
   前記気化チャンバと前記蒸気ノズルとの間に位置し、前記蒸気ノズルの吐出口を通じたコンダクタンスが変化しないようにしつつ、前記気化チャンバ内の圧力を増大させるカラーと、を含む蒸着装置。
2. 前記カラーは、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
3. 前記カラーは、前記蒸気流出口に挿入可能な第１部分を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着装置。
4. 前記カラーは、環状リングを含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸着装置。
5. 前記第１部分は、外側に延びた部分をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸着装置。
6. 前記第１部分は、環状フランジを備えた環状リングを含むことを特徴とする請求項５に記載の蒸着装置。
7. 前記外側に延びた部分は、少なくとも１つのタブを含むことを特徴とする請求項５に記載の蒸着装置。
8. 前記第１部分は、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の蒸着装置。
9. 前記カラーは、前記蒸気流出口に挿入される第１部分を含む第１カラーと、前記第１部分に挿入される第２カラーと、を含み、前記第２カラーは前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
10. 前記カラーは、前記蒸気流出口に挿入される第１部分、及び前記第１部分に連結された第２部分を含み、前記第２部分は、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
11. 前記第１部分は、フランジを有し、前記第２部分は、前記フランジに連結されたことを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
12. 前記フランジは、前記カラーから外側に延びたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
13. 前記フランジは、前記カラーから内側に延びたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
14. 前記フランジは、前記カラーから内側及び外側に延びたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
15. 前記第２部分は、前記第１部分に着脱可能に連結されたことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の蒸着装置。
16. 前記第２部分は、前記第１部分に永久的に連結されたことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の蒸着装置。
17. 前記第１部分は、環状リングを含むことを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
18. 前記第１部分は、環状フランジを備えた環状リングを含むことを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
19. 前記第２部分は、第２環状フランジを含み、前記第２環状フランジは、前記環状フランジに連結され、前記第２環状フランジは、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有することを特徴とする請求項１８に記載の蒸着装置。
20. 前記第１部分は、外側に延びた部分をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
21. 前記外側に延びた部分は少なくとも１つのタブを含むことを特徴とする請求項２０に記載の蒸着装置。
22. 前記カラーは、着脱可能であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の蒸着装置。
23. 液体流入口と蒸気流出口とを有し、前記蒸気流出口の断面積より大きな断面積を有する気化チャンバと、
    前記蒸気流出口に備えられ、前記蒸気流出口の断面積より小さな断面積を有する蒸気ノズルと、
    前記気化チャンバと前記蒸気ノズルとの間に位置し、前記蒸気ノズルの断面積より小さな断面積を有する着脱可能なカラーと、を含む蒸着装置。

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