WO2020213104A1

WO2020213104A1 - 気化器およびその製造方法

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Publication number: WO2020213104A1
Application number: PCT/JP2019/016527
Authority: WO
Inventors: 鈴木　裕; 斎藤　隆
Original assignee: 株式会社Ｗｅｌｃｏｎ
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-10-22
Also published as: EP3958294A1; CN113692641A; JPWO2020213104A1; US20220154333A1; KR20210134022A; JP7360201B2; US11885017B2; EP3958294A4

Abstract

【課題】原料ミストを緻密な温度管理に下に加熱すること可能であるため、所望の温度に調整され、かつ温度のバラツキが非常に少ない気体原料を得ることができ、さらに析出物をほとんど発生させない気化器の提供。【解決手段】原料ミストを加熱して気化することで成膜用の気体原料を得る気化器であって、前記原料ミストが流通する第１流路および前記原料ミストを加熱する熱媒体が流通する第２流路を金属材料からなる主部の内部に有し、前記第１流路の断面の等面積円相当径が５ｍｍ以下、前記第２流路の断面の等面積円相当径が２ｍｍ以下であり、前記主部の内部において１つの第１流路と、その隣に存在する別の第１流路との間に、第２流路以外の空隙が存在しない、成膜用の気体原料を得る気化器。

Description

気化器およびその製造方法

　本発明は気化器およびその製造方法に関する。

　気体原料を用いて対象物の表面に膜を形成する方法として、例えばＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法が挙げられる。例えば半導体デバイスの製造プロセスでは、通常、いくつかの薄膜をＣＶＤ法によってウェハ上に形成する。ウェハ上に形成された薄膜上にＣＶＤ法によってエッチングガスを吹き付けることで薄膜の一部を除去し、パターニングを行う場合もある。

　ＣＶＤ法等において薄膜材料またはエッチング材として用いられる気体原料を得るための手段として、従来、いくつかが提案されている。

　例えば特許文献１には、液槽に貯められた液体原料をバブリング方式により気化する液体原料の気化方法であって、所定の流量のキャリアガスにより前記液槽内の前記液体原料をバブリングにより気化させ、高濃度の原料ガスを発生させる工程と、高濃度の前記原料ガスを希釈用ガスと混合させ、高濃度の前記原料ガスを所定の濃度の前記原料ガスに希釈させる工程と、所定の濃度となった前記原料ガスが所定の流量となるように流量制御を行い、被処理物に所定の処理を行う処理室に流量制御された所定の濃度の前記原料ガスを導入する工程とを有することを特徴とする液体原料の気化方法が記載されている。そして、このような方法によると、所定の濃度の原料ガスを低流量であっても高精度に制御しながら安定して供給することができ、また、平坦化プロセスにおけるＣＶＤ装置などに用いることにより、安定した低濃度のドーピングを行うことができ、絶縁膜の信頼性を向上させることができると記載されている。

　例えば特許文献２には、キャリアガス中に２種以上の原料溶液を微粒子状又は霧状に分散させるところの一つのガス通路を有するオリフィス管と、前記オリフィス管の前記ガス通路に連通されたところの前記２種以上の原料溶液を互いに分離して供給する複数の原料溶液用通路と、前記オリフィス管に前記キャリアガスを前記２種以上の原料溶液それぞれと互いに分離して供給するキャリアガス用通路と、前記オリフィス管で分散された前記２種以上の原料溶液を気化する気化管と、を有し、前記オリフィス管のガスを噴出する噴出部が前記気化管内に挿入され、前記噴出部が先側に行くほど外径が小さくなる凸形状に形成されたことを特徴とするＣＶＤ用気化器が記載されている。そして、このようなＣＶＤ用気化器によると、多種の原料溶液をキャリアガス中に微粒子状又は霧状に分散させ得ることができ、目詰まりが生じにくくすることができ、ＣＶＤ用の原料溶液の流量を長期間にわたり精度よく制御することができるＣＶＤ用気化器を提供することができると記載されている。

　例えば特許文献３には、ヒータにより加熱された気化室と、前記気化室の下端部に配置され、ヒータにより加熱された一次フィルタと、流量調節された液体原料を前記気化室の上方から前記一次フィルタに向けて滴下する液体原料供給部と、キャリアガスを前記一次フィルタの下面へ導くキャリアガス導入路と、前記キャリアガスおよび気化された前記液体原料との混合ガスを前記気化室の上部から排出するための原料導出路とを備えることを特徴とする気化器が記載されている。そして、このような気化器によると、一次フィルタで液体原料を気化させるとともにミスト化し、さらに気化室においてミストを気化させることができるため、単に熱を加えるだけの従来の気化器に比べて、高い気化効率を発揮し、気化効率が高いことにより、低い温度でも液体原料を気化することができ、熱分解性の高い液体原料であっても気化器内部の熱分解生成物および重合物の堆積および流路の閉塞を防止することができるとともに、大量の液体原料を気化することができると記載されている。

　例えば特許文献４には、液体原料或いは液体原料とキャリアガスとの混合ガスを加熱するためのヒーターが埋め込まれた円形の気化室形成用孔を有するアウターブロックと、前記液体原料或いは前記液体原料と前記キャリアガスとの混合ガスを加熱するためのヒーターが埋め込まれ、前記気化室形成用孔よりもわずかに直径の小さい円筒形のインナーブロックと、前記気化室形成用孔と前記インナーブロックとで構成される気化流路に前記液体原料或いは前記液体原料と前記キャリアガスとの混合ガスを導入する導入孔と、該気化流路から気化された液体原料ガス或いは気化された液体原料ガスと前記キャリアガスとの混合ガスを排出する導出孔が前記アウターブロックに形成されていることを特徴とする気化器が記載されている。そして、そのような気化器によると、気化室形成用孔とインナーブロックとで形成された間隙幅の狭いスリット状の気化流路による温度境界層効果と円弧による遠心力効果で、器壁からの混合ガスへの効率的な給熱が可能となり、更には断熱膨張と該断熱膨張領域へのヒーターによる急速な給熱などの相乗効果により、液体原料の完全な気化を実現できると記載されている。

特開平９－１８１０６１号公報特許第３８９６５９４号公報特開２００７－１００２００７号公報特開２０１３－２３７００号公報

　しかしながら、特許文献１～４に例示したような従来法では、緻密な温度管理が困難であるため、所望の温度に調整された気体原料を得ることは困難であり、所望の温度とは異なる温度の気体原料が得られる傾向があった。また、気体原料の温度のバラツキも大きかった。さらに、気化器内に固体原料等の析出物が生じてしまう場合もあった。

　本発明は、上記の課題を解決することを目的とする。
　すなわち、所望の温度に調整され、かつ温度のバラツキが非常に少ない気体原料を得ることができ、さらに析出物をほとんど発生させない、あるいは生じても堆積しにくい気化器を提供することを目的とする。所望の温度に調整され、かつ温度のバラツキが非常に少ない気体原料を得ることができる場合、気化器を小型化できると考えられる。また、そのような気化器の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
　本発明は以下の（１）～（７）である。
（１）原料ミストを加熱して気化することで成膜用の気体原料を得る気化器であって、
　前記原料ミストが流通する第１流路および前記原料ミストを加熱する熱媒体が流通する第２流路を金属材料からなる主部の内部に有し、
　前記第１流路の断面の等面積円相当径が５ｍｍ以下、前記第２流路の断面の等面積円相当径が２ｍｍ以下であり、
　前記主部の内部において１つの第１流路と、その隣に存在する別の第１流路との間に、第２流路以外の空隙が存在しない、
　成膜用の気体原料を得る気化器。
（２）前記原料ミストが流れる方向に対して垂直方向における前記主部の断面において、
　前記熱媒体が蛇行しながら流通している方向を左右方向とした場合に、前記第１流路の孔が左右方向に列状に並んでおり、かつ、列状の孔が上下方向に層をなすように配置されていて、
　上下方向に隣り合う列状の孔の層の間に前記第２流路が存在し、前記第２流路と前記第１流路とは繋がっておらず、前記第２流路は上下方向から挟まれる列状の孔の層における前記第１流路の孔を回避するように上下方向に蛇行している、
　上記（１）に記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
（３）前記第１流路をその長手方向において複数の部位に分けた場合に、前記第１流路の内部に存する前記原料ミストの温度を、それら部位ごとに調整できるように構成されている、上記（１）または（２）に記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
（４）前記主部における前記原料ミストが流入する孔が形成されている面を入側面とし、前記主部における前記気体原料が排出される孔が形成されている面を出側面とした場合に、前記入側面から前記出側面へ向かって、その内部に存する前記第１流路の等面積円相当径が徐々に変化している、上記（１）～（３）のいずれかに記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
（５）前記第１流路が鉛直方向となるように配置した場合に、前記第２流路は水平方向に形成されており、これらが直行している、上記（１）～（４）のいずれかに記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
（６）前記主部の外面と、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一部との間に空隙を有し、内部の熱が外部へ放出され難くなるように構成されている、上記（１）～（５）のいずれかに記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
（７）複数枚の金属製板材を用意し、その主面上に前記第２流路の一部となる溝を形成し、さらにその一方の主面から他方の主面へ貫通する前記第１流路の一部となる貫通孔を形成する工程と、
　前記金属製板材の主面同士を密着させて拡散接合によって結合する工程とを備え、
　上記（１）～（６）のいずれかに記載の気化器を得る、気化器の製造方法。

　本発明によれば、原料ミストを緻密な温度管理の下に加熱すること可能であるため、所望の温度に調整され、かつ温度のバラツキが非常に少ない気体原料を得ることができ、さらに析出物をほとんど発生させない気化器を提供することができる。また、そのような気化器の製造方法を提供することができる。

本発明の気化器の一態様を示す概略斜視図である。本発明の気化器が備え得る供給部の一態様を示す概略斜視図である。図２に示した態様のＡ－Ａ´線断面図である。本発明の気化器が備え得る主部の一態様を示す概略斜視図である。図４に示した態様のＢ－Ｂ´線断面図である。本発明の気化器が備え得る主部の別の一態様を示す概略斜視図である。図６に示した主部の分離した状態を示す概略斜視図である。本発明の気化器の主部の断面の一態様を示す概略図である。本発明の気化器の主部の断面の別の一態様を示す概略図である。本発明の気化器には相当しない、主部の断面の一態様を示す概略図である。本発明の気化器には相当しない、主部の断面の別の一態様を示す概略図である。本発明の気化器には相当しない、主部の断面のさらに別の一態様を示す概略図である。本発明の気化器が備え得る主部の別の一態様を示す概略斜視図である。図１３に示した態様のＣ－Ｃ´線断面図である。図１３に示した態様のＣ－Ｃ´線断面図である。本発明の気化器が備え得る主部の別の一態様の断面を示す概略図である。本発明の気化器が備え得る主部のさらに別の一態様の断面を示す概略図である。図４に示した態様のＤ－Ｄ´線断面図である。図１８に示した態様の第１流路を他へ置き換えた態様を示す概略断面図である。図１８に示した態様の第１流路を他へ置き換えた、別の態様を示す概略断面図である。図１８に示した態様の第１流路を他へ置き換えた、さらに別の態様を示す概略断面図である。本発明の気化器が備え得る排出部の一態様を示す概略斜視図である。図２２に示した態様のＥ－Ｅ´線断面図である。本発明の気化器の好適態様を示す概略斜視図である。図２４に示した態様のＦ－Ｆ´線断面図である。図２４に示した態様のＧ－Ｇ´線断面図である。図２４に示した態様のＨ－Ｈ´線断面図である。本発明の製造方法を説明するための概略斜視図である。本発明の製造方法の続きを説明するための概略斜視図である。別の本発明の製造方法を説明するための概略斜視図である。

　本発明について説明する。
　本発明は、原料ミストを加熱して気化することで成膜用の気体原料を得る気化器であって、前記原料ミストが流通する第１流路および前記原料ミストを加熱する熱媒体が流通する第２流路を金属材料からなる主部の内部に有し、前記第１流路の断面の等面積円相当径が５ｍｍ以下、前記第２流路の断面の等面積円相当径が２ｍｍ以下であり、前記主部の内部において１つの第１流路と、その隣に存在する別の第１流路との間に、第２流路以外の空隙が存在しない、成膜用の気体原料を得る気化器である。
　このような気化器を、以下では「本発明の気化器」ともいう。

　また、本発明は、複数枚の金属製板材を用意し、その主面上に前記第２流路の一部となる溝を形成し、さらにその一方の主面から他方の主面へ貫通する前記第１流路の一部となる貫通孔を形成する工程と、前記金属製板材の主面同士を密着させて拡散接合によって結合する工程とを備え、本発明の気化器を得る、気化器の製造方法である。
　このような気化器の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。

＜本発明の気化器＞
　本発明の気化器について説明する。
　本発明の気化器は、原料ミストを加熱して気化することで、成膜用の気体原料を得る気化器である。

　本発明の気化器が加熱する対象物である原料ミストは、ミスト化された液体原料を含み、ミスト化された液体原料とキャリアガスとの混合物であることが好ましい。
　ここでキャリアガスおよび液体原料の種類は特に限定されず、例えば半導体デバイスの製造プロセスの一部として、ＣＶＤ法によって薄膜を形成する際や薄膜の一部をエッチングする際に、従来用いられているキャリアガスおよび液体原料であってよい。

　例えばキャリアガスとしては、窒素、アルゴン等の不活性ガスや、水素が挙げられる。

　例えば液体原料としては、シアン、フッ化物、インジウム、ガリウム、アルミニウム、タンタル等を含む溶液が挙げられる。インジウム、ガリウム、アルミニウム、タンタル等の溶液は、成膜用に用いることができる。
　一方、シアン、フッ化物等の溶液は、形成された薄膜の一部を除去するパターニングに用いることができる。
　液体原料としてシアン、フッ化物などのエッチングガスを用いる場合、後述する主部は耐腐食性に優れる金属材料（チタン、ステンレス等）からなることが好ましい。

　原料ミストは、このような液体原料がミスト化されたものを含む。
　液体原料をミスト化する方法は特に限定されず、例えば従来公知の方法であってよい。具体的には例えば、キャリアガスおよび液体原料を噴霧器へ導入して、キャリアガス内に霧状の液体原料が分散しているミストを得る方法が挙げられる。

　原料ミストはキャリアガスおよびミスト化された液体原料以外のものを含んでもよい。例えばミスト化が不十分であったために、ミスト状になっていない液体原料を原料ミストは含んでもよい。

　本発明の気化器は、例えば図１に示す構成を備えている。
　図１は、本発明の気化器の好適態様を示す概略斜視図である。
　図１において本発明の気化器１０は、原料ミストが流通する第１流路１および原料ミストを加熱する熱媒体が流通する第２流路２を内部に有する主部１２を有し、さらに主部１２へ原料ミストを供給するための供給部１４と、主部１２から排出された気体原料を集め、系外へ排出する排出部１６とを有する。

［供給部］
　図２は図１に示した供給部１４の概略斜視図であり、図３は図２におけるＡ－Ａ´線断面図である。
　図２、図３に示すように、供給部１４は原料ミストが導入される導入孔１４１を備える。そして、導入孔１４１から供給部１４の内部へ導入された原料ミストは、供給部１４から排出された後、主部１２へ供給される。
　図２、図３に示した供給部１４は、導入孔１４１から導入された原料ミストが主部１２の表面に形成されている複数の第１流路１の入口１Ｐinへ、可能な限り均等に供給されるように構成されている。具体的には、図３に示すように、原料ミストの流路１４３の断面径（ｒ₁₄）が、供給部１４の内部において、徐々に広がるように構成されている。
　供給部１４は、主部１２と同様に金属材料からなることが好ましい。
　なお、本発明の気化器は供給部を備えることが好ましい。

［主部］
　図４は図１に示した主部１２の概略斜視図であり、図５は図４におけるＢ－Ｂ´線断面図である。
　図４、図５に示すように、主部１２は原料ミストが流通する第１流路１および原料ミストを加熱する熱媒体が流通する第２流路２を内部に有する。

　図４、図５に示した態様では、第１流路１が鉛直方向となるように配置した場合に、第２流路２は水平方向に形成されており、これらが直行している。このような態様は本発明の気化器の主部として好ましい。

　主部はいくつかに分離可能に構成されていてもよく、１つの主部と別の主部との間に例えばスペーサーを挟んでもよい。
　図６は３つの主部１２ａ、１２ｂ、１２ｃがスペーサー９ａ、９ｂを挟んでいる態様を示す概略斜視図であり、図７はそれを分離した状態を示す概略斜視図である。
　スペーサー９ａ、９ｂは例えば板状であってよく、その一方の主面から他方の主面への貫通孔９１が形成されている。主部１２ａから排出された原料ミストの全てがスペーサー９ａに形成された貫通孔９１に集まることで、原料ミストの温度や成分等がより均一化される。
　図６、図７に示すように、主部がいくつかに分離可能に構成されていると、第１流路等の内部を、必要に応じて掃除することが容易になる。
　なお、図６、図７では３つの主部と２つのスペーサーを備える場合を例示している。主部とスペーサーの数は特に限定されない。当然、図４に示した態様のようにスペーサーを備えなくてもよい。

　スペーサーは主部と同じ材料からなることが好ましい。ただし、主部とは異なる金属や有機物等からなるものであってもよい。

　ここで第２流路２を流通する熱媒体は、第１流路を流通する原料ミストを加熱することができる流体であれば特に限定されない。例えば加熱蒸気、オイル等が挙げられる。熱媒体の温度も特に限定されない。例えば２００～３００℃のオイルを熱媒体として用いることができる。

　図４～図７に示すように、供給部１４から供給された原料ミストは、主部１２の表面に形成されている複数の第１流路１の入口１Ｐinから第１流路１の内部へ入る。そして、原料ミストは第１流路１の内部を出口１Ｐoutへ向かって移動する過程で第２流路２内の熱媒体から熱を受け、出口１Ｐoutから排出されるときには、原則として気体になっている。

　本発明の気化器において主部は金属材料からなる。例えば耐食性の合金（チタン、インコネル、ハステロイ（ニッケル基合金）やステンレス（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）等の金属材料からなってもよい。すなわち、金属材料とプラスチック材料とを組み合わせて構成されるようなことはない。
　ここで主部は、２種類以上の金属材料からなってよいが、１種類の金属材料からなることが好ましい。
　このような金属材料からなり、内部に微細な流路を備える主部は、金属製板材の主面同士を密着させて拡散接合によって結合する工程を備える方法によって製造することができる。

　また、主部の内部には、原則として、第１流路または第２流路以外の空隙は存在しない。したがって、主部の内部において１つの第１流路と、その隣に存在する別の第１流路との間に、第２流路以外の空隙は存在しない。
　これについて、図８～図１２を用いて説明する。
　図８、図１０、図１１および図１２は、いずれも第１流路と第２流路とが垂直に交差している場合を示している。図９は、図８における直線的な第２流路が、蛇行したものに置き換わった態様を示している。

　図８は本発明の気化器の主部における第１流路と垂直な断面（第２流路と水平な断面）を表している。図５の一部拡大図と考えてもよい。図８に示す態様において第１流路の孔は、Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐd、Ｐe、Ｐf、Ｐg、Ｐh、Ｐi、Ｐj、Ｐk、Ｐlと示されている。また、図８において第２流路は２a、２b、２c、２dと示されている。また、図８における斜線部は金属材料が存在していることを意味している。すなわち、図８において空隙は第１流路および第２流路のみである。

　図８において、例えば第１流路の孔Ｐfの隣に存在する別の第１流路の孔は、孔Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐe、Ｐg、Ｐi、Ｐj、Ｐkである。
　図８から明らかなように、孔Ｐe、Ｐgのいずれかと孔Ｐfとの間は金属材料で満たされており、空隙は存在しない。
　また、孔Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐi、Ｐj、Ｐkのいずれかと孔Ｐfと間には第２流路は存在しているが、それ以外には空隙は存在しない。

　図８に示す矢印は熱の移動を概念的に示している。図８に示すような態様であると、第２流路（２a、２b、２c、２d）内の熱媒体から第１流路内の原料ミストへの伝熱が効率よく行われる。

　図９は本発明の気化器の主部における第１流路と垂直な断面を表している。前述の図８における第２流路が直線的ではなく、蛇行するものに代わった態様を示している。
　図９に示す態様において第１流路の孔は、Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐd、Ｐe、Ｐf、Ｐg、Ｐh、Ｐi、Ｐj、Ｐkと示されている。また、図９において第２流路は２a、２b、２c、２dと示されている。また、図９における斜線部は金属材料が存在していることを意味している。すなわち、図９において空隙は第１流路および第２流路のみである。

　図９において、例えば第１流路の孔Ｐfの隣に存在する別の第１流路の孔は、孔Ｐb、Ｐc、Ｐe、Ｐg、Ｐi、Ｐjである。
　この場合も、図８に示した態様の場合と同じように、孔Ｐb、Ｐc、Ｐe、Ｐg、Ｐi、Ｐjのいずれかと孔Ｐfと間は金属材料で満たされているか、または第２流路（２b、２c）のみが存在しているかのいずれかである。

　図９に示す矢印は熱の移動を概念的に示している。図９に示すような態様であると、第２流路（２a、２b、２c、２d）内の熱媒体から第１流路内の原料ミストへの伝熱が効率よく行われる。

　図１０は本発明の気化器の主部には該当しない。
　図１０はパイプ状の第１流路と第２流路とが格子状に組まれ、それらの接点で固定されたものである。
　図１０に示す態様において第１流路の孔は、Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐd、Ｐe、Ｐf、Ｐg、Ｐh、Ｐi、Ｐj、Ｐk、Ｐlと示されている。また、図１０において第２流路は２a、２b、２c、２dと示されている。

　図１０において、例えば第１流路の孔Ｐfの隣に存在する別の第１流路の孔は、孔Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐe、Ｐg、Ｐi、Ｐj、Ｐkである。
　図１０から明らかなように、孔Ｐfと孔Ｐeとの間は空隙γが存在する。また、孔Ｐfと孔Ｐgとの間も同様に空隙δが存在する。

　図１０に示す矢印は熱の移動を概念的に示している。図１０に示すような態様であると、第２流路（２a、２b、２c、２d）内の熱媒体から第１流路内の原料ミストへの伝熱は、第２流路と第１流路との接点のみで行われる。したがって、伝熱効率が悪い。

　図１１は本発明の気化器の主部には該当しない。
　図１１は、前述の図１０の場合と同様にパイプ状の第１流路と第２流路とが格子状に組まれ、それらの接点で固定され、さらに第１流路同士もそれらの接点で固定されたものである。
　図１１に示す態様において第１流路の孔は、Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐd、Ｐe、Ｐf、Ｐg、Ｐh、Ｐi、Ｐj、Ｐk、Ｐlと示されている。また、図１１において第２流路は２a、２b、２c、２dと示されている。

　図１１において、例えば第１流路の孔Ｐfの隣に存在する別の第１流路の孔は、孔Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐe、Ｐg、Ｐi、Ｐj、Ｐkである。
　図１１から明らかなように、孔Ｐfと孔Ｐaとの間は空隙αおよびγが存在する。また、孔Ｐfと孔Ｐeとの間には空隙γおよびεが存在する。

　図１１に示す矢印は熱の移動を概念的に示している。図１１に示すような態様であると、第２流路（２a、２b、２c、２d）内の熱媒体から第１流路内の原料ミストへの伝熱は、第２流路と第１流路との接点のみで行われる。したがって、伝熱効率が悪い。

　図１２は本発明の気化器の主部には該当しない。
　図１２に示す態様が、前述の図１１に示した態様と異なる部分は、第１流路の断面形状である。すなわち、図１１に示した態様の第１流路は断面が円形であったが、図１２に示す態様の第１流路は断面が矩形である。それ以外は図１１に示した態様と同様であり、パイプ状の第１流路と第２流路とが格子状に組まれ、それらの接点で固定され、さらに第１流路同士もそれらの接点で固定されたものである。
　このような構成の場合、図１１に示した態様を比較すれば空隙は少なくなる傾向がある。しかし、パイプ同士を密着させても、図１２に示すように、それらの間にはある程度の隙間が形成される。図１２では、例えば空隙α、β、γ、δ、ε、ζが存在する。

　図１２に示す態様において第１流路の孔は、Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐd、Ｐe、Ｐf、Ｐg、Ｐh、Ｐi、Ｐj、Ｐk、Ｐlと示されている。また、図１２において第２流路は２a、２b、２c、２dと示されている。

　図１２において、例えば第１流路の孔Ｐfの隣に存在する別の第１流路の孔は、孔Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐe、Ｐg、Ｐi、Ｐj、Ｐkである。
　図１１から明らかなように、孔Ｐfと孔Ｐaとの間は空隙αおよびγが存在する。また、孔Ｐfと孔Ｐeとの間には空隙γおよびεが存在する。

　図１２に示す矢印は熱の移動を概念的に示している。図１２に示すような態様であると、第２流路（２a、２b、２c、２d）内の熱媒体から第１流路内の原料ミストへの伝熱は、第２流路と第１流路との接点のみで行われる。したがって、伝熱効率が悪い。

　図８～１２を例示して説明したように、本発明の気化器では主部の内部において１つの第１流路と、その隣に存在する別の第１流路との間に第２流路以外の空隙が存在しないので、第２流路内の熱媒体から第１流路内の原料ミストへの伝熱が効率よく行われる。

　本発明の気化器の主部の内部に存在する第１流路の断面の等面積円相当径（直径）は５ｍｍ以下であり、２ｍｍ以下であることが好ましい。また、１ｍｍ以上であることが好ましい。
　ここで本発明における等面積円相当径とは、第１流路の断面の図形の面積に相当する真円の直径を意味する。なお、第２流路の等面積円相当径についても同様とする。
　第１流路の断面の大きさが上記の範囲であると、圧力損失と伝熱性能のバランス、析出物の閉塞しにくさという点で好ましい。
　なお、第１流路の断面の形状は特に限定されない。円形、楕円形、矩形などであってよい。

　本発明の気化器の主部の内部に存在する第２流路の断面の等面積円相当径（直径）は２ｍｍ以下であり、１ｍｍ以下であることが好ましい。また、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
　第２流路の断面の大きさが上記の範囲であると、圧力損失と伝熱性能のバランスという点で好ましい。
　なお、第２流路の断面の形状は特に限定されない。円形、楕円形、矩形などであってよい。

　本発明の気化器は、前記原料ミストが流れる方向に対して垂直方向における前記主部の断面において、前記熱媒体が蛇行しながら流通している方向を左右方向とした場合に、前記第１流路の孔が左右方向に列状に並んでおり、かつ、列状の孔が上下方向に層をなすように配置されていて、上下方向に隣り合う列状の孔の層の間に前記第２流路が存在し、前記第２流路と前記第１流路とは繋がっておらず、前記第２流路は上下方向から挟まれる列状の孔の層における前記第１流路の孔を回避するように上下方向に蛇行している態様であることが好ましい。

　このような好ましい態様に相当する本発明の気化器として、以下に態様１、態様２、態様３を示す。

　態様１について、図１３～図１５を用いて説明する。
　図１３は、本発明の気化器における主部の好適態様（態様１）を示す概略斜視図であり、図１４は図１３におけるＣ－Ｃ'線断面図を示している。
　図１３に示した態様１の主部２０では、図１３に示すように、第１流路２１に直行する平面上に第２流路２２が形成されており、第２流路２２は、第１流路を回避するように蛇行している。
　なお、図１３、図１４において「２１ｐ」は第１流路の入口もしくは出口の孔または断面に現れた第１流路の孔を示しており、「２２ｐ」は第２流路の入口もしくは出口の孔を示している。

　図１３～図１５を用いて説明する好適態様（態様１）である主部２０は、下記［要件１］～［要件３］を満たす断面Ａを得ることができる。

［要件１］
　図１３、図１４に例示するような主部２０は、主部２０を原料ミストが流れる方向（第１流路が鉛直方向に直線状に伸びている場合は、その方向）に対して垂直の方向にて切断することで、図１４に例示するような断面Ａを得ることができる。
　なお、断面Ａは、主部２０における全ての第１流路に対して直角の方向の断面でなくてもよい。第１流路の構成によっては、全ての第１流路に対して直角の断面を得ることができない場合もありえる。そのような場合は、主部２０における第１流路の一部に対して（主部２０における、できるだけ多くの第１流路に対して）垂直の方向の断面を、主部２０における断面Ａとする。

　例えば図１３に示した主部２０の場合であれば、第１流路２１は直線的に形成されているので、この流路に対して垂直の方向の断面、すなわち、図１３におけるＣ－Ｃ'線断面が断面Ａとなり、これを図示すれば図１４のようになる。

　なお、図１３、図１４における第１流路および第２流路は理解を容易にするために極めて単純な構成の流路を図示している。例えば第２流路は、左右方向の端部において別の第２流路とつながっていてよい。

［要件２］
　要件２について図１５を用いて説明する。図１５は図１４と同様の断面Ａを示している。また、図１４では第１流路の孔を「２１ｐ」と示したが、図１５では「Ｐ_mk」（ｍおよびｋは１以上の整数とする）と示している。
　主部２０では、図１５に例示するように、断面Ａにおいて熱媒体が蛇行しながら流通している方向を左右方向とした場合に、第１流路の孔（Ｐ_mk）が左右方向に列状に並んでおり、かつ、列状の孔が上下方向に層をなすように配置されている。図１５では、左右方向に列状に孔（Ｐ_mk）が並んでおり、列状の孔が上下方向に孔の層が３層存在している。そして、それらの列状の孔の層を下方から上方へ第１層、第２層および第３層とし、第１層の孔を「Ｐ_1k」、第２層の孔を「Ｐ_2k」、第３層の孔を「Ｐ_3k」とする。つまり、ｍを層の番号とする。また、各層において孔は左から右へ「Ｐ_m1」、「Ｐ_m2」、「Ｐ_m3」・・・「Ｐ_mk」とする。つまり、ｋは同一層内の孔の番号（連番）とする。ここで、第１層に存在する「Ｐ_1k」の孔の直上には、第３層の「Ｐ_3k」の孔が存在するものとする。例えば、第１層に存在する「Ｐ₁₃」の孔の直上には、第３層の「Ｐ₃₃」の孔が存在するものとする。また、第１層に存在する「Ｐ_1k」の孔の左上には第２層の「Ｐ_2k」の孔が存在するものとする。例えば、第１層に存在する「Ｐ₁₃」の孔の左上には第２層の「Ｐ₂₃」の孔が存在するものとする。

　このような場合、上下方向に隣り合う列状の孔の層は第１層と第２層、および第２層と第３層となるが、隣り合う第１層と第２層とにおいて、第１流路の孔は左右方向では同じ位置に配置されていない。すなわち、第１層の孔の中心の直上に第２層の孔の中心は存在しない。第２層の孔は第１層における２つの孔の間に存在する。同様に、隣り合う第２層と第３層とにおいて、第２流路の孔は左右方向では同じ位置に配置されていない。すなわち、第２層の孔の中心の直上に第３層の孔の中心は存在しない。第３層の孔は、第２層における２つの孔の間に存在する。

［要件３］
　主部２０では、図１４および図１５に示したように、上下方向に隣り合う列状の孔の層の間に第２流路２２が存在する。
　また、第１流路２１と第２流路２２は繋がっていない。
　そして、第２流路２２は上下方向から挟まれる列状の孔の層における第１流路の孔（２１ｐ、Ｐ_mk）を回避するように上下方向に蛇行している。
　例えば図１５において、第１流路の孔（Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃、Ｐ₁₄）からなる第１層と、第２流路の孔（Ｐ₂₁、Ｐ₂₂、Ｐ₂₃、Ｐ₂₄、Ｐ₂₅）からなる第２層との間に第２流路２２が存在しており、その第２流路は、第１層の孔（Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃、Ｐ₁₄）と第２層の孔（Ｐ₂₁、Ｐ₂₂、Ｐ₂₃、Ｐ₂₄、Ｐ₂₅）とを回避するように上下方向に蛇行している。
　ここで、図１５に示すように、第１層と第２層との境界となっている帯状の部分が上下に蛇行しており、第２流路はその帯状の部分の形状に沿って蛇行している。

　態様２について図１６を用いて説明する。
　図１６は、態様１の断面を示す図１４と同様の断面である。
　本発明の気化器は、原料ミストが流れる方向に対して垂直方向における主部２０の断面Ａにおいて、熱媒体が蛇行しながら流通している方向を左右方向とした場合に、第１流路の孔２１ｐが左右方向に列状に並んでおり、かつ、列状の孔が上下方向に層をなすように配置されていて、加えて、上下方向に隣り合う列状の孔の層を対比したときに第１流路の孔２１ｐは左右方向では同じ位置に配置されておらず、第２流路２２と第１流路２１とは繋がっておらず、第２流路２２は上下方向から挟まれる列状の孔の層における第１流路の孔２１ｐを回避するように上下方向に蛇行している態様である。

　態様３について図１７を用いて説明する。
　図１７は、態様１の断面を示す図１４と同様の断面である。
　本発明の気化器は、原料ミストが流れる方向に対して垂直方向における主部２０の断面Ａにおいて、熱媒体が蛇行しながら流通している方向を左右方向とした場合に、第１流路の孔２１ｐが左右方向に列状に並んでおり、かつ、列状の孔が上下方向に層をなすように配置されていて、第２流路２２と第１流路２１とは繋がっておらず、第２流路２２は上下方向から挟まれる列状の孔の層における第１流路の孔２１ｐを回避するように上下方向に蛇行している態様である。

　本発明の気化器は、前記第１流路をその長手方向において複数の部位に分けた場合に、前記第１流路の内部に存する前記原料ミストの温度を、それら部位ごとに調整できるように構成されていることが好ましい。
　このようにして成膜用の気体原料を製造すると、析出物の発生量がより少なくなるからである。

　次に、このような好ましい態様について説明する。
　例えば図４において、主部１２における原料ミストが流入する孔１Ｐinが形成されている面を入側面１２５とする。また、主部１２における気体原料が排出される孔１Ｐoutが形成されている面を出側面１２７とする。
　この場合に、主部１２における入側面１２５に近い部位内の第２流路へ熱媒体を流す経路と、主部１２における出側面１２７に近い部位内の第２流路へ熱媒体を流す経路とを別に構成すれば、前者の主部１２における入側面１２５に近い部位内の第２流路へ流通させる熱媒体の温度と、後者の主部１２における出側面１２７に近い部位内の第２流路へ流通させる熱媒体の温度とを異なるものとすることができる。この場合、前者の主部１２における入側面１２５に近い部位内の第１流路１の内部に存する原料ミストの温度と、後者の主部１２における出側面１２７に近い部位内の第１流路１の内部に存する原料ミストの温度とを、部位ごとに調整できることとなる。
　また、例えば、主部１２における入側面１２５に近い部位内の第２流路へ熱媒体を流す経路と、主部１２における出側面１２７に近い部位内の第２流路へ熱媒体を流す経路とを別に構成し、前者の主部１２における入側面１２５に近い部位内の第２流路へ熱媒体を流す経路へ相対的に温度が高い熱媒体を流通させ、後者の主部１２における出側面１２７に近い部位内の第２流路へ熱媒体を流す経路へ相対的に温度が低い熱媒体を流通させれば、入側面１２５から出側面１２７へ向かって、その内部に存する第２流路内の前記熱媒体の温度を徐々に低くすることができる。この場合、孔１Ｐinから第１流路内に流入した原料ミストは、孔１Ｐoutへ向かって移動する過程で、徐々に温度が低くなっていく。

　また、例えば図６、図７に示した主部が分離可能に構成されている態様において、主部１２ａ、主部１２ｂ、主部１２ｃの内部の第２流路内に流す熱媒体の温度を別々に調整することができるように構成すれば、主部１２ａ、主部１２ｂ、主部１２ｃの各部位ごとに、それらの内部に存する原料ミストの温度を調整することができる。例えば、入側面１２５から出側面１２７へ向かって、その内部に存する第２流路内の前記熱媒体の温度を徐々に低くすれば、孔１Ｐinから第１流路内に流入した原料ミストは、孔１Ｐoutへ向かって移動する過程で、徐々に温度が低くなっていく。

　本発明の気化器は、前記主部における前記原料ミストが流入する孔が形成されている面を入側面とし、前記主部における前記気体原料が排出される孔が形成されている面を出側面とした場合に、前記入側面から前記出側面へ向かって、その内部に存する前記第１流路の等面積円相当径が徐々に変化していることが好ましい。

　この好ましい態様について、図１８～図２１を用いて説明する。
　図１８は図４におけるＤ－Ｄ'線断面図を示しており、図１９～図２１は、図１８に示す第１流路を、別の態様（好適態様）に置き換えた場合の断面図を示している。

　図１８に示す主部１２では、原料ミストが流入する孔１Ｐinが形成されている入側面１２５から、気体原料が排出される孔１Ｐoutが形成されている出側面１２７へ向かって、その内部に存する第１流路１の径は変化していない。第１流路１は直線的に形成されている。

　これに対して、図１９に示す主部１２では、原料ミストが流入する孔１Ｐinが形成されている入側面１２５から、気体原料が排出される孔１Ｐoutが形成されている出側面１２７へ向かって、その内部に存する前記第１流路の等面積円相当径が徐々に小さくなるように変化している。このような態様であると、気体原料の温度上昇を緩やかに出来るという点で好ましい。

　また、図２０に示す主部１２では、原料ミストが流入する孔１Ｐinが形成されている入側面１２５から、気体原料が排出される孔１Ｐoutが形成されている出側面１２７へ向かって、その内部に存する前記第１流路の等面積円相当径が徐々に大きくなるように変化している。このような態様であると、気体原料を第１流路に均等に分配できるという点で好ましい。

　また、図２１に示す主部１２では、原料ミストが流入する孔１Ｐinが形成されている入側面１２５から、気体原料が排出される孔１Ｐoutが形成されている出側面１２７へ向かって、その内部に存する前記第１流路の等面積円相当径が徐々に小さくなった後、大きくなるように変化している。このような態様であると、気体原料の乱れによる伝熱促進と、流体の均一化という点で好ましい。

［排出部］
　図２２は排出部１６の概略斜視図であり、図２３は図２２におけるＥ－Ｅ´線断面図である。
　図２２に例示される排出部１６は、上記のような主部１２から排出された気体原料を集め、これを系外へ排出する。
　図２２、図２３に例示した態様の場合、主部１２から排出された気体原料が、凹み１６２に集められる。そして、これとつながる経路１６４を通って、気体原料は系外へ排出される。
　排出部１６は、主部１２と同様に金属材料からなることが好ましい。
　なお、本発明の気化器は排出部を備えることが好ましい。

　本発明の気化器は前記主部の外面と、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一部との間に空隙を有し、内部の熱が外部へ放出され難くなるように構成されていることが好ましい。その空隙内を真空とすることで、内部の熱が外部へ放出され難くなる。
　なお、本発明の気化器は、さらに、前記主部以外の部分の外面と、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一部との間に空隙を有し、内部の熱が外部へ放出され難くなるように構成されていてもよい。
　このような好適態様について、図２４～図２７を用いて説明する。

　図２４は、図１に示した態様における主部１２を、図６に示した主部（１２ａ、９ａ、１２ｂ、９ｂ、１２ｃ）に入れ替え、第２流路７２へ熱媒体を導入するための導入孔６１と、第２流路７２から熱媒体が排出される排出孔６３とを有し、さらに、外面６５と、第１流路７１および第２流路７２の少なくとも一部との間に空隙６７を有する態様である。
　そして、図２５は図２４におけるＦ－Ｆ´線断面図、図２６は図２４におけるＧ－Ｇ´線断面図、図２７は図２４におけるＨ－Ｈ´線断面図である。

　図２４～図２７に示した本発明の気化器の好適態様では、外面６５と、第１流路７１および第２流路７２の少なくとも一部との間に空隙６７が形成されている。
　図２４～図２７に示した好適態様の場合、空隙６７は、原則、外面にそって一定の厚さで形成されている。ただし、熱媒体の導入孔６１および熱媒体の排出孔６３ならび原料ミストが導入される導入孔および気体原料は排出される排出孔が形成されている部分については、図２４～図２７に示すように、空隙６７が形成されていなくてもよい。

　空隙の厚さは特に限定されないが、０．５～２．０ｍｍ程度であることが好ましい。

　空隙は、例えば第１流路と同様の方法で形成することができる。第１流路の形成方法については後述する。

　本発明の気化器がこのような空隙を有することで、内部の熱が外部へ放出され難くなるので好ましい。
　なお、このような空隙内を真空としてもよい。後述する本発明の製造方法によって本発明の気化器を製造すると、空隙内を容易に真空とすることができる。空隙内を保温材で満たしてもよいが、空隙内を真空とする場合の方が断熱性に優れる。

＜本発明の製造方法＞
　本発明の製造方法について説明する。
　上記のような本発明の気化器は、次に示す本発明の製造方法によって製造することが好ましい。

　図２８～図３０を用いて説明する。
　本発明の製造方法では、初めに図２８（ａ）に示すように、複数枚の金属製板材３０を用意する。
　そして、図２８（ｂ）に示すように、その主面３２の上に第２流路の一部となる溝３４を形成する。

　このような溝３４を形成する手段は特に限定されない。エッチング等の化学的な手段によって形成してもよいし、レーザー加工や切削等の物理的な手段によって形成してもよい。

　次に、図２８（ｃ）に示すように、その一方の主面３２から他方の主面３８へ貫通する貫通孔４０を形成する。例えばドリルを用いて貫通孔４０を形成することができる。また、貫通孔４０はエッチング等の化学的な手段や、レーザー加工や切削等の物理的な手段によって形成してもよい。
　この貫通孔４０は第１流路の一部となる。

　次に、溝３４および貫通孔４０が形成された金属製板材４２の主面３２同士を密着させる（図２９（ａ）、（ｂ））。
　そして、これらの金属製板材４２の主面３２同士を拡散接合によって結合すると、図２９（ｃ）に示すような、内部に第１流路５２および第２流路５４を備える主部の一部５０を得ることができる。
　そして、図２９（ｃ）に示すような主部の一部５０を複数作成し、それらの主面同士を拡散結合によって結合していくと、主部を得ることができる。

　なお、図２９では、主面３２の上に第２流路の一部となる溝３４を形成した、２枚の金属性板材４２を密着させて結合する場合を説明したが、図３０（ａ）に示すように、溝３４および貫通孔４０を形成した金属製板材４２と、溝３４は形成せず、貫通孔４０を形成した金属性板材４２´を密着させて結合してもよい。
　そして、これらの金属製板材４２、４２´の主面３２同士を拡散接合によって結合すると、図３０（ｃ）に示すような、内部に第１流路５２および第２流路５４を備える主部の一部５０を得ることができる。
　そして、図３０（ｃ）に示すような主部の一部５０を複数作成し、それらの主面同士を拡散結合によって結合していくと、主部を得ることができる。

　１　第１流路
　１Ｐin　第１流路の入口
　１Ｐout　第１流路の出口
　Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐd、Ｐe、Ｐf、Ｐg、Ｐh、Ｐi、Ｐj、Ｐk、Ｐl　第１流路の孔
　α、β、γ、δ、ε、ζ　空隙
　２、２a、２b、２c、２d　第２流路
　９ａ、９ｂ　スペーサー
　９１　貫通孔
１０　本発明の気化器
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　主部
１２５　主部の入側面
１２７　主部の出側面
１４　供給部
１４１　導入孔
１４３　流路
１６　排出部
１６１　排出孔
１６２　凹み
１６４　経路
２０　主部
２１　第１流路
２１ｐ　第１流路の孔
２２　第２流路
２２ｐ　第２流路の孔
３０　金属製板材
３２　主面
３４　溝
３６　金属製板材
３８　主面
４０　貫通孔
４２　金属製板材
５０　主部（の一部）
５２　第１流路
５４　第２流路
６１　導入孔
６３　排出孔
６５　外面
６７　空隙
７１　第１流路
７２　第２流路

Claims

　原料ミストを加熱して気化することで成膜用の気体原料を得る気化器であって、
　前記原料ミストが流通する第１流路および前記原料ミストを加熱する熱媒体が流通する第２流路を金属材料からなる主部の内部に有し、
　前記第１流路の断面の等面積円相当径が５ｍｍ以下、前記第２流路の断面の等面積円相当径が２ｍｍ以下であり、
　前記主部の内部において１つの第１流路と、その隣に存在する別の第１流路との間に、第２流路以外の空隙が存在しない、
　成膜用の気体原料を得る気化器。
　前記原料ミストが流れる方向に対して垂直方向における前記主部の断面において、
　前記熱媒体が蛇行しながら流通している方向を左右方向とした場合に、前記第１流路の孔が左右方向に列状に並んでおり、かつ、列状の孔が上下方向に層をなすように配置されていて、
　上下方向に隣り合う列状の孔の層の間に前記第２流路が存在し、前記第２流路と前記第１流路とは繋がっておらず、前記第２流路は上下方向から挟まれる列状の孔の層における前記第１流路の孔を回避するように上下方向に蛇行している、
　請求項１に記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
　前記第１流路をその長手方向において複数の部位に分けた場合に、前記第１流路の内部に存する前記原料ミストの温度を、それら部位ごとに調整できるように構成されている、請求項１または２に記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
　前記主部における前記原料ミストが流入する孔が形成されている面を入側面とし、前記主部における前記気体原料が排出される孔が形成されている面を出側面とした場合に、前記入側面から前記出側面へ向かって、その内部に存する前記第１流路の等面積円相当径が徐々に変化している、請求項１～３のいずれかに記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
　前記第１流路が鉛直方向となるように配置した場合に、前記第２流路は水平方向に形成されており、これらが直行している、請求項１～４のいずれかに記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
　前記主部の外面と、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一部との間に空隙を有し、内部の熱が外部へ放出され難くなるように構成されている、請求項１～５のいずれかに記載の成膜用の気体原料を得る気化器。
　複数枚の金属製板材を用意し、その主面上に前記第２流路の一部となる溝を形成し、さらにその一方の主面から他方の主面へ貫通する前記第１流路の一部となる貫通孔を形成する工程と、
　前記金属製板材の主面同士を密着させて拡散接合によって結合する工程とを備え、
　請求項１～６のいずれかに記載の気化器を得る、気化器の製造方法。