(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜に用いられる霧化装置であって、
霧化用液体を収容し、底面部が高分子材料の薄膜で形成された容器と、
前記容器および中間溶液を収容し、該中間溶液に少なくとも前記容器の底面部を浸漬させる溶液槽と、
前記溶液槽に設けられ、前記容器の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを有し、
前記容器は、前記溶液槽内で回動機構により回動可能にされることで、当該容器の中心軸が鉛直方向に一致する直立姿勢と、当該容器の中心軸が鉛直方向に対して傾斜する傾斜姿勢とに切り替え可能であり、当該容器が当該傾斜姿勢の時は、当該容器の底面部が水平面に対して傾斜した状態となることを特徴とする成膜用霧化装置。
【請求項２】
前記容器の底面部の高分子材料の薄膜は、弾性率が１．５ＧＰａ〜７．０ＧＰａの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜用霧化装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜に用いられる霧化装置であって、振動子の振動により液体を霧化する成膜用霧化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の霧化装置は、霧化用液体を収容した容器の底面壁を凸湾曲状に突出した形状に形成し、この容器の底面から側面にかけた下部領域を水槽の水に浸漬させながら、水槽の底面に設けられた超音波振動子から超音波を容器の底面壁方向に照射する構成にされている。この構成よれば、超音波振動子から照射された超音波が、水槽内の水を伝播した後、容器の底面壁を通過して容器内の霧化用液体に伝播することによって、霧化用液体を超音波により振動させて霧化することができる。さらに、この構成によれば、超音波の振動により容器の底面壁に気泡が発生したときに、この気泡を凸湾曲状の底面壁に沿って移動させることにより排除することができる（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】登録実用新案第３００９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のように、容器の底面壁を凸湾曲状に形成した構成では、この形状を維持するように底面壁の強度を高める必要があることから、所定以上の厚みを有したプラスチック材料等により底面壁を形成する必要がある。この結果、超音波が底面壁を通過するときの減衰量が大きくなるため、霧化用液体を霧化する効率が低下し易いという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に着目してなされたものであって、十分に高い効率で霧化用液体を霧化することができる霧化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、成膜に用いられる成膜用霧化装置であり、霧化用液体を収容し、底面部が高分子材料の薄膜で形成された容器と、前記容器および中間溶液を収容し、該中間溶液に少なくとも前記容器の底面部を浸漬させる溶液槽と、前記溶液槽に設けられ、前記容器の底面部に対して超音波を照射する超音波振動子とを有し、前記容器は、前記溶液槽内で回動機構により回動可能にされることで、当該容器の中心軸が鉛直方向に一致する直立姿勢と、当該容器の中心軸が鉛直方向に対して傾斜する傾斜姿勢とに切り替え可能であり、当該容器が当該傾斜姿勢の時は、当該容器の底面部が水平面に対して傾斜した状態となることを特徴とする成膜用霧化装置であります。
【０００７】
さらに、超音波を透過する底面部が高分子材料の薄膜で形成されていることから、超音波を高い効率で透過して霧化用液体に伝播させることができるため、十分に高い効率で霧化用液体を霧化することができるものであります。
【０００８】
また、本発明における前記容器の底面部の高分子材料の薄膜は、弾性率が１．５ＧＰａ〜７．０ＧＰａの範囲に設定されていても良い。この場合には、一層高い効率で霧化用液体を霧化することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、容器が、溶液槽内で回動機構により回動可能にされることで、容器の中心軸が鉛直方向に一致する直立姿勢と、容器の中心軸が鉛直方向に対して傾斜する傾斜姿勢とに切り替え可能であり、容器が傾斜姿勢の時は、容器の底面部が水平面に対して傾斜した状態となるので、気泡がたまることがなく、また、超音波を透過する底面部が高分子材料の薄膜で形成することによって、超音波を高い効率で透過して霧化用液体に伝播させて十分に高い効率で霧化用液体を霧化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を図１ないし図３に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係る成膜用霧化装置は、図１に示すように、薄膜製造装置の一部を構成している。薄膜製造装置は、酢酸亜鉛水溶液等の霧化用液体４を霧化する成膜用霧化装置１と、霧化用液体４に含まれる物質を成膜する成膜装置２と、これら各装置１・２を制御する制御装置３とを有している。成膜用霧化装置１は、霧化用液体４を収容しながら霧化されたミストを排出する収容機構５と、エタノール等の中間溶液６を収容した溶液槽７とを有している。
【００１１】
尚、本実施形態において、霧化用液体４として酢酸亜鉛水溶液を例示しているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態において、中間溶液６としてエタノールを例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば水やメタノール等であっても良い。また、中間溶液６は、超音波を伝播させ易い粘度、即ち、１．０〜１．２４Pa・sであることが好ましい。
【００１２】
上記の収容機構５は、霧化用液体４を収容した容器８を備えている。容器８は、上面および下面が開口された筒形状の側面部材８ａと、側面部材８ａの下端側の開口を密封するように設けられた平板状の底面部材８ｂとを有している。側面部材８ａは、多少の外力が付与されても形状を維持する材料で形成されている。具体的には、霧化用液体４に対して耐蝕性を備えた金属やプラスチック材料、ガラス、金属表面にプラスチック材料をコーティングした材料等により側面部材８ａが形成されている。
【００１３】
一方、底面部材８ｂは、超音波を透過させ易い高分子材料で形成されている。具体的には、高密度ポリエチレンやポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で形成されている。また、底面部材８ｂは、超音波を透過させ易い厚みを有したフィルム状の薄膜で形成されている。即ち、底面部材８ｂは、高密度ポリエチレンを用いた場合、５μｍ〜１５０μｍの厚み範囲、好ましくは５μｍ〜５０μｍの厚み範囲、より好ましくは８μｍ〜１２μｍの厚み範囲に設定されている。ここで、厚み範囲の最小値は、高密度ポリエチレンをフィルム状に形成して底面部材８ｂとしたときに、正常な霧化動作で破断しない強度を発揮する最小の厚みを意味する。
【００１４】
さらに、底面部材８ｂは、弾性率が０．４ＧＰａ〜７．０ＧＰａ（ポリスチレン、ポリオキシメチレン）の範囲、好ましくは１．５ＧＰａ〜５．５ＧＰａ（低密度ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン）の範囲、より好ましくは４．０ＧＰａ〜５．０ＧＰａ（高密度ポリエチレン）の範囲に設定されている。これにより、底面部材８ｂは、超音波の十分な透過が確保されている。
【００１５】
上記の容器８は、蓋部材９により上面の開口が封止されている。蓋部材９は、容器８の開口よりも僅かに大きな径の上面部９ａと、上面部９ａの周縁部から垂下された側面部９ｂとを有している。側面部９ｂは、容器８の周縁部に気密状に接合されていると共に、ガス供給口９ｃが形成されている。ガス供給口９ｃは、窒素ガスボンベ１１に流量制御弁１２を介して接続されている。そして、窒素ガスボンベ１１は、流量制御弁１２の開度に応じた供給量で窒素ガスを収容機構５内に供給するようになっている。一方、上面部９ａの中心部には、筒状部材１０が貫設されている。筒状部材１０は、後述の成膜装置２に配管１４を介して接続されており、霧化用液体４を霧化して生成されたミストを窒素ガスと共に成膜装置２に流出させるようになっている。
【００１６】
上記のように構成された収容機構５は、溶液槽７内に設けられている。これにより、収容機構５は、底面部材８ｂから側面部材８ａの一部にかけた領域が溶液槽７の中間溶液６に浸漬可能にされている。また、収容機構５は、溶液槽７内で図示しない回動機構により回動可能にされている。回動機構は、モータやギア等を備えており、収容機構５を直立姿勢と傾斜姿勢とに切替え可能になっている。ここで、直立姿勢とは、収容機構５の中心軸が鉛直方向に一致する姿勢であり、傾斜姿勢とは、収容機構５の中心軸が鉛直方向に対して傾斜する姿勢である。これにより、収容機構５は、直立姿勢時に底面部材８ｂを水平方向に一致した状態となる。また、収容機構５は、傾斜姿勢時に底面部材８ｂを水平面に対して傾斜（図示ニ点鎖線）した状態となり、底面部材８ｂに発生した気泡を浮力により除去することが可能になっている。
【００１７】
上記の収容機構５を中間溶液６と共に収容した溶液槽７の底面部には、超音波振動子１３が設けられている。超音波振動子１３は、超音波の照射方向が鉛直方向となるように設置されている。また、超音波振動子１３は、超音波を照射する発振面１３ａが直立姿勢をとる収容機構５の底面部材８ｂに対向するように配置されている。発振面１３ａと底面部材８ｂとの距離は、発振面１３ａから放射状に出力された超音波のほぼ全量が底面部材８ｂに到達するように設定されていると共に、収容機構５の傾斜姿勢時に収容機構５の端部が超音波振動子１３に接触しないように設定されている。
【００１８】
上記のように構成された成膜用霧化装置１は、配管１４を介して成膜装置２に接続されている。尚、配管１４の途中には、閉栓バルブが設けられていても良い。成膜装置２は、中空状の上部隔壁体２１と、上部隔壁体２１の下面を支持した基台２２とを有している。上部隔壁体２１の上面壁には、ガス導入部２１ａが形成されている。ガス導入部２１ａには、上述の成膜用霧化装置１に連絡された配管１４が接続されており、成膜用霧化装置１から霧化用液体４を霧化したミストが供給されるようになっている。
【００１９】
上部隔壁体２１の内部には、予熱室２３が形成されている。予熱室２３は、上部隔壁体２１の上端部から下端部にかけて垂直方向に形成されている。予熱室２３の上端部は、上述のガス導入部２１ａに連絡されており、成膜用霧化装置１からのミストが導入されるようになっている。また、予熱室２３は、上端部から上部側の中間位置にかけた範囲がガス導入部２１ａと同一の断面形状および断面積（流路面積）となる管形状に形成された後、上部側の中間位置から下端部までの範囲が大きな断面積であって長辺が上部隔壁体２１の幅方向に一致する長方形状となるように形成されている。これにより、予熱室２３は、ガス導入部２１ａよりも流路面積が拡大することによって、ガス導入部２１ａから導入されたミストの流速を低下させ、ミストに対して所望の熱量を付与することを可能にしている。尚、予熱室２３は、後述の成膜室２４側から伝達される熱でミストを予熱しても良いし、予熱室２３専用の予熱ヒータにより予熱しても良い。
【００２０】
上記の予熱室２３の下端部は、成膜室２４の一端部に連通されている。成膜室２４は、上部隔壁体２１と基台２２との間に水平方向に形成されている。成膜室２４は、予熱室２３から均一にミストが導入されるように、縦断面（流路断面）の幅が予熱室２３の幅に一致されている。また、成膜室２４の近傍には、加熱ヒータ２５が設けられている。加熱ヒータ２５は、成膜室２４の温度を成膜処理に適した温度範囲に維持する機能を備えている。具体的には、酢酸亜鉛と溶媒（水）とのミストを用いて酸化亜鉛（ＺｎＯ）の成膜処理を実施する場合においては２８０℃〜４３０℃の温度範囲に維持する機能を備えている。
【００２１】
また、成膜室２４は、他端部が開口されている。これにより、成膜室２４は、予熱室２３から導入されたミストを一端側（予熱室側）から水平方向に流動させた後、他端側の開口から排出するようになっている。成膜室２４には、成膜処理が施される平板状の基板２６が載置台２７により搬入可能にされている。載置台２７は、図示しない移動機構に連結されており、成膜室２４と機外との間を進退移動可能にされている。
【００２２】
上記のように構成された成膜用霧化装置１および成膜装置２は、制御装置３により動作が制御されている。制御装置３は、演算部や記憶部、入出力部等を備えており、手動運転や自動運転で各装置１・２を単独や連動させながら作動させる各種の処理機能を有している。
【００２３】
具体的には、成膜用霧化装置１を単独で運転する機能としては、成膜用霧化装置１の傾動動作を定期的に実施する機能や、中間溶液６の温度や粘度を超音波の伝播にとって最適な状態となるように調整する機能、霧化用液体４の収容量を検知して補充時期を報知したり、自動補充する機能、窒素ガスの供給量を所定値とするように流量制御弁１２の開度を調整する機能等がある。また、成膜装置２を単独で運転する機能としては、成膜室２４の温度を所望の温度に維持するように加熱ヒータ２５を制御する機能や、基板２６を成膜室２４内で往復移動させて載置台２７全体に均等に成膜させる機能等がある。成膜用霧化装置１と成膜装置２とを連動させながら運転する機能としては、成膜用霧化装置１のミストの生成量と、成膜装置２における成膜室２４の温度およびミストの流速とを連動させながら、成膜処理の好適な条件を出現させる機能等がある。
【００２４】
上記の構成において、薄膜製造装置における成膜用霧化装置１の動作を説明する。
エタノールが溶液槽７に中間溶液６として投入され、容器８の底面部材８ｂが中間溶液６に完全に浸漬される。この後、蓋部材９が容器８から取り外され、０．０５Ｍ等の所定濃度の酢酸亜鉛溶液が霧化用液体４として容器８に投入される。尚、霧化用液体４の投入は、蓋部材９に図示しない投入口を開閉可能に形成しておき、この投入口から行っても良い。この後、蓋部材９が容器８に冠着され、霧化用液体４および中間溶液６が図示しない熱交換装置で加熱や冷却されることによって、超音波の伝播にとって好適な温度および粘度に調整される。
【００２５】
次に、成膜用霧化装置１が直立姿勢であることが確認された後、超音波振動子１３が作動され、例えば２．４ＭＨｚの超音波が発振される。尚、この超音波の発振周波数は、成膜処理にとって最適なミストの粒径となるように適宜変更される。超音波は、中間溶液６を伝播し、容器８の底面部材８ｂを透過して霧化用液体４に伝播する。この結果、霧化用液体４は、超音波により振動され、液体同士の結合が外れることによりミストとなって放出される。尚、この場合におけるミストは、酢酸亜鉛と水との混合物である。ところで、底面部材８ｂは、超音波を透過させ易い高密度ポリエチレン等の材料を薄膜化したフィルム状に形成されている。従って、超音波は、底面部材８ｂでの減衰が極めて小さな状態で霧化用液体４に伝播して霧化用液体４を振動させるため、高い効率でミストを生成することができる。
【００２６】
上記のようにしてミストが生成されると、この生成タイミングに一致したタイミングや僅かに前後したタイミングで流量制御弁１２が開栓される。そして、窒素ガスボンベ１１の窒素ガスが流量制御弁１２の開度に応じた供給量で容器８内に供給される。これにより、ミストは、窒素ガスと共に筒状部材１０から排出され、配管１４を介して成膜装置２に供給される。この後、成膜装置２において、ミストは、予熱室２３で予熱された後、成膜室２４に流動され、基板２６の表面に沿って流動されながら加熱により酸化亜鉛（ＺｎＯ）を生成し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の膜を基板２６の表面に形成する。
【００２７】
また、上記のようにして成膜用霧化装置１がミストを生成し始めてから所定時間が経過したり、底面部材８ｂの下面において多量の気泡の発生が作業者により確認されると、成膜用霧化装置１が直立姿勢（図示実線）から傾斜姿勢（図示ニ点鎖線）に切り替えられる。これにより、底面部材８ｂが水平状態から傾斜した状態に切り替わるため、底面部材８ｂに付着している気泡が浮力により底面部材８ｂに沿って上昇し、底面部材８ｂから排除される。そして、時間の経過や目視による確認によって、底面部材８ｂの気泡が十分に除去されたときに、成膜用霧化装置１が傾斜姿勢から直立姿勢に回動される。この結果、気泡による超音波の減衰が解消されることによって、ミストの高効率の生成を長期間に亘って維持することができる。また、このようにミストを生成しているときに、超音波振動子１３の振動により溶液槽７の壁面が剥離したり、超音波振動子１３の構成材料が中間溶液６に溶け出した場合でも、容器８に収容された霧化用液体４が汚染されることがない。
【００２８】
以上のように、本実施形態の成膜用霧化装置１は、霧化用液体４を収容し、底面部材８ｂ（底面部）が高分子材料の薄膜で形成された容器８と、容器８および中間溶液６を収容し、中間溶液６に少なくとも容器８の底面部材８ｂを浸漬させる溶液槽７と、溶液槽７に設けられ、容器８の底面部材８ｂに対して超音波を照射する超音波振動子１３とを有した構成にされている。これにより、超音波を透過する底面部材８ｂが高分子材料の薄膜で形成されていることから、超音波を高い効率で透過して霧化用液体４に伝播させることができるため、十分に高い効率で霧化用液体４を霧化することができる。
【００２９】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。即ち、本実施形態における容器８は、成膜用霧化装置１が直立姿勢であるときに、底面部材８ｂが水平面に対して一致するように設定されているが、これに限定されるものではなく、底面部材８ｂが水平面に対して交差するように形成されていても良い。
【００３０】
具体的には、図２に示すように、容器８の底面部材８ｂが水平面に対して傾斜されていても良い。この場合には、成膜用霧化装置１を直立姿勢に維持しながら、底面部材８ｂの下面に発生した気泡を浮力のより移動させて排除することができる。さらに、図３に示すように、容器８の側面部材８ａがＬ字形状に曲折され、側面部材８ａが水平面に対して直交されていても良い。この場合には、側面部材８ａに発生した気泡を効率良く排除することができると共に、作業者が側面部材８ａや超音波振動子１３の状態を容易に観察することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、図１に示すように、成膜用霧化装置１を傾斜姿勢にすることにより気泡を除去しているが、これに限定されるものでもなく、配管１４を閉栓し、成膜用霧化装置１内を窒素ガスで加圧することによって、容器８の底面部材８ｂを凸湾曲状に突出するように変形させても良い。この場合には、凸湾曲状に突出した底面部材８ｂに沿って気泡を移動させて除去することができる。
【００３２】
本実施形態においては、成膜用霧化装置１を薄膜製造装置に搭載し、酸化亜鉛を成膜する用途に適用した場合について説明しているが、これに限定されるものではない。酸化亜鉛以外に、アルミナ系、ジルコニア系、シリカ系、ペロブスカイト系などの酸化物や、さらに酸窒化物の成膜にも適用できる。
【実施例】
【００３３】
図１の成膜用霧化装置において、底面部材８ｂとして高分子材料の薄膜を採用した容器８と、側面部材及び底面部材ともにガラスを採用したガラス容器を用いた場合とを比較した。
ガラス容器を用いた場合、超音波は反射若しくは吸収されてしまい、伝わらず、霧化用液体４は霧化されなかった。
一方、底面部材８ｂとして高分子材料の薄膜を採用した容器８を用いた場合霧化用液体４は効率良く霧化された。
【００３４】
尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】薄膜製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】成膜用霧化装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】成膜用霧化装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      成膜用霧化装置
２      成膜装置
３      制御装置
４      霧化用液体
５      収容機構
６      中間溶液
７      溶液槽
８      容器
８ａ    側面部材
８ｂ    底面部材
９      蓋部材
１０    筒状部材
１１    窒素ガスボンベ
１２    流量制御弁
１３    超音波振動子
１４    配管
２１    上部隔壁体
２２    基台
２３    予熱室
２４    成膜室
２５    加熱ヒータ
２６    基板
２７    載置台
【図１】
0004672996.tif 000002
【図２】
0004672996.tif 000003
【図３】
0004672996.tif 000004