(57)【要約】本発明は、液体原材料を気相にしてＣＶＤ反応室へ供給する方法に関する。ＣＶＤ反応室は、加熱によって蒸発するエアロゾルを生成するガス流（３）と交差する液体チャンネル（２）を備えたノズル（１）を備える。本発明の目的は、一般的方法又は装置において液体供給量制御を改良し、蒸発熱はガスからもらうことである。
2004514063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原材料を、気相にし、ＣＶＤ反応室へ供給する方法であって、
前記ＣＶＤ反応室は、ノズル（１）を有し、前記ノズルは、ガスの流れの通路（３）を横切る液体通路（２）を有し、
熱の供給によって蒸発するエアロゾルを形成し、
蒸発熱は、前記ガスのみから奪うことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱の供給は、前記ガスの温度を制御することによって行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガスの流れの通路（３）を通るガスの温度を制御することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記エアロゾルは、前記ガスの流れの通路（３）を流れるガス流（Ｇ）によって、壁を過熱した蒸発室（４）の中へ移転され、
前記ノズルからのガス流（Ｇ）は、自由に蒸発室（４）の中へ入り、
前記ガス流（Ｇ）が前記蒸発室の壁に接触する前に、前記エアロゾルが蒸発することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
液体原材料を、気相にし、ＣＶＤ反応室へ供給する方法であって、
前記ＣＶＤ反応室は、ノズル（１）を有し、前記ノズルは、ガスの流れの通路（３）を横切る液体通路（２）を有し、
熱の供給によって蒸発するエアロゾルを形成し、
前記液体通路（２）の開口を、パルス的に開閉することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記開口を開く時間は、閉じる時間より長いことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
液体原材料を、気相にし、ＣＶＤ反応室へ供給する方法であって、
前記ＣＶＤ反応室は、ノズル（１）を有し、前記ノズルは、ガスの流れの通路（３）を横切る液体通路（２）を有し、
熱の供給によって蒸発するエアロゾルを形成し、
蒸発室（４）に１以上の前記ノズルを設け、前記ノズルの各々を通り前記エアロゾルを形成し輸送するガス流の各々を温度制御し、前記ガス流の各々を自由に蒸発室（４）に流れ込ませることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記蒸発室（４）の壁を、加熱することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ノズルの上流にガスヒーター（１１）を設けることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
液体原材料を、気相にし、ＣＶＤ反応室へ供給する装置であって、
前記ＣＶＤ反応室は、ノズル（１）を有し、前記ノズルは、ガスの流れの通路（３）を横切る液体通路（２）を有し、
熱の供給によって蒸発するエアロゾルを形成し、
前記液体通路（２）の開口を、パルス的に開閉することを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記液体通路（２）は、環状間隙であることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記液体通路（２）は、円錐状であり、前記液体通路（２）の間隙壁を、円錐台バルブ円錐（１６）によって形成することを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記液体通路（２）を、環状の流れ通路（３）によって取り囲むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記流れ通路（３）の開口は、液体通路の対称軸上の仮想点（Ｐ）の方向を向くことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
コーティング室（５）は、蒸発室（４）に直接隣接することを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１６】
蒸発室（４）とコーティング室（５）を、ガスの流れを均一にする発散部材（６、７）によってのみ分離することを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記ノズルを、液体冷却すること、特に水冷することを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
複数のノズル（１）が、共通の前記蒸発室に向かうことを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
共通の基板室に対して複数の蒸発室を設け、
前記蒸発室の温度は異なることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項２０】
複数のノズル（１）を備え、
前記ノズルの各々は、基板に強誘電体層を堆積するための有機金属原材料のためのノズルであり、
前記ノズルの各々は、共通の点を向くことを特徴とする請求項１０の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液体原材料を気相にしてＣＶＤ反応室へ供給する装置及び方法に関する。このＣＶＤ反応室は、ノズルを有し、そのノズルは、気体流通路を横切る液体通路開口を有し、熱の供給によって蒸発されるエアロゾルを形成する。
【０００２】
この種の方法及び装置は、たとえば、米国特許第６，１１０，５３１に開示されている。この米国特許においては、ベンチュリーノズルが霧を作るために使用される。ベンチュリーの原理で作動する複数のアトマイザーが、異なる型の液体原材料のために設けられている。アトマイザーによって生成された霧は、配管を介して気化器に供給され、霧滴は、加熱によって気相にされる。加熱は、表面における接触熱伝達によってもたらされる。
【０００３】
同様に、ＷＯ９８／３１８４４は、液体原材料を気相にしてＣＶＤ反応室へ供給する装置及び方法を開示している。ここでも、液体原材料は、まずアトマイズされ、それから加熱表面に接触させられ、霧滴が蒸発させられる。
【０００４】
同様に、米国特許第５，８８２，４１６は、液滴が混合された中間状態を経て液体が気相にされる液体搬送システムが開示されている。
【０００５】
上述した装置は、気体原材料、たとえば有機金属ストロンチウム、バリウム、タンタル、又はビスマス化合物を、ＣＶＤ反応室へ供給するために使用される。このＣＶＤ反応室においては、金属化合物が、単結晶表面に凝集して強誘電体層を形成する。液体原材料は、蒸気圧が低いため、気相にすることは容易ではない。さらに、これらの有機金属化合物の分解温度は低いため、液体を加熱して蒸気圧を増加させることは、適当ではない。蒸発温度と分解温度の間の窓は非常に小さい。
【０００６】
公知の装置の欠点は、液体計量の再現性が充分でないということである。この理由は、第１には、液体流が、毎分数ミリリットルにすぎないためである。第２には、液体の供給を突然停止することができないためである。というのは、蒸発は、表面で起こり、エアロゾル形成が、蒸発とは空間的に分離しているからである。さらに、有機金属化合物が溶解された液体又は液体溶剤が、蒸発し、ノズルを詰まらせる可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、液体計量に関する一般的な方法及び装置を改良することである。
【０００８】
この目的は、請求項に記載された発明によって達成される。
【０００９】
本発明方法は、第一義的且つ実質的に、ガスから蒸発熱をもらう。エアロゾルの霧滴は、可能な限り急激に、温度制御されたガス雰囲気に晒される。そのガス雰囲気は、必要な蒸発熱を供給し、霧滴を気相に転換する。必要な熱は、ガス自体の温度の制御によって供給される。熱伝達は、加熱表面からエアロゾルへと行われる。本発明においては、霧滴は、蒸発されるためにこれ以上表面と接触する必要はない。ガスの温度は、エアロゾルが流れ込む蒸発室の壁を使って制御される。ガス流は、自由に蒸発室に入り、ガス流が蒸発室の壁に接触する前にエアロゾルが完全に蒸発される。このような対策に替えて又はこのような対策と組み合わせて、ガス流通路を流れる実際のガスの温度を制御してもよい。この場合、温度を制御されたガス流は、液体通路を流れる。このガス流は、公知の通り、真空を形成する。従って、液体は、ベンチュリーの原理に従って温度を制御されたガス流に引きずられ、微細な液となる。これらの霧滴は、温度を制御されたガス流の中で蒸発され、蒸発室の中には気体原材料だけが実質的に存在する。
【００１０】
本発明の一つにおいては、液体通路が、パルス的に開閉される。液体通路の開口は、冷却によって液体が分解しない温度に保たれる。ガス流は、液体通路の閉鎖された開口を流れる。液体通路が開けられるや否や、温度を制御されたガス流によって液体通路から吸い出された液体は、アトマイズされ、それから直ちに蒸発される。液体通路をパルス的に開ける時間が、閉鎖される時間よりも長く続く方が有利な場合もある。その場合、開状態の長さとパルス列を調整して、基板に向かうガス流が均一になるようにする。特に、基板付近において層流が優勢となるべきである。流れ通路を流れるガス流の中への液体の放出はオンオフスイッチされる。オンオフスイッチは、急激に行われるため、パルス幅とパルス周波数によって、液体供給量は高度に正確に計量される。さらに、熱が、表面接触ではなくガス自体によって供給されるならば、本発明装置には、どんな記憶効果も有さない。
【００１１】
本発明装置は、蒸発室に設けた１以上のノズルを有し、ガス流がエアロゾルを形成し運搬し、温度制御された流れが自由に蒸発室に流れ込むようにする。蒸発室の壁を加熱してもよい。しかし、ノズルを通るガスはノズル上流のガスヒーターで温度制御されてもよい。
【００１２】
さらに、本発明の目的は、液体通路が、パルス的に開閉されることによって達成される。そのため、液体通路は環状間隙を有してもよい。
【００１３】
この場合、液体通路は、円錐状であってもよい。この円錐状液体通路の間隙壁は、円錐台上バルブ円錐によって形成されてもよい。さらに、液体通路は、環状流れ通路によって囲まれてもよい。その結果、３次元ベンチュリーノズルが形成される。流れ通路の開口は液体通路の対称軸上にある仮想点に向けられてもよい。その結果、主ジェット方向は、対称軸に対応する。さらに、コーティング室が蒸発室に直接隣接した方がよい場合もある。この場合、バルブ等を余分に使う必要がない。コーティング室は、ガスを均一にする発散部材によってのみ蒸発室から分離される。アトマイズ用及び蒸発用ノズルは、コーティング基板のあるコーティング室に向かって殆ど直接に開いている。ノズルは、好適には、水冷される。その結果、バルブが開閉するときにノズルのバルブ室内の液体の温度は、その液体の分解温度以下に保たれる。バルブ円錐は、バルブ円錐が開状態にあるときバルブ円錐の周りを流れるガス流によってのみ加熱される。バルブ円錐が閉状態にあるとき、バルブ円錐と、ノズルの冷却された部分とは、面と面同士が接触する。そのため、バルブ円錐によって吸収される熱は、直ちに冷却された部分へ散逸する。従って、バルブ円錐の過熱を防止するためには、閉じる時間を開く時間より長くし、また、バルブが数ミリ秒の間だけ開くようにした方がよい。
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の例示的実施形態について説明する。
図１は、本発明方法を実施するための本発明装置のブロックダイアグラムである。
図２は、蒸発室の模式図である。蒸発室に隣接してコーティング室とノズルがある。
図３は、ノズルの拡大図である。
【００１５】
本発明装置は、約２リットルの体積の蒸発室４を有する。蒸発室の壁は、加熱され、蒸発室の中の気体は、たとえば２００℃から２５０℃の間の蒸発温度と分解温度の間の温度とされる。蒸発室４は、コーティング基板８を有するコーティング室５と直接的につながっている。蒸発室４とコーティング室５は流れ発散金属板６とグリッド７によってのみ互いに分離されている。流れ発散金属板６とグリッド７は、蒸発室４からの気体流をコーティング室５に導き、コーティング室５において、ノズル１からの方向性を有する流れＳを可能な限り均一にする。
【００１６】
ベンチュリーノズル１は、蒸発室４の上端に設置する。ガス供給管１２は、ベンチュリーノズル１につながっている。ガス供給管１２には、ヒーター１１が設けられ、ガス供給管１２を流れるキャリアガスを加熱し、そのガスは、温度制御の下でノズル１に流れ込む。ベンチュリー効果に従って、ガス供給管１２を流れるガス流は、液体供給管１３の開口において真空を作り出し、液体はベンチュリーノズル１の中へ吸い込まれる。液体供給管１３の開口は、閉鎖口２０によってパルス的に開けられる。
【００１７】
液体供給管は、ノズル１と液体タンク９を接続する。液体タンクから液体を輸送するために、ガス管１４を介してガスが供給され、液体タンク９から液体を移動させる。ガス管１４を流れるガス流は、計量素子１０によって制御される。しかし、制御器である計量素子１０は、単に、圧力制御器であってもよい。
【００１８】
図２の例示的実施形態には、合計２つのノズル１が示されている。しかし、一つのノズルヘッドに複数のノズルを設けてもよい。異なる有機金属化合物が、各ノズルを介して蒸発室４へ供給される。ノズル１の軸は、仮想点で互いに交差する。従って、ノズルが複数あるならば、各軸は、円錐の表面上にある。
【００１９】
ノズルは、主ジェット方向Ｓ１，Ｓ２を有する。この主ジェット方向は、ノズル軸に沿っている。
【００２０】
図３には、ノズル１の主要な部品を拡大して示す。ノズル１は、液体が存在するバルブ室１８を有する。バルブ室１８の中には、バルブ円錐１６を終端に有する柄１７がある。バルブ円錐１６は、円錐のバルブ座上において面と面同士が接触している。バルブ座に伴われたノズル１の壁は、冷却水通路１５を流れる冷却水によって冷却される。
【００２１】
柄１７は、図示しない電磁石によって二重矢印Ａ方向に移動され、バルブ円錐１６がバルブ座から引き離される。その結果、液体のための出口通路２を形成する円錐間隙が形成され、円錐液体流Ｆが形成される。
【００２２】
ノズル１の外形は、円錐台である。ノズル１の先端の円錐台表面は、円錐台の環状の流れ通路３によって取り囲まれている。環状の流れ通路３の上流には、環状室１９があり、ガス供給管１２を介して供給されたガスの分布を均一にするために使用される。円錐ガス流Ｇは、仮想点Ｐに向かう。ガス流Ｇは、液体流Ｆと直角に流れる。その結果、生じる全体の流れＳが、ノズル１の軸方向に流れる。液体は、細かな霧滴となって、ベンチュリーの原理に従って、間隙２に吸い込まれガス流Ｓの中に存在する。放出される液体の体積は、間隙２の解放時間によって制御される。
【００２３】
流れ通路３を通るガスは、ヒーター１１によって予備加熱される。その結果、大きな表面積を有する霧滴は、ガス流Ｓの中で急激に加熱され、ガス流Ｓが加熱表面と接触する前に蒸発が起こる。
【００２４】
本発明を変形して、ガス流Ｇが予備加熱されないものと仮定する。この場合でも、アトマイズされた液体は、それでもなお、蒸発室が加熱されるならば、気相の内部において蒸発され得る。蒸発室４内のガスの中には霧が分布し、霧が気相に転換するのに必要な熱が供給される。
【００２５】
蒸発室４内で生成されたガスは、流れ発散金属板６の開口を通り、次いで流れ発散グリッド７の開口を通り、層流となると考えられ、コーティング室５に流れ込み、基板８の表面上に分解後の有機金属成分がコーティングされる。
【００２６】
バルブを開けるパルスの時間の長さは、１ミリ秒以下から数ミリ秒までである。
【００２７】
開示した特徴は、本発明に固有のものである。優先権書類の開示内容の全体は本願明細書に取り入れられ、その一部は本願請求項に取り入れられる。
【国際公開パンフレット】
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2004514063.tif 000004
2004514063.tif 000005
2004514063.tif 000006
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【国際調査報告】
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