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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024121625
(43)【公開日】2024-09-06
(54)【発明の名称】気化装置及び蒸着装置
(51)【国際特許分類】
C23C 14/24 20060101AFI20240830BHJP
C23C 16/448 20060101ALI20240830BHJP
【ＦＩ】
C23C14/24 A
C23C16/448
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023028828
(22)【出願日】2023-02-27
(71)【出願人】
【識別番号】000000941
【氏名又は名称】株式会社カネカ
(74)【代理人】
【識別番号】100100480
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100201455
【弁理士】
【氏名又は名称】横尾 宏治
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 弘晃
(72)【発明者】
【氏名】大槻 恭平
(72)【発明者】
【氏名】久保 寿太
(72)【発明者】
【氏名】根市 正弘
【テーマコード（参考）】
4K029
4K030
【Ｆターム（参考）】
4K029CA01
4K029DA04
4K029DB12
4K029DB15
4K029DB18
4K030EA01
4K030EA05
(57)【要約】
【課題】本発明は、従来に比べて薄膜形成材料を効率的に気化できる気化装置及び従来に比べて高品質の薄膜を製膜できる蒸着装置を提供する。
【解決手段】薄膜形成材料を含み、鉛直方向の層流の材料ガスを鉛直配管部に供給する材料供給部と、鉛直配管部を加熱する加熱部と、鉛直方向の層流の材料ガスを、少なくとも水平方向成分を持った乱流の材料ガスに変換する層乱変換部を有し、層乱変換部は、鉛直配管部の中央側から鉛直配管部の内壁に向かって流れる乱流を形成する構成とする。
【選択図】図３
【解決手段】薄膜形成材料を含み、鉛直方向の層流の材料ガスを鉛直配管部に供給する材料供給部と、鉛直配管部を加熱する加熱部と、鉛直方向の層流の材料ガスを、少なくとも水平方向成分を持った乱流の材料ガスに変換する層乱変換部を有し、層乱変換部は、鉛直配管部の中央側から鉛直配管部の内壁に向かって流れる乱流を形成する構成とする。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
薄膜形成材料を含み、鉛直方向の層流の材料ガスを鉛直配管部に供給する材料供給部と、
前記鉛直配管部を加熱する加熱部と、
前記鉛直方向の層流の材料ガスを、少なくとも水平方向成分を持った乱流の材料ガスに変換する層乱変換部を有し、
前記層乱変換部は、前記鉛直配管部の中央側から前記鉛直配管部の内壁に向かって流れる乱流を形成する、気化装置。
前記鉛直配管部を加熱する加熱部と、
前記鉛直方向の層流の材料ガスを、少なくとも水平方向成分を持った乱流の材料ガスに変換する層乱変換部を有し、
前記層乱変換部は、前記鉛直配管部の中央側から前記鉛直配管部の内壁に向かって流れる乱流を形成する、気化装置。
【請求項2】
前記層乱変換部は、前記鉛直配管部の中央側から前記鉛直配管部の内壁に向かって流れ、さらに前記鉛直配管部の内壁側から前記鉛直配管部の中央側に向かって流れる乱流を形成する、請求項１に記載の気化装置。
【請求項3】
前記材料ガスは、固体状又は液体状の薄膜形成材料と、前記薄膜形成材料に対して不活性の不活性ガスを含む、請求項１又は２に記載の気化装置。
【請求項4】
前記層乱変換部と前記鉛直配管部の内壁との間には隙間がある、請求項１又は２に記載の気化装置。
【請求項5】
前記層乱変換部は、スタティックミキサーである、請求項１又は２に記載の気化装置。
【請求項6】
請求項１又は２に記載の気化装置を有する気化部と、製膜部と、前記気化部と前記製膜部を接続するガス供給流路を有し、
前記気化装置は、前記材料ガスの薄膜形成材料を気化した材料気化ガスを含む材料含有ガスを生成可能であり、
前記製膜部は、製膜室内に、製膜ガス放出部と、基材保持部を有し、前記基材保持部に保持された基材に対して、前記製膜ガス放出部から製膜ガスを放出可能であり、
前記製膜ガスは、前記気化装置が生成した前記材料含有ガスを含む、蒸着装置。
前記気化装置は、前記材料ガスの薄膜形成材料を気化した材料気化ガスを含む材料含有ガスを生成可能であり、
前記製膜部は、製膜室内に、製膜ガス放出部と、基材保持部を有し、前記基材保持部に保持された基材に対して、前記製膜ガス放出部から製膜ガスを放出可能であり、
前記製膜ガスは、前記気化装置が生成した前記材料含有ガスを含む、蒸着装置。
【請求項7】
前記気化部は、不活性のキャリアガスを前記製膜ガス放出部に供給可能なキャリアガス供給部を有し、
前記製膜ガスは、前記材料含有ガスと前記キャリアガスを含む、請求項６に記載の蒸着装置。
前記製膜ガスは、前記材料含有ガスと前記キャリアガスを含む、請求項６に記載の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、薄膜形成材料を加熱する気化装置及び薄膜を蒸着する蒸着装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、有機ＥＬ装置の各層の製造には、真空蒸着装置が使用されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１の蒸着装置は、粉体状の薄膜形成材料を高温のキャリアガスで気化室内に導入するとともに、気化室内で薄膜形成材料を加熱し、気化又は昇華させて蒸気を生成し、キャリアガスで蒸気を製膜室まで流送し、製膜室内においてキャリアガスと蒸気の混合ガスを基材に対して吹き付ける構造となっている。
特許文献１の蒸着装置は、粉体状の薄膜形成材料を高温のキャリアガスで気化室内に導入するとともに、気化室内で薄膜形成材料を加熱し、気化又は昇華させて蒸気を生成し、キャリアガスで蒸気を製膜室まで流送し、製膜室内においてキャリアガスと蒸気の混合ガスを基材に対して吹き付ける構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１１２３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献１の蒸着装置は、薄膜形成材料が第１接続経路の合流部でキャリアガスと合流した後に、キャリアガスとともに第１接続経路の第２鉛直管部から気化室内に導入される。このとき、薄膜形成材料とキャリアガスの混合ガスは、気化室内では層流となって第２鉛直管部から導入され、最短距離を経て供給経路から気化室の外部に送り出される。そのため、気化室内において中心側と内壁側で温度勾配が生じてしまい、中央側を通過する混合ガスでは、加熱が十分でなく、薄膜形成材料が完全に気化せずに粉体のまま基材に到達する場合があり、内壁側を通過する混合ガスでは温度が高く、薄膜形成材料が劣化してしまう場合がある。また、気化室の角部では、混合ガスが留まる滞留部分が生じてしまい、その滞留部分に留まる薄膜形成材料は蒸着されない問題がある。
【0005】
そこで、本発明は、従来に比べて薄膜形成材料を効率的に気化できる気化装置及び従来に比べて高品質の薄膜を製膜できる蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記した課題を解決するための本発明の一つの様相は、薄膜形成材料を含み、鉛直方向の層流の材料ガスを鉛直配管部に供給する材料供給部と、前記鉛直配管部を加熱する加熱部と、前記鉛直方向の層流の材料ガスを、少なくとも水平方向成分を持った乱流の材料ガスに変換する層乱変換部を有し、前記層乱変換部は、前記鉛直配管部の中央側から前記鉛直配管部の内壁に向かって流れる乱流を形成する、気化装置である。
【0007】
本様相によれば、層乱変換部によって乱流の材料ガスとなるので、鉛直配管部の内部空間に材料ガスを行き渡らせることができ、鉛直配管部内での温度勾配が小さくなり、薄膜形成材料を均一に加熱できる。また、鉛直配管部内において材料ガスの滞留部分の発生を抑制でき、効率的に加熱できる。
【0008】
好ましい様相は、前記層乱変換部は、前記鉛直配管部の中央側から前記鉛直配管部の内壁に向かって流れ、さらに前記鉛直配管部の内壁側から前記鉛直配管部の中央側に向かって流れる乱流を形成する。
【0009】
本様相によれば、鉛直配管部内での温度勾配をより小さくでき、薄膜形成材料を均一に加熱できる。
【0010】
好ましい様相は、前記材料ガスは、固体状又は液体状の薄膜形成材料と、前記薄膜形成材料に対して不活性の不活性ガスを含む。
【0011】
本様相によれば、不活性ガスの流量を調整することで鉛直配管部を通過する薄膜形成材料の速度や薄膜形成材料の気化量を調整できる。
【0012】
好ましい様相は、前記層乱変換部と前記鉛直配管部の内壁との間には隙間がある。
【0013】
本様相によれば、鉛直配管部の内壁に沿って材料ガスの滞留部の発生をより抑制できる。
【0014】
好ましい様相は、前記層乱変換部は、スタティックミキサーである。
【0015】
本様相によれば、層流の材料ガスを乱流の材料ガスに変換するのが容易である。
【0016】
本発明の一つの様相は、上記した気化装置を有する気化部と、製膜部と、前記気化部と前記製膜部を接続するガス供給流路を有し、前記気化装置は、前記材料ガスの薄膜形成材料を気化した材料気化ガスを含む材料含有ガスを生成可能であり、前記製膜部は、製膜室内に、製膜ガス放出部と、基材保持部を有し、前記基材保持部に保持された基材に対して、前記製膜ガス放出部から製膜ガスを放出可能であり、前記製膜ガスは、前記気化装置が生成した前記材料含有ガスを含む、蒸着装置である。
【0017】
ここでいう「気化」とは、液体が気体に変わる現象（蒸発、沸騰）だけではなく、固体が液体を経ずに直接気体に変わる現象（昇華）も含む。以下、同様とする。
【0018】
本様相によれば、気化装置において従来に比べて薄膜形成材料を均等に加熱して気化できるので、基材に対して高品質な膜を製膜できる。
本様相によれば、気化装置において従来に比べて薄膜形成材料の滞留部が生じにくいので、材料ロスが少なく、効率的に膜を製膜でき、コストを低減できる。
本様相によれば、気化装置において従来に比べて薄膜形成材料の滞留部が生じにくいので、材料ロスが少なく、効率的に膜を製膜でき、コストを低減できる。
【0019】
好ましい様相は、前記気化部は、不活性のキャリアガスを前記製膜ガス放出部に供給可能なキャリアガス供給部を有し、前記製膜ガスは、前記材料含有ガスと前記キャリアガスを含む。
【0020】
本様相によれば、キャリアガスによって製膜ガスの製膜ガス放出部からの放出量及び放出速度を調整可能である。
【発明の効果】
【0021】
本発明の気化装置によれば、従来に比べて薄膜形成材料を効率的に気化できる。
本発明の蒸着装置によれば、従来に比べて高品質の薄膜を製膜できる。
本発明の蒸着装置によれば、従来に比べて高品質の薄膜を製膜できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第１実施形態の蒸着装置を模式的に示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0024】
本発明の第１実施形態の蒸着装置１は、図１のように、製膜部２と、製膜ガス供給部３（３ａ～３ｃ）と、ガス供給流路５ａ～５ｃを備えた真空蒸着装置である。
具体的には、蒸着装置１は、製膜ガス供給部３ａ～３ｃの気化装置３０で薄膜形成材料を気化又は昇華させて薄膜形成材料の蒸気（以下、材料気化ガスともいう）を生成し、材料気化ガスを含む製膜ガスを製膜部２で基材１００に吹き付けることで、基材１００上に有機ＥＬ装置を構成する薄膜を製膜するガスキャリア蒸着装置である。
本実施形態の蒸着装置１は、製膜ガス供給部３の気化装置３０の構造に主な特徴の一つを有している。
このことを踏まえながら、以下、蒸着装置１の各構成部について説明する。
具体的には、蒸着装置１は、製膜ガス供給部３ａ～３ｃの気化装置３０で薄膜形成材料を気化又は昇華させて薄膜形成材料の蒸気（以下、材料気化ガスともいう）を生成し、材料気化ガスを含む製膜ガスを製膜部２で基材１００に吹き付けることで、基材１００上に有機ＥＬ装置を構成する薄膜を製膜するガスキャリア蒸着装置である。
本実施形態の蒸着装置１は、製膜ガス供給部３の気化装置３０の構造に主な特徴の一つを有している。
このことを踏まえながら、以下、蒸着装置１の各構成部について説明する。
【0025】
（製膜部２）
製膜部２は、図１のように、製膜室２０と、基材保持部２１と、マスク部２２と、製膜ガス放出部２３と、排気系統部２５を備えており、製膜室２０内に配された基材１００に対して製膜ガス放出部２３から製膜ガスを噴霧して基材１００上に薄膜を製膜するものである。
基材保持部２１は、被製膜面を製膜ガス放出部２３と対向するように基材１００を保持する部位である。
マスク部２２は、基材１００への製膜部分を制限する部位であり、開口を有し、開口によって基材１００上に製膜される薄膜をパターニングする部位である。
製膜ガス放出部２３は、基材１００に対して製膜ガスを放出する部位であり、具体的には蒸着ヘッドである。
製膜ガス放出部２３は、ガス放出口を有し、ガス放出口が基材保持部２１に保持された基材１００と対面し、ガス放出口から製膜ガスを基材１００に吹き付ける部位である。
本実施形態の製膜ガス放出部２３は、内部に空間があり、各製膜ガス供給部３ａ～３ｃから供給された製膜ガスを空間内で混合してガス放出口から製膜ガスを噴霧可能となっている。
排気系統部２５は、製膜室２０内のガスを外部に排気し、製膜室２０内を実質的に真空状態に維持する部位である。
製膜部２は、図１のように、製膜室２０と、基材保持部２１と、マスク部２２と、製膜ガス放出部２３と、排気系統部２５を備えており、製膜室２０内に配された基材１００に対して製膜ガス放出部２３から製膜ガスを噴霧して基材１００上に薄膜を製膜するものである。
基材保持部２１は、被製膜面を製膜ガス放出部２３と対向するように基材１００を保持する部位である。
マスク部２２は、基材１００への製膜部分を制限する部位であり、開口を有し、開口によって基材１００上に製膜される薄膜をパターニングする部位である。
製膜ガス放出部２３は、基材１００に対して製膜ガスを放出する部位であり、具体的には蒸着ヘッドである。
製膜ガス放出部２３は、ガス放出口を有し、ガス放出口が基材保持部２１に保持された基材１００と対面し、ガス放出口から製膜ガスを基材１００に吹き付ける部位である。
本実施形態の製膜ガス放出部２３は、内部に空間があり、各製膜ガス供給部３ａ～３ｃから供給された製膜ガスを空間内で混合してガス放出口から製膜ガスを噴霧可能となっている。
排気系統部２５は、製膜室２０内のガスを外部に排気し、製膜室２０内を実質的に真空状態に維持する部位である。
【0026】
（製膜ガス供給部３）
製膜ガス供給部３は、材料気化ガスを含む材料含有ガスを発生させ、発生した材料含有ガスを含む製膜ガスをガス供給流路５ａ～５ｃに供給するものである。
製膜ガス供給部３は、図１のように、気化装置３０と、キャリアガス供給部３１と、ガス排気部３２と、材料ガス接続経路３３と、キャリアガス接続経路３４と、排気接続経路３５を備えている。
製膜ガス供給部３は、材料気化ガスを含む材料含有ガスを発生させ、発生した材料含有ガスを含む製膜ガスをガス供給流路５ａ～５ｃに供給するものである。
製膜ガス供給部３は、図１のように、気化装置３０と、キャリアガス供給部３１と、ガス排気部３２と、材料ガス接続経路３３と、キャリアガス接続経路３４と、排気接続経路３５を備えている。
【0027】
（気化装置３０）
気化装置３０は、材料供給部４０と、気化側ガス供給部４１と、気化部４２と、材料供給経路４３と、ガス供給経路４４を備えている。
気化装置３０は、材料供給部４０と、気化側ガス供給部４１と、気化部４２と、材料供給経路４３と、ガス供給経路４４を備えている。
【0028】
（材料供給部４０）
材料供給部４０は、材料供給経路４３を介して気化部４２に固体状又は液体状の薄膜形成材料を定量的に供給する材料供給機構であり、薄膜形成材料を一時的に保管する保管容器でもある。
本実施形態で使用する薄膜形成材料は、粉末状の固形材料であり、主に有機ＥＬ装置の発光機能層を構成する有機ＥＬ材料であり、常温で粉末状の固形材料である。
材料供給部４０は、材料供給経路４３を介して気化部４２に固体状又は液体状の薄膜形成材料を定量的に供給する材料供給機構であり、薄膜形成材料を一時的に保管する保管容器でもある。
本実施形態で使用する薄膜形成材料は、粉末状の固形材料であり、主に有機ＥＬ装置の発光機能層を構成する有機ＥＬ材料であり、常温で粉末状の固形材料である。
【0029】
本実施形態の材料供給部４０は、薄膜形成材料を第１キャリアガスで分散させた材料分散ガスを材料供給経路４３に供給可能となっている。
第１キャリアガスは、薄膜形成材料に対して反応しない不活性ガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の希ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることがより好ましい。
第１キャリアガスは、薄膜形成材料に対して反応しない不活性ガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の希ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることがより好ましい。
【0030】
（気化側ガス供給部４１）
気化側ガス供給部４１は、材料供給経路４３に第２キャリアガスを供給し、気化部４２における薄膜形成材料の気化量を調節する部位である。
第２キャリアガスは、材料分散ガスの温度以上に加熱された加熱キャリアガスであり、材料分散ガスの温度よりも高い。
気化側ガス供給部４１から供給する第２キャリアガスの温度は、薄膜形成材料の沸点等によって適宜変更されるものであり、例えば、摂氏１００度以上摂氏７００度以下であることが好ましい。
第２キャリアガスは、材料分散ガスに対して反応しない不活性ガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の希ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることがより好ましい。
本実施形態の第２キャリアガスは、第１キャリアガスと同種のガスである。
気化側ガス供給部４１は、材料供給経路４３に第２キャリアガスを供給し、気化部４２における薄膜形成材料の気化量を調節する部位である。
第２キャリアガスは、材料分散ガスの温度以上に加熱された加熱キャリアガスであり、材料分散ガスの温度よりも高い。
気化側ガス供給部４１から供給する第２キャリアガスの温度は、薄膜形成材料の沸点等によって適宜変更されるものであり、例えば、摂氏１００度以上摂氏７００度以下であることが好ましい。
第２キャリアガスは、材料分散ガスに対して反応しない不活性ガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の希ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることがより好ましい。
本実施形態の第２キャリアガスは、第１キャリアガスと同種のガスである。
【0031】
（気化部４２）
気化部４２は、図２のように、気化室５０と、加熱部材５１ａ，５１ｂと、層乱変換部材５２を備えている。
気化室５０は、断面形状が円形状で鉛直方向に直線状に延びた鉛直直管部を含み、薄膜形成材料を気化又は昇華させて材料気化ガスを生成する部位である。
本実施形態の気化室５０は、鉛直直管部で構成されており、内部に断面形状が円形状で鉛直方向に直線状に延びた内部空間６０を備えている。
気化部４２は、図２のように、気化室５０と、加熱部材５１ａ，５１ｂと、層乱変換部材５２を備えている。
気化室５０は、断面形状が円形状で鉛直方向に直線状に延びた鉛直直管部を含み、薄膜形成材料を気化又は昇華させて材料気化ガスを生成する部位である。
本実施形態の気化室５０は、鉛直直管部で構成されており、内部に断面形状が円形状で鉛直方向に直線状に延びた内部空間６０を備えている。
【0032】
加熱部材５１ａ，５１ｂは、材料供給経路４３から気化室５０の内部空間６０内に供給される材料分散ガス（薄膜形成材料及び第１キャリアガス）と第２キャリアガスの混合ガス（以下、材料混合ガスともいう）を加熱する部材である。
加熱部材５１ａ，５１ｂは、図２のように、気化室５０の周囲を囲繞し、気化室５０を包み込んで加熱する部材である。
加熱部材５１ａ，５１ｂには、例えば、マントルヒーターが使用でき、気化室５０を加熱及び保温が可能となっている。
加熱部材５１ａ，５１ｂは、図２のように、気化室５０の周囲を囲繞し、気化室５０を包み込んで加熱する部材である。
加熱部材５１ａ，５１ｂには、例えば、マントルヒーターが使用でき、気化室５０を加熱及び保温が可能となっている。
【0033】
層乱変換部材５２は、材料供給経路４３から層流となって供給される材料混合ガスを乱流の材料混合ガスに変換し、気化室５０の内部空間６０内で材料混合ガスを撹拌させる撹拌部材である。
層乱変換部材５２は、長方形状の板材を１８０度捩じった形状の一又は複数の第１エレメント７０と一又は複数の第２エレメント７１が長手方向において交互に並んだスタティックミキサーである。
第１エレメント７０は、長方形状の板材の中央部分が１８０度捩じられた右エレメントである。
第２エレメント７１は、長方形状の板材の両端部分が１８０度捩じられた左エレメントである。
層乱変換部材５２は、各エレメント７０，７１において、気化室５０を通過する材料混合ガスを分割する分割機能と、気化室５０を通過する材料混合ガスの流れ方向を気化室５０の中央側から内壁側、又は内壁側から中央側に転換する転換機能と、材料混合ガスの回転方向を変更させる反転機能を備えている。そのため、層乱変換部材５２は、気化室５０の内部空間６０内の材料混合ガスをまんべんなく撹拌することが可能となっている。
層乱変換部材５２は、熱伝導率が高い材質で構成されていることが好ましく、例えば、ステンレス鋼などで構成できる。
層乱変換部材５２は、長方形状の板材を１８０度捩じった形状の一又は複数の第１エレメント７０と一又は複数の第２エレメント７１が長手方向において交互に並んだスタティックミキサーである。
第１エレメント７０は、長方形状の板材の中央部分が１８０度捩じられた右エレメントである。
第２エレメント７１は、長方形状の板材の両端部分が１８０度捩じられた左エレメントである。
層乱変換部材５２は、各エレメント７０，７１において、気化室５０を通過する材料混合ガスを分割する分割機能と、気化室５０を通過する材料混合ガスの流れ方向を気化室５０の中央側から内壁側、又は内壁側から中央側に転換する転換機能と、材料混合ガスの回転方向を変更させる反転機能を備えている。そのため、層乱変換部材５２は、気化室５０の内部空間６０内の材料混合ガスをまんべんなく撹拌することが可能となっている。
層乱変換部材５２は、熱伝導率が高い材質で構成されていることが好ましく、例えば、ステンレス鋼などで構成できる。
【0034】
ここで、気化部４２の各部位の位置関係について説明する。
【0035】
気化室５０は、図２のように、上部側に材料供給経路４３が接続されており、下部側にガス供給流路５の材料ガス接続経路３３が接続されている。具体的には、気化室５０は、天面壁部６４に材料供給経路４３が接続されており、周壁部６５に材料ガス接続経路３３が接続されている。
加熱部材５１ａ，５１ｂは、気化室５０の周囲を囲繞し、気化室５０を包み込んで鉛直方向（上下方向）に並んでいる。
加熱部材５１ａ，５１ｂには、低温側加熱部材５１ａ、高温側加熱部材５１ｂがあり、高温側加熱部材５１ｂは、低温側加熱部材５１ａに比べて、出力が高く、気化室５０を高温となるように加熱可能となっている。
すなわち、気化室５０の内部空間６０は、図２のように、鉛直方向において、低温側加熱部材５１ａによって加熱される低温加熱領域６１ａと、高温側加熱部材５１ｂによって加熱される高温加熱領域６１ｂが形成されている。
層乱変換部材５２は、気化室５０の内部空間６０の中間部に設けられ、低温加熱領域６１ａと高温加熱領域６１ｂに跨って配されており、層乱変換部材５２の上方側と下方側に空間６２，６３が形成されている。
また、層乱変換部材５２は、気化室５０の内壁を構成する周壁部６５によって囲繞されており、周壁部６５との間に隙間が形成されている。
加熱部材５１ａ，５１ｂは、気化室５０の周囲を囲繞し、気化室５０を包み込んで鉛直方向（上下方向）に並んでいる。
加熱部材５１ａ，５１ｂには、低温側加熱部材５１ａ、高温側加熱部材５１ｂがあり、高温側加熱部材５１ｂは、低温側加熱部材５１ａに比べて、出力が高く、気化室５０を高温となるように加熱可能となっている。
すなわち、気化室５０の内部空間６０は、図２のように、鉛直方向において、低温側加熱部材５１ａによって加熱される低温加熱領域６１ａと、高温側加熱部材５１ｂによって加熱される高温加熱領域６１ｂが形成されている。
層乱変換部材５２は、気化室５０の内部空間６０の中間部に設けられ、低温加熱領域６１ａと高温加熱領域６１ｂに跨って配されており、層乱変換部材５２の上方側と下方側に空間６２，６３が形成されている。
また、層乱変換部材５２は、気化室５０の内壁を構成する周壁部６５によって囲繞されており、周壁部６５との間に隙間が形成されている。
【0036】
（材料供給経路４３）
材料供給経路４３は、図１のように、材料供給部４０と気化室５０を接続する接続配管である。
材料供給経路４３は、図１のように、材料供給部４０と気化室５０を接続する接続配管である。
【0037】
（ガス供給経路４４）
ガス供給経路４４は、図１のように、気化側ガス供給部４１と材料供給経路４３の中途を接続する接続配管である。言い換えると、ガス供給経路４４は、材料供給経路４３から上流側部分が分岐した分岐経路である。
ガス供給経路４４は、図１のように、気化側ガス供給部４１と材料供給経路４３の中途を接続する接続配管である。言い換えると、ガス供給経路４４は、材料供給経路４３から上流側部分が分岐した分岐経路である。
【0038】
（キャリアガス供給部３１）
キャリアガス供給部３１は、ガス供給流路５ａ～５ｃ内に第３キャリアガスを供給する部位であり、製膜ガス放出部２３から放出される製膜ガスの総流量を調節し、製膜速度を調整する部位である。
第３キャリアガスは、材料含有ガスに対して反応しない不活性ガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の希ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることがより好ましい。
本実施形態の第３キャリアガスは、第１キャリアガス及び第２キャリアガスと同種のガスである。
キャリアガス供給部３１は、ガス供給流路５ａ～５ｃ内に第３キャリアガスを供給する部位であり、製膜ガス放出部２３から放出される製膜ガスの総流量を調節し、製膜速度を調整する部位である。
第３キャリアガスは、材料含有ガスに対して反応しない不活性ガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の希ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることがより好ましい。
本実施形態の第３キャリアガスは、第１キャリアガス及び第２キャリアガスと同種のガスである。
【0039】
（ガス排気部３２）
ガス排気部３２は、ガス供給流路５ａ～５ｃ内のガスを外部に排気する部位である。
ガス排気部３２は、ガス供給流路５ａ～５ｃ内のガスを外部に排気する部位である。
【0040】
（材料ガス接続経路３３）
材料ガス接続経路３３は、ガス供給流路５と連続し、気化装置３０の気化室５０とガス供給流路５を接続する接続配管であり、気化装置３０の気化室５０から供給された材料含有ガスをガス供給流路５に導く材料ガス供給流路を構成する部位である。
材料ガス接続経路３３は、ガス供給流路５と連続し、気化装置３０の気化室５０とガス供給流路５を接続する接続配管であり、気化装置３０の気化室５０から供給された材料含有ガスをガス供給流路５に導く材料ガス供給流路を構成する部位である。
【0041】
（キャリアガス接続経路３４）
キャリアガス接続経路３４は、キャリアガス供給部３１と材料ガス接続経路３３の中途を接続する接続配管であり、キャリアガス供給部３１から供給された第３キャリアガスをガス供給流路５に導くキャリアガス供給流路を構成する部位である。
キャリアガス接続経路３４は、キャリアガス供給部３１と材料ガス接続経路３３の中途を接続する接続配管であり、キャリアガス供給部３１から供給された第３キャリアガスをガス供給流路５に導くキャリアガス供給流路を構成する部位である。
【0042】
（排気接続経路３５）
排気接続経路３５は、ガス排気部３２と材料ガス接続経路３３の中途又はガス排気部３２とキャリアガス接続経路３４の中途を接続する接続配管であり、ガス供給流路５内を通過するガスをガス排気部３２に導く排気流路を構成する部位である。
排気接続経路３５は、ガス排気部３２と材料ガス接続経路３３の中途又はガス排気部３２とキャリアガス接続経路３４の中途を接続する接続配管であり、ガス供給流路５内を通過するガスをガス排気部３２に導く排気流路を構成する部位である。
【0043】
（ガス供給流路５）
ガス供給流路５は、製膜部２と製膜ガス供給部３を接続し、製膜ガス供給部３から製膜部２に材料含有ガスと第３キャリアガスの混合ガスである製膜ガスを送り出す流路である。
ガス供給流路５は、製膜部２と製膜ガス供給部３を接続し、製膜ガス供給部３から製膜部２に材料含有ガスと第３キャリアガスの混合ガスである製膜ガスを送り出す流路である。
【0044】
続いて、蒸着装置１を使用した薄膜の製造方法の一例について説明する。
【0045】
材料供給部４０から薄膜形成材料が第１キャリアガスで分散された材料分散ガスを材料供給経路４３に供給し、気化側ガス供給部４１からガス供給経路４４を介して第２キャリアガスを材料供給経路４３に供給する。
【0046】
このとき、材料供給部４０から供給された材料分散ガスは、材料供給経路４３とガス供給経路４４の合流部分において第２キャリアガスと混合され、材料供給経路４３の下流側端部から材料混合ガスとして気化室５０に供給される。
【0047】
材料供給経路４３から材料混合ガスが気化室５０に導入されると、材料混合ガスは、鉛直方向の層流となって上流側空間６２を通過し、層乱変換部材５２によって図３の矢印のように二重螺旋状の乱流に変換され、内部空間６０内で撹拌されながら加熱されて層乱変換部材５２を通過し、下流側空間６３に至る。その際に、材料混合ガス内に含まれる薄膜形成材料が気化して材料気化ガスとなり、材料気化ガスと第１キャリアガスと第２キャリアガスの混合ガスである材料含有ガスとして気化室５０内から材料ガス接続経路３３に導入される。
【0048】
このとき、層乱変換部材５２は、図３の矢印のように、気化室５０の径方向において、第１エレメント７０によって材料混合ガスを二分割にしつつ気化室５０の中央側から内壁を構成する周壁部６５側に材料混合ガスを導き、第２エレメント７１によって材料混合ガスを周壁部６５側から気化室５０の中央側を経て反対側の周壁部６５側に導く。層乱変換部材５２は、各エレメント７０，７１でこれを繰り返し、内部空間６０内で材料混合ガスを攪拌する。
すなわち、材料混合ガスは、層乱変換部材５２で撹拌されながら、低温加熱領域６１ａと高温加熱領域６１ｂの順に通過し、材料混合ガス内の薄膜形成材料が気化して薄膜形成材料のみが気化した材料気化ガスを含む材料含有ガスとなる。
すなわち、材料混合ガスは、層乱変換部材５２で撹拌されながら、低温加熱領域６１ａと高温加熱領域６１ｂの順に通過し、材料混合ガス内の薄膜形成材料が気化して薄膜形成材料のみが気化した材料気化ガスを含む材料含有ガスとなる。
【0049】
気化室５０内から材料ガス接続経路３３に導入された材料含有ガスは、キャリアガス供給部３１から供給された第３キャリアガスと材料ガス接続経路３３の中途で混合されて製膜ガスとなってガス供給流路５に導入され、製膜ガスは、ガス供給流路５を通過して製膜室２０内で製膜ガス放出部２３から基材保持部２１に固定された基材１００上に放出される。基材１００上に吐出された製膜ガスは、基材１００上で冷却され、析出することで基材１００上に薄膜が着膜する。
【0050】
第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化装置３０において従来に比べて薄膜形成材料を均等に加熱して気化できるので、基材１００に対して高品質の薄膜を製膜できる。
また、第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化装置３０において従来に比べて薄膜形成材料の滞留部が生じにくいので、材料ロスが少なく、効率的に膜を製膜でき、コストを低減できる。
また、第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化装置３０において従来に比べて薄膜形成材料の滞留部が生じにくいので、材料ロスが少なく、効率的に膜を製膜でき、コストを低減できる。
【0051】
第１実施形態の気化装置３０によれば、気化室５０内に鉛直方向の層流の材料混合ガスを水平方向成分と鉛直方向成分を持った乱流の材料混合ガスに変換する層乱変換部材５２を有しており、材料混合ガスを気化室５０の中央側から気化室５０の内壁たる周壁部６５に向かって流れる乱流を形成する。そのため、気化室５０の内部空間６０全体に材料混合ガスを行き渡らせることができ、内部空間６０での温度勾配が小さくなり、薄膜形成材料を均一に加熱できる。また、気化室５０内において材料混合ガスの滞留部分の発生を抑制でき、効率的に加熱できる。
【0052】
第１実施形態の気化装置３０によれば、気化室５０を通過する材料混合ガスが薄膜形成材料と薄膜形成材料に対して不活性の第１キャリアガス及び第２キャリアガスを含むため、第２キャリアガスの流量を調整することで気化室５０を通過する薄膜形成材料の速度や薄膜形成材料の気化量を調整できる。
【0053】
第１実施形態の気化装置３０によれば、気化室５０を通過する材料混合ガスが薄膜形成材料と薄膜形成材料に対して不活性の第１キャリアガス及び第２キャリアガスのみで構成されているため、薄膜形成材料のみが気化した材料気化ガスを含む材料含有ガスを生成できる。
【0054】
第１実施形態の気化装置３０によれば、層乱変換部材５２と気化室５０の周壁部６５との間に隙間があるため、気化室５０の周壁部６５に沿って材料混合ガスが流れやすく材料混合ガスの滞留部の発生をより抑制できる。
【0055】
第１実施形態の気化装置３０によれば、層乱変換部材５２がスタティックミキサーで構成されているため、層流の材料混合ガスを乱流の材料混合ガスに変換することが容易であり、材料混合ガスが均等に加熱されて気化効率を向上できる。また、材料混合ガスに含まれる薄膜形成材料が固体の場合、水平方向成分によって材料供給経路４３から材料ガス接続経路３３に至るまでの通過速度を抑制でき、材料混合ガスが乱流になることで分散効果を奏し、薄膜形成材料の表面積増加による揮発しやすくできる。一方、材料混合ガスに含まれる薄膜形成材料が液体の場合は、エレメント７０，７１や気化室５０の内壁に付着した際に液伸びして表面積が増加し、揮発しやすくできる。
また、第１実施形態の気化装置３０によれば、層乱変換部材５２を熱伝導性の高い材質のスタティックミキサーで構成することで、加熱部材５１ａ，５１ｂの輻射熱によって層乱変換部材５２が加熱され、層乱変換部材５２自体が材料混合ガスを加熱する熱源として機能する。そのため、材料混合ガスが層乱変換部材５２に接触して撹拌されることで徐々に温度が上昇し、薄膜形成材料が揮発しやすくなる。また、層乱変換部材５２自体が高温となるため、材料混合ガスに含まれる未昇華の薄膜形成材料が層乱変換部材５２の表面に付着して固化しにくい。その結果、従来に比べて薄膜形成材料を効率的に気化できる。
また、第１実施形態の気化装置３０によれば、層乱変換部材５２を熱伝導性の高い材質のスタティックミキサーで構成することで、加熱部材５１ａ，５１ｂの輻射熱によって層乱変換部材５２が加熱され、層乱変換部材５２自体が材料混合ガスを加熱する熱源として機能する。そのため、材料混合ガスが層乱変換部材５２に接触して撹拌されることで徐々に温度が上昇し、薄膜形成材料が揮発しやすくなる。また、層乱変換部材５２自体が高温となるため、材料混合ガスに含まれる未昇華の薄膜形成材料が層乱変換部材５２の表面に付着して固化しにくい。その結果、従来に比べて薄膜形成材料を効率的に気化できる。
【0056】
第１実施形態の気化装置３０によれば、複数の製膜ガス供給部３ａ～３ｃが各ガス供給流路５ａ～５ｃを介して製膜ガス放出部２３に接続されている。そのため、各製膜ガス供給部３ａ～３ｃから異なる薄膜形成材料を用いた製膜ガスを製膜ガス放出部２３に供給することで、複数種類の製膜ガスが製膜ガス放出部２３で混合され、基材１００上に共蒸着膜を共蒸着できる。
【0057】
ところで、第１実施形態の蒸着装置１では、気化室５０には薄膜形成材料が固体状又は液体状のまま第１キャリアガスとともに導入されるが、仮に気化室５０が水平方向のみに延びる水平直管部で構成されている場合、一般的に、薄膜形成材料の比重が第１キャリアガスに比べて重いため、第１キャリアガスが水平直管部の中心部分を層流のまま通過し、薄膜形成材料が重力によって水平直管部の下面に堆積してしまう。
そこで、本実施形態の蒸着装置１では、気化室５０が鉛直方向に直線状に延びた鉛直直管部で構成されているので、薄膜形成材料を重力によって昇華・蒸発を促しながら効率良く下流へ落下させることができ、効率良く薄膜形成材料を材料気化ガスに変換できる。
そこで、本実施形態の蒸着装置１では、気化室５０が鉛直方向に直線状に延びた鉛直直管部で構成されているので、薄膜形成材料を重力によって昇華・蒸発を促しながら効率良く下流へ落下させることができ、効率良く薄膜形成材料を材料気化ガスに変換できる。
【0058】
第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化室５０内において鉛直方向の層流の材料混合ガスを水平方向成分と鉛直方向成分をもった乱流の材料混合ガスに変換する。
第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化室５０内を通過する材料混合ガスが鉛直方向成分をもっているので、材料混合ガスの搬送を促し、薄膜形成材料を微細化でき、さらに通過する材料混合ガスが水平方向成分ももっているので、薄膜形成材料を微細化でき、材料供給経路４３から材料ガス接続経路３３に至るまでの通過距離を長くでき、材料混合ガスを均熱化できる。
第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化室５０内を通過する材料混合ガスが鉛直方向成分をもっているので、材料混合ガスの搬送を促し、薄膜形成材料を微細化でき、さらに通過する材料混合ガスが水平方向成分ももっているので、薄膜形成材料を微細化でき、材料供給経路４３から材料ガス接続経路３３に至るまでの通過距離を長くでき、材料混合ガスを均熱化できる。
【0059】
第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化室５０において材料気化ガスとキャリアガスが均一に混合されて材料含有ガスとして材料ガス接続経路３３に導入されるため、製膜ガスが製膜ガス放出部２３に到達時の環境中の濃度勾配を抑制できる。
【0060】
上記した実施形態では、各製膜ガス供給部３が個別に製膜ガス放出部２３に接続され、共蒸着する際には、製膜ガス放出部２３内で各製膜ガス供給部３から供給される製膜ガスを混合していたが、本発明はこれに限定されるものではない。図４（ａ）のように、製膜ガス放出部２３の上流側に各製膜ガス供給部３から供給される製膜ガスを混合する混合部８０を設け、共蒸着する際に、混合部８０で混合した製膜ガスを製膜ガス放出部２３に供給してもよい。また、図４（ｂ）のように、各製膜ガスを二段階に混合してもよい。すなわち、各製膜ガス供給部３ｄ，３ｅと製膜ガス放出部２３の間に混合部８１を設け、さらに製膜ガス放出部２３内で別の製膜ガス供給部３ｂ，３ｃと混合してもよい。
【0061】
上記した実施形態では、気化室５０は、鉛直方向に延びた鉛直配管部のみで構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。気化室５０は、鉛直配管部を含んでいれば、鉛直配管部の上流側及び鉛直配管部の下流側の部位の延び方向は鉛直方向でなくてもよい。
【0062】
上記した実施形態では、製膜部２は一つの製膜室２０で構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。製膜部２は複数の製膜室２０で構成されていてもよい。複数の製膜室２０を設け、一つの気化装置３０から各製膜室２０に製膜ガスを供給することで、各製膜室２０で同時に基材１００の製膜を進めることができ、生産性を向上できる。
【0063】
上記した実施形態では、材料供給部４０から材料供給経路４３に対して薄膜形成材料とともに第１キャリアガスを供給していたが、本発明はこれに限定されるものではない。材料供給部４０から材料供給経路４３に対して薄膜形成材料のみを供給してもよい。
【0064】
上記した実施形態は、本発明の技術的範囲に含まれる限り、各実施形態間で各構成部材を自由に置換や付加できる。
【符号の説明】
【0065】
１ 蒸着装置
２ 製膜部
３，３ａ～３ｃ 製膜ガス供給部
２１ 基材保持部
２３ 製膜ガス放出部
３０ 気化装置
３１ キャリアガス供給部
４０ 材料供給部
５０ 気化室（鉛直配管部）
５１ａ 低温側加熱部材（加熱部）
５１ｂ 高温側加熱部材（加熱部）
５２ 層乱変換部材（層乱変換部）
６０ 内部空間
１００ 基材
２ 製膜部
３，３ａ～３ｃ 製膜ガス供給部
２１ 基材保持部
２３ 製膜ガス放出部
３０ 気化装置
３１ キャリアガス供給部
４０ 材料供給部
５０ 気化室（鉛直配管部）
５１ａ 低温側加熱部材（加熱部）
５１ｂ 高温側加熱部材（加熱部）
５２ 層乱変換部材（層乱変換部）
６０ 内部空間
１００ 基材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】