JPH0544023A - 物質の蒸発方法及びその装置 - Google Patents

物質の蒸発方法及びその装置

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JPH0544023A
JPH0544023A JP20207191A JP20207191A JPH0544023A JP H0544023 A JPH0544023 A JP H0544023A JP 20207191 A JP20207191 A JP 20207191A JP 20207191 A JP20207191 A JP 20207191A JP H0544023 A JPH0544023 A JP H0544023A
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JP
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substance
container
vessel
molten
gap
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JP20207191A
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English (en)
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Kazunori Shioda
和則 塩田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶融物質から容器へのエネルギ移
動に伴う熱損失の低減と溶融物質の化学的活性に対する
容器の保護をはかり、エネルギ効率が高く機器信頼性の
優れた物質の蒸発方法及びその装置を提供する。 【構成】 本発明においては、容器2の両端部にガス注
入口10を設けこの注入口10から物質1と反応しない不活
性ガス11を供給し容器2に設けたガス注入孔12から容器
2内にガス11を噴出させ容器2と溶融状態の物質1との
間に所定の間隙を維持させるよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを用い
た表面加熱に基づく蒸発方法及びその装置に係わり、蒸
発のエネルギ効率を大幅に向上し、さらに化学的活性な
溶融物質による容器材料の腐食を防止して装置としての
信頼性を高めた蒸発方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光学機器の製造工程、半導体成膜
処理、機能性材料の開発等ではCVD、PVD、MBE
などに代表される様な真空蒸着による薄膜生成技術が一
般的に駆使されている。
【0003】上記では当該物質または当該物質の組成原
材料を蒸気化して固体壁に蒸着させるものであり、物質
を蒸発または昇華させるための手段としては、ヒータ加
熱、高周波加熱、ビーム加熱等があげられる。このうち
ビーム加熱はレーザビーム、中性粒子ビーム、荷電粒子
ビームなどをエネルギドライバとするもので、物質の表
面のみを直接的かつ効率良く加熱するため、他の方法に
はない利点を多数有している。さらに、荷電粒子ビーム
はレーザビームや中性粒子ビームと比較してもエネルギ
効率が高く、ビーム生成方法の簡便性からも一般工学用
途に適している。特に、電子ビームはビーム源の生成、
ビーム伝播・集束が容易であり、装置全体の価格が廉価
であるなどの理由により広く使用されている。以下に荷
電粒子ビームとして電子ビームを使用した物質の蒸発方
法及びその装置の従来例を図4ないし図6を参照して説
明する。
【0004】図4は、従来の物質の蒸発装置の構成を模
式的に示す斜視図である。蒸発処理対象となる物質1
は、熱化学耐性を有する例えば坩堝などの容器2の内に
装荷されている。次に電子銃3から発射される電子ビー
ム4を、図示しない外部磁場コイルにより印加される直
流磁場5により偏向して、容器2の内の物質1の表面上
に照射する。電子ビーム4の照射を受けた物質1は、そ
の蒸発温度以上の高温に加熱され分子蒸気流6を生成す
る。
【0005】図5は、図4の従来例の装置構成を模式的
に示す斜視図において、容器2及び容器2に収納された
物質1の熱流動状態を示す要部拡大図であり、図6は図
5におけるII−II矢視断面図である。
【0006】物質1の表面のうち中央部1aは、電子ビー
ム4が照射されて高温化する。これに対して周縁部1bは
容器2に接しているため、温度はそれ程高温化しない。
すなわち、物質1の表面上で中央部1aと周縁部1bとの間
で温度差が発生することになる。さらに、溶融状態の物
質1における表面張力が温度に依存して変化する場合、
表面張力の小さい中央部1aが表面張力の大きい周縁部1b
により引っ張られてマランゴニ対流7が図中実線矢印の
通り表面上に発生する。また、物質1が温度による密度
変化を伴う場合、重力場中では図中破線矢印の通りベナ
ード対流8が誘起される。但し、マランゴニ対流7があ
くまでも物質1の表面上に限定されるのに対して、ベナ
ード対流8は物質1の内部においても誘起される。
【0007】この様に主に中央部1aに照射される電子ビ
ーム4のエネルギは、これらの熱対流により周縁部1bへ
と搬送される。高温状態の周縁部1bは接触界面9を介し
て容器2の縁2aとエネルギ授受を行っており、容器2を
高温化している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】よって従来の物質の蒸
発方法及びその装置においては、電子ビーム4のエネル
ギにより分子蒸気流6を生成させる上で、上記の様な容
器2へのエネルギ損失は蒸発効率を低下させる要因とな
る。さらに、物質1が化学的に活性である場合などは容
器2との接触界面9において、特に高温となる縁2aが腐
蝕し、容器2の信頼性を損なうおそれが生じる。
【0009】この様な課題を解決するために、従来より
様々な熱流動抑制の研究が成されてきたが、表面張力や
密度の温度変化の大きい金属の蒸発においては、熱流動
を充分に制御することは困難である。そのため、導電性
流体としての溶融金属に対しては、外部磁場印加による
対流抑制の研究が行われている。また、化学的活性な物
質1を収納するための容器2の構成材料の研究開発も盛
んに行われているが、より高温状態の活性物質との接触
界面9を伴う場合は長寿命で高信頼性の容器2を提供す
るまでには至っていないのが現状である。
【0010】このため近年、溶融金属の様な導電性流体
に限って適用される磁気浮上の研究も成されているが、
前記に述べた磁場による熱流動抑制技術と共に、磁場発
生装置を新たに付加しなければならず、装置が複雑化す
ることは避けられない。
【0011】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、電子ビームなどの荷電粒子ビーム
加熱による表面加熱を受けた溶融物質の蒸発技術におい
て、容器と溶融物質との間に空隙を生じさせ、以って溶
融物質から容器へのエネルギ移動に伴う熱損失を低減さ
せ、併せて容器自体を溶融物質の化学的活性から防護す
ることにより、エネルギ効率が高く、機器信頼性が優れ
た物質の蒸発方法及びその装置を提供することを目的と
する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本件第1の発明に係わる
物質の蒸発方法は、熱化学耐性容器に収納された物質
を、外部印加の直流磁場により偏向された線状の荷電粒
子ビームの照射による表面加熱により蒸発せしめて分子
蒸気流を生成させる物質の蒸発方法において、容器側部
から噴出ガスを供給することにより容器内の溶融物質と
容器内壁の間隙に気流層を形成し、この気流層が形成さ
れたことによって高温の溶融物質と容器内壁とが直接的
には接触しないようにし、以って容器内に収容された高
温状態の溶融物質から容器内壁への熱伝導によるエネル
ギ損失を大幅に低減し、さらには容器内に化学的に活性
な溶融物質を収納しても溶融物質と容器材料との接触界
面が存在しないため、容器材料の腐食を防止して材料の
長寿命化を企画したことを特徴とする。
【0013】本件第2の発明に係わる物質の蒸発装置
は、蒸発対象となる物質を加熱蒸発せしめる荷電粒子ビ
ーム発生装置と、この荷電粒子ビームを偏向させる直流
磁場発生装置と、溶融状態の蒸発対象物質を収納する熱
化学耐性容器と、溶融状態の蒸発対象物質と容器内壁の
間隙に気流層を形成するために、容器側壁の複数箇所に
噴出ガス注入口を設けたことを特徴とする。
【0014】また、本件第3の発明に関わる物質の蒸発
装置は、本件第2の物質の蒸発装置において熱化学耐性
容器と溶融状態の蒸発対象物質との間に耐熱性のライナ
状の多孔質材料を敷設し、噴出ガスが適当に分散されて
一様な気流層を形成する様にしたことを特徴とする。
【0015】
【作用】本発明に係わる物質の蒸発方法及びその装置に
よれば、物質が非導電性である場合でも、噴出ガスの圧
力により微少の空隙を以って容器内壁面から浮遊させる
ことが可能となる。これは、噴出ガスが容器内壁と溶融
物質との空隙をカーテン状に流れることによる気流層が
形成され、空隙内のガス圧に押されて溶融物質が直接に
容器内壁面に接触することがなくなるからである。これ
により容器と溶融物質との間の熱抵抗が著しく向上する
と共に、材料の腐蝕等の懸念なくなる。
【0016】以上の通り、本発明は従来の物質の蒸発方
法及びその装置に対して、装置構成を複雑化することな
く容易に実施することが可能であり、目的とする様なエ
ネルギ効率の高さと材料寿命の長さを同時に達成するこ
とができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面に従
って説明する。図1は本発明に係わる物質の蒸発装置の
一実施例の装置構成を示す斜視図、図2は図1における
I−I矢視断面図であり、それぞれ従来例の構成を示す
図5、及び図6に対応するものである。尚、図4、図
5、及び図6に示す従来例と同一の構成要素、部品には
同一の番号を付している。
【0018】容器2の両側部2bにはガス注入口10が複数
箇所設けられており、溶融状態の物質1と反応しない例
えばアルゴンの様な不活性ガス11がガス注入口10から供
給される。不活性ガス11はガス注入孔12を通り物質1と
容器2との間隙13に噴出される。このとき、間隙13に充
満しながら流れる不活性ガス11の圧力pは次の通り与え
られる。(1)式においてp0 は雰囲気圧力[Pa]、δ
は間隙13の厚さ[m]、μ、Q0 はそれぞれ不活性ガス
11の粘性率[Pa・s]、流量[m3 /s]L、βはそれ
ぞれ容器2の長さ[m]、側壁傾斜角[rad ]、dはガ
ス注入孔12の液面からの深さ[m]である。但し、x座
標は間隙13内のガス注入孔12の位置を原点として間隙上
向き方向にとる。
【0019】また溶融状態の物質1内の静水圧力分布p
s は(1)式に準拠して(2)式の様に表わすことがで
きる。ここでρは物質1の密度[kg/m3 ]、gは重力
加速度[m/s2 ]である。 ps (x)=p0 +ρg(d−xsin β) (2) すなわち、間隙13の厚さδは(1)式と(2)式に示さ
れるガス圧力pと静水圧力ps とが均衡を維持しながら
(3)式で与えられる値をとる。
【0020】実際にはガス注入口10の充填圧力により流
量Q0 が決まるが、ここで仮に物質1が銅、不活性ガス
11がアルゴン(単位長さ当たり流量Q0 /L=10-32
/s)とすると、δはほぼ0.2mm という値が得られる。
【0021】すなわち、本実施例ではガス注入孔12の位
置より上部に厚さδの間隙13が維持される様になり、こ
の部位では図3の本技術従来例に示す様な接触界面9が
存在しない。従って、物質1の特に高温部位である周縁
部1bから容器2の縁2aへの伝導伝熱量が大幅に低減さ
れ、エネルギ効率の向上を図ることができる。同様に、
従来においては接触界面9での容器2の材料腐蝕の問題
が発生していたが、本実施例においては間隙13がこの様
な問題を解決してくれる。
【0022】以上、不活性ガス11を噴出させることによ
る気力浮上の原理に基づき、容器2内に収納される物質
1が導電性流体/非導電性流体の区別なく適当な部位に
間隙13を設けることができ、以って高効率で高信頼性の
物質蒸発を行うことができる。 (他の実施例)
【0023】本発明の他の実施例について図3により以
下に説明する。図3は既に述べた本発明の一実施例を示
す図2に対応するものであり、物質1と容器2との間に
は多孔質ライナ14が配設されている。ここで不活性ガス
11はガス注入孔12を経由してこの多孔質ライナ14内へ供
給される。多孔質ライナ14に注入された不活性ガス11
は、多孔質ライナ14内部で分散されて間隙13に湧出すた
め、物質1に対して作用する圧力の局所化が避けられ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係わる物質の
蒸発方法及びその装置によれば、従来の荷電粒子ビーム
加熱による物質の蒸発方法に比べて、効率、経済性、装
置信頼性共に優れた技術が提供されることになる。また
本発明は磁場印加による類似技術に比べ、周辺装置を複
雑化、大型化することなく、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる物質の蒸発方法を実施する蒸発
装置の装置構成の一実施例を示す斜視図
【図2】図1におけるI−I矢視断面図
【図3】本発明に係わる他の実施例を示す断面図
【図4】従来の物質の蒸発装置の構成を模式的に示す斜
視図
【図5】図4における容器及び容器に収納された物質の
熱流動状態を示す要部拡大図
【図6】図5におけるII−II矢視断面図
【符号の説明】
1…物質 1a…中央部 1b…周縁部 2…容器 2a…縁 2b…両側部 3…電子銃 4…電子ビーム 5…直流磁場 6…分子蒸気流 7…マランゴニ対流 8…ベナード対
流 9…接触界面 10…ガス注入口 11…不活性ガス 12…ガス注入孔 13…間隙 14…多孔質ライ
ナ d…ガス注入孔の液面からの深さ g…重力加速度 L…容器長さ p…ガス圧力 ps …静水圧力 Q0 …ガス流量 x…間隙に沿う座標 β…容器側壁傾
斜角 δ…間隙厚さ μ…ガス粘性率 ρ…物質密度

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱化学耐性容器に収納された物質を、外
    部印加の直流磁場により偏向された線状の荷電粒子ビー
    ムの照射による表面加熱により蒸発せしめて分子蒸気流
    を生成させる物質の蒸発方法において、容器側部から噴
    出ガスを供給することにより容器内の溶融物質と容器内
    壁の間隙に気流層を形成し、この気流層が形成されたこ
    とによって高温の溶融物質と容器内壁とが直接的には接
    触しないようにして分子蒸気流を生成させることを特徴
    とする物質の蒸発方法。
  2. 【請求項2】 蒸発対象となる物質を加熱蒸発せしめる
    荷電粒子ビーム発生装置と、この荷電粒子ビームを偏向
    させる直流磁場発生装置と、溶融状態の蒸発対象物質を
    収納する熱化学耐性容器と、溶融状態の蒸発対象物質と
    容器内壁の間隙に気流層を形成するための噴出ガス注入
    口を容器側壁の複数箇所に設けたことを特徴とする物質
    の蒸発装置。
  3. 【請求項3】 熱化学耐性容器と溶融状態の蒸発対象物
    質との間に耐熱性のライナ状の多孔質材料を敷設したこ
    とを特徴とする請求項2に記載の物質の蒸発装置。
JP20207191A 1991-08-13 1991-08-13 物質の蒸発方法及びその装置 Pending JPH0544023A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19750429A1 (de) * 1997-11-14 1999-05-20 Gerro Plast Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer schrumpfartigen Hülse aus folienartigem Schaumstoff auf eine Flasche oder dergleichen und Flasche oder dergleichen mit einer solchen Hülse
KR100665951B1 (ko) * 2004-02-23 2007-01-10 엘지전자 주식회사 유기 전계 발광 소자의 증착원

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19750429A1 (de) * 1997-11-14 1999-05-20 Gerro Plast Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer schrumpfartigen Hülse aus folienartigem Schaumstoff auf eine Flasche oder dergleichen und Flasche oder dergleichen mit einer solchen Hülse
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