CN101529564A - 汽化器和成膜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过控制向汽化室吐出的液态原料的液滴的尺寸并抑制液滴尺寸的参差不齐，使液滴确实地得到汽化的汽化器和设有该汽化器的成膜装置。汽化器包括：以规定压力供给液态原料的原料液室(410)；用于吐出原料液室内的液态原料的多个吐出喷嘴(420)；使从多个吐出喷嘴吐出的液态原料汽化而生成原料气体的汽化室(430)；和使原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向液态原料施加吐出压力的压电元件(440)。
Description
技术领域
本发明涉及将液态原料汽化并生成原料气体的汽化器以及具有该汽化器的成膜装置。
背景技术
一般，作为由电介质、金属、半导体等构成的各种薄膜的成膜方法，广为所知的有将有机金属化合物等有机原料气体供给成膜室，使其与氧气或氨气等其它气体发生反应并成膜的化学气相沉积法(CVD：Chemical Vapor Deposition)。这种CVD法中使用的有机原料由于在常温下多为液态或固态，因此需要使用将有机原料汽化的汽化器。例如，上述有机原料通常使用溶剂将其稀释或溶解，使其成为液态原料。这种液态原料从设置在汽化器上的喷雾喷嘴随着例如运载气体的流动向已加热的汽化室内喷雾而汽化，由此成为原料气体。该原料气体被供给成膜室，在此通过与其它气体发生反应，由此在基板上成膜(参照日本专利文献1-3)。
根据这种现有技术的汽化器，被喷雾喷嘴喷雾的液态原料中的大部分在汽化室内汽化。但是，有一部分则因不能完全汽化而继续浮游在汽化室内，其间会随着溶剂的单独挥发而成为微小的颗粒。这种颗粒会堆积在喷雾喷嘴、汽化室的内面、过滤器、气体输送管的内部等处，这不仅会造成各处堵塞，而且还会与原料气体一起到达成膜室成为异常成膜或膜质不良的原因。对于这些问题，至今为止已采取了各种各样的对策(参照日本专利文献4-7)。
日本专利文献4记载了通过将汽化室的形状沿喷雾喷嘴的喷雾方向加以延长，使从喷雾喷嘴喷出的液滴在汽化室内飞行较长行程距离，利用来自汽化室内面的放射热使液滴得到充分加热的方法。此外，日本专利文献5记载了通过在汽化室的内壁面上设置多个凸部，确保不粘附液滴的区域，使来自壁面的供热量的极端降低得以抑制，由此维持汽化性能稳定的方法。还有，日本专利文献6记载了通过在汽化器中采用由多孔材料构成的汽化面，使液滴与汽化面的接触概率增大而提高汽化率，由此抑制颗粒发生的方法。
专利文献1：日本特开平3-126872号公报
专利文献2：日本特开平6-310444号公报
专利文献3：日本特开平7-94426号公报
专利文献4：日本特开2005-228889号公报
专利文献5：日本特开2006-135053号公报
专利文献6：日本特开2005-109349号公报
专利文献7：日本特开昭60-22065号公报(龙淳看到这里为止)
发明内容
在上述现有技术的汽化器中，由于从一个喷嘴吐出的液态原料的液滴随着运载气体的流动向汽化室内喷出，运载气体与液态原料的混合状况等原因造成游浮在汽化室内的液滴的尺寸参差不齐。也就是说，在现有技术中从一个喷嘴吐出的液体原料有下述问题。因为仅控制了液体原料的吐出量，而吐出液滴的尺寸或方向难以得到控制，以致生成的吐出液滴的尺寸本身参差不齐，或者由于吐出液滴间的相互结合而使尺寸变大。
这样，如果液滴中含有大尺寸的液滴，即使采用上述现有技术的汽化器，大的液滴在汽化室内没完全汽化就到达成膜室内的晶片上，也就是说，有可能变成喷雾微粒附着在晶片表面。
此外，在汽化室内没完全汽化的大尺寸的液滴附着在汽化室的壁面，在那儿由于长时间停留被热分解。这样生成的热分解物从壁面脱落，并被导入至成膜室内，也就是说，有可能变成残渣微粒飞散在晶片表面。
关于这一点，通过压电振子使吐出压力发生变化，从喷嘴前端喷射出燃料用液体的液滴，使液滴的尺寸变小的内容在日本专利文献7中有所记载，但是，在这种情况下也是从一个喷嘴喷出燃料，实际上仅控制了液态原料的吐出量，难以更细微地控制被吐出的液滴的尺寸或方向。此外，日本专利文献7记载本来就是关于向发动机供给燃料的燃料喷射器，由于与成膜装置等中使用的汽化器不同，所被要求的液滴的尺寸或流量也完全不同，因而燃料喷射器的技术不可能就这样适用。
因此，本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的是提供一种通过从液态原料生成微小且均匀尺寸的液滴，并使液滴确实汽化，从而能够生成不含微粒的质量良好的原料气体的汽化器和成膜装置。
为了解决上述问题，根据本发明的某个观点，提供一种汽化器，其特征在于，包括：以规定压力供给液态原料的原料液室；用于吐出上述原料液室内的液态原料的多个吐出口；使从上述多个吐出口吐出的上述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；和使上述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向上述液态原料施加吐出压力的加压单元。
此外，提供一种成膜装置，其包括：供给液态原料的原料供给系统；使上述液态原料汽化而生成原料气体的汽化器；和导入从上述汽化器供给的上述原料气体并对被处理基板进行成膜处理的成膜室，其特征在于，上述汽化器包括：以规定压力供给液态原料的原料液室；用于吐出上述原料液室内的液态原料的多个吐出口；使从上述多个吐出口吐出的上述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；和使上述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向上述液态原料施加吐出压力的加压单元。
根据该汽化器或成膜装置，通过在原料液室内设置多个用于吐出液态原料的吐出口，能够使与从各吐出口吐出的液滴的吐出方向正交方向的尺寸变得均匀。而且，仅通过使各吐出口的直径变小，就可以控制与液滴的吐出方向正交方向的尺寸变得更小。这样，可以从多个吐出口吐出微小且均匀尺寸的液滴。
此外，由于使原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，从而能够使来自各吐出口的吐出量保持一定，因此，也能够使从各吐出口吐出的液滴的吐出方向的尺寸变得均匀。而且，由于原料液室的内部空间的容积的变化量变小且容积变化的周期变得更短，因而能够控制液滴的吐出方向的尺寸变得更小。由此，可以从多个吐出口吐出更微小且均匀尺寸的液滴。
如果是这样的液滴，由于能够在汽化室内确实得以汽化，因此能够生成不含微粒的质量良好的原料气体。此外，由于从多个吐出口能够连续地吐出微小且均匀尺寸的液滴，因而可以生成充分流量的原料气体。
优选上述各吐出口的直径根据向上述汽化室内吐出的上述液态原料的液滴的目标尺寸进行设定。由此，在液滴的尺寸中，可以通过吐出口的直径准确地控制与吐出方向正交的方向的尺寸。因此，可以实现使从各吐出口吐出的液滴的尺寸均匀化。
此外，如果上述各吐出口的直径设定在20μm以下，就能够形成不发生汽化不良的微小且均与尺寸的液滴。
优选上述各吐出口被配置成，使得上述液态原料的吐出方向相互平行，并且上述各吐出口在与上述液态原料的吐出方向正交的平面方向上具有展宽。通过像这样配置各吐出口，从各吐出口吐出的液滴在汽化室内飞行过程中不会相互结合而得到汽化。因此，防止了微粒的发生。
配置有上述各吐出口的区域根据上述汽化室的上述平面方向的宽度进行设定。这样，从各吐出口吐出的液滴在汽化室内整个区域扩展飞行。于是，液滴彼此难以结合，从而使各液滴确实得到汽化。
为解决上述课题，根据本发明的其它观点，提供一种汽化器，其特征在于，包括：以规定压力供给液态原料的原料液室；用于吐出上述原料液室内的液态原料的多个吐出口；使从上述多个吐出口吐出的上述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；构成划分上述原料液室的壁的一部分的可挠性部件；和使上述可挠性部件振动，向上述原料液室内的上述液态原料施加周期性的吐出压力的振动单元。
根据该汽化器，通过由振动单元使可挠性部件发生振动而对原料液室内的液态原料施加周期性的吐出压力，能够使从多个吐出口吐出的液态原料的液切断状态良好，因此，可以控制液滴在吐出方向上的尺寸变得更均匀。而且，通过控制振动频率和振幅，从而可以更加细微地控制液滴在吐出方向的尺寸。这样，因为能够控制液滴的直径变得更微小且更均匀，液滴就能在汽化室内确实得到汽化。因此，能够生成不含微粒的质量良好的原料气体。此外，由于能够从多个吐出口连续地吐出微小且均匀尺寸的液滴，因而可以生成充分流量的原料气体。
优选上述振动单元由压电元件构成。此外，上述振动单元的振幅优选根据上述多个吐出口的个数和向上述汽化室内吐出的上述液态原料的液滴的目标尺寸进行设定。此外，优选上述振动单元的振动周期根据每单位时间向上述汽化室内吐出的液态原料的液滴的目标数进行设定。
为解决上述课题，根据本发明的其它观点，提供一种汽化器，其特征在于，包括：以规定压力供给液态原料的原料液室；用于吐出上述原料液室内的液态原料的多个吐出口；使从上述多个吐出口吐出的上述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；使上述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向上述液态原料施加吐出压力的加压单元；和在上述各吐出口的附近喷出运载气体的运载气体喷出口。
根据本发明，使原料液室的内部空间的容积细微地周期性地发生变化，能够从多个吐出口吐出微小且均匀尺寸的液滴。如果是这样的液滴，则可以在汽化室内确实得到汽化。而且，因能够从各吐出口的附近喷出运载气体，所以可以使向汽化室内吐出的液滴飞行稳定，并可以确实控制液滴的方向，因而液滴不会相互结合而得到汽化。因此，可以生成不含微粒的质量良好的原料气体。此外，由于能够从多个吐出口连续地吐出微小且均匀尺寸的液滴，从而可以生成充分流量的原料气体。
优选将上述运载气体的喷出口的个数设置为仅与上述吐出口的个数相同，上述运载气体喷出口的直径比上述吐出口的直径大，上述各吐出口被分别配置在上述各运载气体喷出口内。根据这种结构，可以在各吐出口的附近喷出运载气体。
此外，优选上述运载气体喷出口的个数设置成比上述吐出口的个数多，且在上述各吐出口的周围分别配置有多个上述运载气体喷出口。根据这样的结构，可以从各吐出口的附近喷出运载气体。
为解决上述课题，根据本发明的其它观点，提供一种汽化器，其特征在于，包括：以规定压力供给液态原料的原料液室；用于吐出上述原料液室内的液态原料的多个吐出口；使从上述多个吐出口吐出的上述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；使上述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向上述液态原料施加吐出压力的加压单元；和从上述汽化室导出原料气体的导出口，其中，上述汽化室具有将从上述各吐出口吐出的上述液体原料的液滴向上述导出口的方向引导的多个引导孔，上述各引导孔的入口与上述各吐出口对置。
根据这种汽化器，由于使原料液室的内部空间的容积发生细微地周期性地变化，从而能够从多个吐出口吐出微小且均匀尺寸的液滴。如果是这样的液滴，则能够在汽化室内确实得到汽化。而且，由于从各吐出口吐出的液滴被导入与其对置的引导孔，因而液滴不会相互结合而能够得到汽化。因此，可以生成不含微粒的质量良好的原料气体。此外，因为能够使多个吐出口连续地吐出微小且均匀尺寸的液滴，从而可以生成充分流量的原料气体。
根据本发明，通过从液态原料形成微小且均匀尺寸的液滴并使液滴确实地汽化，从而可以生成不含微粒的质量良好的原料气体。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的成膜装置的概略结构例的方框图。
图2是表示同实施方式涉及的汽化器的概略结构例的纵截面图。
图3是表示图2中所示的汽化器的沿A-A线的截面图。
图4是表示图2中所示的一个原料吐出喷嘴和运载气体喷出口的配置关系的立体图。
图5是表示液滴从同实施方式涉及的原料吐出喷嘴的前端吐出瞬间的状态概念图。
图6是表示第二实施方式涉及的汽化器的概略结构例的纵截面图。
图7是表示图6中所示的汽化器的沿A-A线的截面图。
图8是表示第三实施方式涉及的汽化器的概略结构例的纵截面图。
图9是表示图8中所示的汽化器的沿A-A线的截面图。
图10是表示图8中所示的一个原料吐出喷嘴及其周围的运载气体喷出口的配置关系的立体图。
图11是表示液滴从同实施方式涉及的原料吐出喷嘴的前端吐出瞬间的状态的概念图。
符号说明
100 成膜装置
200 液态原料供给源
300 运载气体供给源
401、402、403 汽化器
410 原料液室
412 内部空间
414 可挠性部件
416、462、468 底部
420 原料吐出喷嘴
430、434 汽化室
432、436 原料导出口
438 引导孔
440 压电元件
450、454 加热单元
460、466 运载气体室
464、470 运载气体喷出口
500 成膜室
500A 顶壁
500B 底壁
502 基座
504 支撑部件
506 加热器
508 电源
510 排气口
512 排气系统
514 喷淋头
514A 内部空间
514B 气体吐出孔
600 控制部
700 液态原料供给管
702 液态原料流量控制阀
710 运载气体供给管
712 运载气体流量控制阀
720 原料气体供给管
722 原料气体流量控制阀
D 液滴
L 液态原料
W 晶片
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选实施方式进行详细地说明。另外，在本说明书及图中，对实质上具有同一功能的构成要素标注同一符号，省略重复说明。
(第一实施方式涉及的成膜装置)
首先，参照附图，对第一实施方式涉及的成膜装置进行说明。图1是本发明的第一实施方式涉及的成膜装置100的概略结构例的方框图。该成膜装置100在被处理基板例如半导体晶片(以下简称晶片)W上通过CVD法形成例如Hf(铪)氧化膜，其包括：供给含有Hf的液态原料的液态原料供给源200；供给运载气体的运载气体供给源300；使从液态原料供给源200供给的液态原料汽化并生成原料气体的汽化器401；使用由汽化器401生成的原料气体在晶片W上形成Hf氧化膜的成膜室500；和控制成膜装置100的各部的控制部600。
此外，液态原料供给源200和汽化器401用液态原料供给管700连接，运载气体供给源300和汽化器401用运载气体供给管710连接，汽化器401和成膜室500用原料气体供给管720连接。而且，液态原料供给管700上设有液态原料流量控制阀702，运载气体供给管710上设有运载气体流量控制阀712，原料气体供给管720上设有原料气体流量控制阀722，这些液态流量控制阀702、运载气体流量控制阀712、和原料气体流量控制阀722根据来自控制部600的控制信号调整各自的开度。优选控制部600根据流过液态原料供给管700的液态原料的流量、流过运载气体供给管710的运载气体的流量和流过原料气体供给管720的原料气体的流量输出控制信号。
成膜室500呈大致圆筒状，在金属制(例如铝制或不锈钢制)的顶壁500A和底壁500B所包围的内部空间中设有水平载置晶片W的基座502。基座502由多个圆筒状的支撑部件504支撑(在此仅表示一个)。此外，在基座502中埋入有加热器506，通过控制从电源508向该加热器506供给的电力，从而可以调整载置在基座502上的晶片W的温度。
在成膜室500的底壁500B形成有排气口510，该排气口510与排气系统512连接。而且，通过排气系统512可以使成膜室500内减压至规定的真空度。
在成膜室500的顶壁500A安装有喷淋头514。该喷淋头514与原料气体供给管720连接，被汽化器401汽化而形成的原料气体经由原料气体供给管720导入到喷淋头514内。喷淋头514具有内部空间514A和在基座502的相对面上的多个气体吐出孔514B。因此，通过原料气体供给管720导入到喷淋头514的内部空间514A的原料气体从气体吐出孔514B朝向基座502上的晶片W吐出。
在本实施方式涉及的成膜装置100中，液态原料供给源200作为液态原料储存例如铪类有机金属化合物，该液态原料通过液态原料供给管700向汽化器401送出。作为铪类有机金属化合物可以列举：例如，四叔丁氧铪[Hf(Ot-Bu)4]、四二乙基氨基铪[Hf(NEt2)4]、四甲氧基甲基丙氧基铪[Hf(MMP)4]、四二甲基氨基铪[Hf(NMe2)4]、四甲基乙基氨基铪[Hf(NMeEt)4]、四三乙基硅氧基铪[Hf(OSiEt3)4]等。
此外，铪类以外的也可用作液态原料有机金属化合物的有：例如，五乙氧基钽[Ta(O-Et)]、四叔丁氧基锆[Zr(Ot-Bu)4]、四乙氧基硅[Si(OEt)4]、四二甲基氨基硅[Si(NMe2)4]、四甲氧基甲基丙氧基锆[Zr(MMP)4]、二乙基环戊二烯基钌[Ru(EtCp)2]、叔戊基酰亚胺基三(二甲基酰胺基)钽[Ta(Nt-Am)(NMe2)3]、和三(二甲氨基)硅烷[HSi(NMe2)3]等。
上述有机金属化合物由于常温时处于液体或固体，所以将其作为液态原料使用时，通常用辛烷等有机溶剂进行释稀或溶解。
在上述成膜装置100的汽化器401中，从设置在内部的吐出口持续地吐出液态原料的液滴，再使液滴汽化并向原料气体供给管720送出。另外，有关汽化器401的结构将在后面详细地描述。在这样的汽化器401中，当液体原料没有完全汽化时，多数液态原料的液滴中的一部分混在原料气体中被送出至原料气体供给管720，有可能到达成膜室500。混入到成膜室500内的液态原料的液滴作为微粒，成为造成在晶片W上形成的铪氧化膜的膜质下降的要因。
造成汽化器401中的液态原料汽化不良的原因之一是向汽化401导入的液态原料的液滴的尺寸参差不齐。特别是，若混有大尺寸的液滴，该液滴有可能在汽化器401内未完全汽化就到达成膜室500。如下所述，本实施方式涉及的汽化器401具有从液体原料形成微小且均匀尺寸的液滴，并能够使其确实汽化的结构。
(第一实施方式涉及的汽化器)
接着，参照附图对本发明的第一实施方式涉及的汽化器进行说明。图2是表示第一实施方式涉及的汽化器401的概略结构例的纵截面图。如图2所示，汽化器401包括供给液态原料的原料液室410、和使从该原料液室410吐出的液态原料的液滴汽化的汽化室430。来自液体原料供给源200的液态原料在规定压力下通过液态原料供给管700被供给到原料液室410的内部空间412。
在原料液室410的底部416，安装有多个使原料液室410的内部空间412的液态原料朝向汽化室430内吐出的原料吐出喷嘴420。在原料液室410的底部416形成有多个微小孔，这些微小孔连通与它们相对的各原料吐出喷嘴420内的贯通孔，从而构成液态原料的吐出口。
各原料吐出喷嘴420设置为液态原料的吐出方向相互平行，例如设置成与原料液室410的底部416垂直。此外，各原料吐出喷嘴420配置成在与液态原料的吐出方向正交的平面方向上具有展宽。关于该各原料吐出喷嘴420的配置部位将在后面进行叙述。
此外，在第一实施方式中，对用原料吐出喷嘴420构成原料液室410的液态原料的吐出口的情况进行了说明，但并不一定限于这种结构，也可以将形成有多个贯通孔的板状部件安装在原料液室410的底部416，使这些贯通孔与底部416的多个微小孔连通而用作吐出口。
各原料吐出喷嘴420的吐出口的直径基本上是根据向汽化室430内吐出的液态原料的液滴的目标尺寸来决定的。具体地说，优选根据以下观点来决定各原料吐出喷嘴420的吐出口的直径。例如，在汽化室430内，为了确实使液滴汽化，液滴的尺寸以小为佳，因而优选小尺寸的各原料吐出喷嘴420的吐出口的直径。但是，如果吐出口的直径过小，则液滴的尺寸就会变得更小，不仅有可能造成液滴汽化而得到的原料气体的流量不足，而且如果不向内部空间412的液态原料施加过大的吐出压力，就有可能造成各原料吐出喷嘴420难以吐出液滴。鉴于这样的观点，在本实施方式中，各原料吐出喷嘴420的吐出口的直径设置为例如20μm。
作为各原料吐出喷嘴420的结构材料优选对有机溶剂有抗性的聚酰亚胺树脂等合成树脂或者不锈钢和钛等金属。此外，由于各原料吐出喷嘴420用合成树脂构成，可以不从周围向被吐出前的液态原料进行热传导。而且，由于使用聚酰亚胺树脂，液态原料的残渣(析出物)难以附着在各原料吐出喷嘴420上，因而防止喷嘴的堵塞。
汽化室430用来使多个的原料吐出喷嘴420吐出的液态原料汽化并生成原料气体，其形状是与吐出方向正交的截面为圆形的大致圆筒形。由此，对于从原料吐出喷嘴420吐出的液滴，汽化室430的壁面的位置各向同性，因此，来自后述的加热单元450的热能够有效地传递给液滴，从而可以使原料的汽化状态更稳定。
在汽化室430的侧面形成有原料气体导出口432，该原料气体导出口432与原料气体供给管720连接。采用这样的结构，在汽化室430生成的原料气体经由原料气体供给管720导入成膜室500。
在汽化室430内以覆盖圆筒状的侧壁以及底部的周围的方式设置有加热单元450。通过该加热单元450，可以将汽化室430内的气氛调整到使液态原料的液滴汽化的适当的温度。具体地说，优选汽化室430内的气氛调整为比液态原料的汽化温度高，比液态原料固化的分解温度低。此外，作为该加热单元450可以采用例如盒式或带式等电阻加热式加热器。
然而，在本实施方式的原料液室410中，设置有使该内部空间412的容积周期性地发生变化并向液态原料施加吐出压力的加压单元。作为该加压单元，例如如图2所示，由使构成划分原料液室410的壁的一部分的可挠性部件414发生振动的振动单元例如压电元件440组成。
另外，作为可挠性部件414例如能够举出隔板(Diaphragm)等。除此之外，作为可挠性部件414，也能够采用橡胶、树脂、金属等具有振动性和弹性的部件。
在此，对利用压电元件440的振动使原料液室410的液态原料从吐出口吐出的构成进行更详细说明。压电单元440根据来自控制部600的控制信号(电压)，例如在厚度方向进行伸缩振动。该压电元件440的振动部配置成与原料液室410的可挠性部件414接触。由此，压电单元440的振动传达至可挠性部件414，可挠性部件414振动，从而使原料液室410的内部空间412的容积发生变化。例如图2所示，当可挠性部件414振动而向原料液室410的内部空间412侧弯曲时，内部空间412的容积减小，对内部空间412的液态原料施加与可挠性部件414的弯曲量对应的吐出压力，液态原料从多个原料吐出嘴喷420的吐出口被挤压而吐出。
另外，作为压电元件440可以采用例如重叠两个压电体的双压电晶片型或重叠多个压电体的层叠型。如采用这样构造的压电元件440，由于在厚度方向能够得到比较大的变位，所以可以使可挠性部件414的振幅得到较大地调整。由此，扩大了从各原料吐出口420吐出的液滴的大小的调整范围。
这样，由于通过压电元件440等的压力单元使原料液室410的内部空间412的容积发生周期性的变化，能够使各吐出口的吐出量保持一定，所以能够使从各吐出口吐出的液滴的在吐出方向的尺寸变得均匀。而且，由于原料液室内部空间的容积的变化量变小且容积变化的周期变得更短，因而可以控制液滴的在吐出方向的尺寸变得更小。因此，可以使多个吐出口吐出更微小且更均匀的尺寸的液滴。
此外，作为压力单元使用压电元件440等的振动单元，使可挠性部件414发生振动而向原料液室410内的液态原料施加周期性的吐出压力，从而能够使从多个吐出口吐出的液体原料的液切断良好，因而可以控制液滴的在吐出方向的尺寸变得更均匀。此外，通过控制向压电元件440施加的电压的振动频率和振幅，可以更细微地控制液滴的在吐出方向的尺寸。
这样，由于能够控制液滴的直径变得更微小更均匀，因而可以在汽化室430内确实进行汽化。因此，可以生成不含微粒的质量良好的原料气体。此外，由于能够从多个吐出口连续地吐出微小且均匀尺寸的液滴，所以可以生成足够流量的原料气体。
此外，在本实施方式中，为了控制从各原料吐出喷嘴420的吐出口吐出的液滴的方向，在原料液室410和汽化室430之间配置有运载气体室460，采用使来自运载气体室460的运载气体从各吐出口的附近在与液滴的吐出方向相同的方向喷出的结构。具体地例如图2所示，在运载气体室460的底部462上形成的多个运载气体喷出口464内分别配置各原料吐出喷嘴420。
在运载气体室460内，来自运载气体供给源300的运载气体通过运载气体供给管710被供给，从运载气体喷出口464被喷出。这样，供给到运载气体室460内的运载气体被均匀地分配给各运载气体喷出口464并向汽化室430内喷出。另外，优选使用例如N2、He、Ar等不活性气体作为运载气体。
根据这样的结构，由于各原料吐出喷嘴420的吐出口分别被配置在各运载气体喷出口464内，所以可以从各原料吐出口的附近喷出运载气体。由此，能够使向汽化室内吐出的液滴的飞行保持稳定，能够确实地控制液滴的方向，因此能够使液滴不相互结合而汽化。
此外，由于采用将各原料吐出喷嘴420配置在各运载气体喷出口464内的结构，所以即使各原料吐出喷嘴420的长度尺寸较短，也可以使原料液室410的液态原料朝向汽化室430确实地吐出。特别是本实施方式涉及的汽化器401，由于使用从压电元件440提供的吐出压力将液态原料从各原料吐出喷嘴420吐出，所以在各原料吐出喷嘴420的长度尺寸短的情况下，可以更有效地将吐出压力传递至各原料吐出喷嘴420的前端的吐出口。
在此，参照附图对与液态原料的吐出方向正交的平面方向的各原料吐出喷嘴420和各运载气体喷出口464的具体的配置例进行说明。图3是从箭头方向看图2中的汽化器401沿A-A线的截面图。如图3所示，运载气体喷出口464的个数与原料吐出喷嘴420个数相同，采用各运载气体喷出口464的直径比各原料吐出喷嘴420的直径大，并将各原料吐出喷嘴420的吐出口配置在上述各运载气体喷出口464内的结构。此外，多个原料吐出喷嘴420的吐出口和多个运载气体喷出口464被均匀地配置在汽化室430的平面方向的整个区域上。这样，可以使从各原料吐出喷嘴420吐出的液态原料的液滴沿着各液滴的吐出方向在汽化室430的整个区域中飞行。
此外，由于各原料吐出喷嘴420被配置在运载气体喷出口464内，使各原料吐出喷嘴420的间隔相应地变宽，又由于将液体原料的吐出方向配置成相互平行，所以液滴彼此不会相互结合，从而可以使各液滴确实得到汽化。
图4是表示图2中所示的一个原料吐出喷嘴420与运载气体喷出口464的配置关系的立体图。如图4所示，原料吐出喷嘴420的前端部分被配置在运载气体喷出口464的中心部。由此，各运载气体喷出口464可以从各原料吐出喷嘴420的吐出口的周围没有遗漏地喷出运载气体。此外，从各运载气体喷出口464喷出的运载气体的流向可以调整为例如与从各原料吐出喷嘴420吐出的液滴的方向平行。在图4中，运载气体的流动方向用空心箭头概略表示，而液态原料的流动的方向用虚线箭头概略表示。
这样，由于从各原料吐出喷嘴420的吐出口的周围朝向吐出方向形成运载气体的流动，可以使从各原料吐出喷嘴420吐出的液态原料的各液滴沿着吐出方向确实地飞行。这样，由于能够确实地控制被连续地吐出的每一滴液滴的飞行方向，且能够使各液滴的飞行方向保持稳定，因而可以降低液滴间的结合概率，并可以使微小尺寸的液滴保持不变。结果，各液滴可以更确实地得到汽化。
(成膜装置的动作)
参照图1和图2对如上述那样构成的本实施方式涉及的成膜装置100的动作进行说明。当通过汽化器401生成原料气体时，首先，需要在汽化器401的原料液室410内充满液态原料。为此，调整液态原料流量控制阀702的开度，将规定流量的液态原料通过液态原料供给管700从液态原料供给源200向原料液室410内供给。与此同时，优选调整运载气体流量控制阀712的开度，使规定流量的运载气体通过运载气体供给管710从运载气体供给源300供给到运载气体室460内。此外，优选也使加热单元450开始动作，将汽化室430内的温度调整至规定值。
当原料液室410内充满液态原料时，使压电元件440开始振动，向原料液室410的可挠性部件414施加振动。如果可挠性部件414开始振动，则原料液室410的内部空间412的容积周期性地发生变化，向充满内部空间的412液态原料周期性地施加与可挠性部件414的弯曲量对应的吐出压力。由此，从多个原料吐出喷嘴420向汽化室430内连续地吐出液态原料的液滴。
图5是表示在第一实施方式涉及的汽化器401中，液滴D从原料吐出喷嘴420内的液态原料L分离后从原料吐出喷嘴420的前端被吐出的瞬间的状态概念图。在图5中，用空心箭头概略表示运载气体的流动方向，而用黑箭头概略表示液滴D的飞行方向。如图5所示，从原料吐出喷嘴420吐出的液滴D，受到附近的运载气体喷出口464喷出的运载气体的推进，沿原料吐出喷嘴420的长度方向在汽化室430内飞行。
从原料吐出喷嘴420吐出的液滴D在水平方向的尺寸Wh按照原料吐出喷嘴420的内径进行规定。如上所述，由于本实施方式涉及的原料吐出喷嘴420的吐出口极为细小，例如直径是20μm，因而液滴D的水平方向的尺寸Wh接近20μm。另一方面，液滴D在垂直方向的尺寸Wv根据被从原料吐出喷嘴420推出的液态原料的量来决定。而且，该量可以根据原料液室410的可挠性部件414的弯曲量即压电单元440的振幅(变位量)进行调整。因此，在本实施方式中，通过控制向压电元件440施加的电压来调整压电单元440的振幅，而使液滴D在垂直方向上的尺寸Wv设定为例如20μm。这样，可以形成水平方向的尺寸Wh和垂直方向的尺寸Wv均较小地调整的微小尺寸的液滴D。
此外，本实施方式涉及的汽化器401具备多个用于吐出液滴D的原料吐出喷嘴420，可以一次向汽化室430内吐出与原料吐出喷嘴420的个数相同数量的液滴D。因此，尽管液滴D微小但由于多数液滴在汽化室430内得到汽化，因而可以生成足够流量的原料气体。
另外，原料气体的流量可以通过控制压电元件440的振动频率进行调整。例如，当提高振动频率时，单位时间内从各原料吐出喷嘴420吐出的液滴的个数就增多，原料气体的流量相应地增加。另外，对于压电元件440的振动频率的调整，需要考虑固有振动频率，例如优选设置为固有振动频率三分之一以下。
从各原料吐出喷嘴420相继吐出的微小的液滴通过与被调整在规定温度的汽化室430内的气氛接触，在汽化室430内飞行的期间得到汽化而变化为原料气体。这样生成的原料气体从在汽化室430的壁面上形成的原料气体导出口432经由原料气体供给管720导入到成膜室500。另外，导入成膜室500的原料气体的流量可以通过控制设置在原料气体供给管720上的原料气体流量控制阀722的开度来进行调整。
导入成膜室500的原料气体被导入到喷淋头514的内部空间514A，再从气体吐出孔514B朝向基座502上的晶片W吐出。于是，在晶片W上形成规定的膜例如含有机金属化合物的膜。
如上所述，根据第一实施方式涉及的汽化器401，由于能够从各原料吐出喷嘴420向汽化室430吐出微小的液滴，因而所有的液滴可以确实得到汽化。因此，可以向成膜室500提供不含微粒的质量良好的原料气体。
此外，由于能够从多个原料吐出喷嘴420连续地吐出微小液滴，可以稳定地生成在成膜室500内进行成膜处理所需要的流量的原料气体。而且，从各原料吐出喷嘴420吐出的多个液滴不会在汽化室430中结合而形成大液滴，因此，可以确实得到汽化。
此外，因为向汽化室430吐出的液滴微小，所以液滴在汽化室430内无需长距离的飞行便得到汽化。因此，能够控制汽化室430的长度方面的尺寸，结果可以使汽化器401小型化。
如果从原料供给源200向原料液室410内供给的液态原料的流量过大，则原料液室410内的液态原料就承受过大的压力，有可能造成由压电元件440的振幅调整的液滴D在垂直方向的尺寸Wv变大。相反地，如果液态原料的流量过小，则原料液室410就会出现空间，有可能造成从各原料吐出喷嘴420吐出的液滴D在垂直方向的尺寸Wv参差不齐。因此，从原料供给源200向原料液室410内供给的液态原料的流量，优选根据从各原料吐出喷嘴420每单位时间内吐出的液滴的个数和液滴的尺寸，即压电元件440的振幅和振动频率进行调整。
(第二实施方式涉及的汽化器)
其次，参照附图对本发明的第二实施方式涉及的汽化器进行说明。图6是表示第二实施方式涉及的汽化器402的概略结构例的纵截面图。在第一实施方式中对在汽化室430的侧壁设置原料气体导出口432的情况进行了说明，但在第二实施方式中对在汽化室434的底部设置原料气体导出口436的情况进行说明。另外，原料液室410、原料吐出喷嘴420、压电元件(加压单元、振动单元)440、和运载气体室460的结构因与上述的第一实施方式的相同，所以省略其详细说明。
第二实施方式涉及的汽化器434呈大致圆筒形，其底部构成为随着接近原料气体导出口436其截面直径渐渐地变小。原料气体导出口436与原料气体供给管720连接，在汽化室434生成的原料气体经由原料气体供给管720导入成膜室500。
此外，汽化室434具有将从各原料吐出喷嘴420吐出的液态原料的液滴向原料气体导出口436的方向引导的多个引导孔438。各引导孔438的入口与各原料吐出喷嘴420的吐出口和运载气体喷出口464对置。
在此，参照附图对与液体原料的吐出方向正交的平面方向的各原料吐出喷嘴420、各运载气体喷出口464以及各引导孔438之间的位置关系进行说明。图7表示图6中的汽化器402沿A-A线的截面图。如图7所示，多个原料吐出喷嘴420、多个运载气体喷出口464以及多个引导孔438的个数相同，并分别在汽化室434的平面方向整个区域上均匀地配置。
这样，通过以与配置原料吐出喷嘴420的运载气体喷出口464分别相对的方式设置引导孔438，能够使从各原料吐出喷嘴420吐出的每液态原料的液滴的每一滴与从各运载气体喷出口464喷出的运载气体一起确实地导入各自对应的引导孔438，而与从其它原料吐出喷嘴420吐出的液滴不会发生混杂，从而可以在引导孔438确实进行飞行。因此，可以更好地提高从各原料吐出喷嘴420吐出的液态原料的液滴的汽化效率。
在汽化室434内以沿着圆筒状的侧壁以及的底部形状覆盖其周围的方式设置有加热单元454。通过该加热单元454，可以将汽化室434内特别是各引导孔438内的气氛，在此特别是各引导孔438内的气氛调整至使液体原料的液滴汽化的适当温度。具体地说，优选将汽化室434内的气氛调整到比液态原料的汽化温度高，而比液体原料固化的分解温度低。另外，作为该加热单元454，可以使用例如盒状和带状等电阻加热式加热器。
根据这样的第二实施方式涉及的汽化器402，可以使液滴在各引导孔438内一滴一滴确实地得到汽化。此外，从多个原料吐出喷嘴420同时吐出的多个液滴被分别导入到各自的引导孔438，因而相互间不会结合。因此，汽化室434内不会生成大的液滴，可以彻底地防止液滴汽化不良的发生。由此，可以向成膜室500提供不含微粒且质量更佳的原料气体。
此外，由于液滴和运载气体一起被导入各引导孔438，因而使导入到各引导孔438的液滴不与各引导孔438的内壁接触而能够得到汽化。因此，因为能够防止液滴附着在引导孔438的内壁，从而也可以防止因液滴的热分解物引起的微粒的发生。
(第三实施方式涉及的汽化器)
接着，参照附图对本发明的第三实施方式涉及的汽化器进行说明。图8是表示第三实施方式涉及的汽化器403的概略结构例的纵截面图。在第一实施方式中对在运载气体喷出口464内配置原料吐出喷嘴420的情况进行了说明，但在第三实施方式中对在原料吐出喷嘴420的吐出口的周围附近设置多个运载气体喷出口470的情况进行说明。另外，由于原料液室410、原料吐出喷嘴420、汽化室430、压电元件(加压单元、振动单元)440、和加热单元450的结构因与第一实施方式中的相同，所以省略详细地说明。
第三实施方式涉及的运载气体室466的运载气体喷出口470，如图8所示，设置在运载气体室466的底部468，且在各原料吐出喷嘴420的吐出口的周围配置有多个。图9表示这样的各原料吐出喷嘴420的吐出口和各运载气体喷出口470的配置例。图9是从箭头方向看图8中的汽化器403的A-A截面的图。
如图9所示，运载气体喷出口470的个数比原料吐出喷嘴420的个数多，且在各原料吐出喷嘴420的吐出口的周围配置有多个(例如6个)运载气体喷出口470。据此，因为从各原料吐出喷嘴420吐出的液滴，随着从其周围的运载气体喷出口470喷出的运载气体的流动，因而可以确实地控制液滴的飞行方向。此外，由于在各原料吐出喷嘴420的吐出口的周围配置有多个运载气体喷出口470，所以可以使各原料吐出喷嘴420的间隔变大。这样，能够防止液滴间的相互结合，因而可以使各液滴一滴一滴确实地得到汽化。
图10是表示图8所示的一个原料吐出喷嘴420与其周围的多个运载气体喷出口470的配置关系的立体图。如10所示，在各原料吐出喷嘴420的周围配置有多个(在此为6个)运载气体喷出口470。采用这样的结构，各运载气体喷出口470可以从各原料吐出喷嘴420的周围附近喷出运载气体。此外，从各运载气体喷出口470喷出的运载气体的流动方向能调整为例如与从各原料吐出喷嘴420吐出的液滴的方向平行。在图10中，运载气体的流动方向用空心箭头概略表示，而液态原料的流动方向用虚线箭头概略表示。
图11表示在第三实施方式涉及的汽化器403中，液滴D从原料吐出喷嘴420内的液态原料L分离后从原料吐出喷嘴420的前端被吐出瞬间的状态的概念图。在图11中，运载气体的流动方向用空心箭头概略表示，而液滴D的飞行方向用黑箭头概略表示。如图11所示，从原料吐出喷嘴420吐出的液滴D，随着从其附近的运载气体喷出口470喷出的运载气体，沿着原料吐出喷嘴420的长度方向在汽化室430内飞行。
这样，由于在各原料吐出喷嘴420的吐出口的周围附近形成运载气体的流动，可以使从各原料吐出喷嘴420吐出的液态原料的液滴沿着各原料吐出喷嘴420的长度方向飞行。这样，如果各液滴的飞行方向稳定，则可以降低液滴彼此的结合概率，从而可以维持微小尺寸的液滴不发生变化。因此，可以使各液滴更确实地得到汽化。
根据第三实施方式涉及的汽化器403，也与上述第一以及第二实施方式的情况一样，由于可以从各原料吐出喷嘴420向汽化室430吐出微小的液滴，所以可以使所有的液滴确实地得到汽化。因此，可以向成膜室500提供不含微粒的质量良好的原料气体。
此外，由于能够连续地从多个原料吐出喷嘴420吐出微小的液滴，所以可以稳定地生成在成膜室500内进行成膜处理所需要的流量的原料气体。而且，由于从各原料吐出喷嘴420吐出的多个的液滴不会在汽化室430结合而形成大的液滴，因此可以确实地得到汽化。
此外，由于向汽化室430吐出的液滴微小，所以液滴在汽化室430内无需长距离飞行便得到汽化。因此，能够控制汽化室430在长度方向的尺寸，结果可以使汽化器403小型化。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明当然并不限定于这些实施例。如果是本技术领域人员，在权利要求中记载的范围内，明显会想到并得到各种变更例或修正例，关于这些当然也属于本发明的技术范围。
例如在上述第一～第三实施方式中，原料气体的种类只是一种，但是也可以使用多种原料气体进行成膜。在这种情况下，也可以设置多个上述的原料供给系统，从这些原料供给系统供给的多种液态原料混合后再供给到汽化器。此外，也可以设置多个汽化器，将这些汽化器用作每种液态原料的专用汽化器。
此外，在上述第一～第三实施方式中，对成膜装置所使用的汽化器进行了说明，但不一定仅限于此，也适用于其它装置例如MOCVD装置、等离子体CVD装置、ALD(原子层成膜)装置等所使用的汽化器。
产业上的利用可能性
本发明适用于使液态原料汽化并生成原料气体的汽化器及其成膜装置。
Claims (14)
1.一种汽化器，其特征在于，包括：
以规定压力供给液态原料的原料液室；
用于吐出所述原料液室内的液态原料的多个吐出口；
使从所述多个吐出口吐出的所述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；和
使所述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向所述液态原料施加吐出压力的加压单元。
2.如权利要求1所述的汽化器，其特征在于：
所述各吐出口的直径根据向所述汽化室内吐出的所述液态原料的液滴的目标尺寸进行设定。
3.如权利要求2所述的汽化器，其特征在于：
所述各吐出口的直径为20μm以下。
4.如权利要求1所述的汽化器，其特征在于：
所述各吐出口被配置成，使得所述液态原料的吐出方向相互平行，并且所述各吐出口在与所述液态原料的吐出方向正交的平面方向上具有展宽。
5.如权利要求4所述的汽化器，其特征在于：
配置有所述各吐出口的区域根据所述汽化室的所述平面方向的宽度进行设定。
6.一种汽化器，其特征在于包括：
以规定压力供给液态原料的原料液室；
用于吐出所述原料液室内的液态原料的多个吐出口；
使从所述多个吐出口吐出的所述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；
构成划分所述原料液室的壁的一部分的可挠性部件；和
使所述可挠性部件振动，向所述原料液室内的所述液态原料施加周期性的吐出压力的振动单元。
7.如权利要求6所述的汽化器，其特征在于：
所述的振动单元由压电元件构成。
8.如权利要求6所述的汽化器，其特征在于：
所述振动单元的振幅根据所述多个原料吐出喷嘴的个数和向所述汽化室内吐出的所述液态原料的液滴的目标尺寸进行设定。
9.如权利要求6所述的汽化器，其特征在于：
所述振动单元的振动周期根据每单位时间向所述汽化室内吐出的所述液态原料的液滴的目标数进行设定。
10.一种汽化器，其特征在于，包括：
以规定压力供给液态原料的原料液室；
用于吐出所述原料液室内的液态原料的多个吐出口；
使从所述多个吐出口吐出的所述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；
使所述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向所述液态原料施加吐出压力的加压单元；和
在所述各吐出口的附近喷出运载气体的运载气体喷出口。
11.如权利要求10所述的汽化器，其特征在于：
所述运载气体喷出口的个数设置成与所述吐出口的个数相同，
所述运载气体喷出口的直径比所述吐出口的直径大，所述各吐出口被分别配置在所述各运载气体喷出口内。
12.如权利要求10所述的汽化器，其特征在于：
所述运载气体喷出口的个数设置成比所述吐出口的个数多，且在所述各吐出口的周围分别配置有多个所述运载气体喷出口。
13.一种汽化器，其特征在于，包括：
以规定压力供给液态原料的原料液室；
用于吐出所述原料液室内的液态原料的多个吐出口；
使从所述多个吐出口吐出的所述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；
使所述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向所述液态原料施加吐出压力的加压单元；和
从所述汽化室导出原料气体的导出口，其中，
所述汽化室具有将从所述各吐出口吐出的所述液体原料的液滴向所述导出口的方向引导的多个引导孔，
所述各引导孔的入口与所述各吐出口对置。
14.一种成膜装置，其包括：供给液态原料的原料供给系统；使所述液态原料汽化而生成原料气体的汽化器；和导入从所述汽化器供给的所述原料气体并对被处理基板进行成膜处理的成膜室，其特征在于：
所述汽化器包括：以规定压力供给液态原料的原料液室；用于吐出所述原料液室内的液态原料的多个吐出口；使从所述多个吐出口吐出的所述液态原料汽化而生成原料气体的汽化室；和使所述原料液室的内部空间的容积周期性地发生变化，向所述液态原料施加吐出压力的加压单元。
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