JP2002359238A - 固体原料気化装置および固体原料気化方法 - Google Patents
固体原料気化装置および固体原料気化方法Info
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Abstract
の間に温度勾配を生じさせずに十分に加熱し、気化ガス
を安定して発生供給することを可能とする。 【解決手段】 固体原料12を収容した原料容器13
と、該原料容器13を加熱する加熱手段14とを備えた
固体原料気化装置10において、前記原料容器13内に
固体原料12を加熱するための加熱部26および/また
は熱伝導部材21を配設している。
Description
および固体原料気化方法に関する。
は、被処理体である半導体ウエハに例えばCVD(化学
気相成長)等の熱処理を施すために、熱処理装置が使用
されている。そして、半導体デバイスの微細化と共に半
導体デバイスに使用される膜も例えばTa2O5、Ru
といった金属系の膜へと変化してきている。
的であるが、室温で固体のものも多く存在する。室温で
固体の原料は、一般的には有機溶媒に溶解し、気化器へ
液体の形で導入されるが、固体のままで十分な蒸気圧が
確保できるもの、もしくは、溶媒への溶解が困難なもの
については固体の状態から昇華させるという手法が用い
られている。
(a)に示すように、固体原料12を収容した原料容器
(原料ボトルともいう)13の外側にヒータ14を設
け、このヒータ14により原料容器13内の固体原料1
2を加熱して気化させる固体原料気化装置が用いられ
る。そして、この固体原料気化装置により発生した気化
ガスは、ガス供給系11により熱処理装置に供給され、
半導体ウエハの所定の熱処理例えば成膜処理に供され
る。
た従来の固体原料気化装置においては、熱伝導の関係で
固体原料12を十分に加熱することが難しく、気化ガス
を安定して発生させることが困難であった。すなわち、
前記固体原料発生装置では、原料容器13から固体原料
12への熱伝導の関係で原料容器13内における固体原
料12の中央領域Aと周縁領域Bの間に温度勾配が生
じ、固体原料12の昇華速度が周縁領域Bよりも中央領
域Aの方が遅くなる傾向がある。このため、図7の
(b)に示すように、固体原料12が山状に減るように
なり、固体原料12の周縁領域が原料容器13の周側壁
と接しなくなると、加熱されにくくなって昇華速度が落
ち、気化ガスの発生が不安定になる。また、このような
現象は、原料容器の容量が大きくなるほど顕著になるた
め、半導体ウエハの量産を見据えての固体原料気化装置
の容量のアップが難しかった。
ので、原料容器内の固体原料を中央領域と周縁領域の間
に温度勾配を生じさせずに十分に加熱することができ、
気化ガスを安定して発生させることができる固体原料気
化装置および固体原料気化方法を提供することを目的と
する。
の発明は、固体原料を収容した原料容器と、該原料容器
を加熱する加熱手段とを備えた固体原料気化装置から被
処理体を収容した熱処理炉内に処理ガスを供給して所定
の熱処理を行う固体原料気化装置において、前記原料容
器内に固体原料を加熱するための加熱部および/または
熱伝導部材を配設したことを特徴とする。
料気化装置において、前記熱伝導部材が、前記原料容器
内の底部に立設された複数のフィンからなることを特徴
とする。
料気化装置において、前記熱伝導部材が、前記原料容器
内に上下方向に設けられた螺旋状のフィンからなること
を特徴とする。
気化装置において、前記螺旋状のフィンには複数の孔が
形成されていること特徴とする。
料気化装置において、前記熱伝導部材が、前記原料容器
内の底部に立設された支柱と、該支柱に上下方向に適宜
間隔で棚状に設けられた網状または多孔状の熱伝導板と
からなることを特徴とする。
料容器と、該原料容器を加熱する加熱手段と、前記固体
原料から発生した気化ガスを供給するガス供給系とを備
えた固体原料気化装置において、前記原料容器内に固体
原料を攪拌する攪拌手段を設けたことを特徴とする。
の固体原料気化装置において、前記加熱手段が恒温槽で
あることを特徴とする。
料容器を加熱すると共に、該原料容器内に配設した加熱
部および/または熱伝導部材により固体原料を加熱し
て、固体原料から気化ガスを発生させることを特徴とす
る。
付図面に基いて詳述する。図1は本発明の実施の形態で
ある固体原料気化装置を示す断面図である。
その熱処理装置1に処理ガスとしての気化ガスを発生供
給する固体原料気化装置である。先ず、熱処理装置1に
ついて説明すると、熱処理装置1は被処理体例えば半導
体ウエハWを収容し、処理ガスを供給して例えば850
℃程度の高温下で所定の熱処理例えばCVD処理を施す
縦型でバッチ式の熱処理炉を構成するものとして、上端
が閉塞され下端が開放された縦長円筒状の例えば石英製
の処理容器(反応管ともいう)2を備えている。
端開口部が蓋体3で気密に閉塞されることにより、気密
性の高い熱処理炉1を構成するようになっている。前記
蓋体3上には、多数枚例えば50〜100枚程度の半導
体ウエハWを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に
搭載支持する基板支持具である例えば石英製のウエハボ
ート4が保温筒5を介して載置されている。
処理炉1内へのウエハボート4のロード(搬入)ならび
にアンロード(搬出)および炉口の開閉を行うように構
成されている。また、前記処理容器2の周囲には、炉内
を所定の温度例えば300〜1000℃程度に加熱する
温度制御可能に構成された円筒状のヒーターHが設けら
れている。
処理ガスを導入するガス導入管部6と、処理容器内2を
排気する排気管部7とが設けられている。ガス導入管部
6には、例えば固体原料気化装置10のガス供給系11
の配管17が接続されている。また、排気管部7には、
処理容器2内を例えば最大10-3Torr程度に減圧可
能な真空ポンプおよび圧力制御弁を有する排気系8が接
続されている。
2を収容した原料容器13と、この原料容器13を加熱
する加熱手段であるヒータ14とを備えて構成されてい
る。また、固体原料気化装置10は、前記固体原料12
から発生した気化ガスを供給する配管17を備えてい
る。固体原料12としては、例えばルテニウム系プロセ
スの場合、ルテニウム(Ru)を化学的に含有した金属
粉末が用いられる。タンタル系プロセスの場合、タンタ
ル(Ta)を化学的に含有した金属粉末が用いられる。
容器本体15と、この容器本体15の上部に気密状態に
取付けられた蓋16とから構成されている。この蓋16
には、前記配管17の一端が原料容器13内部と連通す
るように接続されている。この配管17には弁18およ
び流量制御機構19が原料容器13側から順に設けられ
ている。前記弁18としては、例えば手動弁、エアオペ
レイト弁、ニードル弁等が含まれる。これら原料容器1
3、配管17、弁18および流量制御機構19がガス供
給系11を構成している。このガス供給系11の配管1
7の露出部には、気化ガスの凝結を起こさない所定の温
度例えば200℃程度に加熱する温度制御可能に構成さ
れたリボン状のヒータ20が巻き付けられ、断熱材で覆
われていることが好ましい。
は、原料容器13の底部を加熱する底部ヒータ14a
と、原料容器13の周側部を加熱する周側部ヒータ14
bとかなり、原料容器13内の固体原料12をその昇華
温度例えばルテニウム化合物の場合、190℃程度に加
熱し得るように温度制御可能に構成されている。
料容器13からの熱を伝えて原料容器13内の中央領域
Aの固体原料12を加熱するための熱伝導部材として複
数のフィン21が立設されている。前記原料容器13
は、例えばステンレス製もしくはアルミニウム製であ
り、前記フィン21は原料容器13と同じ材料で形成さ
れていることが好ましい。また、前記原料容器13は、
断熱材22で覆われていることが好ましい。
で熱処理を行う場合には、先ず、半導体ウエハWを搭載
したボート4を熱処理炉の処理容器2内にロードし、炉
口を蓋体3で密閉し、排気系8により処理容器2内を所
定の処理圧力に排気制御すると共にヒータHにより半導
体ウエハwを所定の処理温度に加熱する。また、固体原
料気化装置10のヒータ14を作動させて原料容器13
内の固体原料12を所定の温度に加熱し、固体原料12
から昇華により気化ガスを発生させる。
よび周側部ヒータ14bにより原料容器13の底部およ
び周側部が加熱され、原料容器13の底部からの熱伝導
によりフィン21が加熱され、また、容器本体13から
の熱伝導により蓋16も加熱される。これにより固体原
料12の原料容器13と接する部分およびフィン21と
接する部分が加熱されるため、原料容器13内の固体原
料12を中央領域Aと周縁領域Bの間に温度差ないし温
度勾配を生じさせずに十分に加熱することができ、気化
ガスを安定して発生供給することができる。
定の蒸気圧となって原料容器13内に充満し、ガス供給
系11の弁18を開けると、ガス供給系11の配管17
を通り、流量制御機構19を介して所定の流量に制御さ
れながら前記熱処理装置1の処理容器2内に導入され、
半導体ウエハwの所定の熱処理例えば成膜処理に供され
る。
よれば、固体原料12を収容した原料容器13と、この
原料容器13を加熱するヒータ14とを備え、前記原料
容器13内に該原料容器13からの熱を伝えて中央領域
Aの固体原料12を加熱するための熱伝導部材が配設さ
れ、本実施の形態では、前記熱伝導部材が前記原料容器
13内の底部に立設された複数のフィン21からなるた
め、原料容器13内の固体原料12を中央領域Aと周縁
領域Bの間に温度勾配を生じさせずに十分に加熱するこ
とが可能となり、気化ガスを安定して発生させることが
できる。
料12を収容した原料容器13を加熱すると共に、該原
料容器13内に配設した熱伝導部材であるフィン21に
より固体原料12全体を略均一に加熱して、固体原料1
2から気化ガスを発生させるため、原料容器13内の固
体原料12を中央領域Aと周縁領域Bの間に温度勾配を
生じさせずに十分に加熱することができ、気化ガスを安
定して発生させることができる。従って、半導体ウエハ
Wの量産を見据えての固体原料気化装置10の容量のア
ップ(大容量化)も可能となる。そして、前記固体原料
気化装置10を熱処理装置1の処理ガス供給源として用
いれば、気化ガスを安定して供給することができ、熱処
理を安定して行うことが可能となる。
材例えばフィン21の代りに抵抗発熱体からなる加熱部
26を設けてもよく、あるいは、フィン21および加熱
部26を共に設けてもよい。加熱部26は制御部40に
よって所定の温度に制御されるように構成されている。
このように原料容器13内に加熱部26を設けることに
より、原料容器13内の固体原料12を直接的に加熱す
ることができる。またこの方法によれば、固体原料13
を収容した原料容器12を加熱すると共に、該原料容器
12内に配設した加熱部26およびこれに接続された熱
伝導部例えばフィン21により固体原料12全体をむら
なく略均一に加熱することができる。従って、原料容器
13内の固体原料12を中央領域Aと周縁領域Bの間に
温度勾配を生じさせずに十分に加熱することが可能とな
り、気化ガスを安定して発生させることができる。
で、(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。図2
の実施の形態において、図1の実施の形態と同じ部分は
同じ参照符号を付して説明を省略し、異なる部分につい
て説明を加える。図2に示すように、前記原料容器13
内には、熱伝導部材として、上下方向に螺旋状のフィン
23が設けられている。螺旋状のフィン23は、原料容
器13の内周壁(周側壁)に接していて、溶接により固
定されている。螺旋状のフィン23には、複数の孔24
が形成されていることが好ましい以上の構成からなる固
体原料気化装置10によれば、熱伝導部材として、原料
容器13内に上下方向に螺旋状のフィン23が原料容器
13の内周壁に接して設けられているため、原料容器1
3の周側部から螺旋状のフィン23への熱伝導により、
原料容器13内の固体原料12を中央領域Aと周縁領域
Bの間に温度勾配を生じさせずに十分に加熱することが
可能となり、図1の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。
24を形成すれば、これらの孔24を通して固体原料1
2からの気化ガスを上方へ円滑に導くことができ、固体
原料12からの気化を促進することができる。すなわ
ち、固体原料からの気化は、気相と接する固体原料の表
面(上面)で行われるため、この表面が螺旋状のフィン
23で覆われていると飽和蒸気圧になって気化が抑制さ
れてしまう。これを防止するために、前記孔24が形成
されている。
で、(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。図3
の実施の形態において、図2の実施の形態と同じ部分は
同じ参照符号を付して説明を省略し、異なる部分につい
て説明を加える。図3に示すように、原料容器13内に
は、熱伝導部材として、上下方向に螺旋状のフィン23
が設けられていると共に、この螺旋状のフィン23を上
下方向に貫通するように原料容器13内の底部に複数の
中空管25が立設されている。この場合、中空管25内
には、抵抗発熱体からなる加熱部26が温度制御可能に
設けられていてもよい。
によれば、原料容器13内の固体原料12を中央領域と
周縁領域の間に温度勾配を生じさせずに十分に加熱する
ことが可能となり、図1ないし図2の実施の形態と同様
の効果を奏することができる。また、前記中空管25内
にヒータ26を有する構造とすれば、固体原料12を更
に十分に加熱することが可能となる。
断面図である。図4の実施の形態において、図1の実施
の形態と同じ部分は同じ参照符号を付して説明を省略
し、異なる部分について説明を加える。図4に示すよう
に、原料容器13内の底部には、熱伝導部材として、支
柱27が立設され、この支柱27に上下方向に適宜間隔
で棚状に設けられた網状または多孔状の熱伝導板28が
設けられている。熱伝導板28としては、例えば金属線
を平面方向だけでなく厚さ方向にも立体的に編み込んだ
メッシュ、もしくは、多数の孔を有する多孔板であるこ
とが好ましい。また、前記支柱27は、中空管とされ、
内部に温度制御可能なヒータが設けられていることが好
ましい。
によれば、熱伝導部材として、前記原料容器13内の底
部に支柱27を立設し、この支柱27に上下方向に適宜
間隔で棚状に網状または多孔状の熱伝導板28を設けて
いるため、原料容器13の底部から支柱27を介して熱
伝導板28への熱伝導により、原料容器13内の固体原
料12を中央領域と周縁領域の間に温度勾配を生じさせ
ずに十分に加熱することが可能となり、図1の実施の形
態と同様の効果を奏することができる。また、前記支柱
27が加熱部を有する構造とすれば、固体原料12を更
に十分に加熱することが可能となる。
断面図である。図5の実施の形態において、図1の実施
の形態と同じ部分は同じ参照符号を付して説明を省略
し、異なる部分について説明を加える。図5に示すよう
に、原料容器13内には、原料容器13との接触頻度を
多くすべく固体原料12を攪拌する攪拌手段例えば攪拌
翼29が設けられている。この攪拌翼29の駆動軸30
は、原料容器13の底部を気密に貫通するように設けら
れているが、容器本体13の蓋16を気密に貫通するよ
うに設けられていてもよい。
によれば、原料容器13内には、固体原料12を攪拌す
る攪拌翼29が設けられているため、固体原料12の原
料容器13との接触頻度を多くなり、原料容器13内の
固体原料12を中央領域と周縁領域の間に温度勾配を生
じさせずに十分に加熱することが可能となり、図1の実
施の形態と同様の効果を奏することができる。また、こ
の方法によれば、固体原料12を収容した原料容器13
を加熱すると共に、該原料容器13内に配設した攪拌手
段例えば攪拌翼29により固体原料12を攪拌すること
により、固体原料12全体を略均一に加熱して、固体原
料12から気化ガスを安定して発生させることができ
る。
断面図である。図6の実施の形態において、図1の実施
の形態と同じ部分は同じ参照符号を付して説明を省略
し、異なる部分について説明を加える。本実施の形態の
固体原料気化装置10は、図6に示すように、原料容器
13を加熱する加熱手段として恒温槽31が用いられて
いる。
われ、内部に例えばステンレス等の金属板で区画された
加熱室32が設けられている。この加熱室32の両側壁
には多数の通気孔33が設けられている。また、恒温槽
31内には、内部雰囲気例えば空気が加熱室内32を通
過するように循環するための通風路34が設けられ、こ
の通風路34には、所定の温度に温度制御可能に構成さ
れた抵抗発熱体からなるヒータ35と、送風ファン36
とが設けられている。そして、前記加熱室32内に、前
記原料容器12および弁18が収容されている。なお、
前記原料容器内には、前記実施の形態で示したような加
熱部および/または熱伝導部材あるいは攪拌手段が設け
られている(図示省略)。
によれば、原料容器13を加熱する加熱手段が恒温槽3
1からなるため、原料容器13全体を一定の温度で均一
に加熱することができ、原料容器13内に設けられてい
る熱伝導部材と相俟って原料容器13内の固体原料を中
央領域と周縁領域の間に温度勾配を生じさせずに更に十
分に加熱することができ、気化ガスを更に安定して発生
させることができる。
述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、熱処理炉としては、
枚葉式であってもよく、横型であってもよい。固体原料
としては、粉末状以外に、例えば粒状であってもよい。
被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばガラス
基板やLCD基板等であってもよい。また、前記原料容
器内には、加熱部、熱伝導部材、攪拌手段を適宜組合わ
せて配設してもよい。
な効果を奏することができる。
を収容した原料容器と、該原料容器を加熱する加熱手段
とを備えた固体原料気化装置において、前記原料容器内
に固体原料を加熱するための加熱部および/または熱伝
導部材を配設ているため、原料容器内の固体原料を中央
領域と周縁領域の間に温度勾配を生じさせずに十分に加
熱することができ、気化ガスを安定して発生させること
ができる。
導部材が、前記原料容器内の底部に立設された複数のフ
ィンからなるため、原料容器内の固体原料を中央領域と
周縁領域の間に温度勾配を生じさせずに十分に加熱する
ことができ、気化ガスを安定して発生させることができ
る。
導部材が、前記原料容器内に上下方向に設けられた螺旋
状のフィンからなるため、原料容器内の固体原料を中央
領域と周縁領域の間に温度勾配を生じさせずに十分に加
熱することができ、気化ガスを安定して発生させること
ができる。
のフィンには複数の孔が形成されているため、固体原料
からの気化を促進することができる。
導部材が、前記原料容器内の底部に立設された支柱と、
該支柱に上下方向に適宜間隔で棚状に設けられた網状ま
たは多孔状の熱伝導板とからなるため、原料容器内の固
体原料を中央領域と周縁領域の間に温度勾配を生じさせ
ずに十分に加熱することができ、気化ガスを安定して発
生させることができる。
した原料容器と、該原料容器を加熱する加熱手段と、前
記固体原料から発生した気化ガスを供給するガス供給系
とを備えた固体原料気化装置において、前記原料容器内
に固体原料を攪拌する攪拌手段を設けているため、原料
容器内の固体原料を中央領域と周縁領域の間に温度勾配
を生じさせずに十分に加熱することができ、気化ガスを
安定して発生させることができる。
手段が恒温槽からなるため、固体原料容器全体を一定の
温度で均一に加熱することができ、原料容器内の加熱
部、熱伝導部材もしくは攪拌手段と相俟って原料容器内
の固体原料を中央領域と周縁領域の間に温度勾配を生じ
させずに更に十分に加熱することができ、気化ガスを更
に安定して発生させることができる。
を収容した原料容器を加熱すると共に、該原料容器内に
配設した加熱部および/または熱伝導部材により固体原
料を加熱して、固体原料から気化ガスを発生させるた
め、原料容器内の固体原料を中央領域と周縁領域の間に
温度勾配を生じさせずに十分に加熱することができ、気
化ガスを安定して発生供給することができる。
概略的に示す図である。
は縦断面図、(b)は横断面図である。
は縦断面図、(b)は横断面図である。
る。
る。
る。
固体原料が充填された状態の断面図、(b)は固体原料
が少なくなった状態の断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 固体原料を収容した原料容器と、該原料
容器を加熱する加熱手段とを備えた固体原料気化装置に
おいて、前記原料容器内に固体原料を加熱するための加
熱部および/または熱伝導部材を配設したことを特徴と
する固体原料気化装置。 - 【請求項2】 前記熱伝導部材が、前記原料容器内の底
部に立設された複数のフィンからなることを特徴とする
請求項1記載の固体原料気化装置。 - 【請求項3】 前記熱伝導部材が、前記原料容器内に上
下方向に設けられた螺旋状のフィンからなることを特徴
とする請求項1記載の固体原料気化装置。 - 【請求項4】 前記螺旋状のフィンには複数の孔が形成
されていること特徴とする請求項3記載の固体原料気化
装置。 - 【請求項5】 前記熱伝導部材が、前記原料容器内の底
部に立設された支柱と、該支柱に上下方向に適宜間隔で
棚状に設けられた網状または多孔状の熱伝導板とからな
ることを特徴とする請求項1記載の固体原料気化装置。 - 【請求項6】 固体原料を収容した原料容器と、該原料
容器を加熱する加熱手段と、前記固体原料から発生した
気化ガスを供給するガス供給系とを備えた固体原料気化
装置において、前記原料容器内に固体原料を攪拌する攪
拌手段を設けたことを特徴とする固体原料気化装置。 - 【請求項7】 前記加熱手段が恒温槽であることを特徴
とする請求項1または6記載の固体原料気化装置。 - 【請求項8】 固体原料を収容した原料容器を加熱する
と共に、該原料容器内に配設した加熱部および/または
熱伝導部材により固体原料を加熱して、固体原料から気
化ガスを発生させることを特徴とする固体原料気化方
法。
Priority Applications (1)
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Publication Number | Publication Date |
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