JP2007103801A - 気化装置、成膜装置及び気化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体材料を気化するにあたって、高い気化効率を得ることができる気化装置を提供すること。
【解決手段】 気化室形成部材の上部に設けられたインジェクタから下方に向けて吐出され霧化された液体材料は、気化室形成部材内に形成された助走空間にて高い均一性で微粒化されると共に一部が加熱により気化された後、気化室形成部材の下部に設けられた下部ブロックにより拡開されて当該下部ブロックと気化室形成部材の内周面との間で形成されるリング状の気化空間を流れながら加熱する。このようにして一部が気化して霧化した液体材料は、リング状の気化空間を均等に流れながら、この間に熱交換により効率よく気化される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば液状の半導体形成材料を気化して得た処理ガスを消費装置例えば減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）用の成膜処理部に供給するための気化装置及び気化方法に関し、またこの気化装置を適用した成膜装置に関する。

半導体製造プロセスの一つとして、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の表面に所定の膜を形成する成膜工程があり、この工程は例えば減圧ＣＶＤ装置を用いて行われている。この減圧ＣＶＤ装置は、原料をガス状態で供給し、化学反応を進行させて、ウエハ表面に薄膜を堆積させるものであるが、液体材料を気化して得た処理ガスを成膜ガスとして装置内に導入する場合がある。

前記液体材料を気化して得た処理ガスを用いた成膜処理の例としては、処理ガスとしてＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silane）を気化して得た処理ガスと酸素（Ｏ2）ガスとを用いてＳｉＯ2膜を成膜する例や、処理ガスとしてＳｉ2Ｃｌ6を気化して得た処理ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを用いてシリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）膜を成膜する例がある。

このような液体材料を気化する気化装置としては、例えば特許文献１に示すように、ネブライザー（吸入部）により霧化された液状材料を所定の温度に加熱された気化室内に供給することで、液体材料を気化するものがある。

しかし特許文献１に示す気化装置では、霧化された液状材料が気化室内を通流する間に十分な熱交換が行われないため、気化室の出口側に接続されたパイプから排出される処理ガスには、気化室内で気化されずに残った粒状物質（ミスト）が多く含まれており、この処理ガスを前記パイプの基端側に接続された例えば減圧ＣＶＤ装置等の反応室内に供給した場合、このミストがウエハの表面に付着してパーティクルとなってしまうという問題がある。即ちミストがウエハにおけるパーティクルの発生要因となっている。

そこで特許文献２には、気化装置の内壁面に内部ヒータを有する気化板を液体材料の流路を妨げるように壁面に対して垂直に複数配置し、霧化された液体材料が加熱された気化板に衝突することによって液体材料を気化することが提案されている。

しかし特許文献２に示す気化装置では、気化板の基端側（気化装置の壁面側）にガスの停滞領域（デットボリューム）が発生するため、この停滞領域では霧化された液状材料は気化板に衝突せずに累積し、その累積物が粒状物質（ミスト）の原因となることから、粒状物質（ミスト）の発生を完全に抑えることができないという問題がある。

特開平３−１２６８７２号公報（３頁段落３０、図１） 特開平６−３１０４４４号公報（段落０１２３、図１３）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体材料を気化するにあたって、高い気化効率を得ることができる気化装置及び気化方法を提供することにある。また他の目的は、この気化装置を用いた成膜装置を提供することにある。

本発明の気化装置は、液体材料を気化する空間を形成する気化室形成部材と、
この気化室形成部材の上部に設けられ、霧化された液体材料を下方に向けて吐出するインジェクタと、
前記霧化された液体材料を加熱して気化するために当該気化室形成部材に設けられた第１の加熱手段と、
前記気化室形成部材の下部に設けられ、インジェクタとの間に霧化された液体材料の流れの助走空間を形成すると共に気化室形成部材の内周面との間にリング状の気化空間を形成する下部ブロックと、
前記霧化された液体材料を加熱して気化するために前記下部ブロックに設けられた第２の加熱手段と、
前記リング状の気化空間を通り、気化された液体材料を消費装置に供給するための取出し口と、を備えたことを特徴とする。

また上記気化装置において、前記気化室形成部材の底部に気化しなかった液体材料を排出するためのドレインポートを設け、前記ドレインポートよりも上方位置に前記取出し口を設けるようにしてもよい。また前記下部ブロックは、横断面形状が例えば円形または多角形であり、下部ブロックの中心が、気化室形成部材の中心よりも取出し口側に偏移していることが望ましい。

さらに上記気化装置において、前記気化室形成部材にパージガスを供給するための供給路を設けた構成であってもよいし、前記気化室形成部材に洗浄液を供給するための供給路を設けた構成であってもよい。

また本発明の成膜装置は、液体材料を貯留する貯留槽と、
この貯留槽の下流側に液体材料供給路により接続され、液体材料を気化して処理ガスを得る上述の気化装置と、
この気化装置の下流側に設けられ、気化装置から送られた処理ガスを用いて基板に成膜処理を行う成膜処理部と、を備えたことを特徴とする。

また本発明の気化方法は、気化室形成部材の上部に設けられたインジェクタから、霧化された液体材料を下方に向けて吐出する工程と、
吐出された液体材料を加熱して気化しながら、気化室形成部材の下部に設けれた下部ブロックに向かって助走する工程と、
霧化された液体材料の流れが下部ブロックにより気化室形成部材の内周面側に拡散し、当該内周面と下部ブロックとの間に形成されたリング状の気化空間を通過しながら加熱されて気化された液体材料を取出し口から取出す工程と、を含むことを特徴とする。

また上記気化方法において、気化しなかった液体材料を、前記取出し口よりも低い位置に設けられたドレインポートから排出する工程を、さらに含む。また前記リング状の気化空間のリング幅は、取出し口側よりも当該取出し口と反対側の方が広く形成されていることが好ましい。

本発明によれば、インジェクタから下方に向けて吐出され霧化された液体材料は、助走空間にて高い均一性で微粒化されると共に一部が加熱により気化された後、下部ブロックにより拡開されて当該下部ブロックと気化室形成部材の内周面との間で形成されるリング状の気化空間を流れながら加熱されるため、液体材料は気化空間を通流する間に十分な熱交換を行うことができると共にガスの停滞領域（デットボリューム）が生じないので、高い気化効率が得られ液体材料を確実に気化することができる。

そのため粒状物質（ミスト）の混入が極力抑えられた処理ガス（液体材料の蒸気）を消費装置例えば減圧ＣＶＤ装置の成膜処理部に供給するのであれば、基板におけるパーティクルの付着を抑えることができ、また消費装置が水蒸気処理を行う装置であれば、水滴によるいわゆるウォータマークの発生等を抑えることができるといった効果、つまりミストの存在による弊害を低減できる。

以下、本発明に係る気化装置を組み込んだ成膜装置の一実施の形態について説明する。図１中１００は基板例えばウエハＷに対して所定の成膜処理が行われる成膜処理部、２００は前記成膜処理部１００に、所定の処理ガスを供給するためのガス供給系である。前記成膜処理部１００は、この例ではバッチ式の減圧ＣＶＤ装置本体であり、例えば反応容器（処理容器）である縦型の反応管１１０内に、ウエハＷを多数枚搭載したウエハボート１２０を搬入して、反応管１１０の外側に設けられた加熱手段１３０により加熱すると共に、反応管１１０内を排気管１４０を介して真空排気手段である真空ポンプ１５０により所定の真空度に維持し、後述する処理ガス供給管から反応管１１０内に所定の処理ガスを導入して、基板に対して所定の成膜処理が行われる。

ガス供給系２００は、例えば８５℃での蒸気圧が０．５５Ｐａ以下の低蒸気圧の液体材料例えばTetrakis(N-ethyl-N-methylamino)hafnium（ＴＥＭＡＨ）やhafnium tetra-t-butoxide（ＨＴＢ）等のハフニウム材料を貯留するための貯留槽１と、貯留槽１からの液体材料の一部を気化するための気化装置２と、これらを結ぶ配管系により構成されている。

前記貯留槽１は、液体材料供給管５１を介して前記気化装置２に接続されており、この液体材料供給管５１の貯留槽１側の端部は貯留槽１内の液体材料と接触するように設けられていて、この液体材料供給管５１には、上流側（貯留槽１側）から順に、第１バルブＶ１、液体マスフローメータＭ、第２バルブＶ２が介設されている。また前記液体材料供給管５１には、バルブＶ２の下流側にて、バルブＶｂ、マスフローコントローラＭ１を備えた窒素ガス供給管２３を介して窒素ガス供給源２４が接続されている。さらにこの液体材料供給管５１の気化装置２側の端部は後述する気化装置２に設けられたインジェクタに接続されている。また前記貯留槽１には、バルブＶａを介設した加圧気体供給管２１が接続されており、この加圧気体供給管２１の一端側は、貯留槽１の液体材料の液面の上方側に位置するように設けられている。

この加圧気体供給管２１の他端側は、加圧気体例えば窒素（Ｎ2）ガスの供給源２２と接続されており、貯留槽１から気化装置２に液体材料を供給するときには、貯留槽１内に例えば１．０ｋｇ／ｃｍ2程度の窒素（Ｎ2）ガスを供給して、これにより液体材料を加圧し、この加圧によって液体材料を貯留槽１から気化装置２に送圧するようになっている。ここで加圧気体としては、Ｎ2ガスの他にヘリウム（Ｈｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを用いることができる。

図２及び図３に示すように前記気化装置２は、縦型の円筒体である筒状部からなる気化室形成部材４０とこの気化室形成部材４０の外周面を覆うようにして設けられた外形が四角型状の筐体４１とからなる。前記気化室形成部材４０は、内径が例えば３０〜４０ｍｍ、長さが例えば２５０ｍｍのステンレス製の円筒状体より構成される。前記気化室形成部材４０の上端部における中心軸上には液体材料供給管５１に接続されたインジェクタ３０が設けられている。このインジェクタ３０は内管及び外管に夫々液体材料及び噴出用ガスである例えば窒素ガスが供給される二重管構造のスプレー式インジェクタとして構成され、先端の吐出口（例えば孔径０．１ｍｍ）から液体材料が霧化されて（ミストとされて）気化室形成部材４０内に供給されるようになっている。

図３（ａ）に示すように、前記気化室形成部材４０の底部には当該気化室形成部材４０よりも小径な円筒状の下部ブロック３１が配置されており、前記下部ブロック３１の上方側は、インジェクタ３０により霧化された液体材料を均一に微粒化させることができる距離Ｌを有する助走空間Ｇとして形成されている。また前記下部ブロック３１は、当該下部ブロック３１の中心をインジェクタ３０の中心よりも後述する気化室形成部材４０の下端部の側面に形成された取出し口３２側に距離ｒ例えば１〜４ｍｍだけオフセットさせて配置されている。このように気化室形成部材４０内において下部ブロック３１を配置することで、前記気化室形成部材４０の内周面と前記下部ブロック３１との間にはリング状の気化空間Ｆが形成されることになる。図３（ｂ）に示すようにこのリング状の気化空間Ｆのリング幅は、取出し口３２側よりも当該取出し口３２と反対側の方が広く形成されている。

図３（ａ），図３（ｂ）に示すように前記筐体４１の内部には、気化室形成部材４０の長さ方向に沿って各々伸びる、例えば抵抗発熱体等からなる加熱手段４８が周方向に複数この例では取出し口３２側に寄った位置に２個、取出し口３２と反対側に寄った位置に２個設けれている。これら加熱手段４８は夫々電力供給部４９に接続されている。これら加熱手段４８は、例えば１つの温度コントローラで加熱制御されるようにしてもよいが、後述の取出し口３２側の２個を１組、取出し口３２と反対側の２個を１組として各組毎に夫々独立して加熱制御されるようにしてもよいし、あるいは４個が互いに独立して加熱制御されるようにしてもよい。

前記気化室形成部材４０の下端部の側面には液体材料を気化して得た処理ガスを取出すための取出し口３２が形成されると共に、前記気化室形成部材４０の底面には気化しなかった液体材料を排出するためのドレインポート３４が形成されている。この例では前記ドレインポート３４は、図３（ｂ）に示すように取出し口３２と反対側の気化室形成部材４０の壁面と下部ブロック３１との間から臨む気化室形成部材４０の底面に形成されている。また前記ドレインポート３４にはミスト排出管４２が接続されている。前記ミスト排出管４２には気化室形成部材４０の底部近傍にミスト排出用のミスト排出バルブＶｍが設けられており、これにより前記ドレインポート３４が開閉されるようになっていて、ドレインポート３４が閉じられたときに、当該ドレインポート３４近傍にミストが貯留していき、ここがミスト溜まり部になる。前記ミスト排出管４２の他端側には、ミスト溜まり部に溜まったミストを吸引排気するための排気手段をなす排気ポンプ４４が接続され、これらミスト排出管４２と排気ポンプ４４とにより吸引路が構成されている。

また図３（ａ），図３（ｂ）に示すように前記下部ブロック３１の内部には、下部ブロック３１の長さ方向に沿って各々伸びる、例えば抵抗発熱体等からなる加熱手段３３が周方向に複数この例では取出し口３２側に寄った位置に２個、取出し口３２と反対側に寄った位置に２個設けられている。これら加熱手段３３は夫々電力供給部４９に接続されている。これら加熱手段３３は、例えば１つの温度コントローラで加熱制御されるようにしてもよいが、取出し口側の２個を１組、取出し口３２と反対側の２個を１組として各組毎に独立して加熱制御されるようにしてもよいし、あるいは４個が互いに独立して加熱制御されるようにしてもよい。

また気化装置２には、前記気化室形成部材４０内部を含めて洗浄するために、図１及び図２に示すように洗浄液供給手段６が設けられている。この洗浄液供給手段６は、その先端部が前記気化室形成部材４０の上部に接続され、洗浄液供給バルブＶｃを備えた洗浄液供給管６１と、この洗浄液供給管６１に接続され、洗浄液を貯留するための洗浄液槽６２とにより構成されている。前記洗浄液としては、例えば液体材料や液体材料の固化物を溶解する溶剤例えばエタノールやヘキサン等のアルコール系の薬液が用いられる。洗浄液槽６２より洗浄液供給管６１を介して気化室形成部材４０内に供給された洗浄液は、ミスト排出バルブＶｍを開くことによりミスト排出管４２を介して排出されるようになっている。

前記処理ガス供給管５３は前記取出し口３２に接続されており、この処理ガス供給管５３には、気化装置２の近傍に第３バルブＶ３が設けられ、処理ガスを、再液化を防いだ状態で成膜処理部１００に導くため、第３バルブＶ３から成膜処理部１００までの距離が例えば５０〜１００ｃｍ程度と短く設定されている。また実際には処理ガス供給管５３の第３バルブＶ３の上流側は極めて短く、気化装置２の出口に第３バルブＶ３を連結するようになっている。このようにすることで、第３バルブＶ３の上流側がデッドゾーンとなることを回避し、当該領域にミストが溜まるのを防いでいる。さらに処理ガス供給管５３には、バルブＶ３の下流側にて、バルブＶｆ、マスフローコントローラＭ２を備えた供給管５５を介して窒素ガス供給源２５が接続されている。

なお、ガス供給系２００において、一端側が洗浄液供給管６１に接続され、他端側が窒素ガス供給管２３のバルブＶｂの下流側に接続される、バルブＶｄを備えた洗浄液分岐管６３を設けると共に、一端側は液体材料供給管５１の第１バルブＶ１の下流側であって液体マスフローメータＭの上流側に接続され、他端側がミスト排出管４２のバルブＶｍの下流側に接続されるバルブＶｅを備えた分岐管５４を設けるようにしてもよい。

このような成膜装置にて行われる成膜方法について図４を参照して説明すると、先ずバルブＶｍ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅを閉じ、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖａを開く（ステップＳ１）。

つまりガス供給系２００では、加圧気体供給管２１を介して貯留槽１内へ加圧気体であるＮ2ガスを供給し、この加圧により貯留槽１内の低蒸気圧の液体材料例えばハフニウム材料を、液体材料供給管５１を介して、液体マスフローメータＭにより流量を調整した状態で気化装置２に圧送する。このとき液体材料供給管５１内を通流する液体材料の温度は当該液体材料供給管５の周囲に設けられた図示しない加熱ヒータにより例えば４０℃程度に設定されている。

ここで成膜処理部１００では反応管１１０内が所定の真空度に真空排気されているので、ガス供給系２００のガスは、供給管に設けられた各バルブを開くことにより下流側に通気していく。こうして気化装置２には、例えば５ｓｃｃｍの流量のハフニウム材料が導入される。

図５に示すように気化装置２では、加熱手段３３，４８により例えば気化室形成部材４０の内部が８０℃程度に加熱されており、ここにインジェクタ３０から下方に向けて霧化した（微細な粒子にした）液体材料を吐出する。この霧化した液体材料は、気化室形成部材４０の上部側領域である助走空間Ｇを円錐状に広がりながら均一に微粒化されると共に一部が加熱により気化される。そして粒状物質であるミストと蒸気とを含む円錐状のミスト流は、下部ブロック３１に衝突し、下部ブロック３１が円錐状流の中央に相対的に入り込むことによりこのミスト流が拡開し、気化室形成部材４０の内周面と下部ブロック３１との間で形成されるリング状の気化空間Ｆに流れ込む。この気化空間Ｆのリング幅は、気化室形成部材４０の下端部の側面に形成された取出し口３２側よりも当該取出し口３２の反対側の方を広く形成しているので、取出し口３２に負圧が生じていても図６（ａ）に示すように取出し口３２の反対側の気化空間Ｆの圧力と取出し口３２側の気化空間Ｆの圧力との圧力差が小さくなって略揃った大きさとなり、このため既に助走空間Ｇで一部が気化した霧化した液体材料は、リング状の気化空間Ｆ内を均等に流れながら均一に加熱されることになる。こうして一部が気化して霧化した液体材料は、リング状の気化空間Ｆを均等に流れながら、この間に熱交換により効率よく気化される。

リング状の気化空間Ｆ内を下に向かって流れるミスト流のうち、気化された液体材料の蒸気である処理ガスの流れは、気化室形成部材４０の側面に形成されている取出し口３２の吸引によりこの取出し口３２に向かって曲げられる。一方、ミスト流に含まれる、気化しなかった粒状物質（ミスト）は取出し口３２側に曲がらずに重力によりそのまま落下し、気化室形成部材４０の底面（下部ブロック３１の周囲のリング状の底面）に衝突する。気化室形成部材４０の底面に粒状物質が溜まっていくとそれらが互いに付着して液相になり、ドレインポート３４の方へ流れていくことになる。このドレインポート３４は取出し口３２よりも低い位置にあるため、上記の液相が取出し口３２に流れ込むことはない。

なお、下部ブロック３１を取出し口３２側に偏移させずに、気化室形成部材３０の中心に配置した場合、図６（ｂ）に示すように取出し口３２側の気化空間Ｆの圧力の方が取出し口３２の反対側の気化空間Ｆの圧力よりもかなり大きくなり、リング状の気化空間Ｆ内の圧力が不均一となる。このため気化空間Ｆ内の霧化した液体材料を均一に加熱することができないので、気化効率が若干低下する。本発明はこのような場合も含むが、図６（ａ）に示すように下部ブロック３１を取出し口３２側に偏移した方が好ましい。

また気化装置２ではミスト排出バルブＶｍを閉じているので、上述したようにドレインポート３４には気化しなかった粒状物質が溜まることになる。

こうして処理ガスは処理ガス供給管５３を介して成膜処理部１００へ送られる。このとき処理ガス供給管５３内を通流する処理ガスの温度は当該処理ガス供給管５３の周囲に設けられた図示しない加熱ヒータにより例えば８０℃程度に設定されている。

そして成膜処理部１００においては、先ずウエハＷを所定枚数保持具１２０に搭載し、例えば所定温度に維持された反応管１１０内に搬入し、反応管１１０内を所定の真空度に真空排気する。そして反応管１１０内を所定温度、所定圧力に安定させた後、処理ガス供給管５３から処理ガスとしてハフニウム材料を気化して得た処理ガスと、酸素ガス（図示せず）とを供給して、ウエハＷ上にハフニウム酸化膜を形成する成膜処理が行われる。

こうして成膜処理を終了した後、気化装置２のパージ処理を行う（ステップＳ２）。つまりバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖａ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅを閉じ、バルブＶｂ，Ｖｍを開いて、排気ポンプ４４を作動させる。これによりＮ2ガス供給源２４からマスフローコントローラＭ１により流量制御されたパージガスであるＮ2ガスが供給管２３を介して気化装置２に供給され、ミスト排出管４２を介して排出される。

このように気化装置２内にＮ2ガスをパージさせることにより、気化装置２内に残留する液体材料を完全に除去することができて、処理の再現性を向上させると共に、成膜処理部１００内におけるパーティクルの発生をより一層抑えることができる。

また成膜処理を終了した後、処理ガス供給管５３の第３バルブＶ３の下流側のパージ処理を行うようにしてもよい。このパージ処理は、バルブＶｆを開くと共に、反応管１１０を真空ポンプ１５０により排気することにより、処理ガス供給管５３の第３バルブＶ３の下流側に、供給管５５を介して窒素ガス供給源２５からマスフローコントローラＭ２により流量制御された窒素ガスを供給することにより行われる。これにより処理ガス供給管５３の内壁面に付着する処理ガスの残留物や、処理ガスが変質した固体成分等の付着物が成膜処理部１００側へ押し出され、除去される。このような気化装置４内あるいは処理ガス供給管５３のパージ処理は、成膜処理部１００における成膜処理を行う度に行うようにしてもよいし、前記成膜処理を所定回数行う度に、定期的に行うようにしてもよい。

こうして気化装置２がＮ2ガスによりパージされた後、洗浄を行うタイミングであるか否かが判断され（ステップＳ３）、洗浄を行わないタイミングであるときはステップＳ１に戻り、行うタイミングであるときはステップＳ４に進む。ここで気化装置２の洗浄は、例えば成膜処理部１００における成膜処理を所定回数行った後、定期的に行われる。

そして気化装置２の洗浄は、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｄ，Ｖｅを閉じ、バルブＶｃ，Ｖｍを開き、排気ポンプ４４を動作させて行う。これにより気化室形成部材４０に貯留するミストはミスト排出管４２を介して装置外部に排出され、洗浄液供給管６１より洗浄液が気化装置２に供給される。ここで洗浄液は、液体材料や液体材料の固化物を溶解する溶剤であるので、これにより気化装置２の気化室形成部材４１の内壁に付着するミストが洗い流されると共に、仮にミストが再液化し、一部が固体成分に変質したものであっても、洗浄液により溶解して除去される。

さらに洗浄処理では、バルブＶ２，Ｖｄ，Ｖｅを開き、排気ポンプ４４を作動させることにより、液体マスフローメータＭ、液体材料供給管５１、分岐管５４、ミスト排出管４２に通流させ、これらの内壁に付着した液体材料や液体材料の固化成分等の付着物を除去するようにしてもよい。

このような気化装置２では、インジェクタ３０から下方に向けて吐出され霧化された液体材料は、助走空間Ｇにて高い均一性で微粒化されると共に一部が加熱により気化された後、下部ブロック３１により拡開されて当該下部ブロック３１と気化室形成部材４０の内周面との間で形成されるリング状の気化空間Ｆを流れながら加熱されるため、液体材料は気化空間Ｆを通流する間に十分な熱交換を行うことができると共にガスの停滞領域（デットボリューム）が生じないので、高い気化効率が得られ液体材料を確実に気化することができる。そのため粒状物質（ミスト）の混入が極力抑えられた処理ガス（液体材料の蒸気）を成膜処理部１００に供給することができるので、ウエハにおけるパーティクルの付着を抑えることができる。

また、例えば成膜処理を行う毎に、または所定回数の成膜処理を行う毎に、パージガスを供給管２３を介して気化装置２に通気させることにより、これらの内部に残存する液体材料を除去しているので、次のロットの処理を行うときには、常にこれらの内部は付着物が存在せず乾燥した状態となっており、処理の再現性を向上させることができる。この場合成膜処理部１００への供給経路とは別系統の供給経路により気化装置２内にパージガスを供給しているので、パージする領域が当該気化装置２に絞られ、これらのパージを効率的に行うことができ、これらの領域内の付着物を短時間で完全に除去することができる。また処理ガス供給管５３のバルブＶ３の下流側から成膜処理部１００までは距離が狭く、小さい空間なので、成膜処理部１００の真空ポンプ１５０による排気により、これらの空間内の付着物が効率よく排出される。

さらにまた、所定のタイミングで気化装置２からミストを吸引により排出した後、気化装置２を洗浄しているので、ミストの排出後も気化室形成部材４０内やミスト溜まり部近傍領域に付着しているミストやミストが変質した付着物が除去され、次のロットの処理を行うときには、常に気化装置２の内部は前記付着物が存在しない状態となっているので、パーティクルの発生をより抑えることができると共に、処理の再現性を向上させることができる。

続いて本発明の他の例について説明する。この例は、上述した気化装置２において図７に示すように気化室形成部材４０の内部に設けられた下部ブロック３１の横断面形状を多角形としたものである。このような構成にしても上述と同様な作用効果を得ることができる。

また上述の実施の形態では、前記下部ブロック３１の中心をインジェクタ３０の中心よりも気化形成部材４０の下端部の側面に形成された取出し口３２側に距離ｒだけオフセットさせて配置することで、リング状の気化空間Ｆの幅を取出し口３２側よりも当該取出し口３２と反対側の方を広く形成しているが、図８に示すように前記下部ブロックの中心をインジェクタ３０の中心に配置し、気化室形成部材４０を下部ブロック３１の頂部７から屈曲させることで、リング状の気化空間Ｆの幅を取出し口３２側よりも当該取出し口３２と反対側の方を広く形成するようにしてもよい。このような構成にしても上述と同様な作用効果を得ることができる。

以上において本発明では、ハフニウム材料やＨＥＡＤ以外に、例えば１４０℃での蒸気圧が４０Ｐａ以下のＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5、１２０℃での蒸気圧が４０Ｐａ以下のＴＤＥＡＨ（Ｈｆ｛Ｎ（Ｃ2Ｈ5）｝4）等を用いることができ、処理ガスとしてＨＥＡＤを気化して得た処理ガスとＮＨ3ガスとを用いてシリコンナイトライド膜を成膜する処理以外に、処理ガスとしてＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5を気化して得た処理ガスとＯ3ガスとを用いてＴａ2Ｏ5膜を成膜する処理に適用できる。さらに成膜処理部１００としては、バッチ式の減圧ＣＶＤ装置の他に、枚葉式の成膜装置を用いてもよい。

また本発明に係る気化装置を組み込んだ成膜装置の他の実施の形態について説明する。この例では、互いに異なる液体材料を貯留した貯留槽を複数個設け、各貯留槽毎に液体材料を気化するための気化装置が接続され、各気化装置で気化された処理ガスを成膜処理部１００の反応管１１０内に導入する構成としている。具体的には反応管１１０内のウエハボート１２０に搭載された多数のウエハＷの表面に高誘電率材料例えばバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びチタニウム（Ｔｉ）を含んだ金属酸化膜を形成するために図９に示すようにガス供給系３００において、貯留槽７０、７１、７２には夫々チタニウム（Ｔｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）の各有機物質（金属有機物質）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液に溶解してなる液体材料を貯留している。また図９に示すように各気化装置２の取出し口３２に取り付けられているガス供給管５３は、成膜処理部１００の手前側で一つの管として結合され、この管が成膜処理部１００に接続するように構成されている。なお、各貯留槽７０、７１、７２内の液体材料を圧送する加圧気体としてこの例ではヘリウム（Ｈｅ）ガスが用いられている。

このような成膜装置にて行われる成膜方法について簡単に説明すると、加圧気体供給管２１を介して貯留槽７０、貯留槽７１及び貯留槽７２内に加圧気体であるＨｅガスを供給することで、各気化装置２に液体材料が圧送される。

ここでチタニウム材料が供給される気化装置２では、加熱手段３３，４８により例えば気化室形成部材４０の内部の温度をチタニウム材料を気化するのに最適な温度例えば２００℃に設定されており、ストロンチウム材料が供給される気化装置２では、加熱手段３３，４８により例えば気化室形成部材４０の内部の温度をストロンチウム材料を気化するのに最適な温度例えば３００℃に設定されており、バリウム材料が供給される気化装置２では、加熱手段３３，４８により例えば気化室形成部材４０の内部の温度をバリウム材料を気化するのに最適な温度例えば３００℃に設定されている。このように気化室形成部材４０の内部の温度を気化装置２に供給する液体材料を気化するのに最適な温度に設定することで蒸気圧や熱分解温度が異なる複数の液体材料を同時に気化するようになっている。

そして各気化装置２から得られた処理ガスは、ガス供給管５３を介して成膜処理部１００へ送られ、所定温度及び所定圧力に設定された反応管１１０内にチタニウム材料を気化して得た処理ガスと、ストロンチウム材料を気化して得た処理ガスと、バリウム材料を気化して得た処理ガスと、酸素ガス（図示せず）とが所定量供給され、保持具１２０に保持されているウエハＷの表面にＢＳＴ（バリウムストロンチウムチタニウム）酸化膜が形成される。

この実施の形態では、複数の液体材料この例ではバリウム、ストロンチウム、チタニウムを各材料毎に気化装置２を準備して、各気化装置２において、気化室形成部材４０の内部の温度を各液体材料を気化するのに最適な温度に設定しているので、蒸気圧や熱分解温度が異なる複数の液体材料を同時に気化することができ、よって各気化装置２から処理ガスを同時に成膜処理部１００の反応管１１０内に導入することができる。

一方気化装置２を各液体材料に対して共通化した場合には、各液体材料を気化するのに適した温度範囲が夫々決まっているため、それらが重なり合う温度範囲において加熱制御しなければならないので温度コントロールが難しく、また液体材料が熱分解して蒸気圧が低くなり、液状物として気化装置２内に付着するおそれもある。従って図９のように各液体材料に気化装置２を設けることが好ましい。

なお、上述の例では、各気化装置２の取出し口３２に取り付けられているガス供給管５３は、成膜処理部１００の手前側で一つの管として結合され、この管を介して混合した処理ガスを反応管１１０内に導入する構成となっているが、図１０に示すように各気化装置２の取出し口３２に取り付けられているガス供給管５３を直接成膜処理部１００に接続し、各ガス供給管５３を介して反応管１１０内に種々の処理ガスを導入する構成であってもよい。このような構成にすることで、反応管１１０内に処理ガスを間欠的に各々導入することができる。

また、このガス供給系３００には、気化装置２及び液体材料供給管５１を洗浄するテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液を貯留するための貯留槽７３が設けられている。この貯留槽７３には液体マスフローメータＭ４を介設した洗浄液供給管８３が接続されており、前記洗浄液供給管８３の端部は気化装置２側の液体材料供給管５１に夫々接続されている。また液体マスフローメータＭの上流側の液体材料供給管５１にも洗浄液供給管８３が夫々接続されている。なお、図９中において、Ｖ７及びＶ８はバルブである。また前記貯留槽７３には、バルブＶ９を介して上述した加圧気体供給管２１が接続されている。

この実施の形態における洗浄処理は、加圧気体供給管２１を介して貯留槽７３内に加圧気体であるＨｅガスを供給して、貯留槽７３内のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液を気化装置２及び液体材料供給管５１に圧送することで行われる。

本発明に係る成膜装置の一例を示す概略図である。 本発明の気化装置の一例を示す縦断面図である。 前記気化装置の縦断面図及び前記気化装置のＡ−Ａ断面図である。 前記成膜装置にて行われる成膜方法を示すフローチャートである。 前記気化装置にて行われる液体材料の気化方法を示すイメージ図である。 前記気化装置内に形成されたリング状の気化空間において、ガスの流速分布を示すイメージである。 本発明の気化装置の他の例を示す横断面図である。 本発明の気化装置の他の例を示す縦断面図である。 本発明に係る成膜装置の他の例を示す概略図である。 本発明に係る成膜装置の他の例を示す概略図である。

符号の説明

Ｆ 気化空間
Ｇ 助走空間
Ｗ 半導体ウエハ
２ 気化装置
３０ インジェクタ
３２ 取出し口
３３ 加熱手段
３４ ドレインポート
４０ 気化室形成部材
４１ 筐体
４２ ミスト排出管
４４ 排気ポンプ
４８ 加熱手段
５１ 液体材料供給管
５３ 処理ガス供給管
６ 洗浄液供給手段
６１ 洗浄液供給管
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ
Ｖｍ ミスト排出バルブ

Claims (9)

1. 液体材料を気化する空間を形成する気化室形成部材と、
   この気化室形成部材の上部に設けられ、霧化された液体材料を下方に向けて吐出するインジェクタと、
   前記霧化された液体材料を加熱して気化するために当該気化室形成部材に設けられた第１の加熱手段と、
   前記気化室形成部材の下部に設けられ、インジェクタとの間に霧化された液体材料の流れの助走空間を形成すると共に気化室形成部材の内周面との間にリング状の気化空間を形成する下部ブロックと、
   前記霧化された液体材料を加熱して気化するために前記下部ブロックに設けられた第２の加熱手段と、
   前記リング状の気化空間を通り、気化された液体材料を消費装置に供給するための取出し口と、を備えたことを特徴とする気化装置。
2. 前記気化室形成部材の底部には、気化しなかった液体材料を排出するためのドレインポートが設けられ、
   前記取出し口は、前記ドレインポートよりも上方位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の気化装置。
3. 前記下部ブロックは、横断面形状が円形または多角形であり、下部ブロックの中心が、気化室形成部材の中心よりも取出し口側に偏移していることを特徴する請求項１または２記載の気化装置。
4. 前記気化室形成部材には、パージガスを供給するための供給路が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の気化装置。
5. 前記気化室形成部材には、洗浄液を供給するための供給路が設けられていることを特徴する請求項１ないし４のいずれか一に記載の気化装置。
6. 液体材料を貯留する貯留槽と、
   この貯留槽の下流側に液体材料供給路により接続され、液体材料を気化して処理ガスを得る請求項１ないし５のいずれか一に記載の気化装置と、
   この気化装置の下流側に設けられ、気化装置から送られた処理ガスを用いて基板に成膜処理を行う成膜処理部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
7. 気化室形成部材の上部に設けられたインジェクタから、霧化された液体材料を下方に向けて吐出する工程と、
   吐出された液体材料を加熱して気化しながら、気化室形成部材の下部に設けれた下部ブロックに向かって助走する工程と、
   霧化された液体材料の流れが下部ブロックにより気化室形成部材の内周面側に拡散し、当該内周面と下部ブロックとの間に形成されたリング状の気化空間を通過しながら加熱されて気化された液体材料を取出し口から取出す工程と、を含むことを特徴とする気化方法。
8. 気化しなかった液体材料を、前記取出し口よりも低い位置に設けられたドレインポートから排出する工程と、を含むことを特徴とする請求項８記載の気化方法。
9. 前記リング状の気化空間のリング幅は、取出し口側よりも当該取出し口と反対側の方が広く形成されていることを特徴とする請求項７または８記載の気化方法。

Images