JP2008251614A - 気化装置、成膜装置及び気化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば成膜装置に液体原料を気化させた原料ガスを供給するための気化装置において液体材料を気化するにあたって、液体材料の気化効率を高めると共に、液体材料の気化を停止した時の液体材料の過熱による液体材料の分解や、あるいは気化装置を構成する部材間に設けられた樹脂製のシール部材の熱劣化を抑える。
【解決手段】気化装置内に下部熱交換部を設けて、霧化された液体材料の気化効率を高めると共に、この下部交換部を薄肉の石英により中空に構成して熱容量を小さくし、気化を停止した時の液体材料の過熱を抑え、またこの下部熱換部の内部空間を真空雰囲気として、更にこの下部熱交換部の内部にカーボンファイバからなるカーボンヒータを設けて、輻射熱により下部熱交換部、気化装置の内壁及び気化装置内に霧化された液体材料を直接加熱する。
【選択図】図２

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）を行う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、半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）の表面に所定の半導体形成材料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装置において行われている。この減圧ＣＶＤ装置は、処理ガスとして原料を供給し、化学反応を進行させて、ウェハ表面に薄膜を堆積させるものである。そのような処理ガスとして、液体材料を気化して用いる場合があり、例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘｙ Ｓｉｌａｎｅ）を気化して得た処理ガスと酸素ガスとを用いてＳｉＯ2膜を成膜したり、あるいはＳｉ2Ｃｌ6を気化して得た処理ガスとアンモニアガスとを用いてシリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）膜を成膜したりする例などがある。

液体材料を気化するためには、例えば特許文献１に示すように、気化室の外周部にヒータを設けて、ネブライザー（吸入部）により気化室内に霧化してミスト化した液状材料を所定の温度に加熱する気化装置が知られている。しかし、このような気化室の周囲から加熱する方式では、気化効率が低いので、本発明者らは、図６に示す気化装置３００により液体材料の気化を試みている。
この気化装置３００は、側壁にヒーター３０１を備えた気化室３０２内の底面に下部熱交換部３０３を設けて、この下部熱交換部３０３の表面でも液体材料を気化させるために、下部熱交換部３０３内に例えば棒状体のヒーター３０４を例えば下部熱交換部３０３の周方向に４本埋設した構造である。気化室３０２の上面からインジェクタ３０５により気化室３０２内に霧化された液体材料は、気化室３０２の側壁のヒーター３０１と下部熱交換部３０３内のヒーター３０４とにより例えば１５０℃に加熱されて気化し、処理ガスとして取出し口３０６から例えばＣＶＤ装置などの消費装置へ供給される。

この気化装置３００では、霧化された液体材料が下部熱交換部３０３の上面において最も多く気化し、この下部熱交換部３０３の上面が気化熱により冷やされて温度が低下するので、この下部熱交換部３０３の上面に熱電対などの温度センサ３０７を設けて、この下部熱交換部３０３の上面を液体材料の気化温度以上となるようにヒーター３０４の出力を調整している。このため、下部熱交換部３０３には、内部に向かうほど温度が高くなる温度勾配が形成されている。
液体材料のミストは、気化室３０２の側壁と内部（下部熱交換部３０３）とから加熱されるので、気化する量が多くなり、ＣＶＤ装置などへ供給される処理ガスに含まれる量が減少するため、パーティクルの量が減少する。

しかし、例えば処理ガスの供給を停止するために液体材料の霧化と下部熱交換部３０３の加熱とを停止した場合には、液体材料の気化熱により冷やされていた下部熱交換部３０３は、既述のように内部の温度が高くなっているので、熱の放出先（冷却源）がなくなり、いわゆるオーバーシュートと呼ばれる状態となり、下部熱交換部３０３の熱容量が大きいことからも、急激に表面の温度が上昇してしまう。一方、液体材料例えば有機金属錯体は、気化する適切な温度範囲が狭く、その温度範囲を超えると、熱分解により変質して残渣物となるものが多いことから、このように下部熱交換部３０３が過熱すると、熱分解して変質し、残渣物となって気化室３０２内や処理ガス供給路内に堆積し、後続のプロセス時にその残渣物が剥がれて処理雰囲気に流入して、基板のパーティクル汚染の原因になるなどの悪影響を及ぼす。このオーバーシュートは、既述の特許文献１に記載の気化室３０２においても問題となっている。
例えば液体材料の供給を停止した後に、オーバーシュートが起こる前に例えば不活性ガスなどの処理に影響の少ないパージガスなどを冷却して気化室３０２内に供給し、下部熱交換部３０３を冷却する方法もあるが、液体材料の供給を停止する度にパージガスを大量に供給する必要があり、ガスの使用量が多くなると共に、パージガスを冷却するエネルギーも必要となり、コストの面から好ましくない。

また、上述したように、下部熱交換部３０３の上面において温度を測定して、下部熱交換部３０３内のヒーター３０４の制御を行っているが、このようなヒーター３０４では、下部熱交換部３０３の表面全体を均一に加熱できないため、温度が最も低くなる上面において温度を調整しようとすると、下部熱交換部３０３の下側の温度が高くなりすぎて、下部熱交換部３０３の表面には、上面から下側に向かって徐々に温度が高くなる温度勾配が生じてしまう。そのため、下部熱交換部３０３の下側では、例えば３５０℃程度まで温度が上昇しているので、上記の液体材料の過熱による分解の一因となっていると共に、例えば気化室３０２の底面と側壁との間に設けられた図示しない樹脂製のＯ−リングなどの熱劣化の原因となってしまう。

上記のオーバーシュート及び下部熱交換部３０３の上下方向における温度勾配は、処理ガスの流量が増える程（液体材料の供給量が増える程）大きくなってしまい、そのため大きな流量が必要なプロセスでは、既述の不具合がより顕著になる。また、液体材料として、加熱によって分解する材料のみばかりでなく、例えば水を供給する場合にも、上記のシール部材の熱劣化が問題となる。

特開平３−１２６８７２号公報（３頁段落３０、図１）

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、液体材料を高い効率で気化することができ、またパーティクルの発生を抑えることができる気化装置、成膜装置及び気化方法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中空の下部熱交換部と、
前記霧化された液体材料を加熱して気化するために、前記下部熱交換部の内部空間に設けられ、カーボンファイバの束が複数編み込まれたカーボンワイヤをセラミックスにより封止した加熱手段と、
前記インジェクタによる液体材料の吐出を停止した時に、前記加熱手段への供給電力を小さくするかまたはゼロにする制御部と、
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。
前記下部熱交換部は、石英からなることが好ましい。
前記下部熱交換部の内部空間は、真空雰囲気であることが好ましい。
また、上記気化装置は、前記下部熱交換部の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、この温度検出部の温度検出値と予め設定した設定温度とに基づいて、前記加熱手段への供給電力を制御することが好ましい。
前記温度検出部は、前記下部熱交換部における前記インジェクタ側の面部の温度を検出するように設けられていることが好ましい。
前記気化室形成部材は、前記霧化された液体材料を加熱して気化するための加熱手段を備えていても良い。

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記気化装置と、
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。

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させながら、前記気化室形成部材の下部に設けられ、内部にカーボンファイバの束が複数編み込まれたカーボンワイヤをセラミックスにより封止した加熱手段を備えた中空の下部熱交換部に向かって助走させる工程と、
霧化された液体材料の流れを前記下部熱交換部により前記気化室形成部材の内周面側に拡散させ、当該内周面と下部熱交換部との間に形成されたリング状の気化空間を通過させながら、前記加熱手段からの輻射熱により加熱して気化させる工程と、
前記気化された液体材料を取出し口から取出す工程と、
前記インジェクタによる液体材料の吐出を停止すると共に、前記液体材料の加熱を抑えるかあるいは停止する工程と、を含むことを特徴とする。

前記気化させる工程は、前記下部熱交換部の温度を検出する工程と、
前記下部熱交換部の温度と予め設定した設定温度とに基づいて、前記液体材料の加熱量を調整する工程と、を含むことが好ましい。
前記下部熱交換部の温度を検出する工程は、前記下部熱交換部における前記インジェクタ側の面部の温度を検出する工程であることが好ましい。
前記助走させる工程及び前記気化させる工程は、前記気化室形成部材に設けられた加熱手段により、吐出された液体材料を加熱する工程を含んでいても良い。

本発明によれば、助走空間の下部にリング状の気化空間を形成する熱交換部を設けているため液体材料を高い効率で気化することができると共に、前記熱交換部として中空体を用いてその熱容量を小さくし、また中空体内には輻射熱源であるカーボンワイヤヒータ（加熱手段）を設けているので、熱交換部の表面全体が温度ムラなく均一に加熱され、液体材料の供給を停止した時の熱交換部の温度のオーバーシュートを小さく抑えることができ、その結果液体材料の熱分解を抑えることができ、パーティクルの低減を図ることができる。また、放射熱により下部熱交換部を均等に加熱でき、上下方向における温度勾配を小さく抑えることができるので、シール部材の熱劣化を抑えることができる。

本発明の気化装置を組み込んだ成膜装置の実施の形態の一例について、図１及び図２を参照して説明する。本発明の成膜装置１０は、基板例えばウェハＷに対して所定の成膜処理を行うための成膜処理部１００と、この成膜処理部１００に所定の処理ガスを供給するためのガス供給系２００と、を備えている。

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、ウェハＷを多数枚搭載したウェハボート１２０を搬入して、反応管１１０内を排気管１４０から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、反応管１１０の外側に設けられた加熱手段１３０によりウェハＷを加熱すると共に、後述する処理ガス供給管５３から反応管１１０内に所定の処理ガスを導入して、ウェハＷに対して所定の成膜処理を行うように構成されている。

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、この貯留槽１から供給される液体材料を気化するための気化装置２及びこれらを結ぶ配管系により構成されている。

貯留槽１には、液体材料供給管５１を介して気化装置２が接続されており、この液体材料供給管５１の貯留槽１側の端部は、貯留槽１内の液体材料の液面より下方で開口している。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及び第２バルブＶ２が介設されており、バルブＶ２の下流側には、バルブＶｂ及び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。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３０に接続されている。尚、液体材料供給管５１内を通流する液体材料の温度は、液体材料供給管５１の周囲に設けられた図示しない加熱ヒータによって、例えば４０℃程度となるように設定されている。

また、貯留槽１には、バルブＶａが介設された加圧気体供給管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）ガス供給源２２に接続されており、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程度の窒素ガスを供給して、液体材料を加圧することで、貯留槽１から気化装置２に液体材料を送液するように構成されている。この加圧気体としては、窒素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ても良い。

図２に示すように、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設けられた外形が四角型状の筐体４１と、により構成されている。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である。この気化室形成部材４０の上面の中心には、既述の液体材料供給管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、内管及び外管に各々液体材料と、図示しない窒素ガス源から噴出用ガスである例えば窒素ガスと、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（ミスト化されて）気化室形成部材４０内に供給される。

気化室形成部材４０の底部には、気化室形成部材４０よりも小径な円筒状の下部熱交換部３１が配置されており、この下部熱交換部３１は、肉厚が例えば３ｍｍ程度の薄さの透明材料例えば石英により中空に構成されている。この下部熱交換部３１の内部には、線状の加熱手段であるカーボンワイヤヒータ３３が設けられており、このカーボンワイヤヒータ３３は、高純度の線状の可撓性のある発熱体例えば線径１０μｍ前後のカーボン部材であるカーボンファイバの束を複数編み込むことにより形成されたカーボンワイヤが、セラミックスよりなる封止材例えば外径が十数ｍｍの例えば透明石英管の中に封止されることによって固定されている。このカーボンワイヤヒータ３３は、下部熱交換部３１の内面と、透明な下部熱交換部３１を介して気化室形成部材４０の内壁と、を輻射熱により加熱するためのものであり、電源部５０ａに接続されている。また、下部熱交換部３１の内部には、下部熱交換部３１の上面の温度を測定するための熱電対３５が設けられており、後述の制御部２０Ａに接続されている。下部熱交換部３１は、内部の雰囲気が真空雰囲気となるように気密に構成されているが、例えば窒素ガスなどを封入するようにしても良い。また、この下部熱交換部３１の構成材料としては、例えばステンレスやＳｉＣ（炭化珪素）などの不透明な材料であっても良いが、カーボンワイヤヒータ３３から放射される輻射熱を下部熱交換部３１の外側（気化室形成部材４０の内壁や気化室形成部材４０内を通流する液体材料のミスト）に伝達する場合には、透明材料とすることが好ましい。この透明材料とは、輻射熱を下部熱交換部３１の外側に伝達するものであれば、必ずしも赤外線などを透過する石英などでなくとも良く、例えば一旦下部熱交換部３１の内面において輻射熱を吸収し、その熱を下部熱交換部３１の外面から輻射熱として放出できるものであっても良い。

下部熱交換部３１の上方側の空間は、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の助走空間Ｇとして形成されている。また、気化室形成部材４０の内周面と下部熱交換部３１との間には、リング状の気化空間Ｆが形成されている。下部熱交換部３１の中心軸がインジェクタ３０の中心軸よりも後述の取出し口３２側に距離ｒ例えば１〜４ｍｍだけオフセットされるように下部熱交換部３１が配置されているので、上述の気化空間Ｆのリング幅は、取出し口３２側よりも取出し口３２の反対側の方が広くなるように形成されている。

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本、取出し口３２と反対側に寄った位置に２本設けられている。これら加熱手段４８は、夫々電源部５０に接続されている。例えば１つの温度コントローラで加熱手段４８を加熱制御してもよいが、取出し口３２側の２本を１組、取出し口３２と反対側の２本を１組として各組毎に夫々独立して加熱制御してもよいし、あるいは４本を互いに独立して加熱制御してもよい。尚、後述するように、下部熱交換部３１内のカーボンワイヤヒータ３３により十分に液体材料を気化できる場合には、この加熱手段４８を設けなくても良い。

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り出すための取出し口３２が形成されている。この取出し口３２には、既述の液体材料供給管５１が接続されており、取出し口３２と液体材料供給管５１とは、液体材料供給管５１の端面の溝５１ａにはめ込まれたシール部材である樹脂製のＯ−リング５１ｂを介して、ボルト等により気密に密着されている。

また、気化室形成部材４０は、底面において側方に広がってフランジ部４０ａをなし、蓋体４９の溝４９ａにはめ込まれたＯ−リング４９ｂを介して同様に気密に密着されている。また、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、ドレインポート３４は、取出し口３２の反対側に形成されている。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。ミスト排出管４２には、気化室形成部材４０の底部近傍に設けられたミスト排出バルブＶｍを介して、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が接続されている。ドレインポート３４が閉じられたときに、ドレインポート３４近傍にミストが貯留するように構成されている。

また、気化装置２には、気化室形成部材４０内を洗浄するために、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、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の一端側に接続され、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。洗浄液供給管６１の他端側は、既述の気化室形成部材４０の上面に接続されている。洗浄液としては、例えば液体材料や液体材料の固化物が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、既述のミスト排出管４２を介して排出される。

取出し口３２には、処理ガス供給管５３が接続されており、この処理ガス供給管５３には、気化装置２の近傍において第３バルブＶ３が介設されている。この処理ガス供給管５３は、処理ガスが凝縮せずに成膜処理部１００に流入するように、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、テープヒーターなどが外側に巻かれて例えば８０℃程度に設定されているが、ここでは省略する。

処理ガス供給管５３には、後述するように、この処理ガス供給路４３内を洗浄するために、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。また、同様に液体材料供給管５１内を洗浄するために、バルブＶｄが介設された洗浄液分岐管６３を設けて、この洗浄液分岐管６３の一端側を洗浄液供給管６１に接続し、他端側を窒素ガス供給管２３のバルブＶｂの下流側に接続している。更に、バルブＶｅが介設された分岐管５４を設けて、この分岐管５４の一端側を液体材料供給管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の上流側に接続し、他端側をミスト排出管４２のバルブＶｍの下流側に接続している。

気化装置２には、例えばコンピュータからなる制御部２０Ａが設けられており、この制御部２０Ａは、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。このプログラムには、制御部２０Ａから気化装置２の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷの処理や搬送などを行うように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには、処理圧力、処理温度、処理時間、ガス流量または電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの気化装置２の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、ハードディスクなどの記憶部に格納されて制御部２０Ａにインストールされる。

次に、上記の成膜装置１０における成膜方法について説明する。先ず、成膜処理部１００において、所定の枚数のウェハＷをウェハボート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内を所定の温度及び所定の圧力に安定させる。
次いで、処理ガスを気化装置２に供給する。即ち、バルブＶｄ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆ及びＶｍを閉じ、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶａを開き、窒素ガス供給源２２から加圧気体供給管２１を介して加圧気体である窒素ガスを貯留槽１内に供給し、貯留槽１内の液体材料例えばハフニウム材料を所定の流量で液体材料供給管５１を介して気化装置２に圧送し、更に気化装置２のインジェクタ３０から液体材料がスプレーされるように、図示しない窒素ガス源から窒素ガスを供給しているので、この窒素ガスと共に、気化装置２には、例えば５ｓｃｃｍの流量の液体材料がミスト状となり導入される。

気化装置２では、加熱手段４８により気化室形成部材４０の内壁が例えば１５０℃となるように加熱されている。また、下部熱交換部３１の先端面が例えば１５０℃となるように、カーボンワイヤヒータ３３が例えば３００℃程度となっているので、このカーボンワイヤヒータ３３の輻射熱により、下部熱交換部３１の内面が加熱されて、この熱が下部熱交換部３１の外側（表面）に伝達されることによって、下部熱交換部３１は、温度ＴＡ例えば１５０℃程度になるように均一に加熱される。この時、下部熱交換部３１の内部空間が中空で且つ真空雰囲気となっているので、下部熱交換部３１内において熱伝導やガスの対流がほとんど起こらないため、下部熱交換部３１は、上下方向における温度差が小さく抑えられると共に、熱容量が小さいことから、蓄熱が少ない状態となっている。更に、カーボンワイヤヒータ３３の輻射熱によって下部熱交換部３１を加熱しているので、下部熱交換部３１の表面が主に加熱されて、下部熱交換部３１内の雰囲気の温度はそれほど上昇しない。つまり、下部熱交換部３１の表面が選択的に加熱され、その結果下部熱交換部３１の表面全体が均一に加熱されている。

また、下部熱交換部３１が透明な石英から構成されているので、カーボンワイヤヒータ３３の輻射熱は、透明な下部熱交換部３１を介して気化室形成部材４０の内壁をも加熱している。これらにより、気化室形成部材４０の内部が例えば１５０℃程度となっている。そのため、この空間にインジェクタ３０から下方に向けて霧化した（微細な粒子にした）液体材料が吐出されると、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、一部が気化する。また、吐出された液体材料は、カーボンワイヤヒータ３３の輻射熱により直接加熱されて、気化が進行する。

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、表面が例えば１５０℃となるように設定された下部熱交換部３１の上面に衝突し、気化が更に進行し、また、下部熱交換部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の内周面と下部熱交換部３１との間に形成されるリング状の気化空間Ｆに流れ込みながら、気化していく。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、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、この間に下部熱交換部３１及び気化室形成部材４０の内壁との熱交換により気化されて処理ガスとなる。また、既述のように、下部熱交換部３１の上面（熱電対３５近傍）や下部熱交換部３１の側面であっても、ほとんど同じ温度となっているので、処理ガスは、分解が抑えられた状態で（分解生成物をほとんど含まない状態で）処理ガス供給管５３へ向かって通流していく。また、このように下部熱交換部３１の過熱が抑えられていることにより、既述のＯ−リング４９ｂ、５１ｂについても耐熱温度以下となっているので、Ｏ−リング４９ｂ、５１ｂは、熱劣化が抑えられている。

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（下部熱交換部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凝集して液相になり、ドレインポート３４に向かって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。

尚、下部熱交換部３１を取出し口３２側に偏移させずに、気化室形成部材４０の中心に配置した場合、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り、気化効率が若干低下するが、そのように構成しても良い。
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。そして、上述のように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、を処理ガス供給管５３から供給して、ウェハ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。所定の時間成膜処理部１００に処理ガスを供給した後、処理ガスを停止し、更にカーボンワイヤヒータ３３への電力の供給を停止する。即ち、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶａを閉じて、電源部５０ａからの出力を止める。また、気化装置２のパージ処理を行うために、バルブＶｂ及びＶｍを開く。これにより、窒素ガス供給源２４のパージガスである窒素ガスは、窒素ガス供給管２３を介して気化装置２に供給される。

この処理ガスを停止した時を時間ｔ１とすると、図４に示すように、液体材料の供給及び下部熱交換部３１内のカーボンワイヤヒータ３３への電力の供給を停止した時、既述のように、下部熱交換部３１は、中空に構成されて熱容量が小さいので、内部にはほとんど蓄熱されておらず、時間ｔ１において、温度ＴＡから速やかに冷えていく。そのため、気化装置２内の液体材料のミストは、そのままミスト排出管４２から排出される。

成膜処理の後、既述のように、気化装置２内に窒素ガスをパージすることにより、気化装置２内に残留する液体材料が完全に除去される。また、処理ガス供給管５３にパージガスを供給するようにしてもよい。その場合には、バルブＶｆを開き、窒素ガス供給源２５から窒素ガスを成膜処理部１００に供給する。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は、成膜処理部１００側へ押し出され、更に反応管１１０から排気管１４０へと除去される。

そして、成膜処理を所定の回数行った後、以下のように気化装置２の洗浄が行われる。具体的には、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｄ及びＶｅを閉じると共に、バルブＶｃ及びＶｍを開放する。これにより気化室形成部材４０に貯留するミストは、気化装置２内に供給される洗浄液と共に、ミスト排出管４２を介して装置外部に排出される。洗浄液は、既述のように、液体材料や液体材料の固化物が溶解する溶剤であるので、気化室形成部材４０の内壁に付着するミストが洗い流されると共に、仮にミストが凝縮し、一部が固体成分に変質したものであっても、洗浄液に溶解して除去される。
さらに洗浄処理では、バルブＶ２、Ｖｄ及びＶｅを開き、液体マスフローメータＭ、液体材料供給管５１、分岐管５４及びミスト排出管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。

上述の実施の形態によれば、助走空間Ｇの下部にリング状の気化空間Ｆを形成する下部熱交換部３１を設けているため滞在量を高い効率で気化することができると共に、下部熱交換部３１を薄肉として中空に形成し熱容量を小さくして、またこの下部熱交換部３１内に輻射熱源であるカーボンワイヤヒータ３３を設けているので、下部熱交換部３１の表面全体が温度ムラなく均一に加熱され、液体材料の供給を停止した時の下部熱交換部３１の温度のオーバーシュートを小さく抑えることができ、その結果液体材料の熱分解を抑えて、パーティクルの低減を図ることができる。このことから、処理ガスの流量（液体材料の気化量）を増やすことができる。

一方、例えば既述の図６に示した気化装置３００においては、下部熱交換部３０３が中実に構成されているので、内部の温度が表面温度よりも高く例えば３５０℃となっているため、処理ガスの供給を停止する（液体材料の気化を停止する）（時間ｔ１）と、熱の放出源（冷却源）がなくなることから、図５に示すように、内部の熱が下部熱交換部３０３全体に急激に伝達されて、いわゆるオーバーシュートという現象が起こり、下部熱交換部３０３の表面温度が３００℃程度まで高くなってしまうので、既述の液体材料は、分解してしまう。

また、本発明では、下部熱交換部３１をカーボンワイヤヒータ３３の輻射熱が透過する材料例えば石英により構成しているので、下部熱交換部３１の表面だけでなく、気化室形成部材４０の内壁や気化室形成部材４０の内部空間（気化空間Ｆ及び助走空間Ｇ）を通流する液体材料のミストをも直接加熱できるため、液体材料が気化する量が増えて、成膜処理部１００に流れるミストが減り、パーティクルの発生量を抑えることができる。このようにカーボンワイヤヒータ３３により加熱される領域を広くとっていることから、例えば気化室形成部材４０の加熱手段４８が不要となるか、あるいは加熱手段４８の設定温度を下げることができる。

更に、カーボンワイヤヒータ３３の輻射熱により下部熱交換部３１を加熱していることから、下部熱交換部３１が全体に亘って均等に加熱されるので、下部熱交換部３１の局所的な過熱を抑えることができ、Ｏ−リング４９ｂ、５１ｂの熱劣化を抑えることができる。

また、下部熱交換部３１内を真空にすることで、下部熱交換部３１の熱容量が更に小さくなり、また熱を伝導する物質が極めて少なくなることから、カーボンワイヤヒータ３３の熱伝導による加熱量が少なくなるので、上記の効果が大きくなると共に、暖められたガスなどが下部熱交換部３１の内部空間を上下方向に対流する量がほとんどなくなり、下部熱交換部３１の上下方向の温度差が低減される。

また、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、一部が気化された後、下部熱交換部３１により拡開されて当該下部熱交換部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、ウェハＷにおけるパーティクルの付着を抑えることができる。

上記の例では、気化室形成部材４０の内壁に加熱手段４８を設けたが、既述のように、下部熱交換部３１内のカーボンワイヤヒータ３３により気化室形成部材４０の内壁についても加熱されているので、液体材料が十分気化する場合には、この加熱手段４８を設けなくても良いし、あるいは加熱手段４８の設定温度を下げても（出力の小さい安価な加熱手段４８としても）良い。

尚、上記の例では、下部熱交換部３１の横断面形状を概略円形状にしたが、多角形などとしても良い。また、１２０℃での蒸気圧が４０Ｐａ以下のＴＤＥＡＨ（Ｈｆ｛Ｎ（Ｃ2Ｈ5）｝4）等を用いても良く、ハフニウム材料以外に、例えば１４０℃での蒸気圧が４０Ｐａ以下のＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5、ＨＥＡＤ（ヘキサメチルアミノジシラン）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したり、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5を気化して得た処理ガスとＯ3ガスとを用いてＴａ2Ｏ5膜を成膜したりする処理、あるいは水蒸気を供給する処理などに適用しても良い。更に、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、上記の例では、液体材料を貯留する貯留槽１を一基設けたが、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を接続し、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も良い。このような例としては、例えば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場合などに適用され、例えば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。

本発明の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。 上記気化装置におけるガスの流れを示す模式図である。 上記気化装置において液体材料の供給を停止した時の下部熱交換部の温度の推移を概略的に示した特性図である。 中実に構成された下部熱交換部を備えた気化装置において、液体材料の供給を停止したときの下部熱交換部の温度の推移を概略的に示した特性図である。 上記の中実に構成された下部熱交換部を備えた気化装置を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｆ 気化空間
Ｇ 助走空間
２ 気化装置
３０ インジェクタ
３１ 下部熱交換部
３３ 加熱手段
３５ 熱電対
４０ 気化室形成部材

Claims (13)

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中空の下部熱交換部と、
   前記霧化された液体材料を加熱して気化するために、前記下部熱交換部の内部空間に設けられ、カーボンファイバの束が複数編み込まれたカーボンワイヤをセラミックスにより封止した加熱手段と、
   前記インジェクタによる液体材料の吐出を停止した時に、前記加熱手段への供給電力を小さくするかまたはゼロにする制御部と、
   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. 前記下部熱交換部は、石英からなることを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
3. 前記下部熱交換部の内部空間は、真空雰囲気であることを特徴とする請求項１または２に記載の気化装置。
4. 前記下部熱交換部の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記制御部は、この温度検出部の温度検出値と予め設定した設定温度とに基づいて、前記加熱手段への供給電力を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の気化装置。
5. 前記温度検出部は、前記下部熱交換部における前記インジェクタ側の面部の温度を検出するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の気化装置。
6. 前記気化室形成部材は、前記霧化された液体材料を加熱して気化するための加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の気化装置。
7. 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６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。
8. 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させながら、前記気化室形成部材の下部に設けられ、内部にカーボンファイバの束が複数編み込まれたカーボンワイヤをセラミックスにより封止した加熱手段を備えた中空の下部熱交換部に向かって助走させる工程と、
   霧化された液体材料の流れを前記下部熱交換部により前記気化室形成部材の内周面側に拡散させ、当該内周面と下部熱交換部との間に形成されたリング状の気化空間を通過させながら、前記加熱手段からの輻射熱により加熱して気化させる工程と、
   前記気化された液体材料を取出し口から取出す工程と、
   前記インジェクタによる液体材料の吐出を停止すると共に、前記液体材料の加熱を抑えるかあるいは停止する工程と、を含むことを特徴とする気化方法。
9. 前記下部熱交換部は、石英からなることを特徴とする請求項８に記載の気化方法。
10. 前記下部熱交換部の内部空間は、真空雰囲気であることを特徴とする請求項８または９に記載の気化方法。
11. 前記気化させる工程は、前記下部熱交換部の温度を検出する工程と、
    前記下部熱交換部の温度と予め設定した設定温度とに基づいて、前記液体材料の加熱量を調整する工程と、を含むことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一つに記載の気化方法。
12. 前記下部熱交換部の温度を検出する工程は、前記下部熱交換部における前記インジェクタ側の面部の温度を検出する工程であることを特徴とする請求項１１に記載の気化方法。
13. 前記助走させる工程及び前記気化させる工程は、前記気化室形成部材に設けられた加熱手段により、吐出された液体材料を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか一つに記載の気化方法。

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