JP2009246173A - Vaporizer and film forming device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器およびその気化器を用いた成膜装置に関する。 The present invention relates to a vaporizer that vaporizes a liquid raw material to generate a raw material gas, and a film forming apparatus using the vaporizer.
一般に,誘電体,金属,半導体などで構成された各種薄膜を成膜する方法として,有機金属化合物などの有機原料を成膜室に供給し,酸素やアンモニアなどの他のガスと反応させて成膜する化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法が知られている。このようなCVD法で用いられる有機原料は常温常圧下では液体である場合が多いため,その有機原料をガス化して成膜室に供給する必要がある。そこで通常は,液体の有機原料を気化器において気化して原料ガスを生成するようにしている。 In general, as a method of depositing various thin films composed of dielectrics, metals, semiconductors, etc., organic raw materials such as organometallic compounds are supplied to the deposition chamber and reacted with other gases such as oxygen and ammonia. A chemical vapor deposition (CVD) method for forming a film is known. Since organic materials used in such a CVD method are often liquid at normal temperature and pressure, it is necessary to gasify the organic materials and supply them to the film formation chamber. Therefore, normally, a liquid organic raw material is vaporized in a vaporizer to generate a raw material gas.
例えば下記特許文献1に記載のものでは,液体原料流出路の吐出口に高温のキャリアガスを吹き付けることによって,その吐出口から吐出された液体原料を気化させて原料ガスを生成する。また,下記特許文献2,3に記載のものでは,液体原料吐出部(例えばノズル,パイプ,孔など)から吐出された液体原料に超音波振動子の振動を伝えることによって,液体原料をミスト化する。そして液体原料の吐出口の近傍にキャリアガスの流れを形成し,ミスト化した液体原料をキャリアガスの流れに乗せて加熱空間へ移送して気化させることにより原料ガスを生成する。
For example, in the thing of the following
しかしながら,上述のように液体原料を吐出する吐出口の近傍にキャリアガスの流れが形成される従来の気化器では,液体原料の種類によっては,その成分がキャリアガスに含まれる微量の水分と反応して固化してしまう虞があった。このような液体原料としては,例えば,TEMA,TEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノ・ジルコニウム)およびTEMAH(テトラキスエチルメチルアミノ・ハフニウム)などの有機金属化合物を挙げられる。 However, in the conventional vaporizer in which the flow of the carrier gas is formed in the vicinity of the discharge port for discharging the liquid source as described above, depending on the type of the liquid source, the component reacts with a small amount of moisture contained in the carrier gas. Then there was a risk of solidifying. Examples of such liquid raw materials include organometallic compounds such as TEMA, TEMAZ (tetrakisethylmethylamino · zirconium) and TEMAH (tetrakisethylmethylamino · hafnium).
また一般的に気化器は,液体原料を効率よく気化させるために,液体原料を吐出するノズルのオリフィス径を小さくして,できるだけ微小な液滴が形成されるように構成されている。したがって,上記のような水分と反応しやすい成分を含む液体原料を吐出口から吐出すると,その近傍に流れるキャリアガスに含まれる水分と反応して生じた生成物(酸化物)が吐出口やノズル内などに堆積していき,最終的にはその不所望の堆積物によって吐出口が閉塞する虞もあった。これでは,十分な流量の原料ガスを得ることができなくなってしまう。また,頻繁にノズル等の交換やクリーニングを実施しなければならないため,その分スループットが低下してしまう。 In general, the vaporizer is configured to reduce the orifice diameter of the nozzle that discharges the liquid material to form liquid droplets as small as possible in order to efficiently vaporize the liquid material. Therefore, when a liquid material containing a component that easily reacts with moisture as described above is discharged from the discharge port, a product (oxide) generated by reacting with moisture contained in the carrier gas flowing in the vicinity of the liquid raw material is discharged from the discharge port or nozzle. There was also a possibility that the discharge port would be clogged up by the undesired deposits. This makes it impossible to obtain a raw material gas with a sufficient flow rate. In addition, since the nozzles must be frequently replaced and cleaned, the throughput decreases accordingly.
そこで,本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので,その目的とするところは,液体原料の吐出口が閉塞することを防止でき,十分な流量の良質な原料ガスを得ることができる気化器およびそれを用いた成膜装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to prevent the liquid material discharge port from being blocked and to obtain a high-quality raw material gas having a sufficient flow rate. An object is to provide a vaporizer and a film forming apparatus using the same.
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,液体原料をミスト状にするミスト化室と,前記ミスト化室の下流側に連通して設けられ,前記ミスト化室からの前記ミスト状の液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化室とを備え,前記ミスト化室は,前記ミスト化室内に設けられた前記液体原料を吐出する吐出口に連通する液体原料供給流路と,前記液体原料の吐出口に対向する振動面を有する超音波振動子と,前記超音波振動子の振動によりミスト状にされた液体原料を移送するキャリアガスを,前記液体原料の吐出口よりも下流側から前記気化室に向かうように噴出する噴出口に連通するキャリアガス供給流路とを設けたことを特徴とする気化器が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a misting chamber for forming a liquid raw material in a mist state is provided in communication with a downstream side of the misting chamber. A vaporization chamber that vaporizes a mist-like liquid material to generate a raw material gas, and the mist formation chamber communicates with a discharge port that discharges the liquid material provided in the mist chamber. And an ultrasonic vibrator having a vibration surface facing the liquid material discharge port, and a carrier gas for transferring the liquid material made mist by the vibration of the ultrasonic vibrator, from the liquid material discharge port. There is also provided a vaporizer characterized in that a carrier gas supply flow path communicating with a jet outlet for jetting from the downstream side toward the vaporization chamber is provided.
上記課題を解決するために,本発明の別の観点によれば,液体原料を供給する液体原料供給系と,キャリアガスを供給するキャリアガス供給系と,前記液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器と,前記気化器から前記原料ガスを導入して被処理基板に対して成膜処理を行う成膜室とを有する成膜装置であって,前記気化器は,液体原料をミスト状にするミスト化室と,このミスト化室よりも下流側に連通して設けられ,前記ミスト化室からの前記ミスト状の液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化室とを備え,前記ミスト化室は,前記ミスト化室内に設けられた前記液体原料を吐出する吐出口に連通する液体原料供給流路と,前記液体原料の吐出口に対向する振動面を有する超音波振動子と,前記超音波振動子の振動によりミスト状にされた液体原料を移送するキャリアガスを,前記液体原料の吐出口よりも下流側から前記気化室に向かうように噴出する噴出口に連通するキャリアガス供給流路とを設けたことを特徴とする成膜装置が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, a liquid source supply system for supplying a liquid source, a carrier gas supply system for supplying a carrier gas, and the source gas by vaporizing the liquid source. A film forming apparatus comprising: a vaporizer to be generated; and a film forming chamber for introducing a film from the vaporizer into a film to perform a film forming process on a substrate to be processed. A mist generating chamber, and a vaporizing chamber that is provided in communication with the downstream side of the mist forming chamber and generates a source gas by vaporizing the mist-like liquid material from the mist forming chamber, The mist chamber includes a liquid material supply channel that is provided in the mist chamber and communicates with a discharge port that discharges the liquid material, and an ultrasonic vibrator having a vibration surface that faces the liquid material discharge port. , Mistakes due to vibration of the ultrasonic transducer And a carrier gas supply channel that communicates with a jet outlet that jets a carrier gas that transports the liquid source into the vaporization chamber from the downstream side of the liquid source discharge port toward the vaporization chamber. Is provided.
このような本発明にかかる気化器または成膜装置によれば,キャリアガスがキャリアガス供給流路を通って噴出口から噴出されるとともに,液体原料が液体原料供給流路を通って吐出口から超音波振動子の振動面に向けて吐出されると,振動面の振動エネルギーによって液体原料をミスト状にすることができる。このミスト状の液体原料はキャリアガスの流れによって気化室へ移送される。このとき,キャリアガスは液体原料の吐出口よりも下流側から気化室に向かうように噴出されるので,液体原料の吐出口がキャリアガスに晒されることはない。このため,もしキャリアガスに僅かながら水分が含まれていても,この水分と液体原料とが反応して反応生成物が形成されることはないので,液体原料の吐出口が閉塞することを防止でき,十分な流量の良質な原料ガスを得ることができる。 According to the vaporizer or the film forming apparatus of the present invention, the carrier gas is ejected from the ejection port through the carrier gas supply channel, and the liquid material is ejected from the ejection port through the liquid material supply channel. When discharged toward the vibration surface of the ultrasonic vibrator, the liquid raw material can be made into a mist by the vibration energy of the vibration surface. This mist-like liquid raw material is transferred to the vaporization chamber by the flow of the carrier gas. At this time, since the carrier gas is ejected from the downstream side of the liquid source discharge port toward the vaporization chamber, the liquid source discharge port is not exposed to the carrier gas. For this reason, even if the carrier gas contains a slight amount of moisture, the moisture and the liquid source do not react to form a reaction product, thereby preventing the liquid source outlet from being blocked. It is possible to obtain a high-quality raw material gas with a sufficient flow rate.
この場合,上記キャリアガスの噴出口は,例えば前記液体原料の吐出口よりも下流側に設けるようにしてもよい。これによれば,キャリアガスは液体原料の吐出口よりも下流側から気化室に向かうように噴出することができる。これにより,液体原料の吐出口がキャリアガスに晒されることはない。 In this case, the carrier gas ejection port may be provided, for example, on the downstream side of the liquid material ejection port. According to this, the carrier gas can be ejected from the downstream side of the liquid material discharge port toward the vaporization chamber. As a result, the liquid material discharge port is not exposed to the carrier gas.
また,上記液体原料の吐出口の周囲を囲んでその外側と遮蔽する筒状の遮蔽部材を設けるとともに,前記キャリアガスの噴出口を前記遮蔽部材の外側に設けることにより,前記遮蔽部材の外周面と前記ミスト化室の内壁との間に前記キャリアガスを流し,前記ミスト状にされた液体原料が放出される前記遮蔽部材の端部の周りから前記気化室に向けて前記キャリアガスが噴出されるようにしてもよい。 Also, an outer peripheral surface of the shielding member is provided by providing a cylindrical shielding member that surrounds and shields the outside of the liquid material discharge port, and that the carrier gas jet port is provided outside the shielding member. The carrier gas flows between the inner wall of the mist chamber and the inner wall of the mist chamber, and the carrier gas is ejected from the periphery of the shielding member where the mist-shaped liquid material is discharged toward the vaporization chamber. You may make it do.
これによれば,遮蔽部材内で液体原料がミスト状にされ,遮蔽部材の端部から放出する(溢れ出す)。このとき,キャリガスは遮蔽部材の端部の周りから噴出されるので,ミスト状の液体原料は効率よくキャリアガスの流れに乗って気化室へ移送される。また,キャリガスは遮蔽部材の外側を通るため,遮蔽部材の内側にある液体原料の吐出口がキャリアガスに晒されることはない。 According to this, the liquid raw material is mist-shaped in the shielding member and discharged (overflows) from the end of the shielding member. At this time, since the carrier gas is ejected from around the end of the shielding member, the mist-like liquid material is efficiently transferred to the vaporization chamber along the carrier gas flow. Further, since the carrier gas passes outside the shielding member, the liquid source discharge port inside the shielding member is not exposed to the carrier gas.
この場合,上記ミスト化室の内壁は,前記遮蔽部材の下端に向けて徐々に絞られ,前記キャリアガスが噴出される前記遮蔽部材の端部近傍に絞り部が形成することが好ましい。これによれば,遮蔽部材の外側に流れるキャリアガスの流速を高めることができるため,遮蔽部材の端部近傍の圧力が吐出口近傍の圧力よりも低くなり,いわゆるエジェクタ作用によって遮蔽部材の内側からミスト状の液体原料を積極的に引き出すことができる。したがって,ミスト状の液体原料をより効率よく気化室へ移送することができ,原料ガスを効率よく生成することができる。 In this case, it is preferable that the inner wall of the mist chamber is gradually throttled toward the lower end of the shielding member, and a throttle portion is formed in the vicinity of the end of the shielding member from which the carrier gas is ejected. According to this, since the flow velocity of the carrier gas flowing outside the shielding member can be increased, the pressure in the vicinity of the end of the shielding member becomes lower than the pressure in the vicinity of the discharge port. Mist liquid raw material can be actively extracted. Therefore, the mist-like liquid source can be transferred to the vaporization chamber more efficiently, and the source gas can be generated efficiently.
また,上記超音波振動子は,その振動面が下方に向くように配置されるとともに,前記液体原料は吐出口から上方に向けて吐出されるようにすることが好ましい。これによれば,液体原料が自重によって供給過多になることもなく,また超音波振動子の振動面でミスト状にされた液体原料を自重によって落下させてキャリアガスの流れに乗せることができる。これにより,キャリアガスを効率よく気化室に向けて移送することができる。 In addition, it is preferable that the ultrasonic vibrator is arranged so that the vibration surface faces downward, and the liquid material is discharged upward from the discharge port. According to this, the liquid raw material does not become excessively supplied by its own weight, and the liquid raw material that has been made mist on the vibration surface of the ultrasonic vibrator can be dropped by its own weight and placed on the carrier gas flow. As a result, the carrier gas can be efficiently transferred toward the vaporization chamber.
また,上記気化室は,前記ミスト化室からのミスト状の液体原料を導入する導入口と,前記気化室内を前記導入口に連通する上流側の空間と下流側の空間に区画する板状の気化部材からなり,この気化部材の周縁部に周方向に沿って前記上流側の空間と下流側の空間を連通する複数の貫通孔を形成してなる気化部と,前記気化部材を加熱する気化部加熱ヒータと,前記気化部よりも下流側の空間を閉塞するように設けられた通気性を有する板状の通気性部材からなるミストトラップ部と,前記ミストトラップ部を加熱するミストトラップ部加熱ヒータと,前記ミストトラップ部よりも下流側に設けられ,加熱された前記気化部及び前記ミストトラップ部で気化してこれらを通過した原料ガスを外部に送出する送出口とを備えることが好ましい。 The vaporization chamber has a plate-like shape that divides the vaporization chamber into an upstream space that communicates with the introduction port and a downstream space that introduces the mist-like liquid material from the mist vaporization chamber. A vaporizing member comprising a vaporizing member, wherein a plurality of through-holes communicating with the upstream space and the downstream space along the circumferential direction are formed in a peripheral portion of the vaporizing member, and the vaporizing member that heats the vaporizing member Part heater, a mist trap part made of a breathable plate-like air-permeable member provided so as to close a space downstream of the vaporization part, and a mist trap part heating for heating the mist trap part It is preferable to include a heater and a delivery port provided on the downstream side of the mist trap part, which is heated and vaporized in the heated mist trap part, and that feeds the raw material gas that has passed through these parts to the outside.
これによれば,ミスト化室にてミスト状にされた液体原料は導入口を介して気化室に移送される。すると,先ず気化部加熱ヒータによって加熱された気化部に接触して気化する。このとき,もし気化しきれずに残ったミスト状の液体原料があったとしても,そのミスト状の液体原料は気化された原料ガスとともに複数の貫通孔を通って下流側に流れる。そして,ミストトラップ部加熱ヒータによって加熱されたミストトラップ部にトラップされて気化される。こうして生成された原料ガスは送出口から外部に送出される。 According to this, the liquid raw material made into mist in the misting chamber is transferred to the vaporizing chamber through the inlet. Then, first, it vaporizes in contact with the vaporization part heated by the vaporization part heater. At this time, even if there is a mist-like liquid raw material remaining without being vaporized, the mist-like liquid raw material flows downstream through the plurality of through holes together with the vaporized raw material gas. And it is trapped and vaporized by the mist trap part heated by the mist trap part heater. The raw material gas generated in this way is sent to the outside from the delivery port.
このとき,例えば直進性の高い比較的粒径の大きいものは上流側の気化部で気化させて,残りの微細なミスト状の液体原料は下流側のミストトラップ部で気化させることができる。このように,気化部とミストトラップ部との二段構えでミスト状の液体原料を気化させることができるので,ミスト化室にて気化されたミスト状の液体原料のすべてを効率よく気化室にて気化することができ,未気化成分を含まない良質で十分な流量の原料ガスを生成することができる。 At this time, for example, a straight particle having a relatively large particle size can be vaporized in the upstream vaporization section, and the remaining fine mist liquid material can be vaporized in the downstream mist trap section. Thus, since the mist-like liquid material can be vaporized by the two-stage structure of the vaporization part and the mist trap part, all the mist-like liquid material vaporized in the misting room can be efficiently converted into the vaporization room. It is possible to generate a high-quality and sufficient flow rate of raw material gas that does not contain unvaporized components.
本発明によれば,液体原料の吐出口近傍にキャリアガスを供給することなくその吐出口から吐出された液体原料をミスト化することができるとともに,液体原料の吐出口よりも下流側にキャリアガスの流れを形成することにより,ミスト化された液体原料を気化部まで移送できる。これにより,液体原料の吐出口に堆積物が溜まって閉塞することを防止でき,十分な流量の良質な原料ガスを得ることができる。 According to the present invention, the liquid material discharged from the discharge port can be misted without supplying the carrier gas in the vicinity of the discharge port of the liquid material, and the carrier gas is disposed downstream of the discharge port of the liquid material. By forming this flow, the misted liquid raw material can be transferred to the vaporization section. As a result, it is possible to prevent deposits from being accumulated and clogged at the liquid material discharge port, and to obtain a high-quality raw material gas having a sufficient flow rate.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書および図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態にかかる成膜装置)
まず,本発明の第1実施形態にかかる成膜装置について図面を参照しながら説明する。図1は第1実施形態にかかる成膜装置の概略構成例を説明するための図である。図1に示す成膜装置100は,被処理基板例えば半導体ウエハ(以下,単に「ウエハ」という)W上にCVD法により金属酸化物膜を成膜するものであり,例えばZrを含有する液体原料を供給する液体原料供給源110と,Arなどの不活性ガスをキャリアガスとして供給するキャリアガス供給源120と,液体原料供給源110から供給される液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器300と,気化器300が生成した原料ガスを用いてウエハWに例えばZrO2膜を形成する成膜室200と,成膜装置100の各部を制御する制御部140を備えている。
(Film Forming Apparatus According to First Embodiment)
First, a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration example of a film forming apparatus according to the first embodiment. A
液体原料供給源110と気化器300は,液体原料供給配管112で接続されており,キャリアガス供給源120と気化器300は,キャリアガス供給配管122で接続されており,気化器300と成膜室200は,原料ガス供給配管132で接続されている。そして,液体原料供給配管112には液体原料流量制御バルブ114が備えられ,キャリアガス供給配管122にはキャリアガス流量制御バルブ124が備えられ,原料ガス供給配管132には原料ガス流量制御バルブ134が備えられている。これら液体原料流量制御バルブ114,キャリアガス流量制御バルブ124および原料ガス流量制御バルブ134は,制御部140からの制御信号によってそれぞれの開度が調整されるように構成されている。制御部140は,液体原料供給配管112を流れる液体原料の流量,キャリアガス供給配管122を流れるキャリアガスの流量,および原料ガス供給配管132を流れる原料ガスの流量を測定して,その測定結果に応じて制御信号を出力することが好ましい。
The liquid source supply source 110 and the
液体原料供給源110は,液体原料として例えばZr系やHf系の有機金属化合物を貯留しており,この液体原料を気化器300に液体原料供給配管112を通じて供給する。これらの有機金属化合物としては,例えば,TEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノ・ジルコニウム)やTEMAH(テトラキスエチルメチルアミノ・ハフニウム)が用いられる。
The liquid source supply source 110 stores, for example, a Zr-based or Hf-based organometallic compound as a liquid source, and supplies the liquid source to the
この他,Zr系やHf系の有機金属化合物の例としては,テトラターシャリーブトキシ・ジルコニウム[Zr(Ot−Bu)4],テトラキスメトキシメチルプロポキシ・ジルコニウム[Zr(MMP)4],テトラターシャリーブトキシ・ハフニウム[Hf(Ot−Bu)4],テトラジエチルアミノ・ハフニウム[Hf(NEt2)4],テトラキスメトキシメチルプロポキシ・ハフニウム[Hf(MMP)4],テトラジメチルアミノ・ハフニウム[Hf(NMe2)4],テトラメチルエチルアミノ・ハフニウム[Hf(NMeEt)4],テトラキストリエチルシロキシ・ハフニウム[Hf(OSiEt3)4]を挙げることができる。 Other examples of Zr-based and Hf-based organometallic compounds include tetratertiary butoxy-zirconium [Zr (Ot-Bu) 4 ], tetrakismethoxymethylpropoxy-zirconium [Zr (MMP) 4 ], tetra-tertiary. Butoxy hafnium [Hf (Ot-Bu) 4 ], tetradiethylamino hafnium [Hf (NEt 2 ) 4 ], tetrakismethoxymethylpropoxy hafnium [Hf (MMP) 4 ], tetradimethylamino hafnium [Hf (NMe 2) 4 ], tetramethylethylamino hafnium [Hf (NMeEt) 4 ], tetrakistriethylsiloxy hafnium [Hf (OSiEt 3 ) 4 ].
また,Zr系およびHf系以外の有機金属化合物が用いられることもある。その例としては,ペンタエトキシ・タンタル[Ta(O−Et)],テトラエトキシ・シリコン[Si(OEt)4],テトラジメチルアミノ・シリコン[Si(NMe2)4],デイスエチルサイクロペンタジエニル・ルテニウム[Ru(EtCp)2],ターシャリーアミルイミドトリジメチルアミド・タンタル[Ta(Nt−Am)(NMe2)3],トリスジメチルアミノシラン[HSi(NMe2)3]を挙げることができる。 In addition, organometallic compounds other than Zr and Hf may be used. Examples include pentaethoxy tantalum [Ta (O-Et)], tetraethoxy silicon [Si (OEt) 4 ], tetradimethylamino silicon [Si (NMe 2 ) 4 ], disethyl cyclopentadienyl. ruthenium [Ru (EtCp) 2], tertiary amyl imido tri dimethylamide tantalum [Ta (Nt-Am) ( NMe 2) 3], trisdimethylaminosilane [HSi (NMe 2) 3] may be mentioned.
なお,これらの有機金属化合物の中には,常温常圧下で固体のものもある。このような有機金属化合物については,オクタンなどの有機溶媒に溶解させて液体化して気化器300に供給する。
Some of these organometallic compounds are solid at normal temperature and pressure. Such an organometallic compound is dissolved in an organic solvent such as octane to be liquefied and supplied to the
成膜室200は,例えば略円筒状の側壁部材210,側壁部材210の上流側開口部を閉止する天壁部材212,および側壁部材210の下流側開口部を閉止する底壁部材214を有し,これら側壁部材210と天壁部材212と底壁部材214に囲まれた内部空間に,ウエハWが水平に載置されるサセプタ222を備えて構成される。側壁部材210と天壁部材212と底壁部材214は,例えばAl,ステンレス鋼などの金属で構成される。サセプタ222は,円筒状の複数の支持部材224(ここでは,1本のみ図示)により支持されている。また,サセプタ222にはヒータ226が埋め込まれており,電源228からこのヒータ226に供給される電力を制御することによってサセプタ222上に載置されたウエハWの温度を調整することができる。
The
成膜室200の底壁部材214には排気口230が形成されており,この排気口230には排気手段232が接続されている。この排気手段232によって成膜室200内を所定の真空度に調節することができる。
An
成膜室200の天壁部材212には,シャワーヘッド240が取り付けられている。このシャワーヘッド240には原料ガス供給配管132が接続されており,この原料ガス供給配管132を経由して,気化器300にて生成された原料ガスがシャワーヘッド240内に導入される。シャワーヘッド240は,内部空間242と,この内部空間242に連通する多数のガス吐出孔244を有している。原料ガス供給配管132を介してシャワーヘッド240の内部空間242に導入された原料ガスは,ガス吐出孔244からサセプタ222上のウエハWに向けて吐出される。
A
この成膜装置100では,原料ガスは気化器300から成膜室200へ次のようにして供給される。気化器300(ここでは後述のミスト化室300A)に液体原料供給源110から液体原料供給配管112を介して液体原料が供給されるとともに,キャリアガス供給源120からキャリアガス供給配管122を介してキャリアガスが供給されると,液体原料がミスト化され,このミスト状の液体原料がキャリアガスの流れに乗って下流側の気化室(後述する)に導かれる。この気化室では,ミスト状の液体原料が加熱されて気化され,原料ガスが生成される。このように気化器300で生成された原料ガスは,原料ガス供給配管132を介して成膜室200に供給され,成膜室200内のウエハWに対して所望のプロセス処理が施される。
In the
ところで,気化器300において液体原料をミスト化する際に,もし従来のようにオリフィス径の小さいノズルから液体原料を吐出し,ノズルの吐出口の近傍にキャリアガスを流すようにすると,液体原料が例えばTEMAZまたはTEMAHなどの有機金属化合物の場合には,有機金属化合物がキャリアガスに含まれる微量の水分と反応して,その反応生成物がノズル内に堆積し,ひいてはノズルを閉塞する虞があった。
By the way, when the liquid raw material is misted in the
これでは,液体原料の流量が減少してしまうため,これに伴って成膜室200に供給される原料ガスの流量が不足する。このため,ウエハWに例えばHfO2膜を形成する際に所望の成膜レートが得られなくなってしまう。また,ノズルの吐出口が閉塞してしまう前に,ノズルの交換作業やクリーニング作業が必要となるので,その分スループットが低下してしまう。
In this case, the flow rate of the liquid source is reduced, and accordingly, the flow rate of the source gas supplied to the
そこで,第1実施形態にかかる気化器では,液体原料を吐出するノズルの吐出口よりも下流側から気化室へ向けてキャリアガスの流れを形成することにより,ノズルの閉塞を防止できるようにしたものである。 Therefore, in the vaporizer according to the first embodiment, it is possible to prevent the nozzle from being blocked by forming the flow of the carrier gas from the discharge side of the nozzle that discharges the liquid raw material toward the vaporization chamber from the downstream side. Is.
(第1実施形態にかかる気化器の構成例)
以下,このような本発明の第1実施形態にかかる気化器300の構成例について図面を参照しながら説明する。図2は,第1実施形態にかかる気化器300の概略構成例を示す縦断面図である。この気化器300は,大別すると,液体原料をミスト状とするミスト化室300Aと,このミスト化室300Aに連通してこのミスト化室300Aから導入したミスト状の液体原料を加熱することによって気化させて原料ガスを生成する気化室300Bとから構成される。
(Configuration example of vaporizer according to the first embodiment)
Hereinafter, a configuration example of the
これらはミスト化室300A,気化室300Bは例えば図2に示すようなブロック状の筐体301により構成される。筐体301は,例えばAlやステンレス鋼などの金属で構成される。筐体301には,後述する超音波振動子310のホーン部314を挿入する挿入孔303と,ミスト化室300Aの内部空間302と気化室300Bの内部空間306が形成されている。挿入孔303は,筐体301の上端面から徐々に径が小さくなるテーパ状に形成され,その下端はミスト化室300Aの内部空間302に連通している。
In these, the
ミスト化室300Aの内部空間302は,挿入孔303の下端から徐々に拡径され,一定の径を有する拡径部304が形成される。この拡径部304の下端は,気化室300Bの内部空間306に導入口305を介して連通している。気化室300Bの内部空間306は,導入口305から下流側に向けて徐々に拡径され,円筒状の空間に連通している。これらの内部空間302,306に各構成要素が設けられ,ミスト化室300A,気化室300Bが構成される。
The
先ずミスト化室300Aの構成例について説明する。ミスト化室300Aには,筐体301の挿入孔303に挿入して設けられ,液体原料をミスト化するための超音波振動子310と,超音波振動子310の振動面316に液体原料を吐出する吐出口324に連通する液体原料供給流路320と,ミスト化された液体原料をミスト化室300Aから気化室300Bへ移送するためのキャリアガスを吐出口324よりも下流側から供給するキャリアガス噴出口334に連通するキャリアガス供給流路330とが設けられている。液体原料供給流路320には液体原料供給配管112が接続されており,キャリアガス供給流路330にはキャリアガス供給配管122が接続されている。
First, a configuration example of the
超音波振動子310は,例えば圧電素子312に金属製のホーン部314を連設したホーン型またはランジュバン型の振動子である。圧電素子312には高周波電源(図示せず)が電気的に接続されている。また,超音波振動子310は,ホーン部314が挿入孔303に挿入された状態でミスト化室300Aの上部に取り付けられている。ホーン部314の先端の振動面316は下向きで内部空間302に臨むように配置される。
The
液体原料供給流路320は,筐体301の側面から水平に形成され,拡径部304の内面を貫通してその中心部まで延びて上方に屈曲している。なお,液体原料供給流路320のうち,拡径部304の内面から拡径部304の上方に延びる部分は,拡径部304の内面に取り付けられた液体原料吐出部としての液体原料吐出ノズル322内に形成されている。そして,液体原料供給流路320の先端,すなわち液体原料吐出ノズル322の先端の吐出口324は,超音波振動子310のホーン部314の振動面316に対向している。これにより,液体原料は液体原料吐出ノズル322の吐出口324から振動面316に向けて吐出される。
The liquid raw
このような液体原料吐出ノズル322の吐出口324と超音波振動子310の振動面316との位置関係を図3を参照しながら説明する。図3は,吐出口324と振動面316とを拡大した断面図である。図3に示すように,液体原料吐出ノズル322の吐出口324から吐出された液体原料116は,表面張力によって半球状となる。液体原料吐出ノズル322と超音波振動子310は,この半球状の液体原料116が吐出口324から離脱しないうちに,振動するホーン部314の振動面316がその液体原料116に衝突するように配置されている。ただし,ホーン部314が振動してその振動面316が最も液体原料吐出ノズル322の吐出口324に近づいたときにも,振動面316が吐出口324に接触して閉塞しないように,隙間Gが残るように位置決めされている。これによって,液体原料吐出ノズル322の吐出口324から吐出された液体原料116には,ホーン部314の振動面316から振動エネルギーが与えられて,ミスト状の液体原料が生成される。
The positional relationship between the
このとき十分な量のミスト状の液体原料を生成するためには,液体原料吐出ノズル322の吐出口324からある程度の量の液体原料116を吐出させた状態でその液体原料116にホーン部314の振動面316を衝突させる必要がある。そのためには,ホーン部314の振動面316の振動ストロークStaが大きいほうが好ましい。また,気化室300Bにおける気化効率を上げるためには,ホーン部314の振動周波数を高くしてより微細なミスト状の液体原料を生成することが好ましい。
At this time, in order to generate a sufficient amount of mist-like liquid material, a certain amount of
もし,圧電素子312の振動面に液体原料を直接供給してミスト化するのであれば,圧電素子312の振動ストロークを大きく,かつ周波数を高く調整する必要が生じる。この場合,圧電素子312の消費電力が大きくなるだけでなく,圧電素子312が加熱してしまい,連続動作を行えなくなる虞がある。
If the liquid material is directly supplied to the vibration surface of the
これに対して,本実施形態にかかる超音波振動子310によれば,圧電素子312にホーン部314が接続されているため,圧電素子312の振動ストロークを小さくしても,ホーン部314の振動面316において大きな振動ストロークを得ることができる。
On the other hand, according to the
ここで,このような超音波振動子310の動作を図面を参照しながら説明する。図4は,超音波振動子の動作を説明するための模式図である。図4に示すように,ホーン部314は,その長さが進行波の波長λの1/2になるように構成されている。これによって,ホーン部314が圧電素子312に共振して,ホーン部314の振動面316にて最大の振動ストロークを得ることができるようになる。また,より大きな振動ストロークを得るために,超音波振動子310は,ホーン部314が先細りに形成されている。この超音波振動子310を構成する圧電素子312の横断面積をSb,その振動ストロークをStb,ホーン部314の振動面316の表面積をSaとすると,ホーン部314の振動面316における振動ストロークStaは下記数式(1)で表すことができる。
Here, the operation of the
Sta=(Sb/Sa)×Stb
・・・(1)
Sta = (Sb / Sa) × Stb
... (1)
上記のようにホーン部314は先細りに形成されており,その振動面316の表面積Saは,圧電素子312の横断面積Sbに比べて格段に小さくなっている。このため,上記数式(1)からも明らかなように,振動面316では圧電素子312の振動ストロークStbよりも遥かに大きな振動ストロークStaを得ることができる。このような超音波振動子310によれば,圧電素子312の振動ストロークStbを小さく抑えても,ホーン部314の振動面316を大きな振動ストロークStaで振動させることができる。したがって,圧電素子312の消費電力および発熱を抑えつつ圧電素子312の振動周波数を高めることができる。この結果,十分な量の極めて微細なミスト状の液体原料を生成することができる。
As described above, the
また,液体原料吐出ノズル322の吐出口324の直径は,超音波振動子310のホーン部314の振動面316に供給する液体原料の目標量またはその吐出口324から吐出されたときに半球状となる液体原料の目標サイズに応じて決定される。気化器300において液体原料を確実に気化させるためには,気化室300Bへ微細なミスト状の液体原料を供給することが好ましく,そのためには液体原料吐出ノズル322の吐出口324から吐出する液体原料の量またはサイズも小さい方が有利である。したがって,吐出口324の直径も小さいことが好ましい。ただし,液体原料の量またはサイズが小さくなり過ぎると,気化室300Bに供給できるミスト状の液体原料の流量が不足して,結果として十分な流量の原料ガスを生成することができなくなる虞がある。これらの点を考慮して,吐出口324の直径を決定することが好ましい。
The diameter of the
液体原料吐出ノズル322の構成材料としては,有機溶媒に対する耐性を有するポリイミド樹脂などの合成樹脂またはステンレス鋼やチタンなどの金属が好ましい。液体原料吐出ノズル322を合成樹脂で構成すれば,吐出される前の液体原料に周囲から熱が伝導しないようにすることができる。特にポリイミド樹脂を用いることで,液体原料の残渣(析出物)が液体原料吐出ノズル322に付着し難くなるので,ノズルの目詰まりを防止する効果を高めることができる。
As a constituent material of the liquid raw
次に,キャリアガス供給流路330の構成例について,再び図2を参照しながら説明する。このキャリアガス供給流路330は,筐体301に液体原料吐出ノズル322の周囲を囲むように形成されたバッファ室336と,このバッファ室336にキャリアガス供給配管122からのキャリアガスを導入するキャリアガス導入流路332と,バッファ室336からのキャリアガスをミスト化室300A内に噴出する複数のキャリアガス噴出口334とから構成される。各キャリアガス噴出口334は,液体原料吐出ノズル322の周りに環状に配列され,液体原料吐出ノズル322の吐出口324よりも下流側から気化室300Bに向けてキャリアガスを噴出するように形成されている。
Next, a configuration example of the carrier
このようなキャリアガス供給流路330によれば,キャリアガス供給配管122からのキャリアガスがキャリアガス導入流路332を介してバッファ室336に流入して拡散する。そして,バッファ室336のキャリアガスは各キャリアガス噴出口334から下方の気化室300Bに向けて噴出される。
According to such a carrier gas
特に本実施形態における各キャリアガス噴出口334は,液体原料吐出ノズル322の吐出口324よりも下流側に配設され気化室300Bに向けて開口している。これにより,液体原料吐出ノズル322の吐出口324の下流側から気化室300Bへ向かうキャリアガスの流れが形成される。このため,液体原料吐出ノズル322の吐出口324がキャリアガスに晒されることはない。
In particular, each carrier
続いて,気化室300Bの構成例について図面を参照しながら説明する。気化室300Bは,ミスト化室300Aからのミスト状の液体原料を導入する導入口305と,この導入口305に連設する内部空間306を上流側の空間と下流側の空間に区画する円板状の気化部材341からなる気化部340と,その下流側を閉塞するように設けられ,通気性部材からなるミストトラップ部350と,その下流側に設けられた原料ガスの送出口360とを備える。
Next, a configuration example of the vaporizing
気化部340を構成する気化部材341は,例えばAlやステンレス鋼などの金属で構成され,所定の温度で加熱されるようになっている。気化部材341の周縁部にはその周方向に沿って上流側の空間と下流側の空間を連通する複数の貫通孔342が形成されている。これらの貫通孔342は,気化部材341の表面のうち,ミスト化室300Aからミスト状の液体原料が下方に向けて放出される導入口305に対向する領域よりも外側の領域に形成されている。
The vaporizing
また,気化部340の内部には気化部加熱ヒータ344が埋設されている。この気化部加熱ヒータ344は,例えば抵抗発熱ヒータで構成され,外部の電力源(図示せず)から電力が供給されると発熱して,気化部340全体を例えば液体原料の気化温度よりも高い所定の温度にまで加熱することができる。
Further, a vaporizing
ミストトラップ部350は,ミスト状の液体原料を通すことなく捕捉して,これが気化して得られる原料ガスを通す通気性を有する通気性部材351により構成される。このような通気性部材351としては,液体原料のミスト径よりも細かい目のものを採用することが好ましい。また,通気性部材351の構成材料としては,熱伝導率が高く温度が上昇しやすい特性を有するものが好ましい。このような条件を満たすものとしては,例えばポーラス構造またはメッシュ構造を有するステンレス鋼などの金属を挙げることができる。この他,熱伝導率の高いセラミックス,プラスチックを用いるようにしてもよい。
The
また,気化室300Bの筐体301の外側にはその外周面を囲むようにミストトラップ部加熱ヒータ352が設けられている。このミストトラップ部加熱ヒータ352は,例えば抵抗発熱ヒータで構成され,外部の電力源(図示せず)から電力が供給されると発熱して,気化室300Bの筐体301を介してミストトラップ部350を加熱できる。上記のようにこの筐体301は,熱伝導率の高い金属などで構成されているため,筐体301からミストトラップ部350に熱を効率よく伝えることができる。これによって,ミストトラップ部350を例えば液体原料の気化温度よりも高い所定の温度にまで加熱することができる。
Further, a
なお,ミストトラップ部加熱ヒータ352は,上記抵抗発熱ヒータに限られるものではなく,カーボンヒータ,ハロゲンヒータ,ニクロムヒータなど,輻射熱で筐体301またはミストトラップ部350を加熱する輻射熱ヒータで構成するようにしてもよい。また,ミストトラップ部加熱ヒータ352は,主にミストトラップ部350の周囲に配設して,ミストトラップ部350を加熱するためのものであるが,その配設範囲を広げて,気化部340や内部空間306を含めて加熱するようにしてもよい。
The
(成膜装置の動作)
次いで本実施形態にかかる成膜装置100の動作について説明する。成膜装置100は制御部140によって各部が制御され動作するように構成されている。気化器300によって原料ガスを生成するにあたり,あらかじめ気化器300の気化部加熱ヒータ344およびミストトラップ部加熱ヒータ352を発熱させて,気化部340およびミストトラップ部350を加熱しておく。このときの気化部340およびミストトラップ部350の温度は,例えば液体原料の気化温度よりも高い温度(例えば100〜300℃)に調整保持される。
(Operation of the deposition system)
Next, the operation of the
まず,制御部140は,所定の流量の液体原料が液体原料供給配管112を介して液体原料供給源110から気化器300のミスト化室300Aに供給されるように,液体原料流量制御バルブ114の開度を調整する。これとともに,所定の流量のキャリアガスがキャリアガス供給配管122を介してキャリアガス供給源120から気化器300のミスト化室300Aに供給されるように,キャリアガス流量制御バルブ124の開度を調整する。
First, the control unit 140 controls the liquid raw material flow
また,気化器300に備えられている超音波振動子310の圧電素子312に対して高周波電源(図示せず)から高周波電力(例えば,2.4MHz)を供給する。これによって,ホーン部314の振動面316は,例えば数μm〜数十μmの範囲の所定のストロークで振動する。
In addition, high frequency power (for example, 2.4 MHz) is supplied from a high frequency power source (not shown) to the
液体原料供給配管112を介して気化器300のミスト化室300Aに供給された液体原料は,液体原料供給流路320を経由して液体原料吐出ノズル322に達し,吐出口324から吐出される。吐出口324から吐出された液体原料は,表面張力によって半球状となる(図3参照)。このとき,超音波振動子310は振動しているため,吐出口324から吐出した半球状の液体原料は,その吐出口324から離脱しないうちに,超音波振動子310のホーン部314の振動面316に衝突してミスト化される。
The liquid source supplied to the
このようにしてミスト状となった液体原料は,液体原料吐出ノズル322の周囲に放散された後,重力を受けて下方すなわち気化室300Bの方向へ落下していく。また,気化器300の下流側に配置されている成膜室200には排気手段232が接続されており,気化器300に液体原料が導入されているときには,成膜室200内は排気手段232によって所定の真空度に保たれている。このため,気化器300の内部空間302,306は,成膜室200内に対して陽圧状態となり,この圧力差によってもミスト状の液体原料は,気化室300Bの方へ流れていく。
The liquid material thus formed in a mist form is diffused around the liquid
一方,キャリアガス供給配管122を介して気化器300のミスト化室300Aに供給されたキャリアガスは,キャリアガス導入流路332からバッファ室336に流入する。そして,バッファ室336のキャリアガスは各キャリアガス噴出口334からミスト化室300A内に噴出される。
On the other hand, the carrier gas supplied to the
各キャリアガス噴出口334は,下方の気化室300B内に向けて開口しているため,各キャリアガス噴出口334から噴出されたキャリアガスは,図2中に矢印で示すように,気化室300B内の気化部340の表面に向かう流れを形成する。しかも各キャリアガス噴出口334は,液体原料吐出ノズル322の吐出口324よりも気化室300B側に位置している。したがって,液体原料吐出ノズル322の吐出口324がキャリアガスに晒されることはない。
Since each
また,超音波振動子310のホーン部314の振動面316と,液体原料吐出ノズル322の吐出口324との間にキャリアガスが供給されないため,液体原料のミスト化にキャリアガスの流れが影響を及ぼすことはない。液体原料のミストの量や粒径については,例えば振動面316と吐出口324との間の間隔,ホーン部314の振動ストローク量,振動周波数などを設定することによって,安定的に再現性よく調節することができる。
Further, since the carrier gas is not supplied between the
このようにして微細なミスト状とされた液体原料は,その自重により落下し,また途中でキャリアガスの流れに乗って,内部空間302を経由して下流の導入口305から気化室300Bに導入され,気化部340に達する。上記のように,気化部340は,その表面全域のうちキャリアガス噴出口334から噴出されたキャリアガスの噴出方向(図2中で矢印で示す)に対応する位置より外側の領域にのみ複数の貫通孔342が設けられている。このため,気化室300Bに導入されたミスト状の液体原料のほとんどは,気化部340の表面に接触することになる。
The liquid raw material thus made into a fine mist shape falls by its own weight, and rides on the flow of the carrier gas on the way and is introduced into the vaporizing
気化部340は,予め気化部加熱ヒータ344によって所定の温度にまで加熱されているため,その表面に接触したミスト状の液体原料は瞬間的に気化され,原料ガスが生成される。
Since the
ところで,ミスト状の液体原料のうち,例えば途中で相互に接触して合体するなどして粒径が大きくなってしまったものについては,微細なミストに比べて重力方向への直進性が高く,より高い確率で気化部340の表面に接触する。したがって,特に粒径の大きなミスト状の液体原料については,各貫通孔342を通過することなく,この気化部340にて効率よく気化されて原料ガスが生成されることになる。
By the way, among the mist-like liquid raw materials, for example, those whose particle sizes have become larger due to contact with each other in the middle, for example, have higher straightness in the direction of gravity than fine mist, The surface of the
上述したように,気化器300の内部空間302,306は,成膜室200内に対して陽圧状態であるため,気化部340の表面にて気化した液体原料(原料ガス)は,キャリアガスと共に各貫通孔342を通って,さらに下流側に配置されているミストトラップ部350に達する。
As described above, since the
また,加熱された気化部340の表面にミスト状の液体原料が接触しても,例えば粒径が大きすぎたり,一カ所に集中して到達したりした場合には,僅かな量の液体原料が気化しきれずミスト状のまま,原料ガスおよびキャリアガスの流れに乗って各貫通孔342を通過しミストトラップ部350に達することもある。
Further, even if the mist-like liquid material contacts the surface of the
この他にも,ミスト化室300Aから気化室300Bへ導入されたミスト状の液体原料の中でも特にそのサイズが微細なものについては,キャリアガスの流路の外側に飛散してしまい,気化部340の表面に接触することなく各貫通孔342を通り抜けてしまう可能性がある。
In addition, among the mist-like liquid raw materials introduced into the vaporizing
このように,気化部340の各貫通孔342を通過してミストトラップ部350に到達するものには,原料ガスおよびキャリアガスだけでなく,未だ気化し切れていないミスト状の液体原料が含まれる。このうち原料ガスおよびキャリアガスは,ミストトラップ部350にトラップされることなく通過する。
Thus, what reaches the
一方,未気化のミスト状の液体原料については,ミストトラップ部350で一旦トラップされる。このとき,ミストトラップ部350は,ミストトラップ部加熱ヒータ352によって,液体原料の気化温度よりも高い所定温度に調整されている。したがって,ミストトラップ部350にトラップされたミスト状の液体原料は,瞬間的に気化して原料ガスとなってミストトラップ部350を通過する。
On the other hand, the unvaporized mist-like liquid material is once trapped in the
なお,気化室300Bの内部空間306は,ミストトラップ部加熱ヒータ352によって加熱されているため,気化部340の各貫通孔342を通過した未気化のミスト状の液体原料の一部は,この内部空間306を飛行している間に気化され得る。
Since the
こうしてミストトラップ部350を通過した原料ガスおよびキャリアガス,並びにミストトラップ部350に一旦トラップされて気化された液体原料(原料ガス)は,送出口360を経由して原料ガス供給配管132に送出される。
Thus, the raw material gas and carrier gas that have passed through the
原料ガス供給配管132に送出された原料ガスは,成膜室200に供給され,シャワーヘッド240の内部空間242に導入され,ガス吐出孔244からサセプタ222上のウエハWに向けて吐出される。そして,ウエハW上に所定の膜例えばHfO2膜が形成される。なお,成膜室200に導入される原料ガスの流量は原料ガス供給配管132に備えられた原料ガス流量制御バルブ134の開度を制御することによって調整できる。
The source gas sent to the source
以上のように第1実施形態にかかる気化器300によれば,ミスト化室300Aにおいてキャリアガスがキャリアガス供給流路530を通って噴出口334から噴出されるとともに,液体原料が液体原料供給流路320を通って液体原料吐出ノズル322の吐出口324から超音波振動子310の振動面316に向けて吐出されると,振動面316の振動エネルギーによって液体原料をミスト状にすることができる。このミスト状の液体原料はキャリアガスの流れによって気化室300Bへ移送される。
As described above, according to the
このとき,キャリアガスは液体原料の吐出口316よりも下流側から気化室300Bに向かうように噴出されるので,液体原料の吐出口324がキャリアガスに晒されることはない。このため,もしキャリアガスに僅かながら水分が含まれていても,この水分と液体原料とが反応して反応生成物が形成されることはなく,反応生成物が液体原料吐出ノズル322内に堆積することもない。従って,液体原料の吐出口324が閉塞することを防止でき,十分な流量の良質な原料ガスを生成することができる。また,長期間にわたり液体原料吐出ノズル322等の交換やクリーニングを行う作業が不要となるため,成膜装置100におけるスループットを向上させることができる。
At this time, since the carrier gas is ejected from the downstream side of the liquid
また,気化室300Bでは,上流側の気化部340とその下流側のミストトラップ部350の二段構えでミスト状の液体原料を気化させるようになっている。これによれば,例えば直進性の高い比較的粒径の大きいものは上流側の気化部で気化させて,残りの微細なミスト状の液体原料は下流側のミストトラップ部で気化させることができる。これにより,ミスト化室にて気化されたミスト状の液体原料のすべてを効率よく気化室にて気化することができ,未気化成分を含まない良質で十分な流量の原料ガスを生成して成膜室200へ供給することができる。
Further, in the
(気化器の具体的構成例)
次に,このような本実施形態にかかる気化器300のより具体的な構成例について図面を参照しながら詳細に説明する。図5は,気化器300の具体的構成例を示す縦断面図である。なお,図2に示す気化器300と同様の機能を奏する部分には同一符号を伏して詳細な説明を省略する。
(Specific configuration example of vaporizer)
Next, a more specific configuration example of the
図5に示す気化器300では,筐体301を上部筐体400,中間部筐体402,下部筐体404に分け,これらを結合して構成している。そして,これら上部筐体400,中間部筐体402,下部筐体404に,ミスト化室300Aの内部空間302と気化室300Bの内部空間306が形成される。
In the
具体的には上部筐体400の上面には,超音波振動子310の挿入孔303が形成される。中間部筐体402には,ミスト化室300Aの内部空間302として挿入孔303よりも下流側から拡径部304までが形成されるとともに,気化室300Bの内部空間306のうち拡径部304に連通する導入口305から気化部340で区画される上流側の空間が形成される。さらに下部筐体404には,気化室300Bの内部空間306のうち気化部340で分けられる下流側の空間が形成される。
Specifically, an
これら上部筐体400,中間部筐体402,下部筐体404はボルトで気密に結合される。具体的には,中間部筐体402の上下にそれぞれ上部フランジ414,下部フランジ416を設け,上部フランジ414には上部筐体400を複数のボルト420で固定する。下部フランジ416には,気化部340を構成する円板状の気化部材341を挟んで下部筐体404を複数のボルト430で固定する。
These
上部筐体400と中間部筐体402との間にはシール部材418を介在させてシールし,中間部筐体402と気化部材341との間にはシール部材432を介在させてシールし,気化部材341と下部筐体404との間にはシール部材434を介在させてシールする。これらシール部材418,432,434としては,例えばOリングを用いる。これにより,上部筐体400,中間部筐体402,下部筐体404の内部空間302,306の気密性が保持される。
A
上部筐体400には,挿入孔303の上端にはザグリが形成されている。超音波振動子310はそのホーン部314を挿入孔303に挿入するとともに,ザグリにフランジ部318を挿入することによりホーン部314の先端の振動面316が位置決めされるようになっている。すなわち,超音波振動子310の振動面316は,挿入部303の下端から突き抜けて内部空間302を臨むように配置され,その振動面316に対向する液体原料吐出ノズル322の吐出口324との間に所定の隙間ができるように位置決めされる。上部筐体400の上面にはフランジ部318を止めるリング状の止め板410がねじ止めされている。
In the
中間部筐体402には上記液体原料供給流路320,キャリアガス供給流路330がそれぞれ形成される。液体原料吐出ノズル322は,中間部筐体402の内部空間302の中央に上方に向けて配置される。
The
中間部筐体402と下部筐体404との間には,上述したように気化部340を構成する板状の気化部材341が介在している。図5に示すA−A断面を上方から見ると,気化部材341は例えば図6に示すようになっている。すなわち,気化部材341の内部には,気化部加熱ヒータ344が埋設されている。この気化部加熱ヒータ344は,例えば棒状の抵抗発熱ヒータにより構成し,気化部材341の略中心を通ってさらに奥の方まで差し込まれる。これにより,気化部材341の全体を加熱できる。
Between the
また,気化部材341には,ミスト化室300Aからミスト状の液体原料が導入される図5に示す導入口305よりも外側の周縁部に,その周方向に沿って複数の貫通孔342が形成されている。したがって,ミスト化室300Aからのミスト状の液体原料のうち,特に粒径の大きいミスト状の液体原料は,その自重により直下に落下する可能性が高いため,加熱された気化部材341の表面のうち貫通孔342が形成されていない中心領域に落下して気化する。こうして気化した原料ガスは,貫通孔342を通って下部筐体404内に流れ込む。
Further, a plurality of through
下部筐体404に形成される内部空間306は,上面に開口する上部有底孔307と下面に開口する下部有底孔308に分けられ,上部有底孔307と下部有底孔308との間の厚み部422には上部有底孔307から下部有底孔308まで貫通する多数の貫通孔424が形成されている。図5に示すB−B断面を上方から見ると,これら貫通孔424は例えば図7に示すように厚み部422の全面に均等に設けられている。
An
下部有底孔308内には各貫通孔424を閉じるようにミストトラップ部350が取り付けられている。具体的には,ミストトラップ部350を構成する円板状の通気性部材351が厚み部422の下面に取付られている。ここでは通気性部材351の周縁部をリング状の取付部材426で押さえつけてねじ止めすることにより固定している。
A
したがって,気化部340で気化しきれなかったミスト状の液体原料も,既に気化して生成された原料ガスとともに各貫通孔424に入り込み,必ずミストトラップ部350に接触する。これにより気化しきれなかったミスト状の液体原料もミストトラップ部350にトラップされて気化される。こうして生成された原料ガスはミストトラップ部350を通過し,下部有底孔308を介して送出口360から原料ガス供給配管132へ向けて送出される。
Therefore, the mist-like liquid raw material that could not be vaporized by the vaporizing
下部筐体404の下面には底板408が取り付けられており,下部有底孔308の開口端は底板408により閉塞される。底板408の中央には気化室300Bの内部空間306と連通する送出口360が形成されており,その送出口360には原料ガス供給配管132が接続されている。
A
下部筐体404の外側には下部筐体404の外周を囲うようにミストトラップ部加熱ヒータ352が設けられている。ミストトラップ部加熱ヒータ352が発熱することによって,下部筐体404全体が加熱され,下部筐体404の側壁,取付部材426,厚み部422などを介してミストトラップ部350が効率よく加熱される。すなわち,ミストトラップ部350は,例えば加熱された厚み部422に広い面積で密着しているため,ミストトラップ部350に効率よく熱を伝達させることができる。
A
以上のようにして,液体原料吐出ノズル322に反応生成物が堆積してしまうことを防止して,未気化成分を含まない良好な原料ガスを十分な流量で供給可能な気化器300を具体的に構成することができる。
As described above, the
(第2実施形態にかかる気化器の構成例)
次に,第2実施形態にかかる気化器の構成例について図面を参照しながら説明する。図8は,第2実施形態にかかる気化器500の概略構成例を示す縦断面図である。この気化器500は,図5に示す気化器300の上部筐体400と中間部筐体402をそれぞれ上部筐体510と中間部筐体512に置き換えたものである。従って,図8に示す構成要素のうち,図5に示す構成要素と同様の機能を有するものには同一符号を伏して詳細な説明を省略する。
(Configuration example of vaporizer according to the second embodiment)
Next, the structural example of the vaporizer | carburetor concerning 2nd Embodiment is demonstrated, referring drawings. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration example of the
図8に示す気化器500は,上部筐体510にキャリガス流路530を形成した場合の具体例である。図8に示すキャリガス流路530は,上部筐体510に超音波振動子310のホーン部314を囲むように形成されたバッファ室536と,このバッファ室536にキャリアガス供給配管122からのキャリアガスを導入するキャリアガス導入流路532と,バッファ室536からのキャリアガスをミスト化室500Aの内部空間502に向けて噴出する複数のキャリアガス噴出口534とから構成される。
A
また,図8に示す気化器500では,上部筐体510の下面から,液体原料吐出ノズル322の吐出口324とホーン部314の振動面316の周りを囲むように,円筒状の遮蔽部材520が立設されている。
Further, in the
ここで,遮蔽部材520の構成について図面を参照しながらより詳細に説明する。図9は,図8に示すC−C断面を下方から見た図である。図8に示すように中間部筐体512の上面の開口径は,上部筐体510の下面の開口径よりも大きい径になっているので,中間部筐体512の上面の開口端には,上部筐体510の下面の一部(開口端周りの面)が露出する。これにより,遮蔽部材520は,その露出した上部筐体510の下面に取り付けることができる。遮蔽部材520は例えば図8に示すように,遮蔽部材520の上端に設けたフランジ部522を上部筐体510の下面に形成された孔に嵌め込んで取り付けられる。
Here, the configuration of the shielding
本実施形態では,図8,図9に示すように,このフランジ部522に遮蔽部材520の外周に沿うようにキャリアガス噴出口534を形成して,バッファ室536に連通させることで,遮蔽部材520の外側からキャリアガスを噴出できるようにしている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, a carrier
中間部筐体512に形成されるミスト化室500Aの内部空間502は,中間部筐体512の上面から徐々に径が小さくなり,絞り部504が形成されている。この絞り部504は,気化室300Bの導入口305に連通しており,ミスト化室500Aの内部空間502で生成されたミスト状の液体原料は絞り部504から導入口305を介して気化室300B内に供給される。なお,中間部筐体512には,図5に示す中間部筐体402と同様に,液体原料供給流路320が形成されている。
The
このような図8に示す気化器500によれば,液体原料吐出ノズル322の吐出口324を囲むように筒状の遮蔽部材520を設け,その外側にキャリアガス噴出口534を設けることにより,遮蔽部材520の外周面とミスト化室500Aの内壁との間に形成される空間によってキャリアガスの流路を形成することができる。これにより,キャリガスは遮蔽部材520の外側を通り,液体原料吐出ノズル322の吐出口324よりも下流側から気化室300B内に向けて噴出させることができる。このため,遮蔽部材520の内側にある液体原料の吐出口がキャリアガスに晒されることはない。従って,第1実施形態と同様に,もしキャリアガスに僅かながらも水分が含まれていても,この水分と液体原料の成分が反応することはなく,結果として反応生成物が液体原料吐出ノズル322内に堆積するようなことはない。これにより,液体原料の吐出口324が閉塞することを防止できる。
According to the
また,遮蔽部材520の外周面とミスト化室500Aの内壁との間に形成される空間によってキャリアガスの流路を形成されるので,遮蔽部材520の内側で生成されたミスト状の液体原料を効率よく,その下流側の気化室300Bへ向けて移送することができる。すなわち,遮蔽部材520の内側で生成されたミスト状の液体原料は遮蔽部材520の下端の開口部から溢れ出すので,遮蔽部材520の周囲から下方に向けて噴出されるキャリアガスによって,効率よく下方の気化室300Bへ移送することができる。
In addition, since the carrier gas flow path is formed by the space formed between the outer peripheral surface of the shielding
また,図8に示す遮蔽部材520の長さは比較的短く,その下端がミスト化室500A内の絞り部504よりも上流側に位置するような長さであるため,キャリアガスも絞り部504よりも上流側から気化室300Bに向けて噴出される。これにより,遮蔽部材520の下端から溢れ出すミスト状の液体原料は,絞り部504よりも上流側の内部空間502に逆流したり,充満したりすることなく,キャリアガスによって速やかに気化室300Bに向けて移送することができる。
Further, since the length of the shielding
なお,遮蔽部材520の長さは,図8に示すものに限られるものではない。例えば図10に示す気化器540のように,遮蔽部材520の長さを伸ばして,遮蔽部材520の下端が絞り部504の下端近傍に位置するようにしてもよい。
The length of the shielding
これによれば,遮蔽部材520の外周面とミスト化室500Aの内壁との間に形成されるキャリアガスの流路は,中間部筐体512の上面の開口端から絞り部504までに形成される。このため,キャリアガスの流路は,中間部筐体512の上面の開口端から絞り部504まで徐々に狭くなり,遮蔽部材520の下端の絞り部504近傍で最も径が小さくなる。
According to this, the flow path of the carrier gas formed between the outer peripheral surface of the shielding
このため,キャリアガス噴出口534から噴出されたキャリアガスは,遮蔽部材520の外側を流れていく間に徐々に流速が高められ,最も高い速度で遮蔽部材520の下端の周りから噴出される。このとき,遮蔽部材520の下端近傍の圧力は上端よりも低くなるので,いわゆるエジェクタ作用によって遮蔽部材520内で生成されたミスト状の液体原料を遮蔽部材520内から引き出すことができる。したがって,ミスト状の液体原料をより効率よく気化室300Bへ移送することができ,原料ガスを効率よく生成することができる。
For this reason, the carrier gas ejected from the carrier
また,図10に示す遮蔽部材520によっても,キャリガスは遮蔽部材520の外側を通るため,遮蔽部材520の内側にある液体原料の吐出口324がキャリアガスに晒されることはない。従って,もしキャリアガスに僅かながらも水分が含まれていても,この水分と液体原料の成分が反応することはなく,液体原料の吐出口324が閉塞することを防止できる。
Further, even with the shielding
また,遮蔽部材520を長くすることにより,その外側に形成されるキャリアガスの流路も長くなり,キャリアガスの整流効果を高めることもできる。したがって,遮蔽部材520の外側から噴出されるキャリアガスは,遮蔽部材520内からミスト状の液体原料を引き出した後,そのミスト状の液体原料を拡散させないで,気化室300Bにおける気化部340の表面まで移送できる。このため,気化部340におけるミスト状の液体原料の気化効率を向上させることができる。
In addition, by making the shielding
なお,上述した各実施形態におけるミスト化室300A,500A,540Aは,複数のキャリアガス噴出口334,534を細孔状に形成して,これらを円周状に配列した場合について説明したが,これに限定されるものではなく,例えばキャリアガス噴出口を円環状のスリットに形成してもよい。
In the above-described embodiments, the
また,各キャリアガス噴出口334,534の他に,別のキャリアガス噴出口を備えるようにしてもよい。例えば気化部340に近い位置にも別のキャリアガス噴出口を設けて,そこから気化部340の表面に向けてキャリアガスを噴出するようにする。このようにすれば,各キャリアガス噴出口334,534から噴出されたキャリアガスによって移送されて来たミスト状の液体原料をより確実に気化部340の表面に導くことができ,液体原料の気化効率を一層向上させることができる。
In addition to the
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are of course within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば本発明にかかる気化器は,MOCVD装置,プラズマCVD装置,ALD(原子層成膜)装置,LP−CVD(バッチ式,縦型,横型,ミニバッチ式)などに用いられる気化器にも適用可能である。 For example, the vaporizer according to the present invention can be applied to a vaporizer used for MOCVD apparatus, plasma CVD apparatus, ALD (atomic layer deposition) apparatus, LP-CVD (batch type, vertical type, horizontal type, mini-batch type), etc. It is.
本発明は,液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器およびそれを用いた成膜装置に適用可能である。 The present invention can be applied to a vaporizer that vaporizes a liquid raw material to generate a raw material gas and a film forming apparatus using the vaporizer.
100 成膜装置
110 液体原料供給源
112 液体原料供給配管
114 液体原料流量制御バルブ
116 液体原料
120 キャリアガス供給源
122 キャリアガス供給配管
124 キャリアガス流量制御バルブ
132 原料ガス供給配管
134 原料ガス流量制御バルブ
140 制御部
200 成膜室
210 側壁部材
212 天壁部材
214 底壁部材
222 サセプタ
224 支持部材
226 ヒータ
228 電源
230 排気口
232 排気手段
240 シャワーヘッド
242 内部空間
244 ガス吐出孔
300 気化器
300A,500A,540A ミスト化室
300B 気化室
301 筐体
302 ミスト化室の内部空間
303 挿入孔
304 拡径部
305 導入口
306 気化室の内部空間
307 上部有底孔
308 下部有底孔
310 超音波振動子
312 圧電素子
314 ホーン部
316 振動面
318 フランジ部
320 液体原料供給流路
322 液体原料吐出ノズル
324 吐出口
330 キャリアガス供給流路
332 キャリアガス導入流路
334 キャリアガス噴出口
336 バッファ室
340 気化部
341 気化部材
342 貫通孔
344 気化部加熱ヒータ
350 ミストトラップ部
351 通気性部材
352 ミストトラップ部加熱ヒータ
360 送出口
400 上部筐体
402 中間部筐体
404 下部筐体
407 挿入孔
408 底板
410 止め板
414 上部フランジ
416 下部フランジ
418,432,434 シール部材
420,430 ボルト
422 厚み部
424 貫通孔
426 取付部材
500,540 気化器
500A ミスト化室
502 ミスト化室の内部空間
504 絞り部
510 上部筐体
512 中間部筐体
520 遮蔽部材
522 フランジ部
530 キャリガス流路
532 キャリアガス導入流路
534 キャリアガス噴出口
536 バッファ室
W ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Film-forming apparatus 110 Liquid raw material supply source 112 Liquid raw material supply piping 114 Liquid raw material flow control valve 116 Liquid raw material 120 Carrier gas supply source 122 Carrier gas supply piping 124 Carrier gas flow control valve 132 Raw material gas supply piping 134 Raw material gas flow control valve 140 Control unit 200 Film forming chamber 210 Side wall member 212 Top wall member 214 Bottom wall member 222 Susceptor 224 Support member 226 Heater 228 Power supply 230 Exhaust port 232 Exhaust means 240 Shower head 242 Internal space 244 Gas discharge hole 300 Vaporizer 300A, 500A, 540A Misting chamber 300B Vaporizing chamber 301 Housing 302 Internal space 303 of the misting chamber 303 Insertion hole 304 Expanded portion 305 Introduction port 306 Internal space of the vaporization chamber 307 Upper bottomed hole 308 Lower bottomed hole 310 Ultrasonic vibrator 312 Piezoelectric Elementary Child 314 Horn portion 316 Vibration surface 318 Flange portion 320 Liquid source supply channel 322 Liquid source discharge nozzle 324 Discharge port 330 Carrier gas supply channel 332 Carrier gas introduction channel 334 Carrier gas outlet 336 Buffer chamber 340 Vaporization unit 341 Vaporization member 342 Through-hole 344 Vaporizing section heater 350 Mist trap section 351 Breathable member 352 Mist trap section heater 360 Outlet 400 Upper casing 402 Middle casing 404 Lower casing 407 Insertion hole 408 Bottom plate 410 Stop plate 414 Upper flange 416 Lower flange 418, 432, 434 Seal member 420, 430 Bolt 422 Thickness portion 424 Through hole 426 Mounting member 500, 540 Vaporizer 500A Mistification chamber 502 Internal space 504 of the mist formation chamber Lower portion 510 Upper casing 512 Middle portion Housing 520 Shield member 522 Flange portion 530 Carrier gas channel 532 Carrier gas introduction channel 534 Carrier gas outlet 536 Buffer chamber W Wafer
Claims (7)
前記ミスト化室の下流側に連通して設けられ,前記ミスト化室からの前記ミスト状の液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化室と,を備え,
前記ミスト化室は,
前記ミスト化室内に設けられた前記液体原料を吐出する吐出口に連通する液体原料供給流路と,
前記液体原料の吐出口に対向する振動面を有する超音波振動子と,
前記超音波振動子の振動によりミスト状にされた液体原料を移送するキャリアガスを,前記液体原料の吐出口よりも下流側から前記気化室に向かうように噴出する噴出口に連通するキャリアガス供給流路と,
を設けたことを特徴とする気化器。 A misting chamber that mists the liquid material;
A vaporization chamber provided in communication with the downstream side of the mist chamber, and vaporizing the mist-like liquid source from the mist chamber to generate a source gas;
The mist chamber is
A liquid source supply flow path communicating with a discharge port for discharging the liquid source provided in the mist chamber;
An ultrasonic vibrator having a vibration surface facing the liquid material discharge port;
A carrier gas supply that communicates with a jet outlet that jets a carrier gas that transports a mist-like liquid source due to vibration of the ultrasonic vibrator from the downstream side of the outlet of the liquid source toward the vaporization chamber. A flow path,
A vaporizer characterized by providing
前記ミスト化室からのミスト状の液体原料を導入する導入口と,
前記気化室内を前記導入口に連通する上流側の空間と下流側の空間に区画する板状の気化部材からなり,この気化部材の周縁部に周方向に沿って前記上流側の空間と前記下流側の空間を連通する複数の貫通孔を形成してなる気化部と,
前記気化部材を加熱する気化部加熱ヒータと,
前記気化部よりも下流側の空間を閉塞するように設けられた通気性を有する板状の通気性部材からなるミストトラップ部と,
前記ミストトラップ部を加熱するミストトラップ部加熱ヒータと,
前記ミストトラップ部よりも下流側に設けられ,加熱された前記気化部及び前記ミストトラップ部で気化してこれらを通過した原料ガスを外部に送出する送出口と,
を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の気化器。 The vaporization chamber is
An inlet for introducing a mist-like liquid material from the mist chamber;
It comprises a plate-like vaporizing member that divides the vaporizing chamber into an upstream space communicating with the introduction port and a downstream space, and the upstream space and the downstream along the circumferential direction of the vaporizing member. A vaporization part formed with a plurality of through holes communicating with the side space;
A vaporizer heater for heating the vaporizing member;
A mist trap portion made of a plate-like breathable member having a breathability provided so as to close a space downstream of the vaporization portion;
A mist trap part heater for heating the mist trap part;
A delivery port that is provided downstream of the mist trap, and that is heated in the vaporization unit and the mist trap unit and is vaporized in the mist trap and passes through these outlets,
The vaporizer according to claim 1, comprising:
前記気化器は,液体原料をミスト状にするミスト化室と,このミスト化室よりも下流側に連通して設けられ,前記ミスト化室からの前記ミスト状の液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化室と,を備え,
前記ミスト化室は,前記ミスト化室内に設けられた前記液体原料を吐出する吐出口に連通する液体原料供給流路と,前記液体原料の吐出口に対向する振動面を有する超音波振動子と,前記超音波振動子の振動によりミスト状にされた液体原料を移送するキャリアガスを,前記液体原料の吐出口よりも下流側から前記気化室に向かうように噴出する噴出口に連通するキャリアガス供給流路と,を設けたことを特徴とする成膜装置。 A liquid source supply system for supplying a liquid source, a carrier gas supply system for supplying a carrier gas, a vaporizer for vaporizing the liquid source to generate a source gas, and introducing the source gas from the vaporizer A film forming apparatus having a film forming chamber for performing a film forming process on a processing substrate,
The vaporizer is provided in communication with a mist formation chamber for forming a liquid material in a mist form, and a downstream side of the mist formation chamber, and vaporizes the mist liquid material from the mist formation chamber to form a raw material gas. A vaporizing chamber for generating
The mist chamber includes a liquid material supply channel that is provided in the mist chamber and communicates with a discharge port that discharges the liquid material, and an ultrasonic vibrator having a vibration surface that faces the liquid material discharge port. , A carrier gas that communicates a carrier gas that transports the liquid material that has been made mist by the vibration of the ultrasonic vibrator, from a downstream side of the liquid material discharge port toward the vaporization chamber. And a supply channel.
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