JP2010067906A

JP2010067906A - 気化器及びそれを用いた成膜装置

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Publication number: JP2010067906A
Application number: JP2008234970A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tanaka; 澄田中; Munehisa Futamura; 宗久二村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】気化器のコンダクタンスを従来以上に向上させながら，ミストトラップ部の加熱効率を従来以上に高めることができる。
【解決手段】液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出部３００Ａと，その液滴を気化させて原料ガスを生成する気化室３６０と，生成された原料ガスを送出口３７８から外部に送出する原料ガス送出配管３８２と，これを塞ぐように設けたミストトラップ部３９０とを有する原料ガス生成部３００Ｂと，気化室とミストトラップ部を外側から加熱する第１加熱部（ヒータ３９２，３９４）と，加熱用ガス供給配管１３２に設けられた第２加熱部（ヒータ４３０）とを備え，第２加熱部で加熱された加熱用ガスをミストトラップ部の表面に直接接触させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は，液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器及びそれを用いた成膜装置に関する。

半導体基板やガラス基板などの表面上に，誘電体，金属，半導体などの薄膜を成膜する方法として，上記基板が載置された成膜室に有機金属化合物などの有機原料ガスを供給し，この有機原料ガスと酸素やアンモニアなどの他のガスとを反応させて成膜する化学気相成長（ＣＶＤ：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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，常温で液体あるいは固体であるものが多いため，有機原料を気化させるための気化器が必要になる。

通常，上記有機原料としては，本来液体であるもの，或いは適宜の溶媒により液状化されたものが用いられる。有機原料は，気化器内において霧状にされて気化され，成膜装置である成膜室内に供給される。気化器においては，有機原料が分解されない温度で十分に気化させる必要があるが，実際には気化不良などによって気化していない残留ミストが生じたり，或いは有機原料の分解物がパーティクルとして発生したりする虞がある。これらのミストやパーティクルが成膜室内に入り込むと，基板の表面に形成される薄膜の膜質が低下したり，異常成膜や膜質不良が生じたりするという問題がある。

このため，従来から気化効率を高める目的で，細孔を有する固体充填物や多孔質体のような微小な孔を有する通気性部材を配置し，この通気性部材を抵抗加熱ヒータや熱媒体などで加熱して，液体原料の液滴を通して気化させるものがある（例えば下記特許文献１，２参照）。

また，気化器の出口にフィルタなどの通気性部材を設置して，このフィルタを抵抗加熱ヒータなどで加熱して，原料ガスに含まれる気化しきれなかった液滴をフィルタを通して気化させるものもある（例えば下記特許文献３参照）。

特開２００５−３４７５９８号公報特開平１０−８５５８１号公報特開２００４−３６３５６２号公報

しかしながら，従来，液体原料の液滴を気化するために使用されていた固体充填物，多孔質体，フィルタなどの通気性部材は，抵抗加熱ヒータからの熱伝導によって加熱していたので，通気性部材全体に渡って均一に熱量を供給することができなかった。通気性部材のうち例えば抵抗加熱ヒータから離れていて熱量が十分届かない部分など温度が低い部分が存在するので，液滴が気化されずに目詰まりを起こす虞があった。

特に，通気性部材の表面には多数の孔が形成されていることからその表面積は広く，元来，通気性部材は放熱性が高いものである。しかもその表面は，温度の低い原料ガスや液体原料の液滴に晒されている。このため，通気性部材全体のうち抵抗加熱ヒータからの熱が伝わりにくい領域はさらに温度が低下してしまう。また，通気性部材の表面に液体原料の液滴が付着して気化されると，そのときの気化熱によって通気性部材から熱が奪われることになる。このとき，熱が伝わりにくい領域ではその気化熱分の熱エネルギーを十分に補充することができず，結果として通気性部材の中で温度差が生じてしまう。

例えば上記特許文献１に記載の気化器では，固体充填物はその外側の抵抗加熱ヒータからの熱伝導によって加熱されるため，固体充填物のうち抵抗加熱ヒータに近い外周領域に比べて中央領域の温度が低くなるなど，固体充填物全体の温度を均一にすることは困難である。このような場合，中央領域の温度が液体原料を気化させることができる温度に達せず，気化不良が発生して固体充填物が目詰まりする虞がある。

これに対して，上記特許文献２に記載の気化器では，多孔質体にて目詰まりを起こすことなく液体原料を効率よく気化させるために，多孔質体内の一部を通る流路を設け，この流路に熱媒体を流通させることによって多孔質体の内部から加熱している。しかしながら，これだけでは目詰まりを防止する点で十分とは言えない。すなわち，熱媒体を流通させる流路は多孔質体内の一部に配置されているだけであるため，多孔質体全体にわたって均一に熱を伝えることはできない。このため部分的に気化不良が発生し，多孔質体が目詰まりする虞は払拭しきれない。また，多孔質体全体にわたって均一に熱を伝えるためには，多孔質体全体に隈無く流路を形成すればよいとも考えられる。しかし，そのようにすれば構造が複雑となるばかりか，流路を形成した分だけ原料ガスが通過できる領域が減少し，多孔質体における圧力損失が大きくなり，コンダクタンスが低下してしまう。

また，上記特許文献３に記載の気化器においては，抵抗加熱ヒータの熱を伝える金属などで構成された伝熱部をフィルタの外周以外の位置に部分的に接触させることで，フィルタ内部も加熱できるようにしている。しかしながら，この場合も伝熱部をフィルタの一部に接触させているだけなので，フィルタの面積が大きいほど，また伝熱部の数が少ないほどフィルタ全体を均一に加熱するのは難しくなる。また，フィルタ全体にわたって均一に熱を伝えるためには，フィルタ面内に接触させる伝熱部の数を多くすればよいとも考えられる。ところが，フィルタ面内のうち伝熱部が設けられている部分は原料ガスが通過できないので，伝熱部を多くするほどその分だけ原料ガスが通過できる領域が減少するのでコンダクタンスをより向上させるのは難しい。

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，気化器のコンダクタンスを従来以上に向上させながら，加熱効率を従来以上に高め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。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出部と，前記液体原料吐出部からの液体原料の液滴を気化させて原料ガスを生成する気化室と，前記気化室からの原料ガスを送出口から外部に送出する原料ガス送出配管と，前記原料ガス送出配管を塞ぐように設けたミストトラップ部とを有する原料ガス生成部と，前記気化室と前記ミストトラップ部を外側から加熱する第１加熱部と，前記原料ガス生成部に接続される加熱用ガス供給配管に設けられた第２加熱部とを備え，前記第２加熱部で加熱された加熱用ガスを前記加熱用ガス供給配管を介して前記気化室に供給し，前記ミストトラップ部の表面に直接接触させるように構成したことを特徴とする気化器が供給される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，液体原料を気化して原料ガスを生成する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を有する成膜装置であって，前記気化器は，液体原料供給配管からの液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出部と，前記液体原料吐出部からの液体原料の液滴を気化させて原料ガスを生成する気化室と，前記気化室からの原料ガスを送出口から外部に送出する原料ガス送出配管と，前記原料ガス送出配管を塞ぐように設けたミストトラップ部とを有する原料ガス生成部と，前記気化室と前記ミストトラップ部を外側から加熱する第１加熱部と，前記原料ガス生成部に接続される加熱用ガス供給配管に設けられた第２加熱部とを備え，前記第２加熱部で加熱された加熱用ガスを前記加熱用ガス供給配管を介して前記原料ガス生成部に供給し，前記ミストトラップ部の表面に直接接触させるように構成したことを特徴とする成膜装置が提供される。

このような本発明によれば，液体原料吐出部から吐出された液体原料の液滴は，第１加熱部により加熱された気化室内に供給されると，そこで気化して生成された原料ガスは送出口から原料ガス送出配管を通ってミストトラップ部を通過し，外部へ送出されて例えば成膜室に供給される。このとき，気化しきれなかった液体原料の液滴も加熱された第１加熱部により加熱されたミストトラップ部で捕捉されて気化し，原料ガスとなってミストトラップ部を通過する。

このとき，ミストトラップ部では液滴が気化するときの気化熱により熱が奪われる。ところが，本発明では第２加熱部で加熱された加熱用ガスが気化室に供給されて，ミストトラップ部の上流側の表面に直接接触するので，ミストトラップ部で奪われた熱を効率よく補うことができる。これにより，ミストトラップ部の部分的な温度低下による気化不良を防止できるため，ミストトラップ部の目詰まりを防止することができる。従って，ミストトラップ部を含む気化器のメンテナンスサイクルを延ばすことができるので，成膜装置におけるスループットを向上させることができる。

さらに，加熱用ガスによってミストトラップ部を加熱するので，ミストトラップ部の面内には原料ガスが通過できなくなる部分が存在しないため，ミストトラップ部の面内全体で，気化しきれなかった原料ガスの液滴を捕捉して気化させることができる。このため，原料ガスのコンダクタンスを従来以上に向上させつつ，気化効率も従来以上に向上させることができる。

このような本発明の気化器は，例えば前記加熱用ガスを前記気化室に導入するための加熱用ガス導入口を前記送出口に対向する位置に設け，前記加熱用ガス導入口から噴出された前記加熱用ガスが前記送出口から前記原料ガス送出配管内を通って前記ミストトラップ部の上流側の表面に直接吹き付けられるように構成することができる。これによれば，加熱用ガスによってミストトラップ部の面内のうち温度が低下し易い部分に集中的に加熱することができる。

例えば前記送出口の径を前記原料ガス送出配管の径よりも小さくすることで絞りを形成することにより，ミストトラップ部の面内のうち送出口に対向する部分に集中的に加熱用ガスを吹き付けることができるので，その部分を効率的に加熱することができる。具体的には前記送出口を前記ミストトラップ部の中央付近に対向する位置に設けることにより，第１加熱部による熱量が伝達し難く温度が低下し易い前記ミストトラップ部の中央付近を加熱用ガスによって集中的に加熱することができる。

また，本発明の気化器は，上記加熱用ガスを前記気化室に導入するための加熱用ガス導入口を前記原料ガス送出配管の途中に設け，前記原料ガス送出管内に供給された前記加熱用ガスが前記ミストトラップ部の上流側の表面に直接接触するように構成してもよい。これによれば，ミストトラップ部の部分的な温度低下による気化不良を防止できるため，ミストトラップ部の目詰まりを防止することができる。さらに，加熱用ガスによってミストトラップ部を加熱するので，ミストトラップ部の面内には原料ガスが通過できなくなる部分が存在しないため，ミストトラップ部の面内全体で，気化しきれなかった原料ガスの液滴を捕捉して気化させることができる。このため，原料ガスのコンダクタンスを従来以上に向上させつつ，気化効率も従来以上に向上させることができる。

なお，上記気化器において，前記第１加熱部による加熱温度を検出する第１温度センサと，前記第２加熱部による加熱温度を検出する第２温度センサと，前記各温度センサからの温度を監視して，前記第２加熱部による加熱温度を前記第１加熱部による加熱温度よりも高くなるように制御する制御部とを設けるようにしてもよい。これによれば，加熱用ガスの温度を気化室の温度よりも高くすることができる。これにより，加熱された加熱用ガスは，温度が高い状態でミストトラップ部まで届くので，ミストトラップ部の加熱効率を高めることができる。

本発明によれば，気化器の送出口に設けたミストトラップ部に加熱用ガスを直接接触させることでミストトラップ部を加熱することにより，気化器のコンダクタンスを従来以上に向上させながら，ミストトラップ部の加熱効率を従来以上に高めることができる。

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，本明細書及び図面において，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。

（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，Ｈｆ（ハフニウム）を含有する有機化合物からなる液体原料を供給する液体原料供給源１１０と，キャリアガスとしての不活性ガスを供給するキャリアガス供給源１２０と，後述するミストトラップ部３９０を加熱するための不活性ガスを供給する加熱用ガス供給源１３０とを備える。

成膜装置１００は，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ＨｆＯ_２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１５０を備える。なお，キャリアガス，加熱用ガスとしては，不活性ガスが用いられる。この場合，キャリアガス，加熱用ガスとしては同じガス類であることが好ましい。ここでは例えばＡｒガスをキャリアガス，加熱用ガスとして用いた場合を例に挙げる。なお，キャリアガスと加熱用ガスは上記のものに限られるものではなく，例えば異なるガス種であってもよい。

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，加熱用ガス供給源１３０と気化器３００は，加熱用ガス供給配管１３２で接続されている。また，気化器３００と成膜室２００は，原料ガス供給配管１４２で接続されている。

液体原料供給配管１１２には液体原料流量制御バルブ１１４が設けられ，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が設けられ，加熱用ガス供給配管１３２には加熱用ガス流量制御バルブ１３４が設けられている。さらに原料ガス供給配管１４２には原料ガス流量制御バルブ１４４が設けられている。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，加熱用ガス流量制御バルブ１３４，原料ガス流量制御バルブ１４４は，制御部１５０からの制御信号によってそれぞれの開度が調整され，それぞれの流量が別々に制御されるようになっている。

なお，キャリアガス，加熱用ガスを同じガス種を用いる場合には，キャリアガス供給源１２０と加熱用ガス供給源１３０を分けて構成する必要はなく，それぞれ別々の設定流量で制御できるように構成すればガス供給源は単一でもよい。具体的にはキャリアガスと加熱用ガスとして例えばＡｒガスを用いる場合には，１つのＡｒガス供給源にキャリアガス供給配管１２２と加熱用ガス供給配管１３２とを接続し，各流量制御バルブ１２４，１３４によって別々に流量制御できるようにしてもよい。

成膜室２００は，例えば略円筒状の処理容器により構成される。処理容器は，円筒状の側壁と天壁２１０と底壁２１２を備える。成膜室２００内には，ウエハＷが水平に載置されるサセプタ２２２が設けられている。側壁と天壁２１０と底壁２１２は，例えばアルミニウム，ステンレス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。

成膜室２００の底壁２１２には，排気ポート２３０が形成されており，この排気ポート２３０には排気系２３２が接続されている。そして排気系２３２により成膜室２００内を所定の真空度まで減圧することができる。

成膜室２００の天壁２１０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１４２が接続されており，この原料ガス供給配管１４２を経由して，気化器３００で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，原料ガス供給配管１４２からの原料ガスを拡散させるための拡散室２４２と，拡散室２４２からの原料ガスを成膜室２００内のウエハＷ上に向けて吐出させるための多数のガス吐出孔２４４を有している。

本実施形態にかかる成膜装置１００において，液体原料供給源１１０は，液体原料として例えばＨＴＢ（ハフニウムタートブトキサイド）を貯留しており，この液体原料を，液体原料供給配管１１２を通じて気化器３００に向けて送出する。

このような構成の成膜装置１００では，気化器３００からの原料ガスが次のようにして供給される。気化器３００に液体原料供給源１１０からの液体原料が液体原料供給配管１１２を介して供給されると共に，キャリアガス供給源１２０からのキャリアガスがキャリアガス供給配管１２２を介して供給されると，気化器３００内に設けられた気化室にキャリアガスと共に液体原料が液滴状となって吐出され，その液体原料が気化して原料ガスが生成される。気化器３００で生成された原料ガスは，原料ガス供給配管１４２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。

ところで，上記のような成膜装置１００の気化器３００において，液体原料を完全に気化させることができなかった場合，液体原料の液滴の一部が原料ガスに混入して原料ガス供給配管１４２に送出され，成膜室２００内に浸入する虞がある。このように成膜室２００内に浸入した液体原料の液滴は，パーティクルとしてウエハＷ上に形成される膜の膜質を低下させる要因となり得る。

そこで，本実施形態における気化器３００においては，加熱用ガス供給源１３０からの加熱用ガスを利用して液体原料の加熱効率を高め，液体原料の液滴のすべてを効率よく気化させて良質な原料ガスを生成させるようにしている。このような気化器３００の構成の詳細については後述する。

（第１実施形態にかかる気化器の構成例）
以下，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の概略構成例を示す縦断面図である。図２に示すように，気化器３００は大別すると，液体原料を液滴状（ミスト状）にして吐出する液体原料吐出部３００Ａと，吐出された液敵状の液体原料を気化して原料ガスを生成する気化室３６０を形成する原料ガス生成部３００Ｂとから構成される。

先ず液体原料吐出部３００Ａの構成について説明する。この液体原料吐出部３００Ａには，上面から内部に垂直方向に延びる液体原料流路３１０が設けられており，側面から内部に水平方向に延びるキャリアガス流路３１２が設けられている。液体原料流路３１０の一端には液体原料供給配管１１２が接続されており，キャリアガス流路３１２の一端にはキャリアガス供給配管１２２が接続されている。

液体原料流路３１０の他端には，液体原料を液滴状にして吐出する吐出口３１４を有する液体原料吐出部としての吐出ノズル３１６が備えられている。この吐出ノズル３１６は，例えば先細りに構成され，その先端の吐出口３１４が原料ガス生成部３００Ｂの気化室３６０を臨むように配置される。

吐出ノズル３１６の吐出口３１４の直径は，原料ガス生成部３００Ｂ内に供給される液体原料の液滴の目標サイズに応じて決定される。原料ガス生成部３００Ｂ内において，液滴状の液体原料を確実に気化させるためには，液滴のサイズは小さい方が有利であるため，吐出口３１４の直径も小さいことが好ましい。ただし，液滴のサイズが小さくなり過ぎると，液滴を気化して得られる原料ガスの流量が不足する虞がある。これらの点を考慮して，吐出口３１４の直径を決定することが好ましい。

吐出ノズル３１６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。また，吐出ノズル３１６を合成樹脂で構成することによって，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。また，ポリイミド樹脂を用いることで，液体原料の残渣（析出物）が吐出ノズル３１６に付着し難くなり，ノズルの目詰まりが防止される。

また，液体原料吐出部３００Ａの内部には，吐出ノズル３１６の先端を囲むようにキャリアガス噴射部３１８が配設されている。キャリアガス噴射部３１８は上記キャリアガス流路３１２の他端に接続されており，キャリアガス流路３１２からのキャリアガスを液体原料と共に気化室３６０に向けて噴出するように構成されている。

具体的には，キャリアガス噴射部３１８は吐出ノズル３１６の先端を囲むカップ状に形成されており，その底部にキャリアガス噴出口３２０が形成されている。キャリアガス噴出口３２０は，吐出ノズル３１６の先端の吐出口３１４の近傍にこの吐出口３１４を囲むように形成されている。これによって吐出口３１４の周りからキャリアガスを噴出することができるようになり，吐出口３１４から吐出される液体原料の液滴を確実に気化室３６０に向けて安定して飛行させることができる。

次に，原料ガス生成部３００Ｂについて説明する。原料ガス生成部３００Ｂは，気化室３６０を区画する略筒状の筐体３７０と，筐体３７０の下方に設けられた原料ガス送出部３８０を備える。筐体３７０及び原料ガス送出部３８０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３７０及び原料ガス送出部３８０は，第１加熱部としてのヒータ３９２，３９４により覆われている。ヒータ３９２，３９４は例えば抵抗発熱ヒータで構成される。この場合，ヒータ３９２，３９４は制御部１５０により図示しないヒータ電源を制御することで発熱温度が制御される。これにより，原料ガス生成部３００Ｂ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。

ここでの筐体３７０は，上部筐体３７２，中間部筐体３７４，下部筐体３７６を図示しないボルトなどの締結部材によって連結して構成される。気化室３６０は，上部筐体３７２に形成された拡径空間３６２と，中間部筐体３７４に形成された案内空間３６４と，下部筐体３７６に形成された導出空間３６６とからなる。

拡径空間３６２は，導入口３２４から下方に向けて徐々に拡径されており，その下端は案内空間３６４に連設される。ここでの案内空間３６４は，液体原料の液滴を効率的に加熱するために，上方から下方に向けて垂直に形成された複数の案内孔３６５から構成される。複数の案内孔３６５は拡径空間３６２からの液体原料の液滴を導出空間３６６へと導く。なお，案内空間３６４としては上記のものに限られるものではない。例えば中間部筐体３７４を単なる円筒状に形成してもよい。この場合，中間部筐体３７４内の空間である案内空間３６４は拡径空間３６２の下端の径（導出空間３６６の径）と同じ円柱状に形成してもよい。

液体原料吐出部３００Ａから導入口３２４を介して供給される液体原料の液滴は，ヒータ３９２，３９４によって加熱された筐体３７０の気化室３６０内を，拡径空間３６２，案内孔３６５，導出空間３６６の順に通過する際に気化して原料ガスとなる。

原料ガスは導出空間３６６から下部筐体３７６の側壁に設けられた上記原料ガス送出部３８０を介して外部に送出されるようになっている。具体的には原料ガス送出部３８０は，下部筐体３７６の側壁に形成された送出口３７８に接続される原料ガス送出配管３８２と，原料ガス送出配管３８２を塞ぐように設けられたミストトラップ部３９０とを備える。原料ガス送出配管３８２は，下部筐体３７６の側壁に垂直に取り付けられ，水平方向に延出している。原料ガス送出配管３８２の下流側の端部３８４には，上記原料ガス供給配管１４２と接続されるフランジ付継手３８６が取り付けられている。ここでのミストトラップ部３９０は，原料ガス送出配管３８２の端部３８４の開口を塞ぐようにフランジ付継手３８６によって取り外し自在に固定されている。

ミストトラップ部３９０は，液滴状の液体原料を通すことなく捕捉し，その液体原料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により構成される。このような通気性部材としては，液体原料の液滴の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。ここでは，原料ガス送出部３８０全体をヒータ３９４で覆うことによって，このヒータ３９４によってミストトラップ部３９０も加熱される。

このように，原料ガスの送出口３７８にミストトラップ部３９０を設けることで，例えば気化室３６０において気化しきれずに残った液体原料の液滴も，ヒータ３９４で加熱されたミストトラップ部３９０に捕捉されて気化し，ミストトラップ部３９０を通過できるようになる。

ところが，ミストトラップ部３９０をヒータ３９４によって外側から加熱しただけでは，例えばミストトラップ部３９０の中央部付近が加熱され難い。このため，ミストトラップ部３９０の面内において，中央部付近の温度がその周辺部付近の温度よりも部分的に低くなる傾向がある。このため，ミストトラップ部３９０の中央部付近で液滴が気化されずに目詰まりを起こす虞がある。

そこで，本発明では上述した加熱用ガス供給源１３０からの加熱用ガスを所定の温度に加熱するガス加熱器４００を設け，このガス加熱器４００からの加熱用ガスをミストトラップ部３９０の上流側の表面に直接接触させるように供給させるようにした。これによれば，ミストトラップ部３９０全体を満遍なく加熱することができ，中央部付近で液滴が気化されずに目詰まりを起こすことを防止でき，気化器の加熱効率を従来に比して飛躍的に向上させることができる。

図２に示す第１実施形態にかかる気化器３００は，その具体例として加熱用ガスをミストトラップ部３９０に直接吹き付けるように構成したものである。具体的には，加熱用ガス供給配管１３２の途中にガス加熱器４００を設け，送出口３７８の対向するように下部筐体３７６の側壁に形成した加熱用ガス導入口４０２に接続する。

ガス加熱器４００は，例えば図２に示すように枠体４１０に加熱フィルタ４２０を内蔵し，その全体を第２加熱部としてのヒータ４３０で覆って構成される。枠体４１０は例えばＡｌやステンレス鋼などの金属で構成される。ヒータ４３０は上記ヒータ３９２，３９４と同様に例えば抵抗発熱ヒータで構成される。ヒータ４３０も制御部１５０により図示しないヒータ電源を制御することで発熱温度が制御される。

この場合，ヒータ４３０は，上記ヒータ３９２，３９４とは独立して制御できるように構成することが好ましい。これにより，例えば加熱用ガスを気化室３６０よりも高い温度に制御することで，ミストトラップ部３９０の加熱効率を高めるだけでなく，気化室３６０内で気化しきれなかった液体原料の液滴をミストトラップ部３９０まで到達する前に加熱用ガスによって気化させることもできる。

加熱フィルタ４２０は，伝熱性のよい部材で構成することが好ましい。このような加熱フィルタ４２０としては，例えばミストトラップ部３９０と同様に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で構成してもよい。なお，加熱フィルタ４２０の代わりに複数の流路が形成された伝熱性の高い流路ブロックを設けるようにしてもよい。また，必ずしも加熱フィルタ４２０や流路ブロックを設ける必要はなく，ガス加熱器４００を単にヒータ付きの配管で構成してもよい。

なお，筐体３７０には第１温度センサ（例えば熱電対）１５２を設けて，ヒータ３９２，３９４による加熱温度，特に気化室３６０内の温度を制御部１５０で監視することにより，気化室３６０内の温度を常に所定の設定温度に保持させることができる。また，ガス加熱器４００の枠体４１０には第２温度センサ（例えば熱電対）１５４を設けて，ヒータ４３０による加熱温度，特にガス加熱器４００内の温度を制御部１５０で監視することにより，ガス加熱器４００内の温度を常に所定の設定温度に保持させることができる。この場合，ガス加熱器４００内の温度が気化室３６０内の温度よりも常に高くなるように制御することができる。これにより，ガス加熱器４００で加熱された加熱用ガスは，温度が高い状態でミストトラップ部３９０まで届くので，ミストトラップ部３９０の加熱効率を高めることができる。

（成膜装置の動作）
以上のように構成された本実施形態にかかる成膜装置１００の動作について図面を参照しながら説明する。気化器３００によって原料ガスを生成するにあたり，予め気化器３００のヒータ３９２，３９４により気化室３６０及びミストトラップ部３９０を加熱しておく。また，ガス加熱器４００もヒータ４３０によって加熱しておく。このときの気化室３６０及びミストトラップ部３９０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℃）に調整され保持される。また，ガス加熱器４００内の温度は，気化室３６０及びミストトラップ部３９０の温度よりもさらに高い温度（例えば２００℃〜４００℃）に調整され保持される。

まず，制御部１５０は，液体原料流量制御バルブ１１４の開度を調整して，液体原料供給源１１０から所定流量の液体原料を液体原料供給配管１１２を介して気化器３００に供給させる。これと同時に，キャリアガス流量制御バルブ１２４の開度を調整して，キャリアガス供給源１２０から所定流量のキャリアガスをキャリアガス供給配管１２２を介して気化器３００に供給させる。また，加熱用ガス流量制御バルブ１３４の開度を調整して，加熱用ガス供給源１３０から所定流量の加熱用ガスを加熱用ガス供給配管１３２を介して気化器３００に供給させる。

このとき，液体原料供給配管１１２を介して気化器３００に供給された液体原料は，液体原料流路３１０を経由して吐出ノズル３１６に達し，吐出口３１４から液滴状となって吐出される。また，液体原料の供給と共にキャリアガス供給配管１２２を介して気化器３００に供給されたキャリアガスは，キャリアガス流路３１２を経由してキャリアガス噴射部３１８に達し，キャリアガス噴出口３２０から気化室３６０に向けて噴射される。このように噴射されたキャリアガスは，吐出ノズル３１６の吐出口３１４近傍を通過するため，吐出口３１４から連続的に吐出された液体原料の液滴をその流れに乗せて気化室３６０の導入口３２４から内部へ向けて安定的に飛行させることができる。

気化室３６０では，導入口３２４からキャリアガスとともに導入された液体原料の液滴は拡径空間３６２により拡散して案内空間３６４の各案内孔３６５を通過して導出空間３６６へ導かれる。このとき，液体原料の液滴は加熱された気化室３６０の各空間でそのほとんどが気化して原料ガスとなって送出口３７８に導かれ，原料ガス送出配管３８２を介してミストトラップ部３９０を通過して原料ガス供給配管１４２に送出される。また，気化室３６０内で気化しきれなかった液滴も，加熱されたミストトラップ部３９０に吹き付けられるので瞬時に気化し，原料ガスとなってミストトラップ部３９０を通過して原料ガス供給配管１４２に送出される。

原料ガス供給配管１４２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の拡散室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ＨｆＯ_２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１４２に備えられた原料ガス流量制御バルブ１４４の開度を制御することによって調整できる。

また，このように気化器３００の動作を続けているうちに，ミストトラップ部３９０では液滴が気化するときの気化熱により熱が奪われる。このとき，本実施形態ではガス加熱器４００で所定の温度に加熱された加熱用ガスが加熱用ガス導入口４０２から送出口３７８に向けて噴出され，原料ガス送出配管３８２内を通ってミストトラップ部３９０の上流側の表面に直接吹き付けられる。このため，ミストトラップ部３９０では液滴の気化熱によって奪われた熱を効率よく補うことができる。これにより，ミストトラップ部３９０の部分的な温度低下による気化不良を防止できるため，ミストトラップ部３９０を構成する通気性部材の目詰まりを防止することができる。従って，ミストトラップ部３９０を含む気化器３００のメンテナンスサイクルを延ばすことができる。これにより，成膜装置１００におけるスループットを向上させることもできる。

また，本実施形態では，ミストトラップ部３９０は加熱用ガスにより加熱するので，ミストトラップ部３９０を全体的に満遍なく加熱することができるとともに，コンダクタンスを低下させることなく加熱効率を高めることができる。このとき，特に送出口３７８の径を原料ガス送出配管３８２の径よりも小さくして，ミストトラップ部３９０の中央付近に対向するように形成することで，ミストトラップ部３９０の中央付近に加熱用ガスを集中的に吹き付けることができる。このため，ヒータ３９４からの熱が伝わり難い中央部付近に集中的に加熱用ガスを供給できるので，ミストトラップ部３９０の全面に効率的に加熱でき，ミストトラップ部３９０の気化不良による目詰まりを防止できる。

さらに，加熱用ガスによってミストトラップ部３９０を加熱するので，ミストトラップ部３９０の面内には原料ガスが通過できなくなる部分が存在しないため，ミストトラップ部３９０の面内全体で，気化しきれなかった原料ガスの液滴を捕捉することができる。しかも，加熱用ガスは，加熱用ガス導入口４０２から導出空間３６６を通り抜けて，送出口３７８からミストトラップ部３９０に向かう原料ガスの流れを形成するので，案内孔３６５からの原料ガスをミストトラップ部３９０へ効率的に導くことができる。このため，原料ガスのコンダクタンスを従来以上に向上させつつ，加熱効率も従来以上に高めることができる。

（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３０１の構成例について図３を参照しながら説明する。図３に示すように，気化器３０１は原料ガス送出配管３８２の長さを長くして，原料ガス送出配管３８２の途中にガス加熱器４００を設けたものである。具体的には図３に示すように原料ガス送出配管３８２の側部に加熱用ガス導入口４０２を形成し，その加熱用ガス導入口４０２を介して加熱用ガス供給配管１３２を取り付ける。その他の各部の構成は図２に示す気化器３００と同様であるため，その各部の詳細な説明は省略する。

このような構成の第２実施形態にかかる気化器３０１によれば，ガス加熱器４００で所定の温度に加熱された加熱用ガスが原料ガス送出配管３８２内に供給されるので，原料ガスの流れに乗ってミストトラップ部３９０の上流側の表面に直接接触させることができる。これにより，第１実施形態にかかる気化器３００と同様にヒータ３９４からの熱が伝わり難い中央部付近に集中的に加熱用ガスを供給できる。このため，ミストトラップ部３９０の全面に効率的に加熱できるので，ミストトラップ部３９０の気化不良による目詰まりを防止できる。

さらに，第２実施形態の場合も加熱用ガスによってミストトラップ部３９０を加熱するので，ミストトラップ部３９０の面内には原料ガスが通過できなくなる部分が存在しないため，ミストトラップ部３９０の面内全体で，気化しきれなかった原料ガスの液滴を捕捉することができる。このため，原料ガスのコンダクタンスを従来以上に向上させつつ，加熱効率も従来以上に高めることができる。

また，第１実施形態の場合と同様に，ガス加熱器４００のヒータ４３０は，上記気化室３６０のヒータ３９２，３９４とは独立して制御できるように構成することが好ましい。これにより，例えば加熱用ガスを気化室３６０よりも高い温度に制御することで，ミストトラップ部３９０の加熱効率を高めるだけでなく，気化室３６０内で気化しきれなかった液体原料の液滴をミストトラップ部３９０まで到達する前に加熱用ガスによって気化させることができる。特に，第２実施形態では，加熱用ガスを原料ガス送出配管３８２内に供給するので，ミストトラップ部３９０のみならず，原料ガス送出配管３８２内の雰囲気も効率的に加熱することができるので，原料ガス送出配管３８２内の気化効率をさらに高めることができる。

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ことは言うまでもない。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。

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。

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及びそれを用いた成膜装置に適用可能である。

本発明の第１実施形態にかかる成膜装置の概略構成を示す図である。同実施形態にかかる気化器の概略構成を示す縦断面図である。本発明の第２実施形態にかかる気化器の概略構成を示す縦断面図である。

符号の説明

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
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
１３０加熱用ガス供給源
１３２加熱用ガス供給配管
１３４加熱用ガス流量制御バルブ
１４２原料ガス供給配管
１４４原料ガス流量制御バルブ
１５０制御部
１５２第１温度センサ
１５４第２温度センサ
２００成膜室
２１０天壁
２１２底壁
２２２サセプタ
２２４支持部材
２２６ヒータ
２２８電源
２３０排気ポート
２３２排気系
２４０シャワーヘッド
２４２拡散室
２４４ガス吐出孔
３００，３０１気化器
３００Ａ液体原料吐出部
３００Ｂ原料ガス生成部
３１０液体原料流路
３１２キャリアガス流路
３１４吐出口
３１６吐出ノズル
３１８キャリアガス噴射部
３２０キャリアガス噴出口
３２４導入口
３６０気化室
３６２拡径空間
３６４案内空間
３６５案内孔
３６６導出空間
３７０筐体
３７２上部筐体
３７４中間部筐体
３７６下部筐体
３７８送出口
３８０原料ガス送出部
３８２原料ガス送出配管
３８４端部
３８６フランジ付継手
３９０ミストトラップ部
３９２，３９４ヒータ（第１加熱部）
４００ガス加熱器
４０２加熱用ガス導入口
４１０枠体
４２０加熱フィルタ
４３０ヒータ（第２加熱部）
Ｗウエハ

Claims

液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出部と，
前記液体原料吐出部からの液体原料の液滴を気化させて原料ガスを生成する気化室と，前記気化室からの原料ガスを送出口から外部に送出する原料ガス送出配管と，前記原料ガス送出配管を塞ぐように設けたミストトラップ部とを有する原料ガス生成部と，
前記気化室と前記ミストトラップ部を外側から加熱する第１加熱部と，
前記原料ガス生成部に接続される加熱用ガス供給配管に設けられた第２加熱部と，を備え，
前記第２加熱部で加熱された加熱用ガスを前記加熱用ガス供給配管を介して前記原料ガス生成部に供給し，前記ミストトラップ部の表面に直接接触させるように構成したことを特徴とする気化器。
前記加熱用ガスを前記気化室に導入するための加熱用ガス導入口を前記送出口に対向する位置に設け，前記加熱用ガス導入口から噴出された前記加熱用ガスが前記送出口から前記原料ガス送出配管内を通って前記ミストトラップ部の上流側の表面に直接吹き付けられるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の気化器。
前記送出口の径を前記原料ガス送出配管の径よりも小さくすることで絞りを形成することを特徴とする請求項２に記載の気化器。
前記送出口を前記ミストトラップ部の中央付近に対向する位置に設けることを特徴とする請求項３に記載の気化器。
前記加熱用ガスを前記気化室に導入するための加熱用ガス導入口を前記原料ガス送出配管の途中に設け，前記原料ガス送出管内に供給された前記加熱用ガスが前記ミストトラップ部の上流側の表面に直接接触するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の気化器。
前記第１加熱部による加熱温度を検出する第１温度センサと，
前記第２加熱部による加熱温度を検出する第２温度センサと，
前記各温度センサからの温度を監視して，前記第２加熱部による加熱温度を前記第１加熱部による加熱温度よりも高くなるように制御する制御部と，
を設け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。
前記液体原料吐出部の吐出口の周りから液体原料の液滴を移送するキャリアガスを噴出するキャリアガス噴出口を設け，前記キャリアガスと前記加熱用ガスを同じ種類の不活性ガスにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の気化器。
液体原料を気化して原料ガスを生成する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を有する成膜装置であって，
前記気化器は，液体原料供給配管からの液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出部と，前記液体原料吐出部からの液体原料の液滴を気化させて原料ガスを生成する気化室と，前記気化室からの原料ガスを送出口から外部に送出する原料ガス送出配管と，前記原料ガス送出配管を塞ぐように設けたミストトラップ部とを有する原料ガス生成部と，前記気化室と前記ミストトラップ部を外側から加熱する第１加熱部と，前記原料ガス生成部に接続される加熱用ガス供給配管に設けられた第２加熱部とを備え，前記第２加熱部で加熱された加熱用ガスを前記加熱用ガス供給配管を介して前記原料ガス生成部に供給し，前記ミストトラップ部の表面に直接接触させるように構成したことを特徴とする成膜装置。