JP4772246B2 - 蒸気圧の低い前駆体用のガス供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分おいて書き部に記載された蒸気圧の低い前駆体用のガス供給装置、特にＣＶＤ成膜装置（CVD-Beschichtungsanlage）用のガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新のＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）成膜装置（化学蒸着成膜装置）においては、部材ないし基板上に常に特殊な薄膜が形成される。この場合、複数の異なる薄い層の積層体から構成されることができるこの薄膜は、その特性に対する極めて高い要求が満たされなければならない。こういった特性を得るために、堆積の質に著しく高い要求が課せられる。これには、例えば堆積パラメータとして、膜の品質に著しい影響を及ぼす堆積速度が挙げられる。ＣＶＤ堆積法の場合、この堆積速度は、ガス状の前駆体の分圧により決定的に定められるため、この分圧は、極めて正確に調整されなければならず、しかもその変動は許されない。
【０００３】
成膜のために特別な膜材料が使用され、この材料は、選択された前駆体によって成膜装置中へもたらされる。この前駆体として特にＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂交互多層膜の製造のための四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）又はヘキサメチルジシロキサン（ＨＤＭＳＯ）が使用され、これらは、標準状態下で、大気圧をはるかに下回る低い蒸気圧を有している。この低い蒸気圧は、工業的な成膜において必要とされるような十分な堆積速度を得るには大抵小さすぎる。従って、この前駆体は、貯蔵容器中でまず第１の蒸発温度にまで加熱されなければならず、それにより十分に高い蒸気圧が生じる。
【０００４】
成膜装置までの経路での前駆体の凝縮を抑えるために、ガス供給装置は、貯蔵容器から成膜装置まで、第１の蒸発温度を上回る第２の温度に加熱しなければならない。
【０００５】
さらに、前駆体ないし膜を形成する材料ＴｉＣｌ₄、及びヘキサメチルジシロキサンは、後続するバルブ、質量流量制御装置及び配管系を通して十分に高い質量流量（マスフロー）を持てるように、中間貯蔵部内で約５０ｍｂａｒ以上の蒸気圧で中間貯蔵されることが知られている。このような分圧を達成するためには、中間貯蔵部は、ＴｉＣｌ₄に対しては少なくとも５０℃、あるいはヘキサメチルジシロキサンに対しては３０℃まで加熱される。
【０００６】
その他に、結晶化する傾向が少ない利点を有するＮｂ₂Ｏ₂／ＳｉＯ₂交互多層膜も製造することができる。さらに、ＮｂＯ₂は、比較的高い堆積速度で堆積させることが可能である。加えて、Ｎｂ₂Ｏ₅の膨張率は、ＴｉＯ₂の膨張率に対してよりも、ＳｉＯ₂の膨張率に対して、より良好に適合し、その結果、Ｎｂ₂Ｏ₅を用いてより厚い交互多層膜を製造することができる。しかしながら、Ｎｂ₂Ｏ₅薄膜の製造には、標準状態下で前駆体のＨＭＤＳＯ及びＴｉＣｌ₄の蒸気圧すら遙かに下回る程のさらに低い蒸気圧を有する前駆体しか使えない。市販されている最も高い蒸気圧を有するＮｂ化合物のＮｂＣｌ₅は、約１７０℃の温度で初めて５０ｍｂａｒの蒸気圧を呈する。ＮｂＣｌ₅の蒸気圧の温度依存性は、図１の下側の曲線で示されている。ＮｂＣｌ₅蒸気を用いたＰＩＣＶＤ成膜装置の、均質な供給のためのガス供給装置は、従ってこの温度を維持するものでなければならない。
【０００７】
前駆体用の貯蔵容器、及び蒸気状態の前駆体の他のガスとの混合ならびに緩衝のための中間貯蔵部を備えた、蒸気圧が低い前駆体を提供するためのガス供給装置が知られている（特開平２−２５０９７７号公報）。貯蔵容器は、第１の温度Ｔ１に温度制御され、中間貯蔵部は、第２の温度Ｔ２に温度制御され、その際、第１の温度Ｔ１は、第２の温度よりも低く、このため中間貯蔵部内での前駆体の凝縮が避けられる。貯蔵容器内にキャリアガスが導入され、このキャリアガスは、前駆体を中間貯蔵部内へ、そしてそこから反応室内へと搬送する。このガス供給装置は、第２の貯蔵容器を備えることができ、第２の前駆体は、この第２の貯蔵容器からキャリヤガスを用いて中間貯蔵部内に導入され、その結果、２つの前駆体とキャリアガスとは、相互に混合される。この装置の場合、中間貯蔵部及びそれと接続する装置は、高い温度Ｔ２に保持しなければならず、このため、保守作業に際して必要とされる冷却時間によって時間が浪費され、しかも、使用される材料及び装置は、高い温度Ｔ２に耐えるものでなければならない。
【０００８】
前駆体用の貯蔵容器が第１の温度に保持される低い蒸気圧の前駆体用のガス供給装置、特にＰＩＣＶＤ成膜装置用のガス供給装置は、先行技術であり、公知である（独国特許発明第４２３６３２４号明細書）。さらに、このガス供給装置は、蒸気状態の前駆体の中間貯蔵のための中間貯蔵部を有し、その際、この中間貯蔵部は、ガス導管を介して貯蔵容器に接続されている。この中間貯蔵部から、ＰＩＣＶＤ成膜装置に対して前駆体を含むガスを取り出すことができる。このガス供給装置の場合、中間貯蔵部は、第２の温度に保持され、この第２の温度は、貯蔵容器の第１の温度よりも高い。この中間貯蔵部によって、前駆体を有するガスの圧力変動は、ＰＩＣＶＤ成膜装置内への異なる質量流量による取り出しを通してかなり補正される。
【０００９】
しかしながら、中間貯蔵部で定期的に行うべきメンテナンス作業や修理のために、中間貯蔵部ならびにそれに接続されるガス供給及び取出のための装置は、かなり時間を浪費して冷却されなければならない。また、このことによって、中間貯蔵部の部分に、高価な高温−質量流量制御装置を用いなければならなくなる。さらに、最大限取り出すべき前駆体質量流量を連続的に取り出す場合には、より低い温度に保持された貯蔵容器の蒸発速度により制限を受ける。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、中間貯蔵部におけるメンテナンス作業及び補修作業を簡単にかつ迅速に行なうことができ、かつ前駆体の達成可能な最大質量流量を制限する必要がなく、中間貯蔵部及びその構成部材によって有利な成分を使用できるように、低い蒸気圧の前駆体用のガス供給装置をさらに良くすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１記載の特徴部によって解決される。
【００１２】
請求項１により、蒸気圧が低い前駆体用の本発明に係るガス供給装置は、蒸気圧が低い第１の前駆体を貯蔵するための貯蔵容器と、前記貯蔵容器から蒸発した第１の前駆体の中間貯蔵のための中間貯蔵部と、前記貯蔵容器と前記中間貯蔵部とを接続する第１のガス導管と、前記中間貯蔵部からガスを取り出すための第２のガス導管とを有する。このガス供給装置は、本実施形態においてはガス発生器とも呼ばれている。
【００１３】
上記貯蔵容器は、第１の温度Ｔ１に保持される。ガスは、第１の導管を介して第２の中間貯蔵部に達し、そこで、第２の温度Ｔ２に保持される。同様に、中間貯蔵部中の圧力は、貯蔵容器内の圧力ｐ１よりも低い一定圧力ｐ２に保持されるため、蒸気状態の第１の前駆体は、貯蔵容器内の圧力がより高いことに起因して、中間貯蔵部内へ流入する。本発明により、貯蔵容器中の第１の温度Ｔ１は、中間貯蔵部中の第２の温度Ｔ２よりも高い。
【００１４】
中間貯蔵部側の第２のガス導管を介したガスの取り出しが、成膜装置へのガス状の第１の前駆体の供給に利用される。成膜装置は、特にＣＶＤ成膜装置、又はそれに類似のものである。前駆体は、通常、原料種（Eduktspezies）、出発材料又は、成膜材料とも言われる。蒸気圧が低い前駆体（低い蒸気圧を有する前駆体）とは、固体又は液体の、成膜化合物であると解釈され、この化合物は、５０℃の温度で１０ｍｂａｒよりも低い蒸気圧を有している。
【００１５】
ここで、貯蔵容器は、通常、石英フラスコであるか特殊容器であるかそれに類似したものであり、その際、この容器材料は、前駆体との反応に対して耐性を有する。上記中間貯蔵部は、同様に石英、特殊鋼又は、それに類似のものから形成することができる。この中間貯蔵部は、中間貯蔵部から不規則にガスを取り出す際の圧力変動を緩衝するために、大容量に設計されていることが好ましい。中間貯蔵部の最適な容量は、独国特許発明第４２３６３２４号明細書から公知とされており、その開示内容は、本願明細書に組み込まれている。
【００１６】
貯蔵容器から取り出し可能な最大質量流量は、圧力ｐ１に依存する。通常運転において貯蔵容器のガス容量は、純粋な前駆体蒸気で満たされているため、圧力ｐ１は、前駆体の平衡蒸気圧と同じである。これは、温度Ｔ１と共に増大する。成膜装置のために中間貯蔵部から最大取り出し可能な前駆体質量流量は、貯蔵容器と中間貯蔵部との間の物質の流れ（Stoffstrom）により制限される。従って、温度Ｔ１が上昇し、及びそれにより圧力ｐ１が上昇することにより、成膜のために最大利用可能な質量流量が増加される。
【００１７】
貯蔵容器内の第１の前駆体の蒸発速度は、温度Ｔ１及び貯蔵容器内の第１の前駆体の分圧に依存する。この蒸発速度は、温度が上昇すると共に増加する。中間貯蔵部に対して蒸気になった前駆体が取り出されると、前駆体は、蒸発のせいで非常に素早く補給される。貯蔵容器内における前駆体の飽和蒸気圧は、略維持される。この飽和蒸気圧は、温度に極めて強く依存する（図２参照）ため、温度Ｔ１の僅かな変化により、圧力ｐ１を著しく変化させることができる。
【００１８】
中間貯蔵部内の圧力ｐ２がさらに低いことから中間貯蔵部内で前駆体が好適にガス状態でのみ存在するため、或る適した温度区間（Temperaturintervall）内での最大取り出し可能な質量流量は、中間貯蔵部の或る適した温度区間内でのより小さな温度Ｔ２によっては制限されない。この温度Ｔ２は、それゆえ温度Ｔ１とは無関係に選択することができ、しかも、中間貯蔵部ならびにこの中間貯蔵部に接続される装置は、より小さな温度Ｔ２に対する耐熱性さえ有していればよく、これにより、廉価な構成要素、例えば廉価な質量流量調節装置及びバルブを使用することが可能になる。中間貯蔵部の部分での保守作業または補修作業に対しては、かくして、中間貯蔵部、そして、それに接続された装置が冷えるまでの待ち時間が短縮されることになる。
【００１９】
さらに、大容量の中間貯蔵部が維持されねばならないこの温度Ｔ２がより低くなっていることが、エネルギーを節約する助けになっている。これに対して、貯蔵容器は、中間貯蔵部に比較して小さなサイズを想定でき、中間貯蔵部の加熱領域内に断熱された状態で組み込むことができる。
【００２０】
中間貯蔵部の温度Ｔ２は、中間貯蔵部内の第１の前駆体の最大分圧が、温度Ｔ２での中間貯蔵部内でのこの前駆体の飽和蒸気圧よりも低いように調整されるのが好ましい。これにより、第１の前駆体が中間貯蔵部内で凝縮しかつそこに取り残されることが避けられる。
【００２１】
圧力ｐ１が中間貯蔵部内の圧力ｐ２の１．５倍以上である場合、貯蔵容器と中間貯蔵部との間の圧力勾配が得られ、そこでは貯蔵容器と中間貯蔵部との間のつながりがブロックされるようになる。このとき、搬送速度は、この差圧（ｐ１−ｐ２）と、貯蔵容器と中間貯蔵部との間の導管接続部のコンダクタンスに陽に依存する。理想的にブロックされた流れの極端な場合では、最大の物質の流れは、単にｐ１、及びブロッキング部（Verblockung）（例えば導管端部又はバルブ開口部）における導通部分の開口面積によって決定される。
【００２２】
このようにブロッキングすることにより、前駆体蒸気が中間貯蔵部から貯蔵容器内へ、拡散により逆に入り込むこともまた同様に回避される。中間貯蔵部内で前駆体蒸気と他のガスとのガス混合物を使用する場合には、貯蔵容器内の前駆体が他のガスと混合することが回避される。
【００２３】
質量流量を調節するために、例えば中間貯蔵部と貯蔵容器との間にバルブを使用する場合、そのコンダクタンスは、質量流量が入口側の圧力ｐ１によってのみ左右され、しかも出口側の圧力ｐ２には無関係である（ブロッキングの条件）（Bedingungen der Verblockung）ように調整することができる。圧力ｐ１は、圧力ｐ２の２倍高いことが好ましい。
【００２４】
ガス供給装置の好ましい実施形態において、貯蔵容器と中間貯蔵部との間に調節供給装置が設けられている。この調節供給装置は、貯蔵容器から中間貯蔵部への質量流量の調節に使用される。この場合に、調節供給装置は、通常は、導通部分の開口面積を制限するためのノズル、開放及び閉鎖のためのバルブ、断面積を変更できる絞りバルブなどである。この調節供給装置は、貯蔵容器から中間貯蔵部への質量流量を制限するのに使用される。好ましくも、この調節供給装置は、例えば調節装置によって、中間貯蔵部内の圧力が一定圧力ｐ２を下回る場合には、質量流量を高め、かつ中間貯蔵部内の圧力がｐ２を上回る場合には、質量流量を減少させるように制御される。
【００２５】
この第１の調節供給装置は、一方で制御ユニット又はレギュレータによる制御を行なうことができ、他方で貯蔵容器と中間貯蔵部との間に流れる質量流量を測定できるように、制御可能な質量流量制御装置であることが好ましい。
【００２６】
ガス供給装置の他の実施形態によると、ガスは、第２の調節供給装置を介して中間貯蔵部からガス放出口へ放出される。これにより連続的にガスを中間貯蔵部から排出することができる。また、第２の調節供給装置は、中間貯蔵部内の圧力を一定に保持するために、圧力ｐ２を上回る場合に中間貯蔵部からガスを放出することができるように制御される。この放出口は、中間貯蔵部の排気及び洗浄のためにも同様に使用することができる。
【００２７】
第２の調節供給装置は、好ましくは絞りバルブとされていてもよく、斯かる絞りバルブの場合には、ガスの放出のための断面積が調整される。
【００２８】
他の実施形態によれば、ガス放出口は、真空ポンプ及び／又はコールドトラップと接続されている。この真空ポンプは、圧力勾配が生じてガスを排出することができるように、中間貯蔵部の圧力ｐ２を下回る圧力までガス放出口の排出側を排気する。また、真空ポンプとコールドトラップとを一緒に使用することができ、その結果、凝縮可能なガスは、コールドトラップで凍結し、凝縮可能でないガスは、真空ポンプから排出される。コールドトラップの使用により、前駆体を再利用するため、比較的蒸気圧が低い大抵の高価な前駆体を回収することができる。
【００２９】
ガス供給装置の特に好ましい実施形態の場合には、貯蔵容器と中間貯蔵部との間の第１のガス導管内へキャリアガスが供給される。このキャリアガスは、不活性ガス、第２の前駆体、又は第２の前駆体を含んだガス混合物とすることができる。キャリアガスは、ＣＶＤプロセスの場合には、より迅速に前駆体を成膜すべき対象物に搬送し、さらにそこから反応生成物又は不純物を搬出するのに用いられる。このキャリアガスは、かくして、より迅速にガス供給装置を通して第１の前駆体を搬送する。この場合、第１の前駆体とキャリアガスとを混合することによって、第１の前駆体の希釈を通して中間貯蔵部内の第１の前駆体の分圧が中間貯蔵部中の全圧ｐ２よりも減少するという付加的な有利な効果が得られる。これにより、中間貯蔵部の温度Ｔ２をさらに低下させることができる。というのも、前駆体の凝縮は、第１の前駆体の分圧にのみ依存して、中間貯蔵部内の全圧には依存しないためである。中間貯蔵部内の分圧を低下させることにより、温度Ｔ２は、さらに低下させることができる。この温度Ｔ２は、温度に依存する飽和蒸気圧が中間貯蔵部内の第１の前駆体の分圧を上回り、それにより凝縮が回避されるような下限に制限される。
【００３０】
本実施形態の場合には、中間貯蔵部内に混合物が貯蔵され、前駆体濃度（例えばモル分率）は、一定に調整される。これは、２つの流入するガス流（前駆体及び搬送ガス／反応ガス）の間の割合を一定に調節することにより保証される。貯蔵容器と中間貯蔵部との間に上記のブロッキング部（Verblockung）を置くことにより、一定圧力ｐ１において、貯蔵容器から中間貯蔵部への定められた質量流量が保証される。さらに、このブロッキング部により、ガス混合物が中間貯蔵部から貯蔵容器内へ拡散によって逆流するのを防ぐことができる。
【００３１】
キャリアガスの供給は、実際には第１の調節供給装置の下流側で行うため、この調節供給装置を通して流れる質量流量が前駆体しか含まず、調節供給装置を介した圧力勾配のゆえにキャリアガスが貯蔵容器内に流入しない。
【００３２】
他の実施形態の場合には、キャリアガスは、第３の調節供給装置を介して供給され、この装置は、好ましくは質量流量制御装置であるため、キャリアガスの質量流量が調節可能である。
【００３３】
特に好ましい実施形態の場合には、キャリアガスの質量流量は、貯蔵容器から中間貯蔵部への第１の前駆体の質量流量に応じて比例させて調節される。これにより、中間貯蔵部内では、比例因子によって予め与えられる第１の前駆体とキャリアガスとの混合比が決まる。中間貯蔵部内での一定の混合比によって、成膜装置への第１の前駆体の厳密に定められた供給が可能となり、これにより、ひいては均一な堆積速度が実現される。
【００３４】
酸化ニオブ薄膜を有する光学的に機能する薄膜を作るために、第１の前駆体は、Ｎｂ化合物、好ましくはＮｂＣｌ₅又はＮｂアルコラートとされ、キャリアガスは、好ましくはＯ₂とされる。例えばＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅交互多層膜を製造する場合、中間貯蔵部内においてＯ₂及びＮｂＣｌ₅のガス混合物を用いると、他のガスをキャリアガスとして使用する必要なく、Ｎｂ₂Ｏ₅薄膜の堆積のための反応ガスをそのまま使うことができる。
【００３５】
タンタルを含む薄膜に関しては、ＴａＣｌ₅又はＴａアルコラートを好適に使用することができる。チタン又はアルミニウムを含む薄膜に関しては、ＴＩＰＴ（チタン−イソプロピラート）又はＡｌＣｌ₃を好適に使用することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００３７】
図１のグラフの下方の曲線に、ＮｂＣｌ₅の飽和蒸気圧の温度に依存する推移が示されている。五塩化ニオブ（ＮｂＣｌ₅）は、示された温度範囲にわたり固体で存在し、この固体は、直接気相に昇華する。このグラフの下方の曲線は、固相との平衡状態における気相中のＮｂＣｌ₅の分圧が最大達成可能な飽和蒸気圧を表す。５０℃でこの飽和蒸気圧は、約０．０４ｍｂａｒである。この圧力は、ガス供給システムのパイプライン及びバルブを通して気体状態でのＮｂＣｌ₅の十分な質量流量を達成するためには小さすぎる。十分なガス量を提供するために、そして、このガス量を配管系を介して搬送するために、温度ならびにそれとともに飽和蒸気圧を高めなければならない。
【００３８】
図１の上方の曲線は、ＮｂＣｌ₅の割合が５％になるまでＮｂＣｌ₅が他のガスで希釈される場合に関して、最大限調整可能な全圧ないし絶対圧を示している。この全圧は、ＮｂＣｌ₅がこのガス混合物から凝縮を始めるＮｂＣｌ₅の飽和蒸気圧よりも約２０倍高い。
【００３９】
図２は、貯蔵容器２内に前駆体ＮｂＣｌ₅が貯蔵されているガス供給装置１を図示したものである。この前駆体の蒸発により、貯蔵容器２内では第１の圧力ｐ１が生じる。この貯蔵容器２は、第１のガス導管３を介して中間貯蔵部４に接続されている。この第１のガス導管３には、貯蔵容器２から見て順番に、第１の遮断バルブ５、及び質量流量制御装置６（ＭＦＣ）が配置されている。第１のガス導管３は、第１の遮断バルブ５によって貯蔵容器２から遮断され、その結果、この貯蔵容器２は、メンテナンス作業のため、あるいは前駆体ＮｂＣｌ₅を注ぎ足すためにガス供給装置１から取り出すことができる。
【００４０】
ガス供給動作中、第１の質量流量制御装置６は、貯蔵容器２から中間貯蔵部４への質量流量を測定して質量流量を所定の値に調整するために用いられる。
【００４１】
第１の遮断バルブ５と第１の質量流量制御装置６との間で、第１のガス導管３から他のガス導管が分岐しており、この他のガス導管は、第２の遮断バルブ７で遮断されている。遮断バルブ７が開放されかつ遮断バルブ５が開放される場合、貯蔵容器２は、ポンプ８により排気される。同様に、供給されたパージガス（この供給部分は、図示されていない）は、ポンプ８を介して排出される。
【００４２】
第１の質量流量制御装置６と、中間貯蔵部４との間に他の導管が第１のガス導管３内に開口している。この導管内に第２の質量流量制御装置９が配置されている。第２の質量流量制御装置９により、第１のガス導管３内へキャリアガス又は本実施形態においては酸素（Ｏ₂）とされた他の反応ガスが導入される。これにより、前駆体ＮｂＣｌ₅は、キャリアガスと混合され、中間貯蔵部４内に導入される。
【００４３】
第２のガス導管１０を介してこの中間貯蔵部４からガス又はガス混合物を取り出すことができ、ガス交換ステーション１１に供給することができる。中間貯蔵部４から出ると、第２のガス導管１０には、この第２のガス導管１０が堆積装置１４に至るまでの間に、第１の調節供給バルブ１２及び第３の遮断バルブ１３が配置されている。第３の遮断バルブ１３が開放された場合、第１の調節供給バルブ１２は、中間貯蔵部４と第１の調節供給バルブ１２の出口側との間に圧力差を生じさせる。
【００４４】
中間貯蔵部４からは、他のガス導管が絞りバルブ１５を介して引き出されており、前記他のガス導管は、ポンプ８に同様に接続されている。中間貯蔵部４内の圧力は、圧力センサ１６で測定される。この測定された圧力値は、圧力調節装置１７に供給され、この圧力調節装置は、絞りバルブ１５を制御する。この圧力調節装置１７は、中間貯蔵部４中の圧力を、所定の第２の圧力値ｐ２に維持する。中間貯蔵部４内の圧力が所定の第２の圧力値ｐ２を上回る場合、圧力調節装置１７は、絞りバルブ１５を開放しかつ過剰量のガスをポンプ８へ排出するように絞りバルブ１５を調節する。
【００４５】
ガス交換ステーション１１中には、第３の遮断バルブ１３の後方で第２のガス導管１０中へ別のガス導管から第４の遮断バルブ１８を介して選択的に別の堆積ガスを導入することができる。本実施形態においては、この別の堆積ガスは、ＳｉＯ₂薄膜を堆積するためのヘキサメチルジシロキサン／酸素−混合物（ＨＭＤＳＯ／Ｏ₂）とされている。こうして、遮断バルブ１３及び遮断バルブ１８の切り替えにより、（前駆体ＮｂＣｌ₅による）Ｎｂ₂Ｏ₅の堆積から、ＳｉＯ₂の堆積に切り替えられる。
【００４６】
ガス供給装置１は、２つの温度区域に区分されている。第１の温度区域は、貯蔵領域１９であり、この領域は、貯蔵容器２、第１の遮断バルブ５、第１のガス導管３の一部、第１の質量流量制御装置６、第２の遮断バルブ７並びに供給及び排出ガス導管の一部を有する。この貯蔵領域１９は、第１の温度Ｔ１に一定に保持される。この加熱は、通常の加熱技術によって行われる。この温度は、調整装置によって一定に保持されることが好ましい。第１の温度Ｔ１によって貯蔵容器内で第１の前駆体（この場合ＮｂＣｌ₅）の飽和蒸気圧ｐ１が生じる。貯蔵容器２と接続された部材の加熱によって貯蔵領域１９中での凝縮が回避される。
【００４７】
さらに、中間貯蔵領域２０は、第１のガス導管３の一部、中間貯蔵部４、第２のガス導管１０の一部、第１の絞りバルブ１２、圧力センサ１６、絞りバルブ１５、並びに場合によっては洗浄又は他のガスの供給のためのガス導管を有し、これらは、第２の温度Ｔ２に保持される。
【００４８】
本実施形態の場合、第２の質量流量制御装置９により酸素が第１のガス導管３内へ供給される。質量流量制御装置６および質量流量制御装置９の然るべき制御によって、第２の質量流量制御装置９が、第１の質量流量制御装置６に対して比例させられるようにして酸素のマスフローを導入するようになる。酸素のマスフローは、ＮｂＣｌ₅の質量流の１９倍である。これにより、中間貯蔵部４内において、ＮｂＣｌ₅ガス５％対酸素９５％の混合比が達成される。この中間貯蔵部は、４０ｍｂａｒの全圧に保持される。このとき、中間貯蔵部内のＮｂＣｌ₅の分圧は、約２ｍｂａｒであり、これは１２０℃で４ｍｂａｒの飽和蒸気圧を明らかに下回り（図１参照）、ＮｂＣｌ₅の凝縮が回避される。
【００４９】
第１の温度Ｔ１は２００℃に等しく、そのため、ＮｂＣｌ₅の飽和蒸気圧は、図１によると約１０５ｍｂａｒの値を有することになり、従ってｐ１は、大体１００ｍｂａｒあたりにある。このとき、貯蔵容器２と中間貯蔵部４との間で圧力差は２倍より大きくなり、これにより、貯蔵容器２から中間貯蔵部４内へのマスフローが保証される。
【００５０】
中間貯蔵部４内の圧力ｐ２の調整は、絞りバルブ１５によって行われる。質量流量制御装置において、その際一定の流量が調整される。これとは別に、ｐ２に対する圧力調整は、ポンプ８への絞りバルブ１５の或る固定調整された開口断面において、或る一定割合で質量流量制御装置６，９の質量流量を可変に制御することによっても行われる。
【００５１】
中間貯蔵部とガス交換ステーションとの間の第１の絞りバルブ１２を通してさらなる圧力低下が行われる。これによりＮｂＣｌ₅の分圧はさらに低下し、ガス交換ステーションの領域内の温度は、さらに低下させることができる。このとき、温度は７５℃であり、その結果、図１によるとＮｂＣｌ₅の最大分圧は、０．２５ｍｂａｒの値を有することができ、したがって、ガス混合物の全圧は、最大５ｍｂａｒとなる。こうして中間貯蔵部２０からガス交換ステーション１１まで、圧力は少なくとも８分の１に低下する。この圧力低下の際に、第１の絞りバルブ１２内で或るブロッキング（Verblockung）が起こる。つまり、この圧力低下の際に、第１の絞りバルブを通過する質量流量は、自身のコンダクタンスと中間貯蔵部４内の圧力ｐ２にだけ依存し、ガス交換ステーション１１中の圧力には依存しない。中間貯蔵部４からガス交換ステーション１１まで、そして、さらに堆積装置１４にまで一定の質量流量を維持するために、さらなる質量流量制御装置を設ける必要性は、このようにして無くなる。というのも、この質量流量は、一定に保持された圧力ｐ２及び調整された第１の絞りバルブのコンダクタンスによって決定されるからである。
【００５２】
ガス供給装置の他の実施形態においては、第１の質量流量制御装置６を第１の絞りバルブ１２に相当する絞りバルブに置き換えることもできる。なぜなら、ここでは貯蔵容器２と中間貯蔵部４との間の圧力低下が２倍より大きいからである。これにより高温−質量流量制御装置６は、好適な絞りバルブにより置き換えられる。
【００５３】
上記のガス供給装置１は、例えば、前駆体としてＮｂＣｌ₅及びキャリアガスとして酸素を使用する場合についてのみ述べられたが、蒸気圧が低い他の前駆体及び他のキャリアガスも同様に使用することができる。この前駆体の例は、ニオブエトキシド、三塩化アルミニウム、チタンイソプロポキシド、タンタルエトキシドである。貯蔵領域１９に対して設定すべき温度Ｔ１、中間貯蔵領域２０に対しての温度Ｔ２、およびガス交換ステーションに対しての温度Ｔ３は、各前駆体の飽和蒸気圧曲線を参照して、個々の濃度（モル分率）を考慮しながら決定することができる。
【００５４】
図３は、複数チャンバ成膜装置１４，１４´を示し、この成膜装置は、ガス交換ステーション１１を介してガス供給装置１９，２０；１９´，２０´から異なる２種の前駆体を交互多層膜の製造のために供給することができる。上述の図２中に付された符号は、図３中の同じ部材に対しても用いられる。
【００５５】
２つのガス供給装置１９，２０；１９´，２０´の機能は、概ね図２のガス供給装置１に一致し、異なるのは、貯蔵領域１９の温度Ｔ１及び中間貯蔵領域２０の温度Ｔ２が貯蔵容器２内の前駆体の温度依存性に対して最適化されており、かつ貯蔵領域１９´内の温度Ｔ４及び中間貯蔵領域２０´内の温度Ｔ５は、貯蔵容器２´内の第２の前駆体の蒸気圧の温度依存性の推移に対して最適化されていることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＮｂＣｌ₅前駆体の飽和蒸気圧の温度依存性を示すグラフである。
【図２】 ガス供給装置の実施形態を、ガス交換ステーションならびにＣＶＤ堆積装置とともに示す図である。
【図３】 ガス交換ステーションを介して相互に接続された２つの成膜装置を備えた２つのガス供給装置の組み合わせを示す図である。
【符号の説明】
１・・・ガス供給装置
２・・・貯蔵容器
３・・・第１のガス導管
４・・・中間貯蔵部
５・・・第１の遮断バルブ
６・・・第１の質量流量制御装置（第１の調節供給装置）
７・・・第２の遮断バルブ
８・・・ポンプ
９・・・第２の質量流量制御装置（第３の調節供給装置）
１０・・・第２のガス導管
１１・・・ガス交換ステーション
１２・・・第１の絞りバルブ
１３・・・第３の遮断バルブ
１４・・・堆積装置
１５・・・絞りバルブ（第２の調節供給装置）
１６・・・圧力センサ
１７・・・圧力調節装置
１８・・・第４の遮断バルブ
１９・・・貯蔵領域
２０・・・中間貯蔵領域

Claims (23)

1. 蒸気圧が低い第１の前駆体用の貯蔵容器（２）と、蒸気状態の前記第１の前駆体を中間貯蔵するための中間貯蔵部（４）と、前記貯蔵容器（２）と前記中間貯蔵部（４）との間の第１のガス導管（３）と、前記中間貯蔵部（４）からガスを取り出すために前記中間貯蔵部（４）に設けられた第２のガス導管（１０）と、前記貯蔵容器（２）と前記中間貯蔵部（４）との間に設けられ、前記貯蔵容器（２）から前記中間貯蔵部（４）への質量流量を調節するための第１の調節供給装置（６）とを備え、
   前記前駆体を有する前記貯蔵容器（２）は、第１の温度Ｔ１に保持され、前記中間貯蔵部（４）は、第２の温度Ｔ２及び前記貯蔵容器（２）内の圧力ｐ１よりも低い一定圧力ｐ２に保持されるように構成された、蒸気圧の低い前駆体用のガス供給装置、特にＣＶＤ成膜装置用のガス供給装置において、
   前記第１の温度Ｔ１が前記第２の温度Ｔ２よりも高いように構成されていることを特徴とする蒸気圧の低い前駆体用のガス供給装置。
2. 前記中間貯蔵部（４）内の温度Ｔ２は、前記第１の前駆体の飽和蒸気圧が前記中間貯蔵部（４）内の前記第１の前駆体の分圧よりも高いように調整されていることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
3. 前記貯蔵容器（２）内の前記第１の前駆体の圧力ｐ１が飽和蒸気圧であり、前記第１の前駆体は、液体の相と気体の相との間、又は固体の相と気体の相との間の平衡状態に置かれていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガス供給装置。
4. 前記貯蔵容器（２）の温度Ｔ１は、前記貯蔵容器（２）内の前記第１の前駆体の前記圧力ｐ１が、前記圧力ｐ２の１．５倍〜１０倍とされるように調整されていることを特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
5. 前記圧力ｐ１は、前記圧力ｐ２のほぼ２倍とされていることを特徴とする請求項４記載のガス供給装置。
6. 前記第１の調節供給装置（６）は、制御可能な質量流量制御装置とされていることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
7. 前記中間貯蔵部（４）は、第２の調節供給装置（１５）を介してガス排出部に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載のガス供給装置。
8. 前記第２の調節供給装置（１５）は、絞りバルブとされていることを特徴とする請求項７記載のガス供給装置。
9. 前記ガス排出部は、真空ポンプ（８）及び／又はコールドトラップに接続されていることを特徴とする請求項７又は請求項８記載のガス供給装置。
10. 前記中間貯蔵部（４）内の一定圧力ｐ２は、前記第２の調節供給装置（１５）によって調整されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項記載のガス供給装置。
11. 前記貯蔵容器（２）と前記中間貯蔵部（４）との間の前記第１のガス導管（３）内にキャリアガスが導入可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項記載のガス供給装置。
12. 前記第１の調節供給装置（６）と前記中間貯蔵部（４）との間の前記第１のガス導管（３）内に、前記キャリアガスが導入可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項記載のガス供給装置。
13. 前記キャリアガスは、第３の調節供給装置（９）を介して導入されるように構成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載のガス供給装置。
14. 前記第３の調節供給装置（９）は、質量流量制御装置とされていることを特徴とする請求項１３記載のガス供給装置。
15. 一定の前記圧力ｐ２は、前記第２の調節供給装置（１５）が一定の開口面積であるときに、前記第１の調節供給装置（６）ならびに前記第３の調節供給装置（９）の質量流量によって調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１３又は請求項１４記載のガス供給装置。
16. 前記キャリアガスの質量流量は、前記貯蔵容器（２）から前記中間貯蔵部（４）への前記第１の前駆体の質量流量に比例するように構成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項記載のガス供給装置。
17. 前記前駆体は、Ｎｂ化合物、Ｔａ化合物、Ｔｉ化合物、又はＡｌ化合物とされていることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項記載のガス供給装置。
18. 前記Ｎｂ化合物は、ＮｂＣｌ_５又はＮｂエトキシドとされていることを特徴とする請求項１７記載のガス供給装置。
19. 前記Ｔａ化合物は、ＴａＣｌ_５又はＴａエトキシドとされていることを特徴とする請求項１７記載のガス供給装置。
20. 前記Ａｌ化合物は、ＡｌＣｌ_３とされていることを特徴とする請求項１７記載のガス供給装置。
21. 前記Ｔｉ化合物は、ＴＩＰＴ（チタン−イソプロピラート）とされていることを特徴とする請求項１７記載のガス供給装置。
22. 前記キャリアガスは、不活性ガス、第２の前駆体、又は第２の前駆体を含む混合物とされ、このとき、このキャリアガスのそれぞれは、標準状態下でガス状とされていることを特徴とする請求項１１から２１のいずれか１項記載のガス供給装置。
23. 前記キャリアガスは、酸素とされているか、あるいは、酸素を含有していることを特徴とする請求項２２記載のガス供給装置。

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