JP5166946B2 - ソースガス供給装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学蒸着法による薄膜蒸着時に、固体原料の流量を調節するソースガス供給装置及び方法に関するものである。より詳細には、本発明は、化学蒸着法による薄膜蒸着時に、蒸着チャンバー内に流入するソースガスの圧力を正確に制御して、蒸着チャンバー内の蒸着圧力を効果的に調節することができるソースガス供給装置及び方法に関するものである。

半導体素子や集積回路の製作においては、多様な種類の薄膜の蒸着が行われる。薄膜蒸着方法には、大きく分けると、物理的蒸着法（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）と化学的蒸着法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）がある。

このうち、化学蒸着法は、蒸着させようとする薄膜物質をウエハー表面にガス状で供給し、ガスの反応によってウエハー表面に薄膜を蒸着させる方法である。この化学蒸着法は、材料の選択によって様々な薄膜を形成することが可能であり、比較的簡単な工程で大量の作業を処理することが可能であるという長所を有するので、幅広く使用されている。また、化学蒸着法は、微細薄膜層の形成が容易であるので、半導体素子の絶縁層及び能動層、液晶表示素子の透明電極、電気発光表示素子の発光層及び保護層などの、多様な分野に適用することが可能であるという長所がある。

化学蒸着法の場合、蒸着圧力は、蒸着させようとする薄膜物質の原料を供給するソースガス供給装置から蒸着チャンバーに供給されるソースガスの流量（すなわち、ソースガスの圧力）に直接的に影響を受ける。したがって、ＣＶＤにおいて蒸着圧力を適切に制御するためには、なによりもソースガス供給装置におけるソースガスの圧力を正確に調節しなければならない。ソースガスの圧力調節は、蒸着速度を高精度かつ一定に調節する必要がある場合は、特に重要である。

図１は従来のソースガス供給装置の構成を示す略図である。従来のソースガス供給装置は、ソース物質１２を加熱してソースガスを生成するソース物質蒸発部１１、ヒーター１３、及び搬送ガス供給部１４を備えて構成される。一般にソース物質は常温では固体の粉末状で存在するので、ソース物質をソースガス化するためにはソース物質を常温以上に加熱しなければならない。このとき、ヒーター１３がソース物質を加熱する役割を果たす。また、ソースガスは，比重が大きいため移動度が小さい。そのため、ソースガスの蒸着チャンバーへの移動を円滑にするために、搬送ガスを利用している。一般に、搬送ガスとしては、不活性であり。ソースガスの蒸着チャンバーへの移動を容易にする、高純度のアルゴン、ヘリウム、窒素などを使用することができる。

しかし、上述したような従来のソースガス供給装置には、次のような問題点がある。

第１に、ソース物質蒸発部１１に残っているソース物質１２の量によってソース物質１２の蒸発量が変わるため、ソースガスの圧力を正確に調節することができない。

第２に、加熱によりソース物質１２に揮発及び凝縮の過程が繰り返されることによって、ソース物質１２の揮発表面に凹凸が形成される。形成される凹凸の断面は継続的に変化するため、ソース物質の表面積は変化し続ける。そのため、ソース物質１２の表面から発生するソースガスの蒸発量が変わるので、ソースガスの圧力を正確に調節することができない。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、化学蒸着工程時に、蒸着圧力を正確に調節することができるソースガス供給装置及びソースガス供給方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明に係るソースガス供給装置は、化学蒸着法による薄膜蒸着時に使用されるソースガス供給装置であって、ソースガスの原料であるソース物質を貯蔵するソース物質貯蔵部と、前記ソース物質を加熱してソースガスを生成するソース物質蒸発部と、前記ソース物質貯蔵部に貯蔵されているソース物質を前記ソース物質蒸発部に供給するソース物質供給管と、前記ソース物質供給管の経路上に設けられ、前記ソース物質蒸発部に所定量のソース物質が供給されるように制御するソース物質制御部とを備えることを特徴とする。

前記ソース物質蒸発部は、ヒーターを含むことが好ましい。

前記ソース物質制御部は、１バッチの化学蒸着工程に必要な量だけのソース物質が前記ソース物質蒸発部に供給されるようにすることが好ましい。

あるいは、前記ソース物質制御部は、２バッチ以上の複数バッチの化学蒸着工程に必要な量だけのソース物質が前記ソース物質蒸発部に供給されるように制御することが好ましい。

前記ソース物質蒸発部は、当該ソース物質蒸発部に流入したソース物質を均一に分散させる手段を有することが好ましい。

前記分散手段は、円錐状体であることが好ましい。

さらに、前記ソース物質蒸発部は、前記ソース物質供給部より低い位置に設けられることが好ましい。

また、前記ソースガスを蒸着チャンバーに搬送する搬送ガスを供給する搬送ガス供給部をさらに含むことが好ましい。

本発明の他の態様に係るソースガス供給方法は、１バッチの化学蒸着工程に必要な量のソース物質だけを加熱して発生させたソースガスを蒸着チャンバーに供給することを特徴とする。

本発明に係るソースガス供給装置及び方法によれば、化学蒸着工程時にソースガスの圧力及び蒸着圧力を正確、且つ一定に調節することができるという効果がある。

以下、添付した図面を参照して本発明の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置１００の構成を示す略図である。

図２に示すように、ソースガス供給装置１００は、基本的に、化学蒸着工程によって形成するフィルムの原料であるソース物質２２を貯蔵するソース物質貯蔵部２０と、ソース物質２２をソースガス化させるソース物質蒸発部３０とを備えている。

ソース物質貯蔵部２０に貯蔵されているソース物質２２をソース物質蒸発部３０に供給するために、ソース物質貯蔵部２０とソース物質蒸発部３０との間はソース物質供給管４０によって連結されている。ソース物質供給管４０の経路上には、ソース物質供給管４０を通過するソース物質の量を制御するソース物質制御部４２が設けられる。また、図示しないが、ソース物質制御部４２はソース物質の供給量を調節するための弁を含むことができる。

ソース物質制御部４２は、ソース物質貯蔵部２０からソース物質蒸発部３０にソース物質２２が供給されるときに、供給の可否を決定してソース物質の供給を選択的に行う役割を果たす。具体的には、ソース物質制御部４２を開放することにより１バッチの化学蒸着工程に必要な量に該当するソース物質３２が供給され、供給後は閉鎖されるように構成されることが好ましい。供給量は、必ずしも１バッチの量だけに限定される必要はなく、場合によっては２バッチ以上の複数バッチに必要な量のソース物質をソース物質蒸発部に供給することも可能である。

ソース物質蒸発部３０の内部には、ソース物質蒸発部３０に流入したソース物質３２を均一に分散させるための分散手段３４が設けられる。分散手段３４は円錐形状を有し、分散手段３４の上側の頂点がソース物質蒸発部３０の上側に連結されるソース物質供給管４０と対向するように配置されることが好ましい。したがって、ソース物質供給管４０を通じて供給されたソース物質３２がソース物質蒸発部３０の内部に落下したときは、図２に示すように、落下したソース物質３２は分散手段３４の上側の頂点に衝突した後、分散手段３４の側面に沿って分散する。

したがって、本発明の構成によれば、１バッチの化学蒸着工程が終わると、ソース物質蒸発部３０内のソース物質３２は全てソースガス化される。そして、次のバッチの化学蒸着工程のために、ソース物質貯蔵部２０から新たにソース物質の供給を受ける。

また、前述したようなソース物質の供給が円滑に行われるようにするためには、ソース物質蒸発部３０をソース物質貯蔵部２０よりも低い位置に設けて、ソース物質供給管４０を通じて供給されるソース物質が重力により自由落下するように構成することが好ましい。ただし本発明は、必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、ソース物質貯蔵部からソース物質蒸発部に、ガスによってソース物質を供給するように構成すれば、ソース物質貯蔵部は任意の位置に配置することができる。具体的には、ソース物質貯蔵部をソース物質蒸発部よりも低い位置に設けて、ガスによってソース物質をソース物質貯蔵部からソース物質蒸発部へ搬送するように構成することができる。

ソース物質３２をソースガス化するために、ソース物質蒸発部３０の外側面と下部面には、電熱線などを利用して構成されるヒーター３６が設けられる。

また、ソースガス供給装置１００は、ソースガスを円滑に移動させるための搬送ガスが貯蔵される搬送ガス供給部５０を含むことができる。一般に、搬送ガスとしては、不活性であり、ソースガスの蒸着チャンバーへの移動を容易にする、高純度のアルゴン、ヘリウム、窒素などを使用することができる。当然のことながら、ソースガスの移動度が十分である場合は搬送ガスを使用する必要はないので、搬送ガス供給部５０を設ける必要はなくなる。

このように、本発明に係るソースガス供給装置１００によれば、１バッチの化学蒸着工程に必要な量だけのソース物質をソースガス化して蒸着チャンバーに供給することができる。このことにより、ソース物質蒸発部に残っているソース物質の量や表面積によってソースガスの圧力が一定でないという問題点を解決することができるので、化学蒸着工程時の蒸着圧力を正確に調節することが可能となる。

以上、本発明の実施例を説明したが、特許請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、その形態や細部に種々の変更がなされても良いことは明らかである。

本発明に係るソースガス供給装置及び方法によれば、化学蒸着工程時にソースガスの圧力及び蒸着圧力を正確に且つ一定に調節することができる。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。

従来のソースガス供給装置の構成を示す略図である。 本発明の一実施形態に係るソースガス供給装置の構成を示す略図である。

符号の説明

２０ ソース物質貯蔵部
３０ ソース物質蒸発部
４０ ソース物質供給管
５０ 搬送ガス供給部
１００ ソースガス供給装置

Claims (7)

1. 化学蒸着法による薄膜蒸着時に使用されるソースガス供給装置であって、
   ソースガスの原料であるソース物質を貯蔵するソース物質貯蔵部と、
   前記ソース物質を加熱してソースガスを生成するソース物質蒸発部であって、該ソース物質蒸発部に流入したソース物質を均一に分散させる手段である円錐形状部を備え、前記ソース物質は、加熱によりソースガス化される前は固体である、該ソース物質蒸発部と、
   前記ソース物質貯蔵部に貯蔵されているソース物質を前記ソース物質蒸発部に供給するソース物質供給管であって、該ソース物質供給管の前記ソース物質蒸発部内の出口は、前記円錐形状部の頂点に対向する、該ソース物質供給管と、
   前記ソース物質供給管の経路上に設けられ、前記ソース物質蒸発部に、次の化学蒸着工程で使用される量のソース物質が供給されるように制御するソース物質制御部とを備え、これによって次の化学蒸着工程が終わると、前記ソース物質蒸発部内のソース物質はすべてソースガス化されることを特徴とするソースガス供給装置。
2. 請求項１に記載のソースガス供給装置であって、
   前記ソース物質蒸発部は、ヒーターを含むことを特徴とするソースガス供給装置。
3. 請求項１に記載のソースガス供給装置であって、
   前記ソース物質制御部は、１バッチの化学蒸着工程に必要な量だけのソース物質が前記ソース物質蒸発部に供給されるよう制御することを特徴とするソースガス供給装置。
4. 請求項１に記載のソースガス供給装置であって、
   前記ソース物質制御部は、２バッチ以上の複数バッチの化学蒸着工程に必要な量だけのソース物質が前記ソース物質蒸発部に供給されるよう制御することを特徴とするソースガス供給装置。
5. 請求項１に記載のソースガス供給装置であって、
   前記ソース物質蒸発部は、前記ソース物質供給管より低い位置に設けられることを特徴とするソースガス供給装置。
6. 請求項１に記載のソースガス供給装置であって、
   前記ソースガスを蒸着チャンバーに搬送する搬送ガスを供給する搬送ガス供給部をさらに含むことを特徴とするソースガス供給装置。
7. 請求項１に記載のソースガス供給装置を使用してソースガスを供給する方法であって、
   １バッチの化学蒸着工程に必要な量のソース物質だけを加熱して発生させたソースガスを蒸着チャンバーに供給することを特徴とするソースガス供給方法。

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