JPH1018041A

JPH1018041A - 液体原料気化装置

Info

Publication number: JPH1018041A
Application number: JP19146096A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Horie; 邦明堀江; Tsutomu Nakada; 勉中田; Yuji Araki; 裕二荒木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高誘電体あるいは強誘電体の素材となる複雑
な気化特性を持つような液体原料を効率良く気化すると
ともに、微少量を精度良く制御し、気化装置内や配管内
の詰まりを防止できるようなコンパクトな気化装置を提
供する。【解決手段】液体原料Ｌを保持し、加熱して気化する
加熱面を有する加熱部材１と、加熱面に対向してかつ該
面に沿って相対移動自在に配置され、相対移動によって
加熱面上の液体原料Ｌを均し広げるブレード１２と、加
熱部材１を液体原料Ｌの気化温度以上に加熱する加熱手
段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液体を原料
とする薄膜気相成長装置に用いる気化装置に係り、特
に、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の高誘電体あ
るいは強誘電体薄膜材料を気化させるのに好適な液体原
料気化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のために必要
な大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜として、誘電率
が１０以下であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、誘
電率が２０程度である五酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅）薄膜
に替わって、誘電率が３００程度であるチタン酸バリウ
ム（ＢaＴiＯ₃）、あるいはチタン酸ストロンチウム
（ＳrＴiＯ₃）又はこれらの混合物であるチタン酸バリ
ウムストロンチウム等の金属酸化物薄膜材料が有望視さ
れている。このことは、強誘電体材料においても同様で
ある。

【０００３】ところで、このような素材の成膜を行なう
方法として化学気相成長（ＣＶＤ）が有望とされてお
り、この場合、最終的に反応槽内で原料ガスを被成膜基
板に安定的に供給する必要がある。原料ガスは、常温で
固体のＢａ（ＤＰＭ）₂，Ｓｒ（ＤＰＭ）₂などを液状
化し、さらに気化特性を安定化するために有機溶剤（酢
酸ブチル、ＴＨＦなど）を混合させたものを加熱して気
化するようにしている。

【０００４】ところで、上記のような高誘電体あるいは
強誘電体の原料ガスを安定的に気化させるのは非常に困
難である。これは、これらの原料の気化温度と分解温
度が接近している、気化温度と有機溶剤の気化温度に
差がある、蒸気圧が非常に低い、などの理由による。

【０００５】例えば、Ｂａ（ＤＰＭ）₂，Ｓｒ（ＤＰ
Ｍ）₂を酢酸ブチル中に溶解した液体原料では、溶剤の
液相範囲は図９のａの領域であり、原料の液相範囲はａ
＋ｃである。従って、領域ａの原料を気化させるために
領域ｃを通過する際に、溶剤のみが気化して原料が析出
し、通路を塞いだり、濃度変化による品質悪化を招くの
で、気化の際は液体原料を一気に高温領域に持っていく
必要がある。このような気化装置として、液体原料をス
プレーノズルや超音波振動子によって一旦霧化し、これ
を高温度領域に送ってガス化する技術が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、原料の供給
量は成膜の種類によっても異なるが、かなり微速度で行
なう場合もある。上記のような材料であると、原料を必
要量以上気化すると後処理が困難となり、配管詰まりや
品質の低下、歩留まりの低下につながる。従って、気化
装置においては微少量までの制御を行なう必要がある。

【０００７】しかしながら、上記のような従来の技術に
おいては、スプレーノズルのオリフィス部で原料が詰ま
りやすいので一定量の液体原料を霧化するのが難しく、
さらに、霧の粒径が供給原料量に依存するので、気化性
能が不安定となって濃度が変動してしまう。しかも、ス
プレーノズルを用いて霧化する場合は、かなりの高圧で
キャリアガスを送るので微少量を霧化するのが困難であ
り、また、超音波振動子を用いる場合、気化温度に近い
高温に耐える素材を見つけることが困難で、安定した気
化を行なうことができない。

【０００８】さらに、液体原料を一旦霧化した後に加熱
し気化するので、広い加熱空間が必要で装置が大きくな
ってしまうばかりでなく、原料の滞留が生じて、原料が
変質したり、原料供給の制御性が劣ってしまうという問
題があった。

【０００９】この発明は、高誘電体あるいは強誘電体の
素材となる複雑な気化特性を持つような液体原料を効率
良く気化するとともに、微少量を精度良く制御し、気化
装置内や配管内の詰まりを防止できるようなコンパクト
な気化装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、液体原料を保持する保持面と、上記保持面に対向し
てかつ該面に沿って相対移動自在に配置され、相対移動
によって上記保持面上の液体原料を均し広げる均し部材
と、上記保持面及び／又は均し部材を液体原料の気化温
度以上に加熱する加熱手段とを有することを特徴とする
液体原料気化装置である。

【００１１】上記のような構成により、液体原料は保持
面上で均し部材により均し広げられる。つまり、均し部
材の進行方向後方に薄い液体膜が形成され、これが加熱
手段により加熱されるので、迅速に気化される。一方、
均し部材によって前方に押された液体原料は撹拌作用を
受け、内部で気化した気泡等が強制的に排除されるの
で、良好な熱伝導が維持されて気化が促進される。液体
原料は、加熱して気化を行なう部分へ液体状態で供給さ
れるので、微少な流量の制御も容易に行なうことができ
る。

【００１２】均し部材は、通常、上下方向に延びるブレ
ード状とし、下端にエッジを形成する。均し部材は、例
えば、取付部材に複数を取り付ける構成とする。取付部
材を所定温度に保持する取付部材加熱手段を設けてもよ
い。この場合、取付部材を気化温度以上として気化を促
進させることができ、逆に低温にして中途半端な原料加
熱を防止することもできる。

【００１３】複数の均し部材は、取付部材に径方向に延
びるように、つまり放射状に配置するのが好ましいが、
螺旋状に形成し、回転に伴って液体を外側に押し出すよ
うな構成としてもよい。螺旋状とした場合には、回転方
向によって、液体を外方に送り出すか、あるいは逆に内
方に戻すようにするかのいずれをも選択することができ
る。

【００１４】液体原料供給は、通常保持面に対向する側
から行なう。これにより、原料が低温のままで供給でき
るので、変質を防止することができる。保持面に液体原
料を供給する位置を保持面の中心から偏らせることで、
均し部材との相対回転による遠心力で液体原料が外周側
に広げることができる。

【００１５】一方、加熱部材に上記保持面に液体原料を
供給する供給路を設けてもよく、供給ルートが複雑にな
らず、均し部材の動きとも干渉しない。この場合、供給
路に加熱部材から熱影響を及ぼさないような手段をとる
のが望ましい。

【００１６】請求項２に記載の発明は、上記保持面は平
板又は回転体面であることを特徴とする請求項１に記載
の液体原料気化装置である。この場合は、均し部材を保
持面に対して周方向に回転自在とすることで、狭いスペ
ースで両者の相対移動を行って効率良く気化することが
できる。保持面を平板とするのが一般的であるが、円錐
面、球面等の任意の断面形状を状況に応じて用い、床面
積を減少させたり、液体移動を加速したりすることがで
きる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、上記保持面と均
し部材の下端との距離を０．４ｍｍ以下に設定したこと
を特徴とする請求項１に記載の液体原料気化装置であ
る。保持面上の液体の膜厚が大きい場合には、加熱面に
接している側は瞬時に気化するが、加熱面から遠い側は
充分な熱が伝わらず、沸点の低い溶剤（酢酸ブチルな
ど）のみが気化し、気化熱を奪われて液体原料の温度が
下がってしまう。これにより、液体原料の円滑な気化が
行われず、保持面上に残留することがある。このような
傾向は液体膜厚が０．４ｍｍを超えると顕著となる。な
お、保持面と均し部材の間隔は狭い方が良く、好ましく
は０．３ｍｍ以下に設定する。

【００１８】請求項４に記載の発明は、上記均し部材の
下端には、進行方向前側及び／又は後側に、所定角度の
傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の液体原料気化装置であるので、前側においては液体
原料を円滑に保持面に導き、後側においては気化した原
料ガスを迅速に排除して気化効率を向上させることがで
きる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、上記保持面に液
体原料を供給する供給路が該保持面の中心から偏った位
置に開口して設けられていることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の液体原料気化装置であるの
で、回転に伴う遠心力により液体原料が保持面に迅速に
拡げられる。この偏りの程度が大きい程迅速に拡げられ
るが、液体状態のままで保持面外周に達しない程度に、
液体の粘性や保持面と均し部材の相対回転速度等を考慮
して最も適当な値に設定する。

【００２０】請求項６に記載の発明は、上記均し部材の
下端に、上記保持面に対向する均し面が形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の
液体原料気化装置である。液体原料の表面張力が大きい
場合には、この均し面により液体原料を加熱部材面に強
制的に押しつけて均し拡げる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照してこの
発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は、本発明
の第１の実施の形態の液体原料気化装置を示すもので、
気密空間である気化室Ｃの底部を構成する円板状の加熱
部材１と、気化室Ｃ内の加熱部材１の上方に所定間隔離
間してかつ水平面内で回転自在に配置された円板状の均
し部材取付部材２とを有している。気化室Ｃは、加熱部
材１、天板３及び側壁４により構成されている。

【００２２】加熱部材１は、上面に供給された液体原料
を加熱気化するもので、これには上面の中心をやや外れ
た位置に開口部５ａを有する液体原料導入路５が上下に
貫通して設けられ、他端は原料配管（図示せず）に接続
されている。加熱部材１の内部には、オイル供給口６、
オイル吐出口７を有する加熱ジャケット８が備えられて
いる。

【００２３】取付部材２は、天板３の上側の外筒９内に
上下一対の軸受１０ａ，１０ｂにより回転自在に支持さ
れた回転軸１１の下端に取り付けられている。取付部材
２の下面には、加熱部材１に向かって延びる板状のブレ
ード（均し部材）１２が複数放射状に等間隔に配置され
て設けられている。

【００２４】このブレード１２は、この例では、図３に
示すように、その１本の長いブレード１２ａが直径全長
に亘って延び、他の短いブレード１２ｂは中心から所定
距離離れた位置から外周方向に向かって延びており、こ
の長いブレード１２ａによって原料導入路５の開口部５
ａから供給された液体原料を外方向へ移動させ、さらに
他のブレード１２ｂで加熱部材１上に均して広げるよう
になっている。取付部材２の内部には、取付部材２及び
ブレード１２を例えば２５０±５℃に加熱するヒータ１
３が内蔵されている。

【００２５】各ブレード１２の下端は、図４（ａ）に示
すように、進行方向前面（すくい面）１４ａが水平面に
対してなす角度（α：すくい角）が９０度で、後面（逃
げ面）１４ｂが水平面となす角度（β：逃げ角）が鋭角
であり、尖ったエッジ１４を持って形成されている。こ
のブレード１２のエッジ１４と加熱部材１の上面との距
離Ｓは、液体原料の特性や供給量によっても変わるが、
例えば０．１ｍｍに設定されている。

【００２６】回転軸１１の上部には、従動プーリ１５が
固着されているとともに、この従動プーリ１５とモータ
１６（図２参照）の駆動で回転する駆動プーリ１７との
間に無端歯付ベルト１８が掛け渡されており、これによ
って、モータ１６の駆動に伴って、回転軸１１が、例え
ば３０〜１８００ｒｐｍで回転するようになっている。
更に、回転軸１１の上端には、ヒータ１３の電源を供給
するためのスリップリング２０が取付けられている。

【００２７】気化室Ｃを形成する加熱部材１、天板３及
び側壁４の接合部には、気化室Ｃを気密に保つためのシ
ールリング２１・・が配置されている。また、回転軸１
１の下端部には、外側の固定板２２と回転軸１１に取り
付けた回転板２３の間に構築されたラビリンスシール２
４ａ，２４ｂが２段設けられており、外筒９の下部に
は、２つのラビリンスシール２４ａ，２４ｂの間の空間
２５にアルゴンガス等の不活性ガスを導入するガス導入
口２６が設けられている。

【００２８】更に、外筒９の上下の軸受１０ａ，１０ｂ
の間の空間には一対のオイルシール２７ａ，２７ｂが設
けられ、外筒９には、２つのオイルシール２７ａ，２７
ｂの間の空間２９に冷却水を流通させる注入口３０と排
出口３１が設けられている。更に、下方に位置する軸受
１０ｂとオイルシール２７ｂとの間の空間３２は、外筒
９に設けられた吸引口３３から真空吸引されるようにな
っている。この液体原料気化装置は、天板３を架台３４
上にボルト等で固定されて設置されている。

【００２９】以下、このように構成された液体原料気化
装置の作用を説明する。液体原料導入路５の開口部５ａ
から加熱部材１の上面に供給された液体原料Ｌは、モー
タ１６の駆動による取付部材２の回転に伴い、まず、長
いブレード１２ａによって原料導入路５の開口部５ａか
ら外方向へ移動し、さらに他のブレード１２ｂで加熱部
材１上に均される。このように、液体原料Ｌがブレード
１２によって均され、広げられことによって、液体原料
Ｌが加熱部材１上に薄い膜を形成するので、加熱により
迅速に気化する。

【００３０】この気化過程をさらに詳しく説明する。も
し、液体原料Ｌが加熱部材１の上面に液滴状に保持され
ると、図４（ｂ）に示すように、加熱部材１上面近傍に
位置する一部が気化して気泡（原料ガス）Ｇが生じる。
加熱部材１は気化熱を奪われて一時的に冷却されるの
で、連続的な気化が起きにくく、この気泡Ｇはすぐには
排出されずに残る。すると、気泡Ｇの近傍の液体原料へ
の熱伝導量は少なくなって、原料は中途半端に加熱さ
れ、図９のｃの状態になって分離してしまう。

【００３１】液滴がブレード１２によって均されると、
図４（ａ）に示すように、ブレード１２が気泡Ｇを壊
し、加熱部材１と液体原料Ｌとの間に溜まった原料ガス
Ｇは加熱部材１の後方から逃げ面１４ｂに沿って抜け出
す。また、液体原料Ｌはブレード１２のすくい面１４ａ
により押されて図中矢印で示すように回転しながら加熱
部材１上の新たな面に送られ、高温で加熱されて瞬時に
気化する。従って、図９に示す領域ｃを瞬時に通過して
気化領域ｂの点Ｙに移行し、溶剤のみが気化して金属元
素が析出するなどの事態の発生が防止される。気化した
原料ガスは、さらに、ブレード１２による遠心ポンプ作
用により、ブレード１２の間のガス通路３５を通って外
方に排出される。

【００３２】なお、ブレード１２の形状やエッジ１４と
加熱部材の距離Ｓ等は条件に合わせて適宜設定されるも
ので、例えば、図５はブレード１２の断面形状を変えた
他の例を示す。同図（ａ）は、すくい角αを鋭角として
液体原料Ｌをすくい面１４ａにより前方に押し出すよう
にしたもの、（ｂ）はαを鈍角として液体原料を上方に
持ち上げるようにしたもの、（ｃ）はすくい面１４ａを
曲面にして滑らかに持ち上げるようにしたものである。

【００３３】また、図６は、均し部材１２の下端に進行
方向に所定の長さｌの均し面１４ｃを設けたものであ
る。この例は、液体原料の表面張力がある程度大きい場
合に、底面１４ｃで液体原料を加熱部材１面に押しつけ
て強制的に薄膜とするものである。この均し面１４ｃに
多少の傾斜を形成するようにしてもよい。また、この例
では、均し部材１２は螺旋状に形成されている。従っ
て、気化しやすい原料の場合は、取付部材２を液体を外
方に送り出すような方向に回転させ、気化しにくい原料
の場合は逆方向に回転させて保持時間を稼ぐようにす
る。

【００３４】図７は、加熱部材１の加熱ジャケット８の
他の構成を示すもので、内部に螺旋状に延びる２本の隔
壁３６がその間に外周から中心を往復する流路を形成す
るように設けられている。従って、この隔壁３６に沿っ
て加熱オイルが交互に流れ、加熱部材１の全面を均一に
加熱するようになっている。

【００３５】図８は、加熱部材と取付部材との相対移動
を取付部材を一方向に移動させて行うようにした本発明
の他の実施の形態を示すものである。すなわち、平面状
の加熱部材４１に沿って、可撓性を有する無端状に延び
る帯状体を一対のプーリ４０，４０間に掛け渡して取付
部材４２を構成するとともに、この取付部材４２に長さ
方向所定のピッチでブレード４３を取り付けたものであ
る。これにより、プーリ４０を回転させることにより、
取付部材４２が加熱部材４１に沿って一方向に巡回走行
するように構成されている。

【００３６】ブレード４３は、取付部材４２の走行方向
に直交する方向に配置して良いが、中央部が走行方向に
沿って上流側に突出する「ハ」の字状に配置することに
より、原料ガスの排出をよりスムーズに行うようにする
こともできる。

【００３７】なお、上記実施の形態においては、保持面
が平面である例を示したが、この発明の趣旨はこれに限
られるものではない。例えば、円錐面、円筒面、球面等
の回転体面は、所定配置のブレードを回転させることで
均しが可能であるので、好適である。いずれの場合も、
保持面が凸であっても、凹であっても良い。例えば、凸
の円錐面では、その頂点にノズルを配置して原料を表面
張力により架橋させて連続的に供給しながら液体原料の
熱伝導による加熱を抑制することができる。ブレード下
端の形状は採用した加熱部材の形状に対応して形状とす
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、供給された液体原料が保持面上でブレードにより均
し広げられ、薄い液体膜を形成するとともに撹拌作用を
受けて迅速な気化が促進されるので、複雑な気化特性を
有する液体原料であっても、原料の分解や成分の析出を
起こすことなく、円滑に気化させることができる。ま
た、原料が、加熱部分へ液体状態で供給されるので、微
少な流量の制御も容易であり、配管詰まりや品質の低
下、歩留まりの低下を防止して安定した気相成長工程を
可能とするとともに、装置もコンパクトなものとして、
高密度の半導体素子の製造の工程化に大きく寄与するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施の形態の液体原料気化装
置の要部断面図である。

【図２】図１の全体を示す正面図である。

【図３】図１の取付部材の裏面図である。

【図４】図１の取付部材の作用の説明に付する図であ
る。

【図５】ブレードの形状を変えた例を示す断面図であ
る。

【図６】均し部材の形状を変えた例を示す（ａ）平面
図、（ｂ）断面図である。

【図７】加熱ジャケットの他の例の水平断面図である。

【図８】本発明の液体原料気化装置の他の実施の形態の
加熱部材と取付部材を示す正面図である。

【図９】液体原料の特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１，４１加熱部材２，４２取付部材５液体原料導入路８加熱ジャケット（加熱手段）１１回転軸１２，４３ブレード（均し部材）１３ヒータ（加熱手段）１４エッジ１４ｂ逃げ面Ｃ気化室Ｌ液体原料Ｇ原料ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体原料を保持する保持面と、上記保持面に対向してかつ該面に沿って相対移動自在に
配置され、相対移動によって上記保持面上の液体原料を
均し広げる均し部材と、上記保持面及び／又は均し部材を液体原料の気化温度以
上に加熱する加熱手段とを有することを特徴とする液体
原料気化装置。
【請求項２】上記保持面は平板又は回転体面であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の液体原料気化装置。
【請求項３】上記保持面と均し部材の下端との距離を
０．４ｍｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１に
記載の液体原料気化装置。
【請求項４】上記均し部材の下端には、進行方向前側
及び／又は後側に、所定角度の傾斜面が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液体原料気化装置。
【請求項５】上記保持面に液体原料を供給する供給路
が該保持面の中心から偏った位置に開口して設けられて
いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
載の液体原料気化装置。
【請求項６】上記均し部材の下端には、上記保持面に
対向する均し面が形成されていることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の液体原料気化装置。