KR101177216B1 - 액체 원료 기화기 및 그것을 이용한 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

액체 원료 공급부로부터 액적 형태의 액체 원료가 도입되는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 내측 표면에 밀착하고 상기 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치된 가열부와, 상기 도입구에 연통하고, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 측면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하는 기화부를 갖는 액체 원료 기화기에 관한 것이다.

Description

액체 원료 기화기 및 그것을 이용한 성막 장치{LIQUID RAW MATERIAL VAPORIZER AND FILM FORMING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은, 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 액체 원료 기화기 및 그것을 이용한 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 기판이나 유리 기판 등의 피처리 기판의 표면 위에, 유전체, 금속, 반도체 등의 박막을 성막하는 방법으로서, 상기 피처리 기판이 배치되어 있는 성막실에 유기금속 화합물 등의 유기 원료 가스를 공급하고, 이 유기 원료 가스와 산소나 암모니아 등의 다른 가스를 반응시켜 성막하는 화학 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법이 알려져 있다. 이러한 CVD법에서 이용되는 유기 원료는, 상온에서 액체 또는 고체인 것이 많다. 이 때문에, 이 유기 원료를 기화시키기 위한 기화기가 필요하게 된다.
통상, 상기 유기 원료는, 미리 용매를 이용하여 액체상의 액체 원료로 된 후 기화기에 도입된다. 이러한 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 종래의 기화기로서는, 예컨대 기화실 안에 다수의 구멍을 갖는 기화면을 설치하고, 이 기화면을 저항 가열 히터로 가열하면서, 노즐로부터 액체 원료를 토출하여 액적(미스트) 형태로 하고, 이 액적 형태의 액체 원료를 캐리어 가스의 흐름에 실어 기화면에 분무하여, 기화를 실현하는 것이 있다.
이러한 기화기에서는, 기화 효율을 높이기 위해, 액체 원료를 가능한 한 작은 직경의 액적으로 하여 기화면에 분무하는 것이 바람직하다. 그런데, 액적의 직경을 작게 하면 할수록, 기화면에 접촉하지 않고, 기화면의 구멍을 빠져 나가버릴 가능성이 높아진다. 이와 같이 빠져 나감으로써 기화할 수 없었던 액적은, 캐리어 가스의 기류를 타고 성막실 안에 유입되어, 파티클 발생의 요인이 되어 버린다. 예컨대 기화할 수 없었던 액적 형태의 액체 원료가 성막실 안에 유입되었을 때에, 그 성막실에 산소가 잔류하고 있으면, 그 액적이 산화되어 미세한 파티클이 되어 버린다. 이와 같이 파티클이 기판에 부착되면, 이상 성막이나 막질 불량이 생기는 문제가 있다.
이 때문에, 종래에는 기화기에서 생성한 원료 가스를, 미소한 구멍을 갖는 필터를 통해 성막실에 공급하도록 되어 있다. 그리고, 이 필터를 저항 가열 히터 등으로 가열하고, 이 필터에 이른 원료 가스에 함유되는 기화할 수 없었던 액적 형태의 액체 원료를 이 필터에 의해 기화시키도록 하고 있다. 이러한 종래의 필터 장치의 예를 도 13, 도 14에 도시한다.
도 13에 도시하는 종래의 필터 장치(10)는, 일단부에 원료 가스가 도입되는 도입구(14)가 설치되고 타단부에 송출구(16)가 설치된 대략 원통형의 하우징(12)을 갖고 있다. 하우징(12)의 내부 공간은, 대략 원통형의 통기성 부재(18)를 포함하는 미스트 트랩 부재(20)에 의해, 도입구(14)에 연통하는 외측 공간과, 송출구(16)에 연통하는 내측 공간으로 구획되어 있다. 또한, 하우징(12)을 둘러싸도록, 히터(22)가 배치되어 있다.
이러한 필터 장치(10)에 있어서, 히터(22)를 발열시키면, 하우징(12)이 가열된다. 또한 통기성 부재(18)도, 하우징(12)과 접촉하는 하류측 단부(18a)로부터 열이 전도됨으로써 가열된다. 이 상태로, 도입구(14)를 통하여 원료 가스가 필터 장치(10) 안에 도입되면, 그 원료 가스는 가열된 통기성 부재(18)를 그 외측 공간으로부터 내측 공간으로 통과하여, 송출구(16)를 통하여 외부에 송출된다.
또한, 도 14에 도시하는 종래의 필터 장치(30)는, 일단부에 원료 가스가 도입되는 도입구(44)와 타단부에 송출구(36)가 형성된 대략 원통형의 하우징(32)을 갖고 있다. 하우징(32) 도중의 직경 확장부(38)에, 상류측 공간과 하류측 공간을 구획하도록, 대략 원판형의 통기성 부재(34)가 설치되어 있다. 또한, 하우징(32)을 둘러싸도록, 히터(42)가 배치되어 있다.
이러한 필터 장치(30)에 있어서, 히터(42)를 발열시키면, 하우징(32)이 가열된다. 또한 이 하우징(32)의 내벽에 접속되어 있는 통기성 부재(34)도, 하우징(32)으로부터 열이 전도됨으로써 가열된다. 이 상태로, 하우징(32)의 도입구(44)를 통하여 원료 가스가 도입되면, 그 원료 가스는 가열된 통기성 부재(34)를 상류측 공간으로부터 하류측 공간으로 통과하여, 하우징(32)의 송출구(36)를 통하여 외부에 송출된다.
이러한 종래의 필터 장치를 기화기와 성막실의 사이에 설치함으로써, 기화기 자체의 기화 효율이 다소 좋지 않아도, 기화할 수 없었던 액적 형태의 액체 원료가 그대로 성막실 안에 유입되어 버리는 것을 막을 수 있다.
또한, 기화 효율을 높이기 위해, 세공을 갖는 고체 충전물이나 다공질체와 같은 미소한 구멍을 갖는 통기성 부재를 배치하고, 이 통기성 부재를 저항 가열 히터나 가열 매체 등으로 가열하여, 액체 원료의 액적을 통해 기화시키는 것도 있다(예컨대 일본 특허 공개 제2005-347598호 공보, 일본 특허 공개 평10-85581호 공보 참조). 이것에 의하면, 액적이 통기성 부재에 접촉할 가능성이 증가하기 때문에, 기화 효율을 높일 수 있다.
그러나, 종래, 액체 원료의 액적을 기화하기 위해 사용되고 있던 고체 충전물이나 다공질체 등의 통기성 부재는, 그 단부로부터 전체에 열을 전도시킴으로써 가열되었기 때문에, 통기성 부재 전체에 걸쳐 균일하게 열을 공급할 수 없었다. 통기성 부재 중, 예컨대 저항 가열 히터로부터 떨어져 있어 열이 충분히 전달되지 않는 영역은 온도가 낮아지고, 그 영역에서는 액적이 충분히 기화되지 않아, 막힘을 일으킬 우려가 있었다.
또한, 통기성 부재의 표면에는 다수의 구멍이 형성되어 있기 때문에, 그 표면적은 넓은데, 즉 원래 통기성 부재는 방열성이 높은 것이다. 추가로, 그 표면은 온도가 낮은 원료 가스나 액체 원료의 액적에 노출되어 있다. 이 때문에, 저항 가열 히터로부터의 열이 잘 전달되지 않는 영역의 통기성 부재의 온도는, 더 저하되는 경향이 있다. 또한, 통기성 부재의 표면에 액체 원료의 액적이 부착되어 기화되면, 그 때의 기화열에 의해서, 통기성 부재로부터 열이 빠져나간다. 이 때, 열이 잘 전달되지 않는 영역에서는, 그 기화열분의 열에너지를 충분히 보충할 수 없고, 결과로서 통기성 부재 중에서 온도차가 생겨 버린다.
예컨대 상기 종래의 필터 장치(10)에서는, 통기성 부재(18)는 대략 원통형이기 때문에, 그 하류측 단부(18a)로부터 상류측 단부(18b)를 향해 열이 전도된다. 따라서, 하류측 단부(18a)에 대하여 상류측 단부(18b)를 향할수록 온도가 낮아지는 경향이 있다. 또한, 종래의 필터 장치(30)에서는, 통기성 부재(34)는 원판형이기 때문에, 그 주연부로부터 중앙부를 향해 열이 전도된다. 따라서, 주연부에 대하여 중앙부를 향할수록 온도가 낮아지는 경향이 있다. 또한 일본 특허 공개 제2005-347598호 공보에 기재된 기화기에서는, 통기성 부재(고체 충전물)가, 그 외측의 저항 가열 히터로부터의 열전도에 의해 가열된다. 따라서, 통기성 부재 중 저항 가열 히터에 가까운 외주 영역에 비해 중앙 영역의 온도가 낮아지는 경향이 있다. 이러한 경우, 통기성 부재의 일부 영역의 온도가 액체 원료를 기화시킬 수 있는 온도에 도달하지 못해, 기화 불량이 발생하고, 그 영역이 막힐 우려가 있다.
이것에 대하여, 일본 특허 공개 평10-85581호 공보에 기재된 기화기에서는, 통기성 부재(다공질체)에서 막힘을 일으키지 않고 액체 원료를 효율적으로 기화시키기 위해, 통기성 부재 안의 일부를 통과하는 유로가 설치되고, 이 유로에 열 매체를 유통시킴으로써 통기성 부재의 내부로부터 가열할 수 있도록 되어 있다. 그러나, 이 방책만으로는, 통기성 부재의 막힘을 방지하는 점에서 충분하다고 할 수 없다. 즉, 열 매체를 유통시키는 유로가 통기성 부재 안의 일부에 배치되어 있는 것뿐이기 때문에, 여전히 통기성 부재 전체에 걸쳐 균일하게 열을 전달할 수 없다. 이 때문에, 부분적인 기화 불량은 여전히 발생하고, 통기성 부재가 막히는 우려를 불식시키지 못한다.
통기성 부재 전체에 걸쳐 균일하게 열을 전달하기 위해서는, 통기성 부재 전체에 빠짐없이 유로를 형성하면 된다고 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 구성에서는, 구조가 복잡해질 뿐만 아니라, 유로를 형성한 만큼 원료 가스가 통과할 수 있는 영역이 감소하기 때문에, 통기성 부재에 의한 압력 손실이 커져 버리는 문제가 있다.
또한, 통기성 부재 전체의 온도를 균일하게 하기 위해, 열전도 경로를 가능한 한 짧게 하는 것도 생각할 수 있다. 구체적으로는, 도 13에 도시하는 필터 장치(10)의 경우는, 원통형 통기성 부재(18)의 길이 치수를 작게 하여, 하류측 단부(18a)로부터 상류측 단부(18b)까지의 거리를 짧게 하는 것을 생각할 수 있다. 도 14에 도시하는 필터 장치(30)의 경우는, 하우징(32)의 직경 확장부(38)의 직경을 작게 하여 통기성 부재(34)의 직경을 작게 하여, 주연부(34a)로부터 중앙부(34b)까지의 거리를 짧게 하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 통기성 부재이면, 전체의 온도 균일성을 높일 수 있지만, 열전도 경로를 단축한 만큼 원료 가스가 통과하는 영역이 감소하고, 통기성 부재에서의 압력 손실이 커져 버린다. 이것으로는, 미리 정해진 유량의 원료 가스를 얻을 수 없게 된다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 액적 형태의 액체 원료를 기화시키는 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재의 가열 효율(열전도 효율)을 높이고, 액체 원료의 액적의 기화 효율을 높여, 충분한 유량의 원료 가스를 고효율로 생성할 수 있는 액체 원료 기화기 및 그것을 이용한 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 액체 원료를 액적 형태로 하여 토출하는 액체 원료 공급부와, 그 액적 형태의 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 기화부를 포함하는 액체 원료 기화기로서, 상기 기화부는, 상기 액체 원료 공급부로부터 액적 형태의 액체 원료가 도입되는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와, 상기 도입구에 연통하도록,상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 측면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 상기 액적 형태의 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기이다.
본 발명에 의하면, 하우징 본체와 기둥형 블록의 사이의 좁은 공간에서 기화 유로를 형성하고, 그 기화 유로 안에 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하는 미스트 트랩 부재를 설치함으로써, 가열부에 의해 하우징 본체를 가열했을 때에, 하우징 본체로부터 미스트 트랩 부재에 이들의 접촉면 전체로부터 열을 전달시킬 수 있다. 이것에 의해, 미스트 트랩 부재를 구석구석까지 균일하게 가열할 수 있다. 따라서, 기둥형 블록의 분출구를 통하여 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 액적 형태의 액체 원료를 분출시켰을 때, 이 액적 형태의 액체 원료를 매우 효율적으로 기화시킬 수 있다. 또한 미스트 트랩 부재의 내측 표면에 매우 가까운 기둥형 블록의 측면으로부터 액적 형태의 액체 원료를 분출함으로써, 그 액적 형태의 액체 원료를 미스트 트랩 부재의 표면에 고속으로 충돌시킬 수 있다. 이 때 생기는 충돌 분류 효과에 의해, 액적 형태의 액체 원료와 미스트 트랩 부재 사이의 열 교환이 촉진되고, 액적 형태의 액체 원료의 기화 효율을 한층 더 높일 수 있다.
또한, 미스트 트랩 부재에서의 부분적인 온도 저하에 의한 기화 불량을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 미스트 트랩 부재의 막힘을 방지할 수 있다. 또한 미스트 트랩 부재는, 하우징 본체와 기둥형 블록 사이의 좁은 공간(기화 유로)에 들어갈 정도로 얇기 때문에, 가열 효율(열전도 효율)이 높고, 미스트 트랩 부재에 액적 형태의 액체 원료가 접촉되어 기화할 때에 기화열로서 열이 빠져나가도, 신속히 열에너지를 보충할 수 있다.
예컨대, 상기 미스트 트랩 부재의 두께는, 상기 기화 유로의 폭보다 얇아서, 상기 기화 유로 안에서 상기 기둥형 블록의 외측 표면과 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면의 사이에, 상기 송출구에 연통하는 간극(클리어런스)이 잔존한다.
이에 의하면, 미스트 트랩 부재의 표면에 충돌한 액적 형태의 액체 원료는, 기화한 후, 미스트 트랩 부재의 내측 표면이 노출되는 좁은 간극을 통해 송출구를 향한다. 이 때문에, 최초에 미스트 트랩 부재에 충돌했을 때에 액적 형태의 액체 원료 모두를 기화할 수 없어도, 재차 미스트 트랩 부재에 접촉시킬 가능성이 높기 때문에, 거기서 더 기화시킬 수 있다. 따라서 액적 형태의 액체 원료의 기화 효율이 한층 더 향상된다. 또한, 기화 유로 안에서 기둥형 블록과 미스트 트랩 부재의 사이에 간극이 형성됨으로써, 미스트 트랩 부재가 기화부 안의 공간을 구획하지 않게 된다. 이 때문에, 만약 액체 원료의 액적의 기화 불량 등에 의해 미스트 트랩 부재가 막혀도, 생성된 원료 가스는 상기 간극을 통해 송출구를 통하여 송출될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 미스트 트랩 부재의 막힘에 의한 원료 가스의 압력 손실이 발생하지 않기 때문에, 성막실에 충분한 유량의 원료 가스를 공급할 수 있다.
대안으로, 예컨대 상기 미스트 트랩 부재의 두께는, 상기 기화 유로의 폭과 동일하고, 상기 기화 유로를 메우도록 상기 미스트 트랩 부재가 설치되어 있다.
이것에 의하면, 액적 형태의 액체 원료를 미스트 트랩 부재에 확실하게 접촉시킬 수 있기 때문에, 그 점에서 기화 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
대안으로, 예컨대 상기 미스트 트랩 부재는, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하는 외측 미스트 트랩 부재와, 상기 기둥형 블록의 외측 표면에 밀착하는 내측 미스트 트랩 부재로 구성되어 있고, 상기 기화 유로 안에서, 상기 외측 미스트 트랩 부재의 내측 표면과 상기 내측 미스트 트랩 부재의 외측 표면의 사이에, 상기 송출구에 연통하는 간극이 잔존해 있다.
이것에 의하면, 미스트 트랩 부재가 간극에 대하여 노출하는 면적을 늘릴 수 있기 때문에, 그 간극을 통해 액체 원료의 액적이 미스트 트랩 부재에 접촉할 가능성을 높일 수 있다. 이 점에서, 기화 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 예컨대 상기 분출 구멍은, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면에 형성된 바닥이 있는 구멍과, 이 바닥이 있는 구멍을 중심으로 하여 이로부터 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 향해 방사상으로 관통하는 복수의 관통 구멍으로 구성된다.
이것에 의하면, 복수의 관통 구멍을 통하여 미스트 트랩 부재를 향해 액적 형태의 액체 원료가 분출되기 때문에, 기화 효율을 보다 높일 수 있다. 또한 미스트 트랩 부재의 둘레 방향으로 분산되어 액적 형태의 액체 원료를 충돌시킬 수 있기 때문에, 충분한 유량의 원료 가스를 생성할 수 있다.
이 경우, 예컨대 상기 각 관통 구멍은, 상기 기둥형 블록의 축 방향에 대하여 수직으로 형성된다. 이것에 의해, 미스트 트랩 부재에 대하여 고속으로 액적 형태의 액체 원료를 충돌시킬 수 있다. 따라서, 충돌 분류 효과를 한층 더 높일 수 있어, 한층 더 높은 기화 효율을 얻을 수 있다.
대안으로, 예컨대 상기 각 관통 구멍은, 상기 기둥형 블록의 축 방향에 대하여 경사져 형성된다. 이것에 의해, 미스트 트랩 부재의 보다 넓은 범위에서 액적 형태의 액체 원료를 트랩할 수 있고, 그 점에서 기화 효율을 보다 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
대안으로, 예컨대 상기 바닥이 있는 구멍을 중심으로 하여 상기 기둥형 블록의 축 방향에 대하여 수직으로 연장되도록 방사상으로 배열된 복수의 관통 구멍의 조가, 상기 기둥형 블록의 축 방향을 따라 복수 조 배열된다.
이것에 의하면, 보다 고속으로 액적 형태의 액체 원료를 미스트 트랩 부재에 충돌시킬 수 있고, 미스트 트랩 부재의 보다 넓은 범위에서 액적 형태의 액체 원료를 트랩할 수 있기 때문에, 기화 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 다른 액체 원료 기화기에 접속되는 액체 원료 기화기로서, 상기 다른 액체 원료 기화기에서 생성된 원료 가스가 도입되는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와, 상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 측면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 액적 형태의 상기 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기이다.
본 발명에 의하면, 전체가 균일하게 가열된 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 다른 액체 원료 기화기에서 생성된 원료 가스를 분출시킬 수 있기 때문에, 다른 액체 원료 기화기에서 기화할 수 없었던 액적을 기화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 원료 기화기로부터의 원료 가스를 도입하여 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 하는 성막실을 구비하는 성막 장치로서, 상기 액체 원료 기화기는, 액체 원료를 액적 형태로 토출하는 액체 원료 공급부와, 그 액적 형태의 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 기화부를 포함하고, 상기 기화부는, 상기 액체 원료 공급부로부터 액적 형태의 액체 원료가 도입되는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와, 상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 측면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 상기 액적 형태의 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
대안으로, 본 발명은 액체 원료 기화기로부터의 원료 가스를 도입하여 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 하는 성막실을 구비하는 성막 장치로서, 상기 액체 원료 기화기는, 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 제1 액체 원료 기화기와 이것에 접속된 제2 액체 원료 기화기로 구성되고, 상기 제2 액체 원료 기화기는, 상기 제1 액체 원료 기화기에서 생성된 원료 가스를 도입하는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와, 상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 측면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 상기 제1 액체 원료 기화기로부터의 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
이러한 본 발명에 의하면, 전체가 균일하게 가열된 제2 액체 원료 기화기의 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해, 제1 액체 원료 기화기에서 생성된 원료 가스를 분출시킬 수 있기 때문에, 제1 액체 원료 기화기에서 기화할 수 없었던 액적도, 제2 액체 원료 기화기에서 기화시킬 수 있다. 이것에 의해, 성막실 등에 원료 가스와 함께 액체 원료의 액적이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 액체 원료 기화기의 구성예를 도시하는 종단면도이다.
도 3은 도 2의 액체 원료 기화기의 기화부의 구성 요소의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 하우징 본체의 분해단면도이다.
도 5는 도 2의 하우징 본체의 I-I를 따라 취한 단면도이다.
도 6은 제1 실시형태에서의 하우징 본체에서의 액적 형태의 액체 원료의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 기둥형 블록에 형성되는 분출 구멍의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 기둥형 블록에 형성되는 분출 구멍의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 미스트 트랩 부재의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 미스트 트랩 부재의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 액체 원료 기화기의 구성예를 도시하는 종단면도이다.
도 13은 종래의 필터 장치의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 14는 종래의 다른 필터 장치의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
(제1 실시형태에 따른 성막 장치)
우선, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에 따른 성막 장치의 개략 구성예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시하는 성막 장치(100)는, 피처리 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 함)(W) 위에 CVD법에 의해 금속 산화물막을 성막하는 것이고, 예컨대 HTB(Hafnium tert-butoxide) 등의 Hf를 함유하는 액체 원료를 공급하는 액체 원료 공급원(110)과, Ar 등의 불활성 가스를 캐리어 가스로서 공급하는 캐리어 가스 공급원(120)과, 액체 원료 공급원(110)으로부터 공급되는 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 액체 원료 기화기(300)와, 액체 원료 기화기(300)가 생성한 원료 가스를 이용하여 웨이퍼(W)에 예컨대 HFO2막을 형성하는 성막실(200)과, 성막 장치(100)의 각 부를 제어하는 제어부(140)를 구비하고 있다.
액체 원료 공급원(110)과 액체 원료 기화기(300)는, 액체 원료 공급 배관(112)으로 접속되어 있고, 캐리어 가스 공급원(120)과 액체 원료 기화기(300)는, 캐리어 가스 공급 배관(122)으로 접속되어 있으며, 액체 원료 기화기(300)와 성막실(200)은 원료 가스 공급 배관(132)으로 접속되어 있다. 그리고, 액체 원료 공급 배관(112)에는, 액체 원료 유량 제어 밸브(114)가 설치되고, 캐리어 가스 공급 배관(122)에는, 캐리어 가스 유량 제어 밸브(124)가 설치되며, 원료 가스 공급 배관(132)에는 원료 가스 유량 제어 밸브(134)가 설치되어 있다. 이들 액체 원료 유량 제어 밸브(114), 캐리어 가스 유량 제어 밸브(124) 및 원료 가스 유량 제어 밸브(134)는, 제어부(140)로부터의 제어 신호에 의해 각각의 개방도가 조정되도록 구성되어 있다. 제어부(140)는, 액체 원료 공급 배관(112)을 흐르는 액체 원료의 유량, 캐리어 가스 공급 배관(122)을 흐르는 캐리어 가스의 유량, 및 원료 가스 공급 배관(132)을 흐르는 원료 가스의 유량을 각각 측정하고, 그 측정 결과에 따라서 제어 신호를 출력하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
성막실(200)은, 예컨대 대략 원통형의 측벽 부재(210), 측벽 부재(210)의 상류측 개구부를 폐지하는 상부벽 부재(212), 및 측벽 부재(210)의 하류측 개구부를 폐지하는 바닥벽 부재(214)를 갖고 있다. 이들 측벽 부재(210)와 상부벽 부재(212)와 바닥벽 부재(214)로 둘러싸인 내부 공간에, 웨이퍼(W)가 수평으로 배치되는 서셉터(222)가 설치되어 있다. 측벽 부재(210)와 상부벽 부재(212)와 바닥벽 부재(214)는, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속으로 구성된다. 서셉터(222)는, 원통형의 복수의 지지 부재(224)(여기서는, 하나만 도시)에 의해 지지되어 있다. 또한 서셉터(222)에는 히터(226)가 매립되어 있다. 전원(228)으로부터 이 히터(226)에 공급되는 전력을 제어함으로써, 서셉터(222) 위에 배치된 웨이퍼(W)의 온도를 원하는 대로 조정할 수 있다.
성막실(200)의 바닥벽 부재(214)에는 배기구(230)가 형성되어 있다. 이 배기구(230)에는 배기 수단(232)이 접속되어 있다. 이 배기 수단(232)에 의해 성막실(200) 안을 미리 정해진 진공도로 조절할 수 있다.
성막실(200)의 상부벽 부재(212)에는, 샤워 헤드(240)가 부착되어 있다. 이 샤워 헤드(240)에는 원료 가스 공급 배관(132)이 접속되어 있고, 이 원료 가스 공급 배관(132)을 경유하여, 액체 원료 기화기(300)에서 생성된 원료 가스가 샤워 헤드(240) 안에 도입된다. 샤워 헤드(240)는, 내부 공간(242)과, 이 내부 공간(242)에 연통하는 다수의 가스 토출 구멍(244)을 갖고 있다. 원료 가스 공급 배관(132)을 통해 샤워 헤드(240)의 내부 공간(242)에 도입되는 원료 가스는, 가스 토출 구멍(244)을 통하여 서셉터(222) 위의 웨이퍼(W)를 향해 토출된다.
이 성막 장치(100)에서는, 원료 가스는 액체 원료 기화기(300)로부터 성막실(200)에 다음과 같이 하여 공급된다. 액체 원료 기화기(300)에 대하여, 액체 원료 공급원(110)으로부터 액체 원료 공급 배관(112)을 통해 액체 원료가 공급되고, 캐리어 가스 공급원(120)으로부터 캐리어 가스 공급 배관(122)을 통해 캐리어 가스가 공급되면, 액체 원료 기화기(300)를 구성하는 액체 원료 공급부(300A)(후술)와 기화부(300B)(후술) 중, 상류측의 액체 원료 공급부(300A)는, 액체 원료를 액적 형태로 하여, 캐리어 가스와 함께 하류측의 기화부(300B)에 토출한다. 이 기화부(300B)가, 액적 형태의 액체 원료를 기화하여 원료 가스를 생성한다. 이와 같이 하여 액체 원료 기화기(300)에서 생성된 원료 가스는, 원료 가스 공급 배관(132)을 통해 성막실(200)에 공급된다. 이것에 의해, 성막실(200) 안의 웨이퍼(W)에 대한 원하는 프로세스 처리가 실시된다.
상기와 같은 성막 장치(100)의 액체 원료 기화기(300)에서 액체 원료를 완전히 기화시킬 수 없었던 경우, 액체 원료의 액적의 일부가 원료 가스에 혼입되고 원료 가스 공급 배관(132)에 송출되어, 성막실(200) 안에 유입될 우려가 있다. 이와 같이 성막실(200) 안에 유입된 액체 원료의 액적은, 파티클이 되어, 웨이퍼(W) 위에 형성되는 막의 막질을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 또한, 액체 원료 기화기(300)에서 액체 원료의 기화 효율이 악화된 경우, 성막실(200)에 공급되는 원료 가스의 유량이 부족하여, 웨이퍼(W)에 예컨대 HfO2막을 형성할 때의 원하는 성막 레이트를 얻을 수 없게 될 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 액체 원료 기화기(300)는, 액체 원료의 액적 모두를 효율적으로 기화시켜, 성막실(200)에서의 성막 처리에 충분한 양의 양질의 원료 가스를 생성할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 액체 원료 기화기(300)의 구체적인 구성예를 이하에 설명한다.
(제1 실시형태에 따른 액체 원료 기화기의 구성예)
다음에, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액체 원료 기화기(300)의 구성예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는 제1 실시형태에 따른 액체 원료 기화기(300)의 개략 구성예를 도시하는 종단면도이다. 이 액체 원료 기화기(300)는, 크게 나눠, 액체 원료를 액적 형태로 하여 후단에 공급하는 액체 원료 공급부(300A)와, 이 액체 원료 공급부(300A)로부터 공급된 액적 형태의 액체 원료를 기화시키는 기화부(300B)로 구성되어 있다.
우선, 액체 원료 공급부(300A)의 구성예에 대해서 설명한다. 이 액체 원료 공급부(300A)에는, 상류측 표면으로부터 내부에 수직 방향으로 연장되는 액체 원료 유로(310)가 설치되어 있고, 측면으로부터 내부에 수평 방향으로 연장되는 캐리어 가스 유로(312)가 설치되어 있다. 액체 원료 유로(310)의 일단에는 액체 원료 공급 배관(112)이 접속되어 있고, 캐리어 가스 유로(312)의 일단에는 캐리어 가스 공급 배관(122)이 접속되어 있다.
액체 원료 유로(310)의 타단에는, 액체 원료를 액적 형태로 하여 토출하는 토출 노즐(314)이 설치되어 있다. 이 토출 노즐(314)은, 예컨대 끝이 가늘어지게 구성되고(도 2에서는 이 구성의 상세한 도시를 생략함), 그 선단의 토출구(316)가 기화부(300B)의 내부를 향하도록 배치되어 있다.
토출 노즐(314)의 토출구(316)의 직경은, 기화부(300B) 안에 공급되는 액체 원료의 액적의 목표 사이즈에 따라서 결정된다. 기화부(300B) 안에서, 액적 형태의 액체 원료를 확실하게 기화시키기 위해서는, 액적의 사이즈는 작은 편이 유리하기 때문에, 토출구(316)의 직경도 작은 것이 바람직하다. 단, 액적의 사이즈가 너무 작아지면, 액적을 기화하여 얻어지는 원료 가스의 유량이 부족할 우려가 있다. 이들 사항을 고려하여, 토출구(316)의 직경을 결정하는 것이 바람직하다.
토출 노즐(314)의 구성 재료로서는, 유기 용매에 대한 내성을 갖는 폴리이미드수지 등의 합성수지 또는 스테인리스강이나 티탄 등의 금속이 바람직하다. 토출 노즐(314)을 합성수지로 구성하면, 토출되기 전의 액체 원료에 주위로부터 열이 전도되지 않도록 할 수 있다. 특히 폴리이미드수지를 이용함으로써, 액체 원료의 잔사(석출물)가 토출 노즐(314)에 부착되기 어려워져, 노즐의 막힘을 방지할 수도 있다.
또한, 액체 원료 공급부(300A)의 내부에는, 토출 노즐(314)의 선단을 둘러싸도록, 캐리어 가스 토출부(318)가 배치되어 있다. 캐리어 가스 토출부(318)는, 상기 캐리어 가스 유로(312)의 타단측에 접속되어 수직 방향으로 연장되어 토출 노즐(314)을 수용하고 있고, 캐리어 가스 유로(312)로부터의 캐리어 가스를 액체 원료와 함께 기화부(300B)의 내부를 향해 분출하도록 되어 있다.
구체적으로는, 캐리어 가스 토출부(318)는, 토출 노즐(314)의 선단을 둘러싸는 컵형(중공형)으로 형성되어 있고, 그 바닥부에 캐리어 가스 토출구(320)가 형성되어 있다. 캐리어 가스 토출구(320)는, 토출 노즐(314)의 선단의 토출구(316) 근방에, 이 토출구(316)를 둘러싸도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 토출구(316) 둘레로부터 캐리어 가스를 분출할 수 있게 되어 있다. 이것에 의해, 토출구(316)를 통하여 토출되는 액체 원료의 액적을, 확실하게 기화부(300B)를 향해 비행시킬 수 있고, 기화부(300B) 안에 설치된 후술의 미스트 트랩 부재까지 확실하게 유도할 수 있다.
다음에, 기화부(300B)의 구성예에 대해서 설명한다. 기화부(300B)는, 액체 원료 공급부(300A)로부터의 액적 형태의 액체 원료를 포함한 가스가 도입되는 도입구(344)가 형성되는 도입부(330A)와, 도입부(330A)에 도입되는 액적 형태의 액체 원료를 기화하는 기화 유로(336) 및 이것에 연통하는 송출구(362)가 형성되는 하우징 본체(330B)를 포함하는 하우징(330)을 구비한다.
하우징 본체(330B)에는, 원기둥형 블록(350)이 간극을 두고 끼워 넣어진다(유격을 두고 끼워진다). 이것에 의해, 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 하우징 본체(330B)의 내측 표면의 사이에서, 대략 원통형의 기화 유로(336)가 형성된다. 기화 유로(336) 안에는, 액체 원료의 액적을 포착하여 기화시키는 미스트 트랩 부재(380)가 설치되어 있다. 미스트 트랩 부재(380)는, 하우징(330) 주위를 덮도록 설치된 가열부(390)에 의해 가열되게 되어 있다. 원기둥형 블록(350)에는, 도입부(330A)에 도입된 액적 형태의 액체 원료를 미스트 트랩 부재(380)의 내부 표면을 향해 분출하는 분출 구멍(351)이 형성되어 있다.
이하, 이러한 기화부(300B)의 각 부의 구성에 대해서, 도면을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 도 3은, 기화부(300B)의 구성 요소의 분해사시도이다. 도 4는 도 2의 I-I를 따라 취한 단면도이다. 또한 도 4에서의 화살표는, 액적 형태의 액체 원료의 흐름을 도시하고 있다.
하우징 본체(330B)는, 예컨대 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상류측[도입구(344)측]을 향해 개구하는 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형(여기서는 원통형)으로 형성된다. 하우징 본체(330B)의 상류측의 개구단에는, 플랜지부(370)가 설치되어 있고, 하류측의 바닥부에는 송출구(362)가 형성되어 있다. 이 송출구(362)는, 원료 가스 공급 배관(132)에 접속되어 있다.
원기둥형 블록(350)은, 하우징 본체(330B)의 내측 표면과의 사이에 대략 원통형의 좁은 공간(간극)이 형성되도록 유격을 두고 끼워져 있다. 이 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 하우징 본체(330B)의 내측 표면 사이의 좁은 공간은, 액체 원료의 액적을 기화시키는 기화 유로(336)를 구성한다.
원기둥형 블록(350)의 상류측의 단부에는 플랜지부(356)가 설치되어 있다. 이 원기둥형 블록(350)의 플랜지부(356)는, 하우징 본체(330B)의 플랜지부(370)와 볼트 등의 체결 부재(334)에 의해 접합되어 있다. 이것에 의해, 하우징 본체(330B)의 상류측의 개구단이 폐색되어 있다.
또한, 이들 플랜지부(356, 370)의 접합면 사이에는, 예컨대 금속제의 O링 등의 시일 부재(332)를 개재시켜, 하우징 본체(330B) 내부의 기밀성을 높이는 것이 바람직하다.
미스트 트랩 부재(380)는, 전술한 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 하우징(330)의 내측 표면의 사이에 형성된 기화 유로(336) 안에 설치된다. 미스트 트랩 부재(380)는, 액체 원료의 액적을 통과시키지 않고 포착하여 기화시키고 생성된 원료 가스를 통과시키는 통기성 부재에 의해 구성된다. 통기성 부재의 구성 재료로서는, 가열부(390)에 의해 가열된 하우징 본체(330B)로부터의 열이 전달되기 쉬운 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료로서는, 예컨대 다공성 구조 또는 메시 구조를 갖는 스테인리스강 등의 금속을 들 수 있다. 이 외, 열전도성이 높은 세라믹스, 플라스틱을 이용하여도 좋다.
이러한 미스트 트랩 부재(380)는, 예컨대 상류측의 단부가 개구되고, 하류측의 단부가 폐쇄된 두께가 얇은 컵형(원통형)으로 형성되어 있다. 미스트 트랩 부재(380)의 하류측 단부에는, 송출구(362)와 연통하여 이것과 일체를 이루는 구멍(382)이 형성되어 있다. 그리고, 미스트 트랩 부재(380)는, 가열부(390)에 의해 가열되는 하우징 본체(330B)로부터의 열이 전체적으로 전달되도록, 하우징 본체(330B)의 내측 표면에 밀착하여 원기둥형 블록(350)을 덮도록 배치되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 미스트 트랩 부재(380)의 두께를 원기둥형 블록(350)과 하우징 본체(330B)의 사이의 기화 유로(336)의 폭보다 얇게 하고 있다. 이것에 의해, 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면과의 사이에, 송출구(362)에 연통하는 간극(클리어런스)(338)이 잔존해 있다.
여기서, 하우징 본체(330B)의 내부에 형성되는 기화 유로(336) 및 그 기화 유로(336) 안에 형성되는 간극(338)에 대해서, 도면을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 도 5는 미스트 트랩 부재(380)를 삽입 부착한 하우징 본체(330B)에 원기둥형 블록(350)을 삽입 부착할 때의 개략도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 원기둥형 블록(350)은 플랜지부(356)의 하단면으로부터 원기둥형 블록(350)의 바닥면까지의 높이(H)가 하우징 본체(330B) 내측의 깊이(D)보다 작도록, 그리고 원기둥형 블록(350)의 외경(OD)이 하우징 본체(330B)의 내경(ID)보다 작도록 형성되어 있다. 따라서, 원기둥형 블록(350)을 하우징 본체(330B)의 내측에 삽입하면, 원기둥형 블록(350)의 외주면과 하우징 본체(330B)의 내주면의 사이에는 원통형의 좁은 공간(C1)[(ID-OD)/2의 폭임]이 형성되고, 원기둥형 블록(350)의 바닥면과 하우징 본체(330B) 내측의 바닥면의 사이에는 원판형의 좁은 공간(C2)[(D-H)의 높이임]이 형성된다. 이들 좁은 공간(C1, C2)이, 기화 유로(336)를 구성한다.
이 때, 기화 유로(336) 안에, 두께(t1, t 2)가 각각 기화 유로(336)의 폭(C1, C2)보다 얇은 미스트 트랩 부재(380)가 배치되어 있는 것으로 하면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 원기둥형 블록(350)의 외주면과 미스트 트랩 부재(380)의 내주면의 사이에는, 원통형의 간극(T1)[(ID-OD)/2-t1의 폭임]이 형성되고, 원기둥형 블록(350)의 바닥면과 미스트 트랩 부재(380) 내측의 바닥면의 사이에는 원판형의 간극(T2)[(D-H)-t2의 높이임]이 형성된다. 이들 간극(T1, T2)이, 송출구(362)에 연통하는 간극(클리어런스)(338)을 구성한다.
도입부(330A)는, 예컨대 하류측에 개구하는 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형(여기서는 원통형)으로 형성된다. 도입부(330A)의 상류측의 천장부에는, 액적 형태의 액체 원료의 도입구(344)가 형성되고, 하류측의 개구단은, 원기둥형 블록(350)의 상류측의 단부면에 결합하여 폐색된다. 이것에 의해, 도입부(330A)의 도입 공간(342)은, 도입구(344)와 원기둥형 블록(350)의 내부에 형성되는 분출 구멍(351)을 연통시키고, 도입구(344)를 통하여 액적 형태의 액체 원료를 분출 구멍(351)에 유도하는 도입 유로가 된다.
분출 구멍(351)은, 원기둥형 블록(350)의 상류측의 단부면으로부터 측면으로 관통하도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 도입구(344)를 통하여 도입되는 액적 형태의 액체 원료를, 기화 유로(336) 안의 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면을 향해 분출할 수 있다. 이러한 분출 구멍(351)은, 예컨대 도 2, 도 4에 도시하는 바와 같이, 도입구(344)에 대향하는 상류측의 단부면의 중앙부에 형성되고 원기둥형 블록(350)의 축 방향으로 연장되는 바닥이 있는 구멍(352)과, 이 바닥이 있는 구멍(352)을 중심으로 하여 원기둥형 블록(350)의 외측 표면을 향해 방사선상으로 관통하는 복수의 관통 구멍(354)을 포함한다. 또한, 도 2, 도 4에 도시하는 관통 구멍(354)은, 원기둥형 블록(350)의 축 방향에 대하여 수직으로 형성된 경우의 구체예이다.
또한, 도입부(330A) 및 하우징 본체(330B)는 모두, 가열부(390)로부터의 열을 전달하기 쉬운 열전도성이 높은 재료, 예컨대 알루미늄, 스테인리스강 등의 금속으로 구성된다.
가열부(390)는, 전술한 도입부(330A), 원기둥형 블록(350), 하우징 본체(330B)의 외측을 덮도록 배치된다. 구체적으로는, 가열부(390)는 하류측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형(여기서는 원통형)의 상류측 가열 부재(390A)와, 상류측 가열 부재(390A)의 개구단과 접합되는 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형(여기서는 원통형)의 하류측 가열 부재(390B)에 의해 구성된다. 그리고, 상류측 가열 부재(390A) 및 하류측 가열 부재(390B) 전체에 걸쳐, 예컨대 도시하지 않는 저항 가열 히터가 내장되어 있다. 저항 가열 히터는, 도시하지 않는 히터 전원으로부터의 전력에 의해 가열되게 되어 있다.
이러한 가열부(390)에 의해, 하우징(330) 전체가 가열되고, 하우징(330)을 통해 미스트 트랩 부재(380)가 가열된다. 이것에 의해, 미스트 트랩 부재(380)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다. 또한 하우징(330) 전체를 가열함으로써, 원기둥형 블록(350)에도 열이 전달된다. 이것에 의해, 원기둥형 블록(350)에 의해서도 미스트 트랩 부재(380)가 가열되기 때문에, 가열 효율을 높일 수 있다.
또한, 가열부(390)에 내장되는 히터는, 전술한 바와 같은 저항 가열 히터로 한정되는 것이 아니라, 카본히터, 할로겐히터, 니크롬히터 등과 같이, 복사열로 하우징(330) 및 미스트 트랩 부재(380)를 가열하는 복사열 히터로 구성하여도 좋다. 또한, 여기서는 가열부(390)를 하우징(330)의 외측을 덮도록 설치한 경우를 예로 들고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 가열부(390)는 하우징(330)에 내장하여도 좋다.
(성막 장치의 동작)
다음에, 본 실시형태에 따른 성막 장치(100)의 동작에 대해서 설명한다. 성막 장치(100)는, 제어부(140)에 의해 각 부분이 제어되어, 동작하도록 되어 있다. 액체 원료 기화기(300)에 의해 원료 가스를 생성할 때는, 미리 액체 원료 기화기(300)의 가열부(390)에 의해, 하우징(330) 전체를 미리 정해진 설정 온도로 가열해 둔다. 하우징(330)이 가열되면, 하우징 본체(330B)[및 원기둥형 블록(350)]를 통해 미스트 트랩 부재(380)에 열이 전도되어, 미스트 트랩 부재(380)가 가열된다. 이 때의 미스트 트랩 부재(380)의 온도는, 예컨대 액체 원료의 기화 온도보다 높은 온도(예컨대 100℃～300℃)이다. 미스트 트랩 부재(380)는 이러한 온도로 가열되어 유지된다.
여기서, 미스트 트랩 부재(380)는 두께가 얇고, 또한 하우징 본체(330B)의 내측 표면에 면접촉으로 밀착되어 있다. 이 때문에, 미스트 트랩 부재(380) 전체에 걸쳐 열이 전달되기 쉽다. 이 때문에, 미스트 트랩 부재(380) 전체를 단시간에 구석구석까지 균일하게 가열할 수 있다. 또한, 온도가 낮은 액적 형태의 액체 원료가 미스트 트랩 부재(380)에 접촉하여 미스트 트랩 부재(380)의 온도가 저하되었다고 해도, 순간적으로 온도를 복귀(온도 리커버리)시킬 수 있다. 따라서, 미스트 트랩 부재(380)의 온도를 항상 유지할 수 있다.
계속해서, 미리 정해진 유량의 액체 원료가, 액체 원료 공급 배관(112)을 통해 액체 원료 공급원(110)으로부터 액체 원료 기화기(300)에 공급되도록, 액체 원료 유량 제어 밸브(114)의 개방도가 조정된다. 이것과 함께, 미리 정해진 유량의 캐리어 가스가, 캐리어 가스 공급 배관(122)을 통해 캐리어 가스 공급원(120)으로부터 액체 원료 기화기(300)에 공급되도록, 캐리어 가스 유량 제어 밸브(124)의 개방도가 조정된다.
액체 원료 기화기(300)에 공급되는 액체 원료는, 액체 원료 유로(310)를 통해 토출 노즐(314)의 토출구(316)를 통하여 액적 형태로 되어 토출된다. 또한, 액체 원료와 함께 액체 원료 기화기(300)에 공급되는 캐리어 가스는, 캐리어 가스 유로(312)를 통해 캐리어 가스 토출부(318)의 캐리어 가스 토출구(320)를 통하여 기화부(300B)를 향해 토출된다.
이와 같이 토출되는 캐리어 가스는, 토출 노즐(314)의 토출구(316) 근방을 통과하기 때문에, 토출구(316)를 통하여 연속적으로 토출되는 액체 원료의 액적을 그 흐름에 실어, 기화부(300B)의 도입구(344)에 공급(유도)할 수 있다.
도입구(344)를 통하여 공급되는 액체 원료의 액적은, 도입부(330A)의 도입 공간(342)을 통해 하우징 본체(330B)에 공급된다. 또한, 도입 공간(342)의 분위기는, 상기와 같이, 미리 가열부(390)에 의해 가열되어 있다. 이 때문에, 이 도입 공간(342)에서도, 액체 원료의 액적의 일부를 기화할 수 있다.
여기서, 하우징 본체(330B)에서의 액적 형태의 액체 원료의 흐름에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 6은, 액적 형태의 액체 원료의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 원기둥형 블록(350)과 미스트 트랩 부재(380)를 삽입 부착한 하우징 본체(330B)의 종단면을 도시하고 있다.
도 4, 도 6에 도시하는 바와 같이, 도입부(330A)를 통한 액체 원료의 액적은, 원기둥형 블록(350)의 분출 구멍(351)에 유도되고, 분출 구멍(351)을 통하여 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 분출된다. 즉, 액체 원료의 액적은, 바닥이 있는 구멍(352)에 유입되고, 복수의 관통 구멍(354)(도 4에 도시하는 354A～354H)을 통하여 분출하며, 미스트 트랩 부재(380)에 분무된다. 이 때, 예컨대 도 4에 도시하는 바와 같이 각 관통 구멍(354)의 구멍 직경을 바닥이 있는 구멍(352)의 구멍 직경보다 작게 함으로써, 각 관통 구멍(354)에서의 액체 원료의 액적의 유속을 높일 수 있다. 이것에 의해, 보다 고속으로 미스트 트랩 부재(380)를 향한 분무를 실현할 수 있다.
도 6에 도시하는 각 관통 구멍(354)은, 원기둥형 블록(350)의 축 방향에 수직으로 형성되어 있다. 이 때문에, 각 관통 구멍(354)을 통하여 분출되는 액체 원료의 액적을, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 높은 속도를 유지한 채 대략 수직으로 충돌시킬 수 있다.
이 때, 미스트 트랩 부재(380)는, 상기와 같이 미리 가열부(390)[하류측 가열 부재(390B)]에 의해 전체가 균일하게 가열되어 있기 때문에, 충돌한 액적 형태의 액체 원료의 대부분이 순간적으로 기화된다. 또한 액체 원료의 액적은 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면을 향해 고속으로 분출되기 때문에, 그 충돌 속도가 높고, 충돌 분류 효과에 의해, 액적 형태의 액체 원료와 미스트 트랩 부재(380) 사이의 열교환이 보다 효율적으로 행해진다. 따라서, 종래 기술과 비교하여 현저히 높은 기화 효율을 얻을 수 있다.
또한, 각 관통 구멍(354)이, 원기둥형 블록(350)의 바닥이 있는 구멍(352)을 통하여 외측 표면을 향해 방사상으로 등각도로 형성됨으로써, 바닥이 있는 구멍(352)에 유입된 액적 형태의 액체 원료가 둘레 방향으로 균등하게 분산되어, 미스트 트랩 부재(380)의 일부에 집중하지 않고, 둘레 방향으로 구석구석까지 충돌된다. 이것에 의해, 액적 형태의 액체 원료의 기화 효율을 더 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 원기둥형 블록(350)의 분출 구멍(351)을 통하여 분출되는 액체 원료의 액적은, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 고속으로 충돌하여 기화되고, 원료 가스가 생성된다. 원료 가스는, 기화 유로(336)[여기서는 주로 원기둥형 블록(350)과 미스트 트랩 부재(380)의 사이의 간극(338)]를 통해, 송출구(362)를 통하여 원료 가스 공급 배관(132)으로 송출된다.
그런데, 액체 원료의 액적은, 미스트 트랩 부재(380)에 최초로 충돌했을 때에 그 대부분이 기화되지만, 일부가 기화되지 않을 가능성도 있다. 그런데, 이 때 기화할 수 없었던 액체 원료의 액적은, 원료 가스와 함께 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면이 노출되는 간극(338)을 통해 하류측을 향해 흐르기 때문에, 그 사이에 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 접촉하거나 내부에 들어가고, 가열되어 기화된다.
특히, 본 실시형태에서의 간극(338)은 매우 좁기 때문에, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 접촉할 가능성이 매우 높고, 또한 복수회 접촉할 가능성이 높다. 또한, 본 실시형태에 따른 미스트 트랩 부재(380)는, 면 거칠기가 높고, 또한 액체 원료의 액적에 의해 기화열이 빠져나가도 즉시 리커버리할 수 있기 때문에, 간극(338)을 통해 하류측을 향해 흐르는 액체 원료의 액적이 접촉하면, 그것을 트랩하여 매우 효율적으로 기화시킬 수 있는 것으로 기대할 수 있다.
즉, 간극(338)을 흐르는 액적 형태의 액체 원료는, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 접촉했을 때, 그 면 거칠기가 거칠기 때문에, 거기에 일단 트랩된다. 이 때, 상기와 같이 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면의 온도는, 액체 원료를 기화시키는 데 충분한 온도로까지 가열되어 있기 때문에, 액적 형태의 액체 원료는 트랩될 때에 순간적으로 기화된다. 따라서, 최초의 트랩시에 완전히 기화되지 않아도, 액적 형태의 액체 원료는, 간극(338)을 흐르는 사이에 미스트 트랩 부재(380)와의 접촉을 수차례 반복하는 동안, 점차 미기화분이 감소해 간다.
또한, 가능성은 매우 낮지만, 만약 원기둥형 블록(350)의 측면에 평행하게 간극(338) 안을 직진해 가는 액체 원료의 액적이 존재하여도, 도 6에 도시하는 바와 같이, 간극(338)은 미스트 트랩 부재(380)의 바닥부에서 굴절되어 있기 때문에, 미스트 트랩 부재(380)의 바닥부에 충돌하여 기화된다.
이상 설명한 바와 같이, 액체 원료의 액적은, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 충돌하여 그 대부분이 기화되고, 기화할 수 없었던 액적도 캐리어 가스와 함께 간극(338) 또는 미스트 트랩 부재(380)의 내부를 흐르는 동안에 모두 기화되며, 원료 가스가 되어 송출구(362)를 통해 원료 가스 공급 배관(132)에 송출된다.
원료 가스 공급 배관(132)에 송출된 원료 가스는, 성막실(200)에 공급되고, 샤워 헤드(240)의 내부 공간(242)에 도입되며, 가스 토출 구멍(244)을 통하여 서셉터(222) 위의 웨이퍼(W)를 향해 토출된다. 그리고, 웨이퍼(W) 위에 미리 정해진 막예컨대 HfO2막이 형성된다. 또한, 성막실(200)에 도입되는 원료 가스의 유량은, 원료 가스 공급 배관(132)에 설치된 원료 가스 유량 제어 밸브(134)의 개방도를 제어함으로써 조정할 수 있다.
이상과 같이, 제1 실시형태에 따른 액체 원료 기화기(300)에 의하면, 하우징 본체(330B)와 원기둥형 블록(350) 사이의 좁은 공간에서 기화 유로(336)를 형성하고, 그 기화 유로(336) 안에 하우징 본체(330B)의 내측 표면에 밀착하는 미스트 트랩 부재(380)를 설치함으로써, 가열부(390)에 의해 하우징 본체(330B)를 가열했을 때에, 하우징 본체(330B)로부터 미스트 트랩 부재(380)로 이들의 접촉면 전체로부터 열을 전달시킬 수 있다.
이것에 의해, 미스트 트랩 부재(380)를 구석구석까지 균일하게 가열할 수 있기 때문에, 원기둥형 블록(350)의 분출구를 통하여 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면을 향해 액적 형태의 액체 원료를 분출시켰을 때, 이 액적 형태의 액체 원료를 매우 효율적으로 기화시킬 수 있다. 또한 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 매우 가까운 원기둥형 블록(350)의 측면으로부터 액적 형태의 액체 원료를 분출함으로써, 그 액적 형태의 액체 원료를 분류 상태로 미스트 트랩 부재(380)의 표면에 고속으로 충돌시킬 수 있다. 이 때 생기는 충돌 분류 효과에 의해, 액적 형태의 액체 원료와 미스트 트랩 부재(380) 사이의 열교환이 촉진되고, 액적 형태의 액체 원료의 기화 효율을 한층 더 높일 수 있다.
또한, 미스트 트랩 부재(380)에서의 부분적인 온도 저하에 의한 기화 불량을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 미스트 트랩 부재(380)의 막힘을 방지할 수 있다. 따라서, 미스트 트랩 부재(380)의 수명을 연장시킬 수 있고, 더 나아가서는 액체 원료 기화기(300)의 메인터넌스 사이클을 연장시킬 수 있다. 또한, 미스트 트랩 부재(380)만을 제거하여 교환할 수도 있기 때문에, 메인터넌스에 걸리는 시간을 짧게 할 수 있다. 이것에 의해, 성막 장치(100)에서의 작업 처리량을 향상시킬 수도 있다.
또한, 미스트 트랩 부재(380)는 하우징 본체(330B)의 내측 표면과 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과의 사이의 좁은 공간[기화 유로(336)]에 들어갈 정도로 얇기 때문에, 가열 효율(열전도 효율)이 높고, 미스트 트랩 부재(380)에 액적 형태의 액체 원료가 접촉하여 기화할 때에 기화열로서 열이 빠져나가도, 신속히 열에너지를 보충할 수 있다.
또한, 기화 유로(336) 안에 형성되는 간극(338)에는, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면이 노출되어 있다. 또한 그 내측 표면은 거친 면으로 구성되고 고온으로 가열되기 때문에, 간극(338)을 통과하는 액체 원료의 액적을, 레이든 프로스트 현상을 발생시키지 않고, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 트랩하여 기화시킬 수 있다. 이것에 의해, 미기화 성분을 함유하지 않는 양질의 원료 가스를 성막실(200)에 공급할 수 있다.
또한, 도 2에 도시하는 기화부(300B)에서는, 미스트 트랩 부재(380)가 설치되는 기화 유로(336) 안에, 송출구(362)에 연통하는 간극(338)이 형성되어 있기 때문에, 미스트 트랩 부재(380)에 의해 기화부(300B)의 공간이 구획되지 않는다. 이 때문에, 만약에 액체 원료의 액적의 기화 불량 등에 의해 미스트 트랩 부재(380)가 부분적으로 막혀도, 생성된 원료 가스는 간극(338)을 통해 송출구(362)를 통하여 송출될 수 있다. 즉, 미스트 트랩 부재(380)의 막힘에 의한 원료 가스의 압력 손실이 발생하지 않기 때문에, 성막실(200)에 충분한 유량의 원료 가스를 공급할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에서는, 하우징(330), 미스트 트랩 부재(380), 가열 부(390)를 원통형으로 형성한 경우에 대해서 설명했지만, 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니다. 하우징(330), 미스트 트랩 부재(380), 가열부(390)를, 원통 이외의 통형, 예컨대 각진 통형으로 형성하여도 좋다. 이 경우에는, 원기둥형 블록(350) 대신에 각기둥형 블록이 하우징(330) 안에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 제1 실시형태에 따른 기화부(300B)는, 도입부(330A)와 하우징 본체(330B)로 구성되어 있지만, 도입부(330A)를 생략하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 예컨대 액체 원료 공급부(300A)를 직접, 원기둥형 블록(350)의 상류측 단부면에 접속하여, 토출구(316)를 통하여 토출되는 액체 원료의 액적이 원기둥형 블록(350)의 바닥이 있는 구멍(352)에 도입되도록 할 수 있다. 이 경우의 바닥이 있는 구멍(352)은, 액적 형태의 액체 원료의 도입구를 겸한다.
또한, 도 2에 도시하는 기화부(300B)에서는, 원기둥형 블록(350)의 내부에 형성되는 분출 구멍(351)을, 상류측의 단부면에 형성된 바닥이 있는 구멍(352)과, 이 바닥이 있는 구멍(352)을 중심으로 하여 외측 표면을 향해 원기둥형 블록(350)의 축 방향에 대하여 수직으로 방사상으로 연장되는 복수의 관통 구멍(354)에 의해 구성하는 경우에 대해서 설명했지만, 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니다.
예컨대 도 7에 도시하는 바와 같이, 각 관통 구멍(354)은 원기둥형 블록(350)의 축 방향에 대하여 경사져 형성되어도 좋다. 이것에 의하면, 각 관통 구멍(354)을 통하여 분출되는 액체 원료의 액적을 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면에 비스듬히 충돌시킬 수 있다. 이 경우, 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면의 보다 넓은 범위에서 트랩할 수 있다. 이것에 의해, 액체 원료의 액적의 기화 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도 7에 도시하는 각 관통 구멍(354)은, 비스듬히 형성되어 있기 때문에, 상류측으로부터 바닥이 있는 구멍(352)에 유입되는 액적 형태의 액체 원료를 보다 원활히 각 관통 구멍(354) 안에 유도할 수 있다. 이 결과, 단시간에 효율적으로 액적 형태의 액체 원료를 기화시켜, 보다 많은 원료 가스를 생성할 수 있다.
또한, 도 4에 도시하는 원기둥형 블록(350)에서는, 예시적으로 8개의 관통 구멍(354)(354A～354H)이 형성되어 있지만, 관통 구멍(354)의 수가 8개로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 보다 대량의 원료 가스를 생성하기 위해, 보다 다수의 관통 구멍(354)을 형성하도록 하여도 좋다. 이와 같이 관통 구멍(354)의 개수를 늘리는 경우, 원기둥형 블록(350)의 원주 방향으로 관통 구멍(354)을 추가하도록 하여도 좋고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 바닥이 있는 구멍(352)을 중심으로 하여 원기둥형 블록(350)의 축 방향에 대하여 수직으로 연장되도록 방사상으로 배열된 복수(여기서는 8개)의 관통 구멍(354)의 조를, 그 축 방향을 따라 복수 조(예컨대 3조) 배열하도록 하여도 좋다.
이것에 의하면, 각 관통 구멍(354)을 통하여 분출되는 액적 형태의 액체 원료를 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면의 보다 넓은 범위에서 트랩할 수 있다. 또한, 관통 구멍(354)의 개수를 많게 하고 있지만, 원기둥형 블록(350)의 축 방향으로 간격을 둔 위치에서 관통 구멍(354)의 조를 추가하는 양태이기 때문에, 각 관통 구멍(354)을 통하여 토출되는 액적 형태의 액체 원료를 미스트 트랩 부재(380)의 내측 표면의 중첩되지 않는 별개의 영역에서 트랩시킬 수 있다. 따라서, 기화 효율을 저하시키지 않고 충분한 유량의 원료 가스를 생성할 수 있다.
또한, 전술한 도 2에 도시하는 기화부(300B)에서는, 하나의 미스트 트랩 부재(380)를 원기둥형 블록(350)과 하우징 본체(330B)의 사이에 설치한 경우를 예로 들었지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 9에 도시하는 바와 같이, 미스트 트랩 부재(380)를, 하우징 본체(330B)의 내측 표면에 밀착하는 외측 미스트 트랩 부재(380A)와, 원기둥형 블록(350)의 외측 표면에 밀착하는 내측 미스트 트랩 부재(380B)로 나눠 구성하여, 외측 미스트 트랩 부재(380A)의 내측 표면과 내측 미스트 트랩 부재(380B)의 외측 표면의 사이에 송출구(362)에 연통하는 기화 유로(336) 안의 간극(338)을 형성하도록 하여도 좋다. 외측 미스트 트랩 부재(380A)와 내측 미스트 트랩 부재(380B)는, 모두 전술한 통기성 부재로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우도, 원기둥형 블록(350)은, 전술한 바와 같이 열전도성이 높은 재료로 구성된다. 이것에 의해, 하우징 본체(330B)뿐만 아니라, 원기둥형 블록(350)도 가열부(390)에 의해 가열되기 때문에, 외측 미스트 트랩 부재(380A)는 하우징 본체(330B)로부터의 열이 전달되어 가열되고, 내측 미스트 트랩 부재(380B)는 원기둥형 블록(350)으로부터의 열이 전달되어 가열된다. 또한 내측 미스트 트랩 부재(380B)도, 외측 미스트 트랩 부재(380A)와 마찬가지로, 두께가 얇은 컵형으로 형성되기 때문에, 그 전체를 구석구석까지 균일하게 가열할 수 있다.
이것에 의하면, 간극(338)에는, 고온으로 가열된 외측 미스트 트랩 부재(380A)의 내측 표면과 고온으로 가열된 내측 미스트 트랩 부재(380B)의 외측 표면이 모두 노출되기 때문에, 간극(338)을 통과하는 액적 형태의 액체 원료는, 어느 하나의 표면에 트랩되어 기화된다. 이와 같이, 간극(338)에서 노출되는 미스트 트랩 부재(380)의 면적이 대폭 증가하기 때문에, 간극(338)을 통과하는 액체 원료의 액적이 미스트 트랩 부재(380)에 트랩되는 기회를 늘릴 수 있고, 액체 원료의 기화 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2에 도시하는 기화부(300B)에서는, 미스트 트랩 부재(380)의 두께를, 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 하우징 본체(330B)의 내측 표면의 사이의 기화 유로(336)의 폭보다 얇게 하여, 기화 유로(336) 안에 간극(338)을 형성한 경우에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 10에 도시하는 바와 같이, 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 하우징 본체(330B)의 내측 표면의 사이의 기화 유로(336)의 폭과 동일한 두께의 미스트 트랩 부재(380C)를 이용하여도 좋다. 즉, 원기둥형 블록(350)과 하우징 본체(330B)의 사이의 기화 유로(336)를 미스트 트랩 부재(380C)로 메우도록 하여도 좋다.
이와 같이, 기화 유로(336)를 미스트 트랩 부재(380C)로 메우도록 하면, 각 관통 구멍(354)을 통하여 분출되는 액적 형태의 액체 원료가, 미스트 트랩 부재(380)에 확실하게 트랩되어 기화되고, 그것에 의해 생성된 원료 가스는, 미스트 트랩 부재(380)의 내부를 유로(336)로서 통과하여, 송출구(362)를 통하여 송출된다.
또한, 미스트 트랩 부재(380C)는, 그 외측 표면과 내측 표면이 각각 원기둥형 블록(350)의 외측 표면과 하우징 본체(330B)의 내측 표면에 밀착되기 때문에, 양면으로부터 열이 전도되고, 그 전체가 고온이며 균일하게 가열된다. 따라서, 그 내부를 통과하는 액적 형태의 액체 원료를 보다 확실하게 기화시킬 수 있다.
또한, 기화 유로(336)를 미스트 트랩 부재(380C)로 메우는 경우는, 간극(338)이 없어지기 때문에, 원료 가스의 흐름의 컨덕턴스가 저하되지 않도록, 미스트 트랩 부재(380C)를 구성하는 통기성 부재로서 눈이 성긴 것을 이용하는 것이 바람직하다.
(제2 실시형태에 따른 성막 장치)
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 11은, 제2 실시형태에 따른 성막 장치(102)의 개략 구성예를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 도시하는 성막 장치(102)에서는, 도 1에 도시하는 액체 원료 기화기(300)가 액체 원료 기화기(302)로 대체되어 있다. 또한, 도 11에 있어서, 액체 원료 기화기(302) 이외의 구성에 대해서는, 도 1에 도시하는 성막 장치와 같기 때문에, 도 11에서는, 도 1에 도시하는 것과 같은 기능 구성을 갖는 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고, 이들의 상세한 설명은 생략한다.
도 11에 도시되는 액체 원료 기화기(302)는, 액체 원료 공급원(110)으로부터 공급되는 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 제1 액체 원료 기화기(304)와, 제1 액체 원료 기화기(304)에서 생성된 원료 가스의 토출구에 접속 배관(306)을 통해 접속되는 제2 액체 원료 기화기(308)를 구비하고 있다. 제2 액체 원료 기화기(308)의 토출구를 통하여 토출되는 원료 가스는, 원료 가스 공급 배관(132)을 통해 성막실(200)에 공급되도록 되어 있다.
이러한 제2 액체 원료 기화기(308)의 구성예를 도 12에 도시한다. 제2 액체 원료 기화기(308)는, 도 2에 도시된 액체 원료 기화기(300)의 기화부(300B)만으로 구성되어 있다. 도 12에 있어서, 도 2에 도시하는 것과 같은 기능 구성을 갖는 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고, 이들의 상세한 설명은 생략한다. 제2 액체 원료 기화기(308)에서의 도입구(344)에는, 상기 접속 배관(306)이 접속되고, 제1 액체 원료 기화기(304)의 토출구를 통하여 원료 가스가 도입된다. 이 점이, 도 2에 도시된 기화부(300B)와 상이하다.
한편, 제1 액체 원료 기화기(304)는, 액체 원료 공급원(110)으로부터 공급되는 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 것이면, 그 구성이나 종류 등은 문제되지 않고, 종래의 액체 원료 기화기여도 좋다.
이러한 제2 실시형태에 의하면, 제2 액체 원료 기화기(308)에서, 미스트 트랩 부재(380)인 통기성 부재 전체를 구석구석까지 고온으로 조정하여 유지할 수 있고, 이러한 통기성 부재에 액적 형태의 액체 원료를 고속으로 충돌시킴으로써, 종래 기술과 비교하여 기화 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 부분적인 온도 저하에 의한 기화 불량을 방지할 수 있기 때문에, 통기성 부재의 막힘을 방지할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자이면, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예를 생각할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
예컨대 본 발명에 따른 액체 원료 기화기는, MOCVD 장치, 플라즈마 CVD 장치, ALD(원자층 성막) 장치, LP-CVD 장치(배치식, 종형, 횡형, 미니 배치식 등, 형식 불문) 등에 이용되는 액체 원료 기화기에 적용할 수 있다.
또한, 미스트 트랩 부재를, 통기성 부재 이외의 부재, 예컨대 표면이 거친 면으로 가공된 금속 등과 같이, 액적 형태의 액체 원료를 트랩하여 열교환을 효율적으로 행할 수 있는 부재로 구성하여도 좋다.

Claims (11)

  1. 액체 원료를 액적 형태로 하여 토출하는 액체 원료 공급부와, 그 액적 형태의 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 기화부를 포함하는 액체 원료 기화기로서,
    상기 기화부는,
    상기 액체 원료 공급부로부터 액적 형태의 액체 원료가 도입되는 도입구와,
    상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와,
    상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과,
    상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와,
    상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와,
    상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 상기 액적 형태의 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과,
    상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미스트 트랩 부재의 두께는 상기 기화 유로의 폭보다도 얇고, 상기 기화 유로 안에서 상기 기둥형 블록의 외측 표면과 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면의 사이에, 상기 송출구에 연통하는 간극이 잔존해 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미스트 트랩 부재의 두께는 상기 기화 유로의 폭과 동일하고, 상기 기화 유로를 메우도록 상기 미스트 트랩 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미스트 트랩 부재는,
    상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하는 외측 미스트 트랩 부재와,
    상기 기둥형 블록의 외측 표면에 밀착하는 내측 미스트 트랩 부재로 구성되어 있고,
    상기 기화 유로 안에서, 상기 외측 미스트 트랩 부재의 내측 표면과 상기 내측 미스트 트랩 부재의 외측 표면의 사이에, 상기 송출구에 연통하는 간극이 잔존해 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분출 구멍은, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면에 형성된 바닥이 있는 구멍과, 이 바닥이 있는 구멍을 중심으로 하여 이로부터 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 향해 방사상으로 관통하는 복수의 관통 구멍으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 상기 관통 구멍은, 상기 기둥형 블록의 축 방향에 대하여 수직으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  7. 제5항에 있어서, 각각의 상기 관통 구멍은, 상기 기둥형 블록의 축 방향에 대하여 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  8. 제5항에 있어서, 상기 바닥이 있는 구멍을 중심으로 하여 상기 기둥형 블록의 축 방향에 대하여 수직으로 연장되도록 방사상으로 배열된 복수의 관통 구멍의 조가, 상기 기둥형 블록의 축 방향을 따라 복수조 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  9. 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 다른 액체 원료 기화기에 접속되는 액체 원료 기화기로서,
    상기 다른 액체 원료 기화기에서 생성된 원료 가스가 도입되는 도입구와,
    상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와,
    상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과,
    상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와,
    상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와,
    상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 액적 형태의 상기 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과,
    상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 원료 기화기.
  10. 액체 원료 기화기로부터의 원료 가스를 도입하여 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 하는 성막실을 포함하는 성막 장치로서,
    상기 액체 원료 기화기는, 액체 원료를 액적 형태로 하여 토출하는 액체 원료 공급부와, 그 액적 형태의 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 기화부를 포함하고,
    상기 기화부는, 상기 액체 원료 공급부로부터 액적 형태의 액체 원료가 도입되는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치되고, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와, 상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 향해 관통하도록 형성되며, 상기 도입구를 통하여 도입되는 상기 액적 형태의 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 액체 원료 기화기로부터의 원료 가스를 도입하여 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 하는 성막실을 포함하는 성막 장치로서,
    상기 액체 원료 기화기는, 액체 원료를 기화시켜 원료 가스를 생성하는 제1 액체 원료 기화기와 이것에 접속된 제2 액체 원료 기화기로 구성되고,
    상기 제2 액체 원료 기화기는, 상기 제1 액체 원료 기화기에서 생성된 원료 가스를 도입하는 도입구와, 상기 도입구측에 개구단을 갖는 바닥이 있는 통형의 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 개구단을 폐색하는 플랜지부를 가지며, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 대하여 기화 유로가 되는 간극을 둔 상태로 끼워 넣어지는 기둥형 블록과, 상기 하우징 본체의 내측 표면과 상기 기둥형 블록의 외측 표면의 사이에 형성되는 기화 유로 안에, 상기 하우징 본체의 내측 표면에 밀착하고 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 덮도록 설치된, 통기성을 갖는 미스트 트랩 부재와, 상기 하우징 본체를 덮도록 설치되며, 상기 미스트 트랩 부재를 상기 하우징 본체를 통해 가열하는 가열부와, 상기 도입구에 연통하도록, 상기 기둥형 블록의 도입구측의 단부면으로부터 상기 기둥형 블록의 외측 표면을 향해 관통하도록 형성되고, 상기 도입구를 통하여 도입되는 상기 제1 액체 원료 기화기로부터의 액체 원료를 상기 미스트 트랩 부재의 내측 표면을 향해 분출하는 분출 구멍과, 상기 하우징 본체의 바닥부에 설치되고, 상기 기화 유로 안의 상기 미스트 트랩 부재에 의해 기화되어 생성된 원료 가스를 외부에 송출하는 송출구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
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