WO2010007981A1

WO2010007981A1 - 成膜装置及び粉体気化装置

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Publication number: WO2010007981A1
Application number: PCT/JP2009/062717
Authority: WO
Inventors: 明威田村; 和也土橋; 輝幸林
Original assignee: 東京エレクトロン株式会社
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2010-01-21
Also published as: JP2010024498A

Abstract

　固体状の原料粉体を貯留する原料貯留部からキャリアガスと共に原料粉体を粉体気化部に供給し、粉体気化部において原料粉体をプラズマ化して気体状の原料とし、これを処理容器へと供給する。

Description

成膜装置及び粉体気化装置

　本発明は、原料粉体から得たガスを用いて処理容器内で被処理体に対して処理を行う技術、及び原料粉体からガスを得る技術に関する。

　半導体製造プロセスにおいて、沸点が高くて気化しにくい材料をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜する場合には、沸点の低い液体原料例えば有機錯体を用い、この有機錯体を熱分解させることで成膜が行われる。このような方法で成膜可能な材料としては、配線材料として代表的な銅（Ｃｕ）をはじめ、ゲート絶縁膜などの適用が検討されているルテニウム（Ｒｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）などの金属材料を挙げることができる。

　有機錯体液体原料は、当該液体原料を収容するタンク内で所定の温度に加熱されることにより気化され、配管を介してＣＶＤ装置に供給される。しかしながら、有機錯体液体原料はタンク内で分解（変質）が生じやすい。また、原料中の有機物が薄膜中に取り込まれ、その薄膜に要求される特性を劣化させる要因になる。また、有機錯体蒸気が配管に設けられたバルブあるいは流量調整器にて液化して液体（ミスト）が処理容器内に搬送されることにより、半導体ウェハにパーティクル汚染を引き起こす懸念がある。その上、有機錯体液体原料は高価である。また、配管途中での気体の凝縮（液化）を抑えるために、配管やバルブ、流量調整器等の部材が加熱される。これらの部材に耐熱性を持たせる必要があるために高価な部材が必要になり、更に加熱によりこれらの部材の寿命が短くなるので、装置のコストアップに繋がっている。なお、タンク内での液体原料の分解を避けるために、原料を液体の状態で気化器まで送り出し、気化器にてキャリアガスを用いてミスト化する手法も知られている。しかし、この手法によっても他の問題は解決できない。

　そこで、液体原料に代えて固体原料を用いることが検討されている。例えば、原料タンク内に原料粉体を貯留し、このタンクを加熱して原料粉体を気化（昇華）させて処理ガスを得る方法がある。しかし、この場合には得られる処理ガスの流量が少ないし、また原料タンク全体を加熱しなければならないので、大きな消費エネルギーが必要となる。

　特開平５－９７４０９号公報（特に段落００１５及び図３を参照）には、酸化物超伝導体の成膜の際に気化が困難な原料粉体を気化させる方法として、当該原料粉体にオキシカルボン酸などの常温で固体の二座配位子を添加した混合粉末を気化器に送り加熱することが記載されている。加熱された際、原料粉体に二座配位子が結合し、気化し易い配位化合物が形成され、その結果、原料粉体の気化が容易となる。しかしこの方法でも、得られた原料気体中に有機物が混入するため薄膜の特性に悪影響を与えるという懸念がある。

　特開平６－３４６２４３号公報（図２を参照）には、振動フィーダにより加熱皿に原料粉体を供給して、加熱皿上で原料粉体を気化する装置が記載されている。しかしこの装置では、昇華性の粉体材料しか気化させることはできない。また、気化させた後の原料通路を高温に加熱しておかなければならないという問題は同様にある。また、得られる原料ガスの流量の調整が困難であるという問題もある。

　本発明は、気化し難い原料粉末を、不純物の混入を抑制しつつ確実に気化することができる技術を提供する。また、本発明は、上記気化技術を利用した成膜装置を提供する。
　本発明は更に、別の観点において、有機ルミネッセンス薄膜を成膜対象とした成膜装置において、不純物の混入を抑制しつつ原料粉末を気化して成膜処理を行うことができる成膜装置を提供する。

　本発明の第１の観点によれば、原料粉体を貯留する原料貯留部と、前記原料貯留部に接続された原料供給路と、前記原料貯留部内の原料粉体を前記原料供給路に送り出すための送り出し手段と、前記原料供給路中にプラズマ生成用のガスを供給する手段と、前記原料供給路中の原料粉体をイオン化するためのプラズマを得るために、プラズマ生成用のガスに対してエネルギーを供給する手段を有する粉体気化部と、前記原料供給路が接続され、原料粉体がイオン化されて得られたガスにより、内部に配置された被処理体に対して成膜処理を行うための処理容器と、前記処理容器内を排気するための排気手段と、を備えた成膜装置が提供される。

　前記送り出し手段は、前記原料貯留部内にキャリアガスを供給して原料粉体を圧送するためのキャリアガス供給手段であっても良い。

　前記キャリアガスは、プラズマ生成用のガスを兼ねていてもよく、すなわち、前記キャリアガス供給手段は、前記プラズマ生成用のガスを供給する手段を兼ねていてもよい。

　前記成膜装置は、前記原料供給路における前記粉体気化部の下流側に設けられ、前記粉体気化部においてイオン化されなかった原料粉体を除去するための粉体除去手段を備えていることが好ましい。

　また、本発明の別の観点によれば、原料粉体を気化して得られたガスにより処理容器内にて被処理体に対して有機エレクトロルミネッセンス薄膜を成膜する成膜装置であって、有機エレクトロルミネッセンスの成分を含む原料粉体を貯留する原料貯留部と、前記原料貯留部と前記処理容器との間に介在して設けられた原料供給路と、前記原料貯留部内の原料粉体を前記原料供給路に送り出すための送り出し手段と、前記原料供給路の途中に設けられ、原料粉体を加熱により気化してガスを得るために全体が加熱される加熱室と、前記加熱室において原料粉体の導入ポートに対向する面以外の面に形成され、前記ガスを処理容器に供給するための供給ポートと、を有する粉体気化部と、前記処理容器内を排気するために排気手段と、を備えた成膜装置が提供される。　

　更に、本発明の別の観点によれば、原料貯留部から送られる原料粉体を導入する導入ポートと、前記導入ポートから導入された原料粉体と共にプラズマ生成用のガスが通流する通流部と、前記通流部を通流するプラズマ生成用のガスにエネルギーを供給してプラズマを発生させる手段と、前記通流部にて前記プラズマにより原料粉体がイオン化されて得られたガスを、当該ガスにより被処理体に対して処理する処理容器に供給するための供給ポートと、を備えた粉体気化装置が提供される。

本発明による成膜装置の第１実施形態を示す全体概略構成図である。図１の成膜装置における原料の濃度を測定する手法の一例を示す模式図である。図１の構成に適用可能な粉体気化部の一例の構成を示す縦断面図である。図１の構成に適用可能な粉体除去手段の一例の構成を示す概略図である。図１の成膜装置の作用を示す模式図である。図１の成膜装置の作用を示す模式図である。図１の成膜装置の作用を示す模式図である。図１の成膜装置の作用を示す模式図である。図１の構成に適用可能な粉体気化部の他の例の構成を示す縦断面図である。図１の構成に適用可能な粉体気化部のさらに他の例を示す縦断面図である。本発明による成膜装置の第２実施形態を示す全体概略構成図である。図１１の構成に適用可能な加熱室の一例の構成を示す縦断面図である。図１２の加熱室内における作用を示す模式図である。図１１の構成に適用可能な処理容器の他の例を示す縦断面図である。

　本発明による気化装置および当該気化装置を備えた成膜装置の第１実施形態について、図１～図４を参照して説明する。この成膜装置は、プラズマの原料である固体状の原料粉体を貯留するための原料貯留部１１と、被処理体である基板例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）Ｗに対して原料粉体をプラズマ化して得られる気体（イオン）により成膜処理を行う処理容器５１と、原料貯留部１１から処理容器５１に原料を供給するための原料供給路１９と、この原料供給路１９に介設され、当該原料供給路１９内を通流する原料粉体をプラズマ化（イオン化）するための粉体気化装置である粉体気化部３１と、を備えている。

　原料貯留部１１は、内部に原料粉体が貯留される粉体容器１１ａから構成されており、粉体容器１１ａの底部は下方に向けて縮径する円錐形に形成されている。粉体容器１１ａの側壁には、キャリアガス供給路１２の一端が接続されている。キャリアガス供給路１２の他端には、キャリアガス供給源１５が接続されている。キャリアガス供給路１２の両端の間には、原料供給路１９中にガスを供給する手段（送り出し手段）であるバルブ１３及び流量調整部１４が介設されている。

　キャリアガス供給源１５には、処理容器５１に向けて原料貯留部１１内の原料粉体を吐出（圧送）するためのキャリアガスが貯留されている。例示された実施形態においては、後述するように、キャリアガスは、上記の原料粉体をプラズマ化（イオン化）して気体を得るためのプラズマを生成するためのガス（プラズマ生成用のガス）としての役割も果たす。このようなプラズマ生成用のガスを兼ねるキャリアガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、あるいはネオン（Ｎｅ）ガスなどを用いることができる。

　例示された実施形態においては、ウェハＷに高融点材料である銅（Ｃｕ）膜を成膜するために、上記の原料粉体として固体（粒子）状の酸化銅（ＣｕＯ）が、原料貯留部１１内に収納されている。また、この原料粉体は、原料貯留部１１内において均一に分散するように、粒径が例えば１００ｎｍ程度に揃えられている。

　また、粉体容器１１ａには、原料粉体を撹拌するために、粉体及びキャリアガスを側壁から吸い込んで底部に戻すための粉体撹拌路１６が接続されている。粉体撹拌路１６の途中には循環手段であるポンプ１７が設けられている。なお、原料貯留部１１内に例えば棒状の磁石などからなるスターラー（stirrer）を入れて、原料貯留部１１の下方側に設けた磁石によりこのスターラーを回転させることにより、原料粉体の撹拌を行うこともできる。或いは、原料貯留部１１に例えば超音波振動などの物理的な衝撃を連続的に与えることにより原料粉体の撹拌を行っても良い。また、上記の複数の撹拌方法を併用しても良い。

　この原料貯留部１１内には、上部中央の開口部１８を介して粉体取り出し管１９１が突入され、この粉体取り出し管１９１の上端側は、鉛直方向に配置された粉体導入管１９２内に昇降自在に挿入されている。粉体取り出し管１９１と原料貯留部１１の上面との間及び粉体取り出し管１９１と粉体導入管１９２の下端部との間には、各々蛇腹状のベローズ２２、２２が設けられており、このベローズ２２により、既述の粉体取り出し管１９１が昇降しても原料貯留部１１内の雰囲気及び粉体導入管１９２（原料供給路１９）内の雰囲気が外部に対して気密にシールされるようになっている。

　原料貯留部１１内においては、既述の循環作用と重力との兼ね合いで上位置から下位置に向かうにつれて原料粉体の濃度が濃くなっているので、この粉体取り出し管１９１の突入位置即ち下端の開口部（取り込み口）１９ａの高さ位置を変えることにより、原料供給路１９内に流入する原料粉体の濃度を調整できることとなる。粉体取り出し管１９１には支持軸２１ａを介して昇降機構２１が設けられ、この昇降機構２１により粉体取り出し管１９１の突入位置が制御される。

　原料供給路１９における粉体導入管１９２の下流側（処理容器５１側）には、当該原料供給路１９内を通流する原料粉体の濃度（量）を測定するための濃度検出部２３が介設されている。この濃度検出部２３は、図２に示すように、両側面に原料供給路１９が接続された例えば箱型の筐体２３ａを備えている。この筐体２３ａの上下面には、相対向するように透明な窓２３ｃ、２３ｃが気密に設けられ、これら窓２３ｃ、２３ｃの上下位置には、夫々当該筐体２３ａを挟んで相対向するように、例えばレーザー光の発光部２３ｄ及び受光部２３ｅが設けられている。筐体２３ａ内を原料粉体が通流していると、レーザー光が当該粉体に散乱されて受光部２３ｅにて受光するレーザー光の強度が減少する。従って、受光部２３ｅで検出されたレーザー光強度に基づいて筐体２３ａ内を通流する原料粉体の濃度を検出できる。図１中の参照符号７は制御部を示し、この制御部７は濃度検出部２３からの濃度検出信号（レーザー光の受光強度に対応する信号）と、例えばプロセスレシピに応じて予め設定された原料粉体の濃度に対応する濃度設定信号と、の偏差に応じて、原料貯留部１１内における粉体取り出し管１９１の吸い込み口（開口部１９ａ）の高さ位置を制御するための制御信号を昇降機構２１に出力する機能を備えている。

　濃度検出部２３の下流側（処理容器５１側）における原料供給路１９には、第１の切り替えバルブ２４を介して当該原料供給路１９内の原料粉体をプラズマ化（イオン化）して気体を得るための既述の粉体気化部３１が介設されている。この粉体気化部３１は、図３にも示すように、例えば原料粉体の通流方向に沿って伸びる円筒状の通流部３２と、この通流部３２の長さ方向に沿って当該通流部３２の外周面に巻回された誘導コイル３３と、を備えている。この誘導コイル３３には、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚ、電力が０．２ｋＷ～８．０ｋＷのエネルギーを供給する手段すなわちプラズマを発生させる手段である高周波電源３４が接続されている。通流部３２は、例えば石英などの誘電体により構成されており、通流部３２の上流側の端面には当該通流部３２内に原料粉体を導入するための導入ポート３５が形成され、通流部３２の下流側の端面には原料粉体をプラズマ化して得られたガスを処理容器５１に供給するための供給ポート３６が形成されている。ここで原料供給路１９における粉体気化部３１の上流側部位および下流側部位を夫々粉体導入路３７および気体供給路３８と呼ぶとすると、導入ポート３５には粉体導入路３７が接続され、供給ポート３６には気体供給路３８が接続されていることになる。誘導コイル３３により形成される電界を通流部３２内に供給することによって、内部を通流するアルゴンガスをプラズマ化し、そのプラズマによって、あるいはこのプラズマと誘導コイル３３により形成される電界とによって、原料粉体がプラズマ化されてイオン化すなわち気化されることとなる。

　粉体気化部３１の下流側には、粉体除去手段４１が設けられている。この粉体除去手段４１は、図４に示すように、気体供給路３８を構成する管路を屈曲させ、その屈曲部分４２において上流側の管路から見て左右方向に磁力線が走る磁場が形成されるように磁場形成手段４３を設けて構成される。例示された実施形態においては、磁場形成手段４３は、管路の屈曲部分４２の前記左右方向両側に磁石例えば永久磁石を対向配置して構成される。このような粉体除去手段４１においては、粉体除去手段４１の上流側の管路から流れてきたプラズマが屈曲部分４２に差し掛かると、この屈曲部分４２ではプラズマ中のイオンであるＯ^－（酸素イオン）、Ｃｕ^２＋（銅イオン）、Ａｒ^＋（アルゴンイオン）が前方に進もうとしているところへ左右方向（図４（ｂ）における紙面と直交方向）の磁場を受けるため、これらのイオンの運動軌跡が下方側に曲げられる。一方、イオン化されなかった原料粉体は、前記磁場内においても下方側に向かう力が作用しないので、そのまま前方へ進み、屈曲部分４２における管壁に衝突して付着する。このためプラズマ中から原料粉体が分離除去される。尚、図４（ｂ）は粉体気化部３１を模式的に示しており、イオン化されていない原料粉末がドットが書き込まれた大きな丸で、酸素イオンが白抜きの小さな丸で、銅イオンが黒塗りの丸で、そしてアルゴンイオンが白抜きの三角でそれぞれ示されている。また、図４（ｂ）では磁場形成手段４３の描画を省略してある。

　気体供給路３８は、処理容器５１の側壁に形成された原料導入口５２に接続されており、この原料導入口５２を介して既述の粉体気化部３１により得られたプラズマが当該処理容器５１内に導入される。処理容器５１の内部の底面中央には、ウェハＷを載置するための載置台をなすステージ５３が設けられており、このステージ５３の表面の載置面の高さ位置は、既述の原料導入口５２の高さ位置よりも例えば低くなるように設定されている。このステージ５３には、当該ステージ５３に形成された図示しない貫通孔を介してウェハＷを裏面側から突き上げて昇降させるための例えば昇降ピン５４が設けられており、この昇降ピン５４は、支持軸５４ａを介して処理容器５１の外部に設けられた昇降機構５４ｂにより昇降するように構成されている。

　処理容器５１の側壁における原料導入口５２に例えば対向する位置には、ウェハＷの搬入出を行うためにゲートバルブ５５ａにより開閉される搬送口５５が形成されている。そして、この搬送口５５を介して図示しない外部の搬送手段が処理容器５１内に進入し、昇降ピン５４との間でウェハＷの受け渡しが行われる。処理容器５１には、当該処理容器５１内の圧力を測定するための圧力計５０が設けられている。また、処理容器５１の下面には、排気口５６が形成されており、この排気口５６から処理容器５１の外部に伸びる排気路５７には、例えばバタフライバルブなどの圧力調整手段５７ａ、当該排気路５７内の流路の開閉を行うためのメインバルブ６０ａ及び固体例えば原料粉体を除去（低減）するための例えばトラップなどの粉体回収手段５８を介して、真空ポンプなどの真空排気手段５９が接続されている。粉体回収手段５８は、例えば処理容器５１内から排出された未反応の気体状の原料が固化して生成する固体状の粒子などの固形物を除去あるいは低減するためのものである。

　濃度検出部２３と第１の切り替えバルブ２４との間において原料供給路１９（粉体導入路３７）から分岐した分岐路が、処理容器５１を迂回するバイパス路２５として設けられており、このバイパス路２５は、粉体回収手段５８の上流側において排気路５７に合流している。このバイパス路２５には、第２の切り替えバルブ２６、例えばバタフライバルブなどの圧力調整手段５７ｂと、当該バイパス路２５内の流路の開閉を行うためのメインバルブ６０ｂとが、上流側からこの順番で介設されている。また、第２の切り替えバルブ２６と圧力調整手段５７ｂとの間において、バイパス路２５には、当該バイパス路２５内の圧力を測定するための圧力計２７が設けられている。後述するように、上記のバルブ２４、２６の開閉を切り替えることにより、処理容器５１内への原料の供給の給断を行うことができる。バルブ２４、２６は、切り替え手段をなす。

　制御部７は例えば図示しないＣＰＵ、メモリ及びプログラムなどを備えたコンピュータとして構成されている。前記メモリには、例えば原料粉体の濃度、成膜処理を行う時間やキャリアガス供給源１５から供給するキャリアガスの流量、あるいは処理容器５１内の圧力や高周波電源３４から粉体気化部３１に供給する高周波の電力値などの設定値がレシピ毎に格納される領域が設けられている。前記プログラムには、前記メモリからレシピを読み出して後述の成膜処理を行うように成膜装置の各部に制御信号を出力するように命令が組み込まれている。前記プログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶部である記憶媒体８に格納され、この記憶媒体８からコンピュータにインストールされる。

　次に、上述の実施形態の作用について図５～図８を参照して説明する。先ず、図５（ａ）に示すように、第１の切り替えバルブ２４及びメインバルブ６０ａを閉じて第２の切り替えバルブ２６及びメインバルブ６０ｂを開放し、原料供給路１９を遮断するとともにバイパス路２５を開放する。この時、バイパス路２５に介設された圧力調整手段５７ｂにより、当該バイパス路２５内の圧力（圧力計２７の測定値）がこれから行われるプロセスのプロセス圧力と等しくなるように、あるいはほぼ同程度となるように調整しても良い。

　そして、バルブ１３及び流量調整部１４を介してキャリアガス供給路１２から所定量のアルゴンガスを原料貯留部１１内に供給すると共に、ポンプ１７により当該原料貯留部１１内の雰囲気を撹拌する。これにより原料貯留部１１内の下方に積もっていた原料粉体は、この撹拌により分散して、図６（ａ）に示すように、原料貯留部１１内において上方から下方に向かって徐々に濃度が高くなる濃度勾配が形成される。このため、粉体取り出し管１９１の開口部１９ａの高さ位置に応じた濃度の原料粉体がアルゴンガスと一緒に粉体取り出し管１９１（原料供給路１９）に取り込まれていく。なお、図６においては、粉体がドット（dot）で示されている。また、濃度検出部２３において、既述のように発光部２３ｄから受光部２３ｅに向けてレーザー光を照射して、レーザー光の散乱により当該原料供給路１９内を通流する原料粉体の濃度を測定し、原料粉体の濃度がレシピに応じて予め定められた設定値となるように昇降機構２１を駆動する。具体的には、原料供給路１９内の原料粉体の濃度が例えば設定値よりも高い場合には、開口部１９ａの高さ位置を上昇させ、原料粉体の濃度が設定値よりも低い場合には、例えば図６（ｂ）のように開口部１９ａの高さ位置を下降させる。こうして開口部１９ａの高さ位置を調整することにより、原料貯留部１１を出る原料粉体の濃度が設定値に安定していくことになる。この間、原料粉体は処理容器５１を迂回して排気される。

　次いで、原料供給路１９内を通流する原料粉体の濃度がレシピの設定値に安定した後、図５（ｂ）に示すように、第１の切り替えバルブ２４及びメインバルブ６０ａを開放して第２の切り替えバルブ２６及びメインバルブ６０ｂを閉じる。これによりバイパス路２５が閉じて原料供給路１９が開き、原料粉体が粉体気化部３１に流入する。尚、図５において、バルブ２４、２６及びバルブ６０ａ、６０ｂについては、白抜きで表示されているものが「開」状態、黒塗りで表示されているものが「閉」状態を示している。

　粉体気化部３１では、通流部３２内に誘導コイル３３により電界が形成されているので、原料粉体と共に原料供給路１９内を通流してきたアルゴンガスがこの電界のエネルギーによりプラズマ化される。そして、原料粉体はこのプラズマと接触することにより、あるいは更に原料粉体にも電界のエネルギーが印加されることも加わって、結果として原料粉体に大きなエネルギーが瞬時に加えられる。このエネルギーにより、原料粉体は軟化、溶融、蒸発という過程を瞬時に経てプラズマ化してイオン化していく。そのため、原料粉体は、通流部３２内を進行するに従って、図７に示すように、イオン化（気化）された部分の比率が高くなり、一方で、イオン化されていない部分（固体状の原料粉体のままの部分）の比率が低くなる。そして、図８に示すように、この粉体気化部３１においてイオン化された原料（原料ガス）は、既に詳述したように、粉体除去手段４１にて磁場により屈曲部分４２に沿ってその運動方向が曲げられる一方、イオン化されなかった原料粉体は、そのまま管路に衝突して管壁に付着し、こうしてイオン化されない原料粉体が分離除去される。

　その後、固体成分が取り除かれた原料ガスは、気体供給路３８及び原料導入口５２を介して処理容器５１内に通流していき、ウェハＷの表面に付着して固体状の銅が析出し、例えば集積回路の配線用の膜が成膜される。その後、第１の切り替えバルブ２４を閉じると共に、第２の切り替えバルブ２６及びメインバルブ６０ｂを開放し、原料粉体が処理容器５１を迂回して粉体回収手段５８に通流するように原料粉体の流路を切り替えて、原料ガスの供給を停止して成膜処理を終了する。なお、図７および図８においては、白抜きの丸がイオン化されていない原料粉体を、ドット（dot）がイオン化された原料粉体をそれぞれ示している。

　上述の実施形態によれば、固体状の原料を加熱して得られる気体をウェハＷに供給して処理を行うにあたり、粉体気化部３１において固体状の原料をプラズマ化して気体状の原料を得るようにしているので、例えば高融点材料例えば銅などであっても簡便に気体状の原料を得ることができる。このため、例えば銅膜を成膜するにあたって融点若しくは気化温度の低い材料例えば有機物が結合した錯体などを用いる必要が無いので、銅膜中には、原料粉体に含まれる有機物が取り込まれない。従って、不純物の混入を抑えて高い純度の膜を成膜することができる。また、安価な材料例えば酸化銅を用いることができるので、安価に成膜処理を行うことができる。更に、プラズマを用いることにより、加熱するよりも短時間で大量の原料ガスを得ることができ、従って効率良く原料粉体を気化することができる。また、処理容器５１に供給する分だけの原料粉体を気化しており、原料貯留部１１の全体にエネルギーを加えるようなことはしていないため、原料粉体の気化に要する消費エネルギーを抑えることができるし、例えば熱分解しやすい原料粉体を用いた場合でも、原料貯留部１１における熱分解の進行を抑えることができる。

　また、処理容器５１への原料の給断を行うバルブ２４、２６及び原料の濃度を測定する濃度検出部２３を、固体の原料から気体を得る気体生成部である粉体気化部３１よりも上流側（原料貯留部１１側）に設けている。そのために、これらのバルブ２４、２６及び濃度検出部２３には気体状の原料が接触しないので、この気体が凝縮しないようにこれらの部材を加熱する必要がない。従って、高温に耐える高価な部材などが不要になり、成膜装置のコストを下げることができるし、またこれらの部材に気体が付着して凝固しないことから、これらの部材の寿命を延ばすことができる。更に、従来から常温用として用いられている部材（バルブ２４、２６及び濃度検出部２３）を用いることができるので、原料の供給の給断や濃度の測定を高い精度で且つ簡便に行うことができる。

　また、原料供給路１９内を通流する固体の原料粉体の濃度が安定するまでは、処理容器５１を迂回してバイパス路２５に原料粉体を通流させ、濃度が安定してから成膜処理を行うようにしているので、高い膜厚精度で成膜できる。更に、粉体除去手段４１において気体と固体とを分離して気体により成膜処理を行っているので、パーティクルの発生を抑えることができる。

　粉体気化部３１の構成は図３に示したものに限定されるものではない。例えば図９に示すように、例えば通流部３２の出口側の開口端（図９において左側）と下流側（処理容器５１側）の原料供給路１９の開口端（図９において右側）とを離間させて、この離間領域及び通流部３２（粉体気化部３１）を覆うように、例えば通流部３２の長さ方向に沿って長く伸びる円筒形状のプラズマ生成室６８を気密に設けても良い。

　また、図１０に示すように、例えばプラズマ生成室６８内に上下に対向する１対の平行平板電極６９、６９を配置すると共に、この電極６９の一方あるいは両方に高周波電源３４を接続して、この電極６９、６９間においてアルゴンガスや原料粉体がプラズマ化されるように粉体気化部３１を構成してもよい。尚、図１０において参照符号７０は絶縁物を示しており、原料粉体が電極６９とプラズマ生成室６８の内壁との間を通り抜けるのを阻止している。

　更にまた、プラズマ生成用のガス（この例ではアルゴンガス）をプラズマ化するためのエネルギーを供給する手段としては、マイクロ波を供給する手段であっても良いし、電気エネルギー以外の例えば光エネルギー供給手段などであっても良い。粉体気化部３１は上述のように１個に限らず、例えば原料供給路１９に沿って２段（２個）以上設けても良く、このようにすれば原料粉体のプラズマ化をより一層確実に行うことができる。

　そしてまた、上述の実施形態では原料粉体を送り出すためのキャリアガスがプラズマ生成用のガスを兼ねているが、キャリアガスおよびプラズマ生成用のガスとしてそれぞれ別のガスを用いても良い。この場合は例えばキャリアガスとして水素（Ｈ_２）ガスをキャリアガスとして用いると共に、原料供給路１９から分岐した分岐路から原料供給路１９にプラズマ生成用のガスを導入する構成とすることができる。更にプラズマの生成を原料供給路１９とは別の部位、例えば原料供給路１９から分岐した分岐路内の空間例えばリモートプラズマチャンバにて行い、そのプラズマを原料供給路１９内に導入して原料粉体をイオン化するようにしても良い。

　また、上述の実施形態では原料粉体として酸化銅を用いているが、例えば酸化銅中に含まれる酸素（Ｏ）が例えば銅膜中に取り込まれる場合などには、アルゴンガスと共に水素（Ｈ_２）ガスなどの還元性ガスを供給するようにしても良い。また、上述の実施形態では銅膜を成膜するための原料粉体として酸化銅を用いたが、これ以外にも例えば銅（Ｃｕ）を用いても良い。

　また、成膜される膜は、銅膜には限定されず、高融点材料例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）やルテニウム（Ｒｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）あるいはタングステン（Ｗ）などであってもよい。また、成膜される膜は、一つの元素からなる膜に限定されず、化合物例えばＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３）、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）などの膜であっても良い。このような化合物の膜を成膜する場合には、原料粉体としてはこの化合物の粒子あるいは化合物を構成する各々の元素の粉体を所定の混合比で混合した混合粉体が用いられることになる。

　尚、粉体気化部３１において原料粉体のほぼ全量をプラズマ化できる場合には、粉体除去手段４１を設けずに、気体供給路３８を処理容器５１に直接接続するようにしても良い。また、粉体除去手段４１は、例えばメッシュやトラップ等の構造的に固体と気体とを分離するものであってもよい。

　次に、本発明の第２実施形態について、有機ＥＬ（Electro Luminescence）材料を成膜する例を説明する。
　このような有機ＥＬ材料としては、例えばＡｌＱ３（alaminato-tris-8-hydroxyquinolate）やＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）などが例示され、前述の第１実施形態と同様に、有機ＥＬの成分を含む粒子（固体）状の原料粉体として供給されることになる。ところで、このような有機ＥＬ材料は、上記の高融点材料よりも低い温度で気化しやすい。そこで、この第２実施形態に係る成膜装置における粉体気化部３１としては、前述のプラズマを用いた気化方法に代えて、加熱を用いた気化方法が利用される。この成膜装置について、図１１及び図１２を参照して説明するが、既述の図１と同じ構成部分については同じ符号を付して説明を省略する。

　この図１１に示すように、第１の切り替えバルブ２４の下流側（処理容器５１側）には、例えばサイクロン分離器などの粉体分離器１００と加熱室である粉体気化部８０とが第１の切り替えバルブ２４側からこの順番で設けられている。この実施の形態のように加熱により原料粉体を気化させる場合には、原料粉体を輸送するためには大流量のキャリアガスが必要となるが、処理容器５１にそのまま原料粉体とキャリアガスとが流れてしまうと、処理容器５１内の圧力が高くなりすぎてしまう。そこで、粉体気化部８０の上流側にこの粉体分離器１００を設けて、処理容器５１に供給されるキャリアガスの量を減らすように、つまりキャリアガス中に含まれる原料粉体の濃度を増やすようにしている。

　粉体気化部８０は、図１２に示すように、原料供給路１９の長さ方向に伸びる例えば円筒状の筐体８１を備えている。この筐体８１の長さ方向における側壁の一面側には、原料供給路１９が気密に接続される導入ポート８１ａが設けられ、この導入ポート８１ａに対向する位置には、筐体８１の長さ方向に対して垂直となるように配置された熱板８２が設置されている。この熱板８２の内部には、加熱手段であるヒーター８２ａが埋設されており、このヒーター８２ａには電源８３が接続されている。そして、このヒーター８２ａにより熱板８２の表面が既述の有機ＥＬ材料の気化温度以上の温度例えば２８０℃程度に加熱される。また、この筐体８１の壁部内には、当該筐体８１内の雰囲気を上記の温度に加熱できるように、ヒーター８４が設けられており、ヒーター８４は電源８３に接続されている。従って、これらのヒーター８２ａ、８４により、筐体８１内の雰囲気の全体が加熱される。尚、これらのヒーター８２ａ及び８４に夫々別の電源を接続し、夫々別に制御するようにしても良い。

　導入ポート８１ａに対向する面以外の筐体８１の面、例えば筐体８１の周面における熱板８２よりも原料供給路１９側に寄った位置には、原料粉体から得られたガスを取り出して処理容器５１に供給するための供給ポート８１ｂが設けられている。この供給ポート８１ｂには、原料供給路１９の一部をなすガス供給路８５の一端側が接続されており、このガス供給路８５の他端側は、処理容器５１の側面に形成された既述の原料導入口５２に接続されている。ガス供給路８５の周囲には、当該ガス供給路８５内を通流する蒸気（気体）の凝縮あるいは凝固を抑えるために、図示しない電源に接続されたヒーター８５ａが設けられている。このヒーター８５ａにより、ガス供給路８５内の雰囲気が例えば３００℃程度に加熱されている。尚、ガス供給路８５にはバルブを設けていない。また、処理容器５１の周囲には、同様に処理容器５１内あるいは処理容器５１の壁面や天井面あるいは床面などにおけるガスの凝縮や凝固を抑えるために、図示しない電源に接続されたヒーター８６が設けられており、処理容器５１の壁面などを例えば３００℃程度に加熱できるようになっている。

　第２実施形態に係る成膜装置においても第１実施形態と同様に、第１の切り替えバルブ２４及びメインバルブ６０ａを閉じて第２の切り替えバルブ２６及びメインバルブ６０ｂを開放し、原料粉体の検出濃度が所定の濃度に安定した後、第１の切り替えバルブ２４及びメインバルブ６０ａを開放して第２の切り替えバルブ２６及びメインバルブ６０ｂを閉じて、原料粉体を処理容器５１に向かって供給する。そして、キャリアガス中に含まれる原料粉体の濃度は、既述の粉体分離器１００において所定の量あるいは所定の割合だけ高められる。

　原料供給路１９から粉体気化部８０内に導入された原料粉体は、熱板８２に衝突して気化温度以上の温度に加熱される。また、この熱板８２の熱により気化しなかった原料粉体についても、粉体気化部８０内の熱（ヒーター８４）の熱により加熱されて気化する。こうして粉体気化部８０内に導入された原料粉体はほとんど気化することになる。そして、図１３に示すように、気化した原料がガス供給路８５及び原料導入口５２を介して処理容器５１内に通流していき、ウェハＷの表面に吸着（付着）することによって有機ＥＬ膜が成膜されることになる。この時、ヒーター８５ａ、８６により原料のガスが通流するガス供給路８５及び処理容器５１内が加熱されているので、これらのガス供給路８５の内壁及び処理容器５１の内壁などにおける凝縮や凝固が抑えられることになる。

　そして、所定の時間が経過するまで成膜処理を行って例えば膜厚が１００ｎｍ程度の有機ＥＬ膜を成膜した後、上記の例と同様に第１の切り替えバルブ２４を閉じて第２の切り替えバルブ２６及びメインバルブ６０ｂを開放することによって、成膜処理を終了する。

　本実施形態によれば、原料粉体を気化させて得られる気体をウェハＷに供給して有機ＥＬ膜を成膜するにあたって、原料供給路１９の途中に全体が加熱される粉体気化部８０を設けて、原料粉体を加熱により気化してガスを得るようにしている。このため上記の銅などよりも気化（昇華）しやすい有機ＥＬの成分を含む原料粉体を用いても、ウェハＷに成膜される薄膜に対しては不純物とならないので、加熱により原料粉体を気化する構成をとりながらも、処理容器５１に供給する分だけの原料粉体を気化することができるので、例えば原料貯留部１１の全体にエネルギーを加える必要がない。従って、原料粉体の気化に要する消費エネルギーを抑えることができるし、原料貯留部１１におけるこの原料粉体の熱分解の進行を抑えることができる。

　また、原料粉体を加熱する粉体気化部８０よりも上流側（原料貯留部１１側）に、濃度検出部２３やバルブ２４、２６を設けているので、ガスの凝縮や凝固を抑えるためにこれらの部材を加熱する必要がない。そのためこれら部材の寿命が長くなり、同様に成膜装置のコストを下げることができるし、また原料の供給の給断や濃度の測定を高い精度で且つ簡便に行うことができる。従って、同様に高い膜厚精度で成膜を行うことができる。

　上記のキャリアガスとしては、既述のようにアルゴンガス以外の他の希ガス例えばネオン（Ｎｅ）やクリプトン（Ｋｒ）あるいはキセノン（Ｘｅ）などであっても良いし、あるいは窒素（Ｎ_２）ガスなどの不活性ガスでも良い。また、このキャリアガスとして空気を用いてもよいし、あるいはこれらのガスを混合して用いても良い。

　上記の実施形態では、処理容器５１の側面からウェハＷの側方位置に対して原料の蒸気を供給したが、例えば図１４に示すように、ステージ５３の載置面が垂直になるように、かつウェハＷが原料導入口（ガス化された原料の導入口）５２に近接した位置に位置するように、当該ステージ５３を配置すると共に、このステージ５３の載置面に例えば静電チャック９０を設けるようにしても良い。そして、ステージ５３に昇降機構９１を設けて昇降自在に構成し、原料導入口５２から処理容器５１内に供給される蒸気がウェハＷの表面を上下方向に亘って走査するようにしても良い。また、更に処理容器５１の原料導入口５２が形成された側壁に沿って（図１４において紙面垂直方向）、ステージ５３を水平方向に移動させる図示しない走行機構を設けて、原料導入口５２から処理容器５１内に供給される蒸気がウェハＷの表面を上下方向及び水平方向に走査するようにしても良い。

　また、原料粉体の濃度を調整するにあたって、前述の手法（粉体取り出し管１９１の吸い込み口の高さ位置の調整：第１実施形態を参照）と共に、あるいは前述の手法に代えて、キャリアガスの流量を調整するようにしても良い。

　更に、濃度検出部２３の構成は上記のものに限定されるものではなく、例えば原料供給路１９の外部の電極により当該原料供給路１９を通流する原料粉体を帯電させて、原料供給路１９内に設けられた電極にこの帯電した原料粉体を衝突させることにより、当該電極の帯電量を介して原料粉体の濃度を測定してもよい。

　また、上記の例では処理容器５１内を真空雰囲気で成膜処理を行っているが、概略大気圧の状態で成膜処理を行うようにしても良い。

Claims

　原料粉体を貯留する原料貯留部と、
　前記原料貯留部に接続された原料供給路と、
　前記原料貯留部内の原料粉体を前記原料供給路に送り出すための送り出し手段と、
　前記原料供給路中にプラズマ生成用のガスを供給する手段と、
　前記原料供給路中の原料粉体をイオン化するためのプラズマを得るために、プラズマ生成用のガスに対してエネルギーを供給する手段を有する粉体気化部と、
　前記原料供給路が接続され、原料粉体がイオン化されて得られたガスにより、内部に配置された被処理体に対して成膜処理を行うための処理容器と、
　前記処理容器内を排気するための排気手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
　前記送り出し手段は、前記原料貯留部内にキャリアガスを供給して原料粉体を圧送するためのキャリアガス供給手段であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
　前記キャリアガスは、前記プラズマ生成用のガスを兼ねており、前記キャリアガス供給手段は、前記プラズマ生成用のガスを供給する手段を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
　前記原料供給路における前記粉体気化部の下流側に設けられ、前記粉体気化部においてイオン化されなかった原料粉体を除去するための粉体除去手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一つに記載の成膜装置。
　原料粉体を気化して得られたガスにより処理容器内にて被処理体に対して有機エレクトロルミネッセンス薄膜を成膜する成膜装置において、
　有機エレクトロルミネッセンスの成分を含む原料粉体を貯留する原料貯留部と、
　前記原料貯留部と前記処理容器との間に介在して設けられた原料供給路と、
　前記原料貯留部内の原料粉体を前記原料供給路に送り出すための送り出し手段と、
　前記原料供給路の途中に設けられ、原料粉体を加熱により気化してガスを得るために全体が加熱される加熱室と、この加熱室において原料粉体の導入ポートに対向する面以外の面に形成され、前記ガスを処理容器に供給するための供給ポートと、を有する粉体気化部と、
　前記処理容器内を排気するために排気手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
　原料貯留部から送られる原料粉体を導入する導入ポートと、
　前記導入ポートから導入された原料粉体と共にプラズマ生成用のガスが通流する通流部と、
　前記通流部を通流するプラズマ生成用のガスにエネルギーを供給してプラズマを発生させる手段と、
　前記通流部にて前記プラズマにより原料粉体がイオン化されて得られたガスを、当該ガスにより被処理体に対して処理する処理容器に供給するための供給ポートと、
を備えたことを特徴とする粉体気化装置。