WO2010038515A1 - 気化器およびそれを用いた成膜装置 - Google Patents

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WO2010038515A1
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liquid
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澄 田中
宗久 二村
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L21/31645—Deposition of Hafnium oxides, e.g. HfO2

Definitions

  • the present invention relates to a vaporizer that vaporizes a liquid raw material to generate a raw material gas, and a film forming apparatus using the vaporizer.
  • organic raw materials such as organometallic compounds are supplied to the deposition chamber and reacted with other gases such as oxygen and ammonia.
  • a chemical vapor deposition (CVD) method for forming a film is known. Since organic materials used in such a CVD method are often liquid at normal temperature and pressure, it is necessary to gasify the organic materials and supply them to the film formation chamber. Therefore, normally, a liquid organic raw material is vaporized in a vaporizer to generate a raw material gas.
  • a high temperature carrier gas is allowed to flow between a discharge port of a liquid material outflow passage (nozzle) and a diaphragm valve, and the liquid material discharged from the discharge port is vaporized to form a material.
  • Generate gas e.g., a liquid raw material is made into a droplet by conveying the vibration of an ultrasonic vibrator to the liquid raw material discharged from the liquid raw material discharge part (for example, a nozzle, a pipe, a hole, etc.). (Mist). Then, a carrier gas flow is formed in the vicinity of the liquid source discharge port, and a liquid material in the form of droplets is carried on the carrier gas flow and transferred to the heating space to be vaporized, thereby generating a source gas.
  • liquid raw materials include organometallic compounds such as TEMA, TEMAZ (tetrakisethylmethylamino ⁇ zirconium) and TEMAH (tetrakisethylmethylamino ⁇ hafnium).
  • the vaporizer is configured to reduce the orifice diameter of the nozzle that discharges the liquid material to form liquid droplets as small as possible in order to efficiently vaporize the liquid material. Therefore, when a liquid material containing a component that easily reacts with moisture as described above is discharged from the discharge port, the product (oxide) generated by reacting with the moisture contained in the carrier gas flowing in the vicinity of the liquid material adheres to the discharge port. As a result, there was a possibility that the discharge port was blocked by the undesired deposits. This makes it impossible to obtain a raw material gas with a sufficient flow rate. In addition, since the nozzles must be frequently replaced and cleaned, the throughput decreases accordingly.
  • a carrier gas is allowed to flow between a nozzle discharge port and a diaphragm valve to vaporize.
  • a diaphragm valve and a nozzle are provided for the purpose of increasing vaporization efficiency. If the entire portion is heated, the higher the heating temperature, the higher the possibility that the liquid material flowing in the nozzle will be thermally decomposed, which is not appropriate. On the contrary, if the heating temperature is lowered, the vaporization efficiency of the liquid raw material is lowered.
  • an object of the present invention is to generate a raw material gas by vaporizing a liquid raw material discharged from a nozzle outlet in a heated vaporizing chamber.
  • an object of the present invention is to provide a vaporizer capable of preventing the discharge port of the liquid material from being blocked by deposits and a film forming apparatus using the vaporizer.
  • the inventors of the present invention have repeatedly conducted experiments and found that, by heating the discharge port of the liquid material, even if the discharge port is exposed to carrier gas, deposits do not adhere to the discharge port.
  • the following present invention has been made paying attention to this point.
  • a liquid reservoir chamber to which a liquid raw material is supplied at a predetermined pressure, a liquid chamber disposed so as to protrude from the liquid reservoir chamber, and a liquid in the liquid reservoir chamber are provided.
  • a mixing chamber for mixing the liquid raw material discharged from the discharge port with the carrier gas and ejecting the liquid raw material to the vaporizing chamber, a first heating unit for heating the vaporizing chamber from the outside, and the target Heating the heating element from the outside Carburetor is provided, characterized in that it comprises a second heating unit that.
  • a film forming process is performed on a substrate to be processed by introducing the source gas from a vaporizer that vaporizes a liquid source and generates a source gas.
  • a film forming apparatus having a film forming chamber, wherein the vaporizer is disposed so as to protrude from the liquid reservoir chamber and a liquid reservoir chamber to which a liquid raw material is supplied at a predetermined pressure, and the liquid in the liquid reservoir chamber
  • a nozzle that discharges the raw material
  • a discharge port that opens at the tip of the nozzle
  • a vaporization chamber that vaporizes the liquid raw material discharged from the discharge port and generates a raw material gas
  • a raw material gas from the vaporization chamber A delivery port for delivery to the film formation chamber, a tubular heated member provided between the tip of the nozzle and the vaporization chamber so as to cover the periphery of the discharge port, and provided in the heated member Carrier gas that is ejected from the vicinity of the discharge port
  • An outlet a mixing chamber that is partitioned in the member to be heated, mixes the liquid raw material discharged from the discharge port with the carrier gas, and jets it to the vaporizing chamber, and heats the vaporizing
  • the liquid source liquid droplets discharged from the nozzle outlet are mixed with the carrier gas ejected from the carrier gas ejection port in the mixing chamber in the heated member, and the first heating is performed. It is ejected toward the vaporization chamber heated by the part.
  • the liquid material droplets are vaporized in the vaporization chamber to be a raw material gas, and are sent to the outside (for example, the film formation chamber) from the delivery port.
  • the heating temperature of the member to be heated can be prevented from being adhered to the discharge port without being thermally decomposed while the liquid material flows to the discharge port.
  • the member to be heated by heating the member to be heated, it is possible to heat not only the liquid material discharge port but also the mixing chamber mixed with the carrier gas.
  • the moisture that causes the deposits to be generated that is, the moisture contained in the carrier gas can be efficiently evaporated in the mixing chamber, thereby preventing the deposits from adhering to the discharge port more effectively. it can.
  • the heated member is made of metal and the nozzle is made of resin. According to this, heat from the member to be heated can be made difficult to be transmitted, so that it is possible to effectively prevent the entire nozzle from being heated. Thereby, even if the heating temperature by the second heating unit is set high, the liquid raw material flowing in the nozzle can be more effectively prevented from adhering to the discharge port without being thermally decomposed in the middle. .
  • the mixing chamber is partitioned by a throttle portion provided in the member to be heated, and the throttle portion is formed with a throttle hole that communicates between the mixing chamber and the vaporization chamber.
  • the mixing chamber is preferably constituted by a central space below the discharge port and an annular space surrounding the periphery, and the carrier gas outlet is disposed so that carrier gas is jetted into the annular space.
  • the carrier gas ejected from the carrier gas ejection port spreads in the annular space and flows from the entire annular space to the central space. Thereby, the liquid material droplets discharged from the discharge port can be efficiently guided to the throttle hole.
  • an upper taper portion that gradually increases the diameter of the throttle hole toward the mixing chamber side is provided on the mixing chamber side of the throttle portion, and the upper taper portion protrudes toward the discharge port. It is preferable to form as follows. According to this, the wall surface of the annular space can be formed outside the upper tapered portion in the mixing chamber by providing the upper tapered portion so as to protrude into the mixing chamber. Moreover, since the throttle hole is expanded toward the inlet side (upstream side), the carrier gas can be easily guided from the annular space to the central space.
  • a lower tapered portion that gradually increases the diameter of the throttle hole is provided on the vaporizing chamber side of the throttle portion toward the vaporizing chamber side, and the lower tapered portion protrudes toward the vaporizing chamber. You may make it form so.
  • the throttle hole is expanded toward the outlet side (downstream side), it is possible to further increase the flow rates of the liquid material droplets and the carrier gas ejected from the throttle hole. As a result, the liquid raw material can be supplied to the vaporizing chamber as finer droplets.
  • a first temperature sensor that detects the temperature of the vaporization chamber; a second temperature sensor that detects the temperature of the discharge port; and a temperature from each of the temperature sensors to monitor at least the temperature of the discharge port.
  • a control unit may be provided that controls the temperature at which the deposits do not adhere to the discharge port, and controls the temperature of the vaporization chamber to be higher than the temperature of the discharge port.
  • the vaporization efficiency in the vaporization chamber while maintaining the temperature of the discharge port at least at a temperature at which deposits do not adhere to the discharge port. Further, by controlling the temperature of the vaporizing chamber so that the temperature of the discharge port becomes higher, a temperature gradient can be formed such that the temperature increases from the upstream side to the downstream side as viewed in the entire vaporizer. That is, the temperature of the portion where the liquid material flows is lowest, and the discharge port is heated to a temperature at which deposits do not adhere to the discharge port, and the vaporization chamber is heated to a higher temperature. As a result, the liquid source can be prevented from being thermally decomposed while flowing through the pores to the discharge port, so that deposits can be prevented from adhering to the discharge port, and the vaporization efficiency can be improved in the vaporization chamber. it can.
  • liquid material discharge port can be heated partially and separately from the vaporization chamber, it is possible to prevent the liquid material discharge port from being clogged with deposits, and in the vaporization chamber. Vaporization efficiency can also be increased.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the film-forming apparatus concerning embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the vaporizer
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration example of a film forming apparatus according to the present embodiment.
  • a film forming apparatus 100 shown in FIG. 1 forms a metal oxide film on a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W by a CVD method, and contains Hf (hafnium).
  • wafer semiconductor wafer
  • Hf hafnium
  • a liquid source supply source 110 that supplies a liquid source made of an organic compound, a carrier gas supply source 120 that supplies a carrier gas, and a vaporizer that generates a source gas by vaporizing the liquid source supplied from the liquid source supply source 110 300, a film forming chamber 200 for forming, for example, an HfO 2 film on the wafer W using the source gas generated by the vaporizer 300, and a control unit 150 for controlling each part of the film forming apparatus 100.
  • an inert gas such as Ar can be used as the carrier gas.
  • the liquid source supply source 110 and the vaporizer 300 are connected by a liquid source supply pipe 112, and the carrier gas supply source 120 and the vaporizer 300 are connected by a carrier gas supply pipe 122.
  • the chambers 200 are connected by a source gas supply pipe 132.
  • the liquid source supply pipe 112 is provided with a liquid source flow control valve 114
  • the carrier gas supply pipe 122 is provided with a carrier gas flow control valve 124
  • the source gas supply pipe 132 is provided with a source gas flow control valve 134.
  • the liquid raw material flow rate control valve 114, the carrier gas flow rate control valve 124, and the raw material gas flow rate control valve 134 are each adjusted in opening degree by a control signal from the control unit 150.
  • the control unit 150 outputs a control signal according to the flow rate of the liquid source flowing through the liquid source supply pipe 112, the flow rate of the carrier gas flowing through the carrier gas supply pipe 122, and the flow rate of the source gas flowing through the source gas supply pipe 132. Is preferred.
  • the film formation chamber 200 has, for example, a substantially cylindrical side wall, and includes a susceptor 222 on which the wafer W is horizontally placed in an internal space surrounded by the side wall, the top wall 210 and the bottom wall 212.
  • the side wall, the top wall 210 and the bottom wall 212 are made of a metal such as aluminum or stainless steel.
  • the susceptor 222 is supported by a plurality of cylindrical support members 224 (only one is shown here).
  • a heater 226 is embedded in the susceptor 222, and the temperature of the wafer W placed on the susceptor 222 can be adjusted by controlling the power supplied from the power source 228 to the heater 226.
  • An exhaust port 230 is formed in the bottom wall 212 of the film forming chamber 200, and an exhaust system 232 is connected to the exhaust port 230. Then, the inside of the film formation chamber 200 can be decompressed to a predetermined degree of vacuum by the exhaust system 232.
  • a shower head 240 is attached to the top wall 210 of the film forming chamber 200.
  • a raw material gas supply pipe 132 is connected to the shower head 240, and the raw material gas generated by the vaporizer 300 is introduced into the shower head 240 via the raw material gas supply pipe 132.
  • the shower head 240 has a diffusion chamber 242 and a number of gas discharge holes 244 communicating with the diffusion chamber 242.
  • the source gas introduced into the diffusion chamber 242 of the shower head 240 via the source gas supply pipe 132 is discharged from the gas discharge hole 244 toward the wafer W on the susceptor 222.
  • the liquid source supply source 110 stores, for example, HTB (hafnium tarbutoxide) as a liquid source, and the liquid source is vaporized through the liquid source supply pipe 112. To send to.
  • HTB hafnium tarbutoxide
  • the source gas from the vaporizer 300 is supplied as follows.
  • the liquid source from the liquid source supply source 110 is supplied to the vaporizer 300 via the liquid source supply line 112 and the carrier gas from the carrier gas supply source 120 is supplied via the carrier gas supply line 122,
  • a liquid source is discharged in the form of droplets together with a carrier gas into a vaporization chamber provided in the vaporizer 300, and the liquid source is vaporized to generate a source gas.
  • the source gas generated in the vaporizer 300 is supplied to the film formation chamber 200 via the source gas supply pipe 132, and a desired film formation process is performed on the wafer W in the film formation chamber 200.
  • a specific configuration example of the vaporizer 300 will be described later.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration example of the vaporizer according to the present embodiment.
  • the vaporizer 300 is roughly divided into a liquid material supply unit 300A that discharges a liquid material in the form of droplets (mist), and a liquid material that is discharged by vaporizing the discharged liquid material. It is comprised from the source gas production
  • the liquid source supply unit 300A includes a liquid reservoir chamber 310 that temporarily stores a liquid source supplied from the liquid source supply pipe 112 at a predetermined pressure, and a nozzle 320 that is disposed so as to protrude downward from the liquid reservoir chamber 310.
  • a pore 316 constituting a flow path for leading the liquid material in the liquid reservoir chamber 310 to the discharge port 322 of the nozzle 320, a valve body 334 for opening and closing the liquid inlet 312 on the liquid reservoir chamber 310 side of the pore 316, And an actuator 330 that drives the valve body 334.
  • the liquid material supply unit 300A includes a liquid material introduction unit 311 into which the liquid material is introduced.
  • the liquid raw material introduction part 311 is made of a block-like metal made of Al, stainless steel, or the like, and the liquid reservoir chamber 310 is defined in the interior thereof.
  • the liquid material is supplied to the liquid reservoir 310 at a predetermined pressure via the liquid material supply pipe 112.
  • the liquid material introduction part 311 is provided with a nozzle 320 so as to protrude downward.
  • the nozzle 320 in the present embodiment is made of, for example, a resin such as polyimide or Teflon (registered trademark) so that heat from the surroundings is not easily transferred.
  • the base end portion of the nozzle 320 is fixed to the lower surface of the liquid raw material introduction portion 311 by an attachment member 321 made of a block-shaped metal made of Al, stainless steel, or the like.
  • the contact surface between the liquid material introduction part 311 and the attachment member 321 is sealed with an O-ring or the like.
  • an O-ring 318 is provided between the liquid source introduction unit 311 and the nozzle 320
  • an O-ring 319 is provided between the liquid source introduction unit 311 and the attachment member 321.
  • the pores 316 are formed so as to penetrate from the liquid reservoir chamber 310 to the discharge port 322 through the tip part 323 of the nozzle 320. Accordingly, when the liquid raw material in the liquid reservoir chamber 310 is introduced from the liquid inlet 312 on the liquid reservoir chamber 310 side of the pores 316, the liquid raw material is discharged from the discharge port 322 through the nozzle 320.
  • the liquid inlet 312 of the pore 316 is opened and closed by a flexible valve body 334 made of, for example, a diaphragm valve.
  • the liquid reservoir chamber 310 is partitioned by the valve body 334 and the inner wall of the liquid raw material introduction part 311.
  • the valve body 334 is attached to an actuator 330 that adjusts the valve opening and closing and the valve opening degree.
  • the actuator 330 is provided on the ceiling of the liquid storage chamber 310. Specifically, the actuator 330 is attached via a cylindrical attachment member 332 provided so as to surround a through hole 301 formed in the ceiling of the liquid reservoir chamber 310. A drive rod 333 that is driven up and down by the operation of the actuator 330 is provided through the through-hole 301 at the approximate center of the actuator 330.
  • the actuator 330 is configured to move the drive rod 333 up and down with, for example, a cylindrical electromagnetic coil, and the valve body 334 is attached to the lower end of the drive rod 333. Thereby, the liquid inlet 312 of the pore 316 can be opened and closed by bending the valve body 334 in conjunction with the operation of the drive rod 333.
  • the actuator 330 is connected to the control unit 150 and the drive rod 333 is driven based on a control signal from the control unit 150. Thereby, based on the control signal from the control part 150, the drive rod 333 of the actuator 330 can be moved up and down to drive the valve body 334 to open and close the valve body 334.
  • valve opening degree of the valve body 334 can be adjusted by adjusting the position of the drive rod 333 of the actuator 330 based on the control signal from the control unit 150.
  • the valve opening degree of the valve body 334 in this way, the liquid material introduced from the liquid inlet 312 of the pore 316 can be adjusted, so the flow rate of the liquid raw material discharged from the discharge port 322 is adjusted. it can.
  • the drive rod 333 may be driven until the valve body 334 is seated on the liquid inlet 312 and fully closed.
  • the actuator 330 is not limited to the electromagnetic drive system as described above, and may be a drive system using a piezoelectric element, for example.
  • the discharge port 322 is partially heated between the tip 323 of the nozzle 320 and the vaporization chamber 360 in order to prevent deposits from adhering to the discharge port 322 of the nozzle.
  • a heated member 340 is provided for this purpose. The upper end of the member to be heated 340 is attached to the attachment member 321 of the nozzle 320, and the lower end thereof is attached to the source gas generation unit 300B.
  • FIG. 3 is an enlarged view for explaining the configuration in the vicinity of the heated member.
  • the member to be heated 340 is made of a substantially cylindrical metal made of Al, stainless steel, or the like, and its upper portion covers the tip 323 of the nozzle 320, particularly around the discharge port 322. It is configured as follows.
  • the heated member 340 is provided with a carrier gas ejection port 326 that ejects carrier gas from the vicinity of the discharge port 322.
  • the carrier gas outlet 326 communicates with a carrier gas supply channel 324 formed in the heated member 340.
  • the carrier gas supply channel 324 is connected to the carrier gas supply pipe 122. As a result, the carrier gas from the carrier gas supply pipe 122 is ejected from the carrier gas outlet 326 through the carrier gas supply channel 324.
  • the inner side of the lower end of the heated member 340 is connected to the inlet 361 of the vaporizing chamber 360.
  • a mixing chamber 344 is formed below the discharge port 322, and the liquid source discharged from the discharge port 322 is mixed with the carrier gas discharged from the carrier gas discharge port 326 and discharged to the vaporization chamber 360. Has been.
  • the mixing chamber 344 is partitioned by a throttle portion 350 provided in the heated member 340 and an inner wall of the heated member 340.
  • a throttle hole 352 that connects the mixing chamber 344 and the vaporizing chamber 360 is formed in the throttle portion 350.
  • Such a diaphragm 350 is configured as shown in FIG. 3, for example.
  • An upper tapered portion 354 that gradually increases the diameter of the throttle hole 352 toward the mixing chamber 344 side is provided on the mixing chamber 344 side of the throttle portion 350 shown in FIG. 3 so as to protrude toward the discharge port 322. It has been.
  • a lower tapered portion 356 that gradually increases the diameter of the throttle hole 352 toward the vaporization chamber 360 side is provided on the vaporization chamber 360 side of the throttle portion 350 so as to protrude toward the vaporization chamber 360.
  • the liquid material droplets discharged from the discharge port 322 are mixed with the carrier gas in the mixing chamber 344, the flow velocity thereof is increased by the throttle hole 352, and the liquid material droplets are ejected toward the vaporizing chamber 360.
  • the liquid material droplets can be made finer and the droplets can be stably supplied to the vaporizing chamber 360 together with the carrier gas.
  • the mixing chamber 344 is preferably composed of a central space 346 below the discharge port 322 and an annular space 348 surrounding the periphery.
  • the inner wall of the heated member 340 that defines the mixing chamber 344 is annularly formed by obliquely forming an upper portion in the vicinity of the side wall (for example, a portion where the carrier gas jet 326 is formed).
  • a wall surface of the space 348 can be formed.
  • the wall surface of the annular space 348 can be formed outside the upper tapered portion 354 in the mixing chamber 344.
  • the mixing chamber 344 is constituted by the central space 346 below the discharge port 322 and the annular space 348 surrounding the periphery thereof, and the carrier gas outlet 326 is arranged so that carrier gas is ejected into the annular space 348.
  • the carrier gas ejected from the carrier gas ejection port 326 spreads in the annular space 348 and flows from the entire annular space 348 to the central space 346.
  • the liquid material droplets discharged from the discharge port 322 can be efficiently guided to the throttle hole 352.
  • the throttle portion 350 as shown in FIG. 3
  • the throttle hole 352 is expanded toward the inlet side (upstream side), so that the carrier gas can be easily guided from the annular space 348 to the central space 346. Can do.
  • the throttle hole 352 is expanded toward the outlet side (downstream side) by configuring the throttle part 350 as shown in FIG. 3, the liquid material droplets and the carrier gas ejected from the throttle hole 352 The flow rate of can be further increased.
  • the configuration of the diaphragm 350 is not limited to that shown in FIG.
  • the throttle part 350 may be formed in a disc shape, and a throttle hole 352 may be provided in the center thereof.
  • the flow velocity at the time of ejection from the throttle hole 352 varies depending on the distance d between the discharge port 322 and the throttle part 350. For this reason, it is preferable to determine the position of the throttle portion 350 so that the distance d is optimized according to the desired flow velocity. This point is the same in the configuration shown in FIG.
  • a coiled heater 342 is wound around the heated member 340.
  • the heater 342 is provided in a narrow range from the discharge port 322 of the nozzle 320 to the lower end portion of the heated member 340. Thereby, the vicinity of the discharge port 322 of the heated member 340 can be partially heated.
  • the heater 342 is composed of, for example, a resistance heater. The heating temperature of the heater 342 is controlled by controlling the heater power supply 343 by the control unit 150.
  • the liquid material discharge port 322 can be partially heated at a temperature (eg, 100 ° C. or higher) to the extent that deposits do not adhere. it can. Thereby, it is possible to prevent deposits from adhering to the discharge port 322. Furthermore, by heating the member to be heated 340, not only the liquid material discharge port 322 but also the mixing chamber 344 mixed with the carrier gas can be heated. As a result, the moisture that causes the deposits to be generated, that is, the moisture contained in the carrier gas can be efficiently evaporated in the mixing chamber 344, so that it is more effective that the deposits adhere to the discharge port 322. Can be prevented.
  • a temperature eg, 100 ° C. or higher
  • the nozzle 320 by configuring the nozzle 320 with resin as in the present embodiment, it is possible to effectively prevent the heated member 340 from being heated up to the pores 316 in the nozzle 320 even if the heated member 340 is heated. Thereby, even if the heating temperature of the member to be heated 340 is increased, it is possible to prevent deposits from adhering to the discharge port 322 without thermally decomposing the liquid raw material passing through the pores 316.
  • the source gas generation unit 300 ⁇ / b> B includes a substantially cylindrical casing 370 that partitions the vaporization chamber 360 and a source gas delivery unit 380 provided below the casing 370.
  • the casing 370 and the source gas delivery unit 380 are made of a metal such as Al or stainless steel.
  • the casing 370 and the source gas delivery unit 380 are covered with heaters 392 and 394 as first heating units.
  • the heaters 392 and 394 are constituted by resistance heaters, for example.
  • the heat generation temperature of the heaters 392 and 394 is controlled by controlling the heater power supply 395 by the control unit 150.
  • the source gas generation unit 300B can be heated to a predetermined temperature higher than the vaporization temperature of the liquid source, for example.
  • the casing 370 here is configured by connecting an upper casing 372, an intermediate casing 374, and a lower casing 376 by a fastening member such as a bolt (not shown).
  • the vaporization chamber 360 includes a diameter expansion space 362 formed in the upper housing 372, a guide space 364 formed in the intermediate housing 374, and a lead-out space 366 formed in the lower housing 376.
  • the diameter-expanding space 362 is gradually enlarged from the introduction port 361 downward, and its lower end is connected to the guide space 364.
  • the guide space 364 here is composed of a plurality of guide holes 365 formed vertically from the upper side to the lower side in order to efficiently heat the liquid material droplets.
  • the plurality of guide holes 365 guide the liquid material droplets from the enlarged space 362 to the outlet space 366.
  • the guide space 364 is not limited to the above.
  • the intermediate housing 374 may be formed in a simple cylindrical shape.
  • the guide space 364 that is a space in the intermediate housing 374 may be formed in the same cylindrical shape as the diameter of the lower end of the diameter-expanded space 362 (the diameter of the lead-out space 366).
  • Liquid source liquid droplets supplied together with the carrier gas from the liquid source supply unit 300A through the introduction port 361 pass through the vaporization chamber 360 of the casing 370 heated by the heaters 392 and 394, and the expanded diameter space 362 and guide holes. 365 and vaporized to pass through the lead-out space 366 in order.
  • the source gas delivery unit 380 includes a source gas delivery pipe 382 connected to a delivery port 378 formed on the side wall of the lower housing 376 and a mist trap part provided so as to close the source gas delivery pipe 382. 390.
  • the source gas delivery pipe 382 is vertically attached to the side wall of the lower housing 376 and extends in the horizontal direction.
  • a flanged joint 386 connected to the source gas supply pipe 132 is attached to the downstream end 384 of the source gas delivery pipe 382.
  • the mist trap portion 390 here is detachably fixed by a flanged joint 386 so as to close the opening of the end portion 384 of the source gas delivery pipe 382.
  • the mist trap section 390 is configured by a breathable member having air permeability that allows the liquid material to be captured without passing through the liquid material in the form of droplets and the raw material gas obtained by vaporizing the liquid material to pass through.
  • a gas permeable member it is preferable to employ a material having a finer diameter than the diameter of the liquid raw material droplet.
  • a material having a high thermal conductivity and a characteristic that the temperature is likely to rise is preferable. Examples of such a condition that can be satisfied include metals such as stainless steel having a porous structure or a mesh structure. In addition, ceramics or plastics having high thermal conductivity may be used.
  • the mist trap unit 390 is also heated by the heater 394 by covering the entire raw material gas delivery unit 380 with the heater 394.
  • mist trap unit 390 at the source gas delivery port 378, for example, liquid source droplets that remain without being vaporized in the vaporization chamber 360 are also transferred to the mist trap unit 390 heated by the heater 394. It is trapped and vaporized and can pass through the mist trap 390.
  • the casing 370 is provided with a first temperature sensor (for example, a thermocouple) 152, and the heating temperature by the heaters 392 and 394, particularly the temperature in the vaporizing chamber 360 is monitored by the control unit 150, whereby the inside of the vaporizing chamber 360 is monitored. Can always be kept at a predetermined set temperature.
  • a second temperature sensor for example, a thermocouple
  • 154 is provided in the vicinity of the discharge port 322 of the nozzle 320 of the heated member 340, and the heating temperature by the heater 342, particularly the temperature of the discharge port 322 is monitored by the control unit 150.
  • the temperature in the vicinity of the discharge port 322 can always be maintained at a predetermined set temperature.
  • the temperature of the discharge port 322 is preferably set to, for example, 100 ° C. to 140 ° C. or higher so that no deposits adhere to the discharge port 322, and the temperature in the vaporization chamber 360 is higher than that, for example, 120 ° C. It is preferable to set the temperature to ⁇ 160 ° C. or higher.
  • the temperature of the discharge port 322 is set to 120 ° C., for example, and the temperature in the vaporization chamber 360 is set to 140 ° C., for example.
  • the vaporization efficiency in the vaporization chamber 360 can be increased while maintaining the temperature of the discharge port 322 at least at a temperature at which the deposits do not adhere to the discharge port 322. Further, by controlling the temperature of the vaporizing chamber 360 so as to be higher than the temperature of the discharge port 322, a temperature gradient can be formed such that the temperature increases from the upstream side to the downstream side as viewed in the vaporizer 300 as a whole. it can. That is, the temperature of the portion through which the liquid material flows is lowest, and the discharge port 322 is heated to a temperature at which deposits do not adhere, and the vaporization chamber 360 is heated to a higher temperature. This prevents the liquid material from being thermally decomposed while flowing through the pores 316 to the discharge port 322, thereby preventing deposits from adhering to the discharge port 322, and further improving the vaporization efficiency in the vaporization chamber 360. Can be improved.
  • the second temperature sensor 154 is provided as close to the discharge port 322 as possible so that the heating can be controlled more accurately so that the discharge port 322 reaches a desired temperature. This can also prevent excessive heating to the pores 316 through which the liquid material flows.
  • control unit 150 adjusts the opening degree of the liquid source flow rate control valve 114 to supply a liquid source at a predetermined flow rate from the liquid source supply source 110 to the vaporizer 300 via the liquid source supply pipe 112.
  • the opening degree of the carrier gas flow rate control valve 124 is adjusted, and a predetermined amount of carrier gas is supplied from the carrier gas supply source 120 to the vaporizer 300 via the carrier gas supply pipe 122.
  • the liquid raw material from the liquid raw material supply pipe 112 is temporarily stored in the liquid storage chamber 310.
  • the valve body 334 is driven by the actuator 330 to open the liquid inlet 312 of the pore 316, whereby the liquid material passes through the pore 316 and is discharged as droplets from the discharge port 322 of the nozzle 320.
  • the carrier gas from the carrier gas supply pipe 122 is injected from the carrier gas outlet 326 through the carrier gas supply channel 324.
  • the liquid material droplets ejected from the ejection port 322 are mixed in the mixing chamber 344 by the carrier gas ejected from the carrier gas ejection port 326 and accelerated through the throttle hole 352 to become finer droplets. Are ejected toward the vaporizing chamber 360.
  • the member to be heated 340 is heated to a predetermined temperature, the adhering matter does not adhere even if the discharge port 322 is exposed to the carrier gas.
  • the liquid material droplets introduced together with the carrier gas from the inlet 361 are diffused by the diameter-enlarging space 362, pass through the guide holes 365 of the guide space 364, and are guided to the outlet space 366.
  • each space of the vaporizing chamber 360 is heated to a predetermined temperature separately from the member to be heated 340, most of liquid droplets of the liquid material are vaporized in each space of the heated vaporizing chamber 360 to form the raw material.
  • the gas is led to the delivery port 378, passes through the mist trap 390 via the source gas delivery pipe 382, and is sent to the source gas supply pipe 132.
  • mist trap unit 390 is also heated to a predetermined temperature, droplets that could not be vaporized in the vaporization chamber 360 are sprayed to the mist trap unit 390 and are instantly vaporized to become a raw material gas. It passes through the section 390 and is sent to the source gas supply pipe 132.
  • the source gas sent to the source gas supply pipe 132 is supplied to the film forming chamber 200, introduced into the diffusion chamber 242 of the shower head 240, and discharged toward the wafer W on the susceptor 222 from the gas discharge hole 244. Then, a predetermined film such as an HfO 2 film is formed on the wafer W.
  • the flow rate of the source gas introduced into the film forming chamber 200 can be adjusted by controlling the opening degree of the source gas flow rate control valve 134 provided in the source gas supply pipe 132.
  • the liquid material discharge port 322 can be heated partially and separately from the vaporization chamber 360, the liquid material passing through the pores 316 is not thermally decomposed in the middle of the discharge port. It is possible to prevent 322 from being clogged with deposits, and to further increase the vaporization efficiency in the vaporization chamber 360.
  • the vaporizer according to the present invention can be applied to a vaporizer used for MOCVD apparatus, plasma CVD apparatus, ALD (atomic layer deposition) apparatus, LP-CVD (batch type, vertical type, horizontal type, mini-batch type), etc. It is.
  • the present invention is applicable to a vaporizer that vaporizes a liquid raw material to generate a raw material gas and a film forming apparatus using the vaporizer.

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Abstract

　液体原料の吐出口が付着物によって閉塞することを防止する。 　ノズル（３２０）の吐出口（３２２）から吐出された液体原料を加熱された気化室（３６０）内で気化させて原料ガスを生成する気化器（３００）であって，ノズルの先端部（３２３）と気化室との間に吐出口の周囲を覆うように設けられた筒状の被加熱部材（３４０）と，吐出口の近傍からキャリアガスを噴出するキャリアガス噴出口（３２６）と，吐出口から吐出された液体原料をキャリアガスと混合させて気化室へ噴出させる混合室（３４４）と，気化室をその外側から加熱する第１加熱部（ヒータ３９２，３９４）と，被加熱部材をその外側から加熱する第２加熱部（ヒータ３４２）とを設けた。

Description

気化器およびそれを用いた成膜装置
　本発明は，液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器およびその気化器を用いた成膜装置に関する。
　一般に，誘電体，金属，半導体などで構成された各種薄膜を成膜する方法として，有機金属化合物などの有機原料を成膜室に供給し，酸素やアンモニアなどの他のガスと反応させて成膜する化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。このようなＣＶＤ法で用いられる有機原料は常温常圧下では液体である場合が多いため，その有機原料をガス化して成膜室に供給する必要がある。そこで通常は，液体の有機原料を気化器において気化して原料ガスを生成するようにしている。
　例えば下記特許文献１に記載のものでは，液体原料流出路（ノズル）の吐出口とダイヤフラム弁との間に高温のキャリアガスを流して，その吐出口から吐出された液体原料を気化させて原料ガスを生成する。また，下記特許文献２，３に記載のものでは，液体原料吐出部（例えばノズル，パイプ，孔など）から吐出された液体原料に超音波振動子の振動を伝えることによって，液体原料を液滴化（ミスト化）する。そして液体原料の吐出口の近傍にキャリアガスの流れを形成し，液滴状の液体原料をキャリアガスの流れに乗せて加熱空間へ移送して気化させることにより原料ガスを生成する。
特開平８－２００５２５号公報 特開平１１－１６８３９号公報 特開２００１－８９８６１号公報 特開２００１－２６２３５０号公報
　しかしながら，上述のように液体原料を吐出する吐出口の近傍にキャリアガスの流れが形成される従来の気化器では，液体原料の種類によっては，その成分がキャリアガスに含まれる微量の水分と反応して固化してしまう虞があった。このような液体原料としては，例えば，ＴＥＭＡ，ＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノ・ジルコニウム）およびＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノ・ハフニウム）などの有機金属化合物を挙げられる。
　また一般的に気化器は，液体原料を効率よく気化させるために，液体原料を吐出するノズルのオリフィス径を小さくして，できるだけ微小な液滴が形成されるように構成されている。したがって，上記のような水分と反応しやすい成分を含む液体原料を吐出口から吐出すると，その近傍に流れるキャリアガスに含まれる水分と反応して生じた生成物（酸化物）が吐出口に付着して堆積していき，最終的にはその不所望の付着物によって吐出口が閉塞する虞もあった。これでは，十分な流量の原料ガスを得ることができなくなってしまう。また，頻繁にノズル等の交換やクリーニングを実施しなければならないため，その分スループットが低下してしまう。
　また，上記特許文献１のようにノズルの吐出口とダイヤフラム弁の間にキャリアガスを流して気化させるものにおいて，例えば上記特許文献４のように気化効率を高める目的でダイヤフラム弁とノズルが設けられた部分全体を加熱するようにしてしまうと，加熱温度が高いほどノズル内を流れる液体原料まで熱分解してしまう可能性が高くなるので適切ではない。逆に，加熱温度を低くすれば，液体原料の気化効率が低下してしまう。
　そこで，本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ノズルの吐出口から吐出された液体原料を加熱された気化室内で気化させて原料ガスを生成する際に，液体原料の吐出口が付着物によって閉塞することを防止することができる気化器およびそれを用いた成膜装置を提供することにある。
　本発明者らは，実験を重ねることにより，液体原料の吐出口を加熱することで，吐出口がキャリガスに晒されても，吐出口に付着物が付着しないことを見出した。以下の本発明はこの点に着目してなされたものである。
　上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，液体原料が所定の圧力で供給される液溜室と，前記液溜室から突き出すように配設され，前記液溜室内の液体原料を吐出するノズルと，前記ノズルの吐出口から吐出された前記液体原料を気化して原料ガスを生成して送出口から送出する気化室と，前記ノズルの先端部と前記気化室との間に前記吐出口の周囲を覆うように設けられた筒状の被加熱部材と，前記被加熱部材に設けられ，前記吐出口の近傍からキャリアガスを噴出するキャリアガス噴出口と，前記被加熱部材内に区画され，前記吐出口から吐出された前記液体原料を前記キャリアガスと混合させて前記気化室へ噴出させる混合室と，前記気化室をその外側から加熱する第１加熱部と，前記被加熱部材をその外側から加熱する第２加熱部とを備えることを特徴とする気化器が提供される。
　上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器から前記原料ガスを導入して被処理基板に対して成膜処理を行う成膜室を有する成膜装置であって，前記気化器は，液体原料が所定の圧力で供給される液溜室と，前記液溜室から突き出すように配設され，前記液溜室内の液体原料を吐出するノズルと，前記ノズルの先端部に開口する吐出口と，前記吐出口から吐出された前記液体原料を気化して原料ガスを生成する気化室と，前記気化室からの原料ガスを前記成膜室に送出する送出口と，前記ノズルの先端部と前記気化室との間に前記吐出口の周囲を覆うように設けられた筒状の被加熱部材と，前記被加熱部材に設けられ，前記吐出口の近傍からキャリアガスを噴出するキャリアガス噴出口と，前記被加熱部材内に区画され，前記吐出口から吐出された前記液体原料を前記キャリアガスと混合させて前記気化室へ噴出させる混合室と，前記気化室をその外側から加熱する第１加熱部と，前記被加熱部材をその外側から加熱する第２加熱部とを備えることを特徴とする成膜装置が提供される。
　このような本発明によれば，ノズルの吐出口から吐出された液体原料の液滴は，被加熱部材内の混合室においてキャリアガス噴出口から噴出されたキャリアガスと混合されて，第１加熱部により加熱された気化室に向けて噴出される。これにより，液体原料の液滴は，気化室にて気化され原料ガスとなって送出口から外部（例えば成膜室）に送出される。
　このとき，被加熱部材を第２加熱部によって加熱することによって，気化室の加熱温度を下げることなく，ノズルの吐出口を付着物が付着しない程度の温度で部分的に加熱することができる。これにより，被加熱部材の加熱温度は液体原料が吐出口まで流れる途中で熱分解されずに，吐出口に付着物が付着することを防止できる。
　さらに，被加熱部材を加熱することで液体原料の吐出口のみならず，キャリアガスと混合される混合室まで加熱することができる。これにより，付着物が生成される要因となる水分，すなわちキャリアガスに含まれる水分を混合室内で効率的に蒸発させることができるので，吐出口に付着物が付着することをより効果的に防止できる。
　また，上記被加熱部材は金属で構成するとともに，前記ノズルは樹脂で構成することが好ましい。これによれば，被加熱部材からの熱が伝達し難くすることができるので，ノズル全体が加熱されることを効果的に防止できる。これにより，第２加熱部による加熱温度を高めに設定しても，ノズル内を流れる液体原料が途中で熱分解されることなく，吐出口に付着物が付着することをより効果的に防止できる。
　また，上記混合室は，前記被加熱部材内に設けられた絞り部によって区画され，前記絞り部には，前記混合室と前記気化室との間を連通する絞り孔が形成され，前記絞り部は，前記第２加熱部によって前記被加熱部材とともに加熱されるように構成することが好ましい。これによれば，吐出口から吐出された液体原料の液滴は，混合室でキャリガスと混合され，絞り部の絞り孔により加速されて気化室に向けて噴出される。これにより，液体原料の液滴をより細かくすることができるとともに，その液滴をキャリアガスとともに気化室に安定して供給させることができる。
　また，上記混合室は，前記吐出口の下方の中央空間とその周囲を囲む環状空間とにより構成し，前記キャリアガス噴出口は前記環状空間にキャリアガスが噴出されるように配置することが好ましい。これによれば，キャリアガス噴出口から噴出されたキャリアガスは環状空間に広がって，環状空間全体から中央空間に流れるようになる。これにより，吐出口から吐出された液体原料の液滴を効率的に絞り孔に導くことができる。
　また，上記絞り部の前記混合室側には，その混合室側に向けて前記絞り孔の径を徐々に大きくする上部テーパ部を設け，前記上部テーパ部は，前記吐出口に向けて突出するように形成することが好ましい。これによれば，上部テーパ部を混合室内に突出するように設けることで，混合室内の上部テーパ部よりも外側に環状空間の壁面を形成できる。また，絞り孔は入口側（上流側）に向けて拡張されるので，キャリアガスを環状空間から中央空間に導き易くすることができる。
　この場合，上記絞り部の前記気化室側には，その気化室側に向けて前記絞り孔の径を徐々に大きくする下部テーパ部を設け，前記下部テーパ部は，前記気化室に向けて突出するように形成するようにしてもよい。これにより，絞り孔は出口側（下流側）に向けて拡張されるので，絞り孔から噴出される液体原料の液滴とキャリアガスの流速をより高めることができる。これにより，液体原料をより細かい液滴にして気化室に供給することができる。
　また，前記気化室の温度を検出する第１温度センサと，前記吐出口の温度を検出する第２温度センサと，前記各温度センサからの温度を監視して，前記吐出口の温度を少なくとも前記吐出口に付着物が付着しない温度に制御するとともに，前記気化室の温度が前記吐出口の温度がよりも高くなるように制御する制御部とを設けるようにしてもよい。
　これによれば，吐出口の温度を少なくとも吐出口に付着物が付着しない程度の温度に保持しながら，気化室での気化効率を高めることができる。また，気化室の温度が吐出口の温度がよりも高くなるように制御することにより，気化器全体で見れば上流側から下流側にかけて温度が高くなるような温度勾配を形成することができる。すなわち，液体原料が流れる部分が最も温度が低くなり，その吐出口では吐出口に付着物が付着しない温度に加熱され，気化室ではさらに高い温度で加熱される。これにより，液体原料が細孔を通って吐出口まで流れる途中で熱分解されることなく，吐出口には付着物が付着することを防止でき，さらに気化室においては気化効率を向上させることができる。
　本発明によれば，液体原料の吐出口を部分的に，しかも気化室とは別に加熱できるので，液体原料の吐出口が付着物によって閉塞することを防止することができ，さらに気化室での気化効率も高めることができる。
本発明の実施形態にかかる成膜装置の概略構成を示す図である。 同実施形態にかかる気化器の概略構成を示す縦断面図である。 同実施形態にかかる気化器の部分拡大図である。 同実施形態にかかる気化器の変形例を示す部分拡大図である。
　以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（成膜装置）
　まず，本発明の実施形態にかかる成膜装置について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態にかかる成膜装置の概略構成例を説明するための図である。図１に示す成膜装置１００は，被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」という）Ｗ上にＣＶＤ法により金属酸化物膜を成膜するものであり，Ｈｆ（ハフニウム）を含有する有機化合物からなる液体原料を供給する液体原料供給源１１０と，キャリアガスを供給するキャリアガス供給源１２０と，液体原料供給源１１０から供給される液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器３００と，気化器３００が生成した原料ガスを用いてウエハＷに例えばＨｆＯ２膜を形成する成膜室２００と，成膜装置１００の各部を制御する制御部１５０を備えている。なお，キャリアガスとして，例えばＡｒなどの不活性ガスを用いることができる。
　液体原料供給源１１０と気化器３００は，液体原料供給配管１１２で接続されており，キャリアガス供給源１２０と気化器３００は，キャリアガス供給配管１２２で接続されており，気化器３００と成膜室２００は，原料ガス供給配管１３２で接続されている。そして，液体原料供給配管１１２には液体原料流量制御バルブ１１４が備えられ，キャリアガス供給配管１２２にはキャリアガス流量制御バルブ１２４を備えられ，原料ガス供給配管１３２には原料ガス流量制御バルブ１３４が備えられており，これら液体原料流量制御バルブ１１４，キャリアガス流量制御バルブ１２４，および原料ガス流量制御バルブ１３４は，制御部１５０からの制御信号によってそれぞれの開度が調整される。制御部１５０は，液体原料供給配管１１２を流れる液体原料の流量，キャリアガス供給配管１２２を流れるキャリアガスの流量，および原料ガス供給配管１３２を流れる原料ガスの流量に応じて制御信号を出力することが好ましい。
　成膜室２００は，例えば略円筒状の側壁を有し，この側壁と天壁２１０と底壁２１２に囲まれた内部空間に，ウエハＷが水平に載置されるサセプタ２２２を備えて構成される。側壁と天壁２１０と底壁２１２は，例えばアルミニウム，ステンレスなどの金属で構成される。サセプタ２２２は，円筒状の複数の支持部材２２４（ここでは，１本のみ図示）により支持されている。また，サセプタ２２２にはヒータ２２６が埋め込まれており，電源２２８からこのヒータ２２６に供給される電力を制御することによってサセプタ２２２上に載置されたウエハＷの温度を調整することができる。
　成膜室２００の底壁２１２には，排気ポート２３０が形成されており，この排気ポート２３０には排気系２３２が接続されている。そして排気系２３２により成膜室２００内を所定の真空度まで減圧することができる。
　成膜室２００の天壁２１０には，シャワーヘッド２４０が取り付けられている。このシャワーヘッド２４０には原料ガス供給配管１３２が接続されており，この原料ガス供給配管１３２を経由して，気化器３００で生成された原料ガスがシャワーヘッド２４０内に導入される。シャワーヘッド２４０は，拡散室２４２と，この拡散室２４２に連通する多数のガス吐出孔２４４を有している。原料ガス供給配管１３２を介してシャワーヘッド２４０の拡散室２４２に導入された原料ガスは，ガス吐出孔２４４からサセプタ２２２上のウエハＷに向けて吐出される。
　本実施形態にかかる成膜装置１００において，液体原料供給源１１０は，液体原料として例えばＨＴＢ（ハフニウムタートブトキサイド）を貯留しており，この液体原料を，液体原料供給配管１１２を通じて気化器３００に向けて送出する。
　このような構成の成膜装置１００では，気化器３００からの原料ガスが次のようにして供給される。気化器３００に液体原料供給源１１０からの液体原料が液体原料供給配管１１２を介して供給されると共に，キャリアガス供給源１２０からのキャリアガスがキャリアガス供給配管１２２を介して供給されると，気化器３００内に設けられた気化室にキャリアガスと共に液体原料が液滴状となって吐出され，その液体原料が気化して原料ガスが生成される。気化器３００で生成された原料ガスは，原料ガス供給配管１３２を介して成膜室２００に供給され，成膜室２００内のウエハＷに対して所望の成膜処理が施される。なお，気化器３００の具体的構成例については後述する。
（気化器の構成例）
　以下，本実施形態にかかる気化器３００の具体的構成例について図面を参照しながら説明する。図２は，本実施形態にかかる気化器の概略構成例を示す縦断面図である。図２に示すように，気化器３００は大別すると，液体原料を液滴状（ミスト状）にして吐出する液体原料供給部３００Ａと，吐出された液敵状の液体原料を気化して原料ガスを生成する気化室３６０を形成する原料ガス生成部３００Ｂとから構成される。
　先ず，液体原料供給部３００Ａについて説明する。液体原料供給部３００Ａは，液体原料供給配管１１２から所定の圧力で供給される液体原料を一時的に貯留する液溜室３１０と，液溜室３１０から下方に突き出すように配設されたノズル３２０と，液溜室３１０内の液体原料をノズル３２０の吐出口３２２まで導く流路を構成する細孔３１６と，細孔３１６の液溜室３１０側の液入口３１２を開閉する弁体３３４と，弁体３３４を駆動するアクチュエータ３３０とを備える。
　具体的には，液体原料供給部３００Ａは，液体原料が導入される液体原料導入部３１１を備える。液体原料導入部３１１はＡｌやステンレス鋼などからなるブロック状の金属で構成され，その内部には上記液溜室３１０が区画されている。液溜室３１０には液体原料供給配管１１２を介して液体原料が所定の圧力で供給されるようになっている。
　液体原料導入部３１１には，その下方に突出するようにノズル３２０が設けられている。本実施形態におけるノズル３２０は，周囲からの熱が伝熱し難いように，例えばポリイミドやテフロン（登録商標）などの樹脂で構成されている。
　ノズル３２０の基端部は，Ａｌやステンレス鋼などからなるブロック状の金属で構成される取付部材３２１によって液体原料導入部３１１の下面に固定されている。液体原料導入部３１１と取付部材３２１との接触面はＯリングなどでシールされている。具体的には液体原料導入部３１１とノズル３２０との間にＯリング３１８が設けられるとともに，液体原料導入部３１１と取付部材３２１との間にＯリング３１９を設けられている。
　液体原料導入部３１１の底部には，上記細孔３１６が液溜室３１０からノズル３２０の先端部３２３を通って吐出口３２２まで貫通して形成されている。これにより，液溜室３１０内の液体原料は，細孔３１６の液溜室３１０側の液入口３１２から導入されると，ノズル３２０内を通って吐出口３２２から吐出される。
　細孔３１６の液入口３１２は，例えばダイヤフラム弁などからなる可撓性の弁体３３４により開閉される。液溜室３１０は弁体３３４と液体原料導入部３１１の内壁とで区画されている。弁体３３４は，弁開閉及び弁開度を調整するアクチュエータ３３０に取り付けられている。
　アクチュエータ３３０は，液溜室３１０の天井に設けられている。具体的には，液溜室３１０の天井に形成された貫通孔３０１を囲むように設けられた筒状の取付部材３３２を介してアクチュエータ３３０が取り付けられている。アクチュエータ３３０の略中央には，アクチュエータ３３０の動作により上下に駆動する駆動ロッド３３３が貫通孔３０１を通して設けられている。
　上記アクチュエータ３３０は，例えば筒体状の電磁コイルで駆動ロッド３３３を上下動するように構成され，駆動ロッド３３３の下端には上記弁体３３４が取り付けられる。これにより，駆動ロッド３３３の動作に連動して弁体３３４を撓ませることで，細孔３１６の液入口３１２を開閉することができる。
　例えばアクチュエータ３３０を制御部１５０に接続し，制御部１５０からの制御信号に基づいて駆動ロッド３３３を駆動させるようにする。これにより，制御部１５０からの制御信号に基づいてアクチュエータ３３０の駆動ロッド３３３を上下動させて弁体３３４を駆動して弁体３３４を弁開閉動作させることができる。
　また，制御部１５０からの制御信号に基づいて上記アクチュエータ３３０の駆動ロッド３３３の位置を調整することにより，弁体３３４の弁開度を調整することもできる。このように弁体３３４の弁開度を調整することで，細孔３１６の液入口３１２から導入される液体原料を調整することができるので，吐出口３２２から吐出される液体原料の流量を調整できる。そして，吐出口３２２から吐出される液体原料の供給を停止するには，弁体３３４が液入口３１２に着座するまで駆動ロッド３３３を駆動させて全閉状態にすればよい。
　なお，アクチュエータ３３０としては，上述したような電磁駆動方式のものに限定されるものではなく，例えば圧電素子による駆動方式によるものを採用してもよい。
　本実施形態にかかる気化器３００では，ノズルの吐出口３２２に付着物が付着することを防止するため，ノズル３２０の先端部３２３と気化室３６０との間に，吐出口３２２を部分的に加熱するための被加熱部材３４０を設けている。被加熱部材３４０の上端はノズル３２０の取付部材３２１に取り付けられ，その下端は原料ガス生成部３００Ｂに取り付けられている。
　以下，このような被加熱部材３４０について図面を参照しながらより詳細に説明する。図３は被加熱部材近傍の構成を説明するための拡大図である。図２，図３に示すように，被加熱部材３４０は，Ａｌやステンレス鋼などからなる略筒状の金属で構成され，その上部はノズル３２０の先端部３２３，特に吐出口３２２の周りを覆うように構成されている。
　被加熱部材３４０には，吐出口３２２の近傍からキャリアガスを噴出させるキャリアガス噴出口３２６が設けられている。キャリアガス噴出口３２６は，被加熱部材３４０に形成されるキャリアガス供給流路３２４に連通している。キャリアガス供給流路３２４はキャリアガス供給配管１２２が接続している。これにより，キャリアガス供給配管１２２からのキャリアガスは，キャリアガス供給流路３２４を通ってキャリアガス噴出口３２６から噴出される。
　被加熱部材３４０の下端の内側は，気化室３６０の導入口３６１に連結している。被加熱部材３４０内には吐出口３２２の下方に，吐出口３２２から吐出された液体原料をキャリアガス噴出口３２６から噴出されたキャリアガスと混合させて気化室３６０へ噴出させる混合室３４４が区画されている。
　具体的には，混合室３４４は被加熱部材３４０内に設けられた絞り部３５０と被加熱部材３４０の内壁によって区画されている。絞り部３５０には，混合室３４４と気化室３６０とを連通する絞り孔３５２が形成されている。これにより，吐出口３２２から吐出された液体原料の液滴は，キャリアガス噴出口３２６から噴出されたキャリガスによって混合室３４４内で混合し，絞り孔３５２を通って気化室３６０に向けて噴出される。このとき，液体原料の液滴とキャリガスは絞り孔３５２の作用によって流速が速められる。
　このような絞り部３５０は例えば図３に示すように構成される。図３に示す絞り部３５０の混合室３４４側には，その混合室３４４側に向けて絞り孔３５２の径を徐々に大きくする上部テーパ部３５４が，吐出口３２２に向けて突出するように設けられている。絞り部３５０の気化室３６０側には，その気化室３６０側に向けて絞り孔３５２の径を徐々に大きくする下部テーパ部３５６が，気化室３６０に向けて突出するように設けられている。
　これによれば，吐出口３２２から吐出された液体原料の液滴は，混合室３４４でキャリガスと混合され，絞り孔３５２によってその流速が速められて気化室３６０に向けて噴出される。これにより，液体原料の液滴をより細かくすることができるとともに，その液滴をキャリアガスとともに気化室３６０に向けて安定して供給させることができる。
　混合室３４４は，吐出口３２２の下方の中央空間３４６とその周囲を囲む環状空間３４８とにより構成することが好ましい。具体的には例えば図３では，混合室３４４を区画する被加熱部材３４０の内壁のうち，側壁近傍の上部（例えばキャリアガス噴出口３２６が形成される部位）を斜めに形成することによって，環状空間３４８の壁面を形成させることができる。さらに，図３に示すように上部テーパ部３５４を混合室３４４内に突出するように設けることで，混合室３４４内の上部テーパ部３５４よりも外側に環状空間３４８の壁面を形成できる。
　このように，混合室３４４は，吐出口３２２の下方の中央空間３４６とその周囲を囲む環状空間３４８とにより構成し，キャリアガス噴出口３２６は環状空間３４８にキャリアガスが噴出されるように配置することによって，キャリアガス噴出口３２６から噴出されたキャリアガスは環状空間３４８に広がって，環状空間３４８全体から中央空間３４６に流れるようになる。これにより，吐出口３２２から吐出された液体原料の液滴を効率的に絞り孔３５２に導くことができる。また，絞り部３５０を図３に示すように構成することにより，絞り孔３５２は入口側（上流側）に向けて拡張されるので，キャリアガスを環状空間３４８から中央空間３４６に導き易くすることができる。
　また，絞り部３５０を図３に示すように構成することにより，絞り孔３５２は出口側（下流側）に向けて拡張されるので，絞り孔３５２から噴出される液体原料の液滴とキャリアガスの流速をより高めることができる。なお，絞り部３５０の構成は図３に示すものに限定されるものではない。例えば図４に示すように絞り部３５０を円板状に構成し，その中央に絞り孔３５２を設けるようにしてもよい。
　また，図４に示すように吐出口３２２と絞り部３５０との距離ｄによって，絞り孔３５２から噴出されるときの流速が変わる。このため，所望の流速に応じて距離ｄが最適になるように絞り部３５０の位置を決定することが好ましい。なお，この点は，図３に示す構成でも同様である。
　被加熱部材３４０の外側には，コイル状のヒータ３４２が巻き付けられている。ヒータ３４２は，ノズル３２０の吐出口３２２から被加熱部材３４０の下端部までの狭い範囲に設けられている。これにより，被加熱部材３４０のうち吐出口３２２の近傍を部分的に加熱することができる。ヒータ３４２は，例えば抵抗発熱ヒータで構成される。ヒータ３４２は制御部１５０によりヒータ電源３４３を制御することで発熱温度が制御される。
　このような構成によれば，ヒータ３４２によって被加熱部材３４０を加熱することにより，液体原料の吐出口３２２を付着物が付着しない程度の温度（例えば１００℃以上）で部分的に加熱することができる。これにより，吐出口３２２に付着物が付着することを防止できる。さらに，被加熱部材３４０を加熱することで液体原料の吐出口３２２のみならず，キャリアガスと混合される混合室３４４まで加熱することができる。これにより，付着物が生成される要因となる水分，すなわちキャリアガスに含まれる水分を混合室３４４内で効率的に蒸発させることができるので，吐出口３２２に付着物が付着することをより効果的に防止できる。
　また，本実施形態のようにノズル３２０を樹脂で構成することによって，被加熱部材３４０が加熱されてもノズル３２０内の細孔３１６まで加熱されることを効果的に防止できる。これにより，被加熱部材３４０の加熱温度をより高くしても，細孔３１６を通る液体原料を熱分解させることなく，吐出口３２２に付着物が付着することを防止できる。
　次に，原料ガス生成部３００Ｂについて説明する。原料ガス生成部３００Ｂは，気化室３６０を区画する略筒状の筐体３７０と，筐体３７０の下方に設けられた原料ガス送出部３８０を備える。筐体３７０及び原料ガス送出部３８０は例えばＡｌやステンレス鋼などの金属で構成される。筐体３７０及び原料ガス送出部３８０は，第１加熱部としてのヒータ３９２，３９４により覆われている。ヒータ３９２，３９４は例えば抵抗発熱ヒータで構成される。この場合，ヒータ３９２，３９４は制御部１５０によりヒータ電源３９５を制御することで発熱温度が制御される。これにより，原料ガス生成部３００Ｂを例えば液体原料の気化温度よりも高い所定の温度にまで加熱することができる。
　ここでの筐体３７０は，上部筐体３７２，中間部筐体３７４，下部筐体３７６を図示しないボルトなどの締結部材によって連結して構成される。気化室３６０は，上部筐体３７２に形成された拡径空間３６２と，中間部筐体３７４に形成された案内空間３６４と，下部筐体３７６に形成された導出空間３６６とからなる。
　拡径空間３６２は，導入口３６１から下方に向けて徐々に拡径されており，その下端は案内空間３６４に連設される。ここでの案内空間３６４は，液体原料の液滴を効率的に加熱するために，上方から下方に向けて垂直に形成された複数の案内孔３６５から構成される。複数の案内孔３６５は拡径空間３６２からの液体原料の液滴を導出空間３６６へと導く。なお，案内空間３６４としては上記のものに限られるものではない。例えば中間部筐体３７４を単なる円筒状に形成してもよい。この場合，中間部筐体３７４内の空間である案内空間３６４は拡径空間３６２の下端の径（導出空間３６６の径）と同じ円柱状に形成してもよい。
　液体原料供給部３００Ａから導入口３６１を介してキャリアガスとともに供給される液体原料の液滴は，ヒータ３９２，３９４によって加熱された筐体３７０の気化室３６０内を，拡径空間３６２，案内孔３６５，導出空間３６６の順に通過する際に気化して原料ガスとなる。
　原料ガスは導出空間３６６から下部筐体３７６の側壁に設けられた上記原料ガス送出部３８０を介して外部に送出されるようになっている。具体的には原料ガス送出部３８０は，下部筐体３７６の側壁に形成された送出口３７８に接続される原料ガス送出配管３８２と，原料ガス送出配管３８２を塞ぐように設けられたミストトラップ部３９０とを備える。原料ガス送出配管３８２は，下部筐体３７６の側壁に垂直に取り付けられ，水平方向に延出している。原料ガス送出配管３８２の下流側の端部３８４には，上記原料ガス供給配管１３２と接続されるフランジ付継手３８６が取り付けられている。ここでのミストトラップ部３９０は，原料ガス送出配管３８２の端部３８４の開口を塞ぐようにフランジ付継手３８６によって取り外し自在に固定されている。
　ミストトラップ部３９０は，液滴状の液体原料を通すことなく捕捉し，その液体原料が気化して得られる原料ガスを通す通気性を有する通気性部材により構成される。このような通気性部材としては，液体原料の液滴の径よりも細かい目のものを採用することが好ましい。また，通気性部材の構成材料としては，熱伝導率が高く温度が上昇しやすい特性を有するものが好ましい。このような条件を満たすものとしては，例えばポーラス構造またはメッシュ構造を有するステンレス鋼などの金属を挙げることができる。この他，熱伝導率の高いセラミックス，プラスチックを用いるようにしてもよい。ここでは，原料ガス送出部３８０全体をヒータ３９４で覆うことによって，このヒータ３９４によってミストトラップ部３９０も加熱される。
　このように，原料ガスの送出口３７８にミストトラップ部３９０を設けることで，例えば気化室３６０において気化しきれずに残った液体原料の液滴も，ヒータ３９４で加熱されたミストトラップ部３９０に捕捉されて気化し，ミストトラップ部３９０を通過できるようになる。
　なお，筐体３７０には第１温度センサ（例えば熱電対）１５２を設けて，ヒータ３９２，３９４による加熱温度，特に気化室３６０内の温度を制御部１５０で監視することにより，気化室３６０内の温度を常に所定の設定温度に保持させることができる。また，被加熱部材３４０のノズル３２０の吐出口３２２の近傍には第２温度センサ（例えば熱電対）１５４を設けて，ヒータ３４２による加熱温度，特に吐出口３２２の温度を制御部１５０で監視することにより，吐出口３２２の近傍の温度を常に所定の設定温度に保持させることができる。
　この場合，吐出口３２２の温度は，少なくとも吐出口３２２に付着物が付着しない程度例えば１００℃～１４０℃以上に設定することが好ましく，気化室３６０内の温度はそれよりも高い温度例えば１２０℃～１６０℃以上に設定することが好ましい。ここでは，吐出口３２２の温度が例えば１２０℃になるように設定し，気化室３６０内の温度が例えば１４０℃となるように設定する。
　これによれば，吐出口３２２の温度を少なくとも吐出口３２２に付着物が付着しない程度の温度に保持しながら，気化室３６０での気化効率を高めることができる。また，気化室３６０の温度が吐出口３２２の温度よりも高くなるように制御することにより，気化器３００全体で見れば上流側から下流側にかけて温度が高くなるような温度勾配を形成することができる。すなわち，液体原料が流れる部分が最も温度が低くなり，その吐出口３２２では付着物が付着しない温度に加熱され，気化室３６０ではさらに高い温度で加熱される。これにより，液体原料が細孔３１６を通って吐出口３２２まで流れる途中で熱分解されることなく，吐出口３２２には付着物が付着することを防止でき，さらに気化室３６０においては気化効率を向上させることができる。
　なお，第２温度センサ１５４は，できる限り吐出口３２２に近づけて設けることで，吐出口３２２が所望の温度になるようにより正確に加熱制御できる。これによっても，液体原料が流れる細孔３１６まで余計に加熱されることを防止できる。
（成膜装置の動作）
　以上のように構成された本実施形態にかかる成膜装置１００の動作について図面を参照しながら説明する。気化器３００によって原料ガスを生成するにあたり，予め気化器３００のヒータ３９２，３９４により気化室３６０及びミストトラップ部３９０を加熱するとともに，ヒータ３４２により被加熱部材３４０を加熱しておく。
　まず，制御部１５０は，液体原料流量制御バルブ１１４の開度を調整して，液体原料供給源１１０から所定流量の液体原料を液体原料供給配管１１２を介して気化器３００に供給させる。これと同時に，キャリアガス流量制御バルブ１２４の開度を調整して，キャリアガス供給源１２０から所定流量のキャリアガスをキャリアガス供給配管１２２を介して気化器３００に供給させる。
　すると，液体原料供給配管１１２からの液体原料は一時的に液溜室３１０に貯留される。このとき，アクチュエータ３３０により弁体３３４を駆動して細孔３１６の液入口３１２を開くことで，液体原料は細孔３１６を通ってノズル３２０の吐出口３２２から液滴状となって吐出される。また，キャリアガス供給配管１２２からのキャリアガスは，キャリアガス供給流路３２４を通ってキャリアガス噴出口３２６から噴射される。こうして，吐出口３２２から吐出された液体原料の液滴は，キャリアガス噴出口３２６から噴出されたキャリガスによって混合室３４４内で混合され，絞り孔３５２を通って加速され，より細かい液滴になって気化室３６０に向けて噴出される。このとき，被加熱部材３４０は，所定の温度に加熱されているため，吐出口３２２がキャリアガスに晒されていても，付着物が付着することはない。
　気化室３６０では，導入口３６１からキャリアガスとともに導入された液体原料の液滴は拡径空間３６２により拡散して案内空間３６４の各案内孔３６５を通過して導出空間３６６へ導かれる。このとき，気化室３６０の各空間は被加熱部材３４０とは別に所定の温度に加熱されているため，液体原料の液滴は加熱された気化室３６０の各空間でそのほとんどが気化して原料ガスとなって送出口３７８に導かれ，原料ガス送出配管３８２を介してミストトラップ部３９０を通過して原料ガス供給配管１３２に送出される。また，ミストトラップ部３９０も所定の温度に加熱されているので，気化室３６０内で気化しきれなかった液滴もミストトラップ部３９０に吹き付けられて瞬時に気化し，原料ガスとなってミストトラップ部３９０を通過して原料ガス供給配管１３２に送出される。
　原料ガス供給配管１３２に送出された原料ガスは，成膜室２００に供給され，シャワーヘッド２４０の拡散室２４２に導入され，ガス吐出孔２４４からサセプタ２２２上のウエハＷに向けて吐出される。そして，ウエハＷ上に所定の膜例えばＨｆＯ２膜が形成される。なお，成膜室２００に導入される原料ガスの流量は原料ガス供給配管１３２に備えられた原料ガス流量制御バルブ１３４の開度を制御することによって調整できる。
　このように本実施形態によれば，液体原料の吐出口３２２を部分的に，しかも気化室３６０とは別に加熱できるので，細孔３１６を通る液体原料が途中で熱分解することなく，吐出口３２２が付着物によって閉塞することを防止することができ，さらに気化室３６０での気化効率も高めることができる。
　以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば本発明にかかる気化器は，ＭＯＣＶＤ装置，プラズマＣＶＤ装置，ＡＬＤ（原子層成膜）装置，ＬＰ－ＣＶＤ（バッチ式，縦型，横型，ミニバッチ式）などに用いられる気化器にも適用可能である。
　本発明は，液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器及びそれを用いた成膜装置に適用可能である。
１００　　　成膜装置
１１０　　　液体原料供給源
１１２　　　液体原料供給配管
１１４　　　液体原料流量制御バルブ
１２０　　　キャリアガス供給源
１２２　　　キャリアガス供給配管
１２４　　　キャリアガス流量制御バルブ
１３２　　　原料ガス供給配管
１３４　　　原料ガス流量制御バルブ
１５０　　　制御部
１５２　　　第１温度センサ
１５４　　　第２温度センサ
２００　　　成膜室
２１０　　　天壁
２１２　　　底壁
２２２　　　サセプタ
２２４　　　支持部材
２２６　　　ヒータ
２２８　　　電源
２３０　　　排気ポート
２３２　　　排気系
２４０　　　シャワーヘッド
２４２　　　拡散室
２４４　　　ガス吐出孔
３００　　　気化器
３００Ａ　　液体原料供給部
３００Ｂ　　原料ガス生成部
３０１　　　貫通孔
３１０　　　液溜室
３１１　　　液体原料導入部
３１２　　　液入口
３１６　　　細孔
３１８，３１９　　　Ｏリング
３２０　　　ノズル
３２１　　　取付部材
３２２　　　吐出口
３２３　　　先端部
３２４　　　キャリアガス供給流路
３２６　　　キャリアガス噴出口
３３０　　　アクチュエータ
３３２　　　取付部材
３３３　　　駆動ロッド
３３４　　　弁体
３４０　　　被加熱部材
３４２　　　ヒータ
３４３　　　ヒータ電源
３４４　　　混合室
３４６　　　中央空間
３４８　　　環状空間
３５０　　　絞り部
３５２　　　絞り孔
３５４　　　上部テーパ部
３５６　　　下部テーパ部
３６０　　　気化室
３６１　　　導入口
３６２　　　拡径空間
３６４　　　案内空間
３６５　　　案内孔
３６６　　　導出空間
３７０　　　筐体
３７２　　　上部筐体
３７４　　　中間部筐体
３７６　　　下部筐体
３７８　　　送出口
３８０　　　原料ガス送出部
３８２　　　原料ガス送出配管
３８４　　　端部
３８６　　　フランジ付継手
３９０　　　ミストトラップ部
３９２，３９４　　　ヒータ
３９５　　　ヒータ電源
　Ｗ　　　　ウエハ
 

Claims (8)

  1. 液体原料が所定の圧力で供給される液溜室と，
    　前記液溜室から突き出すように配設され，前記液溜室内の液体原料を吐出するノズルと，
    　前記ノズルの吐出口から吐出された前記液体原料を気化して原料ガスを生成して送出口から送出する気化室と，
    　前記ノズルの先端部と前記気化室との間に前記吐出口の周囲を覆うように設けられた筒状の被加熱部材と，
    　前記被加熱部材に設けられ，前記吐出口の近傍からキャリアガスを噴出するキャリアガス噴出口と，
    　前記被加熱部材内に区画され，前記吐出口から吐出された前記液体原料を前記キャリアガスと混合させて前記気化室へ噴出させる混合室と，
    　前記気化室をその外側から加熱する第１加熱部と，
    　前記被加熱部材をその外側から加熱する第２加熱部と，
    を備えることを特徴とする気化器。
  2. 前記被加熱部材は金属で構成するとともに，前記ノズルは樹脂で構成したことを特徴とする請求項１に記載の気化器。
  3. 前記混合室は，前記被加熱部材内に設けられた絞り部によって区画され，前記絞り部には，前記混合室と前記気化室との間を連通する絞り孔が形成され，
    　前記絞り部は，前記第２加熱部によって前記被加熱部材とともに加熱されることを特徴とする請求項２に記載の気化器。
  4. 前記混合室は，前記吐出口の下方の中央空間とその周囲を囲む環状空間とにより構成し，前記キャリアガス噴出口は前記環状空間にキャリアガスが噴出されるように配置したことを特徴とする請求項３に記載の気化器。
  5. 前記絞り部の前記混合室側には，その混合室側に向けて前記絞り孔の径を徐々に大きくする上部テーパ部を設け，
    　前記上部テーパ部は，前記吐出口に向けて突出するように形成したことを特徴とする請求項４に記載の気化器。
  6. 前記絞り部の前記気化室側には，その気化室側に向けて前記絞り孔の径を徐々に大きくする下部テーパ部を設け，
    　前記下部テーパ部は，前記気化室に向けて突出するように形成したことを特徴とする請求項５に記載の気化器。
  7. 前記気化室の温度を検出する第１温度センサと，
    　前記吐出口の温度を検出する第２温度センサと，
    　前記各温度センサからの温度を監視して，前記吐出口の温度を少なくとも前記吐出口に付着物が付着しない温度に制御するとともに，前記気化室の温度が前記吐出口の温度よりも高くなるように制御する制御部と，
    を設けたことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の気化器。
  8. 液体原料を気化して原料ガスを生成する気化器から前記原料ガスを導入して被処理基板に対して成膜処理を行う成膜室を有する成膜装置であって，
    　前記気化器は，
    　液体原料が所定の圧力で供給される液溜室と，
    　前記液溜室から突き出すように配設され，前記液溜室内の液体原料を吐出するノズルと，
    　前記ノズルの先端部に開口する吐出口と，
    　前記吐出口から吐出された前記液体原料を気化して原料ガスを生成する気化室と，
    　前記気化室からの原料ガスを前記成膜室に送出する送出口と，
    　前記ノズルの先端部と前記気化室との間に前記吐出口の周囲を覆うように設けられた筒状の被加熱部材と，
    　前記被加熱部材に設けられ，前記吐出口の近傍からキャリアガスを噴出するキャリアガス噴出口と，
    　前記被加熱部材内に区画され，前記吐出口から吐出された前記液体原料を前記キャリアガスと混合させて前記気化室へ噴出させる混合室と，
    　前記気化室をその外側から加熱する第１加熱部と，
    　前記被加熱部材をその外側から加熱する第２加熱部と，
    を備えることを特徴とする成膜装置。
     
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