JP5179823B2 - 気化器及び成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は，液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器およびその気化器を備え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ガスを成膜室に供給し，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には，常温で液体あるいは固体であるものが多いため，有機原料を気化させるための気化器が必要になる。例えば上記有機原料は，通常，溶媒を用いて希釈したり，溶解させたりすることによって液体原料とされる。
このような液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器としては，従来，例えば気化室内に多数の孔を有する気化面を設け，この気化面をヒータなどで加熱し，例えばノズルから液体原料を噴霧して液滴（ミスト）状にしたものをキャリアガスの流れに乗せて気化面に吹き付けることによって，液滴を気化面に接触させて気化させるものがある。
このような気化器においては，気化効率を高めるために液体原料をできるだけ小径な液滴にして気化面に吹き付けることが望ましい。ところが，液滴の径を小さくするほど，気化面に接触せずにその孔を通り抜けてしまう虞がある。このように気化しきれなかった液滴は，キャリアガスの気流に乗って成膜室内に浸入してパーティクル発生の要因になる。例えば気化しきれなかった液体原料の液滴が成膜室内に浸入した際にその成膜室に酸素が残留していると，その液滴が酸化して微細なパーティクルとなり，これが基板に付着すると異常成膜や膜質不良が生じるという問題がある。
このため，従来は，気化器で生成された原料ガスを微小な孔を有するフィルタを通して成膜室に供給させるようにし，このフィルタを外部から加熱して原料ガスに含まれる気化しきれなかった液滴をフィルタで気化させるようにしていた。これによれば，気化器自体の気化効率が多少悪くても，気化しきれなかった液滴がそのまま成膜室内に浸入することを防ぐことができる。
また，気化効率を高めるため，細孔を有する固体充填物や多孔質体のような微小な孔を有する通気性部材を配置し，この通気性部材をその外側からヒータなどの加熱手段によって加熱した状態で，液状原料の液滴を通して気化させるものもある（例えば特許文献１，２参照）。これによれば，液滴が通気性部材に接触する可能性も増えるので，気化効率を高めることができる。
しかしながら，従来，液体原料の液滴を気化するために使用されていた固体充填物，多孔質体，フィルタなどの通気性部材は外部からヒータなどの加熱手段で加熱していたので，通気性部材全体に渡って均一に熱量を供給することができなかった。通気性部材のうち例えば加熱手段から離れていて熱量が十分届かない部分など温度が低い部分が存在するので，液滴が気化されずに目詰まりを起こす虞があった。
例えば特許文献１に記載の気化器では，固体充填物はその外側の加熱手段によって加熱されるため，固体充填物のうち加熱手段に近い外周領域に比べて中央領域の温度が低くなるなど，固体充填物全体の温度を均一にすることは困難である。このような場合，中央領域の温度が液体原料を気化させることができる温度に達せず，気化不良が発生して固体充填物が目詰まりしてしまう。
これに対して，特許文献２に記載の気化器では，多孔質体にて目詰まりを起こすことなく液体原料を効率よく気化させるために，多孔質体内の一部を通る流路を設け，この流路に熱媒体を流通させることによって多孔質体の内部から加熱している。しかしながら，これだけでは十分ではない。すなわち，熱媒体を流通させる流路は多孔質体内の一部に配置されているだけなので，多孔質体全体に渡って均一に熱量を供給することはできない。このため，部分的に気化不良が発生し，多孔質体が目詰まりする虞は払拭しきれない。また，多孔質体全体に渡って均一に熱量を供給しようとすれば，多孔質体全体に渡って隈無く流路を形成すればよいとも考えられるが，そのようにすれば構造が複雑となるばかりか，流路を形成した分だけ原料ガスが接触できる表面積が減少し，多孔質体における圧力損失が大きくなってしまう。これでは，所定の流量の原料ガスを得ることができなくなる。
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，液体原料の液滴を通気性部材を通して気化させる際に，通気性部材全体の温度を均一にすることができ，気化しきれずに目詰まりを起こすことを防止できる気化器および成膜装置を提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出手段と，前記液滴状の液体原料を導入する導入口と，前記導入口に対向して配置され，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成された板状の通気性部材と，前記通気性部材を挟み込むように対向して配置された一対の電極と，前記一対の電極を介して前記通気性部材を通電して発熱させる電源と，前記導入口からの前記液滴状の液体原料を発熱した前記通気性部材の内部に通して気化させることにより生成された原料ガスを外部に送出する送出口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，液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器から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備える成膜装置であって，前記気化器は，液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出手段と，前記液滴状の液体原料を導入する導入口と，前記導入口に対向して配置され，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成された板状の通気性部材と，前記通気性部材を挟み込むように対向して配置された一対の電極と，前記一対の電極を介して前記通気性部材を通電して発熱させる電源と，前記導入口からの前記液滴状の液体原料を発熱した前記通気性部材の内部に通して気化させることにより生成された原料ガスを前記成膜室に送出する送出口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，通気性部材を通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成するので，一対の電極を介して通気性部材を直接通電することにより，通気性部材全体に渡って発熱させることができる。これにより全体に渡って通気性部材の温度を均一にすることができるので，通気性部材に液滴状の液体原料を通すだけで，液滴を満遍なくすべて気化させることができる。これにより，従来以上に気化効率を向上させることができるとともに，部分的な温度低下による気化不良を防止できるため，通気性部材の目詰まりを防止することができる。
また，上記一対の電極はそれぞれ，例えば前記通気性部材の前記導入口に対向する表側表面とその裏側表面に各面を覆うように接合して設け，前記一対の電極にはそれぞれ複数の貫通孔を形成するように構成してもよい。これによれば，一対の電極が通気性部材に接触する面積を大きくとれるので効率よく発熱させることができる。従って，例えば通気性部材を通電したときに全体にわたってすばやく所望の温度に上昇させることができる。
また，上記通気性部材を矩形板状に構成して，前記一対の電極をそれぞれ，前記通気性部材の互いに対向する側面に各面を覆うように接合して設けるようにしてもよい。これによれば，導入口に対向する表側表面と裏側表面に電極を設ける場合に比して，液滴状の液体原料の流れ易さ，すなわちコンダクタンスを向上させることができる。
また，上記通気性部材は，例えば多孔質材からなる抵抗発熱体で構成される。この場合，多孔質材は炭化ケイ素を含むものであることが好ましい。また，上記通気性部材は，繊維材からなる抵抗発熱体で構成してもよい。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，液体原料を気化させて原料ガスを生成する他の気化器に接続される気化器であって，前記他の気化器で生成された原料ガスを導入する導入口と，前記導入口に対向して配置され，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成された板状の通気性部材と，前記通気性部材を挟み込むように対向して配置された一対の電極と，前記一対の電極を介して前記通気性部材を通電して発熱させる電源と，前記導入口から導入した前記他の気化器からの原料ガスを発熱した前記通気性部材の内部を通して外部に送出する送出口とを備えることを特徴とする気化器が提供される。
このような本発明によれば，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成した気化器における通気性部材に，他の気化器で生成された原料ガスを通すことにより，他の気化器で気化しきれなかった液滴も，本発明にかかる気化器で気化させることができる。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器から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備える成膜装置であって，前記気化器は，液体原料を気化させて原料ガスを生成する第１の気化器とこれに接続された第２の気化器により構成され，前記第２の気化器は，前記第１の気化器で生成された原料ガスを導入する導入口と，前記導入口に対向して配置され，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成された板状の通気性部材と，前記通気性部材を挟み込むように対向して配置された一対の電極と，前記一対の電極を介して前記通気性部材を通電して発熱させる電源と，前記導入口から導入した前記第１の気化器からの原料ガスを発熱した前記通気性部材の内部を通して前記成膜室に送出する送出口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，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成した第２の気化器における通気性部材に，第１の気化器で生成された原料ガスを通すことにより，第１の気化器で気化しきれなかった液滴も，第２の気化器で気化させることができる。これにより，成膜室などに原料ガスとともに液体原料の液滴が入り込むことを防止できる。
本発明によれば，液体原料の液滴を通気性部材を通して気化させる際に，通気性部材を直接通電することにより，通気性部材全体に渡って発熱させることができる。これにより全体に渡って通気性部材の温度を均一にすることができるので，液滴を満遍なくすべて気化させることができる。これにより，従来以上に気化効率を向上させることができるとともに，部分的な温度低下による気化不良を防止できるため，通気性部材の目詰まりを防止することができる。
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。
（第１実施形態にかかる成膜装置）
まず，本発明の第１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は第１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１４０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。
まず，本発明の第１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は第１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１４０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１４０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１４０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，内部空間２４２と，この内部空間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の内部空間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に対して所望のプロセス処理が施される。
ところで，上記のような成膜装置１００の気化器３００において，液体原料を完全に気化させることができなかった場合，液体原料の液滴の一部が原料ガスに混入して原料ガス供給配管１３２に送出され，成膜室２００内に浸入する虞がある。このように成膜室２００内に浸入した液体原料の液滴は，パーティクルとしてウエハＷ上に形成される膜の膜質を低下させる要因となり得る。本実施形態にかかる気化器３００によれば，以下説明するように，液体原料の液滴のすべてを効率よく気化させて良質な原料ガスを生成することができる。
（第１実施形態にかかる気化器の構成例）
次に，本発明の第１実施形態にかかる気化器３００の構成例について図面を参照しながら説明する。図２は，第１実施形態にかかる気化器３００の概略構成例を示す縦断面図である。この気化器３００は，大きく分けて，液体原料を気化させる気化部３００Ｂと，この気化部３００Ｂに液体原料を液滴状にして供給する液体原料供給部３００Ａとから構成されている。
次に，本発明の第１実施形態にかかる気化器３００の構成例について図面を参照しながら説明する。図２は，第１実施形態にかかる気化器３００の概略構成例を示す縦断面図である。この気化器３００は，大きく分けて，液体原料を気化させる気化部３００Ｂと，この気化部３００Ｂに液体原料を液滴状にして供給する液体原料供給部３００Ａとから構成されている。
まず液体原料供給部３００Ａの構成について説明する。この液体原料供給部３００Ａには，上面から内部に垂直方向に延びる液体原料流路３１０が設けられており，側面から内部に水平方向に延びるキャリアガス流路３１２が設けられている。液体原料流路３１０の一端には液体原料供給配管１１２が接続されており，キャリアガス流路３１２の一端にはキャリアガス供給配管１２２が接続されている。
液体原料流路３１０の他端には，液体原料を液滴状にして吐出する吐出口３１４を有する液体原料吐出手段として吐出ノズル３１６が備えられている。この吐出ノズル３１６は，例えば先細りに構成され（図２ではこの構成を省略），その先端の吐出口３１４が気化部３００Ｂの内部空間に向くように配置される。
吐出ノズル３１６の吐出口３１４の直径は，気化部３００Ｂ内に供給される液体原料の液滴の目標サイズに応じて決定される。気化部３００Ｂ内において，液滴状の液体原料を確実に気化させるためには，液滴のサイズは小さい方が有利であるため，吐出口３１４の直径も小さいことが好ましい。ただし，液滴のサイズが小さくなり過ぎると，液滴を気化して得られる原料ガスの流量が不足する虞がある。これらの点を考慮して，吐出口３１４の直径を決定することが好ましい。
吐出ノズル３１６の構成材料としては，有機溶媒に対する耐性を有するポリイミド樹脂などの合成樹脂またはステンレス鋼やチタンなどの金属が好ましい。また，吐出ノズル３１６を合成樹脂で構成することによって，吐出される前の液体原料に周囲から熱が伝導しないようにすることができる。また，ポリイミド樹脂を用いることで，液体原料の残渣（析出物）が吐出ノズル３１６に付着し難くなり，ノズルの目詰まりが防止される。
また，液体原料供給部３００Ａの内部には，吐出ノズル３１６の先端を囲むようにキャリアガス噴射部３１８が配設されている。キャリアガス噴射部３１８は上記キャリアガス流路３１２の他端に接続されており，キャリアガス流路３１２からのキャリアガスを液体原料と共に気化部３００Ｂに向けて噴出するように構成されている。
具体的には，キャリアガス噴射部３１８は吐出ノズル３１６の先端を囲むカップ状に形成されており，その底部にキャリアガス噴出口３２０が形成されている。キャリアガス噴出口３２０は，吐出ノズル３１６の先端の吐出口３１４の近傍にこの吐出口３１４を囲むように形成されている。これによって吐出口３１４の周りからキャリアガスを噴出することができるようになり，吐出口３１４から吐出される液体原料の液滴を確実に気化部３００Ｂに向けて飛行させ，気化部３００Ｂ内の後述する通気性部材４１０に安定して吹き付けることができる。
次に，気化部３００Ｂの構成について説明する。この気化部３００Ｂは，後述する気化手段４００などを内部に配設する略筒状のケーシングを有する。ケーシングは，筒状の側壁部材３３０とこの側壁部材３３０の上下にそれぞれ設けられた天壁部材３３２と底壁部材３３４からなる。これら側壁部材３３０，天壁部材３３２，底壁部材３３４はそれぞれ，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。
側壁部材３３０と天壁部材３３２は，Ｏリング３３６を挟んだ状態でボルトなどの結合部材３３８Ａ，３３８Ｂにて結合されており，側壁部材３３０と底壁部材３３４は，Ｏリング３４０を挟んだ状態でボルトなどの結合部材３４２Ａ，３４２Ｂにて結合されている。これによって気化部３００Ｂの内部空間の気密性が保たれる。
天壁部材３３２には液体原料の液滴を導入する導入口３５４が形成されており，底壁部材３３４には原料ガスを送出する送出口３５６が形成されている。側壁部材３３０の内側には，液体原料供給部３００Ａから供給された液滴状の液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化手段４００が設けられており，この気化手段４００により気化部３００Ｂの内部空間は上側空間３５０と下側空間３５２に区画される。上側空間３５０には導入口３５４から液体原料の液滴が導入され，気化手段４００に吹き付けられる。そして，液体原料の液滴が気化手段４００を通って気化して得られた原料ガスは下側空間３５２を介して送出口３５６から送出される。
本実施形態にかかる気化手段４００は，通電により発熱して液滴状の液体原料を気化させる通気性部材４１０，この通気性部材４１０の上下を挟み込むように対向配置された一対の第１電極（表側電極）４２０及び第２電極（裏側電極）４３０，これら各電極４２０，４３０にそれぞれ通気性部材４１０を通電して発熱するための電力を供給する第１給電線４４０，第２給電線４５０を備える。
通気性部材４１０は，液滴状の液体原料の流れを通す通気性を有するとともに，通電により発熱する電気抵抗を有する板状部材である。このような通気性部材４１０は，例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ），導電性セラミックスなどの多孔質抵抗体により構成する。ここでは通気性部材４１０を炭化ケイ素（ＳｉＣ）により，例えば図３に示すような円板状に形成した場合を例に挙げる。
このような通気性部材４１０は，図２に示すように通気性部材４１０の表側表面にはこの面全体を覆うように円板状の第１電極４２０が接合されており，また，通気性部材４１０の裏側表面にはこの面全体を覆うように円板状の第２電極４３０が接合されている。
なお，第１実施形態にかかる気化部３００Ｂにおいては，各電極４２０，４３０を通気性部材４１０の表裏に表面全体にわたって設けるので，液滴状の液体原料の流れに対して通気性部材４１０を塞いでしまう。このため，第１電極４２０には，例えば図４に示すように複数の貫通孔４２２を形成するとともに，第２電極４３０にも図５に示すように複数の貫通孔４３２を形成して，液滴状の液体原料の流れが貫通孔４２２，貫通孔４３２を介して通気性部材４１０に通過できるようにしている。
すなわち，吐出ノズル３１６から吐出され，キャリアガスの流れに乗って上側空間３５０を飛行して来る液滴状の液体原料を，複数の貫通孔４２２を介して通気性部材４１０の表側表面に導くことができる。また，液滴状の液体原料が通気性部材４１０を通って気化して生成された原料ガスを，複数の貫通孔４３２を介して下側空間３５２へ導くことができる。
なお，これら貫通孔４２２，貫通孔４３２の数，大きさ，配置などは，図２，図４，図５に示すものに限定されるものではない。例えば貫通孔４２２の数と貫通孔４３２の数は同じにしてもよく，また異なるようにしてもよい。配置についても貫通孔４２２と貫通孔４３２を同軸状に配置してもよく，またずらして配置してもよい。液滴状の液体原料を通気性部材４１０の表側表面にできるだけ多く到達させるためには，第１電極４２０に形成されている貫通孔４２２の開口径を広げたり，貫通孔４２２の数を多くしたりすることが好ましい。同様に，通気性部材４１０を通過した原料ガスを滞りなく下側空間３５２へ送出するためには，第２電極４３０に形成されている貫通孔４３２の開口径を広げたり，貫通孔４３２の数を多くしたりすることが好ましい。
ただし，また，通気性部材４１０全体が偏りなく発熱するように，通気性部材４１０の電気的特性やサイズなどに応じて貫通孔４２２，４３２の開口径や数を設定して，通気性部材４１０に電力を供給することが好ましい。
また，図２に示すように第１電極４２０の外縁部には第１給電線４４０が接続されている。第１給電線４４０は下方に鉛直に延びて底壁部材３３４から下方に突出して設けられた第１外部端子３６６に第１内部端子３６４を介して接続している。また，第２電極４３０の外縁部には第２給電線４５０が接続されている。第２給電線４５０は下方に延びて底壁部材３３４から下方に突出して設けられた第２外部端子３７６に第２内部端子３７４を介して接続している。第１外部端子３６６と第２外部端子３７６には例えば交流電源３８０が接続されている。
なお，通気性部材４１０，第１電極４２０，第２電極４３０，第１給電線４４０，第２給電線４５０は，導電性部材であるため，これらは側壁部材３３０などのケーシングと絶縁されている。具体的には，通気性部材４１０，第１電極４２０，第２電極４３０は，これらの外周を囲むように，側壁部材３３０との間に設けられた絶縁保持部材３４４により絶縁されながら固定されている。また，第１電極４２０は，天壁部材３３２との間のリング状の絶縁クランプ部材３４６によって絶縁されながら固定されている。
また，第１給電線４４０は，絶縁保持部材３４４，絶縁スリーブ４４２により絶縁されている。第２給電線４５０は，絶縁保持部材３４４，絶縁スリーブ４５２により絶縁されている。
ここで，第１電極４２０，第２電極４３０に外部から電力を供給するための端子構造について図２を参照しながら説明する。図２に示すように底壁部材３３４には，第１電極４２０に電力を供給するための第１端子部３６０と，第２電極４３０に電力を供給するための第２端子部３７０が設けられている。
第１端子部３６０は，第１外部端子３６６をその先端を下方に突出した状態で収容する絶縁材からなるハウジング部材３６８と，第１外部端子３６６に接続した状態でハウジング部材３６８の上方に突きだして設けられる第１内部端子３６４とにより構成される。また，第２端子部３７０は，第２外部端子３７６をその先端を下方に突出した状態で収容する絶縁材からなるハウジング部材３７８と，第２外部端子３７６に接続した状態でハウジング部材３７８の上方に突きだして設けられる第２内部端子３７４とにより構成される。ハウジング部材３６８及びハウジング部材３７８はともに，底壁部材３３４に形成された取り付け孔に嵌合され，蝋付けなどによって密着固定されている。これによって気化部３００Ｂの内部空間の気密性が保たれる。
このように構成された端子構造においては，第１端子部３６０と第２端子部３７０が固定された底壁部材３３４が側壁部材３３０に取り付けられると，第１内部端子３６４は第１端子部３６０とともに，第２内部端子３７４は第２端子部３７０とともに，それぞれ側壁部材３３０内部に入り込み，第１給電線４４０の他端と第２給電線４５０の他端にそれぞれ電気的に接続される。これにより，気化器を組み立てる際の端子の取付が容易となる。なお，端子構造は上述したものに限定されるものではなく，例えば底壁部材３３４又は側壁部材３３０に着脱自在に設けるようにしてもよい。
このような気化手段４００では，交流電源３８０によって第１外部端子３６６と第２外部端子３７６に交流電流を供給することにより，第１電極４２０と第２電極４３０を介して通気性部材４１０を直接通電することができる。これにより，交流電源３８０の出力値を制御することにより，通気性部材４１０の発熱温度を直接調整することができる。
また，通気性部材４１０の近傍には温度センサヘッド例えば熱電対３９０などの温度センサを設けることによって，熱電対３９０に生じる電圧の変化は例えば外部の計測器３９２によって測定することができるようになっており，その測定データは制御部１４０に送信される。制御部１４０は，計測器３９２から受信したデータに基づいて交流電源３８０の出力値を制御して，通気性部材４１０の発熱温度を調整することができる。
（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，液体原料流量制御バルブ１１４の開度を調整して，所定の流量の液体原料を，液体原料供給配管１１２を介して液体原料供給源１１０から気化器３００に供給する。これと共に，キャリアガス流量制御バルブ１２４の開度を調整して，所定の流量のキャリアガスを，キャリアガス供給配管１２２を介してキャリアガス供給源１２０から気化器３００に供給する。
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，液体原料流量制御バルブ１１４の開度を調整して，所定の流量の液体原料を，液体原料供給配管１１２を介して液体原料供給源１１０から気化器３００に供給する。これと共に，キャリアガス流量制御バルブ１２４の開度を調整して，所定の流量のキャリアガスを，キャリアガス供給配管１２２を介してキャリアガス供給源１２０から気化器３００に供給する。
また，気化器３００では，交流電源３８０から交流電力を出力して通気性部材４１０を発熱させておく。このとき，熱電対３９０に生じる電圧すなわち通気性部材４１０の温度を計測器３９２によって測定する。そして制御部１４０はその測定結果に基づいて交流電源３８０を制御して通気性部材４１０を少なくとも液体原料の気化温度よりも高い所定温度に調整する。
液体原料供給配管１１２を介して気化器３００に供給された液体原料は，液体原料流路３１０を経由して吐出ノズル３１６に達し，吐出口３１４から液滴状となって吐出される。また，液体原料の供給と共にキャリアガス供給配管１２２を介して気化器３００に供給されたキャリアガスは，キャリアガス流路３１２を経由してキャリアガス噴射部３１８に達し，キャリアガス噴出口３２０から気化部３００Ｂの上側空間３５０に向けて噴射される。このように噴射されたキャリアガスは，吐出ノズル３１６の吐出口３１４近傍を通過するため，吐出口３１４から連続的に吐出された液体原料の液滴をその流れに乗せて気化手段４００の方向に安定的に飛行させることができる。
気化部３００Ｂの上側空間３５０内に入り込んで気化手段４００に吹き付けられた液滴状の液体原料は，第１電極４２０の貫通孔４２２を介して通気性部材４１０に入り込む。このとき，通気性部材４１０は抵抗発熱して液体原料の気化温度よりも高い所定温度に調整されている。したがって，通気性部材４１０に通気性部材４１０に入り込んだ液滴状の液体原料は瞬時に気化して原料ガスが得られる。
なお，第１電極４２０は発熱している通気性部材４１０に密着しているため，その温度は通気性部材４１０の温度とほぼ等しくなっている。このため，液滴状の液体原料の一部が第１電極４２０に接触することも考えられるが，そのような場合でも通気性部材４１０の表面に接触した場合と同様に，瞬時に気化してキャリアガスの流れに乗って貫通孔４２２を介して通気性部材４１０に導かれる。
このようにして，液滴状の液体原料が通気性部材４１０を通ることによって気化して生成された原料ガスは，キャリアガスと共に，通気性部材４１０を通って裏側表面に抜けて，その後，下側空間３５２と送出口３５６を経由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の内部空間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。
以上のように第１実施形態によれば，通気性部材４１０を直接通電して発熱させることができるので，通気性部材４１０全体に渡って発熱させることができる。これにより全体に渡って通気性部材４１０の温度を均一にすることができるので，通気性部材４１０に液滴状の液体原料を通すだけで，液滴を満遍なくすべて気化させることができる。これにより，従来以上に気化効率を向上させることができる。また，部分的な温度低下による気化不良を防止できるため，通気性部材の目詰まりを防止することができる。従って，通気性部材４１０を含む気化手段４００のメンテナンスサイクルを延ばすことができる。これにより，成膜装置１００におけるスループットを向上させることもできる。
また，第１実施形態にかかる各電極４２０，４３０はそれぞれ，例えば通気性部材４１０の表側表面と裏側表面に各面を覆うように接合して設けるので，各電極４２０，４３０が通気性部材４１０に接触する面積を大きくとれるので効率よく発熱させることができる。従って，例えば通気性部材４１０を通電したときに全体にわたってすばやく所望の温度に上昇させることができる。
また，液体原料を気化させための部材を外部から加熱していた従来の構成に比べて，本実施形態にかかる通気性部材４１０に電力を供給するための構成は電極を配置するという簡単な構成である。したがって，気化器３００の製造コストを低減できると共に，そのメンテナンスコストも低減できる。また，本実施形態によれば，通気性部材４１０の内部に熱媒体の流路を配設する必要がないため，原料ガスの流路が遮られず，気化手段４００における圧力損失を最小限に抑えることができる。この結果，十分な流量の原料ガスを成膜室２００に導入することができる。
なお，通気性部材４１０を例えば熱電対３９０などの温度センサによって通気性部材４１０の温度を直接監視し，その測定された温度に基づいて制御部１４０によって交流電源３８０の出力値を制御することにより，通気性部材４１０の温度を正確に制御することができる。このため，通気性部材４１０全体の温度を低下させることなく，かつ通気性部材４１０全体の温度を均一に保つことができる。したがって，通気性部材４１０を通る液滴状の液体原料を確実に気化させることができる。
また，第１実施形態にかかる気化器３００によれば，液体原料の種類や量，また液滴の大きさに応じて通気性部材４１０の発熱温度を制御することができるので，より効率よく液体原料を確実に気化させることができる。
なお，第１実施形態では，気化部３００Ｂは，通気性部材を円板状にして，一対の電極をそれぞれ，通気性部材の導入口に対向する表側表面とその裏側表面に各面を覆うように接合して設けて構成した場合について説明したが，これに限定されるものではない。例えば気化部は，通気性部材を矩形板状に構成して，一対の電極をそれぞれ，通気性部材の互いに対向する側面に各面を覆うように接合して設けるようにしてもよい。
（第１実施形態にかかる気化器の変形例）
このような気化器３００の変形例について図面を参照しながら説明する。図６は，第１実施形態の変形例にかかる気化器３００の概略構成例を示す縦断面図である。図７は，図６に示す気化器のＡ−Ａ断面図である。図６に示す気化器３００と図１に示す気化器３００とは気化部３００Ｂの構成のみが異なっている。具体的には，図６に示す気化器３００は気化手段４０２の構成が図１に示す気化手段４００の構成と異なり，それ以外については図１に示す気化器３００と共通するため，同一の機能を奏する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
このような気化器３００の変形例について図面を参照しながら説明する。図６は，第１実施形態の変形例にかかる気化器３００の概略構成例を示す縦断面図である。図７は，図６に示す気化器のＡ−Ａ断面図である。図６に示す気化器３００と図１に示す気化器３００とは気化部３００Ｂの構成のみが異なっている。具体的には，図６に示す気化器３００は気化手段４０２の構成が図１に示す気化手段４００の構成と異なり，それ以外については図１に示す気化器３００と共通するため，同一の機能を奏する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図６に示す気化手段４０２は，通電により発熱して液滴状の液体原料を気化させる通気性部材４１２，この通気性部材４１２の両方の側端部を挟み込むように対向配置された一対の第１電極４２４及び第２電極４３４，これら各電極４２４，４３４にそれぞれ通気性部材４１２を通電して発熱するための電力を供給する第１給電線４４０，第２給電線４５０を備える。
図６に示す通気性部材４１２は，図２に示す通気性部材４１０と同様に，液滴状の液体原料の流れを通す通気性を有するとともに，通電により発熱する電気抵抗を有する板状部材である。ここでは通気性部材４１２を炭化ケイ素（ＳｉＣ）により，例えば図７に示すような矩形形状に形成した場合を例に挙げる。
このような通気性部材４１２は，図７に示すように通気性部材４１２の一側面にはこの面全体を覆うように長尺状の第１電極（一側面電極）４２４が接合されており，また，通気性部材４１２の他側面にはこの面全体を覆うように長尺状の第２電極（他側面電極）４３４が接合されている。このように構成することによって，液滴状の液体原料の流れに対して通気性部材４１０を塞ぐことなく，各電極４２４，４３４を配置することができる。これにより，通気性部材の表側表面と裏側表面に電極を設ける場合に比して，液滴状の液体原料の流れ易さ，すなわちコンダクタンスを向上させることができる。従って，より多くの液滴状の液体原料を短時間で気化させることができるので，より多くの原料ガスを生成することができる。
ところで，上記第１実施形態にかかる通気性部材４１０，通気性部材４１２はともに板状部材である。この板状部材の厚さについては，液滴状の液体原料の通過を阻止できる範囲において，より薄い方が気化手段４００，４０２における圧力損失を低くすることができる。このようにすればより多くの流量の原料ガスを成膜室２００に導入することができる。
また，気化手段４００，４０２には板状の通気性部材４１０，４１２よりも薄い部材，例えばシート状の部材を用いるようにしてもよい。この場合，繊維材でシート状の部材を構成することができる。シート状の部材は織布であってもよく，また不織布であってもよい。また，このような繊維材としては金属繊維や炭素繊維を用いることができる。
なお，上記第１実施形態にかかる気化器３００は，液体原料供給部３００Ａと気化部３００Ｂとを一体で構成した場合について説明したが，これに限られるものではなく，液体原料供給部３００Ａと気化部３００Ｂとを別体で構成してもよい。その場合，液体原料供給部３００Ａは，他の気化器に入れ替えて構成し，気化部３００Ｂを単体の気化器としてもよい。すなわち，他の気化器で生成された原料ガスが気化部３００Ｂのみの構成からなる気化器の導入口３５４から導入されるように接続する。これによれば，通電により発熱させた通気性部材４１０に，他の気化器（例えば既存の気化器や従来の気化器など気化効率の悪い気化器も含む）で生成された原料ガスを通すことにより，他の気化器で気化しきれなかった液滴も，第１実施形態にかかる気化部３００Ｂの構成からなる気化器で気化させることができる。
（第２実施形態にかかる成膜装置）
次に，本発明の第２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８は第２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。ここでは，成膜装置に利用する気化器３０２を第１の気化器３０４とこれに接続配管３０６で接続された第２の気化器３０８により構成した場合について説明する。なお，図８では気化器の構成以外については図１に示すものと同様であるため，同一機能を有する部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
次に，本発明の第２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８は第２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。ここでは，成膜装置に利用する気化器３０２を第１の気化器３０４とこれに接続配管３０６で接続された第２の気化器３０８により構成した場合について説明する。なお，図８では気化器の構成以外については図１に示すものと同様であるため，同一機能を有する部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
具体的には，第２実施形態にかかる気化器３０２は，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第１の気化器３０４と，第１の気化器３０４で生成された原料ガスの吐出口に接続配管３０６を介して導入口と接続される第２の気化器３０８とを備え，第２の気化器３０８の吐出口から吐出された原料ガスを原料ガス供給配管１３２を介して成膜室に供給するように構成したものである。
第２実施形態にかかる第２の気化器３０８の構成を例えば図９に示す。第２の気化器３０８の構成は，第１実施形態にかかる気化器３００のうちの気化部３００Ｂのみの構成からなる気化器である。図９に示す気化器は，図２に示す気化部３００Ｂのみの構成からなる気化器である。また，第２の気化器３０８は図１０に示す気化器であってもよい。図１０に示す気化器は，図６に示す気化部３００Ｂのみの構成からなる気化器である。従って，第２の気化器３０８は，図２又は図６に示す気化部３００Ｂと同様の構成であるため，同一機能を有する部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
これに対して，第１の気化器３０４は，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であれば，その構成や種類などは問わず，従来の気化器であってもよい。
このような本発明によれば，第２の気化器３０８において通電により発熱させた通気性部材に，第１の気化器３０４で生成された原料ガスを通すことにより，第１の気化器３０４で気化しきれなかった液滴も，第２の気化器３０８で気化させることができる。これにより，成膜室２００などに原料ガスとともに液体原料の液滴が入り込むことを防止できる。
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，気化モジュール及びこれらの成膜装置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およびこれらの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
１３２ 送出口
１３４ 原料ガス流量制御バルブ
１４０ 制御部
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 内部空間
２４４ ガス吐出孔
３００ 気化器
３００Ａ 液体原料供給部
３００Ｂ 気化部
３０２ 気化器
３０４ 第１の気化器
３０６ 接続配管
３０８ 第２の気化器
３１０ 液体原料流路
３１２ キャリアガス流路
３１４ 吐出口
３１６ 吐出ノズル
３１８ キャリアガス噴射部
３２０ キャリアガス噴出口
３３０ 側壁部材
３３２ 天壁部材
３３４ 底壁部材
３３６，３４０ Ｏリング
３３８Ａ，３３８Ｂ 結合部材
３４２Ａ，３４２Ｂ 結合部材
３４４ 絶縁保持部材
３４６ 絶縁クランプ部材
３６０ 第１端子部
３６４ 第１内部端子
３６６ 第１外部端子
３７０ 第２端子部
３７４ 第２内部端子
３７６ 第２外部端子
３５０ 上側空間
３５２ 下側空間
３５４ 導入口
３５６ 送出口
３６８，３７８ ハウジング部材
３８０ 交流電源
３９０ 熱電対
３９２ 計測器
４００，４０２ 気化手段
４１０，４１２ 通気性部材
４２０ 第１電極
４３０ 第２電極
４４０ 第１給電線
４４２，４５２ 絶縁スリーブ
４５０ 第２給電線
４２２，４３２ 貫通孔
４２４ 第１電極
４３４ 第２電極
Ｗ ウエハ
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
１３２ 送出口
１３４ 原料ガス流量制御バルブ
１４０ 制御部
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 内部空間
２４４ ガス吐出孔
３００ 気化器
３００Ａ 液体原料供給部
３００Ｂ 気化部
３０２ 気化器
３０４ 第１の気化器
３０６ 接続配管
３０８ 第２の気化器
３１０ 液体原料流路
３１２ キャリアガス流路
３１４ 吐出口
３１６ 吐出ノズル
３１８ キャリアガス噴射部
３２０ キャリアガス噴出口
３３０ 側壁部材
３３２ 天壁部材
３３４ 底壁部材
３３６，３４０ Ｏリング
３３８Ａ，３３８Ｂ 結合部材
３４２Ａ，３４２Ｂ 結合部材
３４４ 絶縁保持部材
３４６ 絶縁クランプ部材
３６０ 第１端子部
３６４ 第１内部端子
３６６ 第１外部端子
３７０ 第２端子部
３７４ 第２内部端子
３７６ 第２外部端子
３５０ 上側空間
３５２ 下側空間
３５４ 導入口
３５６ 送出口
３６８，３７８ ハウジング部材
３８０ 交流電源
３９０ 熱電対
３９２ 計測器
４００，４０２ 気化手段
４１０，４１２ 通気性部材
４２０ 第１電極
４３０ 第２電極
４４０ 第１給電線
４４２，４５２ 絶縁スリーブ
４５０ 第２給電線
４２２，４３２ 貫通孔
４２４ 第１電極
４３４ 第２電極
Ｗ ウエハ
Claims (5)
- 液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出手段と，
前記液滴状の液体原料を導入する導入口と，
前記導入口に対向して配置され，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成された板状の通気性部材と，
前記通気性部材を挟み込むように対向して配置された一対の電極と，
前記一対の電極を介して前記通気性部材を通電して発熱させる電源と，
前記導入口からの前記液滴状の液体原料を発熱した前記通気性部材の内部に通して気化させることにより生成された原料ガスを外部に送出する送出口と，を備え，
前記一対の電極はそれぞれ，前記通気性部材の前記導入口に対向する表側表面とその裏側表面に各面を覆うように接合して設け，前記一対の電極にはそれぞれ複数の貫通孔を形成したことを特徴とする気化器。 - 前記通気性部材は，多孔質材からなる抵抗発熱体で構成したことを特徴とする請求項１に記載の気化器。
- 前記多孔質材は，炭化ケイ素を含むことを特徴とする請求項２に記載の気化器。
- 前記通気性部材は，繊維材からなる抵抗発熱体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の気化器。
- 液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化器から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備える成膜装置であって，
前記気化器は，
液体原料を液滴状にして吐出する液体原料吐出手段と，
前記液滴状の液体原料を導入する導入口と，
前記導入口に対向して配置され，通電により発熱する電気抵抗を有する部材で構成された板状の通気性部材と，
前記通気性部材を挟み込むように対向して配置された一対の電極と，
前記一対の電極を介して前記通気性部材を通電して発熱させる電源と，
前記導入口からの前記液滴状の液体原料を発熱した前記通気性部材の内部に通して気化させることにより生成された原料ガスを前記成膜室に送出する送出口と，を備え，
前記一対の電極はそれぞれ，前記通気性部材の前記導入口に対向する表側表面とその裏側表面に各面を覆うように接合して設け，前記一対の電極にはそれぞれ複数の貫通孔を形成したことを特徴とする成膜装置。
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