(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に噴霧口を備え、薄膜成膜液体原料を当該噴霧口の方向に噴霧する噴霧器と、
当該噴霧器の先端側に一端側が接続され、他端側が真空容器側への配管に接続されている気化室とで構成され、
前記気化室はその内部に、前記噴霧器の噴霧口に対向する側に備えられている気化面と、前記噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料を気化させるために前記気化面を加熱する内蔵された発熱手段とを備えている気化部を収容していると共に、気化されたガス状の薄膜成膜原料が前記真空容器側への配管に通過していく流路を備えた薄膜成膜液体原料用気化器であって、
前記気化部の前記気化面は、前記噴霧器の噴霧口側に対して凹湾する曲面に形成されており、前記噴霧器の噴霧口に対向する位置で、前記噴霧口の近傍まで伸びる先細の棒状体を備え、
前記噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料の気化は、前記気化面及び前記気化面によって囲まれる領域内において行われることを特徴とする薄膜成膜液体原料用気化器。
【請求項２】
前記気化面を含めた気化部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、かつ、その表面粗さは６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているものであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜成膜液体原料用気化器。
【請求項３】
請求項２記載の薄膜成膜液体原料用気化器において、更に、気化室内部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面もアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、かつ、その表面粗さは６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているものであることを特徴とする薄膜成膜液体原料用気化器。
【請求項４】
先端側に噴霧口を備え、薄膜成膜液体原料を当該噴霧口の方向に噴霧する噴霧器と、
当該噴霧器の先端側に一端側が接続され、他端側が真空容器側への配管に接続されている気化室とで構成され、
前記気化室はその内部に、前記噴霧器の噴霧口に対向する側に備えられている気化面と、前記噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料を気化させるために前記気化面を加熱する内蔵された発熱手段とを備えている気化部を収容していると共に、気化されたガス状の薄膜成膜原料が前記真空容器側への配管に通過していく流路を備えた薄膜成膜液体原料用気化器であって、
前記気化面を含めた気化部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、かつ、その表面粗さは６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているものであることを特徴とする薄膜成膜液体原料用気化器。
【請求項５】
請求項４記載の薄膜成膜液体原料用気化器において、更に、気化室内部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面もアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、かつ、その表面粗さは６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているものであることを特徴とする薄膜成膜液体原料用気化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体原料を使用して薄膜を作成するＣＶＤ装置に関し、特に、液体原料を気化して真空容器に導入する際の気化器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＬＳＩ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の製作では、基板の表面に薄膜を形成する工程が存在する。この薄膜作製工程では、反応性ガスの化学反応を利用して成膜を行うＣＶＤ装置を用いることが広く行われている。ＣＶＤ装置では、反応室内に加熱状態で配置された基板の表面に対して、原料ガス供給系から原料ガスを導入し、化学反応を利用して当該表面に薄膜を作製している。
【０００３】
ＣＶＤ法を利用した金属材料の成膜では、近年、有機金属錯体を使用する方法が採用されている。なかでも半導体デバイスの配線用金属材料の分野では高マイグレーション耐性で低比抵抗を有する銅（Ｃｕ）が次世代の配線材料として有力視されている。Ｃｕ膜を成膜するＣｕ−ＣＶＤプロセスでは、原料として、例えばトリメチルビニルシリルヘキサフルオロアセチルアセトナト酸塩銅（以下、  「Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）」と表す。）のごとき常温常圧で液体であるβ−ジケトン錯体のヘキサフルオロアセチルアセトナト酸塩銅誘導体である有機金属錯体が使用される。
【０００４】
しかし、例えば、前述のようなＣｕ−ＣＶＤの原料であるＣｕ（ｈｆａｃ）  （ｔｍｖｓ）の蒸気圧は、２０℃で８Ｐａ、６０℃で１３０Ｐａと低く、これを素早く気化させるにはＣｕ−ＣＶＤプロセスで使用する気化雰囲気を低圧、かつ、高温にしなければならない。又、一般に、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）のような有機金属錯体は、熱に対して不安定であり、気化温度より高く、分解温度より低く制御された温度環境下で使う必要がある。
【０００５】
これら原料の分解物や変質物は、気化器等の内部で膜剥がれを起こすことがあり、これが気化器内で気化した原料ガスとともに真空容器内に導入されると、いわゆるパーティクルとなる。このようなパーティクルが、特に、半導体デバイスにおける配線の作製工程で発生すると、配線の断線等の問題を起こし、歩留りの低下を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜成膜液体原料用の気化器として、例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｏｃ．Ｊｎｐ  （真空）、Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．１０、１９９９には、直接噴霧方式気化器が提案されている。
【０００７】
ここで提案されている直接噴霧方式気化器は、微量の液体原料を反応炉中に直接噴霧し、微小な大きさの液滴を生成するものである。生成された微小な大きさの液滴は、ウェハーを加熱しているサセプタからの輻射熱および反応炉内の気体からの熱を受けて気化する。この直接噴霧方式気化器は、気化専用の熱源を必要としない点等に特徴がある。
【０００８】
しかし、前記直接噴霧方式気化器で生成される液滴のうち、液滴粒径の制御が充分でない液滴が生じた場合、あるいは生成された液滴がサセプタから十分な熱を受けない真空容器内の領域へ散逸した場合、液滴の状態のまま、またはパーティクルの状態でウェハー上に落下することになる。これらの現象は、真空容器内への薄膜成膜原料の供給量、つまり、噴霧による原料ガスの流量が高まるにつれて現れやすくなる。上述の制御しきれない液滴の発生はパーティクルの発生を招くおそれがあり、ウェハー上へのそれらの異物落下は、半導体デバイスで使われるＣＶＤ装置、特に配線形成工程で生産機として使用されるＣｕ−ＣＶＤでは、配線の断線等を招き重大な問題になる。
【０００９】
さらに、上述のＣｕ−ＣＶＤによる配線形成のプロセスとは、微細かつ深いビアホール、狭幅トレンチ、広幅トレンチ等が共存する配線用パターンにＣｕ膜を成膜し埋め込んでいく工程のことであるが、このような配線パターンに対して、生産性に大きく影響する成膜速度を高く維持するためには、Ｃｕ−ＣＶＤ装置用気化器として、熱的に不安定な液体原料を効率よく気化させ、Ｃｕ膜の成膜領域であるウェハー上に、充分、かつ安定的に原料ガスを供給することが最低限必要とされている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、薄膜成膜液体原料を気化し真空容器内で成膜を行うＣＶＤ装置において、成膜領域に供給できるガス状原料流量を気化器内の気化効率を改善することで増大させることを可能とし、しかも、成膜領域に供給できるガス状原料流量を安定的に維持し、なおかつ、パーティクルの発生原因となる気化器内部での膜剥がれを防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜成膜液体原料用気化器は前記課題を解決するため、以下のように構成されている。
【００１２】
本発明に係る薄膜成膜液体原料用気化器は、先端側に噴霧口を備え、薄膜成膜液体原料を当該噴霧口の方向、すなわち、本発明の好ましい実施形態を表す図１図示の気化器において噴霧器の噴霧口の中心Ｐを通るＰ−Ｐ´線で表される方向に噴霧する噴霧器と、当該噴霧器の先端側に一端側が接続され、他端側が真空容器側への配管に接続されている気化室とで構成されている。前記気化室はその内部に、気化部を収容していると共に、前記噴霧器の噴霧口から噴霧された後に気化されたガス状の薄膜成膜原料が前記真空容器側への配管に通過していく流路を備えている。また、前記気化部は、前記噴霧器の噴霧口に対向する側に備えられている気化面と、前記噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料を気化させるために当該気化面を加熱する内蔵された発熱手段とを備えている。
【００１３】
なお、ここで、前記噴霧器は、薄膜成膜液体原料を、先端側に備えられている噴霧口から、当該噴霧口の方向の速度成分と、当該噴霧口の中心を通る噴霧口の方向を回転運動の中心軸とする円周方向の速度成分とを有するようにして、当該噴霧口の方向へ噴霧するように構成することができる。このようにすれば、気化室内に前記噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料、この時、液体原料は霧状になって、あるいは細粒化された液滴となって噴霧口から噴霧されているが、この液体原料は、気化室内で旋回流となって前記気化部方向に向かうので、液体原料の微粒化が進み、気化効率の向上を図ることができる。
【００１４】
前述した本発明の薄膜成膜液体原料用気化器においては、気化部の気化面を、噴霧器の噴霧口側に対して凹湾する曲面に形成し、噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料の気化は、当該気化面及び当該気化面によって囲まれる領域内において行われるようにすることができる。
【００１５】
気化面をこのように曲面に形成することによって、角部を最小限にすることができ、膜剥がれを起こりにくくすることができる。しかも、気化面を噴霧器の噴霧口側に対して凹湾する曲面に形成することによって、気化面の表面積を広くとることができる。このように角部を最小限にし、なおかつ広い表面積で凹湾していて熱を内包することのできる構造とすることによって、均一な温度制御を可能にし、気化効率を高めることができる。
【００１６】
ここで、気化部の気化面が、噴霧器の噴霧口側に対して凹湾する曲面に形成されているとは、本発明の好ましい実施形態を表す図１、図４図示の気化器において、気化面の一方の終端を構成する符号Ｑで表される部分から、気化面の他方の終端を構成する符号Ｑ´で表される部分までが、噴霧器２１の噴霧口に対して凹湾する曲面に形成されている形態のことをいい、かかる形態の中には、図１、図４図示のように、噴霧器２１の噴霧口の中心Ｐに対向する部分が、噴霧口の中心Ｐ方向に向けて先細に立ち上がっており、この先細の先端（図１中、符号Ｑ０で示される部分）を中心として、線対称あるいは軸対称に、噴霧口側に対して凹湾する気化面が形成され、気化面の一方の終端を構成する符号Ｑで表される部分から、気化面の他方の終端を構成する符号Ｑ´で表される部分までにおいて、噴霧器２１の噴霧口側に対して凹湾する曲面が存在している形態を含むものである。
【００１７】
なお、前記において、噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料の気化が、気化面及び気化面によって囲まれる領域内において行われるとは、噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料、この時、液体原料は霧状になって、あるいは細粒化された液滴となって噴霧口から噴霧されているが、この液体原料の気化が、凹湾する曲面に形成されている気化面の表面又は、凹湾する曲面に形成されている気化面によって囲まれている空間、または前記気化面の表面及び前記気化面によって囲まれている空間の双方、において行われることをいう。
【００１８】
気化器に求められる性能の中でも気化の立上がり、すなわち、設定されているガス状の薄膜成膜原料の流量にスタートからどのくらいの時間で到達できるかは、重要な項目であるが、噴霧器の噴霧口から噴霧された薄膜成膜液体原料の気化が、気化面以外の、気化面によって囲まれている空間においても行われるということは、この気化の立上がりという観点から有利である。本発明の薄膜成膜液体原料用気化器においては、前記のように、主に、気化部の気化面以外の、広い表面積で凹湾していて熱を内包することのできる気化面によって囲まれている空間において気化が行われ得るので、本発明の気化器は、前述した均一な温度制御、気化効率の向上に加えて、気化の立上がりという観点からも優れているものである。
【００１９】
前記において、噴霧器の噴霧口側に対して凹湾する曲面に形成されている気化部の気化面は、図１図示のように、噴霧器２１の噴霧口の中心Ｐに対向する部分が、噴霧口の中心Ｐ方向に向けて先細に立ち上がっており、この先細の先端（図１中、符号Ｑ０で示される部分）を中心として、線対称あるいは軸対称に、噴霧口側に対して凹曲面からなる気化面として構成することができる。
【００２０】
このようにすれば、噴霧口から噴霧されている液体原料を捕集しての凹湾している気化面への誘導、気化面と液体原料との接触面積の増大による気化効率の向上、等において有利である。
【００２１】
更に、前記において、噴霧器の噴霧口側に対して凹湾する曲面に形成されている気化部の気化面は、図４図示のように、噴霧器の噴霧口Ｐに対向する位置で、当該噴霧口の近傍まで伸びる先細の棒状体を備えている構造にすることもできる。
【００２２】
かかる構造によれば、前記棒状体は噴霧口に接していないので、前記内蔵されている発熱手段によって噴霧口とは独立に温度制御されている気化部の気化面と噴霧器の噴霧口との間の熱的絶縁を図ることができる。同時に、噴霧器の噴霧口から噴霧されている液体原料が比較的大きな涙滴状になりそうな場合であっても、液体原料をそのように比較的大きな涙滴状になる前に当該先細の棒状体によって気化部の気化面に滑らかに誘導し、圧力スパイクの発生を防止して、安定した、かつ、正常な成膜プロセスの進行を維持、継続することができる。なお、このような構成としても、図４図示のように、角部を最小限にすることは可能であり、膜剥がれを起こりにくくできるという本発明の気化器の優れた点を維持することができる。
【００２３】
前記本発明の薄膜成膜液体原料用気化器は、更に、気化室の内部に備えられている流路に、これを加熱するための発熱手段が備えられている構成とすることができる。
【００２４】
このようにすれば、気化部の気化面を加熱する温度と、噴霧器の噴霧口から噴霧された後に気化されたガス状の薄膜成膜原料が真空容器側への配管に通過していく流路を加熱する温度とをそれぞれ独立して制御することができる。
【００２５】
これによって、気化されたガス状の薄膜成膜原料は、気化部及びその気化面とは独立した系統で温度制御された流路を通った後、配管等を介して真空容器に導入されることになる。このように気化部の気化面と流路とを独立して温度制御することにより、気化面は噴霧器の噴霧口から噴霧された霧状の、あるいは細粒化されて液滴となっている薄膜成膜液体原料を気化させるのに最適な温度、又、前記流路の内面は、気化されたガス状の薄膜成膜原料が凝結又は分解しない温度という、それぞれ異なる温度下におかれることになる。一般的には、流路の温度は、原料ガスの分解を抑えるため気化面の温度より低く設定される。
【００２６】
前記本発明の薄膜成膜液体原料用気化器において、気化部は、気化室の内部に着脱可能に収容される構成として、簡単に交換可能とすることができる。
【００２７】
なお、良好な気化効率を得るため、また、膜剥がれ防止、パーティクル発生防止の観点から、気化面を含めた気化部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面は、アルミニウム又はアルミニウム合金であってその表面粗さは６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているもの、あるいは、銅又は銅合金から形成しておくことが望ましく、更に好ましくは、気化面を含めた気化部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面及び、気化室内部の前記気化されたガス状の薄膜成膜原料に接触する面を、アルミニウム又はアルミニウム合金であってその表面粗さは６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているもの、あるいは、銅又は銅合金から形成しておくことが望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
図３は、本発明に係る薄膜成膜液体原料用気化器（以下「気化器」と表す）１７を含むＣＶＤ装置の一例の概略図を示すものである。
【００３０】
このＣＶＤ装置は、一例としてＣｕ−ＣＶＤ装置であり、真空容器１０の反応室内に配置した基板の表面に配線用Ｃｕ膜をＣＶＤ法によって堆積させる装置である。
【００３１】
銅薄膜を形成する真空容器１０に気化器１７からガス状の薄膜成膜原料を導入するための配管１８、２０がバルブ１９を介して接続されており、又、真空容器１０の内部を減圧するための排気系２２が接続されている。
【００３２】
原料容器１１の中には有機金属錯体の薄膜成膜液体原料（以下「液体原料」と表す）１２が収容されている。液体原料１２としては、例えば、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）（トリメチルビニルシリルヘキサフルオロアセチルアセトナト酸塩銅）などの、β−ジケトン錯体のヘキサフルオロアセチルアセトナト酸塩銅誘導体を用いることができる。
【００３３】
原料容器１１には、配管１３によってＨｅ（ヘリウム）ガスが供給されている。このように、原料容器１１の内部にＨｅガスによる圧力が加えられることにより、液体原料１２が液体配管１４へ押し出される。
【００３４】
液体配管１４、１６は、原料容器１１と気化器１７とを流量計１５を介して接続している。この場合、本発明に係る気化器１７は、真空容器１０の天蓋（図示せず）が開閉する範囲から外れた位置に設置される。液体配管１４、１６は原料容器１１から気化器１７まで液体原料１２を液体状態のままで送るための配管である。
【００３５】
図１は、本発明に係る気化器の内部構造を示す図面である。図２は、図３図示のＣＶＤ装置における気化器１７の部分を拡大して表したものであり、図１は、図２のＡ−Ａ´面の断面図である。
【００３６】
以下、図１を用いて本発明に係る気化器１７の内部構造を説明する。
【００３７】
気化器１７は図１に示すように、先端側に噴霧口を備えている噴霧器２１と、噴霧器２１の先端側に一端側が接続され、他端側が流路２５ａ、２５ｂを経て真空容器１０側への配管１８に接続されている気化室２６とで構成されている。
【００３８】
噴霧器２１には液体配管１６が接続されていると共に、加圧されたＡｒ（アルゴン）、Ｎ２（窒素）、Ｈ２（水素）等のキャリアガス用の配管も接続されており、液体配管１６より供給された液体原料１２が、噴霧口から噴霧口の方向に噴霧され、気化室２６内で微小な大きさの液滴が生成される。
【００３９】
気化室２６はその内部に気化部２３を収容している。気化部２３は、噴霧器２１の噴霧口に対向する側に備えられている気化面２４と、この気化面２４を噴霧器２１の噴霧口から噴霧された液体原料１２を気化させるために加熱する内蔵された発熱手段であるヒータ２７とを備えている。また、気化室２６はその内部に、気化されたガス状の薄膜成膜原料が真空容器１０側への配管１８に通過していく流路２５ａ、２５ｂを備えている。
【００４０】
ここで、気化部２３における気化面とは、図１中、気化面の一方の終端を構成する符号Ｑで表される部分から、気化面の他方の終端を構成する符号Ｑ´で表される部分までのことをいうが、図１図示の実施形態においては、噴霧器２１の噴霧口の中心Ｐに対向する部分が、噴霧口の中心Ｐ方向に向けて先細に立ち上がっており、この先細の先端（図１中、符号Ｑ０で示される部分）を中心として、線対称あるいは軸対称に、噴霧口側に対して凹曲面からなる気化面２４、２４が構成されているので、図１中、符号Ｑで示される位置から符号Ｑ０で示される位置を経て、符号Ｑ´で示される位置に至る曲面が気化部２３における気化面を形成している。
【００４１】
また、流路２５ａ、２５ｂとは、気化面２４の終端Ｑ、Ｑ´から配管１８へ向かう矢示３０ａ、３０ｃ、３０ｂ、３０ｄの方向にあるガス状原料の流路のことである。
【００４２】
噴霧器２１の噴霧口より噴霧口の方向に噴霧された液滴は、粒径分布をもち、平均粒径は、約数１０μｍ程度である。なお、ここで、噴霧口の方向とは、噴霧口の中心Ｐから気化部２３に対し鉛直な方向ということであり、図１においてＰ−Ｐ´で表される方向である。
【００４３】
図１に示す本実施例では、前記の通り、噴霧口の方向に対し線対称あるいは軸対称の凹曲面からなる気化面２４、２４が示されており、図１中、符号Ｑ０で表される位置、すなわち噴霧器２１の噴霧口の中心Ｐに対向する部分は、図１図示のように、噴霧口の中心Ｐ方向に向けて先細に立ち上がり、この符号Ｑ０で表される位置を中心として、噴霧口の方向に対し線対称あるいは軸対称な凹曲面からなる気化面２４、２４が形成されている。この符号Ｑ０で表される先細の部分は、噴霧器２１の噴霧口から噴霧されている液体原料を捕集して、滑らかに気化面２４、２４に誘導し、これによって液体原料と気化面２４、２４との接触面積を拡大させて気化効率を高め、かつ、気化されたガス状の薄膜成膜原料が気化室２６の内部に止まることなく、図１におけるＰ−Ｐ´線を含む平面で分割される２つの方向（矢示３０ａ、３０ｂを経て、それぞれ矢示３０ｃ、３０ｄへと続く方向）への流れを生じさせる役割を果たしている。
【００４４】
噴霧器２１と気化面２４、２４との位置関係は、気化面２４、２４が噴霧器２１の噴霧口に対向する位置にあり、噴霧口から噴霧される液滴の飛散する角度  （噴霧角）が、気化面を形成している凹曲面の終端に位置するＱ、Ｑ´と噴霧口の中心Ｐとがなす角度である∠ＱＰＱ´の範囲内に入っているものであれば、任意に決められる。つまり、噴霧器２１に関しては、上述の平均粒径の液滴を生成できる機能、及び噴霧角が気化面を構成している凹曲面の終端に位置するＱ、Ｑ´と噴霧口の中心Ｐとがなす角度である∠ＱＰＱ´以内であるという条件を満足するものであれば、限定されるものではない。
【００４５】
気化面２４、２４は気化部２３に内蔵されているヒーター２７によって加熱されており、また、前記のように噴霧口から噴霧される液滴の飛散する角度（噴霧角）が、気化面を構成している凹曲面の終端に位置するＱ、Ｑ´と噴霧口の中心Ｐとがなす角度である∠ＱＰＱ´の範囲内に入るようにされているので、噴霧器２１の噴霧口から噴霧された液体原料の気化は、気化面２４、２４において、又は、気化面２４、２４によって囲まれる空間において（すなわち、図１中、符号Ｑで示される位置から符号Ｑ０で示される位置までの気化面２４で囲まれる空間、及び、符号Ｑ０で示される位置から符号Ｑ´で示される位置までの気化面２４で囲まれる空間において）、又は、気化面２４、２４及び気化面２４、２４によって囲まれる空間の双方において実現されることになる。
【００４６】
また、前記のように、噴霧角が定められている結果、たとえ気化面２４、２４で液体原料が分解してしまったとしても、その他の場所で膜が付着することはなくなる。そこで、気化室２６の内部に着脱可能であって、気化室２６の内壁の一側壁に固定されることによって気化室２６の内部に取り付けられる気化部２３の気化面２４を含む全体を、気化室２６から引き出して取り外し、新しい気化部２３と交換することによってメンテナンスを行うことが可能であり、安定した気化器の稼働を得ることができる。
【００４７】
図４は、本発明の気化器１７の他の実施例を表すものである。図４図示の実施形態においては、図１で説明した実施形態の凹曲面の符号Ｑ０で示される位置の上に、噴霧器２１の噴霧口近傍まで伸びる先細の棒状体２９が備えられている点が、図１で説明した実施形態と相違している。
【００４８】
噴霧器２１の噴霧口から気化面２４、２４に向けて一定量噴霧されている液体原料が、涙滴状の比較的大きな液滴に成長することがあり、このように比較的大きな液滴に成長した液体原料が不規則に気化面２４、２４に落下すると、前記一定の噴霧量に対応して一定であった気化量が突発的に増加してしまう圧力スパイクという現象が生じる。このような突発的な気化量の増加は、正常な成膜プロセスを阻害する要因となるため、未然に防止する必要がある。
【００４９】
図１で説明した実施形態の気化器１７における凹曲面からなる気化面２４、２４上の符号Ｑ０で表される部分は前述のとおり、噴霧器２１の噴霧口から噴霧されている液体原料を捕集し滑らかに気化面２４、２４に誘導する役割等も果たすものであるが、更に、図４図示の実施形態のように噴霧器２１の噴霧口近傍まで伸びる先細の棒状体２９を配備しておくことによって、液体原料が涙滴状の比較的大きな液滴に成長する前に、これを捕集して気化面２４、２４に誘導することが可能になり、圧力スパイクの発生をより効果的に防止することができる。
【００５０】
なお、棒状体２９は、液体原料が涙滴状の比較的大きな液滴に成長する前にこれを捕集しようとするものであるが、噴霧器２１の噴霧口には接していないため、ヒーター２７によって噴霧器２１の噴霧口とは独立に温度制御されている気化面２４と噴霧口との間の熱的絶縁が図られている。
【００５１】
図４図示の実施例では、気化面２４、２４上の符号Ｑ０で表される部分は、符号Ｑ、Ｑ´で表される部分を含む水平面と同一の平面上に位置しているが、符号Ｑ０で表される部分を、符号Ｑ、Ｑ´で表される部分の位置よりも高くし、その分、棒状体２９を短くする構成としても構わない。
【００５２】
なお、前記と逆に、符号Ｑ０で表される部分を、符号Ｑ、Ｑ´で表される部分の位置よりも低くし、その分、棒状体２９を長くする構成も考えられる。すなわち、気化面２４、２４を広く形成するよりは、気化面２４によって囲まれる空間を広げる構成とすることも考えられる。しかし、このようにすると、温度調整機能を持たない棒状体２９が長くなり、液滴に成長しつつある液体原料が気化面２４に到達するまでの時間がかかってしまうため、符号Ｑ０で表される部分を、符号Ｑ、Ｑ´で表される部分の位置よりも低くして気化面２４によって囲まれる空間を広げるよりは、気化面２４、２４の符号Ｑ０で表される部分が、符号Ｑ、Ｑ´で表される部分を含む水平面と同一の平面上、あるいは符号Ｑ、Ｑ´で表される部分の位置よりも高くなるように構成する方が望ましい。
【００５３】
図６は、この発明の薄膜成膜液体原料用気化器の他の実施形態を説明するものである。図６図示の薄膜成膜液体原料用気化器は、例えば、旋回流を与える不図示の板状部材（与旋回板等）と組み合わせることにより、噴霧器２１が、薄膜成膜液体原料を、先端側に備えられている噴霧口Ｐから、矢示３１で示される噴霧口の方向の速度成分と、噴霧口Ｐの中心を通る噴霧口の方向（Ｐ−Ｐ´方向）を回転運動の中心軸とする円周方向の速度成分（矢示３２で示される速度成分）とを有するようにして、噴霧口の方向（Ｐ−Ｐ´方向）へ噴霧できるように構成されているものであり、他の構成は、図１を用いて説明した本発明の気化器と同一である。そこで、図１図示の気化器と同一の構成部材については図１の場合と同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５４】
図６図示の本発明の気化器においては噴霧器２１が前記のように構成されているので、気化室２６内に噴霧口Ｐから噴霧された薄膜成膜液体原料、この時、液体原料は霧状になって、あるいは細粒化された液滴となって噴霧口Ｐから噴霧されているが、この液体原料は、気化室２６内で矢示３３で示すように旋回流となって気化部２３方向に向かう。そこで、このような構成の噴霧器２１を採用することによって液体原料の微粒化を促進させ、気化効率の向上を図ることができる。
【００５５】
また、噴霧器２１の噴霧口Ｐに備える噴霧弁（不図示）に、渦巻き噴射弁、流体噴射弁、ホール噴射弁、ピストル噴射弁などを用い、一般の燃焼機器類で用いられている微粒化方式を採用することによって、本発明の気化器における噴霧器２１を前記のように構成し、薄膜成膜液体原料を噴霧口Ｐから、矢示３１で示される噴霧口の方向の速度成分と、噴霧口Ｐの中心を通る噴霧口の方向（Ｐ−Ｐ´方向）を回転運動の中心軸とする円周方向の速度成分（矢示３２で示される速度成分）とを有するようにして、噴霧口の方向（Ｐ−Ｐ´）に噴霧させることもできる。
【００５６】
本発明の薄膜成膜液体原料用気化器において、気化面２４を含めた気化部２３のガス状原料に接触する面は、良好な気化効率を得るために、熱伝導性の良い部材、例えば、銅やアルミニウム、もしくはこれらの合金で構成されていることが望ましい。
【００５７】
Ｃｕ−ＣＶＤ装置に本発明の気化器１７を用いる場合には、膜剥がれを起こりにくくするため、気化面２４を含めた気化部２３のガス状原料に接触する面は、密着性の良好な銅、もしくは、銅合金で構成することが好ましい。なお、この場合、更に、気化室２６内部のガス状原料に接触する面も密着性の良好な銅、もしくは、銅合金で構成しておけば、膜剥がれを起こりにくくする上で更に効果的である。
【００５８】
また、Ｃｕ−ＣＶＤ装置に本発明の気化器１７を用いる場合に、表面粗さが６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているアルミニウム又はアルミニウム合金で気化面２４を含めた気化部２３のガス状原料に接触する面を構成しておけば、表面におけるガス状原料の吸着そのものが減少するため、パーティクルの発生の防止に効果的である。なお、この場合、更に、気化室２６内部のガス状原料に接触する面も表面粗さが６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているアルミニウム又はアルミニウム合金で構成しておけば、パーティクルの発生の防止に一層効果的である。この研磨加工による表面粗さは、外観的には鏡面と同じものであり、加工の方法としては、例えば、バフ仕上げを採用している。
【００５９】
気化部２３に内蔵されているヒーター２７は、やはり、Ｃｕ−ＣＶＤ装置で使用する場合、その原料が、例えばＣｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）であるとき、気化面は７０℃に設定されるため、ヒーター２７の性能としては、せいぜい１００℃ぐらいに加熱できる性能があれば充分である。
【００６０】
流路２５ａ、２５ｂは、ガス状原料が凝縮し、又、流路２５ａ、２５ｂの内面に材料ガスが分解・付着するのを防止するため、発熱手段としてのヒーター２８により気化面２４とは異なり、かつ通常は、気化面２４より低めの温度で独立に加熱されている。本発明に係る気化器を、Ｃｕ−ＣＶＤ装置で使用する場合、その原料が、例えば、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）であるとき、流路２５ａ、２５ｂの内面は６０℃に設定される。
【００６１】
本発明の気化器１７においては、気化部２３はヒーター２７を内蔵した状態で気化室２６に着脱が可能な構造とされており、適切に気化部２３を交換することによって、気化面２４での膜剥がれによるパーティクルの発生を効果的に防止できる。
【００６２】
気化部２３で噴霧器２１から噴霧される液体原料（液滴）に直接さらされるのは、気化面２４だけであり、又、真空容器１０側へのガス状原料の流路２５ａ、２５ｂは、図１、図４図示のように、その内面の角部を最小限にした構造であり、ガス状原料に対する耐腐食性、及び、熱伝導性に問題が無ければ材質で限定されるものではない。ただし、上述のとおり、Ｃｕ−ＣＶＤ装置に本発明の気化器１７を用いる場合には、銅やその合金、あるいは表面粗さが６．３μｍＲｙより平滑な研磨加工が施されているアルミニウムやその合金とすることが望ましい。
【００６３】
尚、本発明に係る気化器の実施例として、その有用性が最も発揮されるＣｕ−ＣＶＤの主要な原料、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を中心に記したが、気化面２４、および流路２５ａ、２５ｂの加熱温度を、液体原料固有の気化点及び分解点等に対応した温度にそれぞれ独立に調整することで、他の液体原料にも適用できる構造であり、本発明は上記に記述した実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲に於いて、種々の形態に変更可能である。
【００６５】
例えば、図５図示のように、気化部１７の部分において、噴霧器２１が２台並列に気化室２６に接続されている構成とすることもできる。
【００６６】
【発明の効果】
図１に示す本発明に係る気化器１７を使用して、一例としてＣｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を用いたＣｕ−ＣＶＤプロセスを行ったところ、真空容器１０に導入可能な銅のガス状原料は、従来１．１ｇ／ｍｉｎ．の流量が、本発明に係る気化器１７を使用した場合、２．４ｇ／ｍｉｎ．の高い値を示した（キャリアガスの流量：０．３ｌ／ｍｉｎ、全圧：１．０ＫＰａ、気化面２４の温度：７０℃、流路２５ａ、２５ｂの温度：６０℃の条件でＣｕ−ＣＶＤプロセスを行った）。
【００６７】
この流量の増大は、従来のＣｕ膜の成膜速度を１７０ｎｍ／ｍｉｎ．から２倍の３４０ｎｍ／ｍｉｎ．まで高められたことを意味し、つまり、大口径化が進む半導体デバイス用基板で、しかも、深いビアホール、狭幅トレンチ、広幅トレンチ等が共存する複雑な配線用パターンに対して、従来の成膜時間を半減させたことになる。
【００６８】
又、気化器内部の膜剥がれによるパーティクルの発生は、最適な温度調整（Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）の場合、気化面２４の温度：７０℃、流路２５ａ、２５ｂの温度：６０℃）と適切な気化部２３の定期的な交換により生産上、全く支障がなく、また、気化室２６内での圧力スパイクも発生しなかった。
【００６９】
このように、本発明に係る気化器は、半導体デバイスの生産工程において、配線の形成（埋め込み）という、ガス状原料大流量供給（高速成膜）とパーティクル削減の両方が強く求められる工程においては、特に産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜成膜液体原料用気化器の内部構造を示す図。
【図２】本発明の薄膜成膜液体原料用気化器の一例の概略を示す図。
【図３】本発明の薄膜成膜液体原料用気化器を含むＣＶＤ装置の概略の構成を説明する図。
【図４】本発明の他の薄膜成膜液体原料用気化器の内部構造を示す図。
【図５】噴霧器が２台並列に配置されている本発明の他の薄膜成膜液体原料用気化器の例の概略を示す図。
【図６】本発明の他の薄膜成膜液体原料用気化器の内部構造を示す図。
【符号の説明】
１０    真空容器
１１    原料容器
１２    薄膜成膜液体原料
１３    配管
１４、１６    液体配管
１５    流量計
１６    配管
１７    薄膜成膜液体原料用気化器
１９    バルブ
２０    配管
２１    噴霧器
２２    排気系
２３    気化部
２４    気化面
２５ａ、２５ｂ  流路
２６    気化室
２７    ヒーター（発熱手段）
２８    ヒーター（発熱手段）
２９    棒状体
Ｐ      噴霧口の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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