(57)【要約】【課題】  一つのヒーターで、粉末原料を収容する容器とキャリアガスとを、共に加熱できる原子層蒸着用ガス供給装置を提供する。【解決手段】  粉末原料を収容する容器１１０と、この容器１１０の上部に設置され容器１１０を密閉するカバー１１３と、容器１１０内にキャリアガスを注入するためのものであって、容器１１０の外周に巻かれた予熱部１２１およびこの予熱部１２１とキャリアガス保存タンク１２５とを連結する連結部１２２を有するガス流入管１２０と、容器１１０内で生成した原料ガスをキャリアガスと共に排出させるガス排出管１３０と、容器１１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを取り囲むように設置されて容器１１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを共に加熱するヒーター１４０と、容器１１０内の温度を測定するための熱電対１４４と、この熱電対１４４で測定された温度値に基づいてヒーター１４０の電源を制御する温度制御器１４３と、を備える原子層蒸着用ガス供給装置である。【選択図】      図３
2005023425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末原料を気化させて原料ガスを生成させ、この原料ガスを原子層蒸着装置の反応チャンバー内に供給するための原子層蒸着用ガス供給装置において、
前記粉末原料を収容するための容器と、
前記容器の上部に設置されて前記容器を密閉するカバーと、
前記容器の内部にキャリアガスを注入するためのものであって、前記容器の外周に巻かれた予熱部と、前記予熱部とキャリアガス保存タンクとを連結する連結部とを有するガス流入管と、
前記容器の内部で生成された原料ガスを前記キャリアガスと共に排出させるためのガス排出管と、
前記容器と前記ガス流入管の予熱部とを共に加熱する加熱ユニットと、
前記容器の内部の温度を測定するための温度センサーと、
前記温度センサーで測定された温度値に基づいて前記加熱ユニットの電源を制御する温度制御器と、を備えることを特徴とする原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２】
前記加熱ユニットは、前記容器と前記ガス流入管の予熱部とを取り囲むように設置されたヒーターであることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項３】
前記ヒーターと前記容器とを取り囲んで、前記ヒーターと前記容器とを保護する筐体をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項４】
前記筐体は、前記ヒーターから発生した熱が外部に発散されることを抑制するように断熱物質で製造されたことを特徴とする請求項３に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項５】
前記筐体の内面に、前記ヒーターから発生した熱が外部に発散されることを抑制するように断熱材が付着されることを特徴とする請求項３に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項６】
前記加熱ユニットは、前記カバーに支持され、前記容器の内部に配置されて前記容器の内部を加熱するヒーターであることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項７】
前記容器と前記ガス流入管の予熱部とを取り囲んで、前記容器と前記ガス流入管の予熱部とを保護する筐体をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項８】
前記筐体は、前記ヒーターから発生した熱が外部に発散されることを抑制するように断熱物質で製造されたことを特徴とする請求項６に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項９】
前記筐体の内面に、前記ヒーターから発生した熱が外部に発散されることを抑制するように断熱材が付着されることを特徴とする請求項６に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１０】
前記容器と前記ガス流入管の予熱部とを取り囲む筐体をさらに備え、
前記加熱ユニットは、前記容器と前記筐体間の空間に充填された作動流体と、前記筐体の外面に熱的に接触されるように設置されて前記作動流体を加熱する熱電素子と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１１】
前記熱電素子は、前記筐体の底面に熱的に接触されるように設置されることを特徴とする請求項１０に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１２】
前記熱電素子は、ペルティエ素子であることを特徴とする請求項１０に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１３】
前記筐体と前記熱電素子との間に、熱伝導性物質が介在されることを特徴とする請求項１０に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１４】
前記熱伝導性物質は、サーマルコンパウンドまたはサーマルパッドであることを特徴とする請求項１３に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１５】
前記ガス流入管の予熱部は、前記容器の外周に沿って複数回巻かれたことを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１６】
前記ガス流入管の予熱部は、ジグザグ状に前記容器の外周に沿って巻かれたことを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１７】
前記容器は、石英で製造されたことを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１８】
前記容器は、前記粉末原料を収容するための内部容器と、前記内部容器を覆い包む外部容器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項１９】
前記内部容器は石英で製造され、前記外部容器は金属材料で製造されたことを特徴とする請求項１８に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２０】
前記外部容器は、ステンレス鋼で製造されたことを特徴とする請求項１９に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２１】
前記容器内部に、ガス排出経路を延ばすように複数のガイド板が層状に設置されることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２２】
前記複数のガイド板は、ジグザグ状のガス排出経路を形成するように設置されることを特徴とする請求項２１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２３】
前記容器の側面の内面に、高さ方向に対して所定間隔をおいて複数の段が形成され、前記複数の段で前記複数のガイド板が各々支持されることを特徴とする請求項２１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２４】
前記複数のガイド板は、ガラスまたは石英で製造されたことを特徴とする請求項２１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２５】
前記ガス流入管の出口側の端部は、前記キャリアガスが前記粉末原料に向かって噴射されないように設置されることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２６】
前記ガス流入管の出口側の端部は、前記容器の側面中央に水平に設置されることを特徴とする請求項２５に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２７】
前記ガス排出管は、前記容器の側面上部に水平に設置されることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２８】
前記温度センサーは、熱電対であることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項２９】
前記ガス流入管の連結部と前記ガス排出管に、ガスの流量を調節するための弁をそれぞれ設けることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【請求項３０】
前記カバーに、前記容器の内部に粉末原料を供給するための粉末原料補充口を設けることを特徴とする請求項１に記載の原子層蒸着用ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層蒸着用ガス供給装置に係り、さらに詳細には、固状の粉末原料を気化させて原料ガスを生成させ、生成された原料ガスを原子層蒸着装置の反応チャンバー内に供給する原子層蒸着用ガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体素子の製造や平板ディスプレイの製造においては、シリコンウェーハやガラスなどの基板上に、必要な薄膜を蒸着させる工程が必要になる。近年、半導体素子の集積度の高まりに伴い、優秀なステップカバレージ（階段塗布性）を有し、縦横比が大きく、均一な厚さの薄膜を蒸着させることができる方法が求められている。このような薄膜蒸着方法の一つとして、原子層蒸着法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が利用されている。原子層蒸着法とは、２または３種類の原料物質のガスを連続して反応チャンバー内に流すことで、基板上に原子層を蒸着し、かつ、成長させて、所望の厚さの薄膜を形成させる方法である。
【０００３】
しかし、ほとんどの原料物質は、常温で液状または固状なので、原子層蒸着装置の反応チャンバー内に供給する前に、原料物質を気化させる必要がある。このため、原子層蒸着装置には、反応チャンバー内に原料ガスを供給するためのガス供給装置が利用されている。このようなガス供給装置は、液状の原料を気化させて原料ガスを生成するか、または、固状の粉末原料を気化させて原料ガスを生成している。
【０００４】
図１は、従来の原子層蒸着用ガス供給装置を概略的に示す垂直断面図である。図１に示された従来の原子層蒸着用ガス供給装置は、固状の粉末原料を気化させて原料ガスを生成させ、生成された原料ガスをキャリアガスと共に、原子層蒸着装置の反応チャンバー内に供給する装置である。このような原子層蒸着用ガス供給装置は、粉末原料を収容する容器１０と、この容器１０の上端部にボルト１２で締結されて容器１０を密閉するカバー１１と、を備える。そして、この容器１０とカバー１１は、腐蝕を防止するためにステンレス鋼で作られている。
【０００５】
カバー１１は、容器１０の内部に粉末原料を補充するための粉末原料補充口１３と、容器１０の内部にキャリアガスを供給するためのガス流入管１４と、容器１０内の原料ガスをキャリアガスと共に排出させるためのガス排出管１７と、を備えている。ガス流入管１４は、キャリアガス保存タンク１５に連結され、ガス排出管１７は、ＡＬＤ反応チャンバー４０に連結されている。そして、ガス流入管１４とガス排出管１７は、それぞれガスの流量を調節するための弁１６,１８を備えている。また、ガス排出管１７は、ガス排出管１７を通じて排出されるキャリアガスと原料ガスに含まれる微細な粉末原料を除去するためにフィルター１９を備えている。
【０００６】
容器１０の外側には、容器１０を加熱するために、第1のヒーター２１が容器１０を取り囲むように設置されている。この第1のヒーター２１の外側には、容器１０と第1のヒーター２１とを保護し、第1のヒーター２１から発生した熱が外部に発散されることを防止する筐体２０が設けられている。また、容器１０と筐体２０との間には、容器１０の温度を測定するための熱電対２２が設置されており、この熱電対２２で測定された温度値は、温度制御器２３に伝送される。そして、温度制御器２３は、伝送された温度値に基づき、容器１０の温度を一定に維持するように、伝送された温度値に基づき第1のヒーター２１の電源２４を制御する。
【０００７】
一方、容器１０内に供給されるキャリアガスも、容器１０の温度と同じになるように加熱する必要があり、ガス流入管１４に第２のヒーター２６が巻かれている。したがって、従来の原子層蒸着用ガス供給装置は、前記した熱電対２２と温度制御器２３と電源２４の他に、図示しない、ガス流入管１４の温度を測定するための熱電対と温度制御器と電源とが必要である。
【０００８】
さらに、容器１０は、この内部に多層状の隔膜３０を備えている。そして、ガス流入管１４は、容器１０の内部に垂直方向に長く延びており、ガス流入管１４から容器１０内に注入されるキャリアガスで粉末原料を飛散させている。このように、飛散した粉末原料は、隔膜３０の表面に付着するので、粉末原料の表面積が広くなり、粉末原料を容易に気化させることができる。
【０００９】
このように構成された従来の原子層蒸着用ガス供給装置において、電源２４から第1のヒーター２１に電流が流れると、容器１０が加熱されて、容器１０内の温度が上昇する。これにより、容器１０内の粉末原料の温度が上昇して、粉末原料の蒸気圧が高まり、粉末原料が容易に気化されて、原料ガスが生成される。このとき、ガス流入管１４とガス排出管１７に設けた弁１６,１８を開くと、ガス流入管１４から第２のヒーター２６で所定温度に加熱されたキャリアガスが容器１０内に流入して、容器１０内の原料ガスをキャリアガスと共にガス排出管１７からＡＬＤ反応チャンバー４０に排出する。ガス排出管１７から排出されたキャリアガスと原料ガスは、ＡＬＤ反応チャンバー４０内に供給されて、ＡＬＤ反応チャンバー４０内で原子層薄膜蒸着工程が進められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前記した従来の原子層蒸着用ガス供給装置は、容器１０を加熱するための第1のヒーター２１と、キャリアガスを加熱するための第２のヒーター２６とが必要である。このため、第1のヒーター２１のための電源２４と、容器１０の温度を一定に維持するための熱電対２２と温度制御器２３だけでなく、第２のヒーター２６のための電源と、キャリアガスの温度を一定に維持するための熱電対と温度制御器とが必要になる。このように、従来の原子層蒸着用ガス供給装置は、その構造が複雑であり、また、容器１０とキャリアガスとを別のヒーター２１,２６で加熱するので、容器１０とキャリアガスとの間に温度の差が発生する。
【００１１】
さらに、従来の原子層蒸着用ガス供給装置は、容器１０内に隔膜３０を設置し、粉末原料を飛散させることで、粉末原料の気化効率を高めている。しかし、飛散した粉末原料がキャリアガスと共にガス排出管１７から排出され易く、ＡＬＤ反応チャンバー４０内に流入する問題がある。そのため、従来の原子層蒸着用ガス供給装置は、前記のように、ガス排出管１７にフィルター１９を設置して、粉末原料がＡＬＤ反応チャンバー４０に流入することを防止している。しかし、フィルター１９を設置しても、微細な粉末原料を完全に取り除くことは困難である。また、フィルター１９を設置することで、容器１０からＡＬＤ反応チャンバー４０へ排出されるキャリアガスの流れが阻害され、原料ガスの供給量が減少する問題もある。
【００１２】
また、従来の原子層蒸着用ガス注入装置に用いられる容器１０は、腐蝕を防止するためにステンレス鋼で製造されているが、長期間の使用で、図２に示すように、粉末原料と容器１０とが反応して、容器１０が腐蝕、または、粉末原料が変質する問題もある。
【００１３】
そこで、本発明では、一つの加熱手段で、粉末原料を収容する容器と容器内に注入されるキャリアガスとを、共に加熱できる構造を有する原子層蒸着用ガス供給装置を提供する。
【００１４】
また、本発明では、粉末原料の飛散を抑制して、粉末原料がガス排出管から排出されることを防止できる構造を有する原子層蒸着用ガス供給装置を提供する。
【００１５】
さらに、本発明では、容器の腐蝕と粉末原料の変質とを防止できる構造を有する原子層蒸着用ガス供給装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、本発明の一の特徴による原子層蒸着用ガス供給装置は、粉末原料を気化させて原料ガスを生成させ、この原料ガスを原子層蒸着装置の反応チャンバー内に供給するためのものであって、この粉末原料を収容するための容器と、この容器の上部に設置されて容器を密閉するカバーと、容器の内部にキャリアガスを注入するためのものであって、容器の外周に巻かれた予熱部と、この予熱部とキャリアガス保存タンクとを連結する連結部とを有するガス流入管と、容器の内部で生成された原料ガスをキャリアガスと共に排出させるためのガス排出管と、容器とガス流入管の予熱部とを共に加熱する加熱ユニットと、容器の内部の温度を測定するための温度センサーと、この温度センサーで測定された温度値に基づいて加熱ユニットの電源を制御する温度制御器と、を備える。
【００１７】
ここで、加熱ユニットは、容器とガス流入管の予熱部とを取り囲むように設置され、容器とガス流入管の予熱部とを共に加熱するヒーターでもよい。この場合、原子層蒸着用ガス供給装置は、ヒーターと容器とを取り囲んでヒーターと容器とを保護する筐体をさらに備えることが望ましい。また、ヒーターから発生した熱が外部に発散されることを抑制するために、筐体を断熱物質で製造するか、または、筐体の内面に断熱材を付着することがさらに望ましい。
【００１８】
一方、加熱ユニットは、カバーに支持され、容器の内部に配置されて容器の内部を加熱するヒーターでもよい。この場合、原子層蒸着用ガス供給装置は、容器とガス流入管の予熱部とを取り囲んで、容器とガス流入管の予熱部とを保護する筐体をさらに備えることが望ましい。また、ヒーターから発生した熱が外部に発散されることを抑制するために、筐体を断熱物質で製造するか、または、筐体の内面に断熱材を付着することがさらに望ましい。
【００１９】
そして、本発明の他の特徴による原子層蒸着用ガス供給装置は、容器とガス流入管の予熱部とを取り囲む筐体をさらに備え、加熱ユニットは、容器と筐体間の空間に充填された作動流体と、筐体の外面に熱的に接触されるように設置されて作動流体を加熱する熱電素子と、を備える。
【００２０】
この場合、熱電素子は、筐体の底面に熱的に接触されるように設置されたペルティエ素子であることが望ましく、筐体と熱電素子との間に熱伝導性物質、例えば、サーマルコンパウンドまたはサーマルパッドを設置することが望ましい。
【００２１】
そして、ガス流入管の予熱部は、容器の外周に沿って複数回巻かれるか、または、ジグザグ状に容器の外周に沿って巻かれることが望ましい。
【００２２】
また、容器は、石英で製造されることが望ましい。
【００２３】
また、容器は、粉末原料を収容する内部容器と、内部容器を覆い包む外部容器と、を備える。この場合、内部容器は、石英で製造され、外部容器は、金属材料、例えば、ステンレス鋼で製造されることが望ましい。
【００２４】
また、容器の内部に、ガス排出経路を延ばすように複数のガイド板が層状に設置され、複数のガイド板は、ジグザグ状のガス排出経路を形成するように設置されることが望ましい。
【００２５】
そして、容器の側面の内面に、高さ方向に対して所定間隔をおいて複数の段が形成され、複数の段で複数のガイド板が各々支持されることが望ましく、複数のガイド板は、ガラスまたは石英で製造されることが望ましい。
【００２６】
また、ガス流入管の出口側の端部は、キャリアガスが粉末原料に向かって噴射されないように設置されることが望ましい。この場合、ガス流入管の出口側の端部は、容器の側面中央に水平に設置されることが望ましい。
【００２７】
一方、ガス排出管は、容器の側面上部に水平に設置されることが望ましい。
【００２８】
そして、温度センサーには、熱電対が使用され、ガス流入管の連結部とガス排出管には、ガスの流量を調節するための弁がそれぞれ設けられることが望ましい。また、カバーには、容器の内部に粉末原料を供給するための粉末原料補充口が設けられることが望ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る原子層蒸着用ガス供給装置は、次のような効果を有する。
【００３０】
第一に、一つの加熱手段で、粉末原料を収容する容器とキャリアガスとを、共に加熱できるので、容器とキャリアガスとを同じ温度に加温でき、また、原子層蒸着用ガス供給装置の構造を単純化することもできる。
【００３１】
第二に、ガス流入管からキャリアガスが容器の内部に水平方向に流入されることで、粉末原料の飛散がほとんど発生しない。このため、粉末原料がガス排出管から排出されて、ＡＬＤ反応チャンバーに流入されることが抑制される。特に、容器内にガス排出経路を延ばすガイド板を設置した場合には、ガスと共に粉末原料が排出される問題をさらに効果的に防止できる。したがって、ガス排出管にフィルターを設置する必要がないので、フィルターで容器からＡＬＤ反応チャンバーへ排出されるキャリアガスの流れが阻害され、原料ガスの供給量が減少するといった従来の問題が発生しない。
【００３２】
第三に、粉末原料を収容する容器を石英で製造することで、長時間使用しても、容器の腐蝕と粉末原料の変質とを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。しかし、後記する実施例は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で、同じ符号は同じ構成要素を表す。
【００３４】
図３は、本発明の第１の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図であり、図４Ａおよび図４Ｂは、図３に示された容器の外側に設置されるガス流入管の２つの形態を示す部分切開斜視図である。
【００３５】
図３を参照すれば、本発明の第１の実施例による原子層蒸着用ガス供給装置は、粉末原料を収容する容器１１０と、この容器１１０の上部に設置されて容器１１０を密閉するカバー１１３と、を備える。カバー１１３は、ボルト１１４で容器１１０の上端部に締結されている。容器１１０に収容される粉末原料は、例えば、ＨｆＣｌ4のような薄膜蒸着用原料物質を、微細な粉末状態にしたものである。
【００３６】
容器１１０とカバー１１３とは、腐蝕を防止するためにステンレス鋼で製造されるが、望ましくは、石英で製造される。このように、容器１１０を石英で製造すれば、容器１１０に収容される粉末原料と容器１１０との間で、化学的反応がほとんど発生しないので、長時間の使用しても、容器１１０の腐蝕と粉末原料の変質とを防止できる。
【００３７】
容器１１０は、この容器１１０内にキャリアガスを注入するためのガス流入管１２０と、容器１１０内で生成された原料ガスを、キャリアガスと共に排出させるためのガス排出管１３０と、を備える。キャリアガスには、アルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガスが用いられる。
【００３８】
ガス流入管１２０は、容器１１０の外周に巻かれた予熱部１２１と、この予熱部１２１とキャリアガス保存タンク１２５とを連結する連結部１２２とを有する。ガス流入管１２０の予熱部１２１は、この予熱部１２１内を通るキャリアガスを予熱するために十分な長さを有し、色々な形で容器１１０の外周に巻かれる。例えば、図４Ａに示すように、ガス流入管１２０の予熱部１２１は、容器１１０の外周に沿ってコイル状に複数回巻かれている。また、図４Ｂに示すように、ガス流入管１２０の予熱部１２１’は、ジグザグ状に容器１１０の外周に沿って巻いてもよい。このような形態のガス流入管１２０の予熱部１２１，１２１’は、この予熱部１２１，１２１’内を通るキャリアガスを予熱するために十分な長さを有しているので、ガス流入管１２０の予熱部１２１，１２１’から容器１１０内に注入されるキャリアガスは、後記するヒーター１４０で十分に予熱されて所望の温度、すなわち、容器１１０の温度と同じ温度まで加熱することができる。
【００３９】
そして、ガス流入管１２０の出口側の端部１２３は、キャリアガスが容器１１０内に収容されている粉末原料に向かって噴射されないように設置される。望ましくは、ガス流入管１２０の出口側の端部１２３は、容器１１０の側面中央に水平に設置される。したがって、キャリアガスは、ガス流入管１２０の出口側の端部１２３で水平方向に噴射されるので、容器１１０内に収容されている粉末原料はほとんど飛散されない。したがって、飛散した粉末原料がキャリアガスと共にガス排出管１３０から排出されて、ＡＬＤ反応チャンバー１３５に流入するといった従来の問題が解消される。これにより、本発明ではガス排出管１３０に従来のようにフィルターを設置する必要がなくなり、フィルターで容器１１０からＡＬＤ反応チャンバー１３５へ排出されるキャリアガスの流れが阻害され、原料ガスの供給量が減少するといった従来の問題が発生しない。
【００４０】
一方、ガス流入管１２０の連結部１２２には、キャリアガスの流量を調節するための弁１２４が設置される。
【００４１】
ガス排出管１３０は、容器１１０とＡＬＤ反応チャンバー１３５を連結する。容器１１０内で生成された原料ガスは、ガス排出管１３０からキャリアガスと共に排出されて、ＡＬＤ反応チャンバー１３５内に供給される。そして、図３に示すように、ガス排出管１３０は、容器１１０の側面上部に水平に設置される。また、ガス排出管１３０は、カバー１１３に垂直に設置されてもよい。そして、ガス排出管１３０には、キャリアガスと原料ガスの流量を調節するための弁１３４が設けられている。
【００４２】
本発明に係る原子層蒸着用ガス供給装置には、容器１１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを取り囲むように設置されたヒーター１４０が備わる。ヒーター１４０は、容器１１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを共に加熱する。特に、前記したように、ガス流入管１２０の予熱部１２１は、この予熱部１２１内を通るキャリアガスを予熱するために十分な長さを有しているので、ヒーター１４０でガス流入管１２０の予熱部１２１内を流れるキャリアガスを所望の温度まで予熱することができる。
【００４３】
前記のように、本発明によれば、一つのヒーター１４０で、粉末原料を収容する容器１１０とガス流入管１２０の予熱部１２１を流れるキャリアガスとを、共に加熱できるので、キャリアガスと容器１１０とを同じ温度に加熱することができる。
【００４４】
ヒーター１４０で容器１１０が加熱されて容器１１０内の温度が上昇する。これにより、容器１１０内の粉末原料の温度が上昇して、粉末原料の蒸気圧が高まり、粉末原料は容易に気化されて原料ガスが生成される。このとき、ガス流入管１２０とガス排出管１３０とに設けられた弁１２４，１３４を開けば、キャリアガスがガス流入管１２０から容器１１０内に流入される。そして、容器１１０内の原料ガスは、キャリアガスと共にガス排出管１３０から排出される。このとき、ガス流入管１２０から容器１１０内に流入されるキャリアガスは、ヒーター１４０で容器１１０内の温度と同じ温度に予熱されているので、キャリアガスが流入しても容器１１０内の温度が変わらない。このため、粉末原料の気化が安定的に進められる。容器１１０からガス排出管１３０を通じて排出されるキャリアガスと原料ガスは、ＡＬＤ反応チャンバー１３５内に供給され、ＡＬＤ反応チャンバー１３５内で原子層薄膜蒸着工程が進められる。
【００４５】
容器１１０内の温度を測定するための温度センサーとして、熱電対１４４がカバー１１３に設置される。温度センサーは、熱電対１４４に限られず、様々な温度センターを用いることができる。ヒーター１４０には、前記ヒーター１４０に電流を供給するための電源１４２が連結され、電源１４２は、温度制御器１４３で制御される。温度制御器１４３は、熱電対１４４で測定された温度値に基づいて電源１４２を制御することで、容器１１０内の温度をあらかじめ決まった温度に一定に維持することができる。具体的には、温度制御器１４３は、熱電対１４４で測定された温度値をあらかじめ決まった基準温度と比較して、測定した温度値が基準温度より高ければ、ヒーター１４０に供給している電流を遮断する。一方、温度制御器１４３は、測定した温度値が基準温度より低ければ、ヒーター１４０に電流を供給することで容器１１０内の温度を高める。
【００４６】
このように、本発明に係る原子層蒸着用ガス供給装置には、ヒーター１４０が一つ設けられ、電源１４２と熱電対１４４と温度制御器１４３も一つ設けられる。したがって、本発明に係る原子層蒸着用ガス供給装置は、従来の原子層蒸着用ガス供給装置に比べて装置の構造を単純化することができる。
【００４７】
そして、本発明に係る原子層蒸着用ガス供給装置は、ヒーター１４０と容器１１０とを取り囲む筐体１５０を備えてもよい。筐体１５０は、ヒーター１４０と容器１１０とを外部の衝撃から保護することができる。さらに、筐体１５０を断熱物質で製造すれば、ヒーター１４０から発生した熱が外部に発散されることを抑制でき、エネルギー効率が高まる。一方、筐体１５０の内面に断熱材１５２を付着すれば、ヒーター１４０から発生した熱が外部に発散されることを抑制することもできる。
【００４８】
一方、カバー１１３には、容器１１０内に粉末原料を供給するための粉末原料補充口１１５を設けられることが望ましい。カバー１１３に粉末原料補充口１１５を設ければ、カバー１１３を開いて容器１１０内に粉末原料を供給するよりも、簡単に粉末原料の補充ができる。
【００４９】
図５は、本発明の第２の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。図５に示された原子層蒸着用ガス供給装置は、容器２１０の構造と容器２１０の内部に多数のガイド板２６０が設置される点を除いては、図３に示された原子層蒸着用ガス供給装置と同じである。したがって、以下では、図３に示された原子層蒸着用ガス供給装置と同じ構成要素については、構成要素の詳細な説明を省略する。
【００５０】
図５を参照すれば、本発明の第２の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置の容器２１０は、粉末原料を収容する内部容器２１１と、この内部容器２１１を覆い包む外部容器２１２とからなる。そして、内部容器２１１は、石英で製造され、外部容器２１２は金属材料、例えば、ステンレス鋼で製造されることが望ましい。
【００５１】
このように、粉末原料を収容する内部容器２１１が石英で製造されれば、前記のように、長時間使用しても容器２１０の腐蝕と粉末原料の変質とを防止できる。また、外部容器２１２は、ステンレス鋼で製造されることで、容器２１０全体の強度を高めることができる。
【００５２】
そして、容器２１０内には、ガス排出経路を長くするために、複数のガイド板２６０を層状に設置してもよい。特に、複数のガイド板２６０は、図５に示すように、ジグザグ状のガス排出経路を形成するように設置されることが望ましい。このように、容器２１０内に複数のガイド板２６０が設置されれば、ガス排出経路が長くなり、原料ガスなどと共に粉末原料が排出されるといった従来の問題を効果的に防止できる。
【００５３】
外部容器２１２の内面には、複数のガイド板２６０を容器２１０の内部に設置するために、外部容器２１２の側面の内面に、高さ方向に対して所定間隔をおいて複数の段２１３が形成される。そして、複数のガイド板２６０は、各ガイド板２６０の縁部が、複数の段２１３に当接した状態で支持される。複数のガイド板２６０は、ステンレス鋼で製造されるが、前記したように、長期間の耐蝕性の確保と原料の変質とを防止するために、石英やガラスで製造されることが望ましい。
【００５４】
一方、複数のガイド板２６０は、図３に示された原子層蒸着用ガス供給装置にも用いられ、また、後記する図６および図７に示された原子層蒸着用ガス供給装置に用いてもよい。
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。図６に示された原子層蒸着用ガス供給装置は、ヒーター３４０の構造とヒーター３４０の設置位置を除いては、図５に示された原子層蒸着用ガス供給装置と同じである。したがって、以下では、本実施例の特徴部分についてのみ説明する。
【００５６】
図６を参照すれば、本発明の第３の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置は、容器２１０のカバー１１３に設置されるヒーター３４０を備える。このヒーター３４０は、カバー１１３に支持され、容器２１０の内部に配置されて容器２１０内を加熱する。これにより、容器２１０も加熱され、容器２１０の外周に巻かれたガス流入管１２０の予熱部１２１も熱の伝導で共に加熱することができる。
【００５７】
そして、本実施例においても、容器２１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを取り囲んで保護する筐体３５０を備えても良い。この筐体３５０は、断熱物質で製造すれば、ヒーター３４０から発生した熱が外部に発散されることを抑制できるので、エネルギー効率が高まる。また、筐体３５０の内面に断熱材３５２を付着することで、ヒーター３４０から発生した熱が外部に発散されることを抑制することもできる。
【００５８】
そして、本発明の第３の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置は、前記した実施例のように、容器２１０内の温度を測定するための熱電対１４４と、熱電対１４４で測定された温度値に基づいてヒーター３４０の電源３４２を制御する温度制御器１４３とを備える。
【００５９】
容器２１０は、図６に示すように、内部容器２１１と外部容器２１２とを備えているが、図３に示すように、一つの容器でもよい。そして、容器２１０内には、図５に示した複数のガイド板２６０を設置してもよい。
【００６０】
図７は、本発明の第４の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。図７に示された原子層蒸着用ガス供給装置は、加熱手段として、熱電素子４４０を用いる点を除いては、図５に示された原子層蒸着用ガス供給装置と同じである。したがって、以下では本実施例の特徴部分についてのみ説明する。
【００６１】
図７を参照すれば、本発明の第４の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置は、容器２１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを共に加熱する手段として、熱電素子４４０を使用する。
【００６２】
具体的には、容器２１０の外部に容器２１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを取り囲む筐体４５０を設置し、この筐体４５０と容器２１０との間に作動流体４５２が充填される。この作動流体４５２としては、水が使用されるが、加熱温度が１００℃以上である場合には、気化点が水より高い物質が使用される。
【００６３】
熱電素子４４０は、筐体４５０の外面に熱的に接触されるように設置される。熱電素子４４０は、筐体４５０の外面のどこに設置してもよいが、望ましくは、筐体４５０の底面に設置される。
【００６４】
そして、筐体４５０と熱電素子４４０間の熱伝逹効率を高めるために、筐体４５０と熱電素子４４０との間には熱伝導性に優れた物質が介在されることが望ましい。熱伝導性物質としては、サーマルパッド４４１が一般的に使用されるが、サーマルコンパウンドを使用してもよい。このように、熱伝導性物質を使用することで、筐体４５０と熱電素子４４０との熱的な接触がより確実になる。
【００６５】
熱電素子４４０は、２種類の金属を接合した状態で電流を流したときに、接合部で電流に比例する熱が発生し、または、熱が吸収される現象を利用したものである。この熱の発生や吸収は、周囲の温度に関係なく、電流の方向で可逆的に発生し、電流の方向が逆になれば、熱の発生や吸収も逆になる。熱電素子４４０としては、様々な種類の熱電素子４４０を使用することができるが、望ましくはペルティエ素子である。
【００６６】
前記のように、本実施例では、熱電素子４４０を使用して、容器２１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とを共に加熱する。具体的には、熱電素子４４０に所定方向の電流が流れれば、熱電素子４４０から熱が発生する。発生した熱は、サーマルパッド４４１と筐体４５０とを通じて作動流体４５２に伝達され、作動流体４５２の温度が上昇する。そして、容器２１０と筐体４５０との間で、作動流体４５２の対流が起こり、容器２１０とガス流入管１２０の予熱部１２１とが均一に加熱される。
【００６７】
容器２１０内部の温度を測定するための熱電対１４４が、容器２１０のカバー１１３に設置される。熱電素子４４０には電流を供給するための電源４４２が連結され、電源４４２は温度制御器１４３で制御される。具体的には、温度制御器１４３は、熱電対１４４で測定された温度値をあらかじめ決まった基準温度と比較して、測定した温度値が基準温度より高ければ、電源４４２から熱電素子４４０に供給している電流を遮断する。一方、温度制御器１４３は、測定した温度値が基準温度より低ければ、電源４４２から熱電素子４４０に電流を供給する。このとき、電流の方向は、熱電素子４４０が熱を発生する方向である。前記のように、電源４４２を制御することによって、容器２１０内の温度を一定に維持することができる。
【００６８】
本発明について、開示した実施例を参照して説明したが、実施例は例示的なものに過ぎず、当業者であれば、開示した実施例から多様な変形および均等な他の実施例の創作が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、一つの加熱手段によって粉末原料を収容する容器と容器内に注入されるキャリアガスとを共に加熱できる構造を有する原子層蒸着用ガス供給装置であり、例えば、半導体素子の製造や平板ディスプレイの製造においては、シリコンウェーハやガラスなどの基板上に必要な薄膜を蒸着させる工程に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来の原子層蒸着用ガス供給装置を概略的に示す垂直断面図である。
【図２】従来のガス供給装置の容器内面が腐蝕された状態を示す写真である。
【図３】本発明の第1の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。
【図４Ａ】図３に示された容器の外側に設置されるガス流入管の一つの形態を示す部分切開斜視図である。
【図４Ｂ】図３に示された容器の外側に設置されるガス流入管の他の形態を示す部分切開斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例である原子層蒸着用ガス供給装置を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１１０  容器
１１３  カバー
１１４  ボルト
１１５  粉末原料補充口
１２０  ガス流入管
１２１  予熱部
１２２  連結部
１２３  端部
１２４  弁
１２５  キャリアガス保存タンク
１３０  ガス排出管
１３４  弁
１３５  ＡＬＤ反応チャンバー
１４０  ヒーター（加温ユニット）
１４２  電源
１４３  温度制御器
１４４  熱電対（温度センサー）
１５０  筐体
１５２  断熱材
２６０  ガイド板
４４０  熱電素子
４５２  作動流体
【図１】
2005023425.tif 000003
【図３】
2005023425.tif 000004
【図４Ａ】
2005023425.tif 000005
【図４Ｂ】
2005023425.tif 000006
【図５】
2005023425.tif 000007
【図６】
2005023425.tif 000008
【図７】
2005023425.tif 000009
【図２】
2005023425.tif 000010