(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液が収容された原料容器と、
前記原料容器に収容された前記原料液をバブリングするためのキャリアガスを導入する導入配管と、
前記原料液のバブリングにより発生して前記原料容器より導出した原料ガスが輸送される輸送配管と、
前記輸送配管に配置されて前記原料ガスを輸送するポンプと、
前記輸送配管より分岐して前記原料ガスを供給対象に供給するための供給配管と、
前記輸送配管より分岐して前記導入配管に連通する循環配管と、
前記導入配管の前記循環配管との接続部より前記キャリアガスの供給側に設けられた導入弁と、
前記供給配管に設けられた供給弁と、
前記循環配管に設けられた循環弁と、
前記導入弁，前記供給弁，および前記循環弁の開閉を制御する制御手段と
を少なくとも備え、
前記制御手段は、少なくとも前記供給弁と前記循環弁との開閉を異なる状態に制御する
ことを特徴とする原料供給装置。
【請求項２】
請求項１記載の原料供給装置において、
前記導入弁と前記原料容器との間の前記導入配管の内部圧力を測定する圧力計を備え、
前記制御手段は、前記圧力計の測定結果により前記導入弁の開閉を制御する
ことを特徴とする原料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層成長法などの気相成長により薄膜を形成する薄膜形成装置に対して原料ガスの供給を行う原料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、３００℃程度の低温で良質な薄膜がより均質な状態で形成可能であるなどの種々の特徴を備える技術として、原子層および分子層単位で薄膜の形成が可能な原子層成長（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法が、注目されている。原子層成長法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを基板に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する気相成長の技術である。
【０００３】
このような原子層成長方法を用いた薄膜の形成においては、例えば形成しようとする膜を構成する金属の有機化合物の気体を原料ガスとして用いている。このような有機金属化合物は、多くの場合、常温（２０℃程度）においては液体である。このため、原子層成長法などの気相成長技術では、有機金属化合物の液体を、いわゆるバブリング法により気化して原料ガスとしている（特許文献１，特許文献２参照）。バブリング法により液体原料を気化する方法は、構造が簡単であり、また、バブリングに用いたガスを気化した原料ガスのキャリアガスとして用いることができるなど、液体原料を気化して供給する簡便な原料供給手段である。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−０７４７５８号公報
【特許文献２】特開平５−２５１３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、原子層成長方法では、原料ガスを基板の上に間欠的に供給する。この間欠的なガスの供給をバブリング法で実現するためには、例えば、ガスを供給するときだけバブリングを行う方法がある。しかしながら、バブリング法では、バブリングを開始した直後は、ガスの生成状態が安定せず、また、バブリングを開始した直後と、バブリングをある程度継続した後とでは、生成する気化ガスの量（濃度）が変化する。このため、バブリングの停止と開始を繰り返す方法では、安定して原料ガスを供給することが容易ではない。
【０００６】
これに対し、バブリングは継続し、原料ガスを供給していない状態では、例えば、ガスの経路を切り替えて、生成している原料ガスを排気経路に廃棄する方法がある。この方法であれば、バブリングを継続しているので、安定した原料ガスの供給が可能となる。しかしながら、基板への原料ガスの供給を停止しているときは、原料ガスを廃棄しているので、原料ガスが無駄となり、原料コストの上昇を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、原料の無駄を抑制した状態で、より安定して原料ガスが供給できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る原料供給装置は、原料液が収容された原料容器と、原料容器に収容された原料液をバブリングするためのキャリアガスを導入する導入配管と、原料液のバブリングにより発生して原料容器より導出した原料ガスが輸送される輸送配管と、輸送配管に配置されて原料ガスを輸送するポンプと、輸送配管より分岐して原料ガスを供給対象に供給するための供給配管と、輸送配管より分岐して導入配管に連通する循環配管と、導入配管の循環配管との接続部よりキャリアガスの供給側に設けられた導入弁と、供給配管に設けられた供給弁と、循環配管に設けられた循環弁と、導入弁，供給弁，および循環弁の開閉を制御する制御手段とを少なくとも備え、制御手段は、少なくとも供給弁と循環弁との開閉を異なる状態に制御するようにしたものである。
【０００９】
上記原料供給装置において、導入弁と原料容器との間の導入配管の内部圧力を測定する圧力計を備え、制御手段は、圧力計の測定結果により導入弁の開閉を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、輸送配管より分岐して原料ガスを供給対象に供給するための供給配管に供給弁を設け、輸送配管より分岐して導入配管に連通する循環配管に循環弁を設け、制御手段により、少なくとも供給弁と循環弁との開閉を異なる状態に制御するようにしたので、原料の無駄を抑制した状態で、より安定して原料ガスが供給できるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における原料供給装置１０５および原料供給装置１０５により原料を供給する薄膜形成装置の構成を示す構成図である。薄膜形成装置は、気相による膜の成長が行われる成膜室１０１と、成膜室１０１の内部に配置された加熱機構を備えた基板台１０２と、排気機構１０４とを備え、原料供給装置１０５から原料が供給可能とされている。基板台１０２の上には、薄膜形成対象の基板１０３が載置される。また、この薄膜形成装置は、成膜室１０１に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給部１０６と、窒素ガスやアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスよりなるパージガスを供給するパージガス供給部１０７とを備える。薄膜形成装置は、例えば、原子層成長装置である。
【００１２】
原料供給装置１０５は、まず、液体の原料が収容された原料容器１５１と、原料容器１５１にキャリアガスを導入する導入配管１５２ａと、原料容器１５１で生成された原料ガスがキャリアガスとともに輸送される輸送配管１５２ｂと、輸送配管１５２ｂに設けられて原料ガスおよびキャリアガスを輸送するポンプ１５３と、ポンプ１５３で輸送される原料ガスおよびキャリアガスの流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５４とを備える。導入配管１５２ａには、図示していないがキャリアガスが圧入されたボンベなどのキャリアガス供給部が接続されている。
【００１３】
また、原料供給装置１０５は、輸送配管１５２ｂより分岐し、原料ガスおよびキャリアガスを成膜室１０１に供給するための供給配管１５５ａと、輸送配管１５２ｂより分岐し、原料ガスおよびキャリアガスを導入配管１５２ａ（原料容器１５１）に戻すための循環配管１５５ｂと、導入配管１５２ａに設けられた導入弁１５６ａと、供給配管１５５ａに設けられた供給弁１５６ｂと、循環配管１５５ｂに設けられた循環弁１５６ｃと、導入弁１５６ａ，供給弁１５６ｂ，および循環弁１５６ｃの開閉を制御する制御部１５７と、導入配管１５２ａに接続して設けられた圧力計１５８とを備える。導入弁１５６ａは、導入配管１５２ａの循環配管１５５ｂが接続されている箇所よりキャリアガスの供給側に設けられている。また、これら各部分は、恒温槽１５９に収容されて、所定の温度に加温（保温）可能とされている。このように保温しておくことで、例えば、循環配管１５５ｂなどの配管における原料ガスの液化を抑制することができる。
【００１４】
まず、原料容器１５１においては、導入配管１５２ａに連通する導入管（バブルガス導入口）が、収容している原料液中に沈設され、原料液中にキャリアガスが導入（バブリング）可能とされている。キャリアガスは、例えば窒素ガスやＡｒなどの不活性ガスである。また、原料容器１５１の内部の原料液面より上の空間に、輸送配管１５２ｂの導出口が配置され、バブリングにより得られた原料液の気化ガスが導出可能とされている。
【００１５】
また、原料容器１５１より導出されてポンプ１５３により輸送され、ＭＦＣ１５４により流量が制御された原料ガスおよびキャリアガスは、制御部１５７に制御された供給弁１５６ｂおよび循環弁１５６ｃの開閉制御により、供給配管１５５ａもしくは循環配管１５５ｂのいずれかに導かれる。例えば、供給弁１５６ｂが開放状態とされて循環弁１５６ｃが閉じられた状態では、輸送配管１５２ｂを輸送された原料ガスおよびキャリアガスは、供給配管１５５ａに導かれて成膜室１０１に供給される。一方、循環弁１５６ｃが開放状態とされて供給弁１５６ｂが閉じられた状態では、輸送配管１５２ｂを輸送された原料ガスおよびキャリアガスは、循環配管１５５ｂに導かれて導入配管１５２ａに戻される。
【００１６】
また、導入配管１５２ａには、導入弁１５６ａを介してキャリアガスが供給される。導入弁１５６ａの開閉は、圧力計１５８が計測している導入配管１５２ａの内部圧力の値により、制御部１５７が制御する。例えば、制御部１５７には、予め設定圧力値が設定されており、圧力計１５８により計測される圧力値が設定圧力値の下限値より低下すると、制御部１５７の制御により導入弁１５６ａが開放され、導入配管１５２ａにキャリアガスが導入される状態となる。また、圧力計１５８により計測される圧力値が設定圧力値の上限値より高くなると、制御部１５７の制御により導入弁１５６ａが閉じられ、導入配管１５２ａに対するキャリアガスの導入が停止される。
【００１７】
以下、制御部１５７による各弁の制御例及び原料ガスの供給動作例について、図１の構成図及び図２のタイミングチャートを用いて説明する。初期段階では、導入配管１５２ａの内部の圧力が、設定圧力値の上限値に達していない状態であり、また、薄膜形成装置における薄膜形成が開始されていない状態とする。この状態では、制御部１５７は、供給弁１５６ｂは閉じ、導入弁１５６ａおよび循環弁１５６ｃを開けた状態に制御する。また、ポンプ１５３により、輸送配管１５２ｂ中のガスが、原料容器１５１の側からＭＦＣ１５４の側に輸送される状態とされている。
【００１８】
これらのことにより、導入配管１５２ａにはキャリアガスが供給され、原料容器１５１に収容されている原料液中にキャリアガスが導入されてバブリングされ、原料液の気化ガスが生成される。また、原料容器１５１において生成された気化ガスは、原料容器１５１を導出し、輸送配管１５２ｂをポンプ１５３により輸送され、ＭＦＣ１５４により流量が制御され、循環配管１５５ｂを経由して導入配管１５２ａに戻る。
【００１９】
この後、導入配管１５２ａの内部の圧力が、設定圧力値の上限値に達してこれが圧力計１５８に検出されると、制御部１５７が導入弁１５６ａを閉じ、導入配管１５２ａに対するキャリアガスの供給が停止される。このことにより、導入配管１５２ａ，原料容器１５１，輸送配管１５２ｂ，および循環配管１５５ｂの系は、閉じられた循環状態となる。また、閉じられた系においては、ポンプ１５３によるガスの輸送は継続されているので、原料容器１５１においては、導入配管１５２ａのバブルガス導入口からは、収容されている原料液に対するキャリアガスのバブリングが継続される。このようにして原料容器１５１で生成された原料ガスは、キャリアガスとともに、上記系を循環することになる。
【００２０】
上述したように、循環状態となった後、原子層成長方法における吸着工程が開始される時刻ｔ１において、制御部１５７は、循環配管１５５ｂを閉じて供給配管１５５ａを開放状態とする。この制御により、ポンプ１５３により輸送されてＭＦＣ１５４により流量が制御された原料ガスおよびキャリアガスは、供給配管１５５ａを輸送されて成膜室１０１に導入される状態となる。このようにして成膜室１０１に導入された原料ガスは、基板台１０２により所定温度に加熱されている基板１０３の上に供給されてこの表面に吸着し、基板１０３の表面には、原料からなる１分子層分の吸着層が形成されるようになる。
【００２１】
次に、吸着の工程が終了されてパージ工程が開始される時刻ｔ２において、制御部１５７は、供給弁１５６ｂを閉じて循環弁１５６ｃを開放状態に制御する。この結果、原料供給装置１０５では、上述した循環状態となり、原料容器１５１においては、導入配管１５２ａのバブルガス導入口からは、収容されている原料液に対するキャリアガスのバブリングが継続され、このようにして原料容器１５１で生成された原料ガスは、キャリアガスとともに、上記系を循環することになる。
【００２２】
また、このとき、例えば、成膜室１０１への原料ガスの供給により、導入配管１５２ａの内部圧力が設定圧力値の下限値以下に低下し、これが、圧力計１５８により検出されると、制御部１５７は、導入弁１５６ａを開放し、導入配管１５２ａにキャリアガスが導入される状態とする。この状態においても、原料容器１５１においては、収容されている原料液に対するキャリアガスのバブリングが継続されている。この後、パージの工程の中の時刻ｔ２’において、導入配管１５２ａの内部の圧力が、設定圧力値の上限値に達してこれが圧力計１５８に検出されると、制御部１５７が導入弁１５６ａを閉じる。これにより、導入配管１５２ａに対するキャリアガスの供給が停止され、前述した循環の状態となる。
【００２３】
このパージ工程では、パージガス供給部１０７より、例えば、窒素ガスやＡｒガスなどのパージガスが成膜室１０１に導入され、加えて、排気機構１０４により成膜室１０１内部のガス（原料ガス）が排気される。
【００２４】
この後、時刻ｔ３において、パージの工程が終了して酸化の工程が開始されると、時刻ｔ４で酸化の工程が終了し、この後のパージの工程が終了して次の吸着の工程が開始する時刻ｔ５までは、上述した循環の状態が継続される。なお、酸化の工程では、パージガス供給部１０７によるパージガスの供給が停止され、酸化ガス供給部１０６より酸化ガスが供給される。この酸化ガスの供給により、基板１０３の上に形成されている１分子層分の吸着層が酸化され、１分子層分の酸化層が形成された状態となる。また、時刻ｔ４より開始されるパージの工程では、パージガス供給部１０７より、例えば、窒素ガスやＡｒガスなどのパージガスが成膜室１０１に導入され、加えて、排気機構１０４により成膜室１０１内部のガス（酸化ガス）が排気される。
【００２５】
次に、時刻ｔ５において、パージの工程が終了して次の吸着の工程が開始されると、前述同様に、制御部１５７は、循環配管１５５ｂを閉じて供給配管１５５ａを開放状態とする。この制御により、ポンプ１５３により輸送されてＭＦＣ１５４により流量が制御された原料ガスおよびキャリアガスは、供給配管１５５ａを輸送されて成膜室１０１に導入される状態となる。このようにして成膜室１０１に導入された原料ガスは、基板１０３の上に供給されて基板１０３の上に形成されている酸化層の表面に吸着し、酸化層の表面には、原料からなる１分子層分の吸着層が形成されるようになる。
【００２６】
次に、吸着の工程が終了されてパージ工程が開始される時刻ｔ６において、制御部１５７は、供給弁１５６ｂを閉じて循環弁１５６ｃを開放状態に制御する。このパージ工程では、パージガス供給部１０７より、例えば、窒素ガスやＡｒガスなどのパージガスが成膜室１０１に導入され、加えて、排気機構１０４により成膜室１０１内部のガス（原料ガス）が排気される。
【００２７】
また、このとき、前述同様に、成膜室１０１への原料ガスの供給により、導入配管１５２ａの内部圧力が設定圧力値の下限値以下に低下し、これが、圧力計１５８により検出され、制御部１５７の制御により、導入弁１５６ａが開放され、導入配管１５２ａにキャリアガスが導入される状態となる。この後、パージの工程の中の時刻ｔ６’において、導入配管１５２ａの内部の圧力が、設定圧力値の上限値に達してこれが圧力計１５８に検出されると、制御部１５７の制御により導入弁１５６ａが閉じられる。これにより、導入配管１５２ａに対するキャリアガスの供給が停止され、前述した循環の状態となる。
【００２８】
上述した吸着，パージ，酸化，パージという、よく知られた原子層成長の１サイクルを繰り返すことで、例えば原料を構成している金属の酸化物からなる所望の薄膜が、基板１０３の上に形成された状態が得られる。なお、上述では、吸着工程が終了した段階で、導入弁１５６ａが開放されてキャリアガスが導入配管１５２ａに供給されるようにしたが、これに限るものではない。例えば、吸着の工程の原料ガスが成膜室１０１に供給されている途中で、導入配管１５２ａにおける内部圧力が設定圧力値の下限より低下したことが圧力計１５８により測定されれば、制御部１５７の制御により、導入弁１５６ａが開放されてキャリアガスが導入配管１５２ａに供給されるようにしてもよい。
【００２９】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、制御部１５７の制御により、供給弁１５６ｂと循環弁１５６ｃとの開閉を異なる状態に制御するようにしたので、成膜室１０１に対して原料ガスを供給していない状態においても、原料容器１５１においては、収容されている原料液に対するキャリアガスのバブリングが継続され、原料ガスの生成が継続されている。加えて、生成されている原料ガスは、ポンプ１５３の輸送動作により、導入配管１５２ａから循環配管１５５ｂを経由して導入配管１５２ａに循環されるので、廃棄されることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態における原料供給装置１０５および原料供給装置１０５により原料を供給する薄膜形成装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における原料供給装置１０５の動作例を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１０１…成膜室、１０２…基板台、１０３…基板、１０４…排気機構、１０５…原料供給装置、１０６…酸化ガス供給部、１０７…パージガス供給部、１５１…原料容器、１５２ａ…導入配管、１５２ｂ…輸送配管、１５３…ポンプ、１５４…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、１５５ａ…供給配管、１５５ｂ…循環配管、１５６ａ…導入弁、１５６ｂ…供給弁、１５６ｃ…循環弁、１５７…制御部、１５８…圧力計、１５９…恒温槽。
【図１】
0004418001.tif 000002
【図２】
0004418001.tif 000003