(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧送されてくる液体原料を減圧雰囲気中にて気化させる気化器であって前記圧送されてくる液体原料を一時的に貯留する液溜め室と、
減圧雰囲気になされた気化室と、
前記液溜め室と前記気化室とを連通して前記液体原料を前記気化室へ流通させる細孔と、
前記細孔の前記液溜め室側の液入口を開閉する弁体と、
前記弁体の弁開度を制御するアクチュエータ手段とを備え、
前記細孔の出口からの前記液体原料の吐出方向は、気化室出口の方向に一致していることを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記気化室ヘキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の気化器。
【請求項３】
前記キャリアガス導入手段は、前記細孔の出口の近傍にキャリアガスを噴出することを特徴とすることを特徴とする請求項２記載の気化器。
【請求項４】
前記キャリアガス導入手段は、前記細孔の出口の近傍に位置する噴出口を有し、前記細孔の出口から吐出される液体原料の吐出方向に略垂直な方向にキャリアガスを噴出することを特徴とする請求項３記載の気化器。
【請求項５】
前記キャリアガス導入手段は、前記細孔に接続されており、前記キャリアガスの噴出方向が、前記細孔からの液体原料の吐出方向に対して、略垂直な方向となるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の気化器。
【請求項６】
前記キャリアガス導入手段は、前記細孔の出口の近傍に位置する噴出口を有し、前記細孔の出口から吐出される液体原料の吐出方向に対向する方向にキャリアガスを噴出することを特徴とする請求項３記載の気化器。
【請求項７】
前記弁体は、ダイヤフラム或いはベローズよりなることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の気化器。
【請求項８】
前記気化室は、前記細孔の液出口より略円錐状に拡大していることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の気化器。
【請求項９】
前記気化室を区画するための気化器本体を有し、
前記気化器本体の一方の側において前記気化室が形成され、
前記一方の側の反対側となる他方の側に液溜室が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の気化器。
【請求項１０】
少なくとも前記気化室及び前記液体原料を加熱する加熱手段と、この温度を検出する温度センサとを備えたことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の気化器。
【請求項１１】
前記加熱手段は複数の加熱ヒータよりなり、前記温度センサは前記加熱ヒータに対応させて複数個設けられると共に、１つの温度センサは前記細孔の液出口の近傍に設けられることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の気化器。
【請求項１２】
前記液体原料は、処理装置の成膜時に用いられる金属錯体原料であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の気化器。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の気化器と、処理装置とを備えたことを特徴とする半導体製造システム。
【請求項１４】
前記気化室の出口と、前記処理装置とは、フランジ部を介し接続されていることを特徴とする請求項１３記載の半導体製造システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気化器及びこれを用いた半導体製造システムに係わり、特に半導体製造に使用される液体原料を気化させる気化器及びこれを用いた半導体製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中でも成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化するに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデバイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように非常に薄い酸化膜、或いは電極膜や配線膜などに対しても更なる薄膜化が要求されている。例えば配線膜を例にとれば、銅膜やアルミニウム膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜する方法が提案されており、この場合には、成膜ガスとして液状の原料（液体原料）を気化させてガス化し、成膜プロセスに用いている。上記液体原料を気化するにあたっては、気化器を用いているが、通常の成膜プロセスにおいては単位時間当たりの液体原料の流量は非常に僅かであり、精度の高い成膜処理を行なうためには、圧送される液体原料を効率的に気化させて下流側の成膜装置等へ供給する必要がある。
【０００３】
ここで、従来の気化器の構成について、図１１を参照して説明する。図示するように、従来の気化器２は、気化器本体４内に中空状の弁箱６を形成し、この弁箱６内を２分割するようにして屈曲可能になされた薄い円板状の金属板よりなるダイヤフラム８を設け、図示例では下方の空間を気化室１０として形成している。このダイヤフラム８は、後述する弁口を開閉し、流量制御を行なう弁体として機能する。図示例においてこの気化室１０の底部中心に弁口１２を設けており、圧送されてくる原料液体をこの弁口１２より吐出させるようになっている。また、この気化室１０の底部には、例えばＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスをキャリアガスとして導入するキャリアガス導入口１４及び原料液体を気化することにより形成されたれ原料ガスを排出する原料ガス排出口１６が設けられており、この原料ガスは図示しない成膜装置等へ搬送されて行く。
【０００４】
一方、ダイヤフラム８の気化室１０とは反対側には、例えば電磁式のアクチュエータ手段１８が設けられており、この駆動軸２０の先端で、上記ダイヤフラム８を押圧して上記弁口１２の開閉及び弁開度を制御できるようになっている。また、この気化器全体は、図示しない加熱ヒータにより所定の温度に加熱されており、液体原料を加熱して気化し易くすると共に、気化状態の原料ガスの再液化を防止している。この気化器２において、気化室１０内は、成膜装置側の真空引きにより減圧雰囲気になされており、圧送されてきた液体原料は、弁口１２より流出して、減圧雰囲気の気化室１０内にて断熱膨張によりミスト化と気化が同時に生じて原料ガスが発生し、この原料ガスはキャリアガスにより運ばれて原料ガス排出口１６より排出され、成膜装置側へ搬送される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような気化器２にあっては、屈曲ストローク量が非常に少ないダイヤフラム８自体を気化室１０の仕切り壁として用いていることから、この気化室１０の体積が非常に小さいので、コンダクタンスが小さくなり、この結果、成膜装置側で強力に真空引きを行なっても圧力損失が大きくて気化室１０内を十分に真空引きできない、といった問題があった。また、上述のように排気コンダクタンスが小さいことから、気化状態の原料ガスの流れもそれ程円滑ではない、といった問題もあった。このため、気化室１０内では、液体原料の気化が十分に行なわれずにミスト状の液体原料が気化室１０の内壁に付着するといった現象も生じ易い傾向にある。この内壁に付着したミスト状の液体原料は、気化器自体が所定の温度に加熱されていることから次第に蒸発して行くが、この液体原料は化学的不安定な場合が多いので蒸発前に熱反応で分解し、これによって気化室内で例えば金属が析出して内部を閉塞させるなどの問題もあるのみならず、設計通りの所望の膜厚に達しない場合すらあった。
【０００６】
また、他の気化器として例えば特開平５−３０４１００号公報に開示されているようなものもあるが、この気化器では開閉弁と流量制御弁を別体として設けていることから、気化器全体が複雑化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、液体原料を効率的に気化させることができる気化器及びこれを用いた半導体製造システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、圧送されてくる液体原料を減圧雰囲気中にて気化させる気化器であって前記圧送されてくる液体原料を一時的に貯留する液溜め室と、減圧雰囲気になされた気化室と、前記液溜め室と前記気化室とを連通して前記液体原料を前記気化室へ流通させる細孔と、前記細孔の前記液溜め室側の液入口を開閉する弁体と、前記弁体の弁開度を制御するアクチュエータ手段とを備え、前記細孔の出口からの前記液体原料の吐出方向は、気化室出口の方向に一致しているように構成したものである。
【０００９】
これにより、液溜め室内に一時的に貯留されている液体原料は、アクチュエータ手段により弁体を例えば開方向へ移動させることにより、液溜め室側の液入口が開かれて、液体原料は細孔を通過して減圧雰囲気になされた比較的広い気化室に流入し、これと同時にミスト化と気化が生じて原料ガスが発生する。この際、気化室は比較的大きくなされているので、液体原料を迅速に且つ効率的に気化させることが可能となる。
【００１０】
この場合、請求項２に規定するように、前記気化室ヘキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入手段を設けることにより、液体原料をキャリアガス中に混合させて効率的にミスト化させることが可能となる。
【００１１】
また、請求項３に規定するように、前記キャリアガス導入手段が、前記細孔の出口の近傍にキャリアガスを噴出することにより、キャリアガスの噴出によって、細孔から吐出される液体原料の比較的大きな液滴を高率的に微細な液滴にミスト化させることが可能となる。
【００１２】
また、請求項４に規定するように、前記キャリアガス導入手段が前記細孔の出口の近傍に位置する噴出口を有し、前記細孔の出口から吐出される液体原料の吐出方向に略垂直な方向にキャリアガスを噴出することとしてもよい。この場合、液体原料の液滴が細孔を出た後に比較的大きな液滴のまま気化室の壁面を伝わって流れたり、大きな液滴のまま気化室の空間に放出されたりすることが防止される。したがって、気化室に放出される液体原料を効率的に気化させることができる。
【００１３】
あるいは、請求項５に記載するように、前記キャリアガス導入手段は、前記細孔に接続されており、前記キャリアガスの噴出方向が、前記細孔からの液体原料の吐出方向に対して、略垂直な方向となるように構成されているものである。また、請求項６に記載するように、前記キャリアガス導入手段が前記細孔の出口の近傍に位置する噴出口を有し、前記細孔の出口から吐出される液体原料の吐出方向に対向する方向にキャリアガスを噴出することとしてもよい。この場合、細孔の出口に向かってキャリアガスが噴出されるので、細孔から液体原料が吐出される際に表面張力により大きな液滴が発生するような場合でもキャリアガスの噴出により大きな液滴を微細な液滴にミスト化することができる。したがって、気化室に放出される液体原料を効率的に気化させることができる。
【００１４】
また、請求項７に規定するように、例えば前記弁体は、ダイヤフラム或いはベローズよりなる。また、請求項８に規定するように、例えば前記気化室は、前記細孔の液出口より略円錐状に拡大している。更に、例えば前記細孔の出口からの前記液体原料の吐出方向は、気化室出口の方向に一致しているように設定してもよい。これによれば、排気コンダクタンスが大きくなって圧力損失を減少でき、一層効率的に液体原料を気化させることが可能となる。また、請求項９に規定するように、例えば、前記気化室を区画するための気化器本体を有し、前記気化器本体の一方の側において前記気化室が形成され、前記一方の側の反対側となる他方の側に液溜室が設けられている。
【００１５】
また、請求項１０に規定するように、例えば少なくとも前記気化室及び前記液体原料を加熱する加熱手段と、この温度を検出する温度センサとを傭えるようにしてもよい。これによれば、例えば液体原料を加熱して気化し易くでき、また、気化状態の原料ガスが再液化することも防止することが可能となる。
【００１６】
また、請求項１１に規定するように、例えば前記加熱手段は複数の加熱ヒータよりなり、前記温度センサは前記加熱ヒータに対応させて複数個設けられると共に、１つの温度センサは前記細孔の液出口の近傍に設けられるようにしてもよい。これによれば、気化熱により冷える傾向にある細孔の液出口の近傍の温度を検出できるので、これを最適な温度に制御でき、液体原料の気化を一層効率的に行なうことが可能となる。
【００１７】
また、請求項１２に規定するように、例えば前記原料液体は、処理装置の成膜時に用いられる金属錯体原料である。
【００１８】
また、請求項１３に規定する発明は、上述したような気化器と、処理装置とを備えたことを特徴とする半導体製造システムである。また、請求項１４に規定する発明は、前記気化室の出口と、前記処理装置とは、フランジ部を介し接続されている。
【００１９】
これにより、所望の流量の液体原料を、半導体製造のためのプロセスガスとして効率的に使用することが可能となり、例えば堆積膜の膜厚を精度良くコントロールすることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る気化器及びこれを用いた半導体製造システムの実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例による気化器を用いた半導体製造システムを示す概略全体構成図、図２は図１に示す気化器の断面図、図３乃至図５は図１に示す気化器の主要部を示す拡大図、図６はダイヤフラムを示す平面図である。ここでは、液体原料としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを用いて銅（Ｃｕ）膜をＣＶＤにより成膜する場合について説明する。
【００２２】
図１に示す半導体製造システム２２は、成膜を施す処理装置２４と、これに供給する成膜ガスとして液体原料を気化させる気化器２６とにより主に構成される。上記気化器２６に対して液体原料を供給する原料供給系２８は、金属酸化膜の原料として液体原料３０、例えばＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ（銅含有錯体）を貯留する密閉状態の原料タンク３２を有しており、タンク３２は分解反応を防ぐために、加熱せずに室温に保たれている。
【００２３】
この原料タンク３２の気相部には、加圧管３６の先端が上部より導入されており、この加圧管３６からは加圧気体として例えば圧力制御されたＨｅガスを原料タンク３２内の気相部へ導入し得るようになっている。
【００２４】
また、この原料タンク３２と上記気化器２６の入口とは、例えばステンレス管よりなる液体原料供給通路３８により連絡され、この気化器２６の出口と上記処理装置２４の天井部を連絡するようにして例えばステンレス管よりなる原料ガス通路４０が設けられている。上記供給通路３８の原料導入口３８Ａはタンク３２内の液体原料３０中に浸漬させて底部近傍に位置されて、液体原料３０を通路３８内に加圧搬送し得るようになっている。この液体原料供給通路３８は、その途中に液体質量流量計４２を介設して、気化器２６内の弁体にて液体原料３０の供給量を制御できるようになっている。
【００２５】
そして、この気化器２６よりも下流側の原料ガス通路４０には、例えばテープヒータよりなる保温用ヒータ４４が巻回されており、成膜ガスの液化温度よりも高く、且つ分解温度よりも低い温度、例えば５０〜７０℃の範囲内で保温するようになっている。
【００２６】
また、上記気化器２６には、キャリアガス導入管４６が接続されており、キャリアガスとして例えばＡｒガスやＨｅガスのような不活性ガス、ここではＨｅガスを流量制御しつつ供給するようになっている。
【００２７】
一方、上記処理装置２４は、例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器４８を有している。この処理容器４８の底部４８Ａの中心周辺部には、排気口５０が設けられており、この排気口５０には図示しない例えばターボ分子ポンプやドライポンプが介設されて、容器内部を真空引き可能としている。
【００２８】
この処理容器４８内には、非導電性材料、例えばアルミナ製の載置台５２が設けられ、この載置台５２上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを載置するようになっている。
【００２９】
上記載置台５２には、例えば、ＳｉＣによりコーテイングされたカーボン製の抵抗発熱体５４が埋め込まれており、この上面側に載置される半導体ウエハを所望の温度に加熱し得るようになっている。尚、ウエハを加熱する手段として上記抵抗発熱体５４に替え、ハロゲンランプ等の加熱ランプを用いて加熱するようにしてもよい。
【００３０】
また、処理容器４８の天井部には、シャワーヘッド５６が気密に取り付けられており、上記シャワーヘッド５６は載置６５２の上面の略全面を覆うように対向させて設けられている。このシャワーヘッド５６の導入口には、上記原料ガス通路４０の先端が接合されており、処理容器４８内に成膜ガス等をシャワー状に導入するようになっている。そして、この処理容器４８の側壁には、ゲートバルブ５８を介して真空引き可能になされたロードロック室６０が接合されている。
【００３１】
次に、図２乃至図５を参照して上記気化器２６の構造を説明する。図２に示すようにこの気化器２６は、上記液体原料供給通路３８側から圧送されてくる液体原料３０を一時的に貯留する液溜め室６２と、原料ガス通路４０側へ接続されて減圧雰囲気になされた気化室６４と、上記液溜め室６２と上記気化室６４とを連通して液体源料を上記気化室６４側へ流通させる細孔６６と、この細孔６６の液溜め室６２側の液入口６８を開閉する弁体７０と、この弁体７０の弁開度を制御するアクチュエータ手段７２とにより主に構成されている。
【００３２】
具体的には、上記気化室６４を区画する気化器本体７４は、例えばアルミニウム製の円柱状のブロック体よりなり、このブロック体を穿り抜くことにより略円錐形状のように出口側が次第に拡開された気化室６４を形成している。図示例にあっては、加工の容易性も考慮して、気化室６４の区画面は、円錐の表面に略沿うようにしたテーパ面として全体を略円錐形状としている。
【００３３】
そして、この気化室６４の出口６４Ａには、この直径と同じ内径に設定されたフランジ部７６が図示しないボルト等により連結されている。このフランジ部７６は、原料ガス通路４０に直線状に接続されることになる。
【００３４】
上記気化器７４の図中左側端部には、上記気化室６４と連通された上記細孔６６が設けられている。この細孔６６の近傍には浅い凹部７８が設けられ、この凹部７８の全体を被うようにして、台座８０を接合している。この台座８０にも上記浅い凹部７８と対応させて凹部８２を設けている。そして、この台座８０側の凹部８２と上記気化器本体７４側の凹部７８との間を気密に仕切るようにして弁体７０としてここでは円板状のダイヤフラム８４を介在させている。この弁体７０としてのダイヤフラム８４は、図６にも示すように例えばステンレス製の薄い金属円板よりなり、板厚方向へ変形屈曲可能になされている（図５参照）。このようにダイヤフラム８４で区画された上記気化器本体７４側の凹部７８が上記液溜め室６２として形成される。そして、この凹部７８と上記液体原料供給通路３８とを連通するようにして、直径が例えば３ｍｍ程度の液流路９０が形成されている。
【００３５】
従って、原料液体３０は上記液流路９０を介して液溜め室６２内へ一時的に貯留することになり、上記細孔６６の液溜め室６２側の液入口６８に上記ダイヤフラム８４を着座させて閉塞することにより、液体原料の流れを停止させることが可能となる。
【００３６】
一方、前記アクチュエータ手段７２は、上記弁体７０側に取り付けられており、筒体状の電磁コイル９２とこの中心を上記ダイヤフラム８４が位置する方向へ移動可能になされた駆動ロッド９４とにより主に構成されている。そして、この駆動ロッド９４は微少ストローク量が制御可能になされており、後述するように微小な弁開度を精度良くコントロールできるようになっている。この駆動ロッド９４の先端部は、上記台座８０を貫通して凹部８２内に侵入し、この先端に可動状態になされた剛球９６を介して弁体押圧部材９８を取り付けており、この弁体押圧部材９８により上記ダイヤフラム８４を裏面側から押圧するようになっている。上記剛球９６の目的は、駆動ロッド９４による押圧力が上記ダイヤフラム８４の面に対して常に垂直方向となるように設定するためである。尚、上記アクチュエータ手段７２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ず、例えば圧竃素子による駆動方式を採用してもよい。
【００３７】
一方、上記気化器本体７４には、キャリアガス導入手段として、直径が例えば２ｍｍ程度のキャリアガス流路１００が形成されており、そのガス噴射口１０２が上記気化室６４内に臨ませて設けられている。そして、このキャリアガス流路１００は、キャリアガス導入管４６に接続されており、例えば気化器本体７４の温度と同じ温度に加熱したＨｅガスをキャリアガスとして気化室６４へ導入するようになっている。この場合、液体原料３０のミスト化を促進させるためには、上記ガス噴射口１０２を細孔６６の液出口１０４に対してできるだけ接近させて設けるのがよく、現行の加工技術を考慮すれば略５ｍｍ程度まで接近させることが可能である。
【００３８】
また、上記台座８０と気化器本体７４との間には、加熱手段としてリング板状の第１の加熱ヒータ１０６が介在されており、流入してくる液体原料３０や、特にダイヤフラム８４及び液体原料３０の気化熱により冷却される傾向にある細孔６６の部分を加熱し得るようになっている。そしそ、上記細孔６６の近傍には、温度センサとして例えば第１の熱電対１０８が埋め込まれており、第１の温度制御部１１０はこの第１の熱電対１０８の検出値が所定の値を維持するように上記第１の加熱ヒータ１０６を制御するようになっている。
【００３９】
また、上記フランジ部７６及び気化器本体７４を貫通するようにして、加熱手段として棒状の第２の加熱ヒータ１１２が複数本埋め込まれており、このフランジ部７６や気化器本体７４を加熱するようにしている。この場合にも、上記気化器本体７４には、温度センサとして第２の熱電対１１４が気化室６４に接近させて埋め込まれており、第２の温度制御部１１６は、この第２の熱竃対の検出値が所定の値を維持するように上記第２の加熱ヒータ１１２を制御するようになっている。
【００４０】
ここで主要部の各寸法について簡単に述べると、気化室６４の出口６４Ａの直径Ｄ１は１２〜２０ｍｍ程度、細孔６６の直径Ｄ２は０．５〜２ｍｍ程度、その長さＬ１は５ｍｍ以下程度である（図３参照）。特に、細孔６６内に貯留する液体原料の体積をより小さくするために、すなわち、この細孔６６内の体積を例えば液体原料の流量の数秒以内の総流量程度に抑制するために、上記直径Ｄ２や長さＬ１はできるだけ小さく設定するのが好ましい。また、気化室６４の長さＬ２は１２〜２０ｍｍ程度に設定し、この出口６４Ａの直径Ｄ１と比較して、できるだけ圧力損失が少なくなるような寸法とする。
【００４１】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
【００４２】
まず、図１を参照して半導体製造システムによる成膜処理について説明する。まず、処理装置２４の処理容器４８内には、載置台５２上に半導体ウエハＷが載置されて所定のプロセス温度、例えば２００℃程度に加熱維持されていると共に、真空引きによって所定のプロセス圧力、例えば１Ｔｏｒｒに維持されている。一方、原料供給系２８の原料タンク３２内に貯留されているＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳのような液体原料３０は、分解反応防止のため、室温に保たれている。この液体原料３０は、加圧管３６より供給される例えばＨｅなどの加圧ガスによって液体源料供給通路３８内を圧送され、途中に介設した液体質量流量計４２により流量検知されつつ気化器２６へ導入される。液体流量信号は気化器内の弁体ヘフィードバックされ流量制御をする。この気化器２６へ導入された液体原料は、後述するようにここで断熱膨張することにより気化されて原料ガスとなり、この原料ガスは、液化温度以上であって、分解反応温度以下の温度に加熱維持されている原料ガス通路４０を流下して処理装置２４のシャワーヘッド５６から処理容器４８内へ供給され、ここで例えばウエハＷの表面に銅膜等を成膜することになる。
【００４３】
次に、図２及び図５を参照して上記気化器２６の動作について説明する。図３は気化器の弁開度が全開状態を示し、図４は気化器の弁開度が半開状態を示し、図５は気化器の弁開度が全閉状態を示している。図２において、液体原料供給通路３８を流れてきた液体原料３０は、液流路９０を介してダイヤフラム８４で区画された微小容量の液溜め室６２内へ流れ込む。この液体原料３０は、図３及び図４に示すように、弁体として機能するダイヤフラム８４が細孔６６の液入口６８に着座しておらずにこれより離れている場合には、この細孔６６の流入口６８から細孔６６内を通過し、そして、他端の液出口１０４から減圧雰囲気になされている気化室６４内に向けて放出される。そして、放出されると直ちに、断熱膨張によって液体原料３０は非常に細かな液滴にミスト化されると同時に瞬時に気化され、原料ガスが発生することになる。また、これと同時に、キャリアガス流路１００のガス噴出口１０２からは、キャリアガスとしてＨｅガスが噴射されている。この際、従来の気化器と異なり、気化室６４の容積乃至体積は、非常に大きくなされているので、液体原料３０を非常に効率的に気化させることができる。従って、微細なミストが気化室６４の内壁面へほとんど付着することもなく、また、液体原料が気化室６４内へ残留することもない。また、気体原料３０を効率的に気化させることができることから、気化室６４内で液体原料が熱分解することもなく、従って、分解による析出金属によって気化器自体が閉塞することも防止することができる。このように、供給した液体原料を、略完全に気化させて成膜に寄与させることができるので、設計値通りの膜厚の堆積膜を形成することが可能となる。
【００４４】
また、上述のように気化室６４の容量を大きくしているので、排気コンダクタンスが非常に大きくなって気化室６４における圧力損失が非常に小さくなり、この点よりも液体原料の気化効率を更に向上させることができる。ちなみに、前述した本実施例のような寸法の場合には、気化室６４における圧力損失は１０％程度まで抑制することができた。また、細孔６６より射出した液体原料は気化されて、そのまま方向をほとんど変えることなく直線的に原料ガス通路４０内側へ流れ込んで行くので、流出気体に乱流が生ずることなく、これを円滑に流下させることができる。また、キャリアガスを噴射するガス噴射孔１０２は、その直径を非常に小さくして噴出ガス流速を高めていると共に、細孔６６の液出口１０４に非常に接近させて設けてあることから、細孔６６から流出した液体原料はこのキャリアガスにより効率的に攪拌されるので、液体原料のミスト化を一層促進させることができる。
【００４５】
また、気化室６４の壁面には大きな不連続面が存在しないので、気体の淀みもその分、抑制することが可能となる。
【００４６】
更には、また複数、例えば２つの加熱ヒータ１０６，１１２を設けて、それぞれの加熱対象部分の温度を、これに対応する熱電対１０８，１１４で検出して制御を行なうようにしたので、全体の加熱温度の均一性を高く維持することができる。特に、第１の熱電対１０８は、気化熱により温度が低下する傾向にある細孔６６の液出口１０４の近傍の温度を検出して、この部分の温度を適正値に維持しているので、この点よりも液体原料の気化を更に効率的に行なうことが可能となる。
【００４７】
ここで液体原料３０の流量を制御するには、アクチュエータ手段７２の駆動ロッド９４を微小距離ずつ前進或いは後退させることにより、ダイヤフラム８４の屈曲量を変化させて弁開度を変化させればよい。そして、液体原料３０の供給を停止するには、図５に示すように、ダイヤフラム８４を細孔６６の液入口６８に完全に着座させてここを全閉状態とすればよい。この際、細孔６６内には、この体積が非常に小さく設定されていることから、僅か数秒程度の流量に相当する液体原料しか残存しないことになり、成膜中の堆積膜の厚さに悪影響を与えることもない。
【００４８】
上記実施例では、気化室６４の壁面形状を、円錐形状としたが、これに限定されず、例えば図７（Ａ）に示すようにテーパ面と垂直面と水平面が適宜組み合わされた形状としてもよく、図７（Ｂ）に示すようにテーパ面と垂直面とを組み合わせて出口６４Ａの直径Ｄ１をフランジ部７６の径よりも大きく設定してできるだけ気化室６４内の体積を大きくするようにしてもよいし、或いは図７（Ｃ）に示すように気化室６４を略円錐形状に沿って形成するのではなく、略円筒形状に成形して気伯室６４内の体積をできるだけ大きくするようにしてもよい。いずれにしても、この気化室６４の全体形状は、体積が大きければよく、その形状は特に限定されない。
【００４９】
また、上記実施例では、弁体７０としてダイヤフラム８４を用いたが、これに限定されず、図８に示すように弁体７０として金属薄板で蛇腹状に形成されて伸縮自在になされたベローズ１２０を用いるようにしてもよい。また、ここでは液体原料として、銅膜を成膜する際に使用するＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを使用した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、どのような液体にも適用することができ、例えばアルミニウムを成膜する際に用いるＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムヘキサイド）、酸化タンタル膜等を成膜する際に用いるＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５（金属アルコキシド）、ＴＥＯＳ原料等も使用することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２実施例による気化器について、図９を参照しながら説明する。図９において、図２に示す構成部品と同様な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５１】
本発明の第２実施例による気化器２６Ａは、基本的に上述の第１実施例による気化器２６と同じ構成を有しているが、キャリアガスを噴出するための構造が異なる。すなわち、第１実施例による気化器２６では気化室６４の壁面からキャリアガスを噴出する構成であるが、本実施例による気化器２６Ａではキャリアガスを細孔６６の出口の直下に対して周囲から噴出して液体原料のミスト化を促進している。
【００５２】
図９に示すように、本実施例による気化器２６Ａの気化器本体７４Ａに設けられたキャリアガス流路１００の先端は、気化室６４の壁面に沿って細孔６６の出口付近まで延在した円錐流路１００Ａに接続されている。円錐流路１００Ａは、気化室６４の壁面に沿った円錐形の流路である。キャリアガス流路１００は円錐流路１００Ａの底部に接続され、円錐流路１００Ａの頂部は図９に示すように細孔６６の直下に位置するように構成されている。
【００５３】
したがって、円錐流路１００Ａに供給されたキャリアガスは、円錐流路１００Ａを円錐形状の底部から頂部へと向かって流れて細孔６６の直下に導かれ、ここで気化室６４に噴射される。円錐流路１００Ａの出口は、キャリアガスの噴出方向が細孔６６からの液体原料の吐出方向に対してほぼ垂直な方向となるように構成されている。これにより、細孔６６の出口から出た液体原料に対して周囲からキャリアガスが噴出され、液体原料は気化室６４の壁面を伝わることなく気化室６４の空間に放出される。
【００５４】
円錐流路１００Ａを形成するために、本実施例おける気化器本体７４Ａは、上側本体７４ａと下側本体７４ｂとにより構成されている。すなわち、円錐流路１００Ａは円錐状に形成された上側本体７４ａの内面と、円錐状に形成された下側本体７４ｂの外面との間に形成される。このように円錐流路１００Ａを形成することとすれば、簡単な構成でキャリアガスを細孔６６の出口の直下に導く流路を形成することができる。
【００５５】
上述のような構成では、細孔６６から吐出された液体原料３０は、キャリアガスの噴出によって微細な液滴にミスト化されて気化室６４の空間に放出される。すなわち、細孔６６から吐出された液体原料の液滴は、表面張力により大きな液滴となって気化室の壁面を伝わって流れたり、大きな液滴のまま気化室６４の空間に放出されたりすることなく、細孔６６から吐出されとすぐに微細な液滴となって気化室６４の空間に放出される。そして、液体原料の微細な液滴は瞬時に気化して材料ガスとなる。
【００５６】
以上のように、本実施例による気化器２６Ａによれば、液体原料３０をキャリアガスの噴出によって効率的に微細なミストとすることにより、液体原料を効率的に気化させることができる。
【００５７】
なお、本実施例においても、ダイヤフラム８４の代わりにベローズ１２０を使用してもよい。また、気化室６４の形状は円錐形状に限定されることなく、様々な形状を採用することができる。
【００５８】
次に、本発明の第３実施例による気化器について、図１０を参照しながら説明する。図１０において、図２に示す構成部品と同様な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５９】
本発明の第３実施例による気化器２６Ｂは、基本的に上述の第１実施例による気化器２６と同じ構成を有しているが、キャリアガスを噴出するための構造が異なる。すなわち、第１実施例による気化器２６では気化室６４の壁面からキャリアガスを噴出する構成であるが、本実施例による気化器２６Ｂではキャリアガスを細孔６６の出口の直下から細孔６６の出口に向かって噴出して液体原料のミスト化を促進している。
【００６０】
図１０に示すように、本実施例による気化器２６Ｂの気化器本体７４に設けられたキャリアガス流路１００の先端は、気化室６４の空間に突出して細孔６６の出口付近まで延在したキャリアガス噴出管１００Ｂに接続されている。キャリアガス噴出管１００Ｂは、気化室６４の壁面から気化室６４に突出し、ほぼ中心まで延在してから方向が９０度曲げられて細孔６６に向かって延在している。したがって、キャリアガス流路１００に供給されたキャリアガスはキャリアガス噴出管１００Ｂにより細孔６６の直下に導かれ、ここで細孔６６の出口に向かって噴射される。
【００６１】
上述のような構成では、細孔６６から吐出された液体原料３０は、キャリアガス噴出管１００Ｂからのキャリアガスの噴出によって微細な液滴にミスト化されて気化室６４の空間に放出される。すなわち、細孔６６から吐出された液体原料の液滴は、表面張力により大きな液滴となって気化室６４の壁面を伝わって流れたり、大きな液滴のまま気化室６４の空間に放出されたりすることなく、細孔６６から吐出されとすぐに微細な液滴となって気化室６４の空間に放出される。そして、液体原料の微細な液滴は瞬時に気化して材料ガスとなる。
【００６２】
以上のように、本実施例による気化器２６Ｂによれば、液体原料３０をキャリアガスの噴出によって効率的に微細なミストとすることにより、液体原料を効率的に気化させることができる。
【００６３】
なお、本実施例においても、ダイヤフラム８４の代わりにベローズ１２０を使用してもよい。また、気化室６４の形状は円錐形状に限定されることなく、様々な形状を採用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気化器及びこれを用いた半導体製造システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
【００６５】
請求項１，７，８に規定する発明によれば、気化室は比較的大きくなされているので、液体原料を迅速に且つ効率的に気化させることが可能となる。
【００６６】
また、気化室内に液体原料が残留することがなくなるので、これが閉塞することも防止することができる。
【００６７】
請求項２に規定するように、キャリアガスを導入することにより、液体原料をキャリアガス中に混合させて効率的にミスト化させることができる。
【００６８】
請求項３に規定するように、キャリアガスの噴射口を細孔の液出口の近傍に設けることにより、細孔の液出口より流出した液体原料を直ちにキャリアガスで拡散させてミスト化できるので、その分、液体原料の気化を効率的に行なうことができる。
【００６９】
請求項４に規定するように、細孔の出口から吐出され液体原料の吐出方向に略垂直な方向にキャリアガスを噴出することにより、液体原料が気化室の壁面に沿って流れることを防止し、液体原料を微細な液滴として気化室の空間に放出することができ、液体原料を効率的に気化させることができる。
【００７０】
請求項６に規定するように、細孔の出口に向かってキャリアガスを噴出することにより、液体原料を微細な液滴として気化室の空間に放出することができ、液体原料を効率的に気化させることができる。
【００７１】
請求項９に規定するように、液体原料の吐出方向を、気化室出口の方向に一致させることにより、排気コンダクタンスが大きくなって圧力損失を減少でき、一層効率的に液体原料を気化させることができる。
【００７２】
請求項１０に規定するように、気化室や液体原料を加熱することにより、液体原料を気化し易くでき、また、気化状態の原料ガスが再液化することも防止することができる。
【００７３】
請求項１１に規定するように、細孔の液出口に温度センサを設けることにより、気化熱により冷える傾向にある細孔の液出口の近傍の温度を検出できるので、これを最適な温度に制御でき、液体原料の気化を一層効率的に行なうことができる。
【００７４】
請求項１２に規定するように、成膜時に用いられる金属錯体原料を液体として使用すれば、正確な量の原料ガスを成膜に寄与させることができ、膜厚を設計値通りに精度良くコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による気化器を用いた半導体製造システムを示す概略全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施例による気化器を示す断面図である。
【図３】図２に示す気化器の主要部を示す拡大図である。
【図４】図２に示す気化器の主要部を示す拡大図である。
【図５】図２に示す気化器の主要部を示す拡大図である。
【図６】ダイヤフラムを示す平面図である。
【図７】本発明の第１実施例による気化器の気化室の形状の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施例による気化器の弁体にベローズを用いた時の構造を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例による気化器を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施例による気化器を示す断面図である。
【図１１】従来の気化器を示す構成図である。
【符号の説明】
２２  半導体製造システム
２４  処理装置
２６，２６Ａ，２６Ｂ  気化器
３０  液体原料
３２  原料タンク
６２  液溜め室
６４  気化室
６６  細孔
６８  液入口
７０  弁体
７２  アクチュエータ手段
７４，７４Ａ  気化器本体
８４  ダイヤフラム
１００  キャリアガス流路
１００Ａ  流路
１００Ｂ  キャリアガス噴出管
１０２  ガス噴射口
１０４  液出口
１０６  第１の加熱ヒータ（加熱手段）
１０８  第１の熱電対（温度センサ）
１１２  第２の加熱ヒータ（加熱手段）
１１４  第２の熱電対（温度センサ）
１２０  ベローズ
【図１】
0004451975.tif 000002
【図２】
0004451975.tif 000003
【図３】
0004451975.tif 000004
【図４】
0004451975.tif 000005
【図５】
0004451975.tif 000006
【図６】
0004451975.tif 000007
【図７】
0004451975.tif 000008
【図８】
0004451975.tif 000009
【図９】
0004451975.tif 000010
【図１０】
0004451975.tif 000011
【図１１】
0004451975.tif 000012