(57)【要約】原料ガスの使用効率を格段と向上し得るとともに、原料ガスに応じた膜厚を均一に形成でき、かつ従来に比してメンテナンス頻度を少なくして生産性を向上させ得る気化器、半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。ＡＬＤ動作時、反応室402にキャリアガスを供給し続け、微量定量ポンプ54で定量した1原子層又は１分子層の膜厚に応じた所定量の原料溶液を間欠的に気化機構20に供給し、これにより得られた所定量の原料溶液からなる原料ガスをキャリアガスと共に反応室402に供給するようにした。従って、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作によって原料ガスが廃棄されるのを回避しながら、1原子層又は１分子層でなる所望の膜厚の薄膜を基板420上に順次形成させてゆくことができ、かくして1原子層又は１分子層の薄膜を順次形成してゆく過程で原料ガスを廃棄しない分だけ原料ガスの使用効率を格段と向上させ得る。
2007097024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料溶液を気化した原料ガスを反応室に供給する気化器において、
流入口から流出口に向けてキャリアガスが流れるキャリアガス流路と、
前記原料溶液が供給される原料溶液流路と、
前記キャリアガス流路と前記原料溶液流路とを連通する接続管と、
前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を定量して前記接続管に排出する原料溶液排出手段と、
前記キャリアガス流路の流出口及び前記原料溶液排出手段の間に設けられ、前記原料溶液排出手段から排出された所定量の原料溶液を気化する気化部と
を備えたことを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記原料溶液排出手段は、前記接続管に前記原料溶液を断続的に排出する
ことを特徴とする請求項１記載の気化器。
【請求項３】
前記接続管に設けられ、前記キャリアガス流路にパージ用の溶媒を供給する溶媒流路を備えた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の気化器。
【請求項４】
前記キャリアガス流路は、
前記キャリアガスが供給されるキャリアガス管と、
該キャリアガス管から前記キャリアガスが供給され、前記原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させて前記気化部に供給するオリフィス管とを備え、
前記気化部は、前記キャリアガス中に分散させた原料溶液を加熱して気化する加熱手段を備えている
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の気化器。
【請求項５】
前記原料溶液排出手段は、微量定量ポンプでなる
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の気化器。
【請求項６】
前記原料溶液排出手段は、前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を、基板に形成する５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量に定量する
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の気化器。
【請求項７】
前記５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量が、前記基板に形成する１原子層又は１分子層に応じた量である
ことを特徴とする請求項６記載の気化器。
【請求項８】
前記原料溶液排出手段は、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ前記原料溶液を貯える貯留部を備えた
ことを特徴とする請求項７記載の気化器。
【請求項９】
前記原料溶液排出手段は、原料溶液用タンクから供給されてきた前記原料溶液を、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ予め前記貯留部に貯えておき、所定のタイミングで前記気化部に排出するように構成した
ことを特徴とする請求項８記載の気化器。
【請求項１０】
基板が載置される反応室と、原料溶液を気化した原料ガスを前記反応室に供給する気化器とを備える半導体製造装置において、
前記気化器は、
流入口から流出口に向けてキャリアガスが流れるキャリアガス流路と、
前記原料溶液が供給される原料溶液流路と、
前記キャリアガス流路と前記原料溶液流路とを連通する接続管と、
前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を定量して前記接続管に排出する原料溶液排出手段と、
前記キャリアガス流路の流出口及び前記原料溶液排出手段の間に設けられ、前記原料溶液排出手段から排出された所定量の原料溶液を気化する気化部とを備えた
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１１】
前記原料溶液排出手段は、前記接続管に前記原料溶液を断続的に排出する
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
前記接続管に設けられ、前記キャリアガス流路にパージ用の溶媒を供給する溶媒流路を備えた
ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の半導体製造装置。
【請求項１３】
前記キャリアガス流路は、
前記キャリアガスが供給されるキャリアガス管と、
該キャリアガス管から前記キャリアガスが供給され、前記原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させて前記気化部に供給するオリフィス管とを備え、
前記気化部は、前記キャリアガス中に分散させた原料溶液を加熱して気化する加熱手段を備えている
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のうちいずれか１項記載の半導体製造装置。
【請求項１４】
前記原料溶液排出手段は、微量定量ポンプでなる
ことを特徴とする請求項１０乃至１３のうちいずれか１項記載の半導体製造装置。
【請求項１５】
前記原料溶液排出手段は、前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を、前記基板に形成する５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量に定量する
ことを特徴とする請求項１０乃至１４のうちいずれか１項記載の半導体製造装置。
【請求項１６】
前記５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量が、前記基板に形成する１原子層又は１分子層に応じた量である
ことを特徴とする請求項１０乃至１５のうちいずれか１項記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記原料溶液排出手段は、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ前記原料溶液を貯える貯留部を備えた
ことを特徴とする請求項１６記載の半導体製造装置。
【請求項１８】
前記原料溶液排出手段は、原料溶液用タンクから供給されてきた前記原料溶液を、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ予め前記貯留部に貯えておき、所定のタイミングで前記気化部に排出するように構成した
ことを特徴とする請求項１７記載の半導体製造装置。
【請求項１９】
原料溶液を気化した原料ガスを反応室に供給することにより、前記反応室内で基板表面を処理する半導体製造方法において、
キャリアガス流路の流入口から流出口に向けてキャリアガスを流すことにより、前記反応室にキャリアガスを供給するキャリアガス供給ステップと、
原料溶液流路に前記原料溶液を供給する原料溶液供給ステップと、
前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を定量する定量ステップと、
前記キャリアガス流路と前記原料溶液流路とを連通する接続管に、前記定量ステップで定量した所定量の原料溶液を排出する原料溶液排出ステップと、
前記キャリアガス流路の流出口及び前記原料溶液排出手段の間に設けられた気化部によって、前記原料溶液排出ステップで排出した前記所定量の原料溶液を気化する気化ステップとを備えた
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２０】
前記原料溶液排出ステップは、前記接続管に前記原料溶液を断続的に排出する
ことを特徴とする請求項１９記載の半導体製造方法。
【請求項２１】
前記原料溶液排出ステップ及び前記気化ステップに替えて、前記接続管を介して前記キャリアガス流路から前記気化部にパージ用の溶媒を供給するパージ用供給ステップを備えた
ことを特徴とする請求項１９又は２０記載の半導体製造方法。
【請求項２２】
前記キャリアガス供給ステップは、キャリアガス管からオリフィス管に前記キャリアガスを供給するオリフィス管ガス供給ステップを有し、
前記オリフィス管ガス供給ステップの後に、前記原料溶液排出ステップによって前記オリフィス管に前記原料溶液を排出し、
前記オリフィス管内で前記原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させて前記気化部に供給し、前記気化ステップによって前記キャリアガス中に分散させた原料溶液を前記気化部の加熱手段で加熱して気化する
ことを特徴とする請求項１９乃至２１のうちいずれか１項記載の半導体製造方法。
【請求項２３】
前記定量ステップは、微量定量ポンプによって前記原料溶液を定量する
ことを特徴とする請求項１９乃至２２のうちいずれか１項記載の半導体製造方法。
【請求項２４】
前記定量ステップは、前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を、前記基板に形成する５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量に定量する
ことを特徴とする請求項１９乃至２３のうちいずれか１項記載の半導体製造方法。
【請求項２５】
前記５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量が、前記基板に形成する１原子層又は１分子層に応じた量である
ことを特徴とする請求項１９乃至２４のうちいずれか１項記載の半導体製造方法。
【請求項２６】
前記定量ステップは、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ前記原料溶液を貯留部で貯える
ことを特徴とする請求項２５記載の半導体製造方法。
【請求項２７】
前記定量ステップは、原料溶液用タンクから供給されてきた前記原料溶液を、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ予め前記貯留部に貯えておき、所定のタイミングで前記気化部に排出する
ことを特徴とする請求項２６記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化器、半導体製造装置及び半導体製造方法に関し、例えば反応室に原料ガスを間欠的に供給し、薄膜の成長を1原子層又は１分子層ずつ行うＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）式のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は薄膜の形成とそのパターニングとの多数の繰り返しによって製造されている。そして薄膜の形成には各種のＣＶＤ装置が用いられている。ここで成膜の均一性に優れ、しかも高品質の膜が形成可能である装置の一つとして、例えば、原料ガスを間欠的に基板上に吹き付け、ヒータ等の加熱装置により加熱することで化学反応を起こさせ、基板上に薄膜を形成するといったＡＬＤ式のＣＶＤ装置等がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
例えば、図９に示すようなＡＬＤ用ＣＶＤ装置400では、ガスシャワー式のＣＶＤ部401を備えており、このＣＶＤ部401の反応室402にはガス導入口403に反応室側バルブ404を介してガス供給路405が連通されている。ガス供給路405には、反応室側バルブ404の上流の位置に水平に延びる分岐部406を有し、この分岐部406にベント側バルブ407が設けられている。【０００４】
ベント側バルブ407には排気管408が接続されており、かくしてガス供給路405は、ベント側バルブ407、排気管408及び排気バルブ409を介して排気用真空ポンプ410と連通し得るように構成されている。【０００５】
因みに、反応室402は、ガス導入口403を有する蓋部411と、反応室402を支持する反応室支持部412と、反応室本体413とで構成されており、反応室本体413の外面等に設けられたヒータ（図示せず）によって、反応室内部415が所定温度に維持され得る。反応室内部415にはシャワープレート416が設けられており、このシャワープレート416は、ガス導入口403からの原料ガスを受け入れる内部空間417を有し、下面に複数のガス噴出孔418が設けられている。【０００６】
以上の構成において、ＡＬＤ用ＣＶＤ装置400では、薄膜を形成する時、反応室側バルブ404を開状態とするとともに、ベント側バルブ407を閉状態とすることにより、原料ガスを反応室402に供給し、当該原料ガスをガス噴出孔418を介して基板420上に均一に吹き付ける。これにより反応室内部415において原料ガスは基板ステージ421内のヒータ422等で加熱され、基板420上で化学反応を起こさせる。【０００７】
その後、ＡＬＤ用ＣＶＤ装置400では、所定のタイミングで反応室側バルブ404を閉状態とするとともに、ベント側バルブ407を開状態とすることにより、反応室内部415への原料ガスの供給を停止し、所望の膜厚でなる１原子層又は１分子層の薄膜を形成する。【０００８】
また、ＡＬＤ用ＣＶＤ装置400では、上述した１原子層又は１分子層の薄膜を形成する薄膜形成動作をし終えると、所定時間経過後、再び反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作（すなわち薄膜形成動作）を行うことにより、新たに所望の膜厚でなる１原子層又は１分子層の薄膜を基板420上に形成するように構成されている。【０００９】
このようにしてＡＬＤ用ＣＶＤ装置400では、薄膜形成動作を複数回繰り返すＡＬＤ動作を行うことにより、反応室402に原料ガスを間欠的に供給して所定の膜厚を順次形成し、高密度及び高品質の薄膜を基板420上に形成し得るように構成されている。
【特許文献１】特開２００６−２８５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようなＡＬＤ用ＣＶＤ装置400においては、原料ガスを間欠的に反応室402へ供給する際、その都度、反応室側バルブ404を閉状態にするとともに、ベント側バルブ407を開状態にすることにより、反応室402へ供給されるべき原料ガスが排気管408に供給されてそのまま廃棄されるように構成されていた。この結果、反応室402に原料ガスを間欠的に供給する際には原料ガスを廃棄する分だけ原料ガスの使用効率が悪くなるという問題があった。【００１１】
また、このようなＡＬＤ用ＣＶＤ装置400においては、反応室側バルブ404の開閉動作が繰り返し行なわれることにより、反応室内部415の圧力と温度がその都度変化し易く、当該反応室内部415における成膜処理条件が不均一となり、この結果、基板420上に薄膜を均一に形成し難いという問題があった。【００１２】
さらに、かかるＡＬＤ用ＣＶＤ装置400においては、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作が繰り返し行なわれるため、当該反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作が多くなり、その動作寿命は一般的に短いものとなっている。このため従来においては、短い周期で反応室側バルブ404及びベント側バルブ407をメンテナンスする必要があり、この結果、稼働率が低下し、生産性を向上し難いという問題がある。【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、原料ガスの使用効率を格段と向上し得るとともに、原料ガスに応じた膜厚を均一に形成でき、かつ従来に比してメンテナンス頻度を少なくして生産性を向上し得る気化器、半導体製造装置及び半導体製造方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の気化器は、原料溶液を気化した原料ガスを反応室に供給する気化器において、流入口から流出口に向けてキャリアガスが流れるキャリアガス流路と、前記原料溶液が供給される原料溶液流路と、前記キャリアガス流路と前記原料溶液流路とを連通する接続管と、前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を定量して前記接続管に排出する原料溶液排出手段と、前記キャリアガス流路の流出口及び前記原料溶液排出手段の間に設けられ、前記原料溶液排出手段から排出された所定量の原料溶液を気化する気化部とを備えたことを特徴とするものである。【００１５】
請求項２記載の気化器は、前記原料溶液排出手段は前記接続管に前記原料溶液を断続的に排出するものである。【００１６】
請求項３記載の気化器は、前記接続管に設けられ、前記キャリアガス流路にパージ用の溶媒を供給する溶媒流路を備えたことを特徴とするものである。【００１７】
請求項４記載の気化器は、前記キャリアガス流路は前記キャリアガスが供給されるキャリアガス管と、該キャリアガス管から前記キャリアガスが供給され、前記原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させて前記気化部に供給するオリフィス管とを備え、前記気化部は、前記キャリアガス中に分散させた原料溶液を加熱して気化する加熱手段を備えていることを特徴とするものである。【００１８】
請求項５記載の気化器は、前記原料溶液排出手段は微量定量ポンプでなることを特徴とするものである。【００１９】
請求項６記載の気化器は、前記原料溶液排出手段は前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を、基板に形成する５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量に定量することを特徴とするものである。【００２０】
請求項７記載の気化器は、前記５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量が、前記基板に形成する１原子層又は１分子層に応じた量であることを特徴とするものである。【００２１】
請求項８記載の気化器は、前記原料溶液排出手段は前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ前記原料溶液を貯える貯留部を備えたことを特徴とするものである。【００２２】
請求項９記載の気化器は、前記原料溶液排出手段は原料溶液用タンクから供給されてきた前記原料溶液を、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ予め前記貯留部に貯えておき、所定のタイミングで前記気化部に排出するように構成したことを特徴とするものである。【００２３】
請求項１０記載の半導体製造装置は、基板が載置される反応室と、原料溶液を気化した原料ガスを前記反応室に供給する気化器とを備える半導体製造装置において、前記気化器は、流入口から流出口に向けてキャリアガスが流れるキャリアガス流路と、前記原料溶液が供給される原料溶液流路と、前記キャリアガス流路と前記原料溶液流路とを連通する接続管と、前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を定量して前記接続管に排出する原料溶液排出手段と、前記キャリアガス流路の流出口及び前記原料溶液排出手段の間に設けられ、前記原料溶液排出手段から排出された所定量の原料溶液を気化する気化部とを備えたことを特徴とするものである。【００２４】
請求項１１記載の半導体製造装置は、前記原料溶液排出手段は前記接続管に前記原料溶液を断続的に排出することを特徴とするものである。【００２５】
請求項１２記載の半導体製造装置は、前記接続管に設けられ、前記キャリアガス流路にパージ用の溶媒を供給する溶媒流路を備えたことを特徴とするものである。【００２６】
請求項１３記載の半導体製造装置は、前記キャリアガス流路は前記キャリアガスが供給されるキャリアガス管と、該キャリアガス管から前記キャリアガスが供給され、前記原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させて前記気化部に供給するオリフィス管とを備え、前記気化部は、前記キャリアガス中に分散させた原料溶液を加熱して気化する加熱手段を備えていることを特徴とするものである。【００２７】
請求項１４記載の半導体製造装置は、前記原料溶液排出手段は微量定量ポンプでなることを特徴とするものである。【００２８】
請求項１５記載の半導体製造装置は、前記原料溶液排出手段は前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を、前記基板に形成する５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量に定量することを特徴とするものである。【００２９】
請求項１６記載の半導体製造装置は、前記５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量が、前記基板に形成する１原子層又は１分子層に応じた量であることを特徴とするものである。【００３０】
請求項１７記載の半導体製造装置は、前記原料溶液排出手段は前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ前記原料溶液を貯える貯留部を備えたことを特徴とするものである。【００３１】
請求項１８記載の半導体製造装置は、前記原料溶液排出手段は原料溶液用タンクから供給されてきた前記原料溶液を、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ予め前記貯留部に貯えておき、所定のタイミングで前記気化部に排出するように構成したことを特徴とするものである。【００３２】
請求項１９記載の半導体製造方法は、原料溶液を気化した原料ガスを反応室に供給することにより、前記反応室内で基板表面を処理する半導体製造方法において、キャリアガス流路の流入口から流出口に向けてキャリアガスを流すことにより、前記反応室にキャリアガスを供給するキャリアガス供給ステップと、原料溶液流路に前記原料溶液を供給する原料溶液供給ステップと、前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を定量する定量ステップと、前記キャリアガス流路と前記原料溶液流路とを連通する接続管に、前記定量ステップで定量した所定量の原料溶液を排出する原料溶液排出ステップと、前記キャリアガス流路の流出口及び前記原料溶液排出手段の間に設けられた気化部によって、前記原料溶液排出ステップで排出した前記所定量の原料溶液を気化する気化ステップとを備えたことを特徴とするものである。【００３３】
請求項２０記載の半導体製造方法は、前記原料溶液排出ステップは前記接続管に前記原料溶液を断続的に排出することを特徴とするものである。【００３４】
請求項２１記載の半導体製造方法は、前記原料溶液排出ステップ及び前記気化ステップに替えて、前記接続管を介して前記キャリアガス流路から前記気化部にパージ用の溶媒を供給するパージ用供給ステップを備えたことを特徴とするものである。【００３５】
請求項２２記載の半導体製造方法は、前記キャリアガス供給ステップはキャリアガス管からオリフィス管に前記キャリアガスを供給するオリフィス管ガス供給ステップを有し、前記オリフィス管ガス供給ステップの後に、前記原料溶液排出ステップによって前記オリフィス管に前記原料溶液を排出し、前記オリフィス管内で前記原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させて前記気化部に供給し、前記気化ステップによって前記キャリアガス中に分散させた原料溶液を前記気化部の加熱手段で加熱して気化することを特徴とするものである。【００３６】
請求項２３記載の半導体製造方法は、前記定量ステップは微量定量ポンプによって前記原料溶液を定量することを特徴とするものである。【００３７】
請求項２４記載の半導体製造方法は、前記定量ステップは前記原料溶液流路に供給された前記原料溶液を、前記基板に形成する５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量に定量することを特徴とするものである。【００３８】
請求項２５記載の半導体製造方法は、前記５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量が、前記基板に形成する１原子層又は１分子層に応じた量であることを特徴とするものである。【００３９】
請求項２６記載の半導体製造方法は、前記定量ステップは前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ前記原料溶液を貯留部で貯えることを特徴とするものである。【００４０】
請求項２７記載の半導体製造方法は、前記定量ステップは原料溶液用タンクから供給されてきた前記原料溶液を、前記１原子層又は１分子層に応じた量だけ予め前記貯留部に貯えておき、所定のタイミングで前記気化部に排出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４１】
請求項１、１０及び１９記載の発明によれば、原料ガスの使用効率を格段と向上し得るとともに、従来に比してメンテナンス頻度を少なくして生産性を向上でき、かつ薄膜形成面に原料ガスに応じた膜厚を均一に形成し得る。【００４２】
請求項２、１１及び２０記載の発明によれば、原料溶液排出手段により必要に応じて原料溶液の供給を複数回繰り返して行うことができる。【００４３】
請求項３、１２及び２１記載の発明によれば、パージ用の溶媒を流すことにより、接続管からキャリアガス流路の間で固形物が目詰まりすることを防止できる。【００４４】
請求項４、１３及び２２記載の発明によれば、オリフィス管内で原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させ、熱で当該原料溶液全てを容易に気化させ易いようにしたことにより、原料溶液排出手段で精密に定量された所定量の原料溶液全てを正確に気化でき、かくして反応室内に常に一定量の原料ガスを一段と正確に供給することができる。【００４５】
請求項５、１４及び２３記載の発明によれば、原料溶液を正確に、かつ容易に定量することができる。【００４６】
請求項６、１５及び２４記載の発明によれば、５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量だけ気化部に原料溶液を供給できる。【００４７】
請求項７、１６及び２５記載の発明によれば、１原子層又は１分子層に応じた量だけ気化部に原料溶液を供給できる。【００４８】
請求項８、１７及び２６記載の発明によれば、単に原料溶液を貯留部に貯えるだけで、１原子層又は１分子層に応じた量だけ気化部に原料溶液を供給できる。【００４９】
請求項９、１８及び２７記載の発明によれば、原料溶液用タンクから供給されてきた原料溶液を、貯留部により予め隔離させておくことができるので、１原子層又は１分子層に応じた正確な量の原料溶液を容易に最適なタイミングで気化部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の実施の形態によるガスシャワー式熱ＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】ＣＶＤ用気化器の詳細構成を示す概略図である。
【図３】第２の実施の形態による熱ＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図４】第３の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図５】第４の実施の形態によるシャワー式プラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図６】第５の実施の形態によるローラ式プラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】第６の実施の形態によるローラ式プラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図８】第７の実施の形態によるローラ式熱ＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【図９】従来のＡＬＤ用ＣＶＤ装置の全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置（半導体製造装置）
３  ＣＶＤ用気化器（気化器）
22  キャリアガス流路
25  気化部
40a〜40e  接続管
42  ヒータ（加熱手段）
51  原料溶液流路
54  微量定量ポンプ（原料溶液排出手段）
58  溶媒流路
402  反応室
420  基板（被薄膜形成対象物）
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。【００５３】
（１）第１の実施の形態
（１−１）縦型ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置の全体構成
図９との対応部分に同一符号を付して示す図１において、１は全体として半導体製造装置としてのガスシャワー式熱ＣＶＤ装置を示し、反応室402の上部方向から原料ガスを間欠的に供給して行なわれる一連のＡＬＤ式の動作を実行し得るように構成されている。【００５４】
実際上、本発明の半導体製造方法を行うガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１は、ＣＶＤ部２と、このＣＶＤ部２に搭載されたＣＶＤ用気化器３とから構成され、ＡＬＤ動作時、ＣＶＤ用気化器３からＣＶＤ部２の反応室402にキャリアガスが常に供給され得るようになされている。【００５５】
反応室402は、反応室本体413の外面に設けられたヒータ（図示せず）によって、反応室内部415が所定温度に維持され得る。また反応室本体413は、所定位置に扉部４を有し、この扉部４を介して反応室内部415から基板420を出し入れ可能に構成されている。【００５６】
また反応室本体413には、酸化ガス供給口５が設けられており、当該酸化ガス供給口５を介して酸化ガス（例えばＯ２）が反応室内部415に供給され得るようになされている。反応室内部415には、上部にシャワープレート416が設けられているとともに、下部に基板ステージ421及び基板ステージ421の内部に基板ステージ用ヒータ422が設けられている。【００５７】
シャワープレート416は、内部空間417に供給された原料ガスをガス噴出孔418により拡散させ、基板ステージ421に載置された基板420上に原料ガスを均一に吹き付け得るようになされている。なお、８は気化器で、例えば酸化ガスとして水蒸気Ｈ２Ｏが必要な場合には、酸化ガスＯ２をキャリアガスとして、例えばＨ２Ｏを気化してシャワープレート416の内部空間417に供給し得るようになされている。【００５８】
シャワープレート416の上面部には、シャワープレートヒータ10及び温度センサ11が設けられており、温度センサ11により検出した温度に基づき制御ユニット12を介してシャワープレートヒータ10を加熱制御し、反応室内部415等を所定の温度に加熱し得るように構成されている。なお、このシャワープレートヒータ10にはヒータ配線13が引き回され接続されている。【００５９】
基板ステージ用ヒータ422は、温度センサ14により検出した温度に基づいて制御ユニット15を介して加熱制御され、基板ステージ421を所定の温度に加熱し得るように構成されている。因みに、この基板ステージ用ヒータ422にはヒータ配線16が引き回され接続されている。なお、反応室支持部412には、反応室内部415の圧力を測る圧力計412aが設けられている。【００６０】
また反応室支持部412には排気用真空ポンプ410まで延びた排気管17が連通しており、この排気管17の途中にはトラップ18が設けられている。これによりＣＶＤ用気化器３から反応室内部415へ供給されたキャリアガスや原料ガスは、排気管17を通過してトラップ18に導かれた後、当該トラップ18において排気ガス内の特定有害物質を除去し、排気バルブ409等を経由して排気用真空ポンプ410から排気され得るようになされている。【００６１】
かかる構成に加えて反応室402にはガス導入口403に反応室側バルブ404を介してＣＶＤ用気化器３が連結されている。ここで本願発明のガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、基板420上に1原子層又は１分子層でなる薄膜を順次形成するＡＬＤ動作時、従来のＣＶＤ装置400（図９）において行なわれていた反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作がおこなわれず、当該反応室側バルブ404が常に開状態となっているとともに、ベント側バルブ407が常に閉状態となっている。【００６２】
これにより反応室402には、ＡＬＤ動作時、ＣＶＤ用気化器３から常にキャリアガスが供給され得る。なお反応室402に供給されたキャリアガスは常に排気管17を介して排気用真空ポンプ410から排気され得るようになされている。【００６３】
また、反応室402には、ＣＶＤ用気化器３によって定量された原料溶液だけを気化した原料ガスが所定のタイミングで供給され得るようになされている。【００６４】
これにより反応室内部415では、基板420上に原料ガスを均一に吹き付け、ヒータ等の加熱装置により加熱することで化学反応を起こさせ、所望の膜厚でなる１原子層又は１分子層の薄膜を基板420上に形成し得るようになされている。【００６５】
すなわち、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、ＣＶＤ用気化器３によって定量された原料溶液だけを気化した原料ガスの供給が終了すると、当該ＣＶＤ用気化器３からキャリアガスだけが再び反応室内部415に供給されるので、反応室側バルブ404を開状態とし、ベント側バルブ407を閉状態としたままでも所望の膜厚でなる１原子層又は１分子層の薄膜を基板420上に形成し得るようになされている。【００６６】
このようにしてガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、被薄膜形成対象物としての基板420上に形成する１原子層又は１分子層の膜厚に応じて定量された所定量の原料溶液だけを気化し、この原料ガスを反応室内部415に間欠的に供給してゆくことで、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作をその都度行うことなく、基板420上に所望の膜厚でなる１原子層又は１分子層の薄膜を順次形成し得るようになされている。【００６７】
（１−２）ＣＶＤ用気化器の詳細構成
次にＣＶＤ用気化器３の詳細構成について以下説明する。このＣＶＤ用気化器３は、気化機構20と、当該気化機構20に設けられた原料溶液供給機構21とを備え、当該気化機構20が反応室側バルブ404を介して反応室のガス導入口403に連結されている。【００６８】
この場合、ＣＶＤ用気化器３は、気化機構20によってキャリアガスを常に反応室402へ供給するとともに、原料溶液供給機構21から供給された所定量の原料溶液ほぼ全てを気化機構20で確実に気化して反応室402に供給し得るように構成されている。【００６９】
（１−２−１）気化機構の構成
ここで先ず初めに気化機構20について説明する。図２に示すように、気化機構20は、窒素ガスやアルゴン等の各種キャリアガスを反応室内部415に供給するキャリアガス流路22が、キャリアガス管23、オリフィス管24及び気化部25により形成されている。【００７０】
実際上、この気化機構20は、キャリアガスを供給する供給機構（図示せず）にキャリアガス管23の基端（すなわちキャリアガス流路22の流入口）が連結されているとともに、キャリアガス管23の先端30がオリフィス管24の基端31に連結され、これによりキャリアガス管23からオリフィス管24に高速のキャリアガスを供給し得るように構成されている。【００７１】
因みに、キャリアガス管23の基端と供給機構との間には、Ｎ２供給バルブ及びマスフローコントローラ（図示せず）が設けられている。またキャリアガス管23には、圧力トランスデューサ32が取り付けられている。【００７２】
なお、圧力トランスデューサ32は、キャリアガス管23内のキャリアガスの圧力及びその変動を正確に測定し、記録しながら常時モニタする。圧力トランスデューサ32は、キャリアガスの圧力レベルに応じた信号レベルを有する出力信号を制御部（図示せず）に送信する。【００７３】
かくして図示しない表示部に、キャリアガスの圧力結果を出力信号に基づいて表示してオペレータにモニタさせ得るようになされている。これによりオペレータは、圧力結果に基づいてキャリアガス流路22の目詰まりをモニタできる。【００７４】
ここでキャリアガス管23は、その内径がオリフィス管24の内径よりも大きく選定され、キャリアガス管23からオリフィス管24に供給されるキャリアガスの流速を一段と速くさせ得るように構成されている。【００７５】
オリフィス管24は、鉛直向きに配置され、その先端33に台形円錐状でなる凸状部34が設けられているとともに、この凸状部34の頂部に細孔35が設けられている。このようにオリフィス管24では、先端に凸状部34を設けたことにより、細孔35の先端たる噴霧口36の外周周辺に傾斜面34a を形成し、これにより残留物が噴霧口36に溜まり難くなり、噴霧口36の目詰まりを抑止し得るようになされている。【００７６】
因みに、この実施の形態の場合、凸状部34の頂角θは、４５°〜１３５°、特に３０°〜４５°の鋭角に形成することが好ましく、この場合、例えば析出した原料化合物によって噴霧口36が詰まることを防止できる。【００７７】
噴霧口36の細孔35は、その内径がオリフィス管24の内径よりも小さく選定され、当該オリフィス管24から細孔35に供給されるキャリアガスの流速がさらに一段と速くなるように構成されている。ここで細孔35の先端は、オリフィス管24の凸状部34が気化部25の基端37に挿入されていることにより、気化部25の内部空間38に突出するように配置され得る。【００７８】
かかる構成に加えてオリフィス管24には、基端31から凸状部34までの間に複数（この場合、例えば５つ）の接続管40a〜40eが連通しており、この接続管40a〜40eにそれぞれ後述する原料溶液供給機構21が設けられている。これによりオリフィス管24は、所定量の原料溶液が原料溶液供給機構21から接続管40a〜40eを介して供給され得るように構成されている。【００７９】
この場合、オリフィス管24は、例えば接続管40aから供給された原料溶液に高速で流れるキャリアガスをあて、当該原料溶液を微粒子状又は霧状にさせてキャリアガス中に分散させ、この状態のまま細孔35を介して気化部25内に高速（２３０ｍ／秒〜３５０ｍ／秒）で噴霧するように構成されている。【００８０】
この実施の形態の場合、オリフィス管24は、内径が例えばΦ１．０ｍｍ程度に選定されているとともに、鉛直向きに延びる長手方向の長さが１００ｍｍ程度に選定され、さらに細孔35の内径がΦ０．２〜０．７ｍｍ程度に選定されており、その内部でキャリアガスを高速にさせ得るようになされている。【００８１】
ここでオリフィス管24に連結した気化部25は、管状でなり、当該オリフィス管24と同様に鉛直向きに配置され、図２に示したように、その内径がオリフィス管24の内径より顕著に大きく選定されていることにより、当該気化部25内の圧力がオリフィス管24内の圧力よりも小さくなるように形成されている。【００８２】
このように気化部25では、オリフィス管24との間で大きな圧力差が設けられていることにより、原料溶液及びキャリアガスがオリフィス管24の先端36から高速（例えば２３０ｍ／秒〜３５０ｍ／秒）で噴出し、内部空間38において膨張させ得るようになされている。【００８３】
実際上、この実施の形態の場合、気化部25内の圧力が例えば１０Ｔｏｒｒ程度に選定されているのに対し、オリフィス管24内の圧力が例えば５００〜１０００Ｔｏｒｒ程度に選定され、気化部25とオリフィス管24との間に大きな圧力差が設けられている。【００８４】
因みに、流量制御後のキャリアガスの圧力は、キャリアガスの流量、溶液流量及び細孔35の寸法によって増減するが、最終的には噴霧口36の寸法を選定してキャリアガスの圧力を制御し、５００〜１０００Ｔｏｒｒにすることが好ましい。【００８５】
これに加えて気化部25の外周には、図１に示したように、基端37及び先端（すなわちキャリアガス流路22の流出口）41の間に加熱手段としてのヒータ42が取り付けられており、このヒータ42によって気化部25が例えば２７０℃程度に加熱され得る。なお、この実施の形態の場合、気化部25の基端37がほぼ半球形状に形成されていることにより、ヒータ42によって当該基端37側を均一に加熱することができるようになされている。【００８６】
かくして気化部25では、オリフィス管24内で高速のキャリアガス流によって分散され霧化した原料溶液を、ヒータ42によって瞬時に加熱して瞬間的に気化するように構成されている。このとき、原料溶液がオリフィス管24内で混合されたときから気化部25内に噴霧されるまでの時間は極めて短時間（好ましくは０．１〜０．００２秒以内）であることが好ましい。原料溶液は、高速のキャリアガス流によって、オリフィス管24内で分散させた直後に微細になり、瞬時に気化部25内で気化する。また、溶媒のみが気化する現象は抑制される。【００８７】
因みに原料溶液及びキャリアガスを高速で気化部25に噴霧することによって、霧の寸法が微細化（霧の直径が１μｍ以下）し、蒸発面積の増大と蒸発速度の増大を図ることができる。なお霧の寸法が１桁減少すると、蒸発面積は１桁増大する。【００８８】
なお噴霧口36から噴出した霧が気化部25の内壁に衝突しないように、噴霧口36の角度と気化部25の寸法を設計することが好ましい。霧が気化部25の内壁に衝突すると、壁面に付着し、蒸発面積が桁違いに減少して、蒸発速度が低下するからである。また、霧が長時間気化部25壁に付着していると、熱分解して蒸発しない化合物に変化する例もあるからである。【００８９】
またこの場合、気化部25は、その内部が減圧されていることにより原料溶液それぞれに含まれる原料化合物の昇華温度を低下させることができ、その結果ヒータ42からの熱で原料溶液を容易に気化させ得るようになされている。【００９０】
このようにして気化部25は、原料溶液を気化し、これを原料ガスとして反応室402に供給し、この反応室402でＣＶＤ法によって1原子層又は１分子層の薄膜を形成させ得るようになされている。【００９１】
なお、気化部25の基端37は、オリフィス管24との間に断熱材43を有し、この断熱材43によって気化部25からの熱がオリフィス管24に伝達され難くなるように構成されている。因みに気化部25の基端37はＯリング44によって気密封止されている。またオリフィス管24と気化部25とを連結する締結部材45にも断熱材46が設けられている。【００９２】
因みに、細孔35から噴霧された霧が気化部25の内壁を濡らさないことが好ましい。理由は、霧に比べて、濡れ壁では蒸発面積が桁違いに減少するからである。つまり、気化部25の内壁が全く汚れない構造が好ましい。また、気化部25の内壁の汚れが簡単に評価できるように、気化部25壁は鏡面仕上げをすることが好ましい。【００９３】
かくして、気化機構20では、高速のキャリアガス流によって原料溶液を瞬間的に霧化させて、ヒータ42の熱で当該原料溶液を容易に気化させ易いようにしていることにより、気化させ難い原料化合物を溶媒に溶かして得た原料溶液であっても気化部25において容易に気化できる。【００９４】
因みに、例えばＳＢＴ（タンタル酸ストロンチウムビスマス）膜を基板420上に形成する場合、原料化合物としては、Sr[Ta(OEt)5(OEtOMe)]2,Bi(OtAm)3を用いることができ、またこのとき溶媒としては、トルエンを用いることが好ましい。また、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を基板420上に形成する場合、原料化合物としては、Pb(DPM)2, Zr(DIBM)4,Ti(Oi-Pr)2(DPM)2又はPb(METHD)2,Zr(MMP)4,Ti(MMP)4を用いることができ、またこのとき溶媒としては、トルエンを用いることが好ましい。【００９５】
また気化機構20では、キャリアガス管23において加圧されたキャリアガスを高速にしてオリフィス管24に導入するため（例えばキャリアガスは５００〜１０００Ｔｏｒｒで、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜２Ｌ／ｍｉｎ）、オリフィス管24において原料溶液の温度上昇を抑制することができる。【００９６】
従って、この気化機構20では、オリフィス管24において原料溶液中の溶剤のみが蒸発気化することを抑制できるので、オリフィス管24において原料溶液が高濃度化することを防止でき、かくして粘度の上昇を抑制できるとともに、原料化合物が析出することを防止できる。【００９７】
さらに、気化機構20では、キャリアガス中に分散した原料溶液を気化部25で瞬時に気化させることができるので、細孔35や細孔35付近に原料溶液中の溶剤のみが気化することを抑止できるため、細孔35の目詰まりを抑止できる。かくしてＣＶＤ用気化器３の連続使用時間を長くすることができる。【００９８】
（１−２−２）原料溶液供給機構の構成
次に上述した気化機構20に設けられた原料溶液供給機構21について以下説明する。なお、接続管40a〜40eにはそれぞれ原料溶液を定量する原料溶液供給機構21が設けられているが、当該原料溶液供給機構21は、オリフィス管24に対して供給する原料溶液の種類が異なるだけで、その構成は同一であることから、説明の便宜上、接続部40aに設けられた原料溶液供給機構21についてのみ説明する。【００９９】
因みに、接続管40a〜40eは、互いに開口部が対向しないようにオリフィス管24に配置されていることにより、例えば接続管40aの開口部からオリフィス管24に供給される原料溶液が、他の接続管40b〜40eの開口部に流入され得ることを確実に防止し得るようになされている。【０１００】
この場合、図１に示したように、原料溶液供給機構21では、原料溶液用タンク50に貯えられた原料溶液を、所定の原料溶液流路51を経由させることにより、液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）52、ブロックバルブ53及び微量定量ポンプ54を順次介してオリフィス管24に供給するように構成されている。なお、この液体マスフローコントローラ52は、原料溶液流路51を流れる原料溶液の流量を制御するようになされている。【０１０１】
ブロックバルブ53は、図２に示したように、第１〜第４の切換バルブ55a〜55dからなり、これら第１〜第４の切換バルブ55a〜55dが図示しない制御部で統括的に制御されている。【０１０２】
実際上、原料溶液をオリフィス管24に供給する場合、ブロックバルブ53は、第１の切換バルブ55aのみを開状態として他の第２〜第４の切換バルブ55b〜55dを閉状態とすることにより、微量定量ポンプ54に原料溶液を供給し得るようになされている。【０１０３】
ここで微量定量ポンプ54は、ブロックバルブ53とともに制御部によって統括的に制御されており、基板420上に形成する1原子層又は１分子層の膜厚に応じた所定量の原料溶液を貯留部56に貯留し得るように構成され、原料溶液用タンク50から供給されてくる原料溶液を定量し得るようになされている。【０１０４】
このようにして原料溶液排出手段としての微量定量ポンプ54は、原料溶液用タンク50から供給されてくる原料溶液について、基板420上に形成する1原子層又は１分子層の膜厚に応じた所定量だけ貯留部56に一旦貯留し、原料溶液用タンク50から供給されてくる原料溶液と隔離し得るようになされている。【０１０５】
ここで貯留部56は、1原子層又は１分子層を形成するのに最適な所定量の原料溶液が貯まるようにその内部容量が予め選定されており、単にその内部に原料溶液を貯めるだけで、1原子層又は１分子層の膜厚を形成するのに最適な所定量の原料溶液を容易に、かつ確実に定量できるように構成されている。【０１０６】
そして、微量定量ポンプ54は、貯留部56に一旦所定量の原料溶液を貯留すると、制御部からの制御信号を待ち受ける。その後、微量定量ポンプ54は、制御部から所定の制御信号を受け取ると、貯留部56に貯留した所定量の原料溶液を所定のタイミングでオリフィス管24に供給し得るように構成されている。【０１０７】
これにより、オリフィス管24では、高速に流れるキャリアガスに対し、定量された微量の原料溶液が供給され、この高速に流れるキャリアガスによって当該原料溶液を微粒子状又は霧状にさせてキャリアガス中に分散させ、これを気化部25に供給し得るようになされている。【０１０８】
また、かかる構成に加えて原料溶液供給機構21では、図１に示したように、微量定量ポンプ54からオリフィス管24に原料溶液を供給していないとき、溶媒用タンク57に貯えられた溶媒を、所定の溶媒流路58を経由させることにより、液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）59、カットバルブ60及び接続管40aを順次介してオリフィス管24に供給するように構成されている。【０１０９】
この場合、制御部は、第２の切換バルブ55b及び第３の切換バルブ55cを閉状態とするとともに、カットバルブ60を開状態とすることにより、接続管40aを通過させてオリフィス管24に溶媒を供給し得るようになされている。かくして接続管40aからオリフィス管24に溶媒だけを流すことにより接続管40aに固形物が目詰まりすることを防止できる。【０１１０】
これに対して、制御部は、第２の切換バルブ55b及びカットバルブ60を閉状態とするとともに、第３の切換バルブ55cを開状態とすることにより、ブロックバルブ53を介してベント管61に溶媒を流して廃棄し得るようになされている。【０１１１】
さらに、制御部は、第１の切換バルブ55aを閉状態として微量定量ポンプ54に原料溶液を供給していないとき、第３の切換バルブ55c及びカットバルブ60を閉状態とするとともに、第２の切換バルブ55bを開状態とすることにより、ブロックバルブ53、微量定量ポンプ54及び接続管40aを順次介してオリフィス管24に溶媒を供給し得るようになされている。かくして微量定量ポンプ54に溶媒だけを流すことにより、当該微量定量ポンプ54に固形物が目詰まりすることを防止できる。【０１１２】
なお、制御部は、第１の切換バルブ55a、第２の切換バルブ55b及び第３の切換バルブ55cを閉状態とするとともに、第４の切換バルブ55dを開状態とすることにより、ブロックバルブ53を介してベント管61に原料溶液を流して廃棄し得ることもできるように構成されている。【０１１３】
（１−３）動作及び効果
以上の構成において、ＣＶＤ用気化器３では、原料溶液用タンク50及びオリフィス管24の間に設けた原料溶液流路51に微量定量ポンプ54を設け、原料溶液用タンク50から供給されてくる原料溶液を微量定量ポンプ54で定量し、1原子層又は１分子層の膜厚に応じた量だけ原料溶液を貯留部56に貯留する。【０１１４】
次いでＣＶＤ用気化器３では、オリフィス管24において反応室402に向けて常に高速で流れるキャリアガス流に、微量定量ポンプ54で定量した所定量の原料溶液を供給することにより、原料溶液を所定量だけ微粒子状又は霧状にさせてキャリアガス中に分散させ、そのまま気化部25で気化し原料ガスとして反応室402に供給する。【０１１５】
かくして、ＣＶＤ膜生成処理を行うガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、微量定量ポンプ54によって定量した所定量の原料溶液だけを原料ガスとして反応室402内に供給でき、これにより当該原料ガスを基板420上に均一に吹き付けてヒータ422等により加熱して基板420上で化学反応を起こさせる。【０１１６】
ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、微量定量ポンプ54によって定量した所定量の原料溶液全てが気化機構20に供給し終えると、これに伴い反応室内部415への原料ガスの供給が停止し、その結果、反応室402にはキャリアガスだけが再び供給される。かくしてガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作を行わずに、所望の膜厚でなる1原子層又は１分子層の薄膜を基板420上に形成できる。【０１１７】
また、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、このようにして１原子層又は１分子層の薄膜を形成する薄膜形成動作をし終えると、所定時間経過後、再び微量定量ポンプ54によって定量した所定量の原料溶液が気化機構20に供給されることにより、新たに所望の膜厚でなる１原子層又は１分子層の薄膜を基板420上に形成する。【０１１８】
このようにしてガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、微量定量ポンプ54によって定量した所定量だけ気化機構20に原料溶液を供給する薄膜形成動作を複数回繰り返し、反応室402に原料ガスを間欠的に供給して所定の膜厚を順次形成でき、かくして高密度及び高品質の薄膜を基板420上に形成できる。【０１１９】
このようにガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、成膜形成動作を繰り返すＡＬＤ動作時、従来のＣＶＤ装置400（図９）において行なわれていた反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作を一切行わずに、微量定量ポンプ54によって正確に定量した所定量の原料溶液だけを気化機構20で気化し、これを原料ガスとして反応室402に供給することにより反応室402内で1原子層又は１分子層でなる所望の膜厚を形成できる。【０１２０】
従って、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作によって原料ガスが廃棄されるのを回避しながら、1原子層又は１分子層でなる所望の膜厚の薄膜を基板420上に順次形成させてゆくことができる。【０１２１】
また、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、ＡＬＤ動作時、反応室側バルブ404を常に開状態とし、ベント側バルブ407を常に閉状態としてＣＶＤ用気化器３からのキャリアガスを常に反応室402に供給するように構成したことにより、反応室402の圧力変化が生じることがなく、当該反応室402内における成膜処理条件を均一に維持できる。【０１２２】
さらに、このガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、ＡＬＤ動作時、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作が繰り返し頻繁に行なわれることがないため、これら反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の動作寿命を延ばすことができ、その結果、従来に比してメンテナンス頻度を少なくして稼働率が低下することを回避できる。【０１２３】
そして、このガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、1原子層又は１分子層の膜厚を形成するのに最適な所定量の原料溶液が貯まるように微量定量ポンプ54の貯留部56が予め選定されていることにより、単に貯留部56に原料溶液を貯めるだけで、1原子層又は１分子層の膜厚を形成するのに最適な所定量の原料溶液を容易に、かつ確実に気化機構20に供給することができる。【０１２４】
また、ＣＶＤ用気化器３において用いた気化機構20では、オリフィス管24内で原料溶液を微粒子状又は霧状にしてキャリアガス中に分散させ、熱で当該原料溶液全てを容易に気化させ易いようにし、またオリフィス管24において原料溶液の温度上昇を抑制し原料化合物が析出することもないので、微量定量ポンプで精密に定量された所定量の原料溶液全てを正確に気化でき、かくして反応室402内に常に一定量の原料ガスを正確に供給できる。【０１２５】
以上の構成によれば、ＡＬＤ動作時において、反応室402にキャリアガスを供給し続け、微量定量ポンプ54で定量した1原子層又は１分子層の膜厚に応じた所定量の原料溶液を間欠的に気化機構20に供給し、これにより得られた所定量の原料溶液からなる原料ガスをキャリアガスと共に反応室402に供給するようにした。【０１２６】
従って、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作によって原料ガスが廃棄されるのを回避しながら、1原子層又は１分子層でなる所望の膜厚の薄膜を基板420上に順次形成させてゆくことができ、かくして1原子層又は１分子層の薄膜を順次形成してゆく過程で原料ガスを廃棄しない分だけ原料ガスの使用効率を格段と向上させ得る。【０１２７】
また、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、ＡＬＤ動作時、反応室側バルブ404を常に開状態とし、ＣＶＤ用気化器３からのキャリアガスが常に反応室402に供給するようにしたことにより、反応室402の圧力変化が生じることがなく、当該反応室402内における成膜処理条件を均一に維持でき、かくして原料ガスに応じた1原子層又は１分子層の膜厚を基板420上に均一に形成し得る。【０１２８】
さらに、ガスシャワー式熱ＣＶＤ装置１では、ＡＬＤ動作時、反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の開閉動作が繰り返し頻繁に行なわれることもないため、これら反応室側バルブ404及びベント側バルブ407の動作寿命を延ばすことができ、かくして従来に比してメンテナンス頻度を少なくして生産性を向上できる。【０１２９】
（２）第２の実施の形態
図１との対応部分に同一符号を付して示す図３において、70は半導体製造装置としての熱ＣＶＤ装置を示し、反応室71の側部方向から原料ガスを間欠的に供給して行なわれる一連のＡＬＤ式の動作を実行し得るように構成されており、それ以外は上述した第１の実施の形態と同様の構成を有する。このようなＣＶＤ膜生成処理を行う熱ＣＶＤ装置70でも、ＣＶＤ用気化器３を搭載していることから、上述した同様の効果を得ることができる。【０１３０】
（３）第３の実施の形態
図１との対応部分に同一符号を付して示す図４において、75は半導体製造装置としてのプラズマＣＶＤ装置を示し、上述した第１の実施の形態とはＣＶＤ部76の構成が異なるものである。【０１３１】
実際上、このＣＶＤ部76には、反応室402にＲＦ（Radio Frequency）プラズマ発生電極77が設けられており、当該ＲＦプラズマ発生電極77によって反応室402内でプラズマを発生させ得るようになされている。なお、79はノイズカットフィルタである。【０１３２】
この場合、反応室402の上方にはＲＦ電源78が配設され、当該ＲＦ電源78にはプラズマ発生電極77が装着されている。これによりプラズマＣＶＤ装置75では反応室12内にプラズマを発生させ、基板420上で化学反応を起こさせて所望の膜厚でなる1原子層又は１分子層の薄膜を形成できるように構成されている。このようなＣＶＤ膜生成処理を行うプラズマＣＶＤ装置75でも、ＣＶＤ用気化器３を搭載していることから、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【０１３３】
（４）第４の実施の形態
図１との対応部分に同一符号を付して示す図５において、80は半導体製造装置としてのシャワー式プラズマＣＶＤ装置を示し、上述した第１の実施の形態とはＣＶＤ部81の構成が異なるものであり、プラズマ方式で、かつシャワープレート416を備えた構成を有する。【０１３４】
実際上、このＣＶＤ部81には、シャワープレート416の上部に絶縁材82を介してＲＦ（Radio Frequency）電源83が形成され、その上部にシャワープレートヒータ10が設けられている。なお84はノイズカットフィルタであり、制御ユニット12にＲＦ電圧が侵入するのを防止するためのものである。このようなＣＶＤ膜生成処理を行うシャワー式プラズマＣＶＤ装置80でも、ＣＶＤ用気化器３を搭載していることから、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【０１３５】
（５）第５の実施の形態
図６において、90は半導体製造装置としてのローラ式プラズマＣＶＤ装置を示し、ローラ式ＣＶＤ部91に上述したＣＶＤ用気化器３が複数設けられた構成を有する。【０１３６】
このローラ式プラズマＣＶＤ装置90は、ローラ式ＣＶＤ部91に複数のプラズマ発生装置92a〜92eが設けられており、被成膜テープ93を正方向Ｆに走行させたり、或いは当該正方向Ｆとは逆方向Ｒに走行させることにより、各プラズマ発生装置92a〜92eにおいて薄膜を形成し、異なる原料でなる薄膜からなる多層膜を形成し得るようになされている。【０１３７】
実際上、このローラ式プラズマＣＶＤ装置90では、各プラズマ発生装置92a〜92e毎に本願発明のＣＶＤ用気化器３が設けられており、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【０１３８】
因みに、このローラ式プラズマＣＶＤ装置90は、反応室94内に成膜ローラ95を挟んで第１の巻き取りローラ96及び第２の巻き取りローラ97が配置されている。また、成膜ローラ95の一方側には第１の送りローラ98及び第１のテンションコントロールローラ99が配置されているとともに、成膜ローラ95の他方側には第２の送りローラ100及び第２のテンションコントロールローラ101が配置されている。なお、成膜ローラ95は、直径が例えば１０００〜２００００ｍｍと大径であり、幅が例えば２ｍである。【０１３９】
これによりローラ式プラズマＣＶＤ装置90では、第１の巻き取りローラ96から第１の送りローラ98、第１のテンションコントロールローラ99、成膜ローラ95、第２のテンションコントロールローラ101及び第２の送りローラ100を経由して第２の巻き取りローラ97に被成膜テープ93を走行させる走行経路が形成され、被成膜テープ93がその走行経路に沿って第１の巻き取りローラ96から第２の巻き取りローラ97に向かう方向（正方向Ｆ）に走行し得るとともに、その逆方向Ｒたる第２の巻き取りローラ97から第１の巻き取りローラ96に向かう方向に走行し得る。【０１４０】
この場合、各プラズマ発生装置92a〜92eは、成膜ローラ95上の各エリアに対応して設けられており、被成膜テープ93のそのエリア上に位置する部分にＣＶＤ用気化器３を動作させて薄膜を形成することができる。また、各プラズマ発生装置92a〜92e及びＣＶＤ用気化器３はそれぞれ個別に各種ＣＶＤ条件を設定できるように制御され、形成する薄膜も個別に設定できるようにされており、個別に成膜動作をさせたり、成膜動作を停止させたりする制御も個別に行え得るように構成されている。【０１４１】
なお、それぞれ隣接するプラズマ発生装置92a〜92e間には原料ガスの干渉を防止するため仕切板105が配置されている。なお106は排気管、107は防着板、108はガスシャワー電極、109はＲＦ電源である。本実施例では、成膜ローラ95がアースされ、ガスシャワー電極108がＲＦ電源109の端子に接続されており、プラズマ発生装置92a〜92eの電位が高くなっている。【０１４２】
かくしてこのようなＣＶＤ膜生成処理を行うローラ式プラズマＣＶＤ装置90では、被成膜テープ93を正方向Ｆに走行させたり、或いは逆方向Ｒに走行させる動作を交互に繰り返し、例えば５０層〜１０００層という多層膜を比較的効率的に形成できる。【０１４３】
（６）第６の実施の形態
図６との対応部分に同一符号を付して示す図７において、120は半導体製造装置としてのローラ式プラズマＣＶＤ装置を示し、このローラ式プラズマＣＶＤ装置120は、上述した第５の実施の形態とは成膜ローラ95の電位が高くなっている点で相違する。すなわち、ローラ式プラズマＣＶＤ装置120では、１つのＲＦ電源121の一端が成膜ローラ95に接続され、各プラズマ発生装置92a〜92eのガスシャワー電極108がアースされている点で異なる。このようなローラ式プラズマＣＶＤ装置120でも、本願発明のＣＶＤ用気化器３が設けられていることから、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【０１４４】
（７）第７の実施の形態
図６との対応部分に同一符号を付して示す図８において、130は半導体製造装置としてのローラ式熱ＣＶＤ装置を示し、このローラ式熱ＣＶＤ装置130は、プラズマ発生装置が設けられておらず、シャワープレート部131a〜131eと成膜ローラ95との間に電圧がかかっていない点で上述した第５の実施の形態と相違する。因みに、このローラ式熱ＣＶＤ装置130では主として成膜ローラ95により被成膜テープ93を加熱し得るように構成されている。【０１４５】
このようなＣＶＤ膜生成処理を行うローラ式熱ＣＶＤ装置130でも、各シャワープレート部131a〜131e毎に本願発明のＣＶＤ用気化器３が設けられていることから、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【０１４６】
（８）他の実施の形態
なお本願発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施の形態においては、接続管40aに設けられた微量定量ポンプ54から１種類の原料溶液を気化機構20に供給するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、接続管40a〜40eに設けられた各微量定量ポンプ54から異なる種類の原料溶液を同時に気化機構20に供給したり、或いは接続管40a〜40eに設けられた各微量定量ポンプ54から異なる種類の原料溶液を時間を空けて順次気化機構20に供給するようにしても良い。【０１４７】
また、上述した実施の形態においては、高速のキャリアガス流によって原料溶液を瞬間的に霧化させて、ヒータ42の熱で当該原料溶液を容易に気化させ易いように構成した気化機構20を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＣＶＤ装置において用いられている通常の気化機構を適用するようにしても良い。【０１４８】
またこのように通常の気化機構を用いる場合には、反応室402のガス導入口403（図１）の近傍に気化部を設けずに、図９に示したような従来のガス供給路405の分岐点に接続管40a〜40eを設け、この接続管40a〜40eに気化部を設けて、当該気化部で得た原料ガスを接続管40a〜40eを介してガス供給路405（図９）に供給するようにしても良い。【０１４９】
要は、キャリアガス流路22の流出口及び微量定量ポンプ54の間の所定位置に気化部を設け、原料溶液用タンク50から気化部に原料溶液を供給する際、微量定量ポンプ54で定量した1原子層又は１分子層の膜厚に応じた所定量の原料溶液を気化機構20に供給し、これにより得られた所定量の原料溶液からなる原料ガスだけを反応室402に供給する構成であれば良い。【０１５０】
さらに、上述した実施の形態においては、微量定量ポンプ54で定量した原料溶液を、規則的な間隔を空けて間欠的に気化機構20に供給するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、微量定量ポンプ54で定量した原料溶液を、不規則な間隔を空けて断続的に気化機構20に供給するようにしても良い。この場合、微量定量ポンプ54により必要に応じて原料溶液の供給を複数回繰り返して行うことができる。【０１５１】
さらに、上述した実施の形態においては、ＣＶＤ膜生成処理を行う熱ＣＶＤ装置70、プラズマＣＶＤ装置75、シャワー式プラズマＣＶＤ装置80、ローラ式プラズマＣＶＤ装置90、ローラ式プラズマＣＶＤ装置120及びローラ式熱ＣＶＤ装置130等の薄膜形成装置を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、反応室内でエッチング処理を行うエッジング装置や、反応室内でスパッタリング処理を行うスパッタリング装置又は反応室内でアッシング処理を行うアッシング装置等のこの他種々の処理を行う半導体製造装置を適用するようにしても良い。この場合にも本発明による気化器を反応室に設けることができ、これにより上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【０１５２】
さらに、上述した実施の形態においては、半導体製造方法として、薄膜形成装置において行われる薄膜形成方法について適用するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、エッチング方法等のこの他種々の半導体製造方法に適用するようにしても良い。【０１５３】
さらに、上述した実施の形態においては、微量定量ポンプ54で原料溶液を1原子層又は１分子層の量に定量するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、微量定量ポンプ54で５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量等この他種々の量に定量するようにしても良く、この場合、例えば５００ｎｍ以下の膜厚に応じた量だけ原料溶液を気化部25に供給できる。【０１５４】
さらに、上述した実施の形態においては、原料溶液を貯留する量が予め定められた微量定量ポンプ54を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて適宜貯留量が可変する可変型の微量定量ポンプを適用するようにしても良い。【０１５５】
さらに、上述した実施の形態においては、原料溶液排出手段として、微量定量ポンプ54を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、原料溶液を所定量に定量して気化機構20に供給できれば、この他種々の原料溶液排出手段を適用するようにしても良い。【０１５６】
さらに、上述した実施の形態においては、固体状の原料化合物を溶媒に溶かしたものを原料溶液として適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、液体状の原料化合物自体を原料溶液として適用するようにしても良い。
【図１】
2007097024.tif 000003
【図２】
2007097024.tif 000004
【図３】
2007097024.tif 000005
【図４】
2007097024.tif 000006
【図５】
2007097024.tif 000007
【図６】
2007097024.tif 000008
【図７】
2007097024.tif 000009
【図８】
2007097024.tif 000010
【図９】
2007097024.tif 000011
【国際調査報告】
2007097024.tif 000012
2007097024.tif 000013
2007097024.tif 000014
2007097024.tif 000015