(57)【要約】【課題】原料ガスの流路途中で低温部分が発生することを防止し、もって原料ガスが再液化したり再固化することを抑制することが可能な原料ガスの供給システムを提供する。【解決手段】減圧雰囲気になされたガス使用系２に対して原料ガスを供給する原料ガスの供給システムにおいて、液体原料又は固体原料を貯留する原料タンク４０と、原料タンクに一端が接続され、ガス使用系に他端が接続された原料通路４６と、原料タンク内へ流量制御されたキャリアガスを供給するキャリアガス供給機構５４と、原料通路の途中に介設された開閉弁４８，５０と、原料通路と開閉弁とを加熱する加熱手段６４と、加熱手段を制御する温度制御部９２とを備え、原料通路と前記開閉弁とを、それぞれ熱伝導性が良好な金属材料により形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気になされたガス使用系に対して原料ガスを供給する原料ガスの供給システムにおいて、
液体原料又は固体原料を貯留する原料タンクと、
前記原料タンクに一端が接続され、前記ガス使用系に他端が接続された原料通路と、
前記原料タンク内へ流量制御されたキャリアガスを供給するキャリアガス供給機構と、
前記原料通路の途中に介設された開閉弁と、
前記原料通路と前記開閉弁とを加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を制御する温度制御部とを備え、
前記原料通路と前記開閉弁とを、それぞれ熱伝導性が良好な金属材料により形成するようにしたことを特徴とする原料ガスの供給システム。
【請求項２】
前記開閉弁は、複数個設けられていることを特徴とする請求項１記載の原料ガスの供給システム。
【請求項３】
前記原料通路には、前記原料ガスの流量を測定する流量計が介設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の原料ガスの供給システム。
【請求項４】
前記開閉弁は、
ガス入口とガス出口と弁座により区画された弁口とを有する弁箱と、
前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、
前記弁体に連結された弁棒と、
前記弁棒を移動させるアクチュエータと、
前記弁棒の移動を許容しつつ前記弁棒を前記弁箱内の原料ガスの流れ領域から区画するために前記弁棒を覆って伸縮可能に設けられたベローズとを有し、
少なくとも前記弁箱と前記弁体とが前記熱伝導性が良好な金属材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項５】
前記加熱手段は、棒状ヒータ又は面状ヒータよりなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項６】
前記液体原料又は固体原料は、その分解温度よりも低い使用温度領域で蒸気圧が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下で用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項７】
前記原料通路の内径は、１９．０５ｍｍ（３／４インチ）以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項８】
前記熱伝導性が良好な金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群より選択される１以上の金属材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項９】
前記液体原料又は固体原料は、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、ＴａＣｌ５ 、ＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）及びＴＢＴＤＥＴ（登録商標）よりなる群より選択される１の原料であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項１０】
前記ガス使用系は、被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置本体であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システム。
【請求項１１】
被処理体に対して成膜処理を施すための成膜装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段に接続された請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システムと、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置及びこれに原料ガスを供給する供給システムに係り、特に蒸気圧が低くて蒸発し難い原料をガス化して供給するのに有用な半導体デバイス用の原料ガスの供給システム及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅やタングステンを用いる傾向にある（特許文献１、２）。そして、この配線材料や埋め込み材料として銅を用いる場合には、その下層との密着性や金属の熱拡散抑制効果等を考慮して、一般的にはタンタル金属（Ｔａ）やタンタル窒化膜（ＴａＮ）等がバリヤ層として用いられる。
【０００３】
また、タングステンを用いる場合には、その下層との密着性や金属の熱拡散抑制効果等を考慮して、チタン膜（Ｔｉ）、チタン窒化膜（ＴｉＮ）等がバリヤ層として用いられる。上記したＴａ膜やＴｉ膜、或いはこれらの金属を含む膜を形成する場合には、例えば固体原料を貯留する原料タンク内を加熱して上記固体原料を昇華させ、上記金属を含む原料ガスを形成し、これを原料タンクから延びる配管を介して成膜装置の処理容器内へ導入し、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により半導体ウエハ等の表面に上記薄膜を堆積させるようになっている。尚、原料が液体の場合にはバブリング等を行うことにより原料ガスを形成し、これをキャリアガスと共に流す。
【０００４】
この場合、上記したような金属を含む原料ガスは比較的蒸気圧が低いことから、これを加熱することにより蒸発を促進させて原料ガスを形成するようになっている。このため、この原料ガスが、例えばステンレススチールよりなる配管内を流れる間に冷却されて再固化することを防止するために、上記配管にはブロックヒータ、テープヒータ、マントルヒータ、シリコンラバーヒータ等の各種のヒータがその形状に応じて取り付けられており、配管全体及びこの配管に介設される各種部品を加熱するようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−７７３６５号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近にあっては、上記したＴｉやＴａの金属に代えて、特性の更に良好な金属、例えばＲｕ（ルテニウム）が提案されている。このＲｕに代表される金属膜は、バリヤ層として良好な特性を有しているのみならず、例えばＣｕメッキ処理を行う場合には、そのシード膜としての機能も兼ね備えた有用性の大きな金属膜である。
【０００７】
このＲｕ金属を含む原料ガスは、一般的にはＲｕ３ （ＣＯ）１２よりなる室温で固体（粉末）の原料を加熱して昇華させ、形成された原料ガスをキャリアガスによって成膜装置まで流して処理容器内へ流すようにしている。そして、この原料ガスは、上記したＴｉ原料ガスやＴａ原料ガスと比較して蒸気圧がかなり低くて蒸発し難い特性を有しているので、上記配管やこの途中に介設される開閉弁に代表される各種の部材には十分にヒータを設けて全体的に加熱することにより原料ガスが途中で再固化しないようにしている。
【０００８】
しかしながら、前述したように、上記配管や開閉弁を形成する材料は、熱伝導率が比較的低い材料であるステンレススチール等よりなることから、上記ヒータと配管や各種の部材との接触が不十分な場合や、ヒータの設置分布が不均一な場合には、熱伝導が十分に行われなくなって温度分布に不均一が発生し、特に温度の低い部分で原料ガスが再固化したり、再液化したり（液体原料に対してバブリング等を適用した場合）、処理容器内に十分な量の原料ガスを供給できないばかりか、配管内に固形物が付着するとパーティクルの発生原因になってしまう、といった問題があった。
【０００９】
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、原料タンクからガス使用系に至る原料通路とこれに介設される開閉弁とを熱伝導性が良好な金属材料により構成することにより、原料ガスの流路途中で低温部分が発生することを防止し、もって原料ガスが再固化したり再液化することを抑制することが可能な原料ガスの供給システム及び成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、減圧雰囲気になされたガス使用系に対して原料ガスを供給する原料ガスの供給システムにおいて、液体原料又は固体原料を貯留する原料タンクと、前記原料タンクに一端が接続され、前記ガス使用系に他端が接続された原料通路と、前記原料タンク内へ流量制御されたキャリアガスを供給するキャリアガス供給機構と、前記原料通路の途中に介設された開閉弁と、前記原料通路と前記開閉弁とを加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する温度制御部とを備え、前記原料通路と前記開閉弁とを、それぞれ熱伝導性が良好な金属材料により形成するようにしたことを特徴とする原料ガスの供給システムである。
【００１１】
このように、原料タンクからガス使用系に至る原料通路とこれに介設される開閉弁とを熱伝導性が良好な金属材料により構成することにより、原料ガスの流路途中で低温部分が発生することを防止し、もって原料ガスが再固化したり再液化することを抑制することができる。従って、成膜処理の再現性を高く維持することができると共に、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００１２】
この場合、請求項２に記載したように、前記開閉弁は、複数個設けられている。
また、例えば請求項３に記載したように、前記原料通路には、前記原料ガスの流量を測定する流量計が介設されている。
また、例えば請求項４に記載したように、前記開閉弁は、ガス入口とガス出口と弁座により区画された弁口とを有する弁箱と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、前記弁体に連結された弁棒と、前記弁棒を移動させるアクチュエータと、前記弁棒の移動を許容しつつ前記弁棒を前記弁箱内の原料ガスの流れ領域から区画するために前記弁棒を覆って伸縮可能に設けられたベローズとを有し、少なくとも前記弁箱と前記弁体とが前記熱伝導性が良好な金属材料により形成されている。
【００１３】
また、例えば請求項５に記載したように、前記加熱手段は、棒状ヒータ又は面状ヒータよりなる。
また、例えば請求項６に記載したように、前記液体原料又は固体原料は、その分解温度よりも低い使用温度領域で蒸気圧が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下で用いる。
また、例えば請求項７に記載したように、前記原料通路の内径は、１９．０５ｍｍ（３／４インチ）以上である。
【００１４】
また、例えば請求項８に記載したように、前記熱伝導性が良好な金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群より選択される１以上の金属材料である。
また、例えば請求項９に記載したように、前記液体原料又は固体原料は、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、ＴａＣｌ５ 、ＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）及びＴＢＴＤＥＴ（登録商標）よりなる群より選択される１の原料である。
また、例えば請求項１０に記載したように、前記ガス使用系は、被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置本体である。
【００１５】
請求項１１に係る発明は、被処理体に対して成膜処理を施すための成膜装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続された請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の原料ガスの供給システムと、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る原料ガスの供給システム及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
原料タンクからガス使用系に至る原料通路とこれに介設される開閉弁とを熱伝導性が良好な金属材料により構成することにより、原料ガスの流路途中で低温部分が発生することを防止し、もって原料ガスが再固化したり再液化することを抑制することができる。従って、成膜処理の再現性を高く維持することができると共に、パーティクルの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る原料ガスの供給システム及び成膜装置の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る原料ガスの供給システムを有する成膜装置を示す概略構成図、図２は原料ガスの供給システムで用いる開閉弁の一例を示す断面構成図である。ここでは固体原料としてＲｕ３ （ＣＯ）１２を用い、キャリアガスとしてＣＯ（一酸化炭素）を用いてＲｕ金属膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係る成膜装置２は、被処理体としての半導体ウエハＷに対して成膜処理を実際に施すガス使用系としての成膜装置本体４と、この成膜装置本体４に対して原料ガスを供給する原料ガスの供給システム６とにより主に構成されている。
【００１９】
まず、上記成膜装置本体４について説明する。この成膜装置本体４は、例えばアルミニウム合金等よりなる筒体状の処理容器８を有している。この処理容器８内には、被処理体である半導体ウエハＷを保持する保持手段１０が設けられる。具体的には、この保持手段１０は、容器底部より支柱１２により起立された円板状の載置台１４よりなり、この載置台１４上にウエハＷが載置される。そして、この載置台１４内には、例えばタングステンワイヤ等よりなる加熱手段１６が設けられており、上記ウエハＷを加熱するようになっている。ここで上記加熱手段１６としては、タングステンワイヤ等に限定されず、例えば加熱ランプを用いてもよい。
【００２０】
この処理容器８の底部には、排気口１８が設けられ、この排気口１８には圧力調整弁２０及び真空ポンプ２２が順次介設された排気通路２４を有する真空排気系２６が接続されており、上記処理容器８内を真空引きして所定の減圧雰囲気に維持できるようになっている。この処理容器８の側壁には、ウエハＷを搬出入する開口２８が形成されており、この開口２８には、これを気密に開閉するためのゲートバルブ３０が設けられている。
【００２１】
そして、この処理容器８の天井部には、例えばシャワーヘッド３２よりなるガス導入手段３４が設けられており、下面に設けたガス噴出孔３３より処理容器８内へ必要なガスを供給するようになっている。そして、このシャワーヘッド３２のガス入口３２Ａに、上記原料ガスの供給システム６や他に必要なガスがある場合には、そのガスの供給系が接続されている。用いるガス種によっては、このシャワーヘッド３２内では原料ガスと他のガスが混合される場合もあるし、シャワーヘッド３２内へ別々に導入されて別々に流れて処理容器８内で混合される場合もある。
【００２２】
ここでは、ガス導入手段３４としてシャワーヘッド３２を用いているが、これに代えて単なるノズル等を用いてもよい。そして、上記シャワーヘッド３２及び処理容器８の側壁には、それぞれ容器側加熱ヒータ３６、３８が設けられており、それぞれ所定の温度に維持できるようになっている。
【００２３】
次に、上記原料ガスの供給システム６について説明する。まず、この原料ガスの供給システム６は、固体原料又は液体原料を貯留する原料タンク４０を有している。ここでは、この原料タンク４０内には、固体原料４２が貯留されており、この固体原料４２としては、前述したようにＲｕ３ （ＣＯ）１２が用いられている。この固体原料４２は、蒸気圧が非常に低くて蒸発し難い特性を有している。尚、上記固体原料４２に代えてバブリング等により原料ガスが形成される液体原料を用いてもよい。
【００２４】
そして、この原料タンク４０の天井部に設けたガス出口４４に一端を接続し、上記成膜装置本体４のシャワーヘッド３２のガス入口３２Ａに他端を接続して原料通路４６が設けられており、上記原料タンク４０にて発生した原料ガスを供給できるようになっている。そして、上記原料通路４６の途中には、ここでは複数の開閉弁４８、５０と、両開閉弁４８、５０の間に位置させて原料ガスの流量を測定する流量計５２とが介設されている。このように２つの開閉弁４８、５０を設ける理由は、この原料ガスの供給システム６のメンテナンス作業を行い易くするためである。ここで開閉弁は１つだけ設けるようにしてもよいし、また流量計５２を設けないようにしてもよい。
【００２５】
また、上記原料タンク４０には、この原料タンク４０内へ流量制御されたキャリアガスを供給するキャリアガス供給機構５４が設けられている。具体的には、このキャリアガス供給機構５４は、上記原料タンク４０の下面側に設けられ、上記原料タンク４０にキャリアガスを供給するためのキャリアガス管５６を有している。このキャリアガス管５６の途中には、マスフローコントローラのような流量制御器５８とキャリアガス開閉弁６０とが順次介設されており、キャリアガスを流量制御しつつ供給して上記固体原料４２を加熱することにより、この固体原料４２を気化させて原料ガスを形成するようになっている。また原料タンク４０の内部には、上記キャリアガス管５６が設置された側の近傍に、多孔板４１が設置され、上記固体原料４２を上記多孔板４１の上に保持すると共に、上記キャリアガス管５６から供給されるキャリアガスが、上記多孔板４１に形成された孔部を介して、上記原料タンク４０内に均一に供給される構造となっている。
【００２６】
そして、上記原料タンク４０には、これを加熱するためのタンク加熱手段６２がタンク全体を覆うようにして設けられており、固体原料４２の気化を促進させるようになっている。この場合、固体原料４２の加熱温度は、分解温度未満の温度である。）
【００２７】
また、上記原料通路４６と両開閉弁４８、５０及び流量計５２には、加熱手段６４が設けられており、これらを加熱して原料ガスが再固化することを防止するようになっている。例えば原料通路４６には、通路用加熱手段６４Ａが設けられ、両開閉弁４８、５０には弁用加熱手段６４Ｂが設けられ、流量計５２には流量計用加熱手段６４Ｃが設けられる。
【００２８】
この加熱手段６４（６４Ａ〜６４Ｃ）としては、テープヒータ、マントルヒータ、シリコンラバーヒータのような面状ヒータやカートリッジヒータのような棒状ヒータを用いることができ、いずれにしてもその形状は問わない。
【００２９】
そして、ここでは本発明の特徴として、上記原料通路４６と両開閉弁４８、５０とは、それぞれ熱伝導性が良好な金属材料により形成されている。尚、好ましくは流量計も上記熱伝導性が良好な金属材料により形成する。具体的には、上記熱伝導性が良好な金属材料として、ここではアルミニウムが用いられている。すなわち、原料通路４６は、その全体がアルミニウムにより形成されており、その内径は１９．０５ｍｍ（３／４インチ）以上に設定され、原料ガスの流れるコンダクタンスができるだけ大きくなるようにしている。この内径が１９．０５ｍｍ（３／４インチ）よりも小さくなると、コンダクタンスが小さくなり過ぎ、蒸気圧の低い原料ガスを十分な量で供給できなくなる。
【００３０】
また、上記両開閉弁４８、５０も上記アルミニウムで形成されている。上記両開閉弁４８、５０は共に同じような構造となっているので、ここでは代表として一方の開閉弁４８を例にとって、その概略的構成について図２を参照して説明する。
【００３１】
図２に示すように、この開閉弁４８は、上述したように熱伝導性が良好な金属材料であるアルミニウム製の弁箱６６を有している。この弁箱６６内には作動空間６８が形成されており、この作動空間に連通するようにしてガス入口７０とガス出口７２とが形成されている。このガス入口７０には、原料通路４６の上流側がＯリング等のシール部材７４を介して気密に接続される。また、上記ガス出口７２には、原料通路４６の下流側がＯリング等のシール部材７６を介して気密に接続される。
【００３２】
そして、上記作動空間６８に臨むようにして弁座７８によりリング状に区画された弁口８０が形成されている。そして、この弁口８０は上記ガス出口７２側に連通されている。上記作動空間６８側には、上記弁座７８に着座可能になされた円形状の弁体８２が設けられると共に、この弁体８２には、弁棒８４が連結されている。そして、この弁棒８４の基部はアクチュエータ８６に連結されており、上記弁体８２を開方向及び閉方向へ移動するようになっている。この弁体８２の移動により、弁口８０の開動作及び閉動作を行うようになっている。
【００３３】
そして、上記弁棒８４の周囲を覆って囲むようにして伸縮可能になされたベローズ８８が設けられており、上記弁棒８４の移動を許容しつつ上記弁棒８４をこの弁箱８４内の原料ガスの流れ領域から区画するようになっている。
【００３４】
ここで上記弁体７８も上記熱導電性が良好な金属材料であるアルミニウムにより形成されている。この場合、好ましくは、ベローズ８８及び／又は弁棒８４も上記アルミニウムにより形成する。またベローズ８８の強度が低い場合には、これをステンレススチールにより形成するようにしてもよい。
【００３５】
そして、この弁箱６６の周囲を略覆うようにして面状になされた弁用加熱手段６４Ｂが設けられている。尚、この面状の弁用加熱手段６４Ｂを弁箱６６の表面の一部に設けるようにしてもよい。ここで、弁用加熱手段６４Ｂとして上記面状の加熱手段に代えてカートリッジヒータのような棒状のヒータを用いる場合には、弁箱６６は熱伝導性が良好な金属材料により形成されているので、これを弁箱６６の適当な箇所に１本、或いは複数本埋め込むようにして設けるようにしてもよい。
【００３６】
同様に、原料通路４６に対しても面状ヒータを表面全面に設けてもよく、適当な間隔ずつ隔てて設けるようにしてもよい。また、カートリッジヒータのような棒状ヒータを用いる場合にも、これを全面に亘って埋め込むようにしてもよく、或いは適当な間隔ずつ隔てて埋め込むようにして設けるようにしてもよい。
【００３７】
そして、上記弁箱６６の一部には、例えば熱電対よりなる温度測定器９０が設けられており、この温度を測定できるようになっている。尚、この温度測定器は、図示しないが上記原料タンク４０、原料通路４６、流量計５２、処理容器８にも設けられている。また、上記流量計５２は、例えば特開２００４−１０９１１１号公報等に示されるように、バイパス管とこれを迂回して流れるセンサ管とを設けて、センサ管に流れる原料ガスの熱移動に基づいて原料ガスの流量を計測するようにした型式の流量計を用いることができるが、この場合にも、この流量計５２の筐体、バイパス管及びセンサ管として上記した熱伝導性が良好な金属材料、例えばアルミニウムを用いる。
【００３８】
そして、図１へ戻って、上記各温度測定器９０の測定値に基づいて温度制御部９２は、各加熱手段、例えばタンク加熱手段６２、通路用加熱手段６４Ａ、弁用加熱手段６４Ｂ、流量計用加熱手段６４Ｃ、容器側加熱ヒータ等の温度をそれぞれ個別に制御するようになっている。
【００３９】
そして、この原料ガスの供給システム６及び成膜装置本体４を含む成膜装置２の全体の動作、例えばキャリアガスの供給の開始、停止、流量設定、各加熱手段の設定温度の指示等は、例えばコンピュータよりなる装置制御部９６からの指令により動作され、この動作に必要なプログラムは記憶媒体９８に記憶される。この記憶媒体９８としては、フロッピやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等が用いられる。
【００４０】
次に、以上のように構成された成膜装置２の動作について説明する。図１に示すように、この成膜装置２の成膜装置本体４においては、真空排気系２６の真空ポンプ２２が継続的に駆動されて、処理容器８内が真空引きされて所定の圧力に維持されており、また載置台１４上の半導体ウエハＷは加熱手段１６により所定の温度に維持されている。また処理容器８の側壁及びシャワーヘッド３２もそれぞれ容器側加熱ヒータ３６、３８により所定の温度に維持されている。
【００４１】
また、原料ガスの供給システム６の全体は、タンク加熱手段６２や加熱手段６４（６４Ａ〜６４Ｃ）によって予め所定の温度に加熱されている。そして、成膜処理が開始すると、原料ガスの供給システム６においては、原料タンク４０内へはキャリアガス供給機構５４のキャリアガス管５６を介して流量制御されたキャリアガスを供給することにより、原料タンク４０内に貯留されている固体原料４２が加熱されて気化し、これにより原料ガスが発生する。
【００４２】
この発生した原料ガスは、キャリアガスと共に原料通路４６内を下流側に向けて流れて行く。この原料ガスは、上流側の開閉弁４８を通過して流量計５２内を流れることにより、その流量がモニタされ、更に下流側開閉弁５０を通過した後にシャワーヘッド３２から減圧雰囲気になされている処理容器８内へ導入され、この処理容器８内で例えばＣＶＤ（Ｃｈｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりウエハＷ上にＲｕ金属の薄膜が成膜されることになる。
【００４３】
ここで前述したように固体原料４２であるＲｕ３ （ＣＯ）１２は、蒸気圧が非常に低くて蒸発（気化）し難い原料であり、原料ガスの搬送の経路の途中に温度の低い部分が僅かでも存在すると、その低温部分で原料ガスが再固化（或いは液体原料の場合には再液化）してしまう場合があった。そして、従来の原料ガスの供給システムでは、原料通路や開閉弁の多くの部分は熱伝導性の劣るステンレススチールで構成されていたので、原料通路や開閉弁にヒータを設けていても、ヒータの設置に粗密が生じたり、部分的にヒータを設けることができない箇所も存在したりすることから、原料通路や開閉弁の温度分布に不均一が生じ、均一性の高い温度分布を設定することは困難であり、上述したように温度の低い部分で原料ガスが再固化（或いは再液化）してしまう場合があった。
【００４４】
これに対して、本実施例においては、前述したように原料通路４６、両開閉弁４８、５０及び必要な場合には流量計５２を、それぞれ熱伝導性の良好な金属材料、例えばアルミニウムにより構成しているので、上述したような温度分布の不均一性が解消されて、均一性の高い温度分布を得ることができる。具体的には、例えば弁箱６６の一部に弁用加熱手段６４Ｂとして棒状のカートリッジヒータを設けるだけで、この弁箱６６や弁体８２は熱伝導性が良好な金属材料で構成されているので、上記カートリッジヒータからの熱が開閉弁４８、５０の全体に効率良く伝わって温度分布は均一化することになる。
【００４５】
このため、原料ガスが原料通路４６内を流下する途中で、これが再固化（或いは再液化）することを防止することができる。従って、成膜処理の再現性を高く維持することができると共に、パーティクルの発生を抑制することができる。この場合、原料タンク４０及び原料通路４６の全経路を通じて加熱温度は、固体原料４２であるＲｕ３ （ＣＯ）１２が熱分解しないような温度域に設定し、この温度域で十分な量の原料ガスを得られるように設定している。
【００４６】
ここで蒸気圧の低い原料ガスを多く蒸発させるためには、処理容器８（原料タンク４０）内の圧力をできるだけ下げ、且つ固体原料４２の温度を、これが熱分解しない範囲でできるだけ上げることが望ましい。実際の装置例では、上記処理容器８内のプロセス圧力を０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）程度、ウエハ温度を２００〜２５０℃、シャワーヘッド３２及び処理容器８の側壁の温度をそれぞれ７５〜８０℃程度に設定している。
【００４７】
また、原料タンク４０、原料通路４６、両開閉弁４８、５０及び流量計５２の温度は、それぞれ８０℃程度に均一に設定されている。尚、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２の分解温度はその場の圧力にもよるが、略１１０℃程度である。この場合、原料ガスが再固化（或いは再液化）しないようにするためには、上述のように原料タンク６２から原料通路４６の長さ方向の全域に亘って温度分布を均一化させることが必要であるが、この他に、原料ガスは下流に向かうにつれ断熱膨張により熱を奪われるので、原料ガスが熱分解しない範囲で、原料タンク６２から原料通路４６（両開閉弁４８、５０及び流量計５２も含む）の下流側に向けて、温度が順次少しずつ高くなるように設定してもよい。
【００４８】
また、この原料通路４６の全体の長さは、原料ガスに対するコンダクタンスを大きくするためにはできるだけ短い方がよく、ここでは例えば１〜２ｍ程度である。
実際に、本実施例による原料ガスの供給システム６と従来のステンレス製の原料通路を有する原料ガスの供給システムを用いた時の温度分布について測定したところ、開閉弁を含めて原料通路の長さ方向における温度分布の温度差は、従来の供給システムが７℃程度に達していたのに対して、本実施例では１℃程度まで小さくすることができた。このように、本実施例によれば、原料通路４６の長さ方向に沿って温度分布を大幅に均一化させることができることを理解することができる。
【００４９】
ここで成膜用の主要な原料について温度と蒸気圧との関係を求めたので、その結果を図３に示す。図３に示すグラフにおいて、横軸は温度を示し、縦軸は蒸気圧を示す。ここでは原料として、ＴＢＴＤＥＴ（登録商標）、ＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、ＴｉＣｌ４ 、ＴａＣｌ５ を用いた。この内、室温で液体となる液体原料は、ＴＢＴＤＥＴ、ＴｉＣｌ４であり、固体原料はＴＡ ＩＭＡＴＡ、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、ＴａＣｌ５である。
【００５０】
尚、ＴＢＴＤＥＴ、ＴＡＩＭＡＴＡは金属元素としてＴａを含む。また、各原料は、その分解温度以下の温度で加熱されている。このグラフから明らかなように、温度が２０℃から次第に上昇するに従って、各原料の蒸気圧は緩やかに上昇して行くが、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２は他の原料と比較して蒸気圧が遥かに低くて気化し難く、例えばＴｉＣｌ４ と比較すると蒸気圧は、１００℃の加熱状態でも１／１００００程度も低くなっており、また、ＴＢＴＤＥＴと比較しても蒸気圧は１／１０程度になっている。
【００５１】
ここでＴｉＣｌ４ については蒸気圧の低い原料ではあるが、その蒸気圧は室温でも１Ｔｏｒｒであって他の原料に比べてかなり高く、また実用的にも液体で供給されたＴｉＣｌ４ を気化器にて気化することにより十分な量のＴｉＣｌ４ ガスを得ることができる。本発明による原料ガスの供給システム６で供給する原料としては、上述したＲｕ３ （ＣＯ）１２のように蒸気圧が低い原料の場合に特に有効であるが、他の原料、すなわちＴＢＴＤＥＴ、ＴＡＩＭＡＴＡ、ＴａＣｌ５ のいずれか１つを供給する場合、或いはグラフには記載されていないがＷ（ＣＯ）６ を供給する場合にも上記原料ガスの供給システム６を用いることができる。
【００５２】
そして、各原料は、その分解温度よりも低い使用温度領域で蒸気圧が好ましくは１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下、より好ましくは１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下の条件で用いる場合に特に有効である。この理由は、本実施例では原料ガスの流量は、マスフローコントローラのような流量制御器を用いておらず、キャリアガスの流量制御と、原料タンク４０の温度制御とに依存して行っているので、多量に原料ガスが発生すると、その流量制御が実質的に困難になるからである。ただし、蒸気圧の下限は１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）程度であり、これよりも蒸気圧が低い場合には合理的な時間内で十分な膜厚が得られないからである。
【００５３】
次に、本実施例で用いる原料通路４６の内径と原料ガスの供給量（計算値）との関係を求めたので、その結果を図４に示す。図４に示すグラフでは、横軸は原料通路の内径（インチ）を示し、縦軸は流量（ａ．ｕ．）を示している。尚、１インチは２．５４ｃｍである。この時のプロセス条件は、原料タンク４０の温度が７５℃、処理容器８内の圧力が０．１Ｔｏｒｒ、キャリアガス（Ａｒ／ＣＯ）が１０／１００ｓｃｃｍである。尚、ここではキャリアガスとしてＡｒとＣＯの混合ガスを用いている。
【００５４】
図４に示すように、原料通路４６の内径を、０．５インチ程度から次第に大きくして行くと、コンダクタンスが次第に大きくなるので、ガスの流量も次第に大きくなるが、内径が２インチ直前当たりから流量の増加量が急激に減少して飽和状態へ移行している。原料ガスを供給する過去の経験則によると、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２に代表されるような蒸気圧の極めて低い原料ガスを供給するための原料通路４６の内径の下限は３／４インチ程度であるが、原料ガスの飽和量の０．８倍以上を得るためには、内径は１．８インチ以上に設定するのが好ましい。ただし、その上限は４インチであり、これ以上内径を大きくしても流量をそれ以上増加することができない。
【００５５】
尚、上記実施例では、固体原料４２から原料ガスを形成する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、液体原料を用い、これをバブリング等させることによって原料ガスを得るようにし、これをキャリアガスで送り出すようにしてもよい。このようなバブリングを行なう原料タンクの構造を図５に基づいて説明する。図５はバブリング用の原料タンクの一例を示す構成図である。図５中において、図１に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。上記原料タンク４０内には液体原料１０２が貯留されている。そして、この原料タンク４０の天井部を貫通すると共に、その先端部を上記原料タンク４０内の液体原料１０２中に浸漬させるようにして上記キャリアガス管５６が設けられている。そして、このキャリアガス管５６から流量制御しつつキャリアガスを供給して液体原料１０２をバブリングすることにより、原料ガスを形成するようになっている。
【００５６】
また、上記実施例では、原料としてＲｕ３ （ＣＯ）１２を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｒｕ３ （ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６ 、ＴａＣｌ５ 、ＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）及びＴＢＴＤＥＴ（登録商標）よりなる群より選択される１の原料を用いることができる。
【００５７】
更には、上記実施例では、熱伝導率が良好な金属材料としてアルミニウムを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群より選択される１以上の金属材料を用いることができる。
また、ここではキャリアガスとしてＣＯガスを用いた場合について説明したが、これに限定されず、ＡｒやＨｅ等の希ガスやＮ２ 等の不活性ガスを用いることができる。
【００５８】
更には、ここでは成膜装置本体４として熱ＣＶＤにより成膜する構造を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明は、プラズマを用いて成膜する装置例にも適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る原料ガスの供給システムを有する成膜装置を示す概略構成図である。
【図２】原料ガスの供給システムで用いる開閉弁の一例を示す断面構成図である。
【図３】成膜用の主要な原料の温度と蒸気圧との関係を示すグラフである。
【図４】本実施例で用いる原料通路の内径と原料ガスの供給量（計算値）との関係を示すグラフである。
【図５】バブリング用の原料タンクの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
２  成膜装置
４  成膜装置本体（ガス使用系）
６  原料ガスの供給システム
８  処理容器
１０  保持手段
１４  載置台
１６  加熱手段
２６  真空排気系
３２  シャワーヘッド
３４  ガス導入手段
４０  原料タンク
４２  固体原料
４６  原料通路
４８，５０  開閉弁
５２  流量計
５４  キャリアガス供給機構
６４  加熱手段
６４Ａ  通路用加熱手段
６４Ｂ  弁用加熱手段
６４Ｃ  流量計用加熱手段
６６  弁箱
７０  ガス入口
７２  ガス出口
７８  弁座
８０  弁口
８２  弁棒
８６  アクチュエータ
８８  ベローズ
９２  温度制御部
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2009084625.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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