JP4309630B2

JP4309630B2 - Raw material vaporizer and film forming apparatus

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Publication number: JP4309630B2
Application number: JP2002272454A
Authority: JP
Inventors: 昌彦松土; 賢治松本; 喜之播磨
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004107729A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原料気化器及び成膜処理装置に係り、特に、原料気化器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化に応じてメモリなどに用いられるキャパシタの容量を増大させるために、高い誘電率を有する高誘電率材料を薄膜として成膜する技術が検討されている。一方、不揮発性メモリの一種として強誘電体メモリが注目されている。この強誘電体メモリを形成するには、強誘電体の薄膜を成膜する技術が必要とされる。
【０００３】
通常、薄膜を成膜する方法としては、量産性を有するＣＶＤ（化学気相成長）法がもっとも有利であるとされる。そして、上記のキャパシタや強誘電体メモリに必要な薄膜をＣＶＤ法で成膜する際の高誘電率材料や強誘電体材料としては、酸化タンタル、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）、チタン酸バリウム（ＢＳＴ）・ストロンチウム、タンタル酸ビスマス（ＳＢＴ）・ストロンチウム等の酸化物系誘電体が検討されている。
【０００４】
上記のような高誘電率材料や強誘電体材料の薄膜をＣＶＤ法で成膜するには、固体若しくは液体の原料を気化させて原料ガスを調製し、この原料ガスをＣＶＤ装置のチャンバー内に他の反応性ガスとともに導入して、所定の温度・圧力の環境下にて分解反応等により基板上に堆積させる。このように高誘電率材料や強誘電体材料の薄膜を形成するための成膜処理装置は、たとえば、以下の特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８４３３５号公報
【０００６】
上記の原料ガスは、液体材料を原料気化器にて気化させることによって生成される場合がある。原料気化器は、気化容器と、原料を噴霧する噴霧ノズルと、気化容器内にて気化された原料ガスを排出する排出口とを有し、上記気化容器は、ヒータ等によって所定温度に加熱される。噴霧ノズルからはキャリアガスとともに原料が噴霧され、ミストとして気化容器内に放出される。このミストは、気化容器内における飛翔中に一部が気化されるとともに、気化容器の内面に当たることによって加熱され、急激に気化される。このような原料気化器の構造は、たとえば、以下の特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２７３６３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の成膜処理装置においては、原料ガスの内部にパーティクル（未気化残渣）が混入することによって、成膜不良を招いて成膜の再現性を悪化させるとともに、薄膜の品位を低下させるという問題点がある。これは、原料気化器において、噴霧ノズルから噴霧された原料ミストの気化率が必ずしも十分に高くなく、気化されなかった原料ミストがそのまま原料気化器から排出され、チャンバー内基板上に到達したり、一部気化されないミストが気化容器の内部や排出口下流側の配管内に一旦付着し、これがパーティクルとなって成膜処理装置のチャンバー内にまで到達したりするのが原因と考えられる。成膜の再現性や薄膜の品位は、キャパシタや不揮発性メモリの性能や歩留まりに大きく影響する。
【０００９】
また、噴霧ノズルから噴霧された原料のミストは、気化容器の内面に当たって飛沫として飛散し、その飛沫が直接排出口に到達して排出されてしまう可能性があり、このような飛沫が配管途中などに付着してパーティクルの原因になることもある。
【００１０】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、噴霧ノズルから噴霧されたミストの気化率を高めることにより、パーティクルの発生を低減し、高品位の成膜を行うことのできる原料気化器及びこれを用いた成膜処理装置を提供することにある。また、排出口に直接排出されるミストの飛沫などを低減することにより、パーティクルの発生を低減し、高品位の成膜を行うことのできる原料気化器及び成膜処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の原料気化器は、成膜処理に用いる原料を気化するための気化容器と、前記原料のミストを前記気化容器内に噴霧する噴霧ノズルと、前記気化容器内の気化された原料ガスが排出される排出口とを有する原料気化器において、前記噴霧ノズルから噴出した前記ミストに対し、前記噴霧方向の斜め前方に向かう吹き付け方向にキャリアガスを吹き付けるガス吹き付け手段を有し、前記ガス吹き付け手段は複数の吹き付けノズルを備え、前記吹き付け方向は、前記噴霧ノズルの噴霧方向と交差する方向に対し、前記噴霧方向の先から見た平面視で前記噴霧ノズルに向かう方向を基準とし、当該方向から共に、前記噴霧方向に平行な軸周りの同じ回転方向にずれた方位に向かうように設定され、これにより前記噴霧ノズルから噴霧された前記ミストは前記吹き付けノズルから吹き付けられる前記キャリアガスによって渦巻くように攪拌され、その結果、前記噴霧方向を軸線とする旋回流が発生するとともに前記噴霧ノズルから噴出した前記ミストが周囲に広げられるように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、噴霧ノズルから噴出したミストに対して、ガス吹き付け手段により噴霧方向と交差する吹き付け方向にキャリアガスが吹き付けられるので、ミストが拡散するとともにミストの飛翔方向も広範囲になるので、ミストの気化率を向上させることができる。また、前記吹き付け方向は、前記噴霧方向の斜め前方に向かう方向であることにより、ミストをいたずらに乱すことなく、ミストの噴霧方向を拡大させることができ、気化率を向上させることができる。特に、ミストを大きく攪乱し過ぎると、ミストが直接排出口から排出されて下流側の配管内における付着量が増大することが考えられるが、噴霧方向の斜め前方に向かう方向にキャリアガスを吹き付けることにより、ミストを穏やかに拡散させることができるので、排出口に直接向かうミストの発生を抑制でき、きわめて効果的である。
【００１３】
さらに、前記ガス吹き付け手段は複数の吹き付けノズルを備え、前記吹き付け方向は、前記噴霧ノズルの噴霧方向と交差する方向に対し、前記噴霧方向の先から見た平面視で前記噴霧ノズルに向かう方向を基準とし、当該方向から共に、前記噴霧方向に平行な軸周りの同じ回転方向にずれた方位に向かうように設定されていることにより、噴霧ノズルから噴霧されたミストは、吹き付けノズルから吹き付けられるキャリアガスによって渦巻くように攪拌され、その結果、噴霧方向を軸線とする旋回流（渦巻流）が発生する。これによって、気化器内部における原料ガスの滞留時間を長くすることが可能になるため、結果としてミストの気化率を高めることができる。また、吹き付けノズルの数を増やさなくても、ミストを噴霧ノズル周りの全方位に亘り広げることができるという利点もある。
【００１４】
本発明においては特に、前記ガス吹き付け手段は前記噴霧ノズルの両側に配置された一対の前記吹き付けノズルよりなり、前記噴霧ノズル及びその噴霧方向並びに前記吹き付けノズルが含まれる平面と直交する方向に排出口が設けられている。これによれば、一対の吹き付けノズルを設けることで原料ミストは吹き付けノズルが設けられている両側に主として大きく広がる傾向にあるから、排出口を噴霧ノズル及びその噴霧方向並びに吹き付けノズルを含む平面と直交する方向に設けることにより、当該排出口が当該平面から離れた位置に配置されることとなるので、パーティクルをさらに低減することができる。
【００１５】
【００１６】
本発明において、前記吹き付けノズルには加熱器を通過して加熱されたキャリアガスが供給されることが好ましい。これによれば、キャリアガスを所定の温度に加熱して吹き付けることにより、キャリアガスを吹き付けられたミストは熱を与えられ、その結果、さらにミストの気化率を向上させることができる。したがって、原料気化器の内部や下流側の配管内に気化しないミストが付着することを低減させることができるので、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明において、前記気化容器の内面のうち前記噴霧ノズルの噴霧方向にある正面領域に円錐状あるいは角錐状の突起からなる表面凹凸構造が設けられていることが好ましい。噴霧方向にある正面領域に表面凹凸構造を設けることにより、噴霧ノズルから噴出したミストが正面領域に到達したとき、表面凹凸構造によりミストの飛散高さ（正面領域の表面からミストの飛沫が跳ね上がる高さ）を低下させることができる。すなわち、従来構造の気化容器であれば、ミストが気化容器の内面に当たって飛散したとき、その飛沫が高く飛散するため、飛散したミスト飛沫の一部が排出口から直接排出されてしまう可能性があったが、本発明においては、ミストが表面凹凸構造に当たることによりその飛散高さが低くなるので、飛散したミストの一部が排出口から直接排出されてしまう可能性を低減することができる。また、上記表面凹凸構造を設けることによって正面領域の表面積を増大させることができるので、ミストに対する熱交換効率を高くすることができ、噴霧ノズルの噴霧範囲を広げた場合と同様の効果、すなわちミストの気化率の向上を図ることもできる。
【００１８】
この場合、上記表面凹凸構造は、傾斜面で構成されることが好ましい。傾斜面で構成された表面凹凸構造とすることによって、跳ね上がり角度を小さくすることができるため、上記飛沫の高さをさらに低減できる。
【００１９】
本発明において、前記噴霧ノズルは、所定の立体角範囲内において分散した方向を指向する複数のノズル口を有することが好ましい。これにより、噴霧ノズルから所定の立体角範囲内において広範囲にミストを噴出させることができるため、ミストを分散させて噴霧することができるから、気化率をさらに向上させることができる。
【００２０】
本発明において、前記排出口は、前記気化容器の内面のうち、前記噴霧方向とは反対寄りにある内面部分において開口していることが好ましい。これにより、噴霧方向にある内面部分（正面領域）から離れた位置に排出口が開口していることとなるので、噴霧ノズルから噴出したミストや気化容器の内面に当たったミストから生ずる飛沫が直接排出口から排出されることをさらに低減することができる。
【００２１】
本発明において、前記排出口から前記原料ガスが排出される方向は、前記噴霧方向のほぼ反対方向であることが好ましい。噴霧方向のほぼ反対方向に向けて排出口から原料ガスが排出されることにより、噴霧ノズルから噴出したミストが直接排出口から排出される可能性を低減できる。
【００２２】
次に、本発明の成膜処理装置は、成膜処理に用いる原料を供給する原料供給系と、該原料供給系により供給された原料を気化するための上記いずれかに記載の原料気化器と、前記原料気化器の前記排出口から排出された前記原料ガスを導入して成膜処理を行う成膜手段とを有することを特徴とする。上記の原料気化器を用いることにより、成膜手段においてパーティクルを原因とする成膜不良による成膜の再現性の低下や薄膜品位の低下を抑制することができるので、再現性が高く、高品質の薄膜を形成可能な成膜処理を実現することができる。
【００２３】
上記各発明は、特に、酸化タンタル、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸バリウム・ストロンチウム、タンタル酸ビスマス・ストロンチウム等の酸化物系誘電体の薄膜を形成する場合に好適である。また、原料としては、有機金属原料を用いることが好ましい。有機金属材料としては、一般的には、アルキル金属化合物、アルコキシ金属化合物、アルキルアルコキシ金属化合物、β−ジケトン化合物、シクロペンタジエニル化合物、ハロゲン化合物などが用いられる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る原料気化器及び成膜処理装置の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
（成膜処理装置）
最初に、本実施形態に係る原料気化器を用いる成膜処理装置の全体構成について説明する。図８は本実施形態の成膜処理装置１００の全体構成を模式的に示す概略構成図である。この成膜処理装置１００は、原料供給系１１０と、原料気化器１２０と、成膜処理部１３０と、排気系１４０とを有する。
【００２６】
原料供給系１１０は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガス等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給部１１１と、原料を供給する原料供給部１１２，１１３，１１４とを有する。原料供給部１１２，１１３，１１４から供給される原料は、原料供給ライン１１５を通して供給される。また、この原料供給ライン１１５とは別に、キャリアガス供給部１１１からキャリアガス供給ライン１１６を通してキャリアガスが供給される。ここで、上記原料供給ライン１１５においては、必要に応じて、キャリアガス供給部１１１から供給されるキャリアガスとともに原料が供給される。
【００２７】
原料供給系１１０によって供給される原料は通常、室温で固体又は液体であり、原料が室温で固体である場合には適宜の有機溶媒（たとえば酢酸ブチル）を加えることなどによって液状原料として供給される。
【００２８】
原料気化器１２０は、気化容器１２１と、噴霧ノズル１２２と、排出口１２３とを有する。気化容器１２１は後に詳述するように内面が所定温度となるように加熱される。噴霧ノズル１２２は、上記原料供給ライン１１５から原料の供給を受け、所定の圧力で原料を噴霧する。通常、原料供給ライン１１５に供給されたキャリアガスの圧力によって噴霧ノズル１２２において原料がミスト化され、気化容器１２１の内部に噴出される。気化容器１２１の内部に噴出されたミストは、その飛翔中に一部気化するとともに、気化容器１２１の内面に当たって加熱され、急速に気化し、原料ガスとなる。上記のように生成された原料ガスは、排出口１２３から排出され、成膜処理部１３０の原料ガス供給ライン１３１に導入される。
【００２９】
成膜処理部１３０は、上記の原料ガス供給ライン１３１と、この原料ガス供給ライン１３１に接続された成膜処理容器１３２と、原料ガス供給ライン１３１により送られた原料ガスを成膜処理容器１３２の内部に均一に導入するシャワーヘッド１３３と、このシャワーヘッド１３３に対向配置され、ウエハホルダ等で構成される基板支持部１３４とを有する。基板支持部１３４上には基板（ウエハ）Ｗが保持固定される。また、上記の原料ガスと反応させるべき処理ガス（例えば酸素ガス、ハロゲン系ガスなど）が必要である場合には、成膜処理容器１３２内に上記処理ガスを導入する処理ガス供給系１３５が設けられる。また、通常、成膜処理容器１３２内に供給されたガスの分解反応や合成反応を発生させたり促進させたりするために、加熱を行う加熱手段や紫外線等を照射する光照射手段などが設けられる。
【００３０】
成膜処理部１３０の成膜処理容器１３２は排気系１４０に接続されている。この排気系１４０は、排気ライン１４１と、排気ライン１４１に排出された固形分などを捕捉する排気トラップ１４２と、その先に接続された排気ポンプ（真空ポンプ）１４３とを有する。
【００３１】
上記成膜処理装置１００において、原料気化器１２０から供給された原料ガスは、成膜処理容器１３２内にて分解・合成反応等を生じ、基板１３４上に堆積し、薄膜が形成される。
【００３２】
本発明の好適な製造対象となる薄膜素材としては、上述の酸化物系誘電体が挙げられるがその代表例としてＰＺＴについて述べると、その一般式はＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３である。また、このＰＺＴにおけるＰｂの一部がＬａ、Ｎｂ、Ｃａなどで置換されたものもあり、これらも広義にはＰＺＴ系材料と呼ばれる。
【００３３】
このＰＺＴを製造する場合の原料としては、（（ＣＨ_３）_３ＣＣＯ）_２ＣＨ−を「ｔｈｄ」で表すと、Ｐｂ原料としては、Ｐｂ（Ｃ_２Ｈ_５）_４、Ｐｂ（ｔｈｄ）_２、（Ｃ_２Ｈ_５）_３ＰｂＯＣＨ_２Ｃ（ＣＨ_３）_３、Ｐｂ（Ｃ_２Ｈ_５）_３（ｔ−ＯＣ_４Ｈ_９）、Ｐｂ（ＣＨ_３）_４、ＰｂＣｌ_４、Ｐｂ（ｎ−Ｃ_３Ｈ_７）_４、Ｐｂ（ｉ−Ｃ_３Ｈ_７）_４、Ｐｂ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＰｂＣｌ_２などが挙げられる。また、Ｚｒ原料としては、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ_３Ｈ_７）_２（ｔｈｄ）_２、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ_３Ｈ_７）（ｔｈｄ）_３、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ_４Ｈ_９）_４、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ_３Ｈ_７）_４、Ｚｒ（ｔｈｄ）_４、ＺｒＣｌ_４、Ｚｒ（Ｃ_５Ｈ_５）_２Ｃｌ_２、Ｚｒ（ＯＣＨ_３）_４、Ｚｒ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｚｒ（Ｃ_２Ｈ_６Ｏ_２）_４などが挙げられる。さらに、Ｔｉ原料としては、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ_３Ｈ_７）_４、Ｔｉ（ｔｈｄ）_２（ｉ−ＯＣ_３Ｈ_７）_２、Ｔｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｔｉ（ＯＣＨ_３）_４、Ｔｉ（ＯＣＨ_９）_４、Ｔｉ（Ｃ_５Ｈ１１）_４などを挙げることができる。これらの原料は上記原料気化器１２０において気化されて原料ガスとなり、酸素などの処理ガスと基板Ｗ上において反応し、ＰＺＴ薄膜が生成される。
【００３４】
［原料気化器］
次に、上記成膜処理装置１００に適用可能な本発明に係る原料気化器１２０について、図１乃至図７を参照して詳細に説明する。図１は、原料気化器１２０の基本構成を模式的に示す概略構成図である。この原料気化器１２０は、気化容器１２１の一部を貫通するように噴霧ノズル１２２が設けられている。気化容器１２１の外側には複数のヒータ１２４が配設され、これらのヒータ１２４は断熱材１２５に覆われている。これらのヒータ１２４は、温度制御手段１２９によって制御される。温度制御手段１２９は、温度制御回路１２９Ａと、気化容器１２１の壁面の温度を測定し、その検出温度を温度制御回路１２９Ａに出力する熱
電対等の温度センサ１２９Ｂとを備えている。温度センサ１２９Ｂの測定点は、噴霧ノズル１２２によるミストの噴霧方向１２２ａ側に配置された内面（後述する正面領域）を有する壁面に配置されていることが好ましい。温度制御手段１２９による気化容器１２１の加熱温度は、一般には、噴霧ノズル１２２により噴霧されたミストの気化温度以上で、ミストを構成する原料の分解温度未満であり、原料によって異なり適宜に調節される。例えば、典型的な温度範囲としては約１８０〜２６０℃である。
【００３５】
気化容器１２１は、図示例では箱型形状を有するが、円筒形状、球形状などの種々の形状に構成できる。気化容器１２１の内面は、たとえばステンレス鋼やアルミニウムなどで構成できる。内面は電解研磨法などによって平滑（たとえば鏡面状）に構成されていることが好ましい。排出口１２３は、基本的に、気化容器１２１のうち噴霧方向１２２ａとほぼ直交する方向の側の内面部位において開口している。ただし、図１に示す容器形状は排出口１２３の配置をも含めて模式的に示しているものに過ぎず、実際の装置構造を正確に反映しているものではない。
【００３６】
噴霧ノズル１２２は、気化容器１２１に対して適宜の断熱手段により断熱されていることが好ましい。また、噴霧ノズル１２２が強制冷却手段１２６（たとえば、冷媒による冷却、熱電効果を用いた電子冷却など）により冷却されることが望ましい。これは、噴霧ノズル１２２が上記のように加熱された気化容器１２１からの熱伝導によって加熱されると、ノズル内部を通過する原料ガスの一部が分解してしまったり、多量体が形成されてしまったりする恐れがあるからである。このような原料の熱分解や多量体の生成もパーティクルの発生原因になる。
【００３７】
この原料気化器１２０には、上記噴霧ノズル１２２の傍らに、キャリアガス吹き付け手段である吹き付けノズル１２７が設けられている。この吹き付けノズル１２７は、噴霧ノズル１２２の周囲において複数分散した位置に設けられていることが好ましい。吹き付けノズル１２７は、キャリアガスを図示の吹き付け方向１２７ａに向けて吹き付けるように構成されている。この吹き付け方向１２７ａは、基本的には、上記の噴霧方向１２２ａと交差する方向であればよいが、特に、図示のように、噴霧方向１２２ａに対して斜め前方に向いた方向であることが好ましい。より具体的には、吹き付け方向１２７ａは、噴霧方向１２２ａに対して約１０〜３０度の範囲内の交差角を有する方向であることが望ましい。この範囲を下回るとキャリアガスの吹き付け効果が小さくなるとともに、逆に上記範囲を上回ると、噴霧されたミストが攪乱され過ぎ、ミストが直接排出口１２３から排出される可能性が増大する。
【００３８】
図９は、上記噴霧ノズル１２２及び吹き付けノズル１２７を噴霧方向１２２ａの先にある気化器内面側から見た様子を示す説明図である。この基本構成では、一対の吹き付けノズル１２７は噴霧ノズル１２２の左右両側にあり、それらの吹き付け方向１２７ａは、共に噴霧ノズル１２２及びその噴霧方向１２２ａ並びに吹き付けノズル１２７が含まれる平面上の方向であって噴霧ノズル１２２側に斜めに向かう方向となっている。この場合、噴霧ノズル１２２から噴霧される原料ミストは主として図示左右両側に広がるので、噴霧ノズル１２２及びその噴霧方向１２２ａ並びに吹き付けノズル１２７を含む平面上から離れた位置（図示例では上記平面と直交する方向にある内面部位）に排出口１２３を形成することが好ましい。
【００３９】
【００４０】
図１０は、上記基本構成とは異なる実施形態の構成態様を、図９と同じ視線方向から見た状態を示す説明図である。この場合、吹き付けノズル１２７′の吹き付け方向１２７ａ′は、噴霧ノズル１２２に向かう方向を基準とし、当該方向から共に、噴霧方向１２２ａ（図１参照）に平行な軸周りの同じ回転方向に（図示例は反時計周り）にずれた方位に向かうように設定されている。これによって、噴霧ノズル１２２から噴霧されたミストは、吹き付けノズル１２７′から吹き付けられるキャリアガスによって渦巻くように攪拌され、その結果、噴霧方向１２２ａを軸線とする旋回流（渦巻流）が発生する。図示例では、図示時計回りの気流及びミストの流れが形成される。これによって、気化器内部における原料ガスの滞留時間を長くすることが可能になるため、結果としてミストの気化率を高めることができる。また、上記実施形態では図９に示すように主として図示左右方向にミストが広がるが、この場合には、吹き付けノズルの数を増やさなくても、ミストを噴霧ノズル周りの全方位に亘り広げることができるという利点もある。ただし、この例では、吹き付けノズル１２７′が噴霧ノズル１２２の図示左右両側にしか配置されていないため、原料ミストは図示上下方向よりも図示左右方向へより大きく広がる傾向にあるから、排出口１２３を、噴霧ノズル１２２及びその噴霧方向１２２ａ並びに吹き付けノズル１２７′を含む平面から離れた位置に配置することが好ましい点は、上記基本構成と同じである。
【００４１】
また、この場合においても、噴霧ノズル１２２の周囲に３以上の吹き付けノズル１２７′を分散配置し、いずれの吹き付けノズルも、その吹き付け方向が全て噴霧ノズル１２２側に向かう方向を基準として当該方向から噴霧方向と平行な軸周りに同じ回転方向（時計周り若しくは反時計周り）にずれた方位へ斜めに向かう方向となるように構成することができる。
【００４２】
上記の吹き付けノズル１２７には、上記の原料供給系１１０から供給されるキャリアガスを加熱する加熱器１２８を通過したキャリアガスが供給される。加熱器１２８によるキャリアガスの加熱温度は、気化容器１２１内に吹き付けられるキャリアガスの流量にも依存するが、一般的には気化容器の加熱温度と同じ程度か、それ以下の温度である。キャリアガスの加熱温度は、上記気化容器の場合と同様に原料によって異なるが、典型的には８０〜２６０℃である。
【００４３】
本実施形態の原料気化器１２０では、吹き付けノズル１２７から吹き付けられるキャリアガスの流量は、噴霧ノズル１２２から噴霧される原料（原料とキャリアガスの総量）の約０．２〜２倍の範囲内であることが好ましい。この範囲を下回ると後述する吹き付け効果が得られにくくなり、逆に範囲を上回ると噴霧ノズル１２２から噴霧されたミストの擾乱度合が過大となり、ミストが気化されずにそのまま排出口１２３から排出されてしまう可能性が増大する。ここで、噴霧ノズル１２２の一般的な流量は２００〜４００ＳＣＣＭ（標準ｃｃ／ｍｉｎ、標準状態は1 atm(1,013hPa)、0 ℃）、２重管構造の場合には、内管が１７０〜３００ＳＣＣＭ程度、外管が３０〜１００ＳＣＣＭ程度である。なお、本実施形態においては、吹き付けノズル１２７からのキャリアガスによりミストは十分攪乱されるので、噴霧ノズルは単管構造であってもよい。
【００４４】
吹き付けノズル１２７から吹き付けられたキャリアガスは噴霧ノズル１２２から噴霧されたミストに当たり、ミストを撹乱し、分散させるので、ミストの飛翔中における気化を促進する効果を有する。また、吹き付けられたキャリアガスは、ミストの飛翔方向をも分散させる。したがって、ミストは気化容器１２１の内面上のより広範囲の領域に分散して当たるので、気化容器１２１の内面上における気化も促進される。
【００４５】
また、吹き付けノズル１２７により吹き付けられるキャリアガスが上述のように加熱されていることにより、キャリアガスの吹き付けによる気化容器１２１の内部温度の低下が発生しにくくなるとともに、キャリアガスとの接触により、ミストに熱を与えることができるので、ミストの気化を促進させる効果も得られ、噴霧ノズル１２２から噴霧されたミストの気化率をさらに向上させることができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、ミストの気化率を高めることができるので、パーティクルの発生を抑制することができ、成膜不良を低減できる。
【００４７】
［第１実施例］
次に、図２を参照して本発明に係る第１実施例について説明する。この第１実施例の原料気化器２２０においては、上記実施形態と同様の、噴霧ノズル２２２、排出口２２３、ヒータ２２４、断熱材２２５、強制冷却手段２２６、吹き付けノズル２２７及び加熱器２２８を備えているので、これらの説明は省略する。
【００４８】
上記基本構成の温度制御手段１２９が気化容器１２１の全体を一体に温度制御していたのに対して、この第１実施例では、気化容器２２１の壁の内面のうち、噴霧ノズル２２２の噴霧方向２２２ａに配置された正面領域２２１ｓを独立した温度制御手段２２９ｓによって制御し、その他の内面を温度制御手段２２９によって温度制御している。
【００４９】
温度制御手段２２９ｓは、温度制御回路２２９Ａｓと、温度センサ２２９Ｂｓ−１，２２９Ｂｓ−２とを有する。温度センサ２２９Ｂｓ−１は正面領域２２１ｓの中央部（すなわち、噴霧方向２２２ａの近傍）に配置され、他の温度センサ２２９Ｂｓ−２は、上記中央部の周囲（周縁部）に配置されている。温度センサ２２９Ｂｓ−２は複数設置されていてもよい。温度制御回路２２９Ａｓは、温度センサ２２９Ｂｓ−１の検出温度に基づいて正面領域２２１ｓの中央部にあるヒータ２２４Ａを制御し、温度センサ２２９Ｂｓ−２の検出温度に基づいて正面領域２２１ｓの周縁部にあるヒータ２２４Ｂを制御する。
【００５０】
一方、他の壁面の温度制御を行う温度制御手段２２９については、基本構成と同様に、温度制御回路２２９Ａと温度センサ２２９Ｂを備えている。温度制御回路２２９Ａは、温度センサ２２９Ｂの検出温度に基づいて、上記正面領域２２１ｓ以外の内面領域を加熱するヒータ２２４Ｃを制御する。
【００５１】
上記の正面領域２２１ｓを構成する壁部は、気化容器２２１の他の壁部に対して断熱部２２１ｔを介して接続され、断熱されている。断熱部２２１ｔは、図示例では、部分的に壁厚を薄く形成した構造を有する。ここで、この壁厚を薄く形成した断熱部２２１ｔの内部に断熱材２２５が入り込んでいてもよい。この断熱部２２１ｔとしては、気化容器２２１の壁よりも熱伝導性の低い素材を正面領域２２１ｓと他の壁面との間に介挿したり、真空断熱構造を設けたりしてもよい。
【００５２】
この実施例では、噴霧ノズル２２２の噴霧方向２２２ａに配置された正面領域２２１ｓが気化容器２２１の他の壁面とは独立した温度制御手段２２９ｓによって制御されることから、ミストが正面領域２２１ｓに集中的に当たっても、内面温度をより正確に制御することができる。すなわち、正面領域の加熱面は、ミストにより、より多くの気化熱を奪われるが、本実施例においては、より設定温度に近い温度に制御することができ、しかも、より早い応答速度で制御することができる。その結果、ミストの気化率を高めることができ、パーティクルの発生を抑制して成膜不良を低減できる。ここで、正面領域２２１ｓの温度を他の内面部分とは異なる設定温度で制御してもよい。
【００５３】
また、気化容器２２１の内面のうち、正面領域２２１ｓと、その他の壁面との間が断熱部２２１ｔにより断熱されていることにより、正面領域２２１ｓの温度制御性をさらに向上させることができる。
【００５４】
さらに、正面領域２２１ｓの温度制御手段２２９ｓによる温度制御は、噴霧方向２２２ａの近傍である中心部と、その周囲の周縁部とに分けて行われるため、噴霧方向２２２ａと、その周囲方向とでミストの噴出密度に相違がある場合でも、正面領域全体に亘って均一な温度分布を維持したり、あるいは、所望する温度勾配をもたせたりすることができる。
【００５５】
［第２実施例］
次に、図３乃至図５を参照して本発明に係る第２実施例について説明する。この第２実施形態の原料気化器３２０においては、上記第１実施例と同様の、気化容器３２１（正面領域３２１ｓ及び断熱部３２１ｔを含む。）、排出口３２３、ヒータ３２４Ａ，３２４Ｂ，３２４Ｃ、断熱材３２５、強制冷却手段３２６、温度制御手段３２９及び３２９ｓを備えているので、これらの説明は省略する。
【００５６】
図３に示すように、この実施例における原料気化器３２０の噴霧ノズル３２２は、ノズル本体３２２Ａと、このノズル本体３２２Ａの先端に装着された噴霧キャップ３２２Ｂとを有する。噴霧キャップ３２２Ｂは、螺合、圧入、接着、係合などの種々の公知の取り付け手段によってノズル本体３２２Ａに保持固定される。ノズル本体３２２Ａの内部には、図４に示すように、原料供給ライン１１５に接続された内管３２２ａと、キャリアガス供給ライン１１６に接続された外管３２２ｂとが配置されている。ここで、内管３２２ａをキャリアガス供給ライン１１６に接続し、外管３２２ｂを原料供給ライン１１５に接続してもよい。ノズル本体３２２Ａの先端には、内管３２２ａと外管３２２ｂとが互いに連通した空間が設けられている。
【００５７】
また、図５に示すように、噴霧キャップ３２２Ｂには、上記空間に連通する小さ目のノズル口３２２ｃと、大き目の３２２ｄが設けられている。すなわち、中央のノズル口３２２ｃよりも周囲のノズル口３２２ｄの方が大きな開口面積を有する。ノズル口３２２ｃは、噴霧ノズル３２２の先端中央において噴霧ノズル３２２の軸線方向に向けて開口し、ノズル口３２２ｄは、ノズル口３２２ｃの周囲を取り囲むように複数設けられ、上記軸線方向に対して斜め前方に傾斜する方向に向けて、全体として放射状に開口している。あるいは、上記の噴霧キャップにおいて、軸線方向に向けたノズル口３２２ｃを省略し、ノズル口３２２ｄだけを形成してもよい。また、ノズル口３２２ｃと３２２ｄの孔径はミストが広角かつ均等に分散するよう適宜定められる。
【００５８】
以上のように、本実施例の噴霧ノズル３２２は、その先端に所定の立体角範囲内において分散した方向を指向する複数のノズル口が設けられているので、図３に示すように、噴霧ノズル３２２から噴出したミストは広角に噴出し、気化容器３２１の内面上の広い領域に分散して当たる。図示例では、噴霧ノズル３２２から噴出するミストは、正面領域３２１ｓのほぼ全体に亘って当たるように構成される。したがって、ミストの飛翔中の気化を促進させることができるとともに、気化容器３２１の内面上における気化をも促進させることができ、全体として気化率を高めることができる。
【００５９】
［第３実施例］
次に、図６を参照して、本発明に係る第３実施例の原料気化器４２０について説明する。この原料気化器４２０は、第２実施例と同様の、噴霧ノズル４２２、ヒータ４２４Ａ，４２４Ｂ，４２４Ｃ、断熱材４２５、強制冷却手段４２６、温度制御手段４２９及び４２９ｓを備えているので、これらの説明は省略する。
【００６０】
気化容器４２１は、第２実施例と同様に正面領域４２１ｓ及び断熱部４２１ｔを有するが、排出口４２３の形成位置が先に説明した各実施例とは異なる。上記基本構成、実施形態、第１及び第２実施例では、排出口は、噴霧ノズルと、その噴霧方向の内面（正面領域）との間の中間位置に配置され、噴霧方向とほぼ直交する方向に開口しているが、この実施例では、排出口４２３が噴霧ノズル４２２の噴霧方向４２２ａとは反対寄り（すなわち図示上方寄り）に配置されている。また、先に説明した基本構成、実施形態及び各実施例では、排出口の排出方向が噴霧方向とほぼ直交する方向に設定されているが、この実施例では、排出口４２３の排出方向（原料ガスが気化容器４２１の内部から排出される方向）４２３ａが噴霧方向に対してほぼ反対になるように構成されている。
【００６１】
この実施例では、排出口４２３が噴霧方向４２３の反対寄りに配置（開口）されていることにより、排出口の開口位置が噴霧方向４２３にある内面部分（すなわち正面領域４２１ｓ）から離れていることとなるため、噴霧ノズル４２２から噴霧されたミストが直接排出口４２３から排出される可能性、及び、正面領域４２１ｓに当たって飛散したミスト飛沫が直接排出口４２３から排出される可能性を共に低減することができる。
【００６２】
また、排出口４２３の排出方向４２３ａが噴霧方向４２２ａの反対方向となっているため、噴霧ノズル４２２から噴霧されたミストが直接排出口４２３から排出されることをさらに低減できる。
【００６３】
［第４実施例］
最後に、図７を参照して、本発明に係る第４実施例の原料気化器５２０について説明する。この原料気化器５２０は、第２実施例と同様の、噴霧ノズル５２２、排出口５２３、ヒータ５２４Ａ，５２４Ｂ，５２４Ｃ、断熱材５２５、強制冷却手段５２６、温度制御手段５２９及び５２９ｓを備えているので、これらの説明は省略する。
【００６４】
この実施例では、正面領域５２１ｓの内面上に傾斜面５２１ｔａ，５２１ｔｂを備えた表面凹凸構造５２１ｔが形成されている。この表面凹凸構造５２１ｔは、例えば、円錐状若しくは角錐状の突起又は凹穴、あるいは、背中合わせに設けられた一対の傾斜面で構成された断面山形の環状リブなどで構成できる。この表面凹凸構造５２１ｔは、その少なくとも一部にのみ傾斜面を有する構造であってもよいが、図示例のように、表面凹凸構造が全て傾斜面で形成されていることがより望ましい。表面凹凸構造５２１ｔは、例えば、図示中央の傾斜面５２１ｔａを備えたもののような単一の突起又は凹穴のみで構成されていてもよいが、図示例のように複数の突起又は凹穴によって構成されることが好ましい。また、表面凹凸構造５２１ｔは、正面領域５２１ｓの中央部に限定されて設けられていてもよいが、好ましくはミストが主として当たる領域全体に形成されていることが好ましい。たとえば、図示例では正面領域５２１ｓの中央部のみに表面凹凸構造５２１ｔが形成されているが、正面領域５２１ｓ全体に形成されていることが好ましい。なお、上記の傾斜面５２１ｔａ，５２１ｔｂは、正面領域５２１ｓが或る仮想面にほぼ沿って形成されている場合には、その仮想面（図示例では水平面）に対して傾斜していればよい。また、上記仮想面が曲面である場合には、傾斜面は、その接平面に対して傾斜して設けられていればよい。
【００６５】
本実施例では、噴霧ノズル５２２から噴霧されたミストが表面凹凸構造５２１ｔの傾斜面５２１ｔａ，５２１ｔｂに当たったとき、ミストの飛沫の飛散方向が横方向に逸れるため、正面領域５２１ｓの表面からの飛沫の高さが低減され、これによって排出口５２３から直接ミストが排出される可能性を低減できる。したがって、パーティクルの発生を抑制し、成膜不良を低減することができる。また、表面凹凸構造５２１ｔによって正面領域５２１ｓの表面積が増大するため、噴霧ノズル５２２により噴霧されるミストの噴霧方向を広げる場合と同様の効果が得られ、気化率を向上させることができる。
【００６６】
なお、上記の表面凹凸構造５２１ｔは傾斜面５２１ｔａ，５２１ｔｂを備えているが、傾斜面を有しない段差状の表面凹凸構造であっても、噴霧ノズルから噴霧されたミストの跳ね上がりを低減する効果は得られるとともに、表面凹凸構造を設けることによって表面積も増大するため、程度の差こそあれ、上記と同質の効果が得られる。
【００６７】
尚、本発明の原料気化器及び成膜処理装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、第４実施例の表面凹凸構造５２１ｔを、実施形態、第１実施例乃至第３実施例に設けてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、気化容器内に噴霧されたミストの気化率を高めることができるため、パーティクルの発生を抑制し、成膜不良を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原料気化器の基本構成を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る原料気化器の第１実施例の構成を模式的に示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る原料気化器の第２実施例の構成を模式的に示す概略構成図である。
【図４】第２実施例の噴霧ノズルを噴霧方向に切断した状態を模式的に示す概略断面図である。
【図５】第２実施例の噴霧ノズルを先端側から見た様子を示す概略正面図である。
【図６】本発明に係る原料気化器の第３実施例の構成を模式的に示す概略構成図である。
【図７】本発明に係る原料気化器の第４実施例の構成を模式的に示す概略構成図である。
【図８】本発明に係る原料気化器を有する成膜処理装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図９】基本構成の原料気化器において、噴霧ノズル及び吹き付けノズルを噴霧方向の先の気化器内面側から見た様子を示す説明図である。
【図１０】実施形態の原料気化器において、噴霧ノズル及び吹き付けノズルを噴霧方向の先の気化器内面側から見た様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…成膜処理装置、１１０…原料供給系、１１５…原料供給ライン、１１６…キャリアガス供給ライン、１２０…原料気化器、１２１…気化容器、１２２…噴霧ノズル、１２３…排出口、１２４，２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃ…ヒータ、１２５…断熱材、１２６…強制冷却手段、１２７…吹き付けノズル、１２８…加熱手段、１２９…温度制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a raw material vaporizer and a film forming apparatus, and more particularly to a structure of a raw material vaporizer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to increase the capacitance of a capacitor used for a memory or the like in accordance with high integration of semiconductor devices, a technique for forming a high dielectric constant material having a high dielectric constant as a thin film has been studied. On the other hand, a ferroelectric memory has attracted attention as a kind of nonvolatile memory. In order to form this ferroelectric memory, a technique for forming a ferroelectric thin film is required.
[0003]
Usually, as a method for forming a thin film, a CVD (chemical vapor deposition) method having mass productivity is most advantageous. The high dielectric constant material and ferroelectric material used when forming the thin film necessary for the capacitor and ferroelectric memory by the CVD method include tantalum oxide, lead zirconate titanate (PZT), and zirconate titanate. Oxide dielectrics such as lanthanum lead oxide (PLZT), strontium titanate (STO), barium titanate (BTO), barium titanate (BST) / strontium, bismuth tantalate (SBT) / strontium, etc. are being studied. .
[0004]
In order to form a thin film of a high dielectric constant material or a ferroelectric material as described above by a CVD method, a raw material gas is prepared by vaporizing a solid or liquid raw material, and this raw material gas is placed in the chamber of the CVD apparatus. It is introduced together with other reactive gases and deposited on the substrate by a decomposition reaction or the like in an environment of a predetermined temperature and pressure. A film forming apparatus for forming a thin film of a high dielectric constant material or a ferroelectric material as described above is described in Patent Document 1 below, for example.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-284335 A
[0006]
The raw material gas may be generated by vaporizing a liquid material with a raw material vaporizer. The raw material vaporizer has a vaporization container, a spray nozzle for spraying the raw material, and a discharge port for discharging the raw material gas vaporized in the vaporization container, and the vaporization container is heated to a predetermined temperature by a heater or the like. The From the spray nozzle, the raw material is sprayed together with the carrier gas, and discharged as a mist into the vaporization container. A part of the mist is vaporized during the flight in the vaporization container, and is heated by hitting the inner surface of the vaporization container and is vaporized rapidly. Such a structure of the raw material vaporizer is disclosed in, for example, Patent Document 2 below.
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-273739
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional film forming apparatus, particles (unvaporized residue) are mixed in the raw material gas, resulting in film formation failure and deterioration of film reproducibility and deterioration of thin film quality. There is a problem of making it. This is because in the raw material vaporizer, the vaporization rate of the raw material mist sprayed from the spray nozzle is not necessarily high enough, the raw material mist that has not been vaporized is directly discharged from the raw material vaporizer and reaches the substrate in the chamber, It is considered that a part of the mist that is not vaporized once adheres to the inside of the vaporization container or the piping on the downstream side of the discharge port, and becomes particles to reach the chamber of the film forming apparatus. The reproducibility of film formation and the quality of thin films greatly affect the performance and yield of capacitors and nonvolatile memories.
[0009]
In addition, the mist of the raw material sprayed from the spray nozzle hits the inner surface of the vaporization container and splashes as a splash, and the splash may reach the discharge port directly and be discharged. It may adhere to and cause particles.
[0010]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and the problem is that by increasing the vaporization rate of the mist sprayed from the spray nozzle, generation of particles can be reduced and high-quality film formation can be performed. An object is to provide a raw material vaporizer and a film forming apparatus using the same. Another object of the present invention is to provide a raw material vaporizer and a film forming apparatus capable of reducing the generation of particles and reducing the generation of particles by reducing the mist splashed directly to the discharge port. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a raw material vaporizer according to the present invention includes a vaporization container for vaporizing a raw material used for film formation, a spray nozzle for spraying the raw material mist into the vaporization container, and the vaporization container. In a raw material vaporizer having a discharge port through which the vaporized raw material gas is discharged, a gas spraying means for spraying a carrier gas in a spray direction obliquely forward in the spray direction to the mist ejected from the spray nozzle The gas spraying means includes a plurality of spray nozzles, and the spray direction is a direction toward the spray nozzle in a plan view as viewed from the front of the spray direction with respect to a direction intersecting with the spray direction of the spray nozzle. , And the direction is set so as to be directed to the same direction of rotation around the axis parallel to the spray direction. Thus, the mist sprayed from the spray nozzle is swirled by the carrier gas sprayed from the spray nozzle, and as a result, a swirl flow having the spray direction as an axis is generated and ejected from the spray nozzle. The mist is configured to be spread around It is characterized by.
[0012]
According to this invention, since the carrier gas is blown in the blowing direction intersecting the spraying direction by the gas blowing means with respect to the mist ejected from the spray nozzle, the mist is diffused and the flight direction of the mist is wide, The vaporization rate of mist can be improved. Moreover, since the spraying direction is a direction heading obliquely forward of the spraying direction, the spraying direction of the mist can be expanded without disturbing the mist unnecessarily, and the vaporization rate can be improved. In particular, if the mist is excessively disturbed, it is considered that the mist is discharged directly from the discharge port and the amount of adhesion in the downstream pipe increases, but the carrier gas is blown in a direction obliquely forward in the spray direction. Since the mist can be diffused gently, the generation of the mist directly toward the discharge port can be suppressed, which is very effective.
[0013]
Further, the gas spraying means includes a plurality of spray nozzles, and the spray direction is a direction toward the spray nozzle in a plan view as viewed from the tip of the spray direction with respect to a direction intersecting with the spray direction of the spray nozzle. The mist sprayed from the spray nozzle is blown from the spray nozzle by setting the reference and the direction so as to be directed in the same direction of rotation around the axis parallel to the spray direction. The gas is stirred so as to swirl, and as a result, a swirl flow (vortex flow) with the spray direction as an axis is generated. This makes it possible to lengthen the residence time of the source gas inside the vaporizer, and as a result, the vaporization rate of mist can be increased. Further, there is an advantage that the mist can be spread in all directions around the spray nozzle without increasing the number of spray nozzles.
[0014]
In the present invention Especially The gas spraying means includes a pair of spray nozzles arranged on both sides of the spray nozzle, and the spray nozzle and the spray direction thereof and a discharge port are provided in a direction perpendicular to the plane including the spray nozzle. The According to this, since the raw material mist tends to largely spread mainly on both sides where the spray nozzle is provided by providing a pair of spray nozzles, the discharge port is orthogonal to the spray nozzle, its spray direction, and the plane including the spray nozzle. By providing in the direction in which the discharge is performed, the discharge port is disposed at a position away from the plane, so that particles can be further reduced.
[0015]
[0016]
In the present invention, it is preferable that a carrier gas heated through a heater is supplied to the spray nozzle. According to this, when the carrier gas is heated to a predetermined temperature and sprayed, the mist sprayed with the carrier gas is given heat, and as a result, the vaporization rate of the mist can be further improved. Therefore, it is possible to reduce the adhesion of mist that does not vaporize inside the raw material vaporizer or in the downstream piping, so that the generation of particles can be suppressed.
[0017]
In this invention, it is preferable that the surface uneven | corrugated structure which consists of a cone-shaped or pyramid-shaped protrusion is provided in the front area | region which exists in the spraying direction of the said spray nozzle among the inner surfaces of the said vaporization container. By providing a surface uneven structure in the front area in the spraying direction, when the mist ejected from the spray nozzle reaches the front area, the height of the mist splashed by the surface uneven structure (the height at which the mist splashes from the surface of the front area) Can be reduced. That is, in the case of a vaporization container having a conventional structure, when the mist hits the inner surface of the vaporization container and splashes, the splash is highly scattered, and therefore, a part of the scattered mist splash may be directly discharged from the discharge port. However, in the present invention, since the scattering height is lowered when the mist hits the surface uneven structure, the possibility that a part of the scattered mist is directly discharged from the discharge port can be reduced. In addition, since the surface area of the front region can be increased by providing the surface uneven structure, the heat exchange efficiency with respect to the mist can be increased, and the same effect as when the spray range of the spray nozzle is expanded, that is, the mist. The vaporization rate can be improved.
[0018]
In this case, it is preferable that the surface concavo-convex structure is composed of an inclined surface. By making the surface concavo-convex structure composed of inclined surfaces, the splash angle can be reduced, so that the height of the splash can be further reduced.
[0019]
In the present invention, it is preferable that the spray nozzle has a plurality of nozzle ports oriented in a dispersed direction within a predetermined solid angle range. Thereby, since mist can be ejected in a wide range within a predetermined solid angle range from the spray nozzle, and the mist can be dispersed and sprayed, the vaporization rate can be further improved.
[0020]
In this invention, it is preferable that the said discharge port is opened in the inner surface part in the inner surface of the said vaporization container which is near to the said spraying direction. Thereby, since the discharge port is opened at a position away from the inner surface portion (front region) in the spraying direction, the splash generated from the mist ejected from the spray nozzle or the mist that hit the inner surface of the vaporization container is directly It is possible to further reduce discharge from the discharge port.
[0021]
In the present invention, the direction in which the source gas is discharged from the discharge port is preferably substantially opposite to the spray direction. By discharging the source gas from the discharge port in the direction substantially opposite to the spray direction, the possibility that the mist ejected from the spray nozzle is directly discharged from the discharge port can be reduced.
[0022]
Next, a film forming apparatus of the present invention includes a raw material supply system for supplying a raw material used for the film forming process, and the raw material vaporizer according to any one of the above for vaporizing the raw material supplied by the raw material supply system. And a film forming means for performing a film forming process by introducing the raw material gas discharged from the discharge port of the raw material vaporizer. By using the above-mentioned raw material vaporizer, it is possible to suppress a decrease in reproducibility of film formation and a decrease in thin film quality due to film formation failure due to particles in the film forming means, so the reproducibility is high and the quality is high. A film forming process capable of forming a thin film can be realized.
[0023]
Each of the above-mentioned inventions is particularly an oxide system such as tantalum oxide, lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate, strontium titanate, barium titanate, barium strontium titanate, bismuth tantalate strontium, etc. This is suitable for forming a dielectric thin film. Moreover, as a raw material, it is preferable to use an organometallic raw material. As the organometallic material, an alkyl metal compound, an alkoxy metal compound, an alkyl alkoxy metal compound, a β-diketone compound, a cyclopentadienyl compound, a halogen compound, or the like is generally used.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of a raw material vaporizer and a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0025]
(Film forming equipment)
Initially, the whole structure of the film-forming processing apparatus using the raw material vaporizer which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 8 is a schematic configuration diagram schematically showing the overall configuration of the film forming apparatus 100 of the present embodiment. The film forming apparatus 100 includes a raw material supply system 110, a raw material vaporizer 120, a film forming processing unit 130, and an exhaust system 140.
[0026]
The raw material supply system 110 includes a carrier gas supply unit 111 that supplies a carrier gas such as an inert gas such as N 2, He, and Ar, and raw material supply units 112, 113, and 114 that supply raw materials. The raw materials supplied from the raw material supply units 112, 113, 114 are supplied through the raw material supply line 115. Separately from the raw material supply line 115, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply unit 111 through the carrier gas supply line 116. Here, in the raw material supply line 115, the raw material is supplied together with the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 111 as necessary.
[0027]
The raw material supplied by the raw material supply system 110 is usually solid or liquid at room temperature. When the raw material is solid at room temperature, it is supplied as a liquid raw material by adding an appropriate organic solvent (for example, butyl acetate). .
[0028]
The raw material vaporizer 120 includes a vaporization container 121, a spray nozzle 122, and a discharge port 123. The vaporization container 121 is heated so that the inner surface becomes a predetermined temperature as will be described in detail later. The spray nozzle 122 receives the raw material supplied from the raw material supply line 115 and sprays the raw material at a predetermined pressure. Usually, the raw material is misted at the spray nozzle 122 by the pressure of the carrier gas supplied to the raw material supply line 115 and is jetted into the vaporization vessel 121. The mist ejected into the vaporization container 121 is partially vaporized during the flight, and is also heated against the inner surface of the vaporization container 121 to rapidly vaporize and become a raw material gas. The raw material gas generated as described above is discharged from the discharge port 123 and introduced into the raw material gas supply line 131 of the film forming unit 130.
[0029]
The film formation processing unit 130 includes the raw material gas supply line 131, the film formation processing container 132 connected to the raw material gas supply line 131, and the raw material gas sent through the raw material gas supply line 131. A shower head 133 that is uniformly introduced into the interior of the substrate, and a substrate support portion 134 that is disposed to face the shower head 133 and is configured by a wafer holder or the like. A substrate (wafer) W is held and fixed on the substrate support portion 134. In addition, when a processing gas (for example, oxygen gas, halogen-based gas, etc.) to be reacted with the source gas is required, a processing gas supply system 135 for introducing the processing gas into the film formation processing container 132 is provided. It is done. Further, in order to generate or promote the decomposition reaction or synthesis reaction of the gas supplied into the film formation processing vessel 132, a heating means for heating, a light irradiation means for irradiating ultraviolet rays, etc. are usually provided. .
[0030]
The film formation processing container 132 of the film formation processing unit 130 is connected to the exhaust system 140. The exhaust system 140 includes an exhaust line 141, an exhaust trap 142 that captures solid content discharged to the exhaust line 141, and an exhaust pump (vacuum pump) 143 connected to the exhaust trap 142.
[0031]
In the film forming apparatus 100, the raw material gas supplied from the raw material vaporizer 120 undergoes a decomposition / synthesis reaction or the like in the film forming process vessel 132, and is deposited on the substrate 134 to form a thin film.
[0032]
As the thin film material suitable for production of the present invention, the above-mentioned oxide-based dielectric can be mentioned. As a typical example, PZT will be described. The general formula thereof is Pb (Zr, Ti) O. ₃ It is. Some of Pb in this PZT is substituted with La, Nb, Ca, etc., and these are also called PZT-based materials in a broad sense.
[0033]
As a raw material for producing this PZT, ((CH ₃ ) ₃ CCO) ₂ When CH— is represented by “thd”, Pb (C ₂ H ₅ ) ₄ , Pb (thd) ₂ , (C ₂ H ₅ ) ₃ PbOCH ₂ C (CH ₃ ) ₃ , Pb (C ₂ H ₅ ) ₃ (T-OC ₄ H ₉ ), Pb (CH ₃ ) ₄ , PbCl ₄ , Pb (n-C ₃ H ₇ ) ₄ , Pb (i-C ₃ H ₇ ) ₄ , Pb (C ₆ H ₅ ) ₄ , PbCl ₂ Etc. Moreover, as a Zr raw material, Zr (i-OC ₃ H ₇ ) ₂ (Thd) ₂ , Zr (i-OC ₃ H ₇ ) (Thd) ₃ , Zr (t-OC ₄ H ₉ ) ₄ , Zr (i-OC ₃ H ₇ ) ₄ , Zr (thd) ₄ , ZrCl ₄ , Zr (C ₅ H ₅ ) ₂ Cl ₂ , Zr (OCH ₃ ) ₄ , Zr (OC ₂ H ₅ ) ₄ , Zr (C ₂ H ₆ O ₂ ) ₄ Etc. Furthermore, as the Ti raw material, Ti (i-OC ₃ H ₇ ) ₄ , Ti (thd) ₂ (I-OC ₃ H ₇ ) ₂ , Ti (OC ₂ H ₅ ) ₄ , Ti (OCH ₃ ) ₄ , Ti (OCH ₉ ) ₄ , Ti (C ₅ H11) ₄ And so on. These raw materials are vaporized in the raw material vaporizer 120 to become a raw material gas, and react with a processing gas such as oxygen on the substrate W to generate a PZT thin film.
[0034]
[Raw material vaporizer]
Next, the raw material vaporizer 120 according to the present invention applicable to the film forming apparatus 100 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the basic configuration of the raw material vaporizer 120. The raw material vaporizer 120 is provided with a spray nozzle 122 so as to penetrate a part of the vaporization container 121. A plurality of heaters 124 are disposed outside the vaporization vessel 121, and these heaters 124 are covered with a heat insulating material 125. These heaters 124 are controlled by temperature control means 129. The temperature control means 129 measures the temperature of the temperature control circuit 129A and the wall surface of the vaporization vessel 121, and outputs the detected temperature to the temperature control circuit 129A.
And a temperature sensor 129B such as a couple. The measurement point of the temperature sensor 129 </ b> B is preferably disposed on a wall surface having an inner surface (a front region to be described later) disposed on the mist spraying direction 122 a side of the spray nozzle 122. The heating temperature of the vaporization container 121 by the temperature control means 129 is generally equal to or higher than the vaporization temperature of the mist sprayed by the spray nozzle 122 and lower than the decomposition temperature of the raw material constituting the mist. . For example, a typical temperature range is about 180-260 ° C.
[0035]
The vaporization container 121 has a box shape in the illustrated example, but can be configured in various shapes such as a cylindrical shape and a spherical shape. The inner surface of the vaporization container 121 can be made of, for example, stainless steel or aluminum. The inner surface is preferably configured to be smooth (for example, mirror-like) by an electrolytic polishing method or the like. The discharge port 123 basically opens at an inner surface portion of the vaporization container 121 on the side in the direction substantially orthogonal to the spraying direction 122a. However, the container shape shown in FIG. 1 is merely schematically shown including the arrangement of the discharge ports 123, and does not accurately reflect the actual device structure.
[0036]
The spray nozzle 122 is preferably insulated from the vaporization vessel 121 by appropriate heat insulation means. Further, it is desirable that the spray nozzle 122 be cooled by forced cooling means 126 (for example, cooling by a refrigerant, electronic cooling using a thermoelectric effect, etc.). This is because when the spray nozzle 122 is heated by heat conduction from the vaporization vessel 121 heated as described above, a part of the raw material gas passing through the nozzle is decomposed or a multimer is formed. This is because there is a risk of being fooled. Such thermal decomposition of raw materials and generation of multimers also cause generation of particles.
[0037]
The raw material vaporizer 120 is provided with a spray nozzle 127, which is a carrier gas spray means, beside the spray nozzle 122. It is preferable that a plurality of the spray nozzles 127 are provided at positions dispersed around the spray nozzle 122. The spray nozzle 127 is configured to spray the carrier gas toward the illustrated spray direction 127a. The spraying direction 127a may basically be a direction that intersects with the spraying direction 122a, but it is particularly preferable that the spraying direction 127a is directed obliquely forward with respect to the spraying direction 122a as illustrated. . More specifically, the spraying direction 127a is preferably a direction having a crossing angle within a range of about 10 to 30 degrees with respect to the spraying direction 122a. Below this range, the carrier gas blowing effect is reduced. Conversely, above the above range, the sprayed mist is too disturbed, and the possibility that the mist is directly discharged from the discharge port 123 increases.
[0038]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state where the spray nozzle 122 and the spray nozzle 127 are viewed from the vaporizer inner surface side ahead of the spray direction 122a. In this basic configuration, the pair of spray nozzles 127 are on the left and right sides of the spray nozzle 122, and the spray directions 127a are directions on a plane including the spray nozzle 122, the spray direction 122a, and the spray nozzle 127. The direction is oblique toward the spray nozzle 122. In this case, since the raw material mist sprayed from the spray nozzle 122 spreads mainly on the left and right sides in the figure, the position away from the plane including the spray nozzle 122, its spray direction 122a, and the spray nozzle 127 (in the example shown, orthogonal to the above plane). It is preferable to form the discharge port 123 on the inner surface part in the direction.
[0039]
[0040]
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a state in which the configuration of the embodiment different from the basic configuration is viewed from the same viewing direction as FIG. In this case, the spraying direction 127a ′ of the spraying nozzle 127 ′ is based on the direction toward the spraying nozzle 122, and in the same rotational direction around the axis parallel to the spraying direction 122a (see FIG. 1) from the direction (see the illustrated example). Is set to head in a counter-clockwise direction. As a result, the mist sprayed from the spray nozzle 122 is stirred so as to be swirled by the carrier gas sprayed from the spray nozzle 127 ′, and as a result, a swirl flow (swirl flow) having the spray direction 122a as an axis is generated. In the illustrated example, a clockwise air flow and a mist flow are formed. This makes it possible to lengthen the residence time of the source gas inside the vaporizer, and as a result, the vaporization rate of mist can be increased. In the above embodiment, as shown in FIG. 9, the mist spreads mainly in the horizontal direction in the figure. In this case, the mist can be spread in all directions around the spray nozzle without increasing the number of spray nozzles. There is also an advantage that it can be done. However, in this example, since the spray nozzles 127 ′ are arranged only on the left and right sides of the spray nozzle 122 in the figure, the raw material mist tends to spread more in the left and right directions in the figure than in the vertical direction in the figure. It is the same as the basic configuration described above that the spray nozzle 122 and its spray direction 122a and the spray nozzle 127 'are preferably arranged at a position away from the plane.
[0041]
Also in this case, three or more spray nozzles 127 ′ are distributed around the spray nozzle 122, and all the spray nozzles spray from the direction with reference to the direction in which the spray direction is all toward the spray nozzle 122. It can be configured such that the direction is obliquely directed to an orientation shifted in the same rotational direction (clockwise or counterclockwise) around an axis parallel to the direction.
[0042]
The spray nozzle 127 is supplied with the carrier gas that has passed through the heater 128 that heats the carrier gas supplied from the raw material supply system 110. The heating temperature of the carrier gas by the heater 128 depends on the flow rate of the carrier gas blown into the vaporization container 121, but is generally the same as or lower than the heating temperature of the vaporization container. Although the heating temperature of carrier gas changes with raw materials similarly to the case of the said vaporization container, it is typically 80-260 degreeC.
[0043]
In the raw material vaporizer 120 of the present embodiment, the flow rate of the carrier gas sprayed from the spray nozzle 127 is within a range of about 0.2 to 2 times the raw material sprayed from the spray nozzle 122 (total amount of raw material and carrier gas). Preferably there is. If it falls below this range, it will be difficult to obtain the spraying effect described below. Conversely, if it exceeds the range, the degree of disturbance of the mist sprayed from the spray nozzle 122 will be excessive, and the mist will be discharged from the outlet 123 without being vaporized. The possibility that it will end up increases. Here, the general flow rate of the spray nozzle 122 is 200 to 400 SCCM (standard cc / min, standard state is 1 atm (1,013 hPa), 0 ° C.). In the case of a double pipe structure, the inner pipe is 170 to 300 SCCM. The outer tube is about 30 to 100 SCCM. In this embodiment, since the mist is sufficiently disturbed by the carrier gas from the spray nozzle 127, the spray nozzle may have a single tube structure.
[0044]
The carrier gas sprayed from the spray nozzle 127 hits the mist sprayed from the spray nozzle 122, disturbs and disperses the mist, and thus has an effect of promoting vaporization during the flight of the mist. The sprayed carrier gas also disperses the flight direction of the mist. Therefore, since the mist is dispersed and applied to a wider area on the inner surface of the vaporization container 121, vaporization on the inner surface of the vaporization container 121 is also promoted.
[0045]
Further, since the carrier gas blown by the blowing nozzle 127 is heated as described above, the internal temperature of the vaporization container 121 is hardly lowered due to the blowing of the carrier gas, and the mist is brought into contact with the carrier gas. Therefore, the effect of promoting the vaporization of mist can be obtained, and the vaporization rate of the mist sprayed from the spray nozzle 122 can be further improved.
[0046]
As described above, in the present embodiment, since the vaporization rate of mist can be increased, the generation of particles can be suppressed and film formation defects can be reduced.
[0047]
[First embodiment]
Next, referring to FIG. 2, the first embodiment according to the present invention will be described. Example Will be described. The raw material vaporizer 220 of the first example includes a spray nozzle 222, a discharge port 223, a heater 224, a heat insulating material 225, a forced cooling means 226, a spray nozzle 227, and a heater 228 similar to the above embodiment. Therefore, these explanations are omitted.
[0048]
Whereas the temperature control means 129 having the above basic configuration integrally controls the temperature of the vaporization vessel 121, in this first embodiment, the spray direction of the spray nozzle 222 on the inner surface of the wall of the vaporization vessel 221. The front area 221s arranged at 222a is controlled by an independent temperature control means 229s, and the temperature of the other inner surface is controlled by the temperature control means 229.
[0049]
The temperature control means 229s includes a temperature control circuit 229As and temperature sensors 229Bs-1 and 229Bs-2. The temperature sensor 229Bs-1 is disposed at the center of the front region 221s (ie, in the vicinity of the spraying direction 222a), and the other temperature sensor 229Bs-2 is disposed around the periphery (periphery). A plurality of temperature sensors 229Bs-2 may be installed. The temperature control circuit 229As controls the heater 224A at the center of the front area 221s based on the temperature detected by the temperature sensor 229Bs-1, and is located at the periphery of the front area 221s based on the temperature detected by the temperature sensor 229Bs-2. The heater 224B is controlled.
[0050]
On the other hand, the temperature control means 229 that controls the temperature of the other wall surface includes a temperature control circuit 229A and a temperature sensor 229B, as in the basic configuration. The temperature control circuit 229A controls the heater 224C that heats the inner surface area other than the front area 221s based on the temperature detected by the temperature sensor 229B.
[0051]
The wall part which comprises said front area | region 221s is connected via the heat insulation part 221t with respect to the other wall part of the vaporization container 221, and is thermally insulated. In the illustrated example, the heat insulating portion 221t has a structure in which the wall thickness is partially reduced. Here, the heat insulating material 225 may enter the inside of the heat insulating portion 221t formed with a thin wall thickness. As the heat insulating portion 221t, a material having a lower thermal conductivity than the wall of the vaporization vessel 221 may be inserted between the front region 221s and another wall surface, or a vacuum heat insulating structure may be provided.
[0052]
This implementation Example Then, since the front region 221s arranged in the spraying direction 222a of the spray nozzle 222 is controlled by the temperature control means 229s independent of the other wall surface of the vaporization vessel 221, even if the mist hits the front region 221s intensively, The inner surface temperature can be controlled more accurately. In other words, the heating surface in the front area is deprived of more heat of vaporization by mist. Example Can be controlled to a temperature closer to the set temperature, and can be controlled at a faster response speed. As a result, the evaporation rate of mist can be increased, and generation of particles can be suppressed and film formation defects can be reduced. Here, the temperature of the front region 221s may be controlled at a set temperature different from the other inner surface portions.
[0053]
In addition, among the inner surfaces of the vaporization container 221, the temperature controllability of the front region 221s can be further improved by insulating the front region 221s and the other wall surfaces by the heat insulating portion 221t.
[0054]
Furthermore, since the temperature control by the temperature control means 229s in the front region 221s is performed separately in the central portion in the vicinity of the spraying direction 222a and the peripheral edge in the periphery thereof, the mist is generated in the spraying direction 222a and in the peripheral direction. Even when there is a difference in the ejection density, it is possible to maintain a uniform temperature distribution over the entire front region or to provide a desired temperature gradient.
[0055]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the raw material vaporizer 320 of the second embodiment, the first embodiment is performed. Example And a vaporizing container 321 (including a front region 321s and a heat insulating portion 321t), a discharge port 323, heaters 324A, 324B, and 324C, a heat insulating material 325, a forced cooling means 326, and temperature control means 329 and 329s. Therefore, these explanations are omitted.
[0056]
As shown in FIG. Example The spray nozzle 322 of the raw material vaporizer 320 includes a nozzle body 322A and a spray cap 322B attached to the tip of the nozzle body 322A. The spray cap 322B is held and fixed to the nozzle body 322A by various known attachment means such as screwing, press-fitting, adhesion, and engagement. Inside the nozzle body 322A, as shown in FIG. 4, an inner tube 322a connected to the raw material supply line 115 and an outer tube 322b connected to the carrier gas supply line 116 are disposed. Here, the inner tube 322 a may be connected to the carrier gas supply line 116, and the outer tube 322 b may be connected to the raw material supply line 115. A space where the inner tube 322a and the outer tube 322b communicate with each other is provided at the tip of the nozzle body 322A.
[0057]
Further, as shown in FIG. 5, the spray cap 322B is provided with a small nozzle port 322c communicating with the space and a large 322d. That is, the peripheral nozzle port 322d has a larger opening area than the central nozzle port 322c. The nozzle port 322c opens toward the axial direction of the spray nozzle 322 at the center of the tip of the spray nozzle 322, and a plurality of nozzle ports 322d are provided so as to surround the periphery of the nozzle port 322c, and obliquely forward with respect to the axial direction. As a whole, the openings are radially opened in the direction of inclination. Alternatively, in the spray cap, the nozzle port 322c directed in the axial direction may be omitted, and only the nozzle port 322d may be formed. Further, the hole diameters of the nozzle openings 322c and 322d are determined as appropriate so that the mist is dispersed at a wide angle and evenly.
[0058]
As described above, this implementation Example The spray nozzle 322 is provided with a plurality of nozzle ports directed in the direction dispersed in a predetermined solid angle range at the tip thereof, so that the mist ejected from the spray nozzle 322 has a wide angle as shown in FIG. It blows out and hits in a wide area on the inner surface of the vaporization vessel 321. In the illustrated example, the mist ejected from the spray nozzle 322 is configured to hit almost the entire front area 321s. Therefore, vaporization during the flight of the mist can be promoted, vaporization on the inner surface of the vaporization container 321 can be promoted, and the vaporization rate can be increased as a whole.
[0059]
[Third embodiment]
Next, a raw material vaporizer 420 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the raw material vaporizer 420 includes the same spray nozzle 422, heaters 424A, 424B, and 424C, heat insulating material 425, forced cooling means 426, temperature control means 429 and 429s as those in the second embodiment, these explanations are provided. Is omitted.
[0060]
The vaporization container 421 has a front region 421s and a heat insulating part 421t as in the second embodiment, but the formation position of the discharge port 423 has been described above. Example Is different. Basic configuration, embodiment, first and second implementations Example In this case, the discharge port is disposed at an intermediate position between the spray nozzle and the inner surface (front region) in the spray direction, and opens in a direction substantially orthogonal to the spray direction. Example Then, the discharge port 423 is disposed on the opposite side of the spraying direction 422a of the spray nozzle 422 (that is, on the upper side in the drawing). In addition, the basic configuration, embodiment and each implementation described above Example In this case, the discharge direction of the discharge port is set to a direction substantially orthogonal to the spray direction. Example Then, the discharge direction of the discharge port 423 (the direction in which the source gas is discharged from the inside of the vaporization vessel 421) 423a is configured to be substantially opposite to the spray direction.
[0061]
This implementation Example Then, since the discharge port 423 is disposed (opened) on the opposite side of the spraying direction 423, the opening position of the discharge port is away from the inner surface portion (that is, the front region 421s) in the spraying direction 423. Both the possibility that the mist sprayed from the spray nozzle 422 is discharged directly from the discharge port 423 and the possibility that the mist splashed by hitting the front region 421s is discharged directly from the discharge port 423 can be reduced.
[0062]
Moreover, since the discharge direction 423a of the discharge port 423 is opposite to the spray direction 422a, it is possible to further reduce the mist sprayed from the spray nozzle 422 from being directly discharged from the discharge port 423.
[0063]
[Fourth embodiment]
Finally, a raw material vaporizer 520 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This raw material vaporizer 520 includes the same spray nozzle 522, discharge port 523, heaters 524A, 524B, 524C, heat insulating material 525, forced cooling means 526, temperature control means 529 and 529s as in the second embodiment. These descriptions are omitted.
[0064]
In this embodiment, a surface uneven structure 521t having inclined surfaces 521ta and 521tb is formed on the inner surface of the front region 521s. The surface concavo-convex structure 521t can be configured by, for example, a conical or pyramidal projection or a concave hole, or a ring-shaped annular rib having a pair of inclined surfaces provided back to back. The surface concavo-convex structure 521t may be a structure having an inclined surface at least at a part thereof, but it is more desirable that the surface concavo-convex structure is entirely formed of an inclined surface as in the illustrated example. The surface concavo-convex structure 521t may be composed of only a single protrusion or a concave hole such as one having an inclined surface 521ta at the center in the figure, but is composed of a plurality of protrusions or concave holes as in the illustrated example. It is preferred that Further, the surface uneven structure 521t may be provided limited to the central portion of the front region 521s, but it is preferable that the surface uneven structure 521t is preferably formed in the entire region where the mist mainly hits. For example, in the illustrated example, the surface uneven structure 521t is formed only in the central portion of the front region 521s, but it is preferable that the surface uneven structure 521t is formed over the entire front region 521s. Note that the inclined surfaces 521ta and 521tb may be inclined with respect to the virtual surface (horizontal plane in the illustrated example) when the front region 521s is formed substantially along a certain virtual surface. Moreover, when the said virtual surface is a curved surface, the inclined surface should just be inclined with respect to the tangent plane.
[0065]
In this embodiment, when the mist sprayed from the spray nozzle 522 hits the inclined surfaces 521ta and 521tb of the surface uneven structure 521t, the splash direction of the mist is deviated in the lateral direction, so the splash from the surface of the front region 521s. Thus, the possibility that mist is discharged directly from the discharge port 523 can be reduced. Accordingly, generation of particles can be suppressed and film formation defects can be reduced. In addition, since the surface area of the front region 521s is increased by the surface uneven structure 521t, the same effect as when the spray direction of the mist sprayed by the spray nozzle 522 is expanded can be obtained, and the vaporization rate can be improved.
[0066]
The surface uneven structure 521t includes the inclined surfaces 521ta and 521tb. However, even if the surface uneven structure has a stepped shape without the inclined surface, the effect of reducing the splash of the mist sprayed from the spray nozzle is not effective. In addition to being obtained, the surface unevenness structure increases the surface area, so that the same effect as described above can be obtained to some extent.
[0067]
Note that the raw material vaporizer and the film forming apparatus of the present invention are not limited to the above illustrated examples, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example The second The surface uneven structure 521t of the fourth example may be provided in the embodiment, the first example to the third example.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the vaporization rate of the mist sprayed in the vaporization container can be increased, so that generation of particles can be suppressed and film formation defects can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a basic configuration of a raw material vaporizer according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of the first embodiment of the raw material vaporizer according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing a configuration of a second embodiment of the raw material vaporizer according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing a state where the spray nozzle of the second embodiment is cut in the spray direction.
FIG. 5 is a schematic front view showing a state where the spray nozzle of the second embodiment is viewed from the tip side.
FIG. 6 shows a third embodiment of the raw material vaporizer according to the present invention. Example It is a schematic block diagram which shows typically a structure of these.
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the raw material vaporizer according to the present invention. Example It is a schematic block diagram which shows typically a structure of these.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of a film forming apparatus having a raw material vaporizer according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing a state in which the spray nozzle and the spray nozzle are viewed from the inner side of the vaporizer in the spray direction in the raw material vaporizer of the basic configuration.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the spray nozzle and the spray nozzle are viewed from the inner side of the previous vaporizer in the spray direction in the raw material vaporizer according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Film-forming processing apparatus, 110 ... Raw material supply system, 115 ... Raw material supply line, 116 ... Carrier gas supply line, 120 ... Raw material vaporizer, 121 ... Vaporization container, 122 ... Spray nozzle, 123 ... Discharge port, 124, 224A , 224B, 224C ... heater, 125 ... heat insulating material, 126 ... forced cooling means, 127 ... spray nozzle, 128 ... heating means, 129 ... temperature control means

Claims

成膜処理に用いる原料を気化するための気化容器と、前記原料のミストを前記気化容器内に噴霧する噴霧ノズルと、前記気化容器内の気化された原料ガスが排出される排出口とを有する原料気化器において、
前記噴霧ノズルから噴出した前記ミストに対し、前記噴霧方向の斜め前方に向かう吹き付け方向にキャリアガスを吹き付けるガス吹き付け手段を有し、
前記ガス吹き付け手段は前記噴霧ノズルの両側に配置された一対の吹き付けノズルよりなり、前記吹き付け方向は、前記噴霧ノズルの噴霧方向と交差する方向に対し、前記噴霧方向の先から見た平面視で前記噴霧ノズルに向かう方向を基準とし、当該方向から共に、前記噴霧方向に平行な軸周りの同じ回転方向にずれた方位に向かうように設定され、これにより前記噴霧ノズルから噴霧された前記ミストは前記吹き付けノズルから吹き付けられる前記キャリアガスによって渦巻くように攪拌され、その結果、前記噴霧方向を軸線とする旋回流が発生するとともに前記噴霧ノズルから噴出した前記ミストが周囲に広げられるように構成され、
前記噴霧ノズル及びその噴霧方向並びに前記一対の吹き付けノズルが含まれる平面と直交する方向に排出口が設けられていることを特徴とする原料気化器。A vaporization container for vaporizing a raw material used for the film forming process; a spray nozzle for spraying the mist of the raw material into the vaporization container; and an outlet for discharging the vaporized raw material gas in the vaporization container. In raw material vaporizer,
For the mist ejected from the spray nozzle, it has a gas spraying means for spraying a carrier gas in a spraying direction heading obliquely forward in the spraying direction,
The gas spraying means includes a pair of spray nozzles arranged on both sides of the spray nozzle , and the spray direction is a plan view seen from the front of the spray direction with respect to a direction intersecting with the spray direction of the spray nozzle. The direction toward the spray nozzle is set as a reference, and the mist sprayed from the spray nozzle is set so as to be directed in the same rotational direction around the axis parallel to the spray direction from the direction. Agitated so as to swirl by the carrier gas sprayed from the spray nozzle, and as a result, a swirl flow having the spray direction as an axis is generated and the mist ejected from the spray nozzle is spread to the periphery,
A raw material vaporizer, characterized in that a discharge port is provided in a direction orthogonal to a plane including the spray nozzle, the spray direction, and the pair of spray nozzles .

前記吹き付けノズルには加熱器を通過して加熱されたキャリアガスが供給されることを特徴とする請求項１に記載の原料気化器。 The raw material vaporizer according to claim 1, wherein a carrier gas heated through a heater is supplied to the spray nozzle.

前記気化容器の内面のうち前記噴霧ノズルの噴霧方向にある正面領域に円錐状あるいは角錐状の突起からなる表面凹凸構造が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の原料気化器。 3. The raw material vaporization according to claim 1, wherein a surface concavo-convex structure comprising a conical or pyramidal projection is provided in a front region of the inner surface of the vaporizing container in a spraying direction of the spray nozzle. vessel.

前記噴霧ノズルは、所定の立体角範囲内において分散した方向を指向する複数のノズル口を有す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気化器。 The raw material vaporizer according to any one of claims 1 to 3, wherein the spray nozzle has a plurality of nozzle ports directed in a dispersed direction within a predetermined solid angle range.

成膜処理に用いる原料を供給する原料供給系と、該原料供給系により供給された原料を気化するための請求項１乃至４のいずれか一項に記載の原料気化器と、前記原料気化器の前記排出口から排出された前記原料ガスを導入して成膜処理を行う成膜手段とを有することを特徴とする成膜処理装置。A raw material supply system for supplying a raw material used for film formation, a raw material vaporizer according to any one of claims 1 to 4 for vaporizing the raw material supplied by the raw material supply system, and the raw material vaporizer And a film forming means for performing a film forming process by introducing the source gas discharged from the discharge port.