KR101070138B1 - 기화 장치, 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

기판에 대하여 액체재료를 기화시킨 기체재료를 공급하여 성막 처리를 실행하는데 있어서, 높은 효율로 액체재료를 기화하여, 파티클의 발생을 억제하는 것.
기판에 대하여 성막 처리를 실행하기 위한 액체재료중에, 양　및　음　중　한쪽으로 대전된 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시켜, 이 액체재료를 무화해서 액체재료의 미스트를 형성하고, 또한 그 액체재료의 미스트를 가열하여 기화시킨다. 액체재료중에는, 미리 매우 적은 기포가 높은 균일성을 가지고 분산되기 때문에, 이 액체재료를 무화하면, 지극히 미세하고 균일한 액체재료의 미스트를 얻을 수 있기 때문에, 열교환하기 쉬운 상태가 된다. 이 액체재료의 미스트를 기화하면, 기화 효율이 높아져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.

Description

기화 장치, 성막 장치 및 성막 방법{VAPORIZATION APPARATUS, FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은, 피처리체에 대하여 액체재료를 기화시킨 기체재료를 공급하고, 성막 처리를 실행하는 기술에 관한 것으로, 특히 액체재료를 기화시키는 기술에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스의 하나로서, 반도체 웨이퍼(이하「웨이퍼」라고 한다)(W)의 표면에 소정의 막을 형성하는 성막공정이 있고, 이 성막공정에 의해 액체재료를 기화해서 얻은 원료 가스를 성막 가스로서 장치내에 도입하고 있다.
상기 액체재료를 기화해서 얻은 원료 가스를 이용한 성막 처리의 예로서는, TEOS(Tetra Ethoxy OxySilane)을 기화해서 얻은 처리 가스와 산소(O2) 가스를 이용하여 SiO2막을 성막 하는 예나, Si2Cl6을 기화해서 얻은 처리 가스와 암모니아(NH3) 가스를 이용하여 실리콘나이트라이드(Si3N4)막을 성막하는 예가 있다.
이와 같이 액체재료를 기화시키기 위한 기화기로서는, 도 5에서 나타내는 바와 같이, 종래부터 기화실을 구성하는 동시에 상부에 노즐(101)이 부착된 세로형의 통형상(l00)을 가지는 것이 알려져 있다. 이 노즐(101)의 선단부에서 액체재료와 캐리어 가스를 혼합하여, 이른바 분무기의 원리로 통형상체(100)내에 미세한 물방울형상으로 액체재료를 토출하고, 통형상체(100)내를 가열해 둠으로써, 미스트를 증발시켜 기체재료를 얻을 수 있다.
그런데 최근에는, 디바이스의 다양화, 개량으로 의해, 액체재료로서 증기압이 낮은 것을 이용할 수 있게 되었다. 그 일례로, 하프늄(Hf)의 화합물인 성막재료 등을 들 수 있다. 예컨대 Tetrakis(N-Ethyl-N-Methylamino)Hafnium(TEMAH)은, 약 85℃에서의 증기압이　0.11kPa(0.85Torr)정도이며, Hafnium Tetra-t-Butoxide(HTB)은, 약 85℃에서의 증기압이 0.55kPa(4.12Torr)정도이다．　이들　하프늄계　재료는，　TEOS의　약　85℃에서의　증기압이　5.6kPa(42Torr)인 것에 반해, 상당히 증기압이 낮다.
이러한 저증기압재료는, 기화되기 어렵고, 예컨대 통형상체(100)의 내벽에 미스트가 부착된 경우에는,　이 내벽에서 건조해서 고체화되고, 그 후 내벽으로부터 박리되어, 파티클의 원인이 되어버린다. 한편, 이러한 미스트를 신속하게 기화시키기 위해 가열 온도를 올리면, 통형상체(100)내를 균일하게 가열하는 것이 곤란하여, 가열에 의해 미스트가 분해되고, 변질되어버릴 우려가 있다. 그리고,　이 문제는, 액체재료의 공급 유량을 크게 하려고 하면 현저해진다. 이렇게, 특히 저증기압재료를 기화시키는 것은 대단히 어려워, 새로운 재료를 이용한 성막 처리에　있어서의 하나의 과제이다.
그래서, 특허문헌(1)에서는, 기액　혼합 유체를 기화기에 공급하고,　또한 노즐의 구조를 연구하여　기화　효율을 향상시키는 것에 의해, 대유량의 기체재료를 얻는 기술이 기재되어 있지만, 또한 기체재료의 유량을 늘리는 기술이 요구되고 있다.
일본 특허공개공보　2006-100737((0023)∼(0026))
본 발명은 이러한 사정하에　이루어진　것으로, 그 목적은, 피처리체에 대하여 액체재료를 기화시킨 기체재료를 공급하여 성막 처리를 실행하는데　있어서, 높은 효율로 액체재료를 기화시킬 수 있는 기화 장치, 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 성막용의 액체재료중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하여, 양 및 음 중 한쪽으로 대전됨과 함께 입경이　1000nm 이하인　기포를 발생시키기 위한 기포 발생 수단과, 상기 기포 발생 수단에 접속되어, 상기 액체재료를 기화시켜서 기체재료를 생성하는 기화기와, 상기 기화기에 마련되어, 기화기에서 기화된 기체재료를 반출하는 기체재료 반출 포트를 구비하고, 상기 기화기는 액체재료를 기화시키기 위한 기화실과, 기화실　입구에 마련되어, 기포 발생 수단으로부터 공급된 상기 기포를 포함하는 액체재료를　무화(霧化)하여 액체재료의 미스트를 형성하고, 상기 기화실내에 공급하기 위한 무화부와, 상기 기화실에 마련되어, 무화부로부터 기화실내로 공급된 액체재료의 미스트를 가열하여 기화하기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기화 장치이다.
본 발명은, 상기 기포 발생 수단은, 상기 캐리어 가스의 선회류를 형성함으로써 기포를 발생하는 것을 특징으로 하는 기화 장치이다.
본 발명은, 상기 무화부는, 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화용의 캐리어 가스와 함께 토출시키는 노즐에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기화 장치이다.
본 발명은, 기체재료를 생성하는 기화 장치와,　이 기화 장치에 접속되어, 피처리체가 반입되는 처리 용기를 포함하고, 기화 장치로부터의 기체재료에 의해 피처리체에 대하여 성막 처리를 실행하기 위한 성막 처리부를 구비하고, 상기 기화 장치는, 성막용의 액체　재료중에 기포 발생용 캐리어 가스를 공급하여, 음 및 양　중 한쪽으로 대전됨과 함께 입경이　1000nm 이하인 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 수단과, 상기 기포 발생 수단에 접속되어, 상기 액체재료를　기화시켜　기체재료를 생성하는 기화기와, 상기 기화기에 마련되어, 기화기에서 기화된 기체재료를 반출하는 기체재료 반출 포트를 구비하고, 상기 기화기는 액체재료를　기화시키기 위한 기화실과 기화실　입구에 마련되어, 기포 발생 수단으로부터 공급된 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화해서 액체재료의 미스트를 형성하고, 상기 기화실내에 공급하기 위한 무화부와, 상기 기화실에 마련되어, 무화부로부터　기화실내에 공급된 액체재료의 미스트를 가열해서 기화하기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
본 발명은, 성막용의 액체재료　중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하고, 양　및　음　중　한쪽으로 대전됨과 함께 입경이　1000nm 이하인 기포를 발생시키는 공정과, 상기 기포를 포함하는 액체재료를　무화하고, 액체재료의 미스트를 얻는 공정과, 계속해서, 상기 액체재료의 미스트를 가열하고,　이 미스트를 기화시키는 것에 의해, 기체재료를 얻는 공정과, 상기 기체재료를 처리 용기내의 피처리체에 공급하고,　이 피처리체에 대하여 상기 기체재료에 의해 성막 처리를 실행하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 방법이다.
본 발명은, 상기 액체재료에 기포를 발생시키는 공정과, 상기 캐리어 가스의 선회류를 형성시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법이다.
본 발명은, 상기 액체재료의 미스트를 얻는 공정과, 상기 기포를 포함하는 액체재료와　무화용의 캐리어 가스를 노즐로부터 무화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법이다．
본 발명은, 컴퓨터에 성막 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서, 성막 방법은, 성막용의 액체재료중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하여, 양　및　음　중　한쪽으로 대전됨과 함께 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시키는 공정과, 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화하여, 액체재료의 미스트를 얻는 공정과, 계속해서, 상기 액체재료의 미스트를 가열하여, 이 미스트를 기화시키는 것에 의해, 기체재료를 얻는 공정과, 상기 기체재료를 처리 용기내의 피처리체에 공급하여, 이 피처리체에 대하여 상기 기체재료에 의해 성막 처리를 실행하는 공정를 구비한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이다.
본 발명은, 컴퓨터에 성막 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체에 있어서, 성막 방법은, 성막용의 액체재료중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하여, 양　및　음　중　한쪽으로 대전됨과 함께 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시키는 공정과, 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화하여, 액체재료의 미스트를 얻는 공정과, 계속해서, 상기 액체재료의 미스트를 가열하여, 이 미스트를 기화시키는 것에 의해, 기체재료를 얻는 공정과, 상기 기체재료를 처리 용기내의 피처리체에 공급하고, 이 피처리체에 대하여 상기 기체재료에 의해 성막 처리를 실행하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기억 매체이다.
본 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 성막 처리를 실행하기 위한 액체재료중에, 양　및　음　중　한쪽으로 대전된 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시켜, 이 액체재료를 무화하여 또한 그 미스트를 가열하여 기화시키고 있다. 따라서, 액체재료중에는, 미리 매우 적은 기포가 높은 균일성을 가지고 분산하고 있기 때문에, 이 액체재료를 무화했을 때에는, 지극히 미세하고 균일한 미스트를 얻을 수 있어, 열교환하기 쉬운 상태가 된다. 이 결과, 기화 효율(열교환율)이 높아져, 파티클의 발생을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 전체구성의 일례를 도시하는 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 상기의 성막 장치에 있어서의 나노버블 생성 장치의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 3은 상기의 성막 장치의 일부를 이루는 기화기의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 4는 상기의 기화기에 있어서 액체재료가 미스트화되어가는 모양을 나타내는 개략도이다.
도 5는 종래의 기화기를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
본 발명의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례에 대해서, 도 1∼도 3을 참조해서 설명한다. 도 1은, 피처리체인 기판 예컨대 반도체 웨이퍼(이하「웨이퍼」라고 한다)(W)에 대하여 성막 처리를 실행하기 위한 성막 장치 전체의 구성을 나타내고 있다. 이 성막 장치는, 성막용의 액체재료 예컨대 기술한 하프늄을 포함하는 화합물 예컨대 TEMAH가 저장된 액체재료 저장원(10)과, 이 액체재료 저장원(10)의 액체재료를 기화하기 위한 기화 장치(20a)와, 이 기화 장치(20a)에 있어서 기화된 액체재료를 웨이퍼(W)표면에서 반응시켜, 성막 처리를 실행하기 위한 성막 처리부(50)를 구비하고 있다.
액체재료 저장원(10)에는, 내부의 액체재료의 액면보다도 높은 위치에 가스 공급로(14)의 일단측이 개구되어 있고, 이 가스 공급로(14)의 타단측에는, 밸브(15)를 거쳐서 불활성 가스 예컨대 질소 가스를 공급하기 위한 질소 가스원(16)이 접속되어 있다. 이 액체재료 저장원(10)내의 액면보다보 낮은 위치에는, 액체재료 공급로(11)의 일단측이 개구되어 있고, 이 액체재료 공급원(11)의 타단측에는, 유량 제어부(12)와 밸브(13)를 거쳐, 매우 적은 기포인 나노버블을 생성하기 위한 기포 발생 수단인 나노버블 생성 장치(30)가 접속되어 있다. 또한, 이 액체재료 저장원(10)에는, 히터(17)가 마련되어있고, 내부의 액체재료를 예컨대 50℃로 가열할 수 있도록 구성되어 있다.
여기서, 「나노버블」이란, 예컨대 입경이 10nm 이하인 매우 적은 기포이다. 이 기포는 입경이 수 nm에 한정되는 것은 아니지만, 너무 크면 부력이 작용하여 액중에 있어서의 분산성이 나빠져, 균일한 기액 혼합 유체를 얻을 수 없어서, 1000nm보다도 작은 것이 요구된다고 생각된다. 또한, 이들 기포는, 응집하지 않도록, 양　및　음　중　한쪽으로 대전하는 것이 필요하여, 이 예에서는, 음으로 대전하고 있다. 이 나노버블을 생성하는 나노버블 생성 장치(30)에 대해서, 도 2를 참조해서 설명한다.
이 나노버블 생성 장치(30)는, 예컨대 나노플래닛 연구소(Nanoplanet Research Institute Corporation)제인 마이크로 나노버블 발생 장치로 이루어진다. 도 2a에 도시하는 바와 같이, 나노버블 생성 장치(30)는 원통 형상의 하우징(31)을 구비하고 있다. 이 하우징(31)의 측면(둘레면)의 상측에는, 기술한 액체재료 공급로(11)가 접속되어 있다. 또한, 하우징(31)의 일단측의 면에는, 나노버블 발생용의 캐리어 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(33)가 접속되어 있다. 이 가스 공급로(33)의 상류측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 밸브(36)와 유량 제어부(37)를 거쳐서, 예컨대 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 저장된 불활성 가스 공급원(34)이 접속되어 있다. 하우징(31)의 가스 공급로(33)가 접속된 면의 타단측의 면에는, 액체재료 통류관(35)이 접속되어 있다.
이 나노버블 생성 장치(30)에 있어서의 나노버블의 생성 과정에 대해서 설명한다. 우선, 하우징(31)내에 액체재료가 공급되면, 이 액체재료는, 하우징(31)을 가스 공급로(33)측을 향하여 흐른 후, 하우징(31)의 내주면을 따라 격렬하게 선회함과 동시에, 하우징(31)내를 액체재료 통류관(35)측을 향해서 흐른다. 그리고, 이 액체재료의 흐름에 의해, 이른바 아스피레이터(aspirator)와 같이, 예컨대 0.06MPa(450Torr)의 부압이 발생하므로, 가스 공급로(33)에서 공급되는 나노버블 발생용의 가스는, 이 부압에 의해 흡인되어서, 액체재료의 선회류의 중심부에서 액체재료 통류관(35)을 향해서 흘러간다. 액체재료의 선회류는, 액체재료 통류관(35)을 향함에 따라서 선회 반경이 서서히 좁아지도록 구성되어 있기 때문에, 하우징(31)의 타단측이 있는 점에 있어서, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 액체재료와 가스가 격렬하게 혼합되어 나노버블이 생성한다.
이 나노버블은, 액체재료의 선회류와의 마찰에 의해 예컨대 40∼100mV의 부전하를 띠게 된다(참조: 쯔나미 유이(都竝結依), 오나리 히로후미(大成博文), 마이크로 버블의 수축 과정과 수축 패턴, 제 1 회 마이크로 나노버블 기술 심포지움). 또한, 이러한 생성 방법이외에도, 예컨대 전기 분해 등에 의해 나노버블을 생성하도록 해도 좋다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 나노버블 생성 장치(30)의 하류측에는, 액체재료 통류관(35)을 거쳐서 기화기(20)가 접속되어 있다. 또한, 밸브(21)와 유량 제어부(22)가 개설(介設)된 캐리어 가스 공급관(23)에 의해, 이 기화기(20)에는 기술한 불활성 가스 공급원(34)이 접속되어 있다. 그리고 나노버블 생성 장치(30)와, 나노버블 생성 장치(30)에 접속된 기화기(20)와, 기화기(20)에 마련된 기체재료 반출 포트(24a)에 의해 기화 장치(2Oa)가 구성되어 있다. 이 중 기화기(20)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 그 축이 상하 방향으로 길게 배치된 원통 형상의 기화실(24)과 기화실(24)의 그 측벽면에 매립된 가열 수단인 히터(25)와 기화실(24)의 상측(입구)에 마련되어, 접액부가 비금속재료에 의해 피복된 예컨대 2유체 노즐인 무화노즐(무화부)(26)을 가지고 있다. 이 무화노즐(26)은, 무화노즐(26)내의 중앙부에서 액체재료가 하측을 향해서 통류하는 액체재료통유로(40)와, 이 액체재료통유로(40)의 주위를 덮도록 형성된 불활성 가스로 이루어지는 캐리어 가스가 통류하는 캐리어 가스 통유로(41)를 포함하는 ２중관 구조로 되어 있다. 이들의 액체재료통유로(40)와 캐리어 가스 통유로(4l)에는, 각각 기술한 액체재료 통류관(35)과 캐리어 가스 공급관(23)이 접속되어 있다. 또한, 무화노즐(26)의 선단부(42)는, 캐리어 가스 통유로(4l)의 외측 직경이 급격히 좁아져 있다. 이 선단부(42)에 있어서, 액체재료가 캐리어 가스의 압력에 의해 파쇄되어서 미세한 액체재료의 미스트가 되어, 이 미스트가 무화노즐(26)의 선단에 형성된 매우 작은 토출 구멍(43)으로부터 기화실(24)내로 분무된다. 이 캐리어 가스 공급관(23)에는, 제 1 히터(27)가 마련되어 있다. 기화실(24)의 하측의 측면에는, 기체재료 반출 포트(24a)가 마련되어 있고, 이 기체재료 반출 포트(24a)에는, 기체재료 반출로(29)가 접속되어 있다. 기체재료 반출 포트(24a) 및 기체재료 반출로(29)에는, 기체재료가 재응축되지 않도록, 제 2 히터(28)가 마련되어 있다.
기화실(24)의 저면에는, 밸브(71)가 개설된 배액로(排液路)(72)에 의해 흡인 펌프(73)가 접속되어 있고, 예컨대 기화실(24)의 저면에 부착된 미기화된 미스트는, 이 배액로(72)를 거쳐서 배출된다. 또한, 무화노즐(26)의 구조에 대해서는, 간략화하여 나타내고 있다. 기체재료 반출로(29)의 하류측에는, 밸브(29a)를 거쳐 기술한 성막 처리부(50)가 접속되어 있다. 이 성막 처리부(50)는, 상측의 큰 직경 원통부(60a)와 그 하측의 작은 직경 원통부(60b)가 연결 설치된 이른바 버섯 형상으로 형성된 처리 용기(60)를 구비하고 있다. 처리 용기(60)내에는, 웨이퍼(W)를 수평으로 탑재하기 위한 탑재부인 스테이지(61)가 마련되어 있고, 이 스테이지(61)는 작은 직경 원통부(60b)의 바닥부에 지지 부재(62)를 거쳐 지지되어 있다.
스테이지(61)내에는, 히터(61a)와, 웨이퍼(W)를 흡착하기 위한 도시하지 않는 정전척이 마련되어 있다. 또한 스테이지(61)에는, 웨이퍼(W)를 승강시켜, 도시하지 않는 반송 수단과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 실행하기 위한 예컨대 3개의 승강핀(63)(편의상 2개만 도시)이 스테이지(61)의 표면에 대하여 돌출 및 함몰이 자유롭게 마련되어 있다. 이 승강핀(63)은, 지지 부재(64)를 거쳐 처리 용기(60)의 외부의 승강 기구(65)에 접속되어 있다. 처리 용기(60)의 저부에는 배기관(66)의 일단측이 접속되고, 이 배기관(66)의 타단측에는 진공 펌프와 압력조정부로 이루어지는 진공배기 장치(67)가 접속되어 있다. 또한 처리 용기(60)의 큰 직경 원통부(60a)의 측벽에는, 게이트 밸브(G)에 의해 개폐되는 반송구(68)가 형성되어 있다.
처리 용기(60)의 천벽부의 중앙부에는, 스테이지(61)에 대향하도록 가스 공급부인 가스 샤워헤드(69)가 마련되어 있다. 가스 샤워헤드(69)의 하면에는, 웨이퍼(W)에 대하여 가스 샤워헤드(69)내를 통류하는 가스를 공급하기 위한 가스 공급구(69a)가 다수 개구하고 있다. 이 가스 샤워헤드(69)의 상면에는, 기술한 기체재료 반출로(29)가 접속되어 있다. 또한, 이 가스 샤워헤드(69)의 상면에는, 밸브(90)와 유량 제어부(91)를 거쳐서, 산화성 가스 공급로(92)에 의해 산화성 가스 예컨대 산소 가스가 저장된 산화성 가스원(93)이 접속되어 있다. 가스 샤워헤드(69)내에는, 이 산화성 가스원(93)에서 공급되는 산소 가스와 기술한 기체재료가 서로 섞이지 않도록 각각의 가스유로가 마련되어 있고, 산소 가스는, 이 가스 샤워헤드(69)의 하면에 형성된 산소 가스 공급구(94)로부터 웨이퍼(W)에 공급되도록 구성되어 있다.
이 성막 장치에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 예컨대 컴퓨터로 이루어지는 제어부(2A)가 마련되어 있다. 이 제어부(2A)는 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비하고 있고, 상기 프로그램에는 제어부(2A)로부터 성막 장치의 각부에 제어 신호를 보내, 기술한 각 스텝을 진행시키도록 명령(각 스텝)이 내장되어 있다. 또한, 예컨대 메모리에는 처리 압력, 처리 온도, 처리 시간, 가스 유량 또는 전력값 등의 처리 파라미터의 값이 입력되는 영역을 구비하고 있고, CPU가 프로그램의 각 명령을 실행할 때 이들 처리 파라미터가 읽혀져, 그 파라미터 값에 따른 제어 신호가 이 성막장치의 각 부위에 보내지게 된다. 이 프로그램(처리 파라미터의 입력 조작이나 표시에 관한 프로그램도 포함한다)은, 컴퓨터 기억 매체 예컨대 플랙시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 등의 기억부(2B)에 저장되어 제어부(2A)에 인스톨된다.
계속해서, 본 발명의 성막 방법에 대해서, 이하에 설명한다. 우선, 히터(17)에 의해 내부의 액체재료가 예컨대 50℃가　되도록 설정된 액체재료 저장원(10)에 대하여, 질소 가스원(16)으로부터 질소 가스를 공급한다. 이 때,　이 질소 가스의 압력에 의해 액체재료의 액면이 가압되어, 액체재료 공급로(11)를　거쳐 액체재료가 나노버블 생성 장치(30)로 흘러간다. 또한, 불활성 가스 공급원(34)으로부터 불활성 가스를 나노버블 생성 장치(30)에 공급하면, 이미 상술한　바와　같이　되어, 액체재료중에 나노버블이 생성된다.
이 나노버블은, 기술한　바와 같이, 부전하를 띠고 있으므로, 서로 반발하여, 액체재료중에 균일하게 분산된다. 그리고,　이 나노버블이 분산된 액체재료가 기화기(20)의 무화노즐(26)의 중심부의 액체재료통유로(40)를 하방으로 흘러, 상기 액체재료통유로(40)의 외측의 캐리어가스통유로(41)로부터 흘러나온 캐리어 가스에 의해, 무화노즐(26)의 선단부(42)에서 액체재료가 파쇄된다. 이 때, 도 4에 도시하는 바와 같이, 액체재료중에는 나노버블이 균일하게 분산되어 균일한 기액혼합유체로 되어 있기 때문에, 캐리어 가스에 의해 액체재료가 파쇄되면, 그 파쇄면이 나노버블에 도달하여 거기에서 중도에서 끊어져, 해당 나노버블을 기점으로 새로운 파쇄면이 만들어지게 된다. 이 결과, 액체재료는, 미세하게 또한 균일하게 분단되어, 무화노즐(26)의 토출 구멍(43)에서 균일하게 미세한 크기의 액체재료의 미스트(80)가 생성되어, 이리하여 액체재료가 무화되어 미세한 물방울형상으로 기화실(24)내에 공급된다. 또한, 나노버블이 미스트(80)의 표면에 노출하는 것에 의해, 나노버블이 외견상 소실되어버리므로, 나노버블이 띠고 있었던 부전하는, 미스트(80)나 기화실(24)내의 대기에 전달되게 된다. 그리고, 미스트(80)가 부전하를 띠었을 경우에는, 미스트(80)끼리가 서로 반발하여, 기화후의 응집이 억제된다. 대기가 부전하를 띠었을 경우에는, 그 후 대기중의 양이온과 결합하여 중화된다.
한편, 기화실(24)의 측벽의 히터(25)의 열과 캐리어 가스의 열에 의해, 미스트(80)가 예컨대 150℃로 가열된다. 이 미스트(80)는, 입경이 균일하고 미세하기 때문에, 신속히 열교환이 실행되어 확실히 기화되어, 기체재료를 얻을 수 있다. 또한, 나노버블의 부전하가 미스트(80)에 전달되어, 미스트(80)이 부전하를 띠고 있을 경우에는, 미스트(80)의 응집이 억제되므로, 거칠고 큰 물방울의 생성을 억제할 수 있어, 한층 더 신속하게 열교환이 실행된다. 이 기체재료는, 기화실내의 저부부근에서 굴곡하여 기체재료 반출로(29)내에 들어가고, 한편 기화되지 않은 미스트(80)은, 그대로 중력에 의해 기화실(24)의 저부에 충돌하여 모아진다. 이리하여 기화실(24)에서 기액분리가 실행되지만, 미스트(80)의 열교환율이 높으므로, 결과적으로 기체재료 반출로(29)내에 들어간 기체재료 중에는, 미스트(80)가 대부분 포함되지 않게 된다. 한편, 기화실(24)의 하면에 쌓인 미스트(80)는, 정기적으로 밸브(71)를 열어서 흡인 펌프(73)에 의해 배액로(72)로 배출된다.
그리고, 상기 기체재료는, 제 2 히터(28)의 열에 의해 응축이 억제된 상태로 성막 처리부(50)의 처리 용기(60)내에 가스 샤워헤드(69)를 거쳐서 공급된다. 성막 처리부(50)에서는, 웨이퍼(W)가 미리 설정 온도로 가열되고, 또한 처리 용기(60)내가 감압분위기로 되어 있어, 가스 샤워헤드(69)를 거쳐서 공급된 산소 가스와 이 기체재료가 웨이퍼(W) 표면에서 반응하여 성막종을 생성하고, 이 성막종이 웨이퍼(W)에 퇴적해 감으로써, 예컨대 산화 하프늄막의 성막 처리가 실행된다.
상술한 실시의 형태에 의하면, 웨이퍼(W)에 대하여 성막 처리를 실행하기 위한 액체재료중에, 음으로 대전된 입경이 1000nm 이하인 나노버블을 발생시켜, 이 액체재료를 무화하고 또한 그 미스트(80)를 가열하여 기화시키고 있다. 따라서, 액체재료중에는, 미리 매우 적은 기포가 높은 균일성을 가지고 분산하고 있기 때문에, 이 액체재료를 무화했을 때에는, 지극히 미세하고 균일한 미스트(80)를 얻을 수 있고, 열교환하기 쉬운 상태가 된다. 그 결과, 기화 효율(열교환율)이 높아져, 파티클의 발생을 저감할 수 있다.
또한, 무화후의 미스트(80)에 나노버블의 부전하가 전달된 경우에는, 미스트(80)가 서로 반발하므로, 미스트(80)의 응집을 억제할 수 있다. 따라서, 더욱 기화 효율이 높아져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
성막 처리로서는, 상기 가열에 의한 성막이외에도, 플라즈마에 의해 기체재료를 플라즈마화하여 성막하도록 해도 좋다. 또한, 세로형 열처리로 등의 배치로(batch furnace)에서 성막 처리를 실행할 경우에도, 본 발명의 성막 방법을 적용할 수 있고, 이 경우에는 액체재료의 유량을 낱장의 성막 장치에 비해 크게 할 필요가 있지만, 기술한 바와 같이 기화 효율이 높으므로, 본 발명을 적용하는 것은 특히 유효하다.
상기의 예에서는, 나노버블 발생용의 가스로서 Ar가스를 이용했지만, 다른 질소 가스 등의 불활성 가스를 이용해도 좋고, 혹은 O2 가스 등의 활성 가스를 이용해도 좋다.

Claims (9)

  1. 성막용의 액체재료중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하고, 양　및　음　중　한쪽으로 대전됨과 함께 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 수단과,
    상기 기포 발생 수단에 접속되어, 상기 액체재료를 기화시켜서 기체재료를 생성하는 기화기와,
    상기 기화기에 마련되어, 기화기에 의해 기화된 기체재료를 반출하는 기체재료 반출 포트를 구비하고,
    상기 기화기는 액체재료를 기화시키기 위한 기화실과, 기화실입구에 마련되어, 기포 발생 수단으로부터 공급된 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화(霧化)하여 액체재료의 미스트를 형성하고, 상기 기화실내에 공급하기 위한 무화부와, 상기 기화실에 마련되어, 무화부로부터 기화실내로 공급된 액체재료의 미스트를 가열하여 기화하기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 기화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기포 발생 수단은, 상기 캐리어 가스의 선회류를 형성하는 것에 의해 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 무화부는, 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화용의 캐리어 가스와 함께 토출시키는 노즐에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기화 장치.
  4. 기체재료를 생성하는 기화 장치와,
    이 기화 장치에 접속되어, 피처리체가 반입되는 처리 용기를 포함하고, 기화 장치로부터의 기체재료에 의해 피처리체에 대하여 성막 처리를 실행하기 위한 성막 처리부를 구비하고,
    상기 기화 장치는,
    성막용의 액체재료중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하여, 양 및 음 중 한쪽으로 대전됨과 함께 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시키기 위한 기포 발생 수단과,
    상기 기포 발생 수단에 접속되어, 상기 액체재료를 기화시켜 기체재료를 생성하는 기화기와,
    상기 기화기에 마련되어, 기화기에 의해 기화된 기체재료를 반출하는 기체재료 반출 포트를 구비하고,
    상기 기화기는 액체재료를 기화시키기 위한 기화실과, 기화실 입구에 마련되어, 기포 발생 수단으로부터 공급된 상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화하여 액체재료의 미스트를 형성하고, 상기 기화실내에 공급하기 위한 무화부와, 상기 기화실에 마련되어, 무화부로부터 기화실내에 공급된 액체재료의 미스트를 가열하여 기화하기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 성막용의 액체재료중에 기포 발생용의 캐리어 가스를 공급하고, 양 및 음 중 한쪽으로 대전됨과 함께 입경이 1000nm 이하인 기포를 발생시키는 공정과,
    상기 기포를 포함하는 액체재료를 무화하고, 액체재료의 미스트를 얻는 공정과,
    계속해서, 상기 액체재료의 미스트를 가열하고, 이 미스트를 기화시키는 것에 의해, 기체재료를 얻는 공정과,
    상기 기체재료를 처리 용기내의 피처리체에 공급하고, 이 피처리체에 대하여 상기 기체재료에 의해 성막 처리를 실행하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액체재료에 기포를 발생시키는 공정은, 상기 캐리어 가스의 선회류를 형성시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 액체재료의 미스트를 얻는 공정은, 상기 기포를 포함하는 액체재료와 무화용의 캐리어 가스를 노즐로부터 무화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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