專利名稱：汽化器、包括汽化器的原料氣體供給系統(tǒng)和使用它的成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在半導體晶片等的被處理體的表面形成薄膜的成膜裝置、對其供給原
料氣體供給系統(tǒng)、用于該供給系統(tǒng)的汽化器以及組裝在該汽化器中的汽化單元。
背景技術：
通常，在制造半導體設備時，反復進行對半導體晶片的成膜處理和圖案蝕刻處理。在這些處理中特別是關于成膜技術，伴隨著半導體設備的高密度化和高集成化，規(guī)格逐年變得嚴格。例如，對于設備中的電容的絕緣膜、用于柵極絕緣膜的金屬氧化膜、阻擋膜、電介質膜、各種絕緣膜等，要求更加薄膜化。 在上述薄膜內，尤其是在形成包含金屬元素的薄膜的情況下，通常將含有上述金屬元素的有機金屬材料、無機金屬材料作為原料使用。另外，這樣的原料為液體的情況較多。并且，作為向成膜裝置供給液體原料的方法，公知的有通過對貯存在原料罐內的液體原料中導入惰性氣體進行起泡(bubbling)而使液體原料汽化從而進行供給的起泡方式(例如JP2004-79985A)。另外，公知的有通過加壓氣體壓送原料罐內的液體原料的同時進行流量控制，用汽化器使該被流量控制的液體原料汽化并進行供給的壓送方式(例如JP2004-207713A和JP2004-296614A)等。 在上述的起泡方式的情況下，難以對通過惰性氣體起泡的液體原料的流量進行高精度地控制。另一方面，如果利用基于壓送方式的供給方法，能夠使流量控制的精度比較良好。因此，大多使用基于壓送方式的供給方法。 如上所述，通過基于壓送方式的原料氣體的供給，原料罐內的液體原料，通過已被加壓的氣體在被流量控制的同時被壓送。這時，使用在液體原料的輸送路徑上設置的液體流量計和流量控制閥，控制液體原料的流量。更具體而言，在通過液體流量計測定流量的同時，基于該檢測值控制流量控制閥。然后，像這樣被壓送的液體原料被設置在壓送通路中的汽化器汽化而成為原料氣體，以氣體狀態(tài)被供給到成膜裝置。 然而，在利用上述壓送方式供給原料氣體的情況下，原料所流通的原料通路和汽化器通常由不銹鋼制的配管構成。并且，由于促進液體原料的汽化的目的、和防止已汽化的原料氣體再液化等的目的等，在該汽化器和原料通路上，設置有以帶式加熱器等為代表的加熱器。 但是，如上所述，由于上述汽化器大致整體由不銹鋼構成，所以熱傳導率比較低。因此，來自加熱器的熱不能夠高效率地向汽化器的用于蒸汽化的加熱面?zhèn)裙┙o。像這樣存在熱響應性較低熱供給不充分的可能性，因此存在的問題是，即便使液體原料霧化也不能夠使原料氣體的生成量充分多。 作為解決該問題的方法，作為汽化器的用于蒸汽化的加熱部分的構成材料，使用熱傳導性良好的材料即鋁等，并且利用O環(huán)等密封部件將鋁的構成部分和起泡的構成部分密封并用螺栓連接固定。但是，在這樣的結構中，由于兩部件的熱膨脹率不同，存在在加熱時兩部件之間發(fā)生位置偏移而引起原料氣體的泄露的可能性。因此，實際上不能采用該結構。 另外，也考慮將加熱器的設定溫度設定得較高。但是，使加熱器的設定溫度升高時，存在局部地產生變得過度高溫狀態(tài)的部分，原料本身熱分解的可能性。并且，為了彌補熱傳導性低，進行在汽化器的內部埋入加熱器部，但在該結構中，存在結構整體復雜化而導致高成本化這樣的不良狀況。

發(fā)明內容
本發(fā)明著眼于上述問題，是為了有效地解決上述問題而完成的發(fā)明。本發(fā)明的目
的在于提高結構簡單能夠提高熱效率的汽化單元、包括汽化單元的汽化器、包括汽化器的原料氣體供給系統(tǒng)和包括原料氣體供給系統(tǒng)的成膜裝置。 本發(fā)明的汽化器，其特征在于，包括通過運載氣體使被供給的液體原料成為霧狀形成原料霧的噴嘴單元；與上述噴嘴單元連接的汽化單元，其具有在使上述原料霧通過的同時對該原料霧進行加熱從而使該原料霧汽化形成原料氣體的多個汽化通路；和與上述汽化單元連接并向后段送出上述原料氣體的排出頭，上述汽化單元具備形成有上述汽化通路的汽化單元主體；在內部收納上述汽化單元主體并且其兩端部延伸得比上述汽化單元主體長的主體收納容器；對通過上述汽化通路的原料霧進行加熱的加熱器；和分別設置在上述主體收納容器的兩端部的連接部件，用于將上述汽化單元與上述噴嘴單元和上述排出單元連接，上述汽化單元主體和上述主體收納容器，由與構成上述連接部件的材料不同、且具有比構成上述連接部件的材料高的熱傳導性的材料構成，上述主體收納容器的端部與上述連接部件通過爆炸而接合。 在基于本發(fā)明的汽化器中，上述主體收納容器與上述汽化單元主體通過切削加工一體形成。 此外，在基于本發(fā)明的汽化器中，也可以是上述主體收納容器的端部的從上述汽化單元主體的端部延伸出的長度，按照在最大允許使用溫度下施加在上述主體收納容器的上述端部的熱應力成為構成上述主體收納容器的材料的疲勞破壞臨界值以下的方式設定。在像這樣的本發(fā)明的汽化器中，上述最大允許使用溫度為30(TC。此外，在像這樣的本發(fā)明的汽化器中，上述疲勞破壞臨界值為構成上述主體收納容器的材料的耐力值的20 % 。
并且，在基于本發(fā)明的汽化器中，也可以是構成上述汽化單元主體和上述主體收納容器的材料選自鋁、鋁合金和鎳中的一種，構成上述連接部件的材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。 并且，在基于本發(fā)明的汽化器中，上述噴嘴單元和上述排出頭的構成材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。 并且，在基于本發(fā)明的汽化器中，上述液體原料，選自PET (五乙氧基鉭)、將PZT膜(含有Pb、Zr和Ti的氧化膜)、BST膜(含有Ba、Sr和Ti的氧化膜)等成膜的金屬液體原料、Cu (EDMDD) 2、 TE0S (四乙氧基硅烷)、Cu (hfac) TMVS (六氟乙酰丙酮配位基_三甲基乙烯基甲硅烷基銅)、TMA(三甲基鋁)、TBTDET(叔丁基亞胺基三(二乙基氨基)鉭)、TiCl4(四氯化鈦)、TMS (四甲基硅烷)、和TEH(四乙氧基鉿)中的一種。 基于本發(fā)明的原料氣體供給系統(tǒng)，用于對氣體使用系統(tǒng)供給原料氣體，其特征在于，包括貯存液體原料的液體原料罐；一端與上述液體原料罐連接，另一端與上述氣體使用系統(tǒng)連接的原料通路；設置在上述液體原料罐的壓送機構，該壓送機構通過加壓氣體將上述液體原料向上述原料通路進行壓送；和設置在上述原料通路的途中使上述液體原料汽化而形成原料氣體的上述中任一個基于本發(fā)明的汽化器。 基于本發(fā)明的成膜裝置，用于對被處理體實施成膜處理，其特征在于，包括構成為能夠真空排氣的處理容器；在上述處理容器內保持上述被處理體的保持單元；加熱上述被處理體的加熱裝置；向上述處理容器內導入氣體的氣體導入部件；和與上述氣體導入部件連接的基于上述本發(fā)明的原料氣體供給系統(tǒng)。 基于本發(fā)明的汽化單元，用于使原料霧汽化而形成原料氣體，其特征在于，包括形成有上述原料霧通過的汽化通路的汽化單元主體；在內部收納上述汽化單元主體的主體收納容器；對通過上述汽化通路的原料霧進行加熱的加熱器；和分別設置在上述主體收納容器的端部的連接部件，該連接部件用于將汽化單元與汽化單元的上游側或者下游側的結構連接，上述汽化單元主體和上述主體收納容器，由與構成上述連接部件的材料不同、且具有比構成上述連接部件的材料高的熱傳導性的材料構成，上述主體收納容器的端部與上述連接部件通過爆炸而接合。 在基于本發(fā)明的汽化單元中，上述主體收納容器和上述汽化單元主體通過切削加工一體形成。 此外，在基于本發(fā)明的汽化單元中，也可以為上述主體收納容器的兩端部延伸得比上述汽化單元長，上述主體收納容器的端部的從上述汽化單元主體的端部延伸出的長度，按照在最大允許使用溫度下施加在上述主體收納容器的上述端部的熱應力成為構成上述主體收納容器的材料的疲勞破壞臨界值以下的方式設定。在像這樣的本發(fā)明的汽化單元中，上述最大允許使用溫度為300°C也可以。此外，在像這樣的本發(fā)明的汽化單元中，上述疲勞破壞臨界值為構成上述主體收納容器的材料的耐力值的20%。 并且，在基于本發(fā)明的汽化單元中，構成上述汽化單元主體和上述主體收納容器的材料選自鋁、鋁合金和鎳中的一種，構成上述連接部件的材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。 并且，在基于本發(fā)明的汽化單元中，形成汽化單元的上游側或下游側的結構的材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。 在構成材料的一部分使用鋁等的熱傳導性高的材料，通過爆炸將其與其它材料接合，能夠以簡單的結構提高熱效率。因此，汽化器本身不會大型化而能夠供給大量的原料氣體。


圖1是用于說明本發(fā)明的一個實施方式的圖，是表示使用具有汽化器的原料氣體
供給系統(tǒng)的成膜裝置的結構的示意圖。 圖2是表示汽化器的截面圖。 圖3是表示汽化器的分解截面圖。 圖4是表示汽化器的汽化單元的分解立體圖。 圖5是表示圖3的A部的放大圖。
圖6是表示主體收納容器的端部的從汽化單元主體的端部延伸出的長度H與所產生的熱應力的關系的圖表。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的一個實施方式進行說明。并且在以下的實施方式中，對于使用五乙氧基鉭[Ta(0C2H5)5](以下也稱為[PET])作為液體原料，并且使用02氣體作為氧化氣體，在被處理體形成鉭氧化膜的例子進行說明。 如圖1所示，本實施方式的成膜裝置2，具備作為氣體使用類的成膜裝置主體4、和對該成膜裝置主體4供給原料氣體的原料氣體供給系統(tǒng)6。成膜裝置主體4對作為被處理體的半導體晶片W進行成膜處理。在原料氣體供給系統(tǒng)6中設置有汽化器8。
首先，關于成膜裝置主體4進行說明。如圖1所示，該成膜裝置主體4具有例如由鋁合金等構成的筒體狀的處理容器10。在該處理容器10內，設置有保持作為被處理體的半導體晶片W的保持單元12。具體而言，該保持單元12包括從容器底部通過支柱14立起的圓板狀的載置臺16。在該載置臺16上載置晶片W。在載置臺16內，例如設置有例如由鎢絲等形成的加熱裝置18。通過該加熱裝置18對被保持在保持單元12的晶片W進行加熱。
如圖1所示，在處理容器10的底部設置有排氣口 20。在排氣口 20連接有具有排氣通路26的真空排氣系統(tǒng)28。在排氣通路26上依次設置有壓力調整閥22和真空泵24。通過真空排氣系統(tǒng)28對處理容器10內抽真空，構成為能夠將處理容器IO內維持在規(guī)定的減壓氣氛。 并且，在該處理容器10的頂部，設置有例如作為噴淋頭30構成的氣體導入部件32。在噴淋頭30的氣體入口 30A、30B，連接有原料氣體供給系統(tǒng)6和供給其它的所需氣體的供給系統(tǒng)。然后，必要的氣體通過噴淋頭30被供給到處理容器10內。如圖l所示的例子中，表示出2個氣體入口 ，但是也可以根據氣體種類僅設置1個氣體入口 ，還可以設置3個以上氣體入口。另外，在該噴淋頭30的內部以將氣體原料與其他的氣體混合的方式構成噴淋頭30，或者也可以按照直至噴淋頭30內為止不同種類的氣體分別流動分別被導入，而該不同種類的氣體在處理容器10內混合的方式構成噴淋頭30。 在本實施方式中，原料氣體與其他的氣體在噴淋頭30內分別流動，在處理容器10內初次混合，即成為所謂的后混合(post mix)的供給方式。在本實施方式中，除原料氣體以外還供給02等的氧化氣體，氧化氣體供給系統(tǒng)34連接到氣體入口 30B。
接著，關于上述原料氣體供給系統(tǒng)6進行說明。首先，該原料氣體供給系統(tǒng)6具有貯存液體原料36的液體原料罐38。作為液體原料36例如使用PET。并且，以連接該液體原料罐38與作為上述氣體使用類的成膜裝置主體4的噴淋頭30之間的方式，設置有原料通路40。原料通路40的一端浸漬在上述液體原料罐38內的液體原料36中。原料通路40的另一端與上述噴淋頭30的氣體入口 30A連接。該原料通路40的構成材料例如為不銹鋼。
在液體原料罐38中設置有將液體原料36向原料通路40內壓送的壓送機構42。壓送機構42，具有其前端插入在原料罐38內的空間部的加壓管44、即未延伸至貯存在原料罐38中的液體原料的加壓管44。在加壓管44上設置有控制加壓的開閉閥46。通過加壓管44將規(guī)定的壓力的加壓氣體向液體原料罐38內供給，由此液體原料罐38內的液體原料36能夠向原料通路40內被壓送。作為加壓氣體，例如能夠使用He等的稀有氣體。
在原料通路40，從其上游側向下游側依次設置有上游側開閉閥48、液體流量計50、流量控制閥52、和汽化器8。汽化器8通過作為凸緣構成的通路側連接部件49、51與原料通路40連接。在上游側開閉閥48和液體流量計50之間的原料通路40，連接有設置有開閉閥54的吹掃氣體通路56。根據需要，按照吹掃氣體向原料通路40內流動的方式構成。作為吹掃氣體，能夠使用N2氣體，但是除此之外也可以使用He、Ar等稀有氣體。
液體流量計50用于測定在原料通路40內流動的液體原料36的流量?；谕ㄟ^液體流量計50得到的測定值，例如通過由計算機等構成的閥控制部58控制流量控制閥52，從而所希望流量的液體原料36在原料通路40內流動。 汽化器8按照以下方式構成利用運載氣體對從原料通路40供給的液體原料36進行噴霧，并且對已被噴霧的液體原料36進行加熱使其汽化，由此形成原料氣體。因此，汽化器8與設置有如質量流量控制器這樣的流量控制器60和開閉閥62的運載氣體管64連接。具體而言，該運載氣體管64通過作為凸緣構成的管路側連接部件66與汽化器8連接。作為該運載氣體例如能夠使用He，但也能夠使用Ar等其他的稀有氣體。另外，在相比于汽化器8的下游側的原料通路40，根據需要設置有用于防止原料氣體的再液化的帶式加熱器等(未圖示)。此外，關于汽化器8的結構在后文詳述。 包括原料氣體供給系統(tǒng)6和成膜裝置主體4的成膜裝置2的整體的動作，例如根據來自由計算機構成的裝置控制部68的指令，進行例如各氣體的供給的開始、停止、流量設定、維護的開始、停止等。另外，指令所必須的程序存儲在存儲介質70中。存儲介質70可以由ROM或RAM等的存儲器、硬盤、CD-ROM這樣的盤狀記錄介質和其他的公知的記錄介質構成。 接著，關于汽化器8進行說明。如圖2 圖5所示，汽化器8具有噴嘴單元72、與噴嘴單元72連接的汽化單元76、和與汽化單元76連接的排出頭(排出單元)78。噴嘴單元72按照利用運載氣體使被供給的液體材料霧狀噴霧形成原料霧的方式構成。汽化單元76具有原料霧通過的多個汽化通路74。汽化單元76按照對在汽化通路74內流動的原料霧加熱并使其汽化從而形成原料氣體的方式構成。排出頭(排出單元)78形成為向后段送出原料氣體。 如圖2 圖5所示，噴嘴單元72在內部具有例如特氟綸(Teflon)(注冊商標)類的樹脂材料形成的噴嘴主體80。在噴嘴主體80的中心，形成有細流路、即細孔82。該噴嘴主體80被收納在筒體狀的噴嘴框體84內。在噴嘴框體84的上游側，通過螺栓88安裝固定有原料導入頭86。在噴嘴框體84和原料導入頭86之間設置有金屬襯墊這樣的耐熱性高的密封部件90，能夠確保氣密性。并且，原料導入頭86的前端與原料通路40的上游側的通路側連接部件49通過未圖示的螺栓被連接。 另外，在噴嘴框體84內，通過在噴嘴框體84的內部形成的環(huán)狀的槽形成有環(huán)狀的運載氣體噴出空間92。運載氣體噴出空間92配置在與噴嘴主體80的前端部分相對的位置。運載氣體導入管94從該運載氣體噴出空間92延伸出來。運載氣體導入管94通過未圖示的螺栓與作為凸緣構成的運載氣體管64的管路側連接部件66連接。通過這樣的結構，運載氣體能夠向噴嘴單元72導入。因此，通過噴嘴主體80的細孔82從噴嘴主體80的前端流出的液體原料由于從包圍噴嘴主體80的周圍的運載氣體噴出空間92噴出的運載氣體而被霧化(霧化)。像這樣，能夠由液體原料形成原料霧。
另外，在噴嘴框體84的外周面，設置有多個冷卻翅片96。通過冷卻風扇98對冷卻 翅片96進行冷卻，由此能夠防止噴嘴主體80被加熱到液體原料的分解溫度以上。另外，在 噴嘴框體84的下游側，連接有內部被圓錐狀地擴徑的擴散框體100。原料霧被噴霧至擴散 框體100的內部，能夠在擴散框體100的內部的霧擴散空間102內擴散。
在擴散框體100的前端部，設置有通過螺栓106與汽化單元76側連接的作為環(huán)狀 的凸緣構成的連接部件104。在圖2所示的例子中，連接部件104作為擴散框體100的一部 分與擴散框體100 —體地形成。對于連接部件104，在其周方向上多個螺栓孔104A隔開間 隔而形成(參照圖3)。 在構成噴嘴單元72的部件內，除樹脂制的噴嘴主體80以外其他主要部件、即噴 嘴框體84、原料導入頭86、螺栓88、運載氣體導入管94、冷卻翅片96、擴散框體100和凸緣 部104等，例如由不銹鋼形成。不銹鋼所具有的特征上具有優(yōu)異的剛性，但通常關于熱傳導 性與其他的金屬材料比較較差。 氣體單元76具有形成有氣體通路74的汽化單元主體108、將汽化單元主體108 收納在內部的主體收納容器110、對通過汽化通路74內的原料霧進行加熱的加熱器112、和 分別設置在主體收納容器IIO兩端的連接部件114、116。主體收納容器IIO，沿著原料的移 動方向、即沿著原料通路40的路徑延伸得比汽化單元主體108長。更加詳細而言，如圖2 和圖3所示，主體收納容器110的兩端部分別超過汽化單元主體108的對應側的端部在原 料通路40的路徑方向上延伸出來。 整體上，也如圖4所示，汽化單元主體108形成為圓柱狀，以沿著其長邊方向貫通 的方式形成有多個汽化通路74。圓筒狀的主體收納容器110按照覆蓋形成圓柱狀的汽化 單元主體108的外周面的方式設置。其結果是，主體收納容器110形成汽化單元76的外周 壁。加熱器112按照在主體收納容器110的外周上巻繞成環(huán)狀的方式設置。如圖5所示， 主體收納容器110的兩端部，從配置在其內側的汽化單元主體108的端部向原料通路40的 路徑方向的上游側和下游側分別延伸出長度H。 汽化單元主體108和主體收納容器IIO分別分開形成，此后，圓柱狀的汽化單元主 體108被收納到圓筒狀的主體收納容器110內，進而兩者被接合。或者，也可以通過對大的 金屬塊體實施切削加工，將汽化單元主體108和主體收納容器110的兩者一體化地形成。在 將汽化單元主體108和主體收納容器110 —體化形成的情況下，在汽化單元主體108和主 體收納容器110之間不存在接合面。因此汽化單元主體108和主體收納容器110之間的熱 傳導性提高，能夠大幅度提高熱效率。另外，汽化單元主體108和主體收納容器110需要由 熱傳導性較高(良好)的金屬材料、例如由鋁形成。 另一方面，兩個連接部件114、 116分別與形成原料通路40的其他結構，在本實施 方式中，與上游側的噴嘴單元72、下游側的排出頭78連接。因此，為了確保牢固的連接，連 接部件114、116需要由具有優(yōu)異剛性的材料形成。另外，在要連接的結構(本實施方式中， 上游側的噴嘴單元72、下游側的排出頭78)與連接部件114U16之間產生熱膨脹差時，由 于上述不良狀況、即因熱應力導致的變形而發(fā)生原料的泄露。由于該原因，連接部件114、 116，需要由具有與形成要連接的結構(本實施方式中，上游側的噴嘴單元72、下游側的排 出頭78)的材料大致相同的膨脹系數的材料、優(yōu)選由與形成要連接的結構的材料相同的材 料構成。根據上述內容，連接部件114、 116由與構成噴嘴單元72和排出頭78的材料相同的材料，且雖然與形成氣體單元主體108和主體收納容器110的材料(例如鋁)相比較具 有優(yōu)異的剛性，但是熱傳導性較差的材料、例如不銹鋼構成。并且，如圖3所示，在該兩連接 部件114、116，沿其周方向分別形成有多個螺栓孔114A、116A。 像這樣，構成主體收納容器110的材料與構成連接部件114U16的材料不同。因 此，主體收納容器110的兩端部和連接部件114、 116通過爆炸而接合。其結果是，在主體收 納容器110的兩端部與連接部件114、116之間形成有爆炸接合部118、120。此夕卜，由爆炸而 接合(連接)是使用爆發(fā)能量的爆發(fā)壓接法，如果利用爆炸，能夠將不同種類的材料彼此之 間牢固地接合。 另外，如圖5所示，沿著汽化單元主體108的端部與主體收納容器110的端部之間 的原料通路的方向上的長度H，按照以下方式設定在該汽化器的最大允許使用溫度下，施 加于主體收納容器110的連接部即爆炸接合部118、 120的熱應力，成為構成該主體收納容 器110的材料此處為鋁的疲勞破壞臨界值以下。此外，此處所謂"最大允許使用溫度"是指 不會發(fā)生成為汽化對象的液體原料發(fā)生分解、變性而對成膜處理造成影響的狀況的最大溫 度。 當長度H與主體收納容器110的厚度T(參照圖5)相比變得過短時，由于在主體 收納容器110和連接部件114、116之間的熱膨脹差而導致施加于該爆炸接合部118、 120的 熱應力變得過大。其結果是，在由剛性比較低的材料(鋁)形成的主體收納容器11(H則，爆 炸接合部118、 120有可能發(fā)生斷裂。因此，也依賴于厚度T而將上述長度H設定得足夠長。 此處將上述長度H設定為lmm以上。 并且，汽化單元76側的不銹鋼制的連接部件(凸緣)114、與噴嘴單元72側的不銹 鋼制的連接部件(凸緣)104，隔著由耐熱性優(yōu)異的金屬襯墊形成的密封部件124，通過螺栓 106被氣密地連接。 另外，排出頭78包括內徑向下游側逐漸縮小的滾筒狀部分、和位于滾筒狀部分的 下游側的直管狀部分。排出頭78的下游側端部利用未圖示的螺栓與原料通路40的下游側 的通路側連接部件(凸緣)51連接。并且，在排出頭78的上游側設置有通過螺栓128與汽 化單元76側連接的作為環(huán)狀的凸緣構成的連接部件126。在連接部件126，在其周方向上 隔開間隔形成有多個螺栓孔126A(參照圖3)。 在兩連接部件116、126之間，設置有由耐熱性優(yōu)異的金屬襯墊構成的密封部件 130，能夠確保氣密性。包括連接部件126的排出頭78由與連接部件116相同的材料即不 銹鋼構成。在排出頭78的直管部分的外周，設置有輔助加熱部132。輔助加熱部132以防 止已被汽化的原料氣體再液化為目的而設置。比排出頭78更靠下游側的原料通路40與比 汽化器8更靠上游側的原料通路40相比具有較大的內徑。由此，所得到的原料氣體變得在 原料通路40內易于通過。 接下來，對如上述那樣構成的成膜裝置2的動作進行說明。如圖1所示，在成膜裝 置2的成膜裝置主體4中，間歇地驅動真空排氣系統(tǒng)28的真空泵24，處理容器10內被抽真 空并被維持為規(guī)定的壓力。另外，載置臺16上的半導體晶片W通過加熱裝置18被維持為 規(guī)定的溫度。 當成膜處理開始時，原料氣體供給系統(tǒng)6如下所述對成膜裝置2供給原料氣體。首 先，從設置在液體原料罐38的壓送機構42供給由例如He構成的加壓氣體。由此，液體原料罐38內被加壓，液體原料罐38內的液體原料36即例如PET在原料通路40內向下游側流出。向下游流去的液體原料的流量通過基于來自閥控制部58的控制而進行動作的流量控制閥52被調整。具體而言，在原料通路40內流動的液體原料的流量通過液體流量計50計測，基于液體流量計50的測定值被輸入到閥控制部58。并且，閥控制部58以維持預先設定的流量值的方式控制流量控制閥52。 像這樣，液體原料以固定的流量向下游側流動。此后，液體原料被下游側的汽化器8汽化而成為原料氣體。原料氣體與由例如He構成的運載氣體一起進一步向下游側流動，從成膜裝置主體4的噴淋頭30向處理容器10內導入。對于噴淋頭30，也從其它的系統(tǒng)的氧化氣體供給系統(tǒng)34供給作為被流量控制的氧化氣體的例如02氣體。該02氣體和作為原料氣體的PET氣體在處理容器10內混合。然后通過例如CVD (Chemical V即or D印osition)在晶片W上形成鉭氧化膜(Ta205)。 在此，對汽化器8內的動作進行詳細地說明。在汽化器8中，利用加熱器112通過主體收納容器110將汽化單元主體108預先加熱，使形成有汽化通路的汽化單元主體108維持為規(guī)定的溫度。然后，在上游側的原料通路40內流過來的液體原料流入到汽化器8的噴嘴單元72中。該液體原料在噴嘴主體80的細孔82內通過從噴嘴主體80的前端部流出。這時，運載氣體從運載氣體導入管94被噴出到運載氣體噴出空間92中。其結果是，運載氣體附著在噴嘴主體80的前端部的周圍，液體原料通過運載氣體的勢頭被霧狀地噴出。如此一來，形成噴霧狀的原料霧。 原料霧在霧擴散空間102內進行擴散的同時到達下游側的被預先加熱的汽化單元76。原料霧在汽化單元76的汽化單元主體108的各汽化通路74內流下的期間，從汽化通路74的表面奪取熱量。由此，原料霧在汽化通路74內流下的期間蒸發(fā)汽化，從而形成為原料氣體。所生成的原料氣體從汽化單元76到達下游側的預先加熱的排出頭78。此后，從該汽化單元8在下游側的原料通路40內前進。 這里，在汽化單元76中，主體收納容器IIO和配置在主體收納容器110的內側的汽化單元主體108，由熱傳導性良好的材料例如由鋁形成。因此，來自加熱器112的熱量能夠高效地傳遞到內部。由此，加熱器112的熱量高效率地傳導至區(qū)劃汽化通路74的壁面。其結果是，能夠高效地使液體原料汽化，能夠提高熱效率。 因此，這樣的汽化器8(汽化單元76)能夠具有簡單的小型化的結構，并且能夠供給大量的原料氣體。尤其是，通過從金屬塊的切削加工將主體收納容器iio和該內側的汽化單元主體108兩者一體化地形成的情況下，因為汽化單元主體108和主體收納容器110之間的熱傳導效率變高，因此能夠進一步提高熱效率。 此外，通過所使用的液體原料，汽化單元76成為30(TC左右的高溫狀態(tài)。其結果是，在主體收納容器110的兩端部與連接部件114、 116之間發(fā)生因材質不同引起的熱膨脹差。因此，對主體收納容器110的兩端部與連接部件114、 116的連接部、即爆炸接合部118、120在半徑方向上施加較大的熱應力。 但是，如上所述，汽化單元主體108的端部與主體收納容器110的端部之間的長度H被設定得足夠長。因此，產生的熱應力充分地降低，爆炸接合部118、120能夠足夠承受該熱應力。其結果是，能夠有效地防止爆炸接合部118、120斷裂。 關于這一點，參照圖5進行更加詳細的說明。圖5中記載有連接部件114，對于另一方的連接部件116也同樣地適用以下的說明。當汽化單元76變?yōu)?0(TC左右的高溫時， 由不銹鋼形成的連接部件114如箭頭140所示那樣向半徑擴大的方向稍微熱膨脹。對此， 由比不銹鋼線膨脹系數大的鋁形成的汽化單元主體108和主體收納容器110，如箭頭142所 示將向半徑擴大的方向進行比連接部件114的變形量大的熱膨脹。這些熱膨脹的程度的差 成為熱應力被施加于爆炸接合部118。 但是，通過與主體收納容器110的厚度T的關系，在長度H充分長的情況下，通過 長度H的部分發(fā)生變形能夠緩和熱應力。由此，能夠防止爆炸接合部118或者與長度H相 當的鋁的部分發(fā)生破壞。此外，當主體收納容器110的汽化單元主體108延伸出的長度H 過長時，由于汽化器8的整體的長度變長，在不發(fā)生上述的破壞的范圍內優(yōu)選盡可能縮短 長度H。 在此，說明關于主體收納容器110的端部的從汽化單元主體108的端部延伸出的 長度H與產生的熱應力的關系進行研討后的結果。圖6是表示汽化單元主體的端部與主體 收納容器的端部之間的長度H和產生的應力的關系的圖表。圖表的橫軸為上述長度H[mm]， 縱軸為熱應力[MPa]。在該研討中，將汽化器的溫度設定為最大允許使用溫度即30(TC，將 圓筒狀的主體收納容器110的厚度T設定為5mm。另外，汽化單元76的外徑為60mm左右， 長度為100mm左右，各汽化通路74的內徑為4mm左右。 如圖6所示，在長度H較短的情況下，例如在0. 5mm左右的情況下熱應力非常大達 到25MPa左右。另一方面，長度H從O. 5mm變長時，熱應力急劇下降。并且，當長度H為3 4mm左右時，熱應力變得非常小成為大約3 2MPa左右。當長度H超過4mm左右時，伴隨長 度H的變化的熱應力的變化非常小，隨著長度H的增加熱應力逐漸接近零。
當使熱膨脹率不同的材料彼此之間接合時，由于加熱時的兩者的熱膨脹差而在異 種材料之間發(fā)生變形產生熱應力。并且，當熱應力超過被接合的兩種材料中的低剛性的材 料的耐力時，低剛性的材料(鋁)發(fā)生斷裂。并且，當考慮由于金屬材料的熱膨脹和收縮的 反復導致金屬疲勞時，必須使所產生的熱應力抑制在金屬材料的耐力的20%以下。例如，鋁 的耐力為大約80MPa，因此疲勞破壞臨界值成為其20X即16MPa。因此，通過鋁和不銹鋼的 組合構成汽化器8的情況下，為了將在接合部產生的熱應力設定為16MPa以下，考慮到圖6 的測定結果將長度H設定在lmm以上即可。
g卩，以按照滿足以下公式的方式設定長度H即可。
H2 T 如上所述，最大允許使用溫度根據所使用的液體原料36的種類而變化。另外，在 接合部118U20產生的熱應力，不僅依據主體收納容器110的從汽化單元主體108突出的 部分的長度H，而且根據主體收納容器110的從汽化單元主體108突出的部分的長度T而變 化?？傊?，按照熱應力為使不同種材料組合時的作為較弱一方材料的鋁的疲勞破壞臨界值 即16MPa以下的方式設定上述長度H。 像這樣，依據本發(fā)明，在構成材料的一部分使用鋁等的熱傳導性高的材料將它們
通過爆炸而接合，從而能夠在具有簡單的結構的汽化器8(汽化單元76)中使熱效率提高。
因此，汽化器8 (汽化單元76)本身不必大型化，而能夠供給大量的原料氣體。 另外，由于噴嘴單元72通過冷卻翅片96被促進冷卻，因此在該部分能夠有效地防
止液體原料被熱分解。
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此外，在上述的實施方式中，以作為汽化單元主體108和主體收納容器110的構成 材料使用鋁的例子進行了說明，但是并非局限于此。作為汽化單元主體108或者主體收納 容器110的構成材料，能夠使用選自鋁、鋁合金和鎳中的一種材料。 另外，在上述的實施方式中，作為兩連接部件114U16的構成材料以使用不銹鋼 為例進行了說明，但是并非局限于此。作為連接部件114、116的構成材料，能夠使用選自不 銹鋼和哈斯特鎳合金(HASTELLOY)(注冊商標)中的一種材料。 另外，在上述的實施方式中，作為噴嘴單元72和排出頭78的構成材料以使用不銹 鋼為例進行說明，但是并非局限于此。作為噴嘴單元72或者排出頭78的構成材料，能夠使 用選自不銹鋼和哈斯特鎳合金(注冊商標)中的一種材料。 另外，在上述的實施方式中，作為成膜裝置主體4以使用單片式的成膜裝置主體 為例進行說明，但是并非局限于此。作為成膜裝置主體4，也能夠使用一次處理多個被處理 體的批量式的成膜裝置主體。 另外，在上述的實施方式中，作為液體原料以使用PET為例進行說明，但是并非局 限于此。作為液體原料，能夠使用選自PET(五乙氧基鉭)、將PZT膜(含有Pb、 Zr和Ti 的氧化膜)或BST膜(含有Ba、 Sr和Ti的氧化膜)等成膜的金屬液體原料、Cu (E匿DD) 2、 TEOS (四乙氧基硅烷)、Cu (hfac) TMVS (六氟乙酰丙酮配位基_三甲基乙烯基甲硅烷基銅)、 TMA(三甲基鋁)、TBTDET(叔丁基亞胺基三(二乙基氨基)鉭)、TiCl4(四氯化鈦)、TMS(四 甲基硅烷)、和TEH(四乙氧基鉿)中的一種材料。 另外，在上述實施方式中，作為加壓氣體和運載氣體使用He為例進行說明，但并 非局限于此。作為加壓氣體或運載氣體，也能夠使用Ar、 Ne等其它稀有氣體或N2氣體等。
另外，在上述的實施方式中，以半導體晶片作為被處理體，對半導體晶片進行處理 為例，但是并非限定于此，也能夠將本發(fā)明應用于玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等。
權利要求
一種汽化器，其特征在于，包括通過運載氣體使被供給的液體原料成為霧狀形成原料霧的噴嘴單元；與所述噴嘴單元連接的汽化單元，其具有在使所述原料霧通過的同時對該原料霧進行加熱從而使該原料霧汽化形成原料氣體的多個汽化通路；和與所述汽化單元連接并向后段送出所述原料氣體的排出頭，所述汽化單元具備形成有所述汽化通路的汽化單元主體；在內部收納所述汽化單元主體并且其兩端部延伸得比所述汽化單元主體長的主體收納容器；對通過所述汽化通路的原料霧進行加熱的加熱器；和分別設置在所述主體收納容器的兩端部的連接部件，該連接部件用于將所述汽化單元與所述噴嘴單元和所述排出單元連接，所述汽化單元主體和所述主體收納容器，由與構成所述連接部件的材料不同、且具有比構成所述連接部件的材料高的熱傳導性的材料構成，所述主體收納容器的端部與所述連接部件通過爆炸而接合。
2. 如權利要求l所述的汽化器，其特征在于所述主體收納容器與所述汽化單元主體通過切削加工一體形成。
3. 如權利要求1或2所述的汽化器，其特征在于所述主體收納容器的端部的從所述汽化單元主體的端部延伸出的長度，按照在最大允許使用溫度下施加在所述主體收納容器的所述端部的熱應力成為構成所述主體收納容器的材料的疲勞破壞臨界值以下的方式設定。
4. 如權利要求3所述的汽化器，其特征在于所述最大允許使用溫度為300°C。
5. 如權利要求3或4所述的汽化器，其特征在于所述疲勞破壞臨界值為構成所述主體收納容器的材料的耐力值的20%。
6. 如權利要求1 5中任一項所述的汽化器，其特征在于構成所述汽化單元主體和所述主體收納容器的材料選自鋁、鋁合金和鎳中的一種，構成所述連接部件的材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。
7. 如權利要求1 6中任一項所述的汽化器，其特征在于所述噴嘴單元和所述排出頭的構成材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。
8. 如權利要求1 7中任一項所述的汽化器，其特征在于所述液體原料，選自PET (五乙氧基鉭)、將PZT膜(含有Pb、 Zr和Ti的氧化膜)、BST膜(含有Ba、 Sr和Ti的氧化膜)等成膜的金屬液體原料、Cu(EMDD)2、 TE0S(四乙氧基硅烷)、Cu(hfac)TMVS(六氟乙酰丙酮配位基-三甲基乙烯基甲硅烷基銅)、TMA(三甲基鋁)、TBTDET(叔丁基亞胺基三(二乙基氨基)鉭)、TiCl4(四氯化鈦)、TMS(四甲基硅烷)、和TEH(四乙氧基鉿)中的一種。
9. 一種原料氣體供給系統(tǒng)，用于對氣體使用系統(tǒng)供給原料氣體，其特征在于，包括貯存液體原料的液體原料罐；一端與所述液體原料罐連接，另一端與所述氣體使用系統(tǒng)連接的原料通路；設置在所述液體原料罐的壓送機構，該壓送機構通過加壓氣體將所述液體原料向所述原料通路進行壓送；禾口設置在所述原料通路的途中使所述液體原料汽化而形成原料氣體的權利要求1 8中任一項所述的汽化器。
10. —種成膜裝置，用于對被處理體實施成膜處理，其特征在于，包括構成為能夠真空排氣的處理容器；在所述處理容器內保持所述被處理體的保持單元；加熱所述被處理體的加熱裝置；向所述處理容器內導入氣體的氣體導入部件；禾口與所述氣體導入部件連接的權利要求9所述的原料氣體供給系統(tǒng)。
11. 一種汽化單元，用于使原料霧汽化而形成原料氣體，其特征在于，包括形成有所述原料霧通過的汽化通路的汽化單元主體；在內部收納所述汽化單元主體的主體收納容器；對通過所述汽化通路的原料霧進行加熱的加熱器；禾口分別設置在所述主體收納容器的端部的連接部件，該連接部件用于將汽化單元與汽化單元的上游側或者下游側的結構連接，所述汽化單元主體和所述主體收納容器，由與構成所述連接部件的材料不同、且具有比構成所述連接部件的材料高的熱傳導性的材料構成，所述主體收納容器的端部與所述連接部件通過爆炸而接合。
12. 如權利要求ll所述的汽化單元，其特征在于所述主體收納容器和所述汽化單元主體通過切削加工一體形成。
13. 如權利要求11或12所述的汽化單元，其特征在于所述主體收納容器的兩端部延伸得比所述汽化單元長，所述主體收納容器的端部的從所述汽化單元主體的端部延伸出的長度，按照在最大允許使用溫度下施加在所述主體收納容器的所述端部的熱應力成為構成所述主體收納容器的材料的疲勞破壞臨界值以下的方式設定。
14. 如權利要求13所述的汽化單元，其特征在于所述最大允許使用溫度為300°C。
15. 如權利要求13或14所述的汽化單元，其特征在于所述疲勞破壞臨界值為構成所述主體收納容器的材料的耐力值的20%。
16. 如權利要求11 15中任一項所述的汽化單元，其特征在于構成所述汽化單元主體和所述主體收納容器的材料選自鋁、鋁合金和鎳中的一種，構成所述連接部件的材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。
17. 如權利要求11 16中任一項所述的汽化單元，其特征在于形成汽化單元的上游側或下游側的結構的材料為不銹鋼或者哈司特鎳合金(注冊商標)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種構造簡單且能夠使熱效率提高的汽化器。汽化器(8)具備霧狀地噴出液體原料的噴嘴單元(72)；具有使原料霧汽化形成原料氣體的多個汽化通路(74)的汽化單元(76)；和向后段送出原料氣體的排出頭(78)。汽化單元具備形成有汽化通路的汽化單元主體(108)；收納汽化單元主體(108)的主體收納容器(110)；對通過汽化通路的原料霧進行加熱的加熱器(112)；和設置在主體收納容器的兩端部的連接部件(114、116)。汽化單元主體和主體收納容器由熱傳導性比連接部件的構成材料高的材料形成。主體收納容器的端部與連接部件通過爆炸而接合。
文檔編號C23C16/448GK101785089SQ20088010400
公開日2010年7月21日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權日2007年8月23日
發(fā)明者二村宗久, 小松智仁, 田中澄 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社