JP2014114463A5 - - Google Patents
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Description
ＭＯＣＶＤ法による半導体製造装置の原料気化供給装置としては、従前からバブリング方式の気化供給装置が多く使用されてきた。
しかし、このバブリング方式は、供給する原料ガスの流量制御や原料ガスの濃度制御、原料ガスの蒸気圧等の点に多くの問題があり、これ等の問題を解決するものとして、本願発明者等は先に、圧力式流量制御装置により原料ガスの流量制御を行うようにした気化器方式の原料気化供給装置(特開２００９−２５２７６０号)を公開している。
また、本願発明者等は、上記気化器方式と平行して、圧力式流量制御装置により原料ガスの流量制御を行うようにしたベーキング方式の原料気化供給装置（特開２０１３−３３ ７８２号、特開２０１３−２３４８６０号等）の開発を進めている。
しかし、このバブリング方式は、供給する原料ガスの流量制御や原料ガスの濃度制御、原料ガスの蒸気圧等の点に多くの問題があり、これ等の問題を解決するものとして、本願発明者等は先に、圧力式流量制御装置により原料ガスの流量制御を行うようにした気化器方式の原料気化供給装置(特開２００９−２５２７６０号)を公開している。
また、本願発明者等は、上記気化器方式と平行して、圧力式流量制御装置により原料ガスの流量制御を行うようにしたベーキング方式の原料気化供給装置（特開２０１３−３３ ７８２号、特開２０１３−２３４８６０号等）の開発を進めている。
図９は、上記気化器方式の原料気化供給装置のブロック構成図であり、原料受入タンクＴ、供給量制御装置Ｑ、気化器１、高温型圧力式流量制御装置２、加熱装置６（６a、６b、６c等）から形成されており、気化器１及び圧力式流量制御装置２の組合せが原料気化供給装置の要部を為すものである。
尚、図９に於いて、Ｍは加熱温度制御装置、Ｖ１は液体供給量制御弁、Ｌはリリーフ弁、Ｇｐは原料受入タンク加圧用ガス、LGは原料液体、Gは原料ガス、Ｔｏ〜Ｔ１は温度検出器、Ｖ２〜Ｖ７は開閉弁、Ｐ０〜Ｐ1は圧力検出器、３は気化チャンバ、４は脈動低減用オリフィス、５は液溜部、７，８は流路、９はバッファータンクである。
尚、図９に於いて、Ｍは加熱温度制御装置、Ｖ１は液体供給量制御弁、Ｌはリリーフ弁、Ｇｐは原料受入タンク加圧用ガス、LGは原料液体、Gは原料ガス、Ｔｏ〜Ｔ１は温度検出器、Ｖ２〜Ｖ７は開閉弁、Ｐ０〜Ｐ1は圧力検出器、３は気化チャンバ、４は脈動低減用オリフィス、５は液溜部、７，８は流路、９はバッファータンクである。
一方、前記本願出願人が開発中のベーキング方式の原料気化供給装置は、図１２のブロック構成図に示すように、原料液体ＬＧを収容する原料受入タンクＴと、原料受入タンクＴ等を加温する恒温加熱装置１２と、原料受入タンクＴの内部上方空間Ｔａから、プロセスチャンバ１３へ供給する原料ガスＧの流量調整をする圧力式流量制御装置２等から構成されている。
尚、図１２に於いて、１４は原料液体供給口、１５はパージガス供給口、１６は希釈ガス供給口、１７は他の薄膜形成用ガス供給口、１８，１９，２０は流路、Ｖ8〜Ｖ16はバルブである。
尚、図１２に於いて、１４は原料液体供給口、１５はパージガス供給口、１６は希釈ガス供給口、１７は他の薄膜形成用ガス供給口、１８，１９，２０は流路、Ｖ8〜Ｖ16はバルブである。
勿論、従前から、流路や機器類を形成する金属材外表面からのパーティクルの放出を防止したり、金属外表面の触媒作用を抑えてプロセスガスの熱分解を防止する方策として、所謂不働態処理技術が開発され、広く利用されている(特許４６８５０１２号等)。
しかし、従来のこの種不働態処理技術は、ガス温度が１００〜１２０℃以下の低温ガスを取り扱う管路や機器類を対象とするものであり、１５０℃を超える高温度の有機金属原料ガスを取り扱う管路や機器類に対しては、不働態処理を施すことによる原料ガスの熱分解防止効果等に付いての解析が十分に行なわれていないと言う問題がある。
しかし、従来のこの種不働態処理技術は、ガス温度が１００〜１２０℃以下の低温ガスを取り扱う管路や機器類を対象とするものであり、１５０℃を超える高温度の有機金属原料ガスを取り扱う管路や機器類に対しては、不働態処理を施すことによる原料ガスの熱分解防止効果等に付いての解析が十分に行なわれていないと言う問題がある。
本願請求項１の発明は、原料受入タンクＴと、原料受入タンクＴから圧送されてきた液体ＬＧを気化する気化器１と、気化器１からの原料ガスＧの流量を調整する流量制御装置２と、気化器１と流量制御装置２とこれ等に接続された流路の所望部分を加熱する加熱装置６とを備える原料気化供給装置であって、少なくとも前記原料受入タンクＴと気化器１と流量制御装置２と前記各機器装置間を連結する流路と該流路に介設した開閉バルブのいずれかの各接液部又は接ガス部に、不働態処理を施したことを発明の基本構成とするものである。
また、本願請求項２の発明は、原料を貯留した原料受入タンクＴと、原料受入タンクＴへ原料を供給する流路１８と、原料受入タンクＴの内部空間部Ｔａから原料ガスＧをプロセスチャンバ１３へ供給する原料ガス流路１９，２０と、プロセスチャンバ１３へ供給する原料ガス流量を制御する流量制御装置２と、原料受入タンクＴと原料ガス流路と流量制御装置２とを設定温度に加熱する恒温加熱装置１２とを備える原料気化供給装置であって、少なくとも前記原料受入タンクと流量制御装置と前記各機器装置間を連結する流路と該 流路に介設した開閉弁のいずれかの各接液部又は接ガス部に、不働態処理を施したことを発明の基本構成とするものである。
請求項１０の発明は、請求項９において、圧力検出器の接液部又は接ガス部をハステロイ（Ｃ２２）製に、バルブ類のシートを４フッ化エチレン樹脂（ＰＦＡ）製に、流量制御装置２のコントロール弁のダイヤフラムをスプロン（１００）製に、流路及びその他の機器類の構成部材をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製に、夫々するようにしたものである。
請求項１１の発明は、請求項９の発明において、流量制御装置２からの原料ガスＧ(但し、ジエチル亜鉛（DEZn）の原料ガスを除く)の加熱温度を、蒸気圧が２００kPa abs.以下となる温度とするようにしたものである。
本願発明は、気化器方式の原料気化供給装置において、前記原料受入タンクＴと気化器１と流量制御装置２と前記各機器装置間を連結する流路と該流路に介設した開閉バルブの 少なくともいずれかの各接液部又は接ガス部に、不働態処理を施す構成としている。また 、本発明の他の態様は、ベーキング方式の原料気化供給装置において、前記原料受入タン クＴと流量制御装置２と前記各機器装置間を連結する流路と該流路に介設した開閉弁の少 なくともいずれかの各接液部又は接ガス部に、不働態処理を施す構成としている。
［第１実施例］
図３は、本願発明の第１実施例を示すものであり、当該原料気化供給装置は、原料受入タンクＴと液供給用バルブ２１と気化器１と高温型圧力式流量制御装置２等から構成されており、原料受入タンクＴと気化器１の間に液供給用バルブ２１が設けられている。また、原料受入タンクＴには加熱装置（図示省略）が設けられている。
図３は、本願発明の第１実施例を示すものであり、当該原料気化供給装置は、原料受入タンクＴと液供給用バルブ２１と気化器１と高温型圧力式流量制御装置２等から構成されており、原料受入タンクＴと気化器１の間に液供給用バルブ２１が設けられている。また、原料受入タンクＴには加熱装置（図示省略）が設けられている。
前記、気化器１は、内部が複数（実施例では３室）に区画された気化チャンバ３と、各室内に設けた気化促進用のブロック体（図示省略）と、気化チャンバ３内を加熱する加熱装置（図示省略）が設けられており、気化された原料ガスＧがガス出口３ｅより高温型圧力式流量制御装置２へ流入する。
尚、上記気化器１では、気化チャンバ３の各室内にブロック体や加熱装置を設けるようにしているが、気化チャンバ３の各室を単なる空室とすることも可能である。
尚、上記気化器１では、気化チャンバ３の各室内にブロック体や加熱装置を設けるようにしているが、気化チャンバ３の各室を単なる空室とすることも可能である。
上記第１実施例に於いては、高温型圧力式流量制御装置２の圧力検出器をハステロイC２２により、また、高温型圧力式流量制御装置２の弁体部を構成するダイヤフラムをスプロン１００により、更に、給液バルブ２１及び下流側ストップバルブ２２のバルブシートをＰＦＡにより夫々形成している点を除いて、バルブ本体や気化器１、流路を構成する配 管等の部材、流量制御装置本体２ａ等の各機器類の接ガス部及び接液部は、全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。
そして、上記各機器類のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）、ハステロイＣ２２及びスプロン１００から成る接液部及び又は接ガス部には、全てAl2O3不働態処理が施されており、平均厚さ２０nmのAl2O3を主体とする皮膜が接液部及び又は接ガス部全体に均一に形成されている。
尚、第１実施例では、Al2O3不働態処理を施しているが、此れに代えてCr2O3不働態処理を施してもよい。また、場合によっては、一部の機器類にAl2O3不働態処理を、その他の機器類にCr2O3不働態処理を施すことも可能である。
尚、第１実施例では、Al2O3不働態処理を施しているが、此れに代えてCr2O3不働態処理を施してもよい。また、場合によっては、一部の機器類にAl2O3不働態処理を、その他の機器類にCr2O3不働態処理を施すことも可能である。
また、上記第１実施例では、高温型圧力式流量制御装置２の圧力検出器で使用するハステロイＣ２２製ダイヤフラム、及びコントロールバルブで使用するスプロン１００製ダイヤフラムも含めて全ての接液部及び又は接ガス部にAl2O3不働態処理を施すようにしているが、当該ハステロイＣ２２製ダイヤフラムやスプロン１００製ダイヤフラムの接液部及 び又は接ガス部には、上記Al2O3不働態処理に代えてフッ素樹脂コーチング処理を施すようにしても良い。
［第２実施例］
図４は、第２実施例に係る原料気化供給装置のブロック構成図であり、原料気化供給装置の構成は、従前の図９〜図１１に示した装置と同じである同様である。
また、当該第２実施例においても、高温型圧力式流量制御装置２の圧力検出器をハステロイＣ２２により、また、高温型圧力式流量制御装置２の弁体部を構成するダイヤフラムをスプロン１００により、更に、給液バルブ２１及び下流側ストップバルブ２２のバルブシートをＰＦＡにより夫々形成している点を除いて、バルブ本体や気化器１、流路を構成 する部材、流量制御装置本体２ａ等の各機器類の設ガス部及び接液部は、全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。
図４は、第２実施例に係る原料気化供給装置のブロック構成図であり、原料気化供給装置の構成は、従前の図９〜図１１に示した装置と同じである同様である。
また、当該第２実施例においても、高温型圧力式流量制御装置２の圧力検出器をハステロイＣ２２により、また、高温型圧力式流量制御装置２の弁体部を構成するダイヤフラムをスプロン１００により、更に、給液バルブ２１及び下流側ストップバルブ２２のバルブシートをＰＦＡにより夫々形成している点を除いて、バルブ本体や気化器１、流路を構成 する部材、流量制御装置本体２ａ等の各機器類の設ガス部及び接液部は、全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。
尚、図４〜図６において、Tは原料受入タンク、Ｑは供給量制御装置、１は気化器、２は高温型圧力式流量制御装置、２ａは流量制御装置本体、３は気化チャンバ、３ｄは原料液体入口、３ｆ・３ｇは加熱促進体、３ｈはガス出口、４は脈動低減用オリフィス、４ａは通孔、６（６a・６b・６c）は加熱装置、７・８a・８bは流路、１０はヒータ、１１は加熱板、Ｍは加熱温度制御装置、Ｖ１は液体供給量制御弁、Ｌはリリーフ弁、Ｇｐは原料受入タンク加圧用ガス、ＬＧは原料液体、Ｇは原料ガス、Ｔｏ〜Ｔ１は温度検出器、Ｖ２〜Ｖ７は開閉弁、Ｐ０〜Ｐ1は圧力検出器である。
また、原料気化供給装置そのものの作動は従前の図９〜図１１の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
また、原料気化供給装置そのものの作動は従前の図９〜図１１の場合と同様であるため、ここではその説明を省略する。
［第３実施例］
図７は、第３実施例に係る原料気化供給装置のブロック構成図であり、原料気化供給装置の構成は、前記図１２に示したものと同様である。
また、当該第３実施例においても、高温型圧力式流量制御装置２の圧力検出器をハステロイＣ２２により、また、高温型圧力式流量制御装置２の弁体部を構成するダイヤフラムをスプロン１００により、更に、給液バルブ２１及び下流側ストップバルブ２２のバルブシートをＰＦＡにより夫々形成している点を除いて、バルブ本体や気化器１、流路を構成 する部材、流量制御装置本体２ａ等の各機器類の接ガス部及び接液部は、全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。
図７は、第３実施例に係る原料気化供給装置のブロック構成図であり、原料気化供給装置の構成は、前記図１２に示したものと同様である。
また、当該第３実施例においても、高温型圧力式流量制御装置２の圧力検出器をハステロイＣ２２により、また、高温型圧力式流量制御装置２の弁体部を構成するダイヤフラムをスプロン１００により、更に、給液バルブ２１及び下流側ストップバルブ２２のバルブシートをＰＦＡにより夫々形成している点を除いて、バルブ本体や気化器１、流路を構成 する部材、流量制御装置本体２ａ等の各機器類の接ガス部及び接液部は、全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されている。
本発明はＭＯＣＶＤ法に用いる原料の気化供給装置としてだけでなく、半導体製造装置や化学品製造装置等において、加圧貯留源からプロセスチャンバへ気体を供給する構成の全ての気体供給装置に適用することができる。
Ｔ 原料受入タンク
Ｔａ タンク内部の上方空間
ＬＧ 原料液体（MO材料）
Ｇ 原料ガス
Ｇｏ 原料蒸気（飽和蒸気）
Ｇｐ 原料受入タンク加圧用ガス
ＰＧ パージガス
ＭＦＣ1〜ＭＦＣ3 熱量式質量流量制御装置(マスフローコントローラ)
Ｖ１ 液体供給量制御弁
Ｖ２〜Ｖ７ 開閉弁
Ｑ 液体供給量制御装置
Ｍ 加熱温度制御装置
Ｌ リリーフ弁
Ｔｏ〜Ｔ１ 温度検出器
Ｐｏ〜Ｐ１ 圧力検出器
Ｔｃ タンク温度調節装置
Ｐｒ 圧力調整装置
ＲＴＵ リアクターチューブ
ＦＴ−ＩＲ 赤外分光光度計
１ 気化器
２ 高温型圧力式流量制御装置
２ａ 流量制御装置本体
２ｂ ピエゾ駆動部
２ｃ 断熱用シャフト
３ 気化チャンバ
３ｄ 液体入口
３ｅ ガス出口
３ｆ〜３ｇ 加熱促進体
４ 脈動低減用オリフィス
４ａ 通孔
５ 液溜部
６（６ａ〜６ｃ） 加熱装置
７ 流路
８（８ａ〜８ｂ） 流路
９ バッファータンク
１０ ヒータ
１１ 加熱板
１２ 恒温加熱装置
１３ プロセスチャンバ
１４ 原料液体供給口
１５ パージガス供給口
１６ 希釈ガス供給口
１７ 薄膜形成用ガス供給口
１８ 流路
１９ 流路
２０ 流路
２１ 給液バルブ
２２ 下流側ストップバルブ
２３ 原料ガス出口
Ｔａ タンク内部の上方空間
ＬＧ 原料液体（MO材料）
Ｇ 原料ガス
Ｇｏ 原料蒸気（飽和蒸気）
Ｇｐ 原料受入タンク加圧用ガス
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Ｑ 液体供給量制御装置
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Ｔｏ〜Ｔ１ 温度検出器
Ｐｏ〜Ｐ１ 圧力検出器
Ｔｃ タンク温度調節装置
Ｐｒ 圧力調整装置
ＲＴＵ リアクターチューブ
ＦＴ−ＩＲ 赤外分光光度計
１ 気化器
２ 高温型圧力式流量制御装置
２ａ 流量制御装置本体
２ｂ ピエゾ駆動部
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３ｄ 液体入口
３ｅ ガス出口
３ｆ〜３ｇ 加熱促進体
４ 脈動低減用オリフィス
４ａ 通孔
５ 液溜部
６（６ａ〜６ｃ） 加熱装置
７ 流路
８（８ａ〜８ｂ） 流路
９ バッファータンク
１０ ヒータ
１１ 加熱板
１２ 恒温加熱装置
１３ プロセスチャンバ
１４ 原料液体供給口
１５ パージガス供給口
１６ 希釈ガス供給口
１７ 薄膜形成用ガス供給口
１８ 流路
１９ 流路
２０ 流路
２１ 給液バルブ
２２ 下流側ストップバルブ
２３ 原料ガス出口
Claims (12)
- 原料受入タンクと、原料受入タンクから圧送されてきた液体を気化する気化器と、気化器からの原料ガスの流量を調整する流量制御装置と、気化器と流量制御装置とこれ等に接続された流路の所望部分を加熱する加熱装置とを備える原料気化供給装置であって、少なくとも前記原料受入タンクと気化器と流量制御装置と前記各機器装置間を連結する流路と 該流路に介設した開閉弁バルブのいずれかの金属表面の各接液部又は接ガス部に、不働態処理を施したことを特徴とする原料気化供給装置。
- 原料を貯留した原料受入タンクと、原料受入タンクへ原料を供給する流路と、原料受入タンクの内部空間部から原料蒸気をプロセスチャンバへ供給する原料ガス流路と、プロセスチャンバへ供給する原料ガス流量を制御する流量制御装置と、原料受入タンクと原料ガ ス流路と流量制御装置とを設定温度に加熱する恒温加熱装置とを備える原料気化供給装置 であって、少なくとも前記原料受入タンクと流量制御装置と前記各機器装置間を連結する 流路と該流路に介設した開閉弁のいずれかの金属表面の各接液部又は接ガス部に、不働態処理を施したことを特徴とする原料気化供給装置。
- 金属表面の各接液部又は接ガス部に施す不働態処理が、Al2O3不働態処理又はCr2O3不働態処理又はFeF2不働態処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の原料気化供給装置。
- 流量制御装置が、高温型圧力式流量制御装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の原料気化供給装置。
- 気化器の気化チャンバの上方に流量制御装置の装置本体を搭載する構成とした請求項１又は請求項２に記載の原料気化供給装置。
- 流量制御装置の上流側のガス圧力が予め定めた設定圧力以上となるように、原料受入れタンクから気化器へ圧送する液体量を調整する液体供給制御装置を備えた構成とした請求項１に記載の原料気化供給装置。
- 流量制御装置の上流側圧力が予め定めた設定圧力以上となるように、気化器の加熱温度を調整する温度制御装置を備えた構成とした請求項１に記載の原料気化供給装置。
- パージガス供給路を流量制御装置の一次側へ分岐状に連結すると共に希釈ガス供給路を流量制御装置の二次側へ分岐状に連結するようにした請求項２に記載の原料気化供給装置。
- 接液部又は接ガス部の金属をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）、ハステロイ（Ｃ２２）,スプロン（１００）の何れか、また、接液部又は接ガス部を形成する合成樹脂材として４フッ化エチレン樹脂（ＰＦＡ）を、更に金属外表面の不働態処理としてAl2O3不働態処理を夫々使用するようにした請求項１又は請求項２に記載の原料気化供給装置。
- 圧力検出器の接液部又は接ガス部をハステロイ（Ｃ２２）製に、バルブ類のシートを４フッ化エチレン樹脂（ＰＦＡ）製に、流量制御装置のコントロール弁のダイヤフラムをスプロン（１００）製に、流路及びその他の機器類の構成部材をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製に夫々した請求項９に記載の原料気化供給装置。
- 流量制御装置からの原料ガス(但し、ジエチル亜鉛（DEZn）の原料ガスを除く)の加熱温度を、蒸気圧が２００kPa abs以下となる温度とした請求項９に記載の原料気化供給装置。
- 流量制御装置からの原料ガスＧをジエチル亜鉛（DEZn）としてその加熱温度を１０５℃以下とするようにした請求項９に記載の原料気化供給装置。
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