JP2023129259A - 流体供給システム、基板処理装置及び半導体装置の製造方法並びにプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
に関するものである。
前記流量制御器の少なくとも下流側に調整ガスを供給する供給部と、
前記流体を処理室に供給することが可能に構成される開閉部と、
前記開閉部を閉の状態で、前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側圧力の差に応じて前記供給部から前記調整ガスを供給させることにより、断熱膨張による温度低下に伴う前記流体の相変化を抑止することが可能に構成されている制御部と、
を有する技術が提供される。
図1、図2は、処理装置の一例である基板処理装置に用いられる縦型の処理炉29を示すものである。先ず、図1により本開示が適用される基板処理装置の動作の概略を説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
原料ソース91から収容される、液体原料、固体原料等の原料は、原料ソース91内で原料ガス(気体状の流体)が生成される。この原料ガスは、第1MFC100、開閉弁97を介し、第1キャリアガス供給管53と合流し、更に第1ノズル56を介して処理室2に供給される。本実施の形態において、固体原料が処理室2に供給される際は、原料ソース91は原料タンク91として構成される。つまり、原料タンク91内にて昇華された状態の処理ガスが処理室2に供給される。具体的には、原料タンク91内に固体原料が配置され、ここでは図示しない加熱手段としてのサブヒータにより原料タンク91は加熱され、加熱された固体原料は昇華され、気体状の原料ガスが処理室2に供給される。なお、液体原料が処理室2に供給される際は、原料ソース91は気化器として構成される。つまり、サブヒータにより気化器91は加熱され、気化器91内にて気化された状態(気体状)の原料ガスが処理室2に供給される。また、キャリアガスや調整ガスとしての不活性ガスが原料ガスと混合されたガスも処理ガスに含む。なお、特に説明は省略するが、原料ソース91は、常温で気体の原料ガス源も含む。
原料タンク91は、処理ガスとしての原料ガスを、固体原料を加熱して昇華させることにより生成するように構成されている。
気化器91は、処理ガスとしての原料ガスを、液体で供給された原料を加熱して気化させることにより生成するように構成されている。
コントローラ41は、本開示の「制御部」に相当し、MFC100の内部圧力とMFC100の二次側の圧力との差に応じてMFC54を介して調整ガスを供給させることができる構成となっている。この詳細については後述する。なお、コントローラ41の構成については後述する。
開閉弁97のCv値(以後、バルブ特性値ともいう)は、一般的に、0.05以上0.7以下の範囲で設定されている。ここで、バルブ特性値(Cv値)とは、JIS B 0100:2013で定義されており、いわゆるバルブ固有の流れやすさを示す容量係数であり、流体がある前後差圧においてバルブを流れるときの容量を表す値である。本実施形態では、0.4以上0.7以下の範囲の所定値に設定されている。このようなバルブ特性値であれば、図3に示す開閉弁97を開のままで、MFC54により流量調整された調整ガス(不活性ガス)を供給することにより、第1MFC100の二次側(出力側)の圧力、つまり、第1MFC100の下流側の圧力P2を増加させることができる。なお、第1MFC100により大流量の原料ガスを供給するには、バルブ特性値の大きい値が好ましく、最適なバルブ特性値は0.7である。但し、調整ガスの流量によらず、0.4以上であれば所望の原料ガスを供給することが可能である。
図4に示すように、第1MFC100は、プレフィルタ101と、制御弁102と、第1圧力センサ103と、温度センサ105と、オリフィス107と、第2圧力センサ109と、制御部111と、を有する。なお、図4では図示を省略するが、第1MFC100は、制御弁102の後段に、供給管47aの流路を開閉する図示しない供給用のバルブが設けられている。そして、第1MFC100の下流の供給管47aには、開閉弁(開閉部)97が設けられている。
次に、基板を処理する例について説明する。ここでは、半導体デバイスの製造工程の一例として、ソースガス(原料ガス)とリアクタントガス(反応ガス)を交互に処理室に供給することで処理を行うサイクル処理を説明する。本実施形態においては、基板上で膜を形成する例を説明する。
成膜工程1では、まず、基板31の表面上に原料ガスを吸着させる。具体的には、第1ガス供給ラインにおいて、開閉弁97を開状態にし、第1MFC100によって、原料ソース91で生成された原料ガスを処理室2へ供給する。
成膜工程2では、第1ガス供給管47の開閉弁97及び第1キャリアガス供給管53のバルブ55を閉めて、原料ガスとキャリアガスの供給を止める。ガス排気管66のバルブ67は開いたままにし、真空ポンプ68により、処理炉29を20Pa以下に排気し、残留原料ガスを処理室2から排除する。又、この時には不活性ガス、例えばキャリアガスとして使ったN2ガスを処理炉29に供給すると、更に残留原料ガスを排除する効果が高まる。
成膜工程3では、窒素含有ガスとキャリアガスを流す。まず第2ガス供給管48に設けたバルブ59、第2キャリアガス供給管61に設けたバルブ63を共に開けて、第2ガス供給管48から第3MFC58により流量調整された窒素含有ガスと、第2キャリアガス供給管61から第3MFC62により流量調整されたキャリアガスとを混合し、第2ノズル64の第2ガス供給孔65から処理室2に供給しつつガス排気管66から排気する。窒素含有ガスの供給により、基板31の下地膜上の膜と窒素含有ガスとが反応して、基板31上に窒化膜が形成される。
成膜工程4では、膜を形成後、バルブ59及びバルブ63を閉じ、排気装置としての真空ポンプ68により処理室2を真空排気し、成膜に寄与した後に残留する窒素含有ガスを排除する。又、この時には不活性ガス、例えばキャリアガスとして使ったN2ガスを処理室2に供給すると、更に残留する窒素含有ガスを処理室2から排除する効果が高まる。
図8は、原料の一例として固体原料の蒸気圧曲線と流体(この場合は固体原料を昇華された原料ガス)の状態推移を示す。この図8を用いて本実施形態に関して詳述する。
図9は、図3の変形例を示す。図3との違いは、調整ガスとしての不活性ガス(キャリアガス)を加熱する加熱機構98を設けたことである。その他に関しては、図3に示す流体供給システムと同じ構成である。なお、図1および図3と同じ構成である場合には、図9での図示を省略している。従い、ここでは、加熱機構98に関連することについて説明する。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
41 コントローラ(制御部)
47a 供給管(配管)
91 原料ソース
100 流量制御器
Claims (20)
- 配管内を流れる流体の量を制御する流量制御器と、
前記流量制御器の少なくとも下流側に調整ガスを供給する調整部と、
前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側の圧力との差に応じて前記調整部から前記調整ガスを供給させることにより、断熱膨張による温度低下に伴う前記流体の相変化を抑止することが可能に構成されている制御部と、
を備えた流体供給システム。 - 前記制御部は、前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側の圧力との差が予め設定される第1所定値以下のときに、前記流量制御器によって前記処理室に前記流体を供給させるよう構成されている請求項1記載の流体供給システム。
- 前記調整ガスの流量供給時間は、前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側の圧力との差が前記第1所定値以下となるまでに必要な時間によって決定される、請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側の圧力との差を、前記流量制御器の制御可能な圧力範囲内に調整することが可能なように構成されている請求項1記載の流体供給システム。
- 更に、前記流体を処理室に供給することが可能に構成される開閉部を有し、
前記開閉部のバルブ特性値は、0.4以上0.7以下に設定される請求項1記載の流体供給システム。 - 前記制御部は、前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側の圧力との差と予め設定される第1所定値とを比較し、前記第1所定値より高い場合に前記調整ガスを前記流量制御器の下流側の配管に供給させるよう構成されている請求項2記載の流体供給システム。
- 更に、前記制御部は、前記流体の元になる原料の蒸気圧曲線を含む特性データを格納する記憶部を有するよう構成されている請求項1記載の流体供給システム。
- 更に、前記制御部は、前記流量制御器の制御制限範囲を含む特性データを格納する記憶部を有するよう構成されている請求項1記載の流体供給システム。
- 前記第1所定値は、断熱膨張による相変化を防ぐ下限圧力である請求項2記載の流体供給システム。
- 前記制御部は、前記流量制御器直後の配管内の圧力を、前記流量制御器の制御可能な状態を維持できる制御限界値より低くするよう構成されている請求項1記載の流体供給システム。
- 前記制御部は、前記流量制御器直後の配管内の圧力を、断熱膨張による相変化を防ぐ圧力下限より高くするよう構成されている請求項10記載の流体供給システム。
- 更に、前記流体を生成する原料ソースを有し、
前記原料ソースは、固体原料を昇華し原料ガスを生成する原料タンク、または、液体原料を気化し原料ガスを生成する気化器のうちどちらか一方である請求項1記載の流体供給システム。 - 前記原料ソースは、
前記原料タンクまたは前記気化器を加熱するサブヒータを有し、
前記サブヒータの加熱により、前記原料ガスが気体状に変位する温度以上の温度に制御可能に構成されている請求項12記載の流体供給システム。 - 更に、前記配管、前記流量制御器、前記圧力センサ、前記開閉部を加熱する加熱部を有し、
前記加熱部は、前記流体の元になる原料の気化温度以上になるように温度制御されている請求項1記載の流体供給システム。 - 更に、前記流量制御器と前記開閉弁の間で前記流体を貯留する容器を有し、
前記制御部は、
前記原料ソースで生成された前記流体を、前記容器に一時的に溜めておき、前記処理室にフラッシュ供給する、
請求項1に記載の流体供給システム。 - 更に、前記調整部は、前記調整ガスを前記流体の昇華温度または気化温度以上に加熱する加熱機構を有し、
前記流体は、前記調整ガスと混合されることにより加熱される請求項1記載の流体供給システム。 - 前記調整部は、前記流量制御器の直下に設けられる請求項1記載の流体供給システム。
- 配管内を流れる流体の量を制御する流量制御器と、
前記流量制御器の少なくとも下流側に調整ガスを供給する供給部と、
前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側圧力の差に応じて前記供給部から前記調整ガスを供給させることにより、断熱膨張による温度低下に伴う前記流体の相変化を抑止することが可能に構成されている制御部と、
を備えた処理装置。 - 配管内を流れる流体の量を制御する流量制御器と、
前記流量制御器の少なくとも下流側に調整ガスを供給する供給部と、
制御部と、を備えた処理装置で実行されるプログラムであって、
前記制御部に、
前記流量制御器の内部圧力と前記流量制御器の下流側圧力の差に応じて前記供給部から前記調整ガスを供給させることにより、断熱膨張による温度低下に伴う前記流体の相変化を抑止する手順を実行させるプログラム。 - 被処理体の表面上に原料ガスを吸着させる工程を有し、
前記工程では、流量制御器の内部圧力と流量制御器の下流側圧力の差に応じて調整ガスを供給させることにより、断熱膨張による温度低下に伴う前記原料ガスの相変化を抑止する、
半導体装置の製造方法。
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