JP2024001454A - 気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのガス配管で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給できる気化器を提供する。
【解決手段】気化器は、液体原料を気化する気化器であって、液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズルと、不活性ガスの流路とを備える天板部と、天板部によって上部の開口部が閉じられ、ノズルから噴霧された液体原料が気化される容器と、天板部と容器との接触面の気密性を保持する、第１のシール材、および、第１のシール材よりも直径が大きい第２のシール材と、を有し、天板部の流路が、ノズル、および、第１のシール材と第２のシール材との間に形成される空間に接続され、不活性ガスがノズルと、空間とに供給される。
【選択図】図１

Description

本開示は、気化器に関する。

例えば、基板処理装置等において、基板上に成膜する際に用いる成膜原料として、常温で液体の成膜原料が用いられる場合がある。この様な成膜原料は、気化器で気化させて基板処理装置のチャンバに供給される。気化器は、メンテナンス等のために、例えば、容器の上部を開放可能な構造として、Ｏリングを用いてシールすることがある。また、Ｏリングを用いてシールする場合、Ｏリングを二重に配置し、Ｏリング間に形成された隙間にガス流入口とガス流出口とを設け、当該隙間に不活性ガスを充満させることが提案されている。

特開２０１１－４０４１６号公報

本開示は、１つのガス配管で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給できる気化器を提供する。

本開示の一態様による気化器は、液体原料を気化する気化器であって、液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズルと、不活性ガスの流路とを備える天板部と、天板部によって上部の開口部が閉じられ、ノズルから噴霧された液体原料が気化される容器と、天板部と容器との接触面の気密性を保持する第１のシール材、および、第１のシール材よりも直径が大きい第２のシール材と、を有し、天板部の流路が、ノズル、および、第１のシール材と第２のシール材との間に形成される空間に接続され、不活性ガスがノズルと、空間とに供給される。

本開示によれば、１つのガス配管で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給できる。

図１は、本開示の一実施形態における気化器の一例を示す図である。 図２は、図１のＡ－Ａ線における気化器の断面の一例を示す図である。 図３は、図１のＢ－Ｂ線における気化器の断面の一例を示す図である。 図４は、参考例における気化器の一例を示す図である。 図５は、図４のＣ－Ｃ線における気化器の断面の一例を示す図である。

以下に、開示する気化器の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

上述のように、例えば、容器の上部を開放可能な構造として、樹脂製のＯリングを用いてシールした気化器では、当該Ｏリングが酸素や水分等のガスを透過するので、真空度の悪化や原料と反応することがある。このため、この様な気化器では、パーティクルやメタルコンタミが発生する場合がある。一方、Ｏリングを用いない方法としては、メタルシールや溶接が挙げられる。メタルシールは、酸素や水分等のガスの透過性は低いが、シールの円周が大きくなると、均等に締め込むことの困難性や熱ひずみによるリークが発生する場合がある。また、メタルシールは、メタル接触であるから、シール面への食い込み等により、繰り返し回数も少なくなる。また、溶接で密閉した場合、組立時のノズルの中心調整や、内部洗浄、オーバーホール等の分解が伴う保守作業を行うことが困難である。これらのことから、Ｏリングを二重に設け、Ｏリング間の隙間に不活性ガスを流入することで、ガス透過を抑制することが考えられる。この場合、気化用のガス配管と、ガス透過抑制用のＯリング間の隙間へのガス配管とを設けることになる。そこで、１つのガス配管で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給するとともに、シール材におけるガス透過を抑制することが期待されている。

［気化器１０の構成］
図１は、本開示の一実施形態における気化器の一例を示す図である。図１に示す気化器１０は、例えば、基板処理装置１に組み込まれる。基板処理装置１は、例えば、バッチ式の減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、減圧ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置である。なお、図１では、気化器１０について縦方向の断面を示している。

基板処理装置１は、気化器１０と、液体原料供給源３０と、ガス供給源３２と、処理容器４０と、排気装置４１，４２と、制御部５０とを有する。

気化器１０は、液体原料供給源３０から供給される液体原料を気化して、気化した原料ガスを基板を処理する処理容器４０に供給する。気化器１０は、ＤＬＩ（Direct Liquid Injection）気化器の一例である。気化器１０は、容器１１と、天板部１２と、Ｏリング１３と、Ｏリング１３より直径が大きいＯリング１４とを有する。気化器１０は、容器１１の上部の開口部が天板部１２によって閉じられており、容器１１の内部空間１５を形成している。

容器１１は、内部空間１５において液体原料が気化されるものであり、例えば、円筒状である。容器１１は、天板部１２と接する上面１６に、Ｏリング１３，１４が配置される。容器１１は、上面１６のうち、Ｏリング１３と接する部分と、Ｏリング１４と接する部分との間に、凹部１７を有する。なお、凹部１７は設けなくてもよい。また、容器１１は、内部空間１５において気化された原料ガスを処理容器４０に供給するための原料ガス排出口１８を有する。さらに、容器１１には、図示はしないが、例えば円筒状の側面にヒータが設けられ、内部空間１５の原料ガスが加熱される。

天板部１２は、液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズル１９と、不活性ガスの流路２０と、液体原料の流路２６とを有する。また、天板部１２は、容器１１と接する下面２１のうち、Ｏリング１３と接する部分と、Ｏリング１４と接する部分との間に、凹部２２を有する。なお、凹部２２は設けなくてもよい。また、容器１１の上面１６と、天板部１２の下面２１と、Ｏリング１３，１４とによって形成される隙間２３は、凹部１７，２２が設けられている場合には、当該凹部１７，２２を含むものとする。

ノズル１９は、中心部２４と円環部２５とを有する。中心部２４は、流路２６から供給される液体原料を噴出させる。円環部２５は、流路２０から分岐した流路２７に接続され、不活性ガスを噴出させる。すなわち、ノズル１９は、中心部２４から噴出させた液体原料を、円環部２５から噴出させた不活性ガスによって容器１１の内部空間１５に噴霧させてミストを生成するスプレーノズルの一例である。

流路２０は、ガス供給源３２から供給される不活性ガス、例えば窒素（Ｎ２）ガスを、隙間２３に供給するとともに、流路２７を介して円環部２５に供給するための流路である。すなわち、流路２０によって供給される不活性ガスは、隙間２３のパージガスであるとともに、ノズル１９における液体原料のキャリアガスでもある。

液体原料供給源３０は、配管３１を介して気化器１０の流路２６に接続される。液体原料供給源３０は、液体原料（プリカーサ）として、例えば有機金属化合物原料を供給する。また、配管３１には、バルブＶ１が設けられ、液体原料の気化器１０への供給が制御される。

ガス供給源３２は、配管３３を介して気化器１０の流路２０に接続される。ガス供給源３２は、不活性ガスとして、例えば窒素ガスを供給する。なお、ガス供給源３２は、他の不活性ガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス等の希ガスを供給するようにしてもよい。また、配管３３には、バルブＶ２が設けられ、不活性ガスの気化器１０への供給が制御される。

処理容器４０は、例えば、内部に収容した基板に対してＣＶＤ等の処理を行うための容器である。処理容器４０の内部は、排気装置４１で真空引きされ、減圧下で基板に対する処理が行われる。処理容器４０は、気化器１０の原料ガス排出口１８と配管４３で接続される。処理容器４０には、配管４３を介して気化器１０で気化された原料ガスが供給される。また、配管４３には、バルブＶ３が設けられるとともに、バルブＶ４が設けられた配管４４が接続される。配管４４は、排気装置４２に接続される。なお、配管４４は、バルブＶ４の先において、排気装置４１に接続されるようにしてもよい。

バルブＶ３は、処理容器４０に対して気化器１０から原料ガスが供給される場合に開となり、原料ガスの供給が停止される場合に閉となる。一方、バルブＶ４は、処理容器４０に対して気化器１０から原料ガスが供給される場合に閉となり、原料ガスの供給が停止される場合に開となる。すなわち、気化器１０の内部空間１５は、原料ガスの供給時には、処理容器４０を介して排気装置４１で減圧され、原料ガスの供給停止時には、排気装置４２で減圧される。なお、排気装置４１，４２は、真空ポンプおよび圧力制御バルブ等を有する。また、排気装置４１，４２は、第１の真空ポンプおよび第２の真空ポンプの一例である。なお、バルブＶ３，Ｖ４は、窒素ガスによる内部空間１５や配管４３，４４のパージを行う場合、パージ箇所に合わせてそれぞれ開閉が制御される。

制御部５０は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラム、および、各処理の条件等を含むレシピが格納されている。プロセッサは、メモリから読み出したプログラムを実行し、メモリ内に記憶されたレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、基板処理装置１の各部を制御する。

次に、図２および図３を用いて、ノズル１９近傍の横方向の断面について説明する。図２は、図１のＡ－Ａ線における気化器の断面の一例を示す図である。図２は、天板部１２のノズル１９上部と、凹部２２と、流路２７とを含む箇所の横方向の断面である。図２に示すように、流路２０から凹部２２を含む隙間２３に供給された不活性ガスは、流路２７を経由してノズル１９の円環部２５にも供給される。一方、ノズル１９の中心部２４は、円環部２５と接していない。

図３は、図１のＢ－Ｂ線における気化器の断面の一例を示す図である。図３は、容器１１と天板部１２とがＯリング１３，１４を介して接する箇所の横方向の断面である。図３に示すように、Ｏリング１３とＯリング１４との隙間２３には、流路２０から供給された不活性ガスが充填される。また、ノズル１９の中心部２４は、その外周に円環部２５が接しており、図１に示すように、中心部２４から噴出される液体原料が、円環部２５から噴出する不活性ガスによって容器１１の内部空間１５に噴霧される。このとき、隙間２３と円環部２５との間は、Ｏリング１３によって密閉されている。また、隙間２３と外部空間との間は、Ｏリング１４によって密閉されている。従って、円環部２５が面する内部空間１５と外部空間との間は、Ｏリング１３と、隙間２３に充填された不活性ガスと、Ｏリング１４とによって密閉されている。つまり、隙間２３に充填された不活性ガスは、外部空間から内部空間１５への酸素や水分等のガスの透過抑制用のガスである。

すなわち、気化器１０では、天板部１２の流路２０が、流路２７を介してノズル１９の円環部２５に接続されるとともに、Ｏリング１３とＯリング１４との間に形成される隙間２３に接続され、不活性ガスがノズル１９の円環部２５と、隙間２３とに供給される。このとき、隙間２３は、供給される不活性ガスにより陽圧（例えば２００ｋＰａ。）となる。また、円環部２５が面する内部空間１５は、排気装置４１または排気装置４２で減圧されているので陰圧（例えば、２０ｋＰａ～２７ｋＰａ。）となる。このように、気化器１０では、１つのガス配管（配管３３）で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給するとともに、シール材（Ｏリング１３，１４）におけるガス透過を抑制することができる。

［参考例との比較］
続いて、図４および図５を用いて参考例との比較について説明する。図４は、参考例における気化器の一例を示す図である。図５は、図４のＣ－Ｃ線における気化器の断面の一例を示す図である。図４に示す気化器１００は、参考例の気化器である。なお、気化器１００以外の構成は図１に示す基板処理装置１と同様であるので、その説明を省略する。

気化器１００は、容器１１１と、天板部１１２と、Ｏリング１１３とを有する。気化器１００は、容器１１１の上部の開口部が天板部１１２によって閉じられており、容器１１１の内部空間１１５を形成している。

容器１１１は、内部空間１１５において液体原料が気化されるものであり、例えば、円筒状である。容器１１１は、天板部１１２と接する上面に、Ｏリング１１３が配置される。なお、Ｏリング１１３は、その一部が内部空間１１５に露出している場合がある。また、容器１１１は、内部空間１１５において気化された原料ガスを処理容器４０に供給するための原料ガス排出口１１８を有する。さらに、容器１１１には、円筒状の側面にヒータ１２８が設けられ、内部空間１１５の原料ガスが加熱される。ヒータ１２８は、例えば、図５に示すように、容器１１１の壁内に４本設けられる。

天板部１１２は、液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズル１１９と、不活性ガスの流路１２０と、液体原料の流路１２６とを有する。また、図４および図５に示すように、天板部１１２の下面は、気化器１００が組み立てられる際に、容器１１１の上面との間にＯリング１１３を挟み込む。

ノズル１１９は、上述の実施形態のノズル１９と同様に、流路１２６から供給される液体原料を、流路１２０から供給される不活性ガスによって容器１１１の内部空間１１５に噴霧させてミストを生成する。

上述のように、気化器１００は、容器１１１と天板部１１２との接触面にＯリング１１３を用いて密閉しているため、オーバーホール等の分解が伴う保守作業は容易である。しかしながら、気化器１００では、Ｏリング１１３が一重であるので、外部空間から酸素や水分等のガスが内部空間１１５に透過する恐れがある。

これに対し、図１に示す本実施形態の気化器１０では、Ｏリング１３，１４を二重に設け、Ｏリング１３，１４間の隙間２３に不活性ガスを充填することで、ガス透過を抑制することができる。また、本実施形態の気化器１０は、参考例の気化器１００と比較して、不活性ガスの配管は同様に１本であり、Ｏリングが１つ増加するだけなので、メンテナンス性を損なうこともない。

以上、本実施形態によれば、気化器１０は、液体原料を気化する気化器であって、液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズル１９と、不活性ガスの流路２０とを備える天板部１２と、天板部１２によって上部の開口部が閉じられ、ノズル１９から噴霧された液体原料が気化される容器１１と、天板部１２と容器１１との接触面の気密性を保持する、第１のシール材（Ｏリング１３）、および、第１のシール材よりも直径が大きい第２のシール材（Ｏリング１４）と、を有し、天板部１２の流路２０が、ノズル１９、および、第１のシール材と第２のシール材との間に形成される空間（隙間２３）に接続され、不活性ガスがノズル１９と、空間とに供給される。その結果、１つのガス配管（配管３３）で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給できるとともに、シール材におけるガス透過を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、流路２０は、陽圧に保たれる。その結果、隙間２３も陽圧に保たれ、Ｏリング１３，１４におけるガス透過を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、容器１１の内部空間１５は、陰圧に保たれる。その結果、噴霧された原料ガスを処理容器４０に供給することができる。

また、本実施形態によれば、容器１１の内部空間１５は、処理チャンバ（処理容器４０）に接続され、処理チャンバを介して、第１の真空ポンプ（排気装置４１）に接続される。その結果、液体原料の供給時において、内部空間１５を陰圧に保つとともに、隙間２３を陽圧に保つことができる。

また、本実施形態によれば、液体原料の噴霧が停止された場合、処理チャンバを介さずに第２の真空ポンプ（排気装置４２）に接続されるように切り替えられる。その結果、液体原料の供給停止時において、内部空間１５を陰圧に保つとともに、隙間２３を陽圧に保つことができる。

また、本実施形態によれば、不活性ガスは、液体原料の噴霧が停止された場合であっても、流路２０に供給される。その結果、隙間２３を陽圧に保つことができる。

また、本実施形態によれば、ノズル１９は、中心部２４から液体原料を噴出し、中心部２４を囲む円環部２５から不活性ガスを噴出する。その結果、容器１１の内部空間１５に液体原料を噴霧することができる。

また、本実施形態によれば、流路２０は、円環部２５に接続される。その結果、１つのガス配管で気化用のガスとガス透過抑制用のガスとを供給できる。

また、本実施形態によれば、容器１１は、上面のうち、第１のシール材と接する部分と、第２のシール材と接する部分との間に、凹部１７を備える。その結果、隙間２３により多くの不活性ガスを充填することができる。

また、本実施形態によれば、天板部１２は、下面のうち、第１のシール材と接する部分と、第２のシール材と接する部分との間に、凹部２２を備える。その結果、隙間２３により多くの不活性ガスを充填することができる。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

また、上記した実施形態では、流路２０および隙間２３と、円環部２５とを接続する流路２７を一箇所設けたが、これに限定されない。例えば、ノズル１９を挟んだ反対側にも流路２７を設けるようにしてもよい。

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
液体原料を気化する気化器であって、
前記液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズルと、前記不活性ガスの流路とを備える天板部と、
前記天板部によって上部の開口部が閉じられ、前記ノズルから噴霧された前記液体原料が気化される容器と、
前記天板部と前記容器との接触面の気密性を保持する、第１のシール材、および、前記第１のシール材よりも直径が大きい第２のシール材と、
を有し、
前記天板部の前記流路が、前記ノズル、および、前記第１のシール材と前記第２のシール材との間に形成される空間に接続され、前記不活性ガスが前記ノズルと、前記空間とに供給される、
気化器。
（２）
前記流路は、陽圧に保たれる、
前記（１）に記載の気化器。
（３）
前記容器の内部空間は、陰圧に保たれる、
前記（１）または（２）に記載の気化器。
（４）
前記容器の内部空間は、処理チャンバに接続され、前記処理チャンバを介して、第１の真空ポンプに接続される、
前記（３）に記載の気化器。
（５）
前記液体原料の噴霧が停止された場合、前記処理チャンバを介さずに第２の真空ポンプに接続されるように切り替えられる、
前記（４）に記載の気化器。
（６）
前記不活性ガスは、前記液体原料の噴霧が停止された場合であっても、前記流路に供給される、
前記（１）～（５）のいずれか１つに記載の気化器。
（７）
前記ノズルは、中心部から前記液体原料を噴出し、前記中心部を囲む円環部から前記不活性ガスを噴出する、
前記（１）～（６）のいずれか１つに記載の気化器。
（８）
前記流路は、前記円環部に接続される、
前記（７）に記載の気化器。
（９）
前記容器は、上面のうち、前記第１のシール材と接する部分と、前記第２のシール材と接する部分との間に、凹部を備える、
前記（１）～（８）のいずれか１つに記載の気化器。
（１０）
前記天板部は、下面のうち、前記第１のシール材と接する部分と前記第２のシール材と接する部分との間に、凹部を備える、
前記（１）～（９）のいずれか１つに記載の気化器。

１０ 気化器
１１ 容器
１２ 天板部
１３，１４ Ｏリング
１５ 内部空間
１７，２２ 凹部
１９ ノズル
２０ 流路
２３ 隙間
２４ 中心部
２５ 円環部
３０ 液体原料供給源
３２ ガス供給源
３３ 配管
４０ 処理容器
４１，４２ 排気装置

Claims (10)

1. 液体原料を気化する気化器であって、
   前記液体原料を不活性ガスとともに噴霧するノズルと、前記不活性ガスの流路とを備える天板部と、
   前記天板部によって上部の開口部が閉じられ、前記ノズルから噴霧された前記液体原料が気化される容器と、
   前記天板部と前記容器との接触面の気密性を保持する、第１のシール材、および、前記第１のシール材よりも直径が大きい第２のシール材と、
   を有し、
   前記天板部の前記流路が、前記ノズル、および、前記第１のシール材と前記第２のシール材との間に形成される空間に接続され、前記不活性ガスが前記ノズルと、前記空間とに供給される、
   気化器。
2. 前記流路は、陽圧に保たれる、
   請求項１に記載の気化器。
3. 前記容器の内部空間は、陰圧に保たれる、
   請求項１に記載の気化器。
4. 前記容器の内部空間は、処理チャンバに接続され、前記処理チャンバを介して、第１の真空ポンプに接続される、
   請求項３に記載の気化器。
5. 前記液体原料の噴霧が停止された場合、前記処理チャンバを介さずに第２の真空ポンプに接続されるように切り替えられる、
   請求項４に記載の気化器。
6. 前記不活性ガスは、前記液体原料の噴霧が停止された場合であっても、前記流路に供給される、
   請求項１に記載の気化器。
7. 前記ノズルは、中心部から前記液体原料を噴出し、前記中心部を囲む円環部から前記不活性ガスを噴出する、
   請求項１に記載の気化器。
8. 前記流路は、前記円環部に接続される、
   請求項７に記載の気化器。
9. 前記容器は、上面のうち、前記第１のシール材と接する部分と、前記第２のシール材と接する部分との間に、凹部を備える、
   請求項１に記載の気化器。
10. 前記天板部は、下面のうち、前記第１のシール材と接する部分と、前記第２のシール材と接する部分との間に、凹部を備える、
    請求項１に記載の気化器。

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