JP5046423B2 - 原料液供給ユニット - Google Patents
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図10に従来技術である原料液供給ユニット100を示す。
ここで原料液供給液とは、例えば、金属を含有する液体であり、気化器により金属を含む蒸気とされ、チャンバに供給される。原料液供給ユニット100の内部に流路107、108が形成されたマニホールド101があり、マニホールド101に、ドレイン排出バルブ102、第1原料液供給バルブ103、第2原料液供給バルブ104、クリーニング液供給バルブ105、パージガス供給バルブ106、気化器排出バルブ114が取付けられている。ドレイン排出バルブ102、第1原料液供給バルブ103、第2原料液供給バルブ104、クリーニング液供給バルブ105、パージガス供給バルブ106は、各々V字形状流路110、111、112、113を介して連通している。ドレイン排出バルブ102と気化器排出バルブ114とは流路109を介して連通している。気化器排出バルブ114は、流路107により、気化器へと連通している。
(1)特許文献1の発明では、第1原料液供給バルブ103、第2原料液供給バルブ104から、流路107までは、V字形状流路110、111を通ることから、流路の長さが長くクリーニング液を流した時に、第1原料液や第2原料液を置換するまでの時間が多く掛かり、プロセス時間を短縮できないという問題がある。
原料液は高価なものも含まれ、流路が長いと、それだけ気化器へと流れずにクリーニング液により流されるだけの無駄な原料液が増えることになり、コスト面で望ましくない。
具体的には、Srソース(第1原料液)とO3ガスとを反応させるSrO膜付け工程とTiソース(第2原料液)とO3ガスと反応させるTiO膜付け(1サイクル)を、数〜数十サイクル繰返すことで複合酸化膜STO膜が形成する。
ここで、1つの気化器に対してこれら第1原料液、第2原料液を使用するため、例えば最初に第1原料液を使用した後に第2原料液を使用する場合には、第2原料液を流す前にクリーニング液でクリーニングを行う必要がある。よって、膜付け1サイクルあたり2回のクリーニングが必要となり、この時間が短いことが望まれる。
本発明より1回のクリーニング時間を例えば数秒短縮し、10サイクルの成膜を行う場合には、数十秒の短縮をすることができる。液の置換時間を短縮することができれば、それにより生産能率が上がり、同じ時間でより多くの半導体を製造することができ、半導体のコストダウンを実現できる。
(1)内部に流路が形成されたマニホールドと、該マニホールドに取り付けられた複数の流体制御弁とを有する原料液供給ユニットにおいて、前記マニホールドが平板状の立方体であり、前記マニホールドの第1平板面に第1原料液供給バルブが固設され、前記マニホールドの第2平板面に第2原料液供給バルブが固設されていること、前記第1原料液供給バルブと前記第2原料液供給バルブは前記マニホールドをはさんで固設されていること、前記マニホールドには、第1側面に出力ポートを備える主出力路が形成され、前記主出力路と前記第1原料液供給バルブとを連通する第1弁孔が形成され、前記主出力路と前記第2原料液供給バルブとを連通する第2弁孔が形成されていること、前記第1原料液供給バルブと前記第2原料液供給バルブは前記マニホールドをはさんで対向して固設されていること、前記原料液供給ユニットは対称形であること、前記マニホールドには、前記第1側面と対向する対向面に前記第1原料液供給バルブに連通する第1原料液供給流路が形成されていること、前記マニホールドには、前記対向面に前記第2原料液供給バルブに連通する第2原料液供給流路が形成されていること、前記マニホールド内に、クリーニング液供給ポートを有する第2側面から前記主出力路に連通する、第2流路を有すること、前記第2側面は、前記第1側面の一辺及び前記対向面の一辺が当接していること、を特徴とする。
(3)(1)に記載する原料液供給ユニットにおいて、前記マニホールドの前記第1平板面に前記第1原料液供給バルブが溶接により固設され、前記マニホールドの前記第2平板面に前記第2原料液供給バルブが溶接により固設されていること、を特徴とする。
(4)(1)に記載する原料液供給ユニットにおいて、前記第2流路と前記主出力路の接合箇所が接合角であること、前記接合角の角度は90度未満であること、を特徴とする。
(5)(1)に記載する原料液供給ユニットにおいて、前記第1弁孔の長さと前記第2弁孔の長さが同じであること、を特徴とする。
(6)(1)又は(5)に記載する原料液供給ユニットにおいて、前記第1弁孔の径と前記第2弁孔の径が同じであること、を特徴とする。
上記(1)の発明に係る原料液供給ユニットによると、前記マニホールドが平板状の立方体であり、前記マニホールドの第1平板面に第1原料液供給バルブが固設され、前記マニホールドの第2平板面に第2原料液供給バルブが固設されていること、前記第1原料液供給バルブと前記第2原料液供給バルブは前記マニホールドをはさんで固設されていること、前記マニホールドには、第1側面に出力ポートを備える主出力路が形成され、前記主出力路と前記第1原料液供給バルブとを連通する第1弁孔が形成され、前記主出力路と前記第2原料液供給バルブとを連通する第2弁孔が形成されていること、前記第1原料液供給バルブと前記第2原料液供給バルブは前記マニホールドをはさんで対向して固設されていること、前記原料液供給ユニットは対称形であること、前記マニホールドには、前記第1側面と対向する対向面に前記第1原料液供給バルブに連通する第1原料液供給流路が形成されていること、前記マニホールドには、前記対向面に前記第2原料液供給バルブに連通する第2原料液供給流路が形成されていること、前記マニホールド内に、クリーニング液供給ポートを有する第2側面から前記主出力路に連通する、第2流路を有すること、前記第2側面は、前記第1側面の一辺及び前記対向面の一辺が当接していることにより、第1弁孔と第2弁孔の長さが短くすることができる。それにより、クリーニング液を流した時に、第1弁孔又は第2弁孔をクリーニング液に置換するのに時間が掛からなくなり、プロセス時間を短縮できるのである。
プロセス時間の短縮により、同じ時間で多くの半導体に薄膜を数10層に形成することができるようになるため、生産能率が上がり、同じ時間でより多くの半導体を製造することができる。
また、第1原料液供給バルブと第2原料液供給バルブはマニホールドをはさんで対向して固設され、原料液供給ユニットは対称形であるため、第1弁孔と第2弁孔の長さが同じにすることができ、原料液の供給材料別の制御が不要であり生産設備にコストが掛からない。
上記(4)の発明に係る原料液供給ユニットによると、原料液供給量変動の原因となる流路内気泡の排出を促進し、原料液供給濃度変動の原因となるクリーニング液混入を抑制することができる。
上記(5)の発明に係る原料液供給ユニットによると、主流路へ連通する第1弁孔及び第2弁孔の長さが同じであるため、同じ流量であれば、原料液到達時間が同じであるため、原料液別の制御は必要ない。
上記(6)の発明に係る原料液供給ユニットによると、主流路へ連通する第1弁孔及び第2弁孔の径が同じであるため、同じ流量であれば、原料液到達時間が同じであるため、原料液別の制御は必要ない。
第1原料液供給ユニット17を包含する原料液供給装置1の平面図を図2に示す。
図2に示すように線Lにより、原料液供給装置1は左右に分かれる。線Lより右側が第1原料液供給ユニット17であり、線Lより左側が第2原料液供給ユニット19である。原料液供給装置1は、第1原料液供給ユニット17及び第2原料液供給ユニット19により構成されている。
第1原料液供給ユニット17は、マニホールド7、第1原料液供給バルブ2及び第2原料液供給バルブ3から構成されている。
第2原料液供給ユニット19は、マニホールド8、クリーニング液供給バルブ4、パージガス供給バルブ5及びドレイン排出バルブ6から構成されている。
図3は、図2の原料液供給装置1の右側面図を示す。図4は、図2の原料液供給装置1のB−B右断面図を示す。図1は、図4中の原料液供給装置1のH部分の拡大図を示す。また、図7に、第1原料液供給ユニット17の分解斜視図を示す。
図1に示すように、マニホールド7の内部には、主出力路14が形成されている。主出力路14の始点である接合角37には、第1弁孔21a、及び第2弁孔21bが連通している。
本実施例においては、マニホールド7は平板状であるため、第1原料液供給バルブ2と第2原料液供給バルブ3の弁体同士の距離も近い。例えば、マニホールド7の第1平板面46と第2平板面47との距離が10mm以下の長さである場合には、第1原料液供給バルブ2及び第2原料液供給バルブ3とを連通する第1弁孔21a及び第2弁孔21bの長さも、1.5mmと主出力路14と極近傍となる。第1弁孔21a及び第2弁孔21bの長さは1.5mmで同じである。
第1弁孔21aは弁座24aの中心を貫通しており、第2弁孔21bは弁座24bの中心を貫通している。弁座24aには、弁体55aが板ばね53aの復元力により当接されており、弁座24bには、弁体55bが板ばね53bの復元力により当接されている。
図2に示すように、マニホールド7の第1平板面46に第1原料液供給バルブ2が固設され、マニホールド7の第2平板面47に第2原料液供給バルブ3が固設されている。第1原料液供給バルブ2と第2原料液供給バルブ3はマニホールド7をはさんで、対向して左右対称に固設されている。
図7に示すように、マニホールド7の第1平板面46の中心には第1凹部50が形成され、第1平板面46の反対側側面である第2平板面47の中心には第2凹部51が形成されている。マニホールド7の第3側面66には、第1原料液供給ポート9及び第2原料液供給ポート10が形成されている。第1側面48には、出力ポートを備える主出力路14が形成されている。
第1凹部50、第2凹部51が形成されていることにより、第1原料液供給バルブ2及び第2原料液供給バルブ3の最も外側に位置するフレーム59a、59bを嵌合させることができる。マニホールド7と第1原料液供給バルブ2及び第2原料液供給バルブ3とを密着させることができ、マニホールド7の中心にある主出力路14に近づくことができる。それにより、主出力路14から連通する第1弁孔21aと第2弁孔21bの長さを1.5mmと短くすることができる。弁孔の長さが1.5mmと短いため、細孔加工により第1弁孔21a及び第2弁孔21bの径を0.25mmとすることが可能となる。
図6に示すように、マニホールド7の第1側面48には気化器へと連通する連通孔30を備える連通部29が係合されている。連通部29には、ネジ孔42が形成されており、連通部29は、ネジ44によりマニホールド7と結合している。
第2側面49には、マニホールド8が係合されている。第2側面49には、マニホールド8から連通する第1流路35と連通する第2流路36が形成されている。第2流路36と主出力路14との接合部分には、接合角37があり接合角37の角度は約80度である。
図6に示すように、マニホールド8内には、マニホールド7の第2流路36へ連通する第1流路35が形成されている。第1流路35には、クリーニング液供給孔32、ドレイン排出孔33が連結している。
また、マニホールド8内には、ネジ孔38が形成されており、マニホールド8は、ネジ39によりマニホールド7と結合している。
マニホールド8に係合している、クリーニング液供給バルブ4、パージガス供給バルブ5、及びドレイン排出バルブ6の内部の構成は、前記第1原料液供給バルブ2と同様である。
ここで原料液供給液とは、例えば、金属を含有する液体であり、気化器により金属を含む蒸気とされ、チャンバに供給される。
図8は、図4の第1原料液供給バルブ2を拡大した図である。図8では、第1原料液供給バルブ2の弁体55aが弁座24aに当接した閉弁状態を示す。図9は、図8の第1原料液供給バルブの弁体55aが弁座24aから離間した開弁状態を示す。
第1原料液供給バルブ2は、図8に示すように、第1弁室22aに対して、第1原料液供給ポート9より第1原料液が供給されるが、常時、板ばね53aの復元力により、弁体55aを弁座24aに押し付け、第1弁孔21aを閉じている。また、第2原料液供給バルブ3も同様に第2弁孔21bが閉じられた状態にある。
ここで、コイルボビン58aに電圧を印加して鉄心57aを磁化すると、図9に示すように、板ばね53aの復元力に抗して、プランジャ56aが鉄心57aの磁力に吸引されて、プランジャ56aと鉄心57aが当接する。プランジャ56aが当接するように移動するので、プランジャ56aに係合している弁体55aが弁座24aから離間し、第1弁孔21aを開くことができる。第1弁孔21aが開かれると、弁室22aに供給された第1原料液が、第1弁孔21aを通過し、その後主出力路14へ流出する。
第1弁孔21aを閉じたとき、第1弁孔21aは、1.5mmと短いため、第1弁孔21aに滞留した第1原料液は僅かな量である。第1弁孔21aに残留した第1原料液は気化器へと流れずにクリーニング液により流されるだけの液であるため、量を少なくすることができれば、それだけコストを抑えることができる。
つぎに、第1原料液と第2原料液が混合されないようにするため、第1弁孔21a及び主出力路14をクリーニングする。クリーニング液供給バルブ4の、クリーニング液の供給する開弁手順は、前記第1原料液供給バルブ2と同様である。
供給されたクリーニング液は、クリーニング液供給孔32、第1流路35、第2流路36、接合角37、主出力路14、連通路30を介して、図示しない排水路へと排水される。
クリーニング液は、接合角37を流れる際に接合角37に連通する第1弁孔21aをクリーニングする。第1弁孔21aは、長さが1.5mmと短く、径も0.25mmと小さいためクリーニングすべき第1弁孔21aの空間が狭く、クリーニング液により短時間でクリーニングすることができる。具体的には、本実施例においては、デッドボリュームを従来技術と比較して約90パーセント低減することができた。
それにより原料液供給量変動の原因となる流路内気泡の排出を促進し、原料液供給濃度変動の原因となるクリーニング液混入を抑制することができる。
第1弁孔21a及び主出力路14をクリーニングし終わったら、第2原料液を供給するため、クリーニング液の供給を止める。クリーニング液供給バルブ4の、クリーニング液の供給を止めるための閉弁手順は、前記第1原料液供給バルブ2と同様である。
ここで、第2原料液供給バルブ3が開弁することにより、第2原料液が供給される。第2原料液を供給するための開弁手順は、前記第1原料液供給バルブ2と同様であるため省略する。
第2原料液を流し終わった後に、第2原料液の供給を止めるための、閉弁手順は、前記第1原料液供給バルブ2と同様であるため省略する。
続いて、前記と同様のクリーニング液を流す手順を行い、クリーニング液を流し終えることにより、第1原料液を切換え第2原料液とし、第2原料液を切換え第1原料液とする1サイクルが終了する。
例えば、10サイクルの成膜を行うとすると、1サイクルに2回のクリーニング液を流すため、クリーニングを1回する時間を例えば1秒間短縮することができるだけでも、全体で20回分すなわち20秒の時間を短縮することができる。液の置換時間を短縮することができれば、それにより生産能率が上がり、同じ時間でより多くの半導体を製造することができ、半導体のコストダウンを実現できる。
制御コストを削減することができるため、結果として半導体のコストダウンを実現できる。
さらに、マニホールド7に第1凹部50が形成されているため、第1原料液供給バルブ2と表面上で当接させるだけでなく、嵌合させることができるため、溶接した際に溶接部61aから第1原料液が漏れにくくなる。すなわち、第1原料液が供給されている弁室22aとの間に固定された鉄心57aを挟むため、第1原料液が漏れるためには鉄心57aを介さなければならず、鉄心57aは一つ鉄の塊であるため液を漏らすことはないため、鉄心57aとマニホールド7の隙間の漏れのみを防止すればよいため、漏れを防止しやすい。
また、溶接部61a、61bを溶接することになるため、確実に溶接することができる。そのため、第1原料液、及び第2原料液が漏れることを防止することができる。
プロセス時間の短縮により、同じ時間で多くの半導体に薄膜を数10層に形成することができるようになるため、生産能率が上がり、同じ時間でより多くの半導体を製造することができる。
具体的には、マニホールド7の第1平板面46と第2平板面47との距離が10mm以下と長さが短いため、第1原料液供給バルブ2と第2原料液供給バルブ3の弁体同士の距離も近くなる。そのため、第1原料液供給バルブ2及び第2原料液供給バルブ3とを連通する第1弁孔21a及び第2弁孔21bの長さも、例えば1.5mmと主出力路14と極近傍となる。第1弁孔21a及び第2弁孔21bの長さが1.5mmと短く、径が0.25mmと小さいと、気化器へと流れずにクリーニング液により流されるだけの無駄な原料液を少なくすることができ、コストを抑えることができる。
また、主出力路へ連通する第1弁孔21a及び第2弁孔21bの長さが同じであり、原料液到達時間が同じであり、原料液別の制御は必要ない。
また、主出力路へ連通する第1弁孔21a及び第2弁孔21bの径が同じであり、原料液到達時間が同じであり、原料液別の制御は必要ない。
また、第2流路36と主出力路14の接合箇所に接合角37の角度は約80度であることにより、原料液供給量変動の原因となる流路内気泡の排出を促進し、原料液供給濃度度変動の原因となるクリーニング液混入を抑制することができる。
(1)本実施例では、溶接によるものとしたが、その他の方法、例えば、ろう付けによっても溶接部61a、61bを接合することができる。
(2)本実施例では、原料液供給液とは、金属を含有する液体としたが、その他の液体、気体を供給することもできる。
(3)本実施例では、第1弁孔、第2弁孔の長さを同じとしたが、異なる長さとすることもできる。
(4)本実施例では、第1弁孔、第2弁孔の径を同じとしたが、異なる径とすることもできる。
2 第1原料液供給バルブ
3 第2原料液供給バルブ
4 クリーニング液供給バルブ
7 マニホールド
8 第2マニホールド
14 主出力路
17 原料液供給ユニット
21a 第1弁孔
21b 第2弁孔
36 第2流路
37 接合角
46 第1平板面
47 第2平板面
48 第1側面
49 第2側面
61a、61b 溶接部
Claims (6)
- 内部に流路が形成されたマニホールドと、該マニホールドに取り付けられた複数の流体制御弁とを有する原料液供給ユニットにおいて、
前記マニホールドが平板状の立方体であり、前記マニホールドの第1平板面に第1原料液供給バルブが固設され、前記マニホールドの第2平板面に第2原料液供給バルブが固設されていること、
前記第1原料液供給バルブと前記第2原料液供給バルブは前記マニホールドをはさんで固設されていること、
前記マニホールドには、第1側面に出力ポートを備える主出力路が形成され、前記主出力路と前記第1原料液供給バルブとを連通する第1弁孔が形成され、前記主出力路と前記第2原料液供給バルブとを連通する第2弁孔が形成されていること、
前記第1原料液供給バルブと前記第2原料液供給バルブは前記マニホールドをはさんで対向して固設されていること、
前記原料液供給ユニットは対称形であること、
前記マニホールドには、前記第1側面と対向する対向面に前記第1原料液供給バルブに連通する第1原料液供給流路が形成されていること、
前記マニホールドには、前記対向面に前記第2原料液供給バルブに連通する第2原料液供給流路が形成されていること、
前記マニホールド内に、クリーニング液供給ポートを有する第2側面から前記主出力路に連通する、第2流路を有すること、
前記第2側面は、前記第1側面の一辺及び前記対向面の一辺が当接していること、
を特徴とする原料液供給ユニット。 - 請求項1に記載する原料液供給ユニットにおいて、
前記マニホールドの前記第1平板面と前記第2平板面の距離が10mm以下であること、
を特徴とする原料液供給ユニット。 - 請求項1に記載する原料液供給ユニットにおいて、
前記マニホールドの前記第1平板面に前記第1原料液供給バルブが溶接により固設され、前記マニホールドの前記第2平板面に前記第2原料液供給バルブが溶接により固設されていること、
を特徴とする原料液供給ユニット。 - 請求項1に記載する原料液供給ユニットにおいて、
前記第2流路と前記主出力路の接合箇所が接合角であること、
前記接合角の角度は90度未満であること、
を特徴とする原料液供給ユニット。 - 請求項1に記載する原料液供給ユニットにおいて、
前記第1弁孔の長さと前記第2弁孔の長さが同じであること、
を特徴とする原料液供給ユニット。 - 請求項1又は請求項5に記載する原料液供給ユニットにおいて、
前記第1弁孔の径と前記第2弁孔の径が同じであること、
を特徴とする原料液供給ユニット。
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