JP5634216B2 - ガス供給システム - Google Patents

Description

本発明は、ガス供給システムに関し、特に、ＭＯＣＶＤ装置等の処理装置に、温度や流量を一定にして安定して原料ガスを供給し得るものに関する。

従来、有機金属化合物膜の成膜方法として、有機金属化合物の気相からの析出により有機金属化合物膜を得ることが知られており（例えば、特許文献１参照）、このような成膜にはＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置が一般に用いられている。そして、このＭＯＣＶＤ装置に、形成しようする有機金属化合物膜の組成に応じて選択された２種以上の有機金属材料からなる原料ガスを夫々供給するために、図４に示すガス供給システムが従来から用いられていた。

図４を参照して、一般のＭＯＣＶＤ装置Ｍの構成を先ず説明すると、ＭＯＣＶＤ装置Ｍは、反応室を画成する真空チャンバＭ１を備える。真空チャンバＭ１の天板上には、後述の原料ガスを混合する混合器Ｍ２が設けられ、この混合器Ｍ２に対向させて真空チャンバＭ１の底部には、処理すべき基板Ｗを位置決め保持するステージＭ３が設けられている。また、真空チャンバＭ１には、反応室を真空引きする真空ポンプＶＰに通じる、圧力制御弁ＡＰＣ等が介設された排気管Ｍ４が接続されている。そして、各原料ガスを混合室Ｍ２に供給し、この混合器Ｍ２にて混合した後、真空チャンバＭ１の天板内側に設けたシャワープレートＭ５を介して、ステージＭ３上に基板Ｗに供給して有機金属の気相からの析出により有機金属化合物膜が成膜される。

次に、ガス供給システムＧＳＣは、混合器Ｍ２に接続される第１のガスライン１ａと、排気管Ｍ４に接続された第２のガスライン１ｂとを備える。第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂは、不活性ガス等からなるパージガスのガス源（図示せず）にマスフローコントローラ１０ａ、１０ｂを介在させて夫々接続されている。また、ガス供給システムＧＳＣは、２種以上の原料を夫々収納した容器２ａ〜２ｃを備える。原料は、固相、液相及び気相のいずれの状態であってもよい。以下では、３種の原料が液相状態で３個の容器２ａ〜２ｃに夫々収納されている場合を例に説明する。

各容器２ａ〜２ｃには、図外のヒータが設けられ、原料がその蒸気圧に応じた所定温度に加熱保持されるようになっている。各容器２ａ〜２ｃには、図外のガス源に通じ、不活性ガスからなるプッシングガス（バブリングガス）を供給するプッシングガスライン３から分岐されたプッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｃが夫々接続されている。各プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｃには、プッシングガスのガス流量を調整するマスフローコントローラ４ａと、容器２ａ〜２ｃへのプッシングガスの供給をオン、オフ制御する開閉弁５ａとが夫々介設されている。そして、流量制御されたプッシングガスが容器２ａ〜２ｃ内に導入され、当該プッシングガスのバブリング作用により、原料ガスが、各容器２ａ〜２ｃに夫々接続された原料ガスライン６ａ〜６ｃへと流れる。

原料ガスライン６ａ〜６ｃには、その上流側から他の開閉弁５ｂとレギュレータ７とが夫々介設されている。レギュレータ７は、一次圧、即ち、マスフローコントローラ４の二次側から容器２ａ〜２ｃを経た当該レギュレータ７までの圧力を制御し得る公知の構造を有するものである。そして、原料ガスライン６ａ〜６ｃは、切換手段たる第１及び第２の各開閉弁８ａ、８ｂを介設させて第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂに夫々接続されている。この場合、各プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｃから各原料ガスライン６ａ〜６ｃを経て第１または第２のガスライン１ａ、１ｂに通じるまでを１つのガス系統という。また、原料ガスライン６ａ〜６ｃには、プッシングガスライン３から分岐され、マスフローコントローラ４ｂが介設された他のプッシングガス分岐ライン３１が接続され、原料ガスライン６ａ〜６ｃを夫々流れる原料ガスを希釈したり、押し出したりする役割を果たす。

上記ガス供給システムを用いてＭＯＣＶＤ装置Ｍに原料ガスを供給する場合、先ず、開閉弁５ａ、５ｂを開弁してプッシングガスライン３から各プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｃを介して、マスフローコントローラ４ａにより流量制御されたプッシングガスを容器２ａ〜２ｃ内に導入し、各原料ガスを原料ガスライン６ａへと流す。そして、ＭＯＣＶＤ装置Ｍに原料ガスを供給せずに成膜を行わない場合、第１の開閉弁８ａを閉弁すると共に第２の開閉弁８ｂを開弁して排気管Ｍ４に通じる第２のガスライン１ｂに原料ガスを流して廃棄する（以降、これを「ベント操作」という）。このとき、第１のガスライン１ａには、ガス源（図示せず）からのパージガスが、第２のガスラインを流れる原料ガスの流量に一致するように流量制御されて流される（つまり、第１及び第２の両ガスライン内の圧力が同等となる。なお、圧力が同等とは、両ガスラインの圧力が厳密に一致している場合だけでなく、例えば、両ガスラインを流れるガスが逆流しない範囲で合致しているような場合を含む）。

有機金属化合物膜を成膜時には、第１の開閉弁８ａを開弁すると同時に、第２の開閉弁８ｂを閉弁して第１のガスライン１ａに原料ガスを流す（以降、これを「ラン操作」という）。これにより、２種以上の原料ガスが混合器Ｍ２に供給され、この混合器Ｍ２にて混合された後、シャワープレートＭ５を介してステージＭ３の基板Ｗに供給されて有機金属化合物膜が得られる。他方、第２のガスライン１ｂには、ガス源（図示せず）からのパージガスが、第２のガスラインを流れる原料ガスの流量に一致するように流量制御されて流される。

ここで、上記従来例のものでは、ベント操作からラン操作への切換時、第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂを流れる原料ガスの流量が変動し、これに伴い、両ガスライン１ａ、１ｂ内の圧力変動が生じ得る。このような圧力変動が生じると、圧力が低くなるガスラインに原料ガスやパージガスが逆流するという不具合が生じ、良好な有機金属化合物膜の形成が阻害される虞がある。そこで、上記従来例のものでは、プッシングガスライン３を更に分岐したカウンターガスライン９を設け、カウンターガスライン９を、マスフローコントローラ９ａ及び開閉弁９ｂ、９ｃを介して第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂに夫々接続している。そして、例えばベント操作からラン操作への切換時、第２のガスライン１ｂにカウンターガスを供給して、両ガスライン１ａ、１ｂのガス流量が同等となるように調節する。

然しながら、ガス系統が複数ある場合、ベント操作とラン操作との切換時、両ガスライン１ａ、１ｂを流れるガス流量を確実に同等に制御するには、１ガス系統毎にカウンターガスラインを設けることが必要となる。しかも、上記従来例のものでは、１ガス系統毎にレギュレータを設けた構成である。このため、成膜に利用する原料ガスが増加する毎に、部品点数が増加してコスト高を招くだけでなく、ガス供給システム自体の構造が複雑化する。

特開２００５−１５８９１９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、所定処理に必要となる原料ガス供給用のガス系統が増加しても、少ない部品点数で確実に原料ガスを安定して供給できる低コストのガス供給システムを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、第１のガスラインと第２のガスラインとを有し、いずれか一方のガスラインを介して原料ガスを流すと共に、いずれか他方にパージガスを供給して第１及び第２の両ガスライン内のガス流量が同等に保持されるようにしたガス供給システムであって、原料が夫々収納される複数の容器と、各容器にプッシングガスを供給するプッシングガスラインと、このプッシングガスラインから分岐された、プッシングガスの流量制御を行う流量制御手段を有するプッシングガス分岐ラインと、プッシングガスの容器内への導入により容器内からの原料ガスを導く原料ガスラインと、第１のガスラインと第２のガスラインとの間で原料ガスの導入を切換える切換手段と、を備えたものにおいて、各原料ガスラインを２本に分岐し、分岐した原料ガス分岐ラインに前記切換手段を夫々介設し、各切換手段の二次側を集合ガスラインに合流させて、集合ガスラインと第１及び第２の両ガスラインとの間に、一次圧を制御し得るレギュレータを夫々介設したことを特徴とする。

本発明によれば、集合ガスラインと第１及び第２の両ガスラインとの間に、一次圧を制御し得るレギュレータを夫々介設した構成を採用するため、ガス系統の数に関係なく、２個のレギュレータで、各プッシングガス分岐ラインの流量制御手段の二次側から各容器を経て当該レギュレータに通じるガス系統内の圧力を一定に制御でき、ラン操作とベント操作とを切換える際にガスラインの圧力変動を抑制し得る。結果として、本発明では、成膜に利用する原料ガスの数が増加しても、部品点数の増加やコスト高を招くことがなく、しかも、その構成が複雑化することはない。

また、本発明においては、前記プッシングガスラインと集合ガスラインとの間に、他の流量制御手段を有するカウンターガスラインを介設することが望ましい。これによれば、ガス系統の数に関係なく、２個のカウンターガスラインによりラン操作とベント操作との切換時に両ガスライン間のガス流量を確実に同等に制御でき、ベント操作とラン操作との切換時のガスラインの圧力変動が確実に防止される。しかも、成膜に利用する原料ガスが増加しても、部品点数の増加やコストアップを招くことがない。その上、両ガスラインを流れるガス流量を差分調節すればよいため、カウンターガスの流量制御も容易にでき、簡単な構成で成膜装置に対して安定して各種の原料ガスを供給できる。

更に、本発明においては、前記切換手段は、原料ガスの供給をオンオフ制御する開閉弁であり、各開閉弁を同一平面内に配置し、切換手段から集合ガスラインまでの各原料ガス分岐ラインの長さを同等とした構成を採用することが好ましい。これによれば、各原料ガスを同時に第１のガスライン、ひいては混合器に導入して各種原料ガスを混合することができる。結果として、本発明のガス供給システムを例えばＭＯＣＶＤ装置に適用すれば、ヘテロ界面での急峻性を高めることができる等、有利である。

本発明の実施形態のガス供給システムの構成を模式的に示す図。 集合ガスラインへの各原料ガス分岐ラインの接続を説明する平面図。 気相状態の原料を供給する場合のガス供給システムの構成を模式的に示す図。 従来のガス供給システムの模式的に示す図。

以下、図面を参照して、処理装置をＭＯＣＶＤ装置とし、２種以上の原料が液相状態で４個の容器に夫々収納され、各容器から原料ガスをＭＯＣＶＤ装置Ｍに夫々供給する場合を例に説明する。なお、以下においては上記従来例と同一の部材、要素には同一の符号を用いることとする。

図１及び図２を参照して、ガス供給システムＧＳは、上記従来例と同様、混合器Ｍ２に接続される第１のガスライン１ａと、排気管Ｍ４に接続された第２のガスライン１ｂとを備える。第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂは、アルゴンガス、水素や窒素ガス等の不活性ガスからなるパージガス源（図示せず）にマスフローコントローラ１０ａ、１０ｂを介在させて夫々接続されている。また、ガス供給システムＧＳは、複数種の原料を液相状態で夫々収納した４個の容器２０ａ〜２０ｄを備える。原料としては、基板Ｗ表面に形成しようする有機金属化合物膜の組成に応じて選択され、例えば、発光ダイオードの製造工程にて所定の有機金属化合物膜を成膜する場合、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｍｇが用いられる。この場合、同種の原料を複数個の容器に収納することもできる。

各容器２０ａ〜２０ｄには、図外のヒータが設けられ、原料が、その蒸気圧に応じた所定温度に加熱保持されるようになっている。各容器２０ａ〜２０ｄには、図外のガス源に通じ、上記同様、不活性ガスからなるプッシングガス（バブリングガス）を供給するプッシングガスライン３から分岐されたプッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｄが夫々接続されている。各プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｄには、プッシングガスのガス流量を調整するマスフローコントローラ４ａと、容器２０ａ〜２０ｄへのプッシングガスの供給をオン、オフ制御する開閉弁５ａとが夫々介設され、これらのマスフローコントローラと開閉弁とが本実施形態の流量制御手段を構成する。そして、流量制御されたプッシングガスが容器２０ａ〜２０ｄ内に導入され、当該プッシングガスのバブリング作用により、原料ガスが、各容器２０ａ〜２０ｄに夫々接続され、第１及び第２の各ガスライン１ａ、１ｂに通じる原料ガスライン６０ａ〜６０ｄへと流れる。ここで、原料ガスの供給量は次式にて算出できる。即ち、プッシングガスの流量をＱ１、プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｄ内の圧力をＰ１、原料の蒸気圧をＰとすると、原料供給量Ａ（mol/min)＝（Ｑ１・Ｐ）／（Ｐ１×２２４００）である。

上記原料供給量で原料ガスが流れる原料ガスライン６０ａ〜６０ｄは２本に夫々分岐され、分岐された原料ガス分岐ライン６１ａ、６１ｂが、第１のガスライン１ａと第２のガスライン１ｂとの間で原料ガスの供給を切換える切換手段を構成する開閉弁８０ａ、８０ｂに夫々接続されている。開閉弁８０ａ、８０ｂの二次側は集合ガスライン６２ａ、６２ｂに夫々接続されている。図２に示すように、開閉弁８０ａ、８０ｂの各々は同一平面内に配置され、開閉弁８０ａ、８０ｂから集合ガスライン６２ａ、６２ｂまでの各原料ガス分岐ライン６１ａ、６１ｂの長さが同等となるように設定されている。そして、集合ガスライン６２ａ、６２ｂは、レギュレータ７０ａ、７０ｂを介して第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂに夫々接続されている。これにより、開閉弁８０ａ、８０ｂを同時に切換えるだけで、各原料ガスが、集合ガスラインを通って第１のガスライン１ａ、ひいては混合器Ｍ２に同時に導入されて各種原料ガスを混合することができる。なお、開閉弁８０ａ、８０ｂからレギュレータ７０ａ、７０ｂまでの距離がガス系統毎に一致するものであれば、上記の形態に限定されるものではない。

レギュレータ７０ａ、７０ｂは、一次圧、即ち、マスフローコントローラ４ａの二次側から容器２０ａ〜２０ｄを経て当該レギュレータ７０ａ、７０ｂに通じるガス系統における圧力を一定に保持し得る公知の構造を有するものである（図１に一点鎖線で示す領域）。なお、本実施形態では、図示して説明しないが、上記従来例の如く、原料ガスライン６０ａ〜６０ｄに、プッシングガスライン３から分岐され、マスフローコントローラが介設された他のプッシングガス分岐ラインを接続し、原料ガスライン６０ａ〜６０ｄを夫々流れる原料ガスを希釈したり、押し出したりするように構成してもよい。

また、プッシングガスライン３と集合ガスライン６２ａ、６２ｂとの間に、他の流量制御手段を構成するマスフローコントローラ９０ａと開閉弁９０ｂとを介設したカウンターガスライン９０が設けられている。そして、例えばベント操作からラン操作への切換時、第２のガスライン１ｂにカウンターガスを供給して、両ガスライン１ａ、１ｂのガス流量が同等となるように調節できる。次に、上記ガス供給システムＧＳを用いてＭＯＣＶＤ装置Ｍに原料ガスの供給を説明する。

先ず、真空ポンプＶＰを作動させて真空チャンバＭ１を真空引きする。次に、ガス供給システムＧＳをベント操作状態とする。即ち、プッシングガスライン３に不活性ガスを供給した状態で、開閉弁５ａ、５ｂを開弁してプッシングガスライン３から各プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｄを介して、マスフローコントローラ４ａにより流量制御されたプッシングガスを容器２０ａ〜２０ｄ内に導入し、各容器２０ａ〜２０ｄからの原料ガスを原料ガスライン６ａへと夫々流す。そして、第２のガスライン１ｂに通じる一方の開閉弁８０ｂを夫々閉弁すると共に、他方の開閉弁８０ａを夫々開弁する。これにより、原料ガスは、第２のガスライン１ｂを介して直接真空ポンプＶＰへと流されて廃棄される。他方、第１のガスライン１ａには、ガス源（図示せず）からのパージガスが、第２のガスライン１ｂを流れる原料ガスの流量に一致するように流量制御されて流される（つまり、第１及び第２の両ガスライン内の圧力が同等となる）。

次に、成膜を行う場合、ガス供給システムＧＳをベント操作からラン操作に切換える。即ち、第１の開閉弁８０ｂを開弁すると同時に、第２の開閉弁８０ｂを閉弁して第１のガスライン１ａに原料ガスを流す。このとき、開閉弁９０ｂが開弁されると共にマスフローコントローラ９０ａが適宜制御され、プッシングガスライン３を介して不活性ガスたるカウンターガスが集合ガスライン６２ｂに流される。これにより、各容器２０ａ〜２０ｄからの原料ガスが同時に集合ガスラインに流れ込み、第１のガスライン１ａを通して混合器Ｍ２に供給される。そして、この混合器Ｍ２にて混合された後、シャワープレートＭ５を介してステージＭ３の基板Ｗに供給されて有機金属化合物膜が成膜される。他方、第２のガスライン１ｂには、ガス源（図示せず）からのパージガスが、第２のガスラインを流れる原料ガスの流量に一致するように流量制御されて流される。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、集合ガスライン６２ａ、６２ｂと第１及び第２の両ガスライン１ａ、１ｂとの間に、レギュレータ７０ａ、７０ｂを夫々介設したため、ガス系統の数に関係なく、２個のレギュレータ７０ａ、７０ｂで、各プッシングガス分岐ライン３ａ〜３ｄの流量制御手段の二次側から各容器２０ａ〜２０ｄを経て当該レギュレータ７０ａ、７０ｂに通じるガス系統内の圧力を一定に制御でき、ラン操作とベント操作とを切換える際にガスラインの圧力変動を抑制し得る。結果として、成膜に利用する原料ガスの数が増加しても、部品点数の増加やコスト高を招くことがなく、しかも、その構成が複雑化することはない。

また、プッシングガスライン３と集合ガスライン６２ａ、６２ｂとの間にカウンターガスライン９０を設けたため、ガス系統の数に関係なく、２個のカウンターガスラインによりラン操作とベント操作との切換時に両ガスライン間のガス流量を確実に同等に制御でき、ベント操作とラン操作との切換時のガスラインの圧力変動が確実に防止される。しかも、成膜に利用する原料ガスが増加しても、部品点数の増加やコストアップを招くことがない。その上、両ガスラインを流れるガス流量を差分調節すればよいため、カウンターガスの流量制御も容易にでき、簡単な構成で成膜装置に対して安定して各種の原料ガスを供給できる。しかも、開閉弁８０、８０ｂから集合ガスライン６２ａ、６２ｂまでの各原料ガス分岐ラインの長さを同等としたため、各原料ガスを同時に第１のガスライン１ａ、ひいては混合器Ｍ２に導入して各種原料ガスを混合することができ、ヘテロ界面での急峻性を高めることができる等、有利である。

なお、上記実施形態においては、容器に液相状態で原料を収納し、バブリング作用により原料ガスを供給するものを例に説明したが、容器内で原料が固相または気相状態で収納されている場合でも本発明は適用できる。例えば、原料が気相状態で容器内に収納されている場合には、図３に示すように、気相原料を収納した容器２００（ガスポンべ）に、原料ガスライン６００を接続すると共に、当該原料ガスライン６００に、二次圧を調整するレギュレータ６０１と、開閉弁６０２と、マスフローコントローラ６０３とを夫々介在させる。そして、マスフローコントローラ６０３の二次側を分岐して、上記と同様に接続する。そして、分岐された原料ガス分岐ライン６１ｂ内の圧力Ｐ２を当該マスフローコントローラ６０３の一次側の圧力Ｐ１より大きくすれば、上記同様、成膜装置に対して安定して各種の原料ガスを供給できる。なお、一般のＣＶＤ装置においては、多種の原料ガスが用いられることから、プッシングガスラインからの分岐管３００を、開閉弁３０１を介在させて、開閉弁６０２とマスフローコントローラ６０３との間に接続し、原料ガスを強制的に排出できるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、処理装置としてＭＯＣＶＤ装置を例としたが、処理装置はこれに限定されるものではなく、両ガスライン内のガス流量が同等に保持されるように流量制御され、一方のガスラインにて所定のガスを供給するものであれば、他のＣＶＤ等の他の装置に本発明のガス供給システムは広く適用できる。更に、本実施形態では、流量制御手段を開閉弁とマスフローコントローラとから構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば閉止機能付きの流量制御弁等、他のもので構成してもよく、切換手段もまた上記に限定されるものでない。

ＧＳ…ガス供給システム、１ａ、１ｂ…ガスライン、２０ａ〜２０ｄ…容器、３…プッシングガスライン、３ａ〜３ｄ…プッシングガス分岐ライン、４ａ…マスフローコントローラ（流量制御手段）、５ｂ…開閉弁（流量制御手段）、６１ａ、６１ｂ…原料ガス分岐ライン、６２ａ、６２ｂ…合流ガスライン、７０ａ、７０ｂ…レギュレータ、８０ａ、８０ｂ…開閉弁（切換手段）、９０…カウンターガスライン。

Claims (2)

1. 第１のガスラインと第２のガスラインとを有し、いずれか一方のガスラインを介して原料ガスを流すと共に、いずれか他方にパージガスを供給して第１及び第２の両ガスライン内のガス流量が同等に保持されるようにしたガス供給システムであって、
   原料が夫々収納される複数の容器と、
   各容器にプッシングガスを供給するプッシングガスラインと、このプッシングガスラインから分岐された、プッシングガスの流量制御を行う流量制御手段を有するプッシングガス分岐ラインと、
   プッシングガスの容器内への導入により容器内からの原料ガスを導く原料ガスラインと、第１のガスラインと第２のガスラインとの間で原料ガスの導入を切換える切換手段と、を備えたものにおいて、
   各原料ガスラインを２本に分岐し、分岐した原料ガス分岐ラインに前記切換手段を夫々介設し、各切換手段の二次側を集合ガスラインに合流させて、集合ガスラインと第１及び第２の両ガスラインとの間に、一次圧を制御し得るレギュレータを夫々介設し、
   前記切換手段は、原料ガスの供給をオンオフ制御する開閉弁であり、各開閉弁を同一平面内に配置し、切換手段から集合ガスラインまでの各原料ガス分岐ラインの長さを同等としたことを特徴とするガス供給システム。
2. 前記プッシングガスラインと集合ガスラインとの間に、他の流量制御手段を有するカウンターガスラインを介設したことを特徴とする請求項１記載のガス供給システム。

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