JP6595421B2 - 気化システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、気化システムに関する。

成膜用のガスを生成する気化システムには、気化器が設けられている。気化器の中では、例えばハロゲン化金属（ＭＸ）を含む固体材料が、容器に敷き詰められている。この固体材料は、昇華によって減少する。そのため、このような気化器では、固体材料を補充する作業が必要になる。

固体材料の補充作業は、一般的に、容器ごと交換する手作業によって行われる。そのため、作業に手間取ると、気化システムを長時間停止しなければならなくなる。

特表２００８−５２２０３３号公報

材料補充の手間を省くことができる気化システムを提供する。

本実施形態に係る気化システムは、気化器と、センサと、移動機構と、供給部と、を備える。気化器は、粉状の固体材料を収容可能な複数の容器を有する。センサは、複数の容器に収容された固体材料の残量を個別に検出する。移動機構は、センサの検出結果に基づいて、複数の容器を、気化器の中に位置する第１位置と気化器の外に位置する第２位置との間で個別に移動させる。供給部は、複数の容器のうち、第２位置に位置する容器へ固体材料を供給する。

第１実施形態に係る気化システムの内部構成を示す斜視図である。 図１に示す気化器を開口面から見た図である。 図１に示す移動機構の概略的な構成を示す図である。 図３に示す移動機構の制御部の概略的な制御構成を示すブロック図である。 固体材料を容器へ自動的に補充する動作手順を示すフローチャートである。 固体材料を容器に補充する様子を示す斜視図である。 固体材料が補充された容器を気化器の中へ戻す様子を示す斜視図である。 変形例に係る気化器の構成を示す斜視図である。 第２実施形態に係る気化システムの構成を概略的に示す図である。 図９に示す移動機構の概略的な構成を示す図である。 固体材料を容器に補充する様子を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る気化システムの内部構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る気化システム１０は、本体１と、気化器２と、移動機構３と、供給部４と、回収部５と、を備える。

直方体の本体１には、注入口１ａおよび排気口１ｂが設けられている。本体１の中には、不活性ガス２０１が注入口１ａから注入される。また、例えばポンプ（不図示）を用いて排気口１ｂから排気することによって、本体１の内部を真空状態にすることができる。本体１には、本体１の内部圧力をモニタする圧力計８が取り付けられている。

気化器２は、本体１に収容されている。気化器２は、複数の容器２１と、筐体２２と、を有する。また、気化器２は、配管２３および配管２４にそれぞれ連通している。

図２は、図１に示す気化器２を開口面（図１の矢印Ｘ参照）から見た図である。図２に示すように、複数の容器２１は、筐体２２の中で積み重ねられている。各容器２１には、粉状の固体材料１００が敷き詰められている。固体材料１００には、例えばハロゲン化金属（ＭＸ）が含まれている。

各容器２１に収容された固体材料１００は、気化器２を加熱することによって昇華する。昇華によって生成した昇華ガス２０２は、配管２３から筐体２２に注入されたキャリア不活性ガス２０３によって運ばれる。昇華ガス２０２およびキャリア不活性ガス２０３の混合ガス２０５は、配管２４から気化システム１０の外部に排気される。

本実施形態では、図２に示すように、複数の容器２１は、筐体２２の上部から底部に向かって互い違いに配置されている。これにより、各容器２１で生成された昇華ガス２０２を、筐体２２の上部から底部までキャリア不活性ガス２０３で運ぶことができる。すなわち、筐体２２の中に、混合ガス２０５の流路を設けることができる。

各容器２１の内側面には、発光素子６および受光素子７が取り付けられている。発光素子６および受光素子７は、複数の容器２１に収容された固体材料１００の残量を個別に検出するセンサの一例である。

発光素子６および受光素子７は、容器２１の内側面に互いに対向するように配置されている。固体材料１００が容器２１の中に十分残っている場合、発光素子６から放出された光は、固体材料１００によって遮られて受光素子７で受光されない。

一方、昇華ガス２０２の生成によって固体材料１００の残量が所定量よりも少なくなった場合、発光素子６の光が受光素子７で受光できる。このように、受光素子７の受光状態に基づいて、各容器２１に収容された固体材料１００の残量を検出できる。

なお、固体材料１００の残量を検出する方法は、このような光センサに限定されず、重量センサ等の他のセンサを用いてもよい。

図３は、移動機構３の概略的な構成を示す図である。図３に示すように、移動機構３は、モータ３１と、回転軸３２と、シャフト３３と、制御部３４と、を有する。回転軸３２およびシャフト３３は、クランク機構に相当する。

モータ３１は、制御部３４の制御に基づいて駆動する。回転軸３２は、モータ３１の駆動によって回転運動する。シャフト３３の一端は回転軸３２に連結され、他端は容器２１に連結されている。シャフト３３の一端は、回転軸３２の中心以外の位置で連結されている。

制御部３４がモータ３１を駆動させると、回転軸３２が回転運動する。この回転運動は、シャフト３３によって、容器２１の往復直線運動に変換される。この往復直線運動によって、容器２１は、筐体２２の中に位置する第１位置と、筐体２２の外に位置する第２位置との間を移動できる。

図４は、制御部３４の概略的な制御構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御部３４は、受光素子７の受光状態に基づいて、モータ３１およびバルブ４１を制御する。

バルブ４１は、供給部４に取り付けられている(図１参照)。バルブ４１は、供給部４からの固体材料１００の供給を可能にする開状態と、当該固体材料１００の供給を停止する閉状態と、に切り替わることができる。

再び図１に戻って、供給部４は、本体１の上部に取り付けられている。すなわち、供給部４は、気化器２の上方に配置される。供給部４には、粉状の固体材料１００が貯留されている。容器２１が上記第２位置へ移動して、バルブ４１が閉状態から開状態に切り替わると、固体材料１００が供給部４から当該容器２１へ向かって落下する。

回収部５は、気化器２の下方で供給部４に対向している。回収部５と本体１との間には、受け皿９が設けられている。受け皿９は、供給部４が容器２１へ固体材料１００を供給(投下)したときに当該容器２１から溢れた固体材料１００を受ける。そして、回収部５は、受け皿９を介して固体材料１００を回収する。

本実施形態では、回収部５は、供給部４と交換可能である。すなわち、回収部５の形状は、供給部４と同じ形状である。これにより、回収部５で回収された固体材料１００を再利用することができる。

以下、図５を参照して、上述した気化器システム１０の動作について説明する。図５は、固体材料１００を容器２１へ自動的に補充する動作手順を示すフローチャートである。

まず、制御部３４が、各容器２１について、固体材料１００の残量が所定量よりも少ないか否か判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、受光素子７が発光素子６の光を受光したことによって、制御部３４は、固体材料１００の残量が所定量よりも少なくなったと判定する。

次に、制御部３４は、固体材料１００の残量が所定量よりも少なくなった容器２１に対応するモータ３１を駆動させる。これにより、その容器２１は、第１位置から第２位置へ移動する(ステップＳ１２)。続いて、バルブ４１が、制御部３４の制御に基づいて、閉状態から開状態に切り替わる(ステップＳ１３)。

図６は、固体材料１００を容器に補充する様子を示す斜視図である。図６に示すように、バルブ４１が開状態になると、固体材料１００が供給部４から容器２１へ補充される。このとき、制御部３４は、バルブ４１を開状態へ切り替えてからの経過時間を計測し、この経過時間が所定時間に達しているか否か判定する（ステップＳ１４）。この所定時間は、図６に示すように、例えば、容器２１が、発光素子６から受光素子７へ向かう光を遮るのに十分な量の固体材料１００で満たされるのに要する時間とする。

上記経過時間が所定時間に達すると、制御部３４は、バルブ４１を開状態から閉状態へ切り替える(ステップＳ１５)。これにより、供給部４から容器２１への固体材料１００の供給が停止される。

図７は、固体材料１００が補充された容器２１を気化器２の中へ戻す様子を示す斜視図である。図７に示すように、バルブ４１が閉状態に切り替わった後、制御部３４は、ステップＳ１２で駆動させたモータ３１を再び駆動させる。その結果、図７に示すように、その容器２１は、第２位置から第１位置へ戻り始める(ステップＳ１６)。

第２位置から第１位置への移動中に、容器２１から溢れた固体材料１００は、受け皿９に集められ、回収部５に回収される。回収された固体材料１００は、回収部５を供給部４と交換することによって、再利用される。

以上説明した本実施形態によれば、容器２１に敷き詰められた固体材料１００の残量が少なくなると、その容器２１は、移動機構３によって、固体材料１００を供給するための第２位置へ移動できる。また、固体材料１００の供給が終了すると、その容器２１は、移動機構３によって、気化器２に戻ることができる。したがって、固体材料１００の補充を自動的に行うことができる。よって、材料補充の手間を省くことができる。

(変形例)
図８は、第１実施形態の変形例に係る気化器の構成を示す斜視図である。図８に示す気化器２ａでは、筐体２２の開口面が、複数の開口部２２ａに仕切られている。複数の容器２１は、第１位置と第２位置との間を移動中に複数の開口部２２ａを個別に通過する。本変形例では、各容器２１が各開口部２２ａを通過するときに、各容器の上端開口面２１ａが、各開口部２２ａの上縁２２ｂに対して平行移動する。

そのため、固体材料１００が、供給部４によって、容器２１に上端開口面２１ａよりも高い山型に盛られていても、その容器２１が第２位置から第１位置に戻るときに、固体材料１００は、上縁２２ｂによって、その容器２１の中で平坦になる。これにより、固体材料１００の表面積が各容器２１の中で一定に保たれるので、各容器２１で昇華ガス２０２を均一に生成することができる。

(第２実施形態)
図９は、第２実施形態に係る気化システムの構成を概略的に示す図である。以下、上述した第１実施形態に係る気化システム１０と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図９に示すように、本実施形態に係る気化システム２０では、円筒状の本体１１の中に、気化器１２および移動機構１３が収容されている。

図９には記載されていないが、本体１１にも、第１実施形態の本体１と同様に、注入口１ａおよび排気口１ｂが設けられ、かつ圧力計８が取り付けられている。また、気化器１２も、第１実施形態の気化器２と同様に、配管２３および配管２４にそれぞれ連通している。

気化器１２の中には、複数の容器２５ａが収容されている。また、気化器１２の外には、複数の容器２５ｂが配置されている。各容器２５ｂの中には、固体材料１００（図９では不図示）が、予め収容されている。なお、各容器２５ａは第１容器に相当し、各容器２５ｂは第２容器に相当する。

本実施形態では、容器２５ａおよび容器２５ｂは、平面視で扇形になっている。容器２５ａおよび容器２５ｂのそれぞれの先端部は、移動機構１３に連結されている。

図１０は、移動機構１３の概略的な構成を示す図である。図１０に示すように、移動機構１３は、複数の回転軸３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、複数のモータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃと、制御部３７と、を有する。

回転軸３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、同軸である。各回転軸には、容器２５ａおよび容器２５ｂが１つずつ連結される(図９参照)。なお、複数の容器２５ｂが各回転軸に連結されていてもよい。本実施形態では、３本の回転軸が設けられているが、回転軸の本数は、２本であってもよいし、３本より多くてもよい。

モータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、制御部３７の制御に基づいて、回転軸３５ａ、３５ｂ、３５ｃをそれぞれ独立に回転させる。本実施形態では、モータの数は、回転軸の数に対応して決まる。

制御部３７は、第１実施形態の制御部３４と同様に、受光素子７の受光状態に基づいて、モータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃを制御する。このとき、制御部３７は、バルブ４１も制御する。

以下、上述した気化システム２０の動作について簡単に説明する。ここでは、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

例えば、回転軸３５ｂに連結された容器２５ａにおいて、固体材料１００の残量が所定量よりも少なくなると、制御部３７はモータ３６ｂを駆動させる。モータ３６ｂの駆動によって、この容器２５ａは、第１位置から第２位置へ移動する。

回転軸３５ｂには、容器２５ｂが、回転方向Ｒに関して上記容器２５ａの後方である第３位置で連結されている。また、第１位置から第２位置までの容器２５ａの回転量は、第３位置から第１位置までの容器２５ｂの回転量と同じである。すなわち、容器２５ａが第１位置から第２位置まで回転移動したときの回転角は、容器２５ｂが第３位置から第１位置まで回転移動したときの回転角と同じである。そのため、容器２５ａが第２位置へ移動すると同時に、容器２５ｂは第１位置へ移動する。その後、制御部３７は、バルブ４１を閉状態から開状態へ切り替える。

図１１は、固体材料１００を容器に補充する様子を示す斜視図である。図１１に示すように、バルブ４１が開状態になると、固体材料１００が供給部４から容器２５ａに補充される。このとき、気化器１２の中には、この容器２５ａの代わりに、固体材料１００で満たされた容器２５ｂが収容されている。そのため、固体材料１００の補充と昇華を同時に実行することができる。

その後、バルブ４１を開状態へ切り替えてからの経過時間が、所定時間に達すると、制御部３７は、バルブ４１を開状態から閉状態へ切り替える。これにより、固体材料１００の供給が停止される。

回転軸３５ａまたは回転軸３５ｃに連結された容器２５ａの固体材料１００の残量が少なくなった場合も、上述した一連の動作が実行される。また、気化器１２に移動した容器２５ｂにおいて、固体材料１００の残量が所定量よりも少なくなると、この容器２５ｂも、容器２５ａと同様に第２位置へ移動する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、容器２５ａに敷き詰められた固体材料１００の残量が少なくなると、その容器２５ａは、移動機構１３によって、固体材料１００を供給するための第２位置へ移動できる。このように、固体材料１００の補充が自動的に行われるので、材料補充の手間を省くことができる。

さらに、本実施形態では、容器２５ａが第２位置へ移動すると同時に、固体材料１００を予め収容した容器２５ｂが第１位置へ移動する。そのため、供給部４が固体材料１００を容器２５ａへ供給しているときにも、気化器１２の中で固体材料１００を昇華させることができる。よって、気化器１２の稼働率を向上させることができる。

なお、本実施形態の気化システム２０にも、第１実施形態と同様に、回収部５および受け皿９が設けられていてもよい。この場合、回収部５を供給部４と交換することによって、固体材料１００の無駄を減らすことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

２，２ａ，１２ 気化器、６ 発光素子(センサ)、７ 受光素子（センサ）、３，１３ （移動機構）、４ 供給部、５ 回収部、２１ 容器、２１ａ 上端開口面、２２ 筐体、２２ａ 開口部、２２ｂ 上縁、３２ 回転軸（クランク機構）、３３ シャフト(クランク機構)、３４ 制御部、３５ａ〜３５ｃ 回転軸、３７ 制御部

Claims (6)

1. 粉状の固体材料を収容可能な複数の容器を有する気化器と、
   前記複数の容器に収容された前記固体材料の残量を個別に検出するセンサと、
   前記センサの検出結果に基づいて、前記複数の容器を、前記気化器の中に位置する第１位置と前記気化器の外に位置する第２位置との間で個別に移動させる移動機構と、
   前記複数の容器のうち、前記第２位置に位置する容器へ前記固体材料を供給する供給部と、
   前記気化器の下方で前記供給部に対向し、前記固体材料を回収可能な回収部であって、前記供給部と交換可能な回収部と、
   を備える気化システム。
2. 前記移動機構は、前記複数の容器のうち、前記残量が所定量よりも少なくなった容器を前記第１位置から前記第２位置へ移動させ、その後、所定時間が経過したときに、当該容器を前記第２位置から前記第１位置へ移動させる、請求項１に記載の気化システム。
3. 前記複数の容器が、前記気化器の中で積み重ねられ、
   前記供給部は、前記気化器の上方に配置される、請求項１または２に記載の気化システム。
4. 前記気化器は、筐体をさらに有し、前記筐体は、前記複数の容器が前記第１位置と前記第２位置との間の移動中に個別に通過する複数の開口部を有し、
   前記複数の容器の上端開口面は、各開口部の上縁に対して平行移動する、請求項３に記載の気化システム。
5. 前記移動機構が、前記第１位置と前記第２位置との間で前記複数の容器を個別に往復直線運動させる複数のクランク機構と、前記センサの検出結果に基づいて前記複数のクランク機構を制御する制御部と、を有する、請求項１から４のいずれかに記載の気化システム。
6. 前記移動機構が、前記第１位置から前記第２位置まで前記複数の容器を回転移動させる回転軸と、前記センサの検出結果に基づいて前記回転軸を制御する制御部と、を有する請求項１から５のいずれかに記載の気化システム。

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