JPH0582507A - 液体気化バルブ - Google Patents

液体気化バルブ

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JPH0582507A
JPH0582507A JP3238158A JP23815891A JPH0582507A JP H0582507 A JPH0582507 A JP H0582507A JP 3238158 A JP3238158 A JP 3238158A JP 23815891 A JP23815891 A JP 23815891A JP H0582507 A JPH0582507 A JP H0582507A
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liquid
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valve
needle
gas
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JP3238158A
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Hiroshi Nishisato
洋 西里
Hiroshi Iizuka
浩 飯塚
Hiromi Suzuki
宏美 鈴木
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Applied Materials Japan Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/008Feed or outlet control devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10Mixing gases with gases
    • B01F23/12Mixing gases with gases with vaporisation of a liquid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体製造装置における薄膜形成用液体原料
を高精度に供給する液体気化バルブを得ること。 【構成】 図4に示すように、3方向液体気化バルブ3
0の液体原料供給通路38内に通路内壁とニードル40
との間に液体原料が通過できる程度の隙間をもって、先
端に向かってテーパーを有するニードルを挿入するか、
あるいはテーパー状の液体原料供給通路内にテーパーの
ないニードルを挿入したものである。このような構造の
3方向液体気化バルブにおいて、ニードルの位置を調整
することによって気液界面(気体と液体との境界面)が
変化すると共に、気液界面上の空間堆積が変化して液体
原料の気化が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体原料用気化供給器
の液体気化バルブの改良に関し、特に半導体製造装置に
おけるTEOS(テトラエトキシシラン:Si(0C2H5)4)
をはじめとする薄膜形成用液体原料を高精度に供給する
ことができる液体気化バルブに関する。
【0002】
【従来技術】半導体ウエーハの層間絶縁膜(SiO2)材料と
して、最近TEOSが特に注目されつつある。その理由
として、(1) 従来の減圧CVDを使用した(SiH4)の堆積
メカニズムと異なり、表面反応律速であり、そのために
ステップカバレッジが良好であること、(2) SiH4は極め
て反応性が高く、爆発事故を発生する可能性が高いが、
TEOSは安全性が高く、保存も容易であること、(3)
将来、原料として低コスト化が期待できることなどのた
めである。
【0003】TEOSを用いるCVD法には、減圧CV
D法、常圧CVD法並びにプラズマCVD法などがあ
る。常圧CVD法のように反応炉が常圧状態で使用され
る場合、反応炉よりも上流配管内は上流側程高い圧力と
しなければならない。さもないと液体原料は配管内を流
れることができない。減圧CVD法並びにプラズマCV
D法では反応炉内が減圧状態であるからそのままの状態
で液体原料は反応炉に向かって流れる。
【0004】図1は反応炉に混合ガスを供給する気化供
給系統図である。図1を参照すると、反応炉(真空チャ
ンバ)10内にはサセプター上に半導体基板が載置さ
れ、真空チャンバを真空状態にすると共に液体気化バル
ブ30において気化したTEOSを搬送ガスに随伴さ
せ、途中で酸素と混合させ真空チャンバに送り込む。更
に真空チャンバの電極に高周波を印加してプラズマを発
生させて、半導体基板上にSiO2を成膜する。
【0005】出願人は、図1の装置において、液体原料
ガスを気化すると共に高温搬送ガスと混合して、真空チ
ャンバのような反応領域に供給するための気化供給装置
を特願平1−322266及び特願平3−36707に
より特許出願をした。本発明は、これらの装置に用いら
れる液体気化バルブを更に改良したものである。図2は
特願平1−322266として特許出願した3分岐液体
気化バルブ本体30の断面図を示している。液体気化バ
ルブ本体30には上面開口凹所が設けられており、この
上面開口凹所を閉塞するように駆動部31が設置されて
いる。このバルブの駆動部31は、例えば精密に制御の
できるエアーバルブ等が用いられる。駆動部31の下面
中央にプランジャ32が突設されており、駆動部31の
作用によって昇降するようになっている。更に上面開口
凹所の中央にダイヤフラム33が設けられており、その
周囲が上面開口凹所の内周に配設された内周枠に気密状
に固定されている。更にバルブ本体30の底部中央に液
体原料供給路38がある。この液体原料供給路38に合
致してバルブ本体30の上面にバルブシート34が装着
されている。そして前記プランジャ32もバルブシート
34の開口に一致して配設されており、ダイヤフラム3
3を介して前記開口を開閉するようになっている。ま
た、ダイヤフラム33の下方においてバルブシート34
の周囲が制御室35となっている。液体原料供給路38
の両側にはL字型の搬送ガス入口36と混合ガスの出口
37とが設けられ、それらは制御室35に連通してい
る。そして前記液体原料供給路38は液体流量制御器
(図1参照)に接続されている。搬送ガス入口36は恒
温加熱した配管を介して搬送ガスボンベやは反応ガスボ
ンベ(図示せず)に接続されている。また混合ガス出口
はもう一方の恒温加熱した配管を介して反応炉(真空チ
ャンバ)に接続されている。
【0006】次に、3分岐液体気化バルブ30の作用に
ついて説明する。液体原料39があらかじめ恒温加熱し
た3方向液体気化バルブの液体気化供給路38に供給さ
れると、バルブシート34の上端に達した液体原料は搬
送ガスと接して、その表面から順次蒸発気化する。この
蒸気(即ち、原料ガス)は気化と同時に搬送ガスによっ
て運び去られるので、この原料ガスの圧力は低下する。
そこで、この圧力低下を補うために原料ガスが次々に気
化する。この一連の作用によって液化原料は連続的に気
化、搬送が起こり混合ガスが得られる。この混合ガスは
反応炉へ導かれるため反応炉へ流量の一定な原料ガスの
供給が行われることになる。
【0007】従って、必要に応じて液体流量制御器20
を制御すれば3分岐液体気化バルブ30において適宜割
合の混合ガスが得られるのである。
【0008】
【本発明が解決すべき課題】ところが、このような3分
岐液体気化バルブを用いた場合、プランジャーを上げて
バルブをオン状態にしたとき、液体流量制御器と3分岐
液体気化バルブとの間の液体供給ラインが減圧となるた
めに液体の沸騰が起こり液体と蒸気が混合した状態とな
る。更に液体流量制御器から液体の供給が行われると、
供給された液体も沸騰し液体と蒸気が混じりあった状態
となる。従って、図3に示すように3分岐液体気化バル
ブより反応炉へ供給される液体流量が液体と蒸気の混合
比に応じて変動されるリップルを生じる。
【0009】従って、本発明は、液体の沸騰を抑え、液
体の気化供給を安定して行い、目的とする混合ガスを安
定して得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の3方向
液体気化バルブの液体原料供給通路内に、通路の内壁と
の間に液体原料が通過できる程度の隙間をもって、先端
に向かってテーパーを有するニードルを挿入したもので
ある。或いはテーパー状の液体原料供給通路内にテーパ
ーのないニードルを挿入したものである。この様な構造
の3方向液体気化バルブにおいては、液体原料供給通路
とニードルとによって或る一定の空間が形成される。こ
の間隙を気化流量に対して適切化することによって気液
界面(気体と液体との境界面)が固定され、液体原料の
気化が安定するものである。
【0011】
【実施例】図4は本発明の3分岐液体気化バルブの断面
図である。従来の3方向液体気化バルブである図2と比
較した場合、本発明である図4においては、液体原料供
給通路内にニードルが挿入されており、その他の構成は
両者共通である。同一の構成部分には共通の参照番号を
付してある。
【0012】本発明おけるニードル40は先端に向かっ
てテーパーを有しており、液体原料供給通路38の内壁
との間には、液体原料が通過できる程度の間隙を持たせ
て液体原料供給通路38の内部に挿入される。この様な
構造の3分岐液体気化バルブ30は液体原料供給通路の
内壁とニードルとの間に空間が形成される。いま液体原
料供給通路38にある一定の圧力で液体原料39を供給
し、気液界面の位置(バルブシート34の開口からの距
離)がニードル40の適当な位置にくるようにニードル
位置、即ちニードルと液体原料供給通路38の隙間を調
節する。このようにしてプランジャ32を上昇させてバ
ルブをオンにすると加熱搬送ガスによって、液体原料の
気化がスムーズに行われ、気化した原料ガスはバルブシ
ートの開口部において搬送ガスと混合し、混合ガス出口
37を通過して、反応炉10へと導かれる。
【0013】ニードル40が挿入された液体原料供給路
38とバルブによって形成される空間体積を適当に選ぶ
ことによって、混合ガスが得られる初期状態に前述のオ
ーバシュートを除くことが可能になった。ニードル40
は種々の形状のものが考えられるが、先端があまり尖っ
ているものよりも丸みのあるものとし、ニードルの位置
は、バルブがオフのときダイヤフラムとニードルの先端
の距離を小さくして、前述の空間体積を少なくする。こ
のようにすると、バルブがオフのときに溜まった液体原
料がバルブがオンになった初期において、過剰供給され
ることなく所謂オーバシュート現象を除くことができ
る。また気液界面の位置を調整することによって液体原
料の気化状態を調整することもできる。これよって、定
常時においても、気化がスムーズに行われるため常に一
定の原料ガスが供給されるため、リップル現象を生じる
ことがない。従って、ニードルの位置を可変にする構造
にすることは好ましいことである。
【0014】また、上記の実施例においてはニードルに
テーパーを設けたものについて説明を行ったが、液体原
料供給路にテーパーを設け、テーパーのないニードルを
挿入するようにしてもよい。更に液体原料供給路及びニ
ードルの双方にテーパを設け、そのテーパーの角度を変
えてもよいことは勿論である。
【0015】
【発明の効果】本発明の液体気化バルブは前述の如き構
造を有することにより、バルブがオフのときにバルブと
ニードルとの間に液体が殆ど溜まることがなく、バルブ
をオンにしたとき、初期において原料ガスの過剰供給と
いう、所謂オーバシュート現象が生じることなく、その
後の定常時においても、気化がスムーズに行われるため
常に一定の原料ガスが反応炉に供給されるため、リップ
ル現象を生じることもない。従って、半導体ウエーハの
製造において不良品の発生が少なく、歩留りが向上す
る。
【0016】以上、本発明の実施例において、半導体製
造装置における薄膜形成用液体原料を供給する場合につ
いて述べたが、化学工業分野、特に次工程が減圧状態に
ある反応炉等の液体(例えば、アルコール類、有機酸類
等)を高精度に移送する液体原料用気化供給器の液体気
化バルブに応用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】反応炉に混合ガスを供給する気化供給系統図
【図2】従来の3分岐液体気化バルブの断面図
【図3】バルブをオンにしたときに発生するオーバシュ
ートの説明図
【図4】本発明の3分岐液体気化バルブの断面図
【符号の説明】
30 液体気化バルブ 31 駆動部 32 プランジャ 33 ダイヤフラム 34 バルブシート 35 制御室 36 搬送ガス入口 37 混合ガス出口 38 液体原料供給路 39 液体原料 40 ニードル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 搬送ガスと原料液化ガスを混合する3分
    岐液体気化バルブにおいて、液体原料供給通路内に先端
    に向かって流量を制御する手段を有することを特徴とす
    る液体気化バルブ。
  2. 【請求項2】 前記流量を制御する手段は液体原料供給
    通路内にテーパー状のニードルを挿入したことを特徴と
    する請求項1に記載の液体気化バルブ。
  3. 【請求項3】 前記流量を制御する手段はテーパー状の
    液体原料供給通路にテーパーのないニードルを挿入した
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体気化バルブ。
JP3238158A 1991-09-18 1991-09-18 液体気化バルブ Pending JPH0582507A (ja)

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EP92116031A EP0533201B1 (en) 1991-09-18 1992-09-18 Liquid vaporization valve
DE69208306T DE69208306T2 (de) 1991-09-18 1992-09-18 Flüssigkeitsverdampfungsventil

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EP0533201B1 (en) 1996-02-14
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