KR20220061200A - 원료 공급 장치 및 원료 공급 방법 - Google Patents

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츠네유키 오카베
에이이치 고모리
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 일 양태에 의한 원료 공급 장치는, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와, 상기 용액 또는 상기 분산계를 분무해서 상기 용기 내에 주입하는 주입부와, 상기 용기 내를 배기하는 배기 포트와, 상기 용액 또는 분산계로부터 상기 용매 또는 상기 분산매를 제거함으로써 형성된 제2 고체 원료를 가열하는 가열부와, 상기 용기 내의 상기 주입부와 상기 배기 포트 사이에 마련되어, 상기 제2 고체 원료를 퇴적시키는 퇴적부를 갖는다.

Description

원료 공급 장치 및 원료 공급 방법
본 개시는, 원료 공급 장치 및 원료 공급 방법에 관한 것이다.
고체 원료를 용매에 용해해서 처리실 내에 스프레이 분사한 후, 처리실 내를 가열해서 용매를 제거하고 고체 원료를 잔류시키고, 계속해서, 처리실 내를 가열해서 고체 원료를 승화하여, 대응하는 가스를 생성하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2004-115831호 공보
본 개시는, 처리 장치의 가동률을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 원료 공급 장치는, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와, 상기 용액 또는 상기 분산계를 분무해서 상기 용기 내에 주입하는 주입부와, 상기 용기 내를 배기하는 배기 포트와, 상기 용액 또는 분산계로부터 상기 용매 또는 상기 분산매를 제거함으로써 형성된 제2 고체 원료를 가열하는 가열부와, 상기 용기 내의 상기 주입부와 상기 배기 포트 사이에 마련되어, 상기 제2 고체 원료를 퇴적시키는 퇴적부를 갖는다.
본 개시에 의하면, 처리 장치의 가동률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 원료 공급 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2a는 원료 공급원의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2b는 원료 공급원의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2c는 원료 공급원의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 원료 공급원의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 원료 공급 장치의 제1 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5는 원료 공급 장치의 제2 구성예를 도시하는 도면이다.
도 6은 원료 공급 장치의 제3 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은 원료 공급 장치의 제4 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 원료 공급 장치의 제5 구성예를 도시하는 도면이다.
도 9는 원료 공급 장치의 제6 구성예를 도시하는 도면이다.
도 10은 원료 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면(1)이다.
도 11은 원료 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면(2)이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔원료 공급 시스템〕
도 1은, 원료 공급 시스템의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 시스템(1)은, 원료 공급원(10)과, 캐리어 가스 공급원(20)과, 원료 공급 장치(30, 40)와, 처리 장치(50)와, 제어 장치(90)를 구비한다.
원료 공급원(10)은, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 용매(분산매)에 분산시킨 슬러리를 원료 공급 장치(30, 40)에 공급한다. 원료 공급원(10)은, 원료 공급 장치(30, 40)에 용액 또는 슬러리를 공급 가능하면 되며, 그 형태는 특별히 한정되지 않는다.
도 2a 내지 도 2c는, 원료 공급원(10)의 일례를 도시하는 도면이며, 원료 공급원(10)이, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액을 원료 공급 장치(30, 40)에 공급하는 경우의 구성예를 나타낸다. 원료 공급원(10)은, 예를 들어 도 2a에 도시하는 바와 같이, 용액이 충전된 탱크(11)와, 탱크(11)에 상방으로부터 삽입된 배관(12)과, 배관(12)에 개재 설치된 밸브(13)를 갖는다. 도 2a에 도시되는 원료 공급원(10)에서는, 탱크(11) 내에 충전된 용액의 자중으로 가압해서 배관(12)으로부터 용액을 공급한다. 또한, 원료 공급원(10)은, 예를 들어 도 2b에 도시하는 바와 같이, 용액이 충전된 탱크(11)와, 탱크(11)에 상방으로부터 삽입된 배관(12, 14)과, 배관(12, 14)에 개재 설치된 밸브(13, 15)를 갖고 있어도 된다. 도 2b에 도시되는 원료 공급원(10)에서는, 배관(14)으로부터 탱크(11) 내에 질소(N2) 등의 불활성 가스를 공급함으로써, 탱크(11) 내를 가압해서 배관(12)으로부터 용액을 공급한다. 또한, 원료 공급원(10)은, 예를 들어 도 2c에 도시하는 바와 같이, 용액이 충전된 탱크(11)와, 탱크(11)의 하방에 접속된 배관(16)과, 배관(16)에 개재 설치된 밸브(17)를 갖고 있어도 된다. 도 2c에 도시되는 원료 공급원(10)에서는, 중력에 의한 자연 낙하를 사용해서 탱크(11)의 하방으로부터 배관(16)을 통해서 용액을 공급한다.
도 3은, 원료 공급원(10)의 다른 예를 도시하는 도면이며, 원료 공급원(10)이, 제1 고체 원료를 용매에 분산시킨 슬러리를 원료 공급 장치(30, 40)에 공급하는 경우의 구성예를 나타낸다. 원료 공급원(10)은, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 슬러리가 충전된 탱크(11)와, 탱크(11)에 상방으로부터 삽입된 배관(12)과, 배관(12)에 개재 설치된 밸브(13)와, 탱크(11)를 진동시키는 진동 대(18)를 갖는다. 도 3에 도시되는 원료 공급원(10)에서는, 진동 대(18) 상에 적재된 탱크(11)를 진동시키면서, 탱크(11) 내에 충전된 슬러리의 자중으로 가압해서 배관(12)으로부터 슬러리를 공급한다.
원료 공급원(10)은, 배관(L10, L11)을 통해서 원료 공급 장치(30)와 접속되어 있어, 배관(L10, L11)을 통해서 원료 공급 장치(30)에 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 용매에 분산시킨 슬러리를 공급한다. 배관(L11)에는 밸브(V11)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V11)를 개방하면, 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(30)에 용액 또는 슬러리가 공급되고, 밸브(V11)를 닫으면, 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(30)에의 용액 또는 슬러리의 공급이 차단된다. 또한, 배관(L11)에는, 배관(L11)을 흐르는 용액 또는 슬러리의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
또한, 원료 공급원(10)은, 배관(L10, L12)을 통해서 원료 공급 장치(40)와 접속되어 있어, 배관(L10, L12)을 통해서 원료 공급 장치(40)에 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 용매에 분산시킨 슬러리를 공급한다. 배관(L12)에는 밸브(V12)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V12)를 개방하면, 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(40)에 용액 또는 슬러리가 공급되고, 밸브(V12)를 닫으면, 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(40)에의 용액 또는 슬러리의 공급이 차단된다. 또한, 배관(L12)에는, 배관(L12)을 흐르는 용액 또는 슬러리의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
제1 고체 원료는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 함유하는 유기 금속 착체, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 함유하는 염화물이면 된다.
용매는, 제1 고체 원료를 용해 또는 분산해서 용액 또는 슬러리를 생성할 수 있으면 되며, 예를 들어 헥산이면 된다.
캐리어 가스 공급원(20)은, 캐리어 가스를 원료 공급 장치(30, 40)에 공급한다. 캐리어 가스 공급원(20)은, 배관(L20, L21)을 통해서 원료 공급 장치(30)와 접속되어 있어, 배관(L20, L21)을 통해서 원료 공급 장치(30)에 캐리어 가스를 공급한다. 배관(L21)에는 밸브(V21)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V21)를 개방하면, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 원료 공급 장치(30)에 캐리어 가스가 공급되고, 밸브(V21)를 닫으면, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 원료 공급 장치(30)에의 캐리어 가스의 공급이 차단된다. 또한, 배관(L21)에는, 배관(L21)을 흐르는 캐리어 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
또한, 캐리어 가스 공급원(20)은, 배관(L20, L22)을 통해서 원료 공급 장치(40)와 접속되어 있어, 배관(L20, L22)을 통해서 원료 공급 장치(40)에 캐리어 가스를 공급한다. 배관(L22)에는 밸브(V22)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V22)를 개방하면, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 원료 공급 장치(40)에 캐리어 가스가 공급되고, 밸브(V22)를 닫으면, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 원료 공급 장치(40)에의 캐리어 가스의 공급이 차단된다. 또한, 배관(L22)에는, 배관(L22)을 흐르는 캐리어 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
캐리어 가스는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스이면 된다.
원료 공급 장치(30, 40)는, 원료 공급원(10)으로부터 공급되는, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 용매에 분산시킨 슬러리를 저류한다. 원료 공급 장치(30)와 원료 공급 장치(40)는 병렬로 마련되어 있으며, 예를 들어 동일한 구성이면 된다. 이하, 원료 공급 장치(30)를 예시해서 설명하는데, 원료 공급 장치(40)에 대해서도 원료 공급 장치(30)와 동일한 구성이면 된다.
도 4는, 원료 공급 장치(30)의 제1 구성예를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 장치(30)는, 용기(31)와, 원료 주입부(32)와, 캐리어 가스 주입부(33)와, 배기 포트(34)와, 가열부(35)와, 퇴적부(36)를 갖는다.
용기(31)는 용액 또는 슬러리를 저류한다.
원료 주입부(32)는, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L11)을 통해서 공급되는 용액 또는 슬러리를 분무해서 용기(31) 내에 주입한다. 원료 주입부(32)는, 용액 또는 슬러리를 분무함으로써, 용액 또는 슬러리가 퇴적부(36)에 도달하기 전에 용매를 기화시킨다. 원료 주입부(32)는, 예를 들어 분무 노즐이면 된다.
캐리어 가스 주입부(33)는, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 배관(L21)을 통해서 공급되는 캐리어 가스를 용기(31) 내에 주입한다.
배기 포트(34)는, 용기(31)의 하방에 마련되어 있고, 용기(31) 내를 배기한다. 배기 포트(34)에는, 배관(L51)을 통해서 처리 장치(50)가 접속되어 있다. 또한, 배관(L51)에는 밸브(V51)가 개재 설치되어 있다. 배관(L51)에서의 배기 포트(34)와 밸브(V51) 사이에는, 배관(L61)을 통해서 배기 장치(60)가 접속되어 있어, 밸브(V61)를 개방함으로써, 배기 장치(60)에 의해 용기(31) 내를 배기 가능하게 되어 있다.
가열부(35)는, 용액 또는 슬러리로부터 용매를 제거함으로써 형성된 고체 원료(이하, 「제2 고체 원료(M2)」라고도 함)를 가열함으로써, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성한다. 가열부(35)는, 예를 들어 용기(31)의 저부 및 외주를 덮도록 배치된 히터이면 된다. 가열부(35)는, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성할 수 있는 온도로 용기(31) 내를 가열할 수 있도록 구성되어 있다.
퇴적부(36)는, 용기(31) 내의 원료 주입부(32)와 배기 포트(34) 사이에 마련되어, 제2 고체 원료(M2)를 퇴적시킨다. 퇴적부(36)는, 용기(31) 내를, 원료 주입부(32)를 포함하는 영역과 배기 포트(34)를 포함하는 영역으로 구획하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 생성한 반응성 가스를 배기 포트(34)로부터 처리 장치(50)에 공급할 때, 퇴적부(36)에 의해 파티클 등의 불순물이 포착되기 때문에, 처리 장치(50)에 파티클 등의 불순물이 공급되는 것을 억제할 수 있다. 퇴적부(36)는, 반응성 가스를 투과하여, 제2 고체 원료(M2) 및 파티클 등의 불순물을 포착하는 재료에 의해 형성되어 있으면 되며, 예를 들어 다공성 재료에 의해 형성되어 있다. 다공성 재료는, 예를 들어 스테인리스강의 소결체 등의 다공성 금속 재료, 다공성 세라믹 재료이면 된다.
이러한 원료 공급 장치(30)에서는, 밸브(V11)를 개방해서 원료 주입부(32)로부터 용기(31) 내에 용액 또는 슬러리를 분무해서 주입함으로써, 용액 또는 슬러리가 퇴적부(36)에 도달하기 전에 용매가 기화하고, 제2 고체 원료(M2)가 퇴적부(36)에 퇴적된다. 이와 같이, 원료 공급 장치(30)에서는, 용액 또는 슬러리를 퇴적부(36)에 고체로서 퇴적시켜서 저류하므로, 일정 체적당 저류 가능한 고체 원료의 양이 증가한다.
또한, 도 4의 예에서는, 원료 주입부(32)와 캐리어 가스 주입부(33)가 별도로 마련되어 있는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같이, 원료 주입부(32)가 캐리어 가스 주입부(33)의 기능을 갖고 있어도 된다. 도 5의 예에서는, 배관(L21)이 배관(L11)에서의 밸브(V11)와 원료 주입부(32) 사이에 접속되어, 캐리어 가스가 원료 주입부(32)로부터 용기(31) 내에 주입된다. 또한, 도 5는, 원료 공급 장치(30)의 제2 구성예를 도시하는 도면이다.
또한, 도 4의 예에서는, 1개의 배기 포트(34)에 처리 장치(50) 및 배기 장치(60)가 접속되어 있는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 6에 도시하는 바와 같이, 용기(31)에 2개의 배기 포트(34a, 34b)가 마련되어, 배기 포트(34a, 34b)에 각각 처리 장치(50) 및 배기 장치(60)가 접속되어 있어도 된다. 도 6의 예에서는, 배기 포트(34a)에 밸브(V51)가 개재 설치된 배관(L51)을 통해서 처리 장치(50)가 접속되고, 배기 포트(34b)에 밸브(V61)가 개재 설치된 배관(L61)을 통해서 배기 장치(60)가 접속되어 있다. 또한, 도 6은, 원료 공급 장치(30)의 제3 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은, 원료 공급 장치(30)의 제4 구성예를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시되는 원료 공급 장치(30)에서는, 용기(31) 내에 퇴적부(36)가 마련되어 있지 않고, 배기 포트(34)가 용기(31)의 상방에 마련되어, 배기 포트(34)에 접속된 배관(L51)에 필터(F)가 개재 설치되어 있는 점에서, 도 4에 도시되는 원료 공급 장치(30)와 다르다. 이하, 도 4에 도시되는 원료 공급 장치(30)와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 장치(30)는, 용기(31)와, 원료 주입부(32)와, 캐리어 가스 주입부(33)와, 배기 포트(34)와, 가열부(35)를 갖는다. 용기(31), 원료 주입부(32), 캐리어 가스 주입부(33) 및 가열부(35)에 대해서는, 도 4에 도시되는 원료 공급 장치(30)와 동일하다.
배기 포트(34)는, 용기(31)의 상방에 마련되어 있고, 용기(31) 내를 배기한다. 배기 포트(34)에는, 배관(L51)을 통해서 처리 장치(50)가 접속되어 있다. 또한, 배관(L51)에는 밸브(V51)가 개재 설치되어 있다. 배관(L51)에서의 배기 포트(34)와 밸브(V51) 사이에는, 배관(L61)을 통해서 배기 장치(60)가 접속되어 있어, 밸브(V61)를 개방함으로써 배기 장치(60)에 의해 용기(31) 내를 배기 가능하게 되어 있다. 또한, 배관(L51)에서의 배기 포트(34)와 밸브(V51) 사이에는, 필터(F)가 개재 설치되어 있다. 도 7에 도시되는 예에서는, 원료 주입부(32)와 배기 포트(34) 사이에 퇴적부(36)가 마련되어 있지 않으므로, 용기(31) 내에서 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 생성한 반응성 가스와 함께 파티클 등의 불순물이 배기 포트(34)를 통해서 배관(L51)에 유입된다. 필터(F)는, 배관(L51)에 유입되는 파티클 등의 불순물을 포착한다. 이에 의해, 처리 장치(50)에 파티클 등의 불순물이 공급되는 것을 억제할 수 있다. 필터(F)는, 반응성 가스를 투과하여, 제2 고체 원료(M2) 및 파티클 등의 불순물을 포착하는 재료에 의해 형성되어 있으면 되며, 예를 들어 퇴적부(36)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있어도 된다.
이러한 원료 공급 장치(30)에서는, 밸브(V11)를 개방해서 원료 주입부(32)로부터 용기(31) 내에 용액 또는 슬러리를 분무해서 주입함으로써, 용액 또는 슬러리가 용기(31)의 저부(31b)에 도달하기 전에 용매가 기화하고, 제2 고체 원료(M2)가 용기(31)의 저부(31b)에 퇴적된다. 이와 같이, 원료 공급 장치(30)에서는, 용액 또는 슬러리를 용기(31)의 저부(31b)에 고체로서 퇴적시켜서 저류하므로, 일정 체적당 저류 가능한 고체 원료의 양이 증가한다.
또한, 도 7의 예에서는, 원료 주입부(32)와 캐리어 가스 주입부(33)가 별도로 마련되어 있는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 원료 주입부(32)가 캐리어 가스 주입부(33)의 기능을 갖고 있어도 된다. 도 8의 예에서는, 배관(L21)이 배관(L11)에서의 밸브(V11)와 원료 주입부(32) 사이에 접속되어, 캐리어 가스가 원료 주입부(32)로부터 용기(31) 내에 주입된다. 또한, 도 8은, 원료 공급 장치(30)의 제5 구성예를 도시하는 도면이다.
또한, 도 7의 예에서는, 1개의 배기 포트(34)에 처리 장치(50) 및 배기 장치(60)가 접속되어 있는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 용기(31)에 2개의 배기 포트(34a, 34b)가 마련되어, 배기 포트(34a, 34b)에 각각 처리 장치(50) 및 배기 장치(60)가 접속되어 있어도 된다. 도 9의 예에서는, 배기 포트(34a)에 밸브(V51) 및 필터(F)가 개재 설치된 배관(L51)을 통해서 처리 장치(50)가 접속되고, 배기 포트(34b)에 밸브(V61)가 개재 설치된 배관(L61)을 통해서 배기 장치(60)가 접속되어 있다. 또한, 도 9는, 원료 공급 장치(30)의 제6 구성예를 도시하는 도면이다.
처리 장치(50)는, 배관(L51, L50)을 통해서 원료 공급 장치(30)와 접속되어 있어, 처리 장치(50)에는, 원료 공급 장치(30)에서 제2 고체 원료(M2)를 가열해서 승화시킴으로써 생성되는 반응성 가스가 공급된다. 배관(L51)에는, 밸브(V51)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V51)를 개방하면, 원료 공급 장치(30)로부터 처리 장치(50)에 반응성 가스가 공급되고, 밸브(V51)를 닫으면, 원료 공급 장치(30)로부터 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 차단된다.
또한, 처리 장치(50)는, 배관(L52, L50)을 통해서 원료 공급 장치(40)와 접속되어 있어, 처리 장치(50)에는, 원료 공급 장치(40)에서 제2 고체 원료(M2)를 가열해서 승화시킴으로써 생성되는 반응성 가스가 공급된다. 배관(L52)에는, 밸브(V52)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V52)를 개방하면, 원료 공급 장치(40)로부터 처리 장치(50)에 반응성 가스가 공급되고, 밸브(V52)를 닫으면, 원료 공급 장치(40)로부터 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 차단된다.
처리 장치(50)는, 원료 공급 장치(30, 40)로부터 공급되는 반응성 가스를 사용해서 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 성막 처리 등의 각종 처리를 실행한다. 처리 장치(50)는, 처리 용기(51)와, 매스 플로 미터(52)와, 밸브(53)를 갖는다. 처리 용기(51)는 1개 또는 복수의 기판을 수용한다. 매스 플로 미터(52)는, 배관(L50)에 개재 설치되어 있어, 배관(L50)을 흐르는 반응성 가스의 유량을 계측한다. 밸브(53)는 배관(L50)에 개재 설치되어 있다. 밸브(V53)를 개방하면, 원료 공급 장치(30, 40)로부터 처리 용기(51)에 반응성 가스가 공급되고, 밸브(V53)를 닫으면, 원료 공급 장치(30, 40)로부터 처리 용기(51)에의 반응성 가스의 공급이 차단된다.
제어 장치(90)는, 원료 공급 시스템의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어 장치(90)는, 원료 공급원(10), 캐리어 가스 공급원(20), 원료 공급 장치(30, 40), 처리 장치(50) 등의 동작을 제어한다. 또한, 제어 장치(90)는, 각종 밸브의 개폐를 제어한다. 제어 장치(90)는 예를 들어 컴퓨터이면 된다.
〔원료 공급 시스템의 동작〕
원료 공급 시스템(1)의 동작(원료 공급 방법)의 일례에 대해서 설명한다. 원료 공급 시스템(1)에서는, 제어 장치(90)가 밸브(V11, V12, V21, V22, V51, V52)의 개폐를 제어함으로써, 병렬로 마련된 2개의 원료 공급 장치(30, 40) 중 한쪽에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급을 행하고, 다른 쪽에서 고체 원료의 충전을 행한다. 이하, 원료 공급 시스템(1)의 동작의 일례에 대해서 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 10을 참조하여, 원료 공급 장치(30)에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급을 행하고, 원료 공급 장치(40)에서 고체 원료의 충전을 행하는 경우에 대해서 설명한다. 도 10은, 원료 공급 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 10에서는, 캐리어 가스, 용액 또는 슬러리 및 반응성 가스가 흐르고 있는 배관을 굵은 실선으로 나타내고, 캐리어 가스, 용액 또는 슬러리 및 반응성 가스가 흐르고 있지 않은 배관을 가는 실선으로 나타낸다. 또한, 원료 공급 시스템(1)은, 초기 상태에서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 밸브(V11, V12, V21, V22, V51, V52)는 모두 폐쇄되어 있는 것으로 하고, 원료 공급 장치(30)에는 제2 고체 원료(M2)가 저류되어 있는 것으로 하여 설명한다.
제어 장치(90)는, 원료 공급 장치(30)의 가열부(35)(도 4 참조)를 제어하여, 용기(31) 내의 퇴적부(36)에 퇴적된 제2 고체 원료(M2)(도 4 참조)를 가열해서 승화시킴으로써 반응성 가스를 생성한다. 또한, 제어 장치(90)는 밸브(V21, V51)를 개방한다. 이에 의해, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 배관(L20, L21)을 통해서 원료 공급 장치(30)의 용기(31) 내에 캐리어 가스가 주입되고, 캐리어 가스와 함께 용기(31) 내에서 생성된 반응성 가스가 배관(L51, L50)을 통해서 처리 장치(50)에 공급된다. 또한, 제어 장치(90)는 밸브(V12)를 개방한다. 이에 의해, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L10, L12)을 통해서 원료 공급 장치(40)에 용액 또는 슬러리가 주입되고, 원료 공급 장치(40)의 용기 내의 퇴적부에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적된다. 이와 같이, 밸브(V12, V21, V51)가 개방된 상태이며, 밸브(V11, V22, V52)가 폐쇄된 상태인 경우, 원료 공급 장치(30)에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 행하여지고, 원료 공급 장치(40)에서 고체 원료의 충전이 행하여진다. 또한, 도 10에서는, 밸브(V12, V21, V51)가 개방된 상태, 밸브(V11, V22, V52)가 폐쇄된 상태를 나타내고 있다.
이어서, 도 11을 참조하여, 원료 공급 장치(30)에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급을 행하고 있는 상태(도 10 참조)에서, 원료 공급 장치(40)에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급을 행하고, 원료 공급 장치(30)에서 고체 원료의 충전을 행하는 상태로 전환하는 경우를 설명한다. 도 11은, 원료 공급 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 11에서는, 캐리어 가스, 용액 또는 슬러리 및 반응성 가스가 흐르고 있는 배관을 굵은 실선으로 나타내고, 캐리어 가스, 용액 또는 슬러리 및 반응성 가스가 흐르고 있지 않은 배관을 가는 실선으로 나타낸다.
제어 장치(90)는, 먼저, 원료 공급 장치(30)의 가열부(35)를 오프로 하고, 밸브(V21, V51, V12)를 닫는다. 이에 의해, 원료 공급 장치(30)로부터 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 정지된다.
제어 장치(90)는, 계속해서, 원료 공급 장치(40)의 가열부를 제어하여, 용기 내의 퇴적부에 퇴적된 제2 고체 원료(M2)를 가열해서 승화시킴으로써 반응성 가스를 생성한다. 또한, 제어 장치(90)는 밸브(V22, V52)를 개방한다. 이에 의해, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 배관(L20, L22)을 통해서 원료 공급 장치(40)에 캐리어 가스가 주입되고, 캐리어 가스와 함께 용기 내에서 생성된 반응성 가스가 배관(L52, L50)을 통해서 처리 장치(50)에 공급된다. 또한, 제어 장치(90)는 밸브(V11)를 개방한다. 이에 의해, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L10, L11)을 통해서 원료 공급 장치(30)에 용액 또는 슬러리가 주입되고, 원료 공급 장치(30)의 용기(31) 내의 퇴적부(36)에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적된다. 이와 같이, 밸브(V11, V22, V52)가 개방된 상태이며, 밸브(V12, V21, V51)가 폐쇄된 상태인 경우, 원료 공급 장치(40)에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 행하여지고, 원료 공급 장치(30)에서 고체 원료의 충전이 행하여진다. 또한, 도 11에서는, 밸브(V11, V22, V52)가 개방된 상태, 밸브(V12, V21, V51)가 폐쇄된 상태를 나타내고 있다.
이렇게 원료 공급 시스템(1)에서는, 제어 장치(90)가 밸브(V11, V12, V21, V22, V51, V52)의 개폐를 제어함으로써, 2개의 원료 공급 장치(30, 40) 중 한쪽에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급을 행하고, 다른 쪽에서 고체 원료의 충전을 행한다. 이에 의해, 원료 공급 장치(30, 40)에의 원료의 자동 보충이 가능하게 되어, 처리 장치(50)의 연속 운전 능력을 향상시켜서, 처리 장치(50)의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 원료 공급 시스템(1)에서는, 원료 주입부(32)로부터 용기(31) 내에 용액 또는 슬러리를 분무해서 주입함으로써, 용액 또는 슬러리가 퇴적부(36) 또는 용기(31)의 저부(31b)에 도달하기 전에 용매를 기화시켜, 제2 고체 원료(M2)로서 퇴적시킨다. 이렇게 원료 공급 시스템(1)에서는, 용기(31) 내에 주입된 용액 또는 슬러리를 퇴적부(36) 또는 용기(31)의 저부(31b)에 고체로서 퇴적시켜서 저류하므로, 일정 체적당 저류 가능한 고체 원료의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 반해, 용기(31) 내에 용액을 액체의 상태로 저류할 경우, 용기(31)의 사이즈는 용매에 대한 고체 원료의 용해도에 의존하게 되어, 용해도가 낮은 고체 원료의 경우, 용기(31) 내에 저류할 수 있는 고체 원료의 한계치가 낮아진다.
또한, 원료 공급 시스템(1)에서는, 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 고체 원료를 용매에 분산시킨 슬러리를 분무해서 용매를 기화시켜, 제2 고체 원료(M2)로서 퇴적부(36)에 일단 퇴적시킨 후, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 처리 장치(50)에 공급한다. 이에 의해, 유량 제어의 간이화나, 대유량화 등의 제어가 용이해진다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액(solution) 또는 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 슬러리(slurry)를 예로 들어 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 슬러리 대신에, 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 콜로이드 용액(colloidal solution) 등의 분산계(dispersion)를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 콜로이드 용액을 사용함으로써, 용액이나 슬러리를 사용하는 것보다도 고농도의 전구체를 충전할 수 있다. 분산계(dispersion)는, 하위 개념으로서 슬러리와 콜로이드(colloid)를 포함한다. 슬러리는, 현탁액(suspension)이라고도 칭해진다. 콜로이드는, 하위 개념으로서 콜로이드 용액을 포함한다. 콜로이드 용액은 졸(sol)이라고도 칭해진다.
본 국제 출원은, 2019년 9월 24일에 출원한 일본 특허 출원 제2019-173419호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 당해 출원의 전체 내용을 본 국제 출원에 원용한다.
1: 원료 공급 시스템
30: 원료 공급 장치
31: 용기
32: 원료 주입부
34: 배기 포트
35: 가열부
36: 퇴적부
40: 원료 공급 장치
50: 처리 장치
60: 배기 장치
M1: 제1 고체 원료
M2: 제2 고체 원료

Claims (13)

  1. 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와,
    상기 용액 또는 상기 분산계를 분무해서 상기 용기 내에 주입하는 주입부와,
    상기 용기 내를 배기하는 배기 포트와,
    상기 용액 또는 분산계로부터 상기 용매 또는 상기 분산매를 제거함으로써 형성된 제2 고체 원료를 가열하는 가열부와,
    상기 용기 내의 상기 주입부와 상기 배기 포트 사이에 마련되어, 상기 제2 고체 원료를 퇴적시키는 퇴적부
    를 갖는 원료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퇴적부는, 상기 용기 내를, 상기 주입부를 포함하는 영역과 상기 배기 포트를 포함하는 영역으로 구획하는, 원료 공급 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 퇴적부는, 다공성 재료에 의해 형성되어 있는, 원료 공급 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입부는, 상기 용액 또는 상기 분산계가 상기 퇴적부에 도달하기 전에 상기 용매 또는 상기 분산매를 기화시키는, 원료 공급 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트는, 상기 제2 고체 원료가 가열되어 승화한 반응성 가스를 사용한 처리를 행하는 처리 장치에 접속되는, 원료 공급 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트는, 상기 용기 내를 배기하는 배기 장치에 접속되는, 원료 공급 장치.
  7. 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와,
    상기 분산계를 분무해서 상기 용기에 주입하는 주입부와,
    상기 분산계로부터 상기 분산매를 제거함으로써 형성된 제2 고체 원료를 가열하는 가열부
    를 갖는 원료 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 용기 내를 배기하는 배기 포트와,
    상기 용기 내의 상기 주입부와 상기 배기 포트 사이에 마련되어, 상기 제2 고체 원료를 퇴적시키는 퇴적부를 갖는, 원료 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 퇴적부는, 다공성 재료에 의해 형성되어 있는, 원료 공급 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 주입부는, 상기 분산계가 상기 퇴적부에 도달하기 전에 상기 분산매를 기화시키는, 원료 공급 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트는, 상기 제2 고체 원료가 가열되어 승화한 반응성 가스를 사용한 처리를 행하는 처리 장치에 접속되는, 원료 공급 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트는, 상기 용기 내를 배기하는 배기 장치에 접속되는, 원료 공급 장치.
  13. 용기 내에 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 분무함으로써, 상기 용액 또는 상기 분산계로부터 용매를 기화시켜서 제거하는 공정과,
    상기 용액 또는 상기 분산계로부터 상기 용매 또는 상기 분산매를 제거함으로써 형성된 제2 고체 원료를 상기 용기 내에 퇴적시키는 공정과,
    상기 용기 내에 퇴적된 상기 제2 고체 원료를 가열함으로써, 상기 제2 고체 원료를 승화시켜서 반응성 가스를 생성하는 공정
    을 갖는 원료 공급 방법.
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