KR20230061469A - 원료 공급 장치 및 원료 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 일 양태에 의한 원료 공급 장치는, 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와, 상기 용액 또는 상기 분산계를 분무해서 상기 용기 내에 주입하는 주입부와, 상기 주입부로부터 분무되는 상기 용액 또는 상기 분산계의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어하는 제어부를 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 가열하여 용매를 제거해서 고체 원료를 잔류시키고, 계속해서, 처리실 내를 가열해서 고체 원료를 승화하여, 대응 가스를 생성하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2004-115831호 공보
본 개시는, 고체 원료의 승화 속도를 높일 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 원료 공급 장치는, 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와, 상기 용액 또는 상기 분산계를 분무해서 상기 용기 내에 주입하는 주입부와, 상기 주입부로부터 분무되는 상기 용액 또는 상기 분산계의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어하는 제어부를 갖는다.
본 개시에 의하면, 고체 원료의 승화 속도를 높일 수 있다.
도 1은 실시 형태의 원료 공급 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 원료 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면(1)이다.
도 3은 도 1의 원료 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면(2)이다.
도 4는 분무 방향을 설명하기 위한 도면(1)이다.
도 5는 분무 방향을 설명하기 위한 도면(2)이다.
도 6은 변형예의 원료 공급 장치를 도시하는 도면이다.
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 1을 참조하여, 실시 형태의 원료 공급 시스템에 대해서 설명한다. 도 1은, 실시 형태의 원료 공급 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
원료 공급 시스템(1)은, 제1 고체 원료를 용매에 용해한 용액(이하, 단순히 「용액」이라고도 함)으로부터 용매를 제거함으로써 형성되는 제2 고체 원료를 승화시켜서 반응성 가스를 생성하고, 생성한 반응성 가스를 사용해서 처리 장치에서 성막을 행하는 시스템이다.
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 용해해서 용액을 생성할 수 있으면 되며, 예를 들어 헥산이면 된다.
원료 공급 시스템(1)은, 원료 공급원(10), 원료 공급 장치(30, 40), 처리 장치(50) 및 제어 장치(90)를 구비한다.
원료 공급원(10)는, 용액(M1)을 원료 공급 장치(30, 40)에 공급한다. 원료 공급원(10)은, 예를 들어 서브 팹에 배치된다. 본 실시 형태에 있어서, 원료 공급원(10)은, 탱크(11) 및 플로트 센서(12)를 포함한다. 탱크(11)에는, 용액(M1)이 충전되어 있다. 플로트 센서(12)는, 탱크(11) 내에 충전된 용액(M1)의 양을 검지한다.
원료 공급원(10)에는, 탱크(11)의 상방으로부터 배관(L1)의 일단이 삽입되어 있다. 배관(L1)의 타단은 캐리어 가스의 공급원(G1)과 접속되어 있어, 공급원(G1)으로부터 배관(L1)을 통해서 탱크(11) 내에 캐리어 가스가 공급된다. 캐리어 가스는, 예를 들어 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스이면 된다. 배관(L1)에는, 밸브(V1)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V1)를 개방하면 공급원(G1)으로부터 원료 공급원(10)에 캐리어 가스가 공급되고, 밸브(V1)를 닫으면 공급원(G1)으로부터 원료 공급원(10)에의 캐리어 가스의 공급이 차단된다. 배관(L1)에는, 배관(L1) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(P1)가 마련되어 있다. 압력 센서(P1)의 검출값은, 제어 장치(90)에 송신된다. 또한, 배관(L1)에는, 배관(L1)을 흐르는 캐리어 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
원료 공급원(10)은, 배관(L2, L3)을 통해서 원료 공급 장치(30)와 접속되어 있어, 배관(L2, L3)을 통해서 원료 공급 장치(30)에 용액(M1)을 공급한다. 배관(L2, L3)에는 각각 밸브(V2, V3)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V2, V3)를 개방하면 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(30)에 용액(M1)이 공급되고, 밸브(V2, V3)를 닫으면 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(30)에의 용액(M1)의 공급이 차단된다. 또한, 배관(L3)에는, 배관(L3)을 흐르는 용액(M1)의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
또한, 원료 공급원(10)은, 배관(L2, L4)을 통해서 원료 공급 장치(40)와 접속되어 있어, 배관(L2, L4)을 통해서 원료 공급 장치(40)에 용액(M1)을 공급한다. 배관(L4)에는 밸브(V4)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V2, V4)를 개방하면 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(40)에 용액(M1)이 공급되고, 밸브(V2, V4)를 닫으면 원료 공급원(10)으로부터 원료 공급 장치(40)에의 용액(M1)의 공급이 차단된다. 또한, 배관(L4)에는, 배관(L4)을 흐르는 용액(M1)의 유량을 제어하는 유량 제어기(도시하지 않음)나 추가 밸브 등이 개재 설치되어 있어도 된다.
원료 공급 장치(30)는, 원료 공급원(10)으로부터 수송되는 용액(M1)을 저류한다. 본 실시 형태에 있어서, 원료 공급 장치(30)는, 용기(31), 주입부(32), 배기 포트(33), 가열부(34) 및 필터(35)를 포함한다.
용기(31)는, 원료 공급원(10)으로부터 수송되는 용액(M1)을 저류한다.
주입부(32)는, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L2, L3)을 통해서 공급되는 용액(M1)을 분무해서 용기(31) 내에 주입한다. 주입부(32)는, 용액(M1)을 분무함으로써, 용액(M1)이 필터(35)에 도달하기 전에 용매를 기화시킨다. 주입부(32)는, 예를 들어 분무 노즐이면 된다. 분무 노즐은, 예를 들어 용기(31)의 천장에 고정되어 있어도 되고, 용기(31)의 천장에 노즐 중심축의 배향을 바꿀 수 있도록 설치되어 있어도 된다.
배기 포트(33)는, 용기(31)의 하방에 마련되어 있고, 용기(31) 내를 배기한다. 배기 포트(33)에는, 배관(L10, L12)을 통해서 처리 장치(50)가 접속되어 있다. 또한, 배기 포트(33)에는, 배관(L10, L14)을 통해서 배기 장치(E1)가 접속되어 있다.
가열부(34)는, 용액(M1)으로부터 용매를 제거함으로써 형성된 고체 원료(이하, 「제2 고체 원료(M2)」라고 함)를 가열함으로써, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성한다. 가열부(34)는, 예를 들어 용기(31)의 외주를 덮도록 배치된 히터이면 된다. 가열부(34)는, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성할 수 있는 온도로 용기(31) 내를 가열할 수 있도록 구성된다.
필터(35)는, 용기(31) 내에 대략 수평하게 마련되고, 용기(31) 내를 제1 영역(31a) 및 제2 영역(31b)으로 구획한다. 제1 영역(31a)에는, 주입부(32)가 마련되어 있다. 제2 영역(31b)은, 제1 영역(31a)의 하방에 위치하는 영역이다. 제2 영역(31b)에는, 배기 포트(33)가 마련되어 있다. 필터(35)는, 반응성 가스를 투과시켜, 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.
배관(L3)의 밸브(V3)의 하류측에는, 배관(L8)의 일단이 접속되어 있다. 배관(L8)의 타단은 배관(L7)을 통해서 캐리어 가스의 공급원(G7)과 접속되어 있어, 공급원(G7)으로부터 배관(L7, L8, L3)을 통해서 용기(31) 내에 캐리어 가스가 공급된다. 캐리어 가스는, 예를 들어 N2, Ar 등의 불활성 가스이면 된다. 배관(L8)에는, 공급원(G7)측으로부터 순서대로 밸브(V8a, V8b)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V8a, V8b)를 개방하면 공급원(G7)으로부터 원료 공급 장치(30)에 캐리어 가스가 공급되고, 밸브(V8a, V8b)를 닫으면 공급원(G7)으로부터 원료 공급 장치(30)에의 캐리어 가스의 공급이 차단된다. 배관(L7)에는, 배관(L7)을 흐르는 캐리어 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기(F7)가 개재 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 유량 제어기(F7)는, 매스 플로 컨트롤러(MFC)이다.
원료 공급 장치(30)는, 배관(L10, L12)을 통해서 처리 장치(50)와 접속되어 있어, 배관(L10, L12)을 통해서 처리 장치(50)에 반응성 가스를 공급한다. 배관(L10)에는, 원료 공급 장치(30)의 측으로부터 순서대로 밸브(V10a 내지 V10c)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V10a 내지 V10c)를 개방하면 원료 공급 장치(30)로부터 처리 장치(50)에 반응성 가스가 공급되고, 밸브(V10a 내지 V10c)를 닫으면 원료 공급 장치(30)로부터 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 차단된다. 배관(L10)에는, 배관(L10) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(P10)가 마련되어 있다. 압력 센서(P10)의 검출값은, 제어 장치(90)에 송신된다.
배관(L10)의 밸브(V10a)와 밸브(V10b)의 사이에는, 배관(L13)의 일단이 접속되어 있다. 배관(L13)의 타단은, 배관(L8)의 밸브(V8a)와 밸브(V8b)의 사이에 접속되어 있다. 배관(L13)은, 배관(L8)과 배관(L10)을 원료 공급 장치(30)를 통하지 않고 접속하는 바이패스 배관으로서 기능한다. 배관(L13)에는, 밸브(V13)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V13)를 개방하면 배관(L8)과 배관(L10)이 연통하고, 밸브(V13)를 닫으면 배관(L8)과 배관(L10)의 연통이 차단된다.
배관(L10)의 밸브(V10b)와 밸브(V10c)의 사이에는, 배관(L14)의 일단이 접속되어 있다. 배관(L14)의 타단은, 예를 들어 진공 펌프 등의 배기 장치(E1)에 접속되어 있다. 배관(L14)에는, 압력 제어 밸브(V14)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V10a, V10b)가 개방된 상태에서 압력 제어 밸브(V14)를 개방하면, 용기(31) 내가 배기되어, 용기(31) 내에 저류된 용액(M1)으로부터 용매를 제거할 수 있다. 압력 제어 밸브(V14)를 닫으면, 용기(31) 내에 저류된 용액(M1)으로부터의 용매의 제거를 정지할 수 있다. 또한, 압력 제어 밸브(V14)의 개방도를 조정함으로써, 용기(41) 내의 압력을 제어할 수 있다.
원료 공급 장치(40)는, 원료 공급원(10)으로부터 수송되는 용액(M1)을 저류한다. 원료 공급 장치(40)는, 원료 공급 장치(30)와 병렬로 마련되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 원료 공급 장치(40)는, 용기(41), 주입부(42), 배기 포트(43), 가열부(44) 및 필터(45)를 포함한다.
용기(41)는, 원료 공급원(10)으로부터 수송되는 용액(M1)을 저류한다.
주입부(42)는, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L2, L4)을 통해서 공급되는 용액(M1)을 분무해서 용기(41) 내에 주입한다. 주입부(42)는, 용액(M1)을 분무함으로써, 용액(M1)이 필터(45)에 도달하기 전에 용매를 기화시킨다. 주입부(42)는, 예를 들어 분무 노즐이면 된다. 분무 노즐은, 예를 들어 용기(41)의 천장에 고정되어 있어도 되고, 용기(41)의 천장에 노즐 중심축의 배향을 바꿀 수 있도록 설치되어 있어도 된다.
배기 포트(43)는, 용기(41)의 하방에 마련되어 있고, 용기(41) 내를 배기한다. 배기 포트(43)에는, 배관(L11, L12)을 통해서 처리 장치(50)가 접속되어 있다. 또한, 배기 포트(43)에는, 배관(L11, L16)을 통해서 배기 장치(E2)가 접속되어 있다.
가열부(44)는, 용액(M1)으로부터 용매를 제거함으로써 형성된 제2 고체 원료(M2)를 가열함으로써, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성한다. 가열부(44)는, 예를 들어 용기(41)의 외주를 덮도록 배치된 히터이면 된다. 가열부(44)는, 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성할 수 있는 온도로 용기(41) 내를 가열할 수 있도록 구성된다.
필터(45)는, 용기(41) 내에 대략 수평하게 마련되고, 용기(41) 내를 제1 영역(41a) 및 제2 영역(41b)으로 구획한다. 제1 영역(41a)에는, 주입부(42)가 마련되어 있다. 제2 영역(41b)은, 제1 영역(41a)의 하방에 위치하는 영역이다. 제2 영역(41b)에는, 배기 포트(43)가 마련되어 있다. 필터(45)는, 예를 들어 필터(35)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다.
배관(L4)의 밸브(V4)의 하류측에는, 배관(L9)의 일단이 접속되어 있다. 배관(L9)의 타단은 배관(L7)을 통해서 캐리어 가스의 공급원(G7)과 접속되어 있어, 공급원(G7)으로부터 배관(L7, L9, L4)을 통해서 용기(41) 내에 캐리어 가스가 공급된다. 캐리어 가스는, 예를 들어 N2, Ar 등의 불활성 가스이면 된다. 배관(L9)에는, 공급원(G7)측으로부터 순서대로 밸브(V9a, V9b)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V9a, V9b)를 개방하면 공급원(G7)으로부터 원료 공급 장치(40)에 캐리어 가스가 공급되고, 밸브(V9a, V9b)를 닫으면 공급원(G7)으로부터 원료 공급 장치(40)에의 캐리어 가스의 공급이 차단된다.
원료 공급 장치(40)는, 배관(L11, L12)을 통해서 처리 장치(50)와 접속되어 있어, 배관(L11, L12)을 통해서 처리 장치(50)에 반응성 가스를 공급한다. 배관(L11)에는, 원료 공급 장치(40)측으로부터 순서대로 밸브(V11a 내지 V11c)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V11a 내지 V11c)를 개방하면 원료 공급 장치(40)로부터 처리 장치(50)에 반응성 가스가 공급되고, 밸브(V11a 내지 V11c)를 닫으면 원료 공급 장치(40)로부터 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급이 차단된다. 배관(L11)에는, 배관(L11) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(P11)가 마련되어 있다. 압력 센서(P11)의 검출값은, 제어 장치(90)에 송신된다.
배관(L11)의 밸브(V11a)와 밸브(V11b)의 사이에는, 배관(L15)의 일단이 접속되어 있다. 배관(L15)의 타단은, 배관(L9)의 밸브(V9a)와 밸브(V9b)의 사이에 접속되어 있다. 배관(L15)은, 배관(L9)과 배관(L11)을 원료 공급 장치(40)를 통하지 않고 접속하는 바이패스 배관으로서 기능한다. 배관(L15)에는, 밸브(V15)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V15)를 개방하면 배관(L9)과 배관(L11)이 연통하고, 밸브(V15)를 닫으면 배관(L9)과 배관(L11)의 연통이 차단된다.
배관(L11)의 밸브(V11b)와 밸브(V11c)의 사이에는, 배관(L16)의 일단이 접속되어 있다. 배관(L16)의 타단은, 예를 들어 진공 펌프 등의 배기 장치(E2)에 접속되어 있다. 배관(L16)에는, 압력 제어 밸브(V16)가 개재 설치되어 있다. 밸브(V11a, V11b)가 개방된 상태에서 압력 제어 밸브(V16)를 개방하면, 용기(41) 내가 배기되어, 용기(41) 내에 저류된 용액(M1)으로부터 용매를 제거할 수 있다. 압력 제어 밸브(V16)를 닫으면, 용기(41) 내에 저류된 용액(M1)으로부터의 용매의 제거를 정지할 수 있다. 또한, 압력 제어 밸브(V16)의 개방도를 조정함으로써, 용기(41) 내의 압력을 제어할 수 있다.
처리 장치(50)는, 배관(L10, L12)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. 또한, 처리 장치(50)는, 배관(L11, L12)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.
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. 본 실시 형태에 있어서, 처리 장치(50)는, 처리 용기(51), 유량계(52), 저류 탱크(53), 압력 센서(54) 및 밸브(V12)를 포함한다. 처리 용기(51)는, 1개 또는 복수의 기판을 수용한다. 본 실시 형태에 있어서, 유량계(52)는 매스 플로 미터(MFM)이다. 유량계(52)는, 배관(L12)에 개재 설치되어 있어, 배관(L12)을 흐르는 반응성 가스의 유량을 측정한다. 저류 탱크(53)는, 반응성 가스를 일시적으로 저류한다. 저류 탱크(53)가 설치되어 있음으로써, 처리 용기(51) 내에 단시간에 대유량의 반응성 가스를 공급할 수 있다. 저류 탱크(53)는, 버퍼 탱크, 필 탱크라고도 칭해진다. 압력 센서(54)는, 저류 탱크(53) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(54)는, 예를 들어 캐패시턴스 마노미터이다. 밸브(V12)는, 배관(L12)에 개재 설치되어 있다. 밸브(V12)를 개방하면 원료 공급 장치(30, 40)로부터 처리 용기(51)에 반응성 가스가 공급되고, 밸브(V12)를 닫으면 원료 공급 장치(30, 40)로부터 처리 용기(51)에의 반응성 가스의 공급이 차단된다.
제어 장치(90)는, 제어부의 일례이며, 원료 공급 시스템(1)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어 장치(90)는, 원료 공급원(10), 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.
제어 장치(90)는, 주입부(32, 42)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어한다. 예를 들어, 제어 장치(90)는, 분무 조건을 연속적으로 변화시킴으로써, 주입부(32, 42)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시킨다. 또한 예를 들어, 제어 장치(90)는, 분무 조건을 스텝상으로 변화시킴으로써, 주입부(32, 42)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시킨다.
분무 조건은, 예를 들어 분무 압력, 용기(31, 41) 내의 압력, 용기(31, 41) 내의 온도, 노즐 중심축의 배향을 포함한다. 예를 들어, 제어 장치(90)는, 압력 센서(P1)의 검출값에 기초하여 공급원(G1)으로부터 탱크(11) 내에 공급되는 캐리어 가스의 유량을 조정함으로써, 분무 압력을 제어한다. 또한 예를 들어, 제어 장치(90)는, 압력 센서(P10)의 검출값에 기초하여 압력 제어 밸브(V14)의 개방도를 조정함으로써, 용기(31) 내의 압력을 제어한다. 또한 예를 들어, 제어 장치(90)는, 압력 센서(P11)의 검출값에 기초하여 압력 제어 밸브(V16)의 개방도를 조정함으로써, 용기(41) 내의 압력을 제어한다. 또한 예를 들어, 제어 장치(90)는, 가열부(34)의 설정 온도를 조정함으로써, 용기(31) 내의 온도를 제어한다. 또한 예를 들어, 제어 장치(90)는, 가열부(44)의 설정 온도를 조정함으로써, 용기(41) 내의 온도를 제어한다. 또한 예를 들어, 제어 장치(90)는, 분무 노즐의 노즐 중심축의 배향을 제어한다.
분무 방향은, 단위 시간, 단위 입체각당 분무량이 최대가 되는 방향이다. 분무 방향은, 예를 들어 스프레이 패턴, 스프레이 각도를 포함한다. 스프레이 패턴은, 스프레이 노즐로부터 분무된 용액이 확산했을 때의 단면 형상이다. 스프레이 각도는, 스프레이 노즐로부터 분무된 용액이 확산한 각도이다.
(원료 공급 시스템의 동작)
도 2 및 도 3을 참조하여, 원료 공급 시스템(1)의 동작(원료 공급 방법)의 일례에 대해서 설명한다. 원료 공급 시스템(1)에서는, 제어 장치(90)가 각종 밸브의 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 2를 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 2는, 도 1의 원료 공급 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서는, 캐리어 가스, 용액(M1) 및 반응성 가스가 흐르고 있는 배관을 굵은 실선으로 나타내고, 캐리어 가스, 용액(M1) 및 반응성 가스가 흐르고 있지 않은 배관을 가는 실선으로 나타낸다. 또한, 도 2에서는, 밸브가 개방된 상태를 백색 기호로 나타내고, 밸브가 닫힌 상태를 흑색 기호로 나타낸다. 또한, 원료 공급 시스템(1)은, 초기 상태에 있어서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 모든 밸브가 폐쇄되어 있는 것으로 하고, 원료 공급 장치(30)에는 제2 고체 원료(M2)가 저류되어 있는 것으로서 설명한다.
제어 장치(90)는, 원료 공급 장치(30)의 가열부(34)를 제어하여, 용기(31) 내의 제2 고체 원료(M2)를 가열해서 승화시킴으로써 반응성 가스를 생성한다(승화 공정). 또한, 제어 장치(90)는, 밸브(V8a, V8b, V10a 내지 V10c, V12)를 개방한다. 이에 의해, 공급원(G7)으로부터 배관(L7, L8)을 통해서 원료 공급 장치(30)의 용기(31) 내에 캐리어 가스가 주입되고, 캐리어 가스와 함께 용기(31) 내에서 생성된 반응성 가스가 배관(L10, L12)을 통해서 처리 용기(51)에 공급된다. 승화 공정에서는, 후술하는 충전·건조 공정에서 용기(31)의 내측벽 및 필터(35)의 광범위에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적되어 있으므로, 제2 고체 원료(M2)의 비표면적이 크다. 이에 의해, 제2 고체 원료(M2)의 승화 속도를 높일 수 있다.
또한, 제어 장치(90)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 밸브(V1, V2, V4)를 개방한다. 이에 의해, 공급원(G1)으로부터 원료 공급원(10)에 캐리어 가스가 공급되고, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L2, L4)을 통해서 원료 공급 장치(40)에 용액(M1)이 수송된다. 원료 공급 장치(40)에 수송된 용액(M1)은, 주입부(42)로부터 용기(41) 내에 분무된다. 용기(41) 내에 분무된 용액(M1)은, 용매가 기화함으로써 제2 고체 원료(M2)로서 용기(41)의 내측벽 및 필터(45)에 퇴적된다. 이에 의해, 원료 공급 장치(40)의 용기(41) 내에 제2 고체 원료(M2)가 충전된다(충전·건조 공정).
충전·건조 공정에서는, 제어 장치(90)는, 주입부(42)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어한다.
도 4 및 도 5는, 분무 방향을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 제어 장치(90)는, 용기(31)의 내측벽의 상부에 많은 용액(M1)이 분무되는 분무 조건(도 4 참조)에서 용액(M1)을 분무하는 공정과, 용기(31)의 내측벽의 하부에 많은 용액(M1)이 분무되는 분무 조건(도 5 참조)에서 용액(M1)을 분무하는 공정을 실행한다. 이에 의해, 주입부(42)로부터 용기(41)의 내측벽 및 필터(45)의 광범위에 용액(M1)이 분무되므로, 용기(41)의 내측벽 및 필터(45)의 광범위에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적된다.
또한, 제어 장치(90)는, 밸브(V11a, V11b) 및 압력 제어 밸브(V16)를 개방한다. 이에 의해, 원료 공급 장치(40)의 용기(41) 내가 배기 장치(E2)에 의해 배기되므로, 용기(41) 내에 용액(M1)이 분무됨으로써 기화한 용매가 제거된다.
이어서, 도 3을 참조하여, 원료 공급 장치(40)에서 처리 장치(50)에의 반응성 가스의 공급을 행하고, 원료 공급 장치(30)에서 고체 원료의 충전을 행하는 경우에 대해서 설명한다. 도 3은, 도 1의 원료 공급 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는, 캐리어 가스, 용액(M1) 및 반응성 가스가 흐르고 있는 배관을 굵은 실선으로 나타내고, 캐리어 가스, 용액(M1) 및 반응성 가스가 흐르고 있지 않은 배관을 가는 실선으로 나타낸다. 또한, 도 3에서는, 밸브가 개방된 상태를 백색 기호로 나타내고, 밸브가 닫힌 상태를 흑색 기호로 나타낸다. 또한, 원료 공급 시스템(1)은, 초기 상태에 있어서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 모든 밸브가 폐쇄되어 있는 것으로 한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 원료 공급 장치(40)에는 제2 고체 원료(M2)가 저류되어 있는 것으로서 설명한다.
제어 장치(90)는, 원료 공급 장치(40)의 가열부(44)를 제어하여, 용기(41) 내의 제2 고체 원료(M2)를 가열해서 승화시킴으로써 반응성 가스를 생성한다(승화 공정). 또한, 제어 장치(90)는, 밸브(V9a, V9b, V11a 내지 V11c, V12)를 개방한다. 이에 의해, 공급원(G7)으로부터 배관(L7, L9)을 통해서 원료 공급 장치(40)의 용기(41) 내에 캐리어 가스가 주입되고, 캐리어 가스와 함께 용기(41) 내에서 생성된 반응성 가스가 배관(L11, L12)을 통해서 처리 용기(51)에 공급된다. 승화 공정에서는, 후술하는 충전·건조 공정에서 용기(41)의 내측벽 및 필터(45)의 광범위에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적되어 있으므로, 제2 고체 원료(M2)의 비표면적이 크다. 이에 의해, 제2 고체 원료(M2)의 승화 속도를 높일 수 있다.
또한, 제어 장치(90)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브(V1, V2, V3)를 개방한다. 이에 의해, 공급원(G1)으로부터 원료 공급원(10)에 캐리어 가스가 공급되고, 원료 공급원(10)으로부터 배관(L2, L3)을 통해서 원료 공급 장치(30)에 용액(M1)이 수송된다. 원료 공급 장치(30)에 수송된 용액(M1)은, 주입부(32)로부터 용기(31) 내에 분무된다. 용기(31) 내에 분무된 용액(M1)은, 용매가 기화함으로써 제2 고체 원료(M2)로서 용기(31)의 내측벽 및 필터(35)에 퇴적된다. 이에 의해, 원료 공급 장치(30)의 용기(31) 내에 제2 고체 원료(M2)가 충전된다(충전·건조 공정).
충전·건조 공정에서는, 제어 장치(90)는, 주입부(32)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어한다. 이에 의해, 주입부(32)로부터 용기(31)의 내측벽 및 필터(35)의 광범위에 용액(M1)이 분무되므로, 용기(31)의 내측벽 및 필터(35)의 광범위에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적된다.
또한, 제어 장치(90)는, 밸브(V10a, V10b) 및 압력 제어 밸브(V14)를 개방한다. 이에 의해, 원료 공급 장치(30)의 용기(31) 내가 배기 장치(E1)에 의해 배기되므로, 용기(31) 내에 용액(M1)이 분무됨으로써 기화한 용매가 제거된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시 형태에 따르면, 제어 장치(90)가 밸브의 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 향상시켜, 처리 장치(50)의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시 형태에 따르면, 제어 장치(90)는, 주입부(32, 42)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어한다. 이에 의해, 주입부(32, 42)로부터 용기(31, 41)의 내측벽 및 필터(35, 45)의 광범위에 용액(M1)이 분무되므로, 용기(31, 41)의 내측벽 및 필터(35, 45)의 광범위에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적된다. 그 결과, 제2 고체 원료(M2)의 비표면적이 커지므로, 제2 고체 원료(M2)를 승화시킬 때의 승화 속도를 높일 수 있다.
이어서, 원료 공급 장치(30)의 변형예에 대해서 설명한다. 도 6은, 변형예의 원료 공급 장치를 도시하는 도면이다.
변형예의 원료 공급 장치(30A)는, 가스 토출부(36)를 더 포함하는 점에서, 원료 공급 장치(30)와 다르다. 또한, 그 밖의 점에 대해서는 원료 공급 장치(30)와 동일하기 때문에, 이하에서는 원료 공급 장치(30)와 다른 점을 중심으로 설명한다.
원료 공급 장치(30A)는, 용기(31), 주입부(32), 배기 포트(33), 가열부(34), 필터(35) 및 가스 토출부(36)를 포함한다.
가스 토출부(36)는, 용기(31)의 천장에 마련되어 있다. 가스 토출부(36)는, 용기(31) 내에 분무되는 용액(M1)을 향해서 카운터 가스를 토출한다. 이에 의해, 카운터 가스에 의해 용기(31) 내에 분무된 용액(M1)의 분무 방향이 변화한다. 본 실시 형태에 있어서, 가스 토출부(36)는, 주입부(32)의 주위에 마련되어 있다. 카운터 가스는, 예를 들어 캐리어 가스와 동일한 가스, 예를 들어 N2, Ar 등의 불활성 가스이면 된다.
제어 장치(90)는, 가스 토출부(36)로부터 토출되는 카운터 가스의 유량 등의 조건을 조정함으로써, 주입부(32)로부터 분무되는 용액(M1)의 분무 방향을 시간적으로 변화시킨다. 이에 의해, 주입부(32)로부터 용기(31)의 내측벽 및 필터(35)의 광범위에 용액(M1)이 분무되므로, 용기(31)의 내측벽 및 필터(35)의 광범위에 제2 고체 원료(M2)가 퇴적된다. 그 결과, 제2 고체 원료(M2)의 비표면적이 커지므로, 제2 고체 원료(M2)를 승화시킬 때의 승화 속도를 높일 수 있다.
또한, 변형예에서는, 원료 공급 장치(30)의 변형예로서 원료 공급 장치(30A)에 대해서 설명했지만, 원료 공급 장치(40)의 변형예에 대해서도 동일해도 된다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 원료 공급 시스템(1)이 병렬로 마련된 2개의 원료 공급 장치(30, 40)를 갖는 경우를 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 원료 공급 장치는, 1개이어도 되고, 3개 이상이 병렬로 마련되어 있어도 된다. 단, 용액(M1)의 충전에 수반하는 다운 타임을 없앤다는 관점에서, 원료 공급 장치는 2개 이상인 것이 바람직하다.
상기 실시 형태에서는, 용액(M1)으로부터 용매를 제거함으로써 형성되는 제2 고체 원료(M2)를 승화시켜서 반응성 가스를 생성하고, 생성한 반응성 가스를 사용해서 처리 장치(50)에서 성막을 행하는 시스템을 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 용액(M1) 대신에, 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 슬러리(slurry), 제1 고체 원료를 분산매에 분산시킨 콜로이드 용액(colloidal solution) 등의 분산계(dispersion)를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 콜로이드 용액을 사용함으로써, 용액(M1)이나 슬러리를 사용하는 것보다도 고농도의 전구체를 충전할 수 있다. 분산계(dispersion)는, 하위 개념으로서 슬러리(slurry)와 콜로이드(colloid)를 포함한다. 슬러리는, 현탁액(suspension)이라고도 칭해진다. 콜로이드(colloid)는 하위 개념으로서 콜로이드 용액(colloidal solution)을 포함한다. 콜로이드 용액은, 졸(sol)이라고도 칭해진다.
본 국제 출원은, 2020년 9월 14일에 출원한 일본 특허 출원 제2020-154136호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 당해 출원의 전체 내용을 본 국제 출원에 원용한다.
30, 40: 원료 공급 장치
31, 41: 용기
31a, 41a: 제1 영역
31b, 41b: 제2 영역
32, 42: 주입부
35, 45: 필터
36: 가스 토출부
90: 제어 장치
50: 처리 장치
E1, E2: 배기 장치

Claims (16)

  1. 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 저류하는 용기와,
    상기 용액 또는 상기 분산계를 분무해서 상기 용기 내에 주입하는 주입부와,
    상기 주입부로부터 분무되는 상기 용액 또는 상기 분산계의 분무 방향을 시간적으로 변화시키도록 분무 조건을 제어하는 제어부
    를 갖는 원료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 분무 조건을 연속적으로 변화시키는, 원료 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 분무 조건을 스텝상으로 변화시키는, 원료 공급 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무 조건은, 분무 압력을 포함하는, 원료 공급 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무 조건은, 상기 용기 내의 압력을 포함하는, 원료 공급 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무 조건은, 상기 용기 내의 온도를 포함하는, 원료 공급 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기 내에 분무되는 상기 용액 또는 상기 분산계를 향해서 가스를 토출하는 가스 토출부를 더 갖는, 원료 공급 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기 내를 배기하는 배기 포트와,
    상기 용기 내를, 상기 주입부를 포함하는 제1 영역과 상기 배기 포트를 포함하는 제2 영역으로 구획하는 필터
    를 더 갖는, 원료 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필터는, 상기 용기 내에 대략 수평하게 마련되어 있는, 원료 공급 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 필터는, 다공성 재료에 의해 형성되어 있는, 원료 공급 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 제1 영역보다도 하방에 위치하는, 원료 공급 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입부는, 상기 용액 또는 상기 분산계가 상기 필터에 도달하기 전에 상기 용매 또는 상기 분산매를 기화시키는, 원료 공급 장치.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트는, 처리 장치에 접속되어 있는, 원료 공급 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트는, 상기 용기 내를 배기하는 배기 장치에 접속되어 있는, 원료 공급 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산계는, 슬러리 또는 콜로이드 용액인, 원료 공급 장치.
  16. 용기 내에 고체 원료를 용매에 용해한 용액 또는 고체 원료를 분산매에 분산시킨 분산계를 분무함으로써, 상기 용액 또는 상기 분산계로부터 상기 용매 또는 상기 분산매를 기화시켜서 제거하는 공정을 갖고,
    상기 제거하는 공정에서, 상기 용액 또는 상기 분산계의 분무 방향을 시간적으로 변화시키는,
    원료 공급 방법.
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