JP2021001383A - 前駆体供給容器 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、前駆体材料としては、バリア層、高誘電率/低誘電率絶縁膜、金属電極膜、相互接続層、強誘電性層、窒化珪素層又は酸化珪素層用の構成成分が挙げられ得る。加えて、化合物半導体用のドーパントとして働く構成成分や、エッチング材料が挙げられ得る。例示的な前駆体材料としては、アルミニウム、バリウム、ビスマス、クロム、コバルト、銅、金、ハフニウム、インジウム、イリジウム、鉄、ランタン、鉛、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、ニオブ、白金、ルテニウム、銀、ストロンチウム、タンタル、チタン、タングステン、イットリウム及びジルコニウムの無機化合物及び有機金属化合物が挙げられる。
これらの前駆体の多くは常温で液体または固体である。前駆体は容器に貯留され、容器を取り付けた供給装置によって半導体製造装置に供給される。前駆体が液体である場合には、容器を加温して気化させたり、キャリアガスによるバブリングを行ってキャリアガス中に蒸気を同伴させたりすることにより、気体状態で半導体製造装置に供給される。前駆体が固体である場合には、昇華させたり、加温して液化させた後に液体材料と同様の供給方法により、気体状態で半導体製造装置に供給される。
前駆体の容器としては種々の構成のものが提案されており、例えば特許文献1および特許文献2では、キャリアガス導入弁、浸漬チューブ、および前駆体導出弁を備える容器が開示されている。
ところで、均一な膜を成膜するためには、前駆体の蒸気を一定の濃度、一定の流量で半導体製造装置に供給する必要がある。蒸気の濃度や流量は、前駆体が気化する(または昇華する)容器内の圧力に依存するため、圧力を一定に維持するように制御しなければならない。
しかし、前駆体の凝縮やパーティクルの発生等によるバルブの閉塞やフィルターの目詰まりが発生すると、容器内の圧力は上昇する。キャリアガスに同伴させて前駆体の蒸気を供給する場合では、温度が一定の場合において容器内の圧力(全圧)が上昇すると、前駆体の蒸気の濃度が低下する。一定温度における前駆体の分圧は一定であるため、全圧の上昇に伴ってキャリアガスの分圧が上昇することから、前駆体の蒸気の濃度が低下してしまう。
一方、前駆体の残量が低下したり、前駆体の気化熱等に対して容器への入熱が不足した場合には、容器内の圧力は低下する。圧力が低下すると、前駆体の供給ライン内における差圧が低くなり、流量も低下してしまう。
そこで、容器内の温度および圧力等の情報に基づいて、一定の濃度の前駆体の蒸気を供給するための制御が、前駆体供給装置によって行われている。
ここで、容器内部の圧力を検知する圧力センサーは供給装置側に取り付けられることが通常である。供給装置側に取り付けられていれば、供給装置に備わるパージガス供給機構や減圧機構を利用して圧力センサー部分のパージを行うことができ、パージ後には圧力センサーの取り外しや交換を実施できるためである。
従来の、前駆体供給装置側に圧力センサーを配置する方法では、容器から圧力センサーまでの距離が長く、その間にバルブも複数配置される。また、容器の出口側にはフィルターが配置されることが多い。系内の圧力が低いと、流通するガス(キャリアガスや、前駆体の蒸気である)の流速が上昇することから、ガスの流通経路におけるコンダクタンスの影響が大きくなり、圧力損失が増大する。このため、近年使用されるようになってきた低蒸気圧の前駆体では、容器から圧力センサーまでの間で圧力損失が生じ、容器内の圧力が正確に測定できないという問題が生じることが分かった。
しかし、容器に直接的に圧力センサーを取り付けることも困難である。容器内の前駆体は大気や水分と反応して変質・腐食・発熱・発火等をおこすことが多い。ところが、容器側に圧力計を取り付ける場合には、圧力計を容器に接続するための接続部をパージすることができず、容器内に前駆体が残留する状態では圧力計の取り外しや交換ができないためである。
前記前駆体を貯留する貯留部と、
前記貯留部にキャリアガスを導入するキャリアガス導入ラインと、
前記キャリアガス導入ライン上に配置される第一キャリアガス導入弁と、
前記キャリアガス導入ライン上の、前記第一キャリアガス導入弁の一次側に配置される、入口側継手と、
前記貯留部から前記前駆体の蒸気を導出する前駆体導出ラインと、
前記前駆体導出ライン上に配置される第一前駆体導出弁と、
前記前駆体導出ライン上の、前記第一前駆体導出弁の二次側に配置される出口側継手と、を有する。
前記第一前駆体導出弁と前記出口側継手との間、および、前記第一キャリアガス導入弁と前記入口側継手との間の少なくとも一方に容器圧力測定部が設けられる。
前記前駆体容器は、前記入口側継手および前記出口側継手において、前駆体供給装置に着脱可能に取り付けられる。
前記第一前駆体導出弁と前記出口側継手との間に第二前駆体導出弁が配置され、
前記容器圧力測定部は、前記第一キャリアガス導入弁と前記第二キャリアガス導入弁との間、または、前記第一前駆体導出弁と前記第二前駆体導出弁との間に配置される構成としてもよい。
(実施形態1)
図1に示す本発明に係る前駆体容器101は、前駆体を貯留する貯留部10と、貯留部10にキャリアガスを導入するキャリアガス導入ライン11と、キャリアガス導入ライン11上に配置される第一キャリアガス導入弁21と、キャリアガス導入ライン11上の、第一キャリアガス導入弁21の一次側に配置される、入口側継手12と、貯留部10から前駆体の蒸気を導出する前駆体導出ライン13と、前駆体導出ライン13上に配置される第一前駆体導出弁31と、前駆体導出ライン13上の、第一前駆体導出弁31の二次側に配置される出口側継手14と、を有する。
貯留部10の形状は特に限定されず、例えば中空円筒形であってもよく、内部にトレー構造や突起構造を有する円筒形であってもよい。
キャリアガス導入ライン11は貯留部10に挿入されていればよく、その貯留部内部側の端部は貯留部の上部に開口していてもよい。また、図1に示すようにキャリアガス導入ラインが貯留部の底面近くまで延伸されており、端部が貯留部の下部に開口していてもよい。
なお、キャリアガスを使用しないことも可能である。
前駆体導出ライン13には、貯留部10から前駆体供給装置への前駆体蒸気の流通を停止したり開始したりするための第一前駆体導出弁31が配置される。
第一前駆体導出弁31の二次側には、出口側継手14が配置される。出口側継手14は、前駆体容器101と前駆体供給装置とを接続する部分である。
容器圧力測定部41は、第一前駆体導出弁31と前記出口側継手14との間に配置される。必要に応じて、第一キャリアガス導入弁21と入口側継手12との間にも圧力測定部をさらに配置してもよい。
なお、図1中42で示す構成は、容器圧力測定部41を着脱可能とするための継手である。
前駆体容器101は、オフサイトで前駆体が充てんされた後に前駆体供給装置に取り付けられる。このとき、第一キャリアガス導入弁21と前駆体導出弁31は閉弁しており、入口側継手12と、出口側継手14において、前駆体供給装置に取り付けられる。取り付け後には、第一キャリアガス導入弁21の一次側と前駆体導出弁31の二次側がパージされ、その後に第一キャリアガス導入弁21と前駆体導出弁31を開弁することにより前駆体蒸気の供給が開始される。
前駆体容器101内の前駆体残量が低下した場合には、第一キャリアガス導入弁21と前駆体導出弁31は閉弁され、第一キャリアガス導入弁21の一次側と前駆体導出弁31の二次側がパージされる。その後、入口側継手12と出口側継手14を外し、前駆体供給装置から前駆体容器101を取り外す。
本発明の前駆体容器101では、容器圧力測定部41が、第一前駆体導出弁31と前記出口側継手14との間に配置される。このため、第一前駆体導出弁31を閉弁することで、容器圧力測定部41と貯留部10の前駆体とは隔離される。したがって、前駆体容器101の取り付け時および取り外し時のいずれも、貯留部10に前駆体が残留した状態で容器圧力測定部41をパージすることができる。
蒸気が低い液体の前駆体としては、特に限定されず、例えばテトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム、テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム等が挙げられる。
蒸気圧が低い固体の前駆体としては、特に限定されず、例えば塩化モリブデン、塩化タングステン、塩化アルミニウム等が挙げられる。
蒸気圧が低い前駆体を所定の濃度以上の濃度の蒸気として供給する場合には、貯留部10内の圧力は低くなる。すると前駆体蒸気の流速は上昇することとなり、上記の流通経路における圧力損失の影響を受けやすくなる。
本発明の前駆体容器101では、容器圧力測定部41が弁(第一キャリアガス導入弁21または第一前駆体導出弁31)の近傍に配置されるため、貯留部10から圧力測定部41までの距離が近く、圧力損失の影響を低減させ、より正確な圧力の測定が可能となる。
貯留部10から圧力測定部41までの距離は、配管径、バルブの仕様、前駆体の蒸気圧等に応じて定めることができる。例えば貯留部10の前駆体を収容する空間の最上部から、圧力測定部41までの距離は、前駆体を収容する空間の高さの30%以下とすることができ、15%以下であることが好ましい。圧力測定部までの距離は、配管径が細くなるほど、また、前駆体の蒸気圧が低くなるほど、短くすることが好ましい。
同様に圧力損失の観点からは、前駆体導出ライン13の配管径は太い方が好ましく、例えば1/4インチであってもよいが、1/2インチがより好ましい。
図2に実施形態2に係る前駆体容器102を示す。図2の前駆体容器102では、容器圧力測定部41は、キャリアガス導入ライン11上であって、第一キャリアガス導入弁21と、入口側継手12との間に配置される。
図1に示す前駆体容器101の場合と同様に、前駆体が貯留部10に残留している状態であっても、第一キャリアガス導入弁21を閉弁することにより、容器圧力測定部41のパージを行うことが可能である。また、容器圧力測定部41は貯留部10の近傍に配置されるため、より正確に貯留部10の圧力を測定することが可能である。
同様に圧力損失の観点からは、キャリアガス導入ライン11の配管径は太い方が好ましく、例えば1/4インチであってもよいが、1/2インチがより好ましい。
実施形態3として、容器圧力測定部41と、前駆体導出ライン13またはキャリアガス導入ライン12との間には仕切弁51を設けることができる。図3は、これらの実施形態の内、容器圧力測定部41と、キャリアガス導入ライン12との間に仕切弁51を設けた状態を示す。
図4に示す実施形態4の前駆体容器104は、キャリアガス導入ライン11のうち第一キャリアガス導入弁21から入口側継手12までの間と、前駆体導出ライン13のうち第一前駆体導出弁31と出口側継手14までの間とを結ぶバイパスライン61を有する。
図5に示す実施形態5の前駆体容器105は、第一キャリアガス導入弁21と入口側継手12との間に第二キャリアガス導入弁22を有し、第一前駆体導出弁31と出口側継手14との間に第二前駆体導出弁32を有する。容器圧力測定部41は、第一キャリアガス導入弁21と第二キャリアガス導入弁22との間に配置されてもよいが、図5に示すように、第一前駆体導出弁31と第二前駆体導出弁32との間に配置されていてもよい。
第二キャリアガス導入弁22および第二前駆体導出弁32は、前駆体容器105を前駆体供給装置から取り外した状態において、容器圧力測定部41を周辺環境(大気)に露出しないために設けられる。容器圧力測定部41よりも貯留部10から離れた位置に弁を配置し、この弁を閉弁した状態で前駆体容器105を供給装置から取り外すことができるためである。
たとえば、第一前駆体導出弁31と第二前駆体導出弁32との間に圧力測定部41が配置される場合、容器圧力測定部41を取り付けたのちに、第一前駆体導出弁31を閉弁した状態で、第二前駆体導出弁32からパージガスの導入及びパージガスの真空除去を実施することができる。圧力測定部41には水分等が吸着して、前駆体の蒸気を供給する際に不純物を発生させる原因となることがある。しかしこのようにあらかじめ容器圧力測定部41を取り付けたのちにパージすれば、前駆体容器105を前駆体供給装置に取り付ける前に十分清浄な状態とすることが可能となる。
さらに、バイパスライン61を有する場合には、第一キャリアガス導入弁21、第一前駆体導出弁31、第二前駆体導出弁32、第二キャリアガス導入弁22で囲まれたバイパスライン61近傍をパージすることが可能となる。
また、この間にフィルターが配置されると圧力損失を生じ、供給中に前駆体が凝縮したりパーティクルが付着することによりさらに圧力損失が増大するする恐れがある。このため貯留部10と容器圧力測定部41との間にはフィルターは配置しないことがより好ましい。
図6に示す実施形態6は、実施形態5の前駆体容器105に加温機構70を導入した供給システムである。前駆体を使用する条件に応じて、所望の容器内圧力を定め、容器圧力測定部41において検出される圧力が所望の容器内圧力となるように、前駆体を加温する加温機構71を制御する。ここで加温機構は貯留部10に貯留される前駆体を加温することができるものであれば特に限定されず、例えば図6に示すように前駆体容器105を外部から加温するヒーターであってもよい。当該ヒーターに代えて、または当該ヒーターに追加して前駆体を貯留部10の内部から加温する内部ヒーター、前駆体容器105全体を収納する恒温槽、貯留部10に導入されるキャリアガスを加温するヒーター等を使用することもできる。
図7に示す実施形態7に係る供給システムは、実施形態5に示す前駆体容器105が前駆体供給装置80に接続され、出口側継手14との接続部(図7中に81で示す継手である)の二次側に装置側圧力測定部82が配置されている。差圧検出部84は、装置側圧力測定部82において検出された圧力と、容器圧力測定部41において検出された圧力との差圧を検出する。
容器圧力測定部41と装置側圧力測定部82との間に閉塞が生じた場合には、差圧が増大する。閉塞の要因としては、弁または配管の内部における前駆体の凝縮、変質、パーティクルの発生などが考えられることから、前駆体が安定的に供給できなくなるおそれや、これらの構成部材のメンテナンスや交換が必要となる恐れがある。したがって、所定の値以上に差圧が増大した場合には、警報を発するように設定してもよい。
図8に示す実施形態8にかかる供給システムは、実施形態7の供給システムにフィルター90が配置される構成である。フィルター90は、前駆体供給装置80側の配管に、前駆体に起因するパーティクル等が導出されることによってバルブの出流れ等の不具合を発生させる現象を防ぐ目的で、前駆体供給装置80の側に配置されることが多い。フィルター90に目詰まりが発生すると、前駆体容器105において正常に導出された前駆体の蒸気が、安定的に前駆体供給装置80に到達できなくなる。そこで、差圧検出部84において容器圧力測定部41と装置側圧力測定部82との間の差圧を検出し、差圧が所定の値以上に増大した場合には、フィルター90に目詰まりが発生したと判定することにより目詰まりを監視する監視部85を配置している。フィルター90に目詰まりが発生したと認定するための所定の差圧は、フィルターの仕様や固体材料の性質に応じて任意に定めることができる。監視部85では、前述の任意の差圧に到達したか否かにより目詰まりの有無を判定することに加え、目詰まりが発生した場合に警報を発する機能を備えることもできる。
10. 貯留部
11. キャリアガス導入ライン
12. 入口側継手
13. 前駆体導出ライン
14. 出口側継手
21. 第一キャリアガス導入弁
22. 第二キャリアガス導入弁
31. 第一前駆体導出弁
32. 第二前駆体導出弁
41. 容器圧力測定部
51. 仕切弁
61.バイパスライン
62.分離弁
70. 加温機構
71. 温度制御部
82. 装置側圧力測定部
Claims (11)
- 前記前駆体を貯留する貯留部と、
前記貯留部にキャリアガスを導入するキャリアガス導入ラインと、
前記キャリアガス導入ライン上に配置される第一キャリアガス導入弁と、
前記キャリアガス導入ライン上の、前記第一キャリアガス導入弁の一次側に配置される、入口側継手と、
前記貯留部から前記前駆体の蒸気を導出する前駆体導出ラインと、
前記前駆体導出ライン上に配置される第一前駆体導出弁と、
前記前駆体導出ライン上の、前記第一前駆体導出弁の二次側に配置される出口側継手と、を有し、
前記第一前駆体導出弁と前記出口側継手との間、および、前記第一キャリアガス導入弁と前記入口側継手との間の少なくとも一方に容器圧力測定部が設けられ、
前記入口側継手および前記出口側継手において前駆体供給装置に着脱可能に取り付けられる、前駆体容器。 - 前記容器圧力測定部と、前記前駆体導出ラインまたは前記キャリアガス導入ラインとの間に仕切弁を有する、請求項1に記載の前駆体容器。
- 前記第一キャリアガス導入弁から前記入口側継手までのラインと、前記第一前駆体導出弁と前記出口側継手までのラインとを結ぶバイパスラインと、
前記バイパスラインに配置される分離弁と、を有する、請求項1または請求項2に記載の前駆体容器。 - 前記第一キャリアガス導入弁と前記入口側継手との間に第二キャリアガス導入弁が配置され、
前記第一前駆体導出弁と前記出口側継手との間に第二前駆体導出弁が配置され、
前記容器圧力測定部は、前記第一キャリアガス導入弁と前記第二キャリアガス導入弁との間、または、前記第一前駆体導出弁と前記第二前駆体導出弁との間に配置される、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の前駆体容器。 - 前記容器圧力測定部が前記前駆体導出ラインに配置される場合に、前記第一前駆体導出弁のCV値は0.4以上である、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の前駆体容器。
- 前記容器圧力測定部が前記キャリアガス導入ラインに配置される場合に、前記第一キャリアガス導入弁のCV値は0.4以上である、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の前駆体容器。
- 前記貯留部から前記容器圧力測定部までの間の前記前駆体導出ラインは、フィルターを有しないことを特徴とする、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の前駆体容器。
- 前記容器圧力測定部における圧力が、あらかじめ定められた範囲となるように、前記前駆体を加温する加温機構を制御する、温度制御部を有する供給システム。
- 前記加温機構は、前記前駆体容器を加温する容器加温部および/または前記キャリアガスを加温するガス加温部の温度を制御する、請求項8に記載の供給システム。
- 前記前駆体供給装置において、前記出口側継手との接続部の二次側に装置側圧力測定部が配置され、
前記装置側圧力測定部における圧力と、前記容器圧力測定部における圧力との差を検出する差圧検出部を有する、請求項8または請求項9に記載の供給システム。 - 前記前駆体供給装置において、前記接続部と前記装置側圧力測定部との間にフィルターが配置され、
前記差圧検出部において検出される差圧に基づいて、前記フィルターの目詰まりを監視する監視部を有する、請求項10に記載の供給システム
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