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公開番号2024027372
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022130120
出願日2022-08-17
発明の名称混合ガス供給装置
出願人大陽日酸株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類C23C 16/448 20060101AFI20240222BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】成膜材料ガスを含む混合ガスを安全かつ安定的に供給可能な混合ガス供給装置を提供する。
【解決手段】成膜材料Sのガスを少なくとも1種以上含む混合ガスを、混合ガス中の成膜材料Sの濃度を調整して供給する混合ガス供給装置であって、成膜材料Sを収容する原料容器2と、原料容器2を加熱する第1加熱器3と、原料容器2にキャリアガスを導入するキャリアガス導入経路L1と、原料容器2から混合ガスを導出する混合ガス導出経路L2と、混合ガス導出経路L2を加熱する第2加熱器6と、混合ガス導出経路L2に位置し、原料容器2の圧力を調節する圧力調節装置8と、圧力調節装置8の一次側又は二次側の混合ガス導出経路L2に位置し、混合ガスの濃度又は流量を計測する混合ガス計測装置9と、混合ガス導出経路L2に位置する1以上のバッファータンク10とを備える、混合ガス供給装置1を選択する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
成膜材料のガスを少なくとも１種以上含む混合ガスを、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を調整して供給する混合ガス供給装置であって、
前記成膜材料を収容する原料容器と、
前記原料容器を加熱する第１加熱器と、
前記原料容器にキャリアガスを導入するキャリアガス導入経路と、
前記原料容器から前記混合ガスを導出する混合ガス導出経路と、
前記混合ガス導出経路を加熱する第２加熱器と、
前記混合ガス導出経路に位置し、前記原料容器の圧力を調節する圧力調節装置と、
前記圧力調節装置の一次側又は二次側の前記混合ガス導出経路に位置し、前記混合ガスの濃度又は流量を計測する混合ガス計測装置と、
前記混合ガス導出経路に位置する１以上のバッファータンクと、を備える、混合ガス供給装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記バッファータンクは、前記混合ガス計測装置の二次側に位置する第１バッファータンクを含む、請求項１に記載の混合ガス供給装置。
【請求項３】
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を設定値に調整する混合ガス濃度調節装置をさらに備え、
前記混合ガス濃度調節装置は、前記混合ガス計測装置により得られた前記混合ガスの濃度の計測値と、前記混合ガス濃度調節装置に設定された前記設定値との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記計測値が前記設定値となるように前記圧力調節装置の圧力設定値を更新する機能を有する、請求項２に記載の混合ガス供給装置。
【請求項４】
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を設定値に調整する混合ガス濃度調節装置と、
前記キャリアガス導入経路に位置するキャリアガス流量制御装置と、
前記キャリアガス流量制御装置に設定された前記キャリアガスの流量の設定値と、前記混合ガス計測装置によって計測された前記混合ガスの流量の計測値とに基づいて、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を演算して算出する混合ガス濃度演算装置と、をさらに備え、
前記混合ガス濃度調節装置は、前記混合ガス濃度演算装置により得られた前記混合ガスの濃度の算出値と、前記混合ガス濃度調節装置に設定された前記設定値との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記算出値が前記設定値となるように前記圧力調節装置の圧力設定値を更新する機能を有する、請求項２に記載の混合ガス供給装置。
【請求項５】
前記バッファータンクは、前記圧力調節装置と前記混合ガス計測装置との間に位置する第２バッファータンクを含む、請求項３又は４に記載の混合ガス供給装置。
【請求項６】
前記第１加熱器の出力を調節する第１加熱器調節装置と、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を設定値に調整する混合ガス濃度調節装置と、
前記キャリアガス導入経路に位置するキャリアガス流量制御装置と、
前記キャリアガス流量制御装置に設定された前記キャリアガスの流量の設定値と、前記混合ガス計測装置によって計測された前記混合ガスの流量の計測値とに基づいて、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を演算して算出する混合ガス濃度演算装置と、をさらに備え、
前記混合ガス濃度調節装置は、前記混合ガス計測装置により得られた前記混合ガスの濃度の計測値、又は前記混合ガス濃度演算装置により得られた前記混合ガスの濃度の算出値と、前記混合ガス濃度調節装置に設定された前記設定値との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記計測値又は前記算出値が前記設定値となるように第１加熱器調節装置の出力の設定値を更新する機能を有する、請求項１に記載の混合ガス供給装置。
【請求項７】
前記キャリアガス導入経路に位置するキャリアガス流量制御装置と、
前記第１バッファータンク内の圧力を測定する圧力計と、
前記キャリアガス流量制御装置、及び前記混合ガス導出経路に位置する１以上の開閉弁を制御する供給制御装置と、をさらに備え、
前記供給制御装置は、前記圧力計の測定値に基づいて、前記キャリアガス流量制御装置の制御し、前記１以上の前記開閉弁の開度をそれぞれ制御する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の混合ガス供給装置。
【請求項８】
前記第１バッファータンクの二次側の前記混合ガス導出経路に位置する混合ガス流量制御装置をさらに備える、請求項２に記載の混合ガス供給装置。
【請求項９】
前記第１バッファータンクの二次側の前記混合ガス導出経路に位置する混合ガス流量制御装置をさらに備える、請求項７に記載の混合ガス供給装置。
【請求項１０】
前記成膜材料は、金属含有化合物、窒素含有化合物、炭素含有化合物、及び酸素含有化合物からなる群から選択される１種以上の化合物である、請求項１に記載の混合ガス供給装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合ガス供給装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスなどにおいて、金属薄膜、金属酸化膜、金属窒化膜は多くの工程で用いられている。例えば、金属窒化膜は、物理的、化学的、電気的及び機械的特性に起因して、多くの用途に幅広く用いられている。シリコン窒化膜（ＳｉＮ）は、トランジスタを形成する際、ゲート絶縁膜やサイドウォールスペーサー等に用いられている。また、チタン窒化膜（ＴｉＮ）、タンタル窒化膜（ＴａＮ）、及び窒化タングステン膜（ＷＮ）は、集積回路の配線のバリア膜などに用いられている。
【０００３】
特に近年では、先端ロジックにおけるＦｉｎ－ＦＥＴ（Fin Field-Effect Transistor）などの３次元トランジスタ構造の微細化や、３Ｄ－ＮＡＮＤの高集積化が一段と進み、集積回路の水平寸法、垂直寸法が縮小し続ける中で、サブｎｍオーダーの膜厚制御、ならびに良好なカバレッジ特性を有する薄膜形成技術が求められている。
【０００４】
一般的に、化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）や原子層体積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）などにより薄膜を形成するためには、金属含有化合物、窒素含有化合物、酸化含有化合物、炭素含有化合物などの成膜材料をガス化させて供給する必要がある。しかしながら、成膜材料は低蒸気圧であることが多いため、気化した後に成膜反応炉に供給する必要がある。
【０００５】
成膜材料を成膜反応炉に供給する方法として、特許文献１や特許文献２には、原料容器内をキャリアガスで通気し、バブリングすることで成膜材料の蒸気（成膜材料ガス）とキャリアガスとの混合ガスを供給する技術が開示されている。バブリング供給の場合、成膜材料の温度、及び原料容器内の圧力を一定に保ち、キャリアガス流量を制御することで、成膜材料ガスとキャリアガスとの混合ガスを安定した濃度で供給できる。
【０００６】
また、特許文献３には、容器内に充填された液体材料に浸る配管（ディップチューブ）と加圧用ガス配管とが設置されており、加圧用ガス配管への加圧用ガスの導入により容器内の液面が加圧され、液体材料がディップチューブを介して消費設備に供給される技術が開示されている。なお、特許文献３の場合、一般的に液体材料が供給された後は気化器などにより液体材料を気化させることで、成膜反応炉に安定した流量で供給できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特表２００５－５２２８６９号公報
特開２０１５－１１９０４５号公報
特開２０１１－０２５１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、成膜材料の温度、及び原料容器内の圧力を一定に保ち、キャリアガス流量を制御しても、混合ガスの供給直後において成膜材料ガスの濃度が変動し、均一な濃度（設定濃度）とならない課題がある。また、混合ガスの供給中、原料容器内において気化熱に伴う成膜材料の蒸気圧低下（成膜材料温度の低下）が生じ、混合ガス中の成膜材料ガス濃度が減少（変動）するという課題がある。
【０００９】
なお、上述した蒸気圧変化による混合ガス中の成膜材料ガスの濃度変動については、原料容器内の圧力を制御する方法がある。しかしながら、原料容器内の圧力を変化させると混合ガス流量が変動し、成膜材料ガスの供給量（絶対量）が変動するおそれがある。
【００１０】
また、特許文献３に開示された技術では、気化器により混合ガスの流量制御ができるため、混合ガスの濃度を一定にできるメリットがあるが、配管の継手部から液体材料が漏洩するおそれがある。液体材料が禁水性、高反応性、毒性などを有する場合、たとえ少量であったとしても、安全性に課題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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