特開 2023-87236 気化装置、基板処理システム及び気化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023087236

(43)【公開日】2023-06-23

(54)【発明の名称】気化装置、基板処理システム及び気化方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/448 20060101AFI20230616BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230616BHJP

【ＦＩ】

C23C16/448

H01L21/31 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021201509

(22)【出願日】2021-12-13

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】綾井 裕太

(72)【発明者】

【氏名】岡部 庸之

(72)【発明者】

【氏名】進藤 侑也

(72)【発明者】

【氏名】平尾 圭志

(72)【発明者】

【氏名】徳田 伊知郎

(72)【発明者】

【氏名】中川 瑞貴

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030EA01

4K030JA10

4K030JA16

4K030KA25

4K030KA39

4K030KA41

4K030KA45

5F045DP03

5F045EE02

5F045EE07

5F045GB05

5F045GB06

(57)【要約】

【課題】気化装置内に貯留される液体の温度を高い精度で監視できる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様による気化装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、液体原料を貯留するトレイと、前記トレイの底壁に埋め込まれる温度センサと、前記液体原料を加熱するヒータと、を有する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体内に設けられ、液体原料を貯留するトレイと、
前記トレイの底壁に埋め込まれる温度センサと、
前記液体原料を加熱するヒータと、
を有する、気化装置。

【請求項2】

前記トレイは、前記温度センサが埋め込まれるセンサ穴を有し、
前記センサ穴は、前記筐体の外部と連通し、かつ前記筐体の内部と連通しない、
請求項１に記載の気化装置。

【請求項3】

前記センサ穴は、水平方向に延在する、
請求項２に記載の気化装置。

【請求項4】

前記ヒータは、前記トレイの前記底壁に埋め込まれる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気化装置。

【請求項5】

前記トレイは、前記ヒータが埋め込まれるヒータ穴を有し、
前記ヒータ穴は、前記筐体の外部と連通し、かつ前記筐体の内部と連通しない、
請求項４に記載の気化装置。

【請求項6】

前記ヒータ穴は、水平方向に延在する、
請求項５に記載の気化装置。

【請求項7】

前記トレイは、多段に設けられており、
多段に設けられた前記トレイの上段から下段に向けて前記液体原料が流入する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気化装置。

【請求項8】

前記温度センサの検出値に基づいて前記ヒータを制御する制御装置を有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の気化装置。

【請求項9】

液体原料供給源と、
前記液体原料供給源から供給される液体原料を気化させて原料ガスを生成する気化装置と、
基板を収容し、前記気化装置で生成された前記原料ガスにより前記基板に処理が施される処理容器と、
を備え、
前記気化装置は、
筐体と、
前記筐体内に設けられ、前記液体原料を貯留するトレイと、
前記トレイの底壁に埋め込まれる温度センサと、
前記液体原料を加熱するヒータと、
を有する、
基板処理システム。

【請求項10】

筐体内に設けられたトレイに液体原料を供給することと、
前記トレイの底壁に埋め込まれた温度センサの検出値に基づいて前記液体原料の温度を調整し、前記液体原料を気化させることと、
を有する、気化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、気化装置、基板処理システム及び気化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のトレイに貯蔵された液体前駆体を気化させて、プロセスチャンバに気化前駆体を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１１０８３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、気化装置内に貯留される液体の温度を高い精度で監視できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による気化装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、液体原料を貯留するトレイと、前記トレイの底壁に埋め込まれる温度センサと、前記液体原料を加熱するヒータと、を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、気化装置内に貯留される液体の温度を高い精度で監視できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る基板処理システムを示す概略図

【図2】実施形態の第２構成例に係る気化装置を示す左側面図

【図3】実施形態の第２構成例に係る気化装置を示す正面図

【図4】実施形態の第２構成例に係る気化装置を示す右側面図

【図5】図２の１Ａ－１Ａ矢視断面図

【図6】図２の１Ｂ－１Ｂ矢視断面図

【図7】図３の１Ｃ－１Ｃ矢視断面図

【図8】図４の１Ｄ－１Ｄ矢視断面図

【図9】実施形態の第１構成例に係る気化装置を示す左側面図

【図10】実施形態の第１構成例に係る気化装置を示す正面図

【図11】実施形態の第１構成例に係る気化装置を示す右側面図

【図12】図９の２Ａ－２Ａ矢視断面図

【図13】図９の２Ｂ－２Ｂ矢視断面図

【図14】図１０の２Ｃ－２Ｃ矢視断面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

【0009】

〔基板処理システム〕
図１を参照し、実施形態に係る基板処理システム１について説明する。

【0010】

基板処理システム１は、液体原料供給源２と、液体原料気化供給装置３と、処理容器４と、を備える。基板処理システム１は、液体原料供給源２から供給された液体原料（液体プリカーサ）を液体原料気化供給装置３に供給する。基板処理システム１は、液体原料気化供給装置３で液体原料を気化させて気化した原料ガスを処理容器４に供給することにより、処理容器４内の載置台５に載置された基板Ｗに所望の処理（例えば、成膜処理）を施す。

【0011】

液体原料供給源２は、液体原料を貯留し、液体原料気化供給装置３に液体原料を供給する。

【0012】

液体原料気化供給装置３は、液体原料供給源２から供給された液体原料を気化させて気化した原料ガスを貯留する。液体原料気化供給装置３は、貯留した原料ガスを処理容器４に供給する。液体原料気化供給装置３は、液体供給弁１０、気化装置２０、ガス流量調整装置３０及び制御装置４０を備える。

【0013】

液体供給弁１０は、例えば開閉弁であって、液体原料供給源２から液体原料気化供給装置３に液体原料を供給する供給路に設けられている。液体供給弁１０の開閉は、制御装置４０によって制御される。

【0014】

気化装置２０は、液体原料を気化させて原料ガスを生成し、生成した原料ガスを処理容器４に供給する。気化装置２０の構成については後述する。

【0015】

ガス流量調整装置３０は、圧力センサ３１、流量センサ３２及び流量制御弁３３を備える。

【0016】

圧力センサ３１は、原料ガスの圧力を検出する。圧力センサ３１は、気化装置２０から処理容器４に原料ガスを供給する供給路に設けられている。圧力センサ３１で検出した原料ガスの圧力は、制御装置４０に出力される。

【0017】

流量センサ３２は、原料ガスの流量を検出する。流量センサ３２は、気化装置２０から処理容器４に原料ガスを供給する供給路に設けられている。流量センサ３２で検出した原料ガスの流量は、制御装置４０に出力される。

【0018】

流量制御弁３３は、気化装置２０から処理容器４に原料ガスを供給する供給路に設けられ、気化装置２０から処理容器４に供給する原料ガスの流量を制御する。流量制御弁３３の開度（流量）は、制御装置４０によって制御される。

【0019】

制御装置４０は、圧力センサ３１で検出した原料ガスの圧力に基づいて、液体供給弁１０の開閉を制御する。制御装置４０は、流量センサ３２で検出した原料ガスの流量に基づいて、流量制御弁３３の開閉を制御する。

【0020】

〔気化装置〕
図２～図８を参照し、実施形態の第１構成例に係る気化装置２０について説明する。

【0021】

気化装置２０は、筐体２１、複数のトレイ２２ａ～２２ｄ、複数の温度センサ２３ａ～２３ｄ及び複数のヒータ２４ａ～２４ｄを有する。

【0022】

筐体２１は、略直方体形状を有する。筐体２１は、内部に気化室Ａを形成する。気化室Ａでは、液体原料が気化される。筐体２１は、底壁２１ａ、天壁２１ｂ、前壁２１ｃ、後壁２１ｄ、第１側壁２１ｅ及び第２側壁２１ｆを有する。底壁２１ａ、天壁２１ｂ、前壁２１ｃ、後壁２１ｄ、第１側壁２１ｅ及び第２側壁２１ｆは、例えば３Ｄプリンティングにより一体で形成される。ただし、各々が別体で形成された後に溶接により一体とされてもよい。第１側壁２１ｅの上部には、液体原料導入ポート２１ｇが形成されている。液体原料導入ポート２１ｇは、第１側壁２１ｅを貫通して設けれ、液体原料供給源２から供給される液体原料を筐体２１内の気化室Ａに導入する。天壁２１ｂには、ガス排出ポート２１ｈが形成されている。ガス排出ポート２１ｈは、気化室Ａに貯留された原料ガスを処理容器４に供給する。筐体２１は、熱伝導性が高く、かつ耐腐食性を有する材料、例えばＳＵＳ３１６Ｌにより形成される。

【0023】

複数のトレイ２２ａ～２２ｄは、筐体２１内に多段に設けられている。各トレイ２２ａ～２２ｄは、液体原料を貯留する。各トレイ２２ａ～２２ｄに液体原料が貯留されることで気化室Ａにおける液体原料の表面積が大きくなるので、気化量が向上し、大流量の原料ガスを処理容器４に供給できる。液体原料導入ポート２１ｇから導入される液体原料は、多段に設けられた複数のトレイ２２ａ～２２ｄの上段から下段に向けて流入する。すなわち、液体原料導入ポート２１ｇから導入される液体原料は、最上段のトレイ２２ａに導入される。最上段のトレイ２２ａに貯留される液体原料が仕切り２２ｐの高さを超えると、最上段のトレイ２２ａから２段目のトレイ２２ｂへと液体原料が流れ込む。２段目のトレイ２２ｂに貯留される液体原料が仕切り２２ｑの高さを超えると、２段目のトレイ２２ｂから３段目のトレイ２２ｃへと液体原料が流れ込む。３段目のトレイ２２ｃに貯留される液体原料が仕切り２２ｒの高さを超えると、３段目のトレイ２２ｃから４段目のトレイ２２ｄへと液体原料が流れ込む。

【0024】

各トレイ２２ａ～２２ｄは、例えば３Ｄプリンティングにより、前壁２１ｃ、後壁２１ｄ、第１側壁２１ｅ及び第２側壁２１ｆと一体で形成される。ただし、各々が別体で形成された後に溶接により一体とされてもよい。各トレイ２２ａ～２２ｄは、例えば筐体２１と同じ材料により形成される。各トレイ２２ａ～２２ｄの底部には、センサ穴２２ｈ及びヒータ穴２２ｉが設けられている。

【0025】

センサ穴２２ｈは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部内において水平方向に延在する。センサ穴２２ｈは、筐体２１の外部（大気側）に連通し、気化室Ａに連通しないように形成される。センサ穴２２ｈは、例えば一端２２ｈ１及び他端２２ｈ２が筐体２１の外部（大気側）に連通する通し穴である（図６参照）。ただし、センサ穴２２ｈは、一端２２ｈ１及び他端２２ｈ２のいずれか一方が閉塞する止まり穴であってもよい。また、センサ穴２２ｈは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部に複数設けられていてもよい。

【0026】

ヒータ穴２２ｉは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部内にセンサ穴２２ｈとは別に設けられる。ヒータ穴２２ｉは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部内において水平方向に延在する。ヒータ穴２２ｉは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部内におけるセンサ穴２２ｈの下方に形成される。ただし、ヒータ穴２２ｉは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部内におけるセンサ穴２２ｈの上方に形成されてもよい。また、ヒータ穴２２ｉとセンサ穴２２ｈとが１つの共通の穴であってもよい。ヒータ穴２２ｉは、筐体２１の外部に連通し、気化室Ａに連通しないように形成される。ヒータ穴２２ｉは、例えば止まり穴である（図８参照）。ただし、ヒータ穴２２ｉは、通し穴であってもよい。また、ヒータ穴２２ｉは、各トレイ２２ａ～２２ｄの底部に複数設けられていてもよい。

【0027】

温度センサ２３ａ～２３ｄは、トレイ２２ａ～２２ｄの底部に設けられるセンサ穴２２ｈに設置される。これにより、各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料の温度に限りなく近い温度を検出できる。そのため、各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料の温度を高い精度で監視できる。温度センサ２３ａ～２３ｄは、例えば熱電対、測温抵抗体であってよい。温度センサ２３ａ～２３ｄが検出した温度は、制御装置４０に出力される。

【0028】

ヒータ２４ａ～２４ｄは、トレイ２２ａ～２２ｄの底部に設けられるヒータ穴２２ｉに設置される。これにより、広い加温面積が得られ、かつ各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料に限りなく近い位置から加温ができる。そのため、効率よく液体原料を加熱できる。ヒータ２４ａ～２４ｄは、例えば窒化アルミヒータ、スペースヒータ、カートリッジヒータであってよい。ヒータ２４ａ～２４ｄの出力は、制御装置４０によって制御される。制御装置４０は、各温度センサ２３ａ～２３ｄの検出値に基づいて、各ヒータ２４ａ～２４ｄの出力を制御する。一例としては、制御装置４０は、各温度センサ２３ａ～２３ｄが検出した温度が設定温度を保持するように、各ヒータ２４ａ～２４ｄの出力を独立して制御する。設定温度は、各トレイ２２ａ～２２ｄで同じ設定温度にしてもよく、異なる設定温度にしてもよい。ガス排出ポート２１ｈに近い上段のトレイ２２ａでは、内部圧力が低く液体原料が気化しやすい傾向がある。そのため、各トレイ２２ａ～２２ｄの液体原料が均等に消費されるように、トレイ２２ａからトレイ２２ｄに向けて温度が高くなるように設定するのが望ましい。

【0029】

以上に説明した第１構成例に係る気化装置２０によれば、トレイ２２ａ～２２ｄの底部に温度センサ２３ａ～２３ｄが埋め込まれている。これにより、各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料の温度に限りなく近い温度を検出できる。そのため、各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料の温度を高い精度で監視できる。

【0030】

また、実施形態の第１構成例に係る気化装置２０によれば、トレイ２２ａ～２２ｄの底部にヒータ２４ａ～２４ｄが埋め込まれている。これにより、広い加温面積が得られ、かつ各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料に限りなく近い位置から加温ができる。そのため、効率よく液体原料を加熱できる。

【0031】

また、第１構成例に係る気化装置２０によれば、制御装置４０が、各温度センサ２３ａ～２３ｄが検出した温度が設定温度を保持するように、各ヒータ２４ａ～２４ｄの出力を独立して制御する。これにより、トレイ２２ａ～２２ｄごとに液体原料の温度を調整できる。

【0032】

なお、第１構成例に係る気化装置２０では、トレイ２２ａ～２２ｄの底部に温度センサ２３ａ～２３ｄ及びヒータ２４ａ～２４ｄが埋め込まれる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、複数のトレイ２２ａ～２２ｄのうちの少なくとも１つに温度センサ及びヒータが埋め込まれていればよい。

【0033】

また、第１構成例に係る気化装置２０では、４つのトレイ２２ａ～２２ｄが多段に設けられる場合を説明したが、これに限定されない。トレイの数は１つや２つであってもよく、５つ以上であってもよい。

【0034】

図９～図１４を参照し、実施形態の第２構成例に係る気化装置２０Ａについて説明する。

【0035】

気化装置２０Ａは、気化装置２０における複数のヒータ２４ａ～２４ｄに代えてヒータ２５を有する点で、気化装置２０と異なる。以下、気化装置２０と異なる点を中心に説明する。

【0036】

気化装置２０Ａは、筐体２１、複数のトレイ２２ａ～２２ｄ、複数の温度センサ２３ａ～２３ｄ及びヒータ２５を有する。

【0037】

ヒータ２５は、筐体２１の周囲に設けられている。ヒータ２５は、筐体２１の周囲から各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料を加温する。ヒータ２５は、例えばマントルヒータであってよい。ヒータ２５の出力は、制御装置４０によって制御される。制御装置４０は、各温度センサ２３ａ～２３ｄの検出値のいずれか１つ或いは各温度センサ２３ａ～２３ｄの検出値の平均値に基づいて、ヒータ２５の出力を制御する。一例としては、制御装置４０は、各温度センサ２３ａ～２３ｄが検出した温度が設定温度を保持するように、ヒータ２５の出力を制御する。なお、ヒータ２５は、各トレイ２２ａ～２２ｄの高さ位置に合わせて複数に分割されてもよい。

【0038】

以上に説明した第２構成例に係る気化装置２０Ａによれば、気化装置２０と同様に、トレイ２２ａ～２２ｄの底部に温度センサ２３ａ～２３ｄが埋め込まれている。これにより、各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料の温度に限りなく近い温度を検出できる。そのため、各トレイ２２ａ～２２ｄに貯留される液体原料の温度を高い精度で監視できる。

【0039】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0040】

２０，２０Ａ 気化装置
２１ 筐体
２２ａ～２２ｄ トレイ
２３ａ～２３ｄ 温度センサ
２４ａ～２４ｄ ヒータ
２５ ヒータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】