(57)【要約】【課題】  沸点が比較的に低い液体ＣＶＤ原料を、構成が複雑な装置を使用することなく、所望の濃度及び流量で効率よく気化させて、半導体製造装置へ供給するための手段を提供する。【解決手段】  液体ＣＶＤ原料用の充填容器を、液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口を備え、固体充填物を充填した充填容器とする。また、液体ＣＶＤ原料の充填容器を、前記の充填容器に液体ＣＶＤ原料を充填した充填容器とする。また、前記の充填容器に充填した液体ＣＶＤ原料を、温度コントロールして気化させて、半導体製造装置へ供給する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口を備え、固体充填物を充填したことを特徴とする液体ＣＶＤ原料用の充填容器。
【請求項２】
液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口のほか、キャリアガスの供給管を備えた請求項１に記載の液体ＣＶＤ原料用の充填容器。
【請求項３】
固体充填物が、金属またはセラミックスである請求項１に記載の液体ＣＶＤ原料用の充填容器。
【請求項４】
液体ＣＶＤ原料充填部の底部の平面断面積が、他の部分の平面断面積より小さく設定された請求項１に記載の液体ＣＶＤ原料用の充填容器。
【請求項５】
液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口を備え、液体ＣＶＤ原料とともに固体充填物を充填したことを特徴とする液体ＣＶＤ原料の充填容器。
【請求項６】
液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口のほか、キャリアガスの供給管を備えた請求項５に記載の液体ＣＶＤ原料の充填容器。
【請求項７】
固体充填物が、金属またはセラミックスである請求項５に記載の液体ＣＶＤ原料の充填容器。
【請求項８】
液体ＣＶＤ原料充填部の底部の平面断面積が、他の部分の平面断面積より小さく設定された請求項５に記載の液体ＣＶＤ原料の充填容器。
【請求項９】
充填容器に液体ＣＶＤ原料とともに固体充填物を充填し、該液体ＣＶＤ原料を温度コントロールして気化させて、半導体製造装置へ供給することを特徴とする気化供給方法。
【請求項１０】
液体ＣＶＤ原料を温度コントロールするとともに、キャリアガスを該液体ＣＶＤ原料液中にバブリングして該液体ＣＶＤ原料を気化する請求項９に記載の気化供給方法。
【請求項１１】
キャリアガスが、水素または不活性ガスである請求項９に記載の気化供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ＣＶＤ原料用の充填容器、液体ＣＶＤ原料の充填容器、及び液体ＣＶＤ原料の気化供給方法に関する。さらに詳細には、沸点が比較的に低い液体ＣＶＤ原料を、構成が複雑な装置を使用することなく、所望の濃度及び流量で効率よく気化させて、半導体製造装置へ供給するための液体ＣＶＤ原料用の充填容器、液体ＣＶＤ原料の充填容器、及びこれらを用いた気化供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコンエピタキシャル成長膜のＣＶＤ原料として、トリクロロシランあるいはテトラクロロシランが使用されている。ＣＶＤ原料として沸点が比較的に高い液体ＣＶＤ原料、あるいは固体ＣＶＤ原料を有機溶媒に溶解させた液体ＣＶＤ原料を半導体製造装置へ供給する場合、通常は、これらの液体原料が液体マスフローコントローラー等の液体流量制御器を経由して気化器に供給され、キャリアガスとともに気化器の噴出ノズルから加熱された気化室に噴出されて気化され、半導体製造装置に供給されるが、トリクロロシランは沸点が３１．８℃、テトラクロロシランは沸点が５７．６℃なので、前記のような複雑な構成の気化供給装置を使用することなく、容易に気化できるバブリング方式を用いた気化供給が多く実施されている。
【０００３】
トリクロロシラン、テトラクロロシランをバブリング方式により気化供給する一般的な方法としては、これらの液体ＣＶＤ原料を充填した充填容器を加熱するとともに、これらの液体ＣＶＤ原料液中に配置した配管の先端から水素をバブリングして、液体ＣＶＤ原料を気化させる方法がある。このようなバブリング方式を用いた気化供給においては、液体ＣＶＤ原料を気化するための前記のような気化器や真空ポンプが不要なので、装置の構成が比較的に単純であるという長所がある。トリクロロシラン、テトラクロロシランを気化供給する際には、これらのＣＶＤ原料の温度とバブリングする水素の供給量が精度よくコントロールされ、一定の濃度及び流量が維持できるように操作される。
【特許文献１】特開平５−２６３２５５号公報
【特許文献２】特開平６−２４４１２１号公報
【特許文献３】特開平９−１８１０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バブリング方式を用いた気化供給においては、気化ガス中のＣＶＤ原料の濃度及び流量が、充填容器に充填されている液体ＣＶＤ原料の量、あるいは周辺温度等の影響を受けやすい不具合があった。そのため、一定の濃度及び流量の気化ガスを得るために、熟練した技術者がこれらの影響を考慮して、ＣＶＤ原料の温度コントロールやバブリングガスの流量調整を行なう必要があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、沸点が比較的に低い液体ＣＶＤ原料を、構成が複雑な装置を使用することなく、所望の濃度及び流量で効率よく気化させて、半導体製造装置へ供給するための手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、充填容器に液体ＣＶＤ原料とともに熱伝導率が高い固体充填物を充填することにより、ヒータ等の加熱手段から液体ＣＶＤ原料への熱伝導効率、熱接触効率が向上し、液体ＣＶＤ原料の気化ガスの濃度及び流量が、液体ＣＶＤ原料の量、あるいは周辺温度の影響を受けにくくなることを見出し本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明は、液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口を備え、固体充填物を充填したことを特徴とする液体ＣＶＤ原料用の充填容器である。
また、本発明は、液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口を備え、液体ＣＶＤ原料とともに固体充填物を充填したことを特徴とする液体ＣＶＤ原料の充填容器である。
また、本発明は、充填容器に液体ＣＶＤ原料とともに固体充填物を充填し、該液体ＣＶＤ原料を温度コントロールして気化させて、半導体製造装置へ供給することを特徴とする気化供給方法でもある。
【０００７】
本発明は、液体ＣＶＤ原料用の充填容器、液体ＣＶＤ原料の充填容器、及び液体ＣＶＤ原料を半導体製造装置へ供給するための気化供給方法に適用されるが、特にトリクロロシラン、テトラクロロシランのような沸点が比較的に低い液体ＣＶＤ原料を半導体製造装置へ供給する場合に、構成が複雑な装置を使用することなく、所望の濃度及び流量で効率よく気化供給できる点で効果を発揮する。
本発明に適用されるＣＶＤ原料としては、トリクロロシラン、テトラクロロシラン等、沸点温度が常圧で１００℃以下のものが好適であるが、これらに制限されることはなく、用途に応じて適宜選択、使用される。
【０００８】
以下、本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器、液体ＣＶＤ原料の充填容器、及び気化供給方法を、図１〜図４に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
図１は本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器の一例を示す断面図、図２は本発明の液体ＣＶＤ原料の充填容器の一例を示す断面図、図３は本発明の図１以外の液体ＣＶＤ原料用の充填容器の例を示す断面図である。図４は本発明の気化供給方法を適用することができる気化供給装置の一例を示す構成図である。
【０００９】
本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器は、図１及び図３に示すように、内部に固体充填物１が充填され、少なくとも液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口２を備えた充填容器である。また、本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器は、通常はキャリアガスの供給管３が備えられ、そのほかに、ガスあるいは液体ＣＶＤ原料の供給、排出等のために使用される配管４が備えられていてもよい。また、充填容器の材質は、通常はステンレス鋼であり、外形は、通常は円柱形またはこれに類似する形状である。液体ＣＶＤ原料を気化する際には、通常は、液体ＣＶＤ原料の温度をコントロールするために、充填容器の側面、下面等にヒータ等の加熱手段が備えられる。
【００１０】
本発明において使用される固体充填物の材質としては、液体ＣＶＤ原料に対する耐腐食性があれば特に制限されることはないが、例えば、炭素鋼、マンガン鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、チタン鋼等の金属、アルミナ、チタニア、ジルコニア等のセラミックスを挙げることができる。また、固体充填物の形状としては、球形、楕球形、樽形、円柱形、円錐形、円錐台形、半球形、またはこれらに類似する形状、若しくはペレット状、粉状のものを例示することができる。固体充填物の大きさは、球形に換算して通常は０．５〜２０ｍｍ程度の径を有するものである。固体充填物の充填量は、液体ＣＶＤ原料の充填量にもよるが、通常は充填容器の容積の１０〜９９％、好ましくは２０〜９５％を占めるように充填される。
【００１１】
常温における金属、セラミックスの熱伝導率は、液体ＣＶＤ原料の熱伝導率の１００〜１０００倍程度である。従って、液体ＣＶＤ原料を加熱して気化する際、固体充填物を用いない場合は、充填容器の壁面近辺部と充填容器の中央部における液体ＣＶＤ原料の温度の差は大きくなりやすいが、本発明のように固体充填物を充填する構成とすることにより、充填容器の側面または下面に設置される加熱手段から液体ＣＶＤ原料への熱伝導効率、熱接触効率が向上し、液体ＣＶＤ原料の温度を均一にすることができる。その結果、液体ＣＶＤ原料の気化ガスの濃度及び流量が、液体ＣＶＤ原料の量、あるいは周辺温度の影響を受けにくくなる。
【００１２】
また、液体ＣＶＤ原料は高価なものが多く、充填容器に充填された液体ＣＶＤ原料は残すことなく使用することが好ましい。本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器は、固体充填物が充填されているので、液体ＣＶＤ原料が使用され残量が少なくなってもバブリングによる気化が可能である。本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器においては、さらに液体ＣＶＤ原料の使用率を向上させるために、図３（Ｃ）（Ｄ）に示すように、液体ＣＶＤ原料充填部の底部の平面断面積を、他の部分の平面断面積より小さくすることが好ましい。
【００１３】
本発明の液体ＣＶＤ原料の充填容器は、前記の液体ＣＶＤ原料用の充填容器に液体ＣＶＤ原料が充填された充填容器である。図２の充填容器は本発明の液体ＣＶＤ原料の充填容器の一例であるが、そのほかの形態として、図３に示すような液体ＣＶＤ原料用の充填容器に液体ＣＶＤ原料を充填したものを例示することができる。
【００１４】
本発明の液体ＣＶＤ原料の充填容器においては、液体ＣＶＤ原料が使用される前の状態で、固体充填物が占める部分の容積と、液体ＣＶＤ原料が占める部分の容積の相異が、通常は５０％以内、好ましくは２０％以内とされ、さらに好ましくは両者の占める容積がほぼ同じとされる。液体ＣＶＤ原料が多すぎる場合は、固体充填物が充填されていない部分において、加熱手段から液体ＣＶＤ原料への熱伝導効率、熱接触効率が低下し、固体充填物が多すぎる場合は、液体ＣＶＤ原料が充填されていない部分において、固体充填物が無駄になる不都合を生じる。
【００１５】
本発明の気化供給方法は、前記の液体ＣＶＤ原料の充填容器を、図４に示すようなキャリアガス供給ライン８、気体マスフローコントローラー９等からなる気化供給装置に接続するとともに、ヒータ７を設置して、液体ＣＶＤ原料を半導体製造装置１０へ気化供給する方法である。すなわち、充填容器に液体ＣＶＤ原料とともに固体充填物を充填し、液体ＣＶＤ原料を温度コントロールして気化させて、半導体製造装置へ供給する気化供給方法である。尚、図４は本発明の気化供給方法を実施するための気化供給装置の一例であり、例えば図４において、ＣＶＤ原料の濃度を調整する目的で、半導体製造装置の直前でキャリアガスを混合するための配管を設けることもできる。
【００１６】
本発明の気化供給方法においては、通常は液体ＣＶＤ原料が温度コントロールされるとともに、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン等のキャリアガスが液体ＣＶＤ原料液中にバブリングされて液体ＣＶＤ原料が気化される。しかし、本発明においては、充填容器の加熱手段から液体ＣＶＤ原料への熱伝導効率、熱接触効率が優れているので、液体ＣＶＤ原料の種類、気化条件等によっては、図３（Ａ）（Ｃ）に示すような充填容器に液体ＣＶＤ原料を充填し、キャリアガスをバブリングすることなく液体ＣＶＤ原料を容易に気化させることも可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器、液体ＣＶＤ原料の充填容器は、液体ＣＶＤ原料よりも熱伝導率が高い固体充填物を充填したものである。また、本発明の気化供給方法は、これらの充填容器を用いて液体ＣＶＤ原料を半導体製造装置へ気化供給する方法である。従って、本発明においては、充填容器の加熱手段から液体ＣＶＤ原料への熱伝導効率、熱接触効率が向上し、従来からバブリング方式による気化供給方法の欠点であった、気化ガス中のＣＶＤ原料の濃度及び流量が、充填容器に充填されている液体ＣＶＤ原料の量、あるいは周辺温度等の影響を受けるという不具合を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
（液体ＣＶＤ原料用の充填容器の製作）
内径１０ｃｍ、高さ１５ｃｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の容器に、固体充填物として直径１０ｍｍのチタン鋼製の球形充填物を、充填長が１０ｃｍとなるように充填するとともに、容器の上面に気化ガスの排出管、キャリアガスの供給管、及び液体ＣＶＤ原料の供給管を設置して、図３（Ｂ）に示すような液体ＣＶＤ原料用の充填容器を製作した。尚、キャリアガスの供給管は、その先端が容器の底から１ｃｍの高さとなるように設定した。
【００２０】
（液体ＣＶＤ原料の充填容器の製作）
キャリアガスの供給管から窒素を供給して、充填容器の内部を窒素雰囲気にした後、液体ＣＶＤ原料の供給管からテトラクロロシランを供給して液体ＣＶＤ原料の充填容器とした。尚、テトラクロロシランの充填量は、充填容器に設置した液面計により、固体充填物が占める容積と同じになるように充填した。
【００２１】
（気化供給試験）
前記のように製作した液体ＣＶＤ原料の充填容器を、キャリアガス供給ライン、気体マスフローコントローラー等に接続するとともに、充填容器を加熱するためのヒータを設置して、図４に示すような気化供給装置を製作した。
次に、充填容器の壁面（底部の中央）の温度が３５℃となるように加熱するとともに、キャリアガス供給ラインから窒素を１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給してテトラクロロシラン中でバブリングした。
【００２２】
充填容器の壁面の温度が一定になってから、テトラクロロシランの残量が少なくなりバブリングができなくなるまでの間、気体マスフローコントローラーから排出されるガスに含まれるテトラクロロシランの濃度を１０秒間隔で測定した。その結果、テトラクロロシランの濃度は、濃度測定開始時から終了時までほぼ一定であった。また、その最大変動率（（最大濃度−最小濃度）／平均濃度）は３％であった。
【００２３】
（実施例２）
実施例１の液体ＣＶＤ原料用の充填容器の製作において、固体充填物として直径１０ｍｍのステンレス鋼製の球形充填物を用いたほかは実施例１と同様にして充填容器を製作した。
この液体ＣＶＤ原料用の充填容器を用いたほかは、実施例１と同様にしてテトラクロロシランを充填し、実施例１と同様にして気化供給試験を行なった。その結果、気体マスフローコントローラーから排出されるガスに含まれるテトラクロロシランの濃度は、濃度測定開始時から終了時までほぼ一定であった。また、その最大変動率は５％であった。
【００２４】
（比較例１）
実施例１の液体ＣＶＤ原料用の充填容器の製作において、固体充填物を用いなかったほかは実施例１と同様にして充填容器を製作した。
この液体ＣＶＤ原料用の充填容器を用いたほかは、実施例１と同様にしてテトラクロロシランを充填し、実施例１と同様にして気化供給試験を行なった。その結果、気体マスフローコントローラーから排出されるガスに含まれるテトラクロロシランの濃度は、濃度測定開始時から時間が経過するとともに小さくなる傾向であった。また、その最大変動率は１５％であった。
【００２５】
本発明の実施例は、以上のように、充填容器に充填されている液体ＣＶＤ原料の量（残量）の影響を受けることなく、一定の濃度及び流量で気化供給できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の液体ＣＶＤ原料用の充填容器の一例を示す断面図
【図２】本発明の液体ＣＶＤ原料の充填容器の一例を示す断面図
【図３】本発明の図１以外の液体ＣＶＤ原料用の充填容器の例を示す断面図
【図４】本発明の気化供給方法を適用することができる気化供給装置の一例を示す構成図
【符号の説明】
【００２７】
１  固体充填物
２  液体ＣＶＤ原料の気化ガス排出口
３  キャリアガスの供給管
４  配管
５  液体ＣＶＤ原料
６  液体ＣＶＤ原料の充填容器
７  ヒータ
８  キャリアガス供給ライン
９  気体マスフローコントローラー
１０  半導体製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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