(57)【要約】【課題】ＡＬＤ法を用いて被成膜対象に積層膜を成膜する際に配管の詰まりを抑制することのできるガス供給装置を提供する。【解決手段】ガス供給装置１０は、パージガス供給配管１２０〜１２２と、原料ガス供給配管１３０〜１３２と、開閉弁１７０〜１７２とを備える。パージガス供給配管１２０〜１２２は、反応容器２０に個別に接続され、反応容器２０にパージガスを常時供給する。原料ガス供給配管１３０〜１３２は、パージガス供給配管１２０〜１２２に個別に接続され、反応容器２０のチャンバ２１内に配置される被成膜対象に対して成膜を行うための原料ガスをパージガス供給配管１２０〜１２２にそれぞれ供給する。開閉弁１７０〜１７２は、原料ガス供給配管１３０〜１３２をそれぞれ開閉する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器（２０）に個別に接続され、前記反応容器のチャンバ（２１）内にパージガスを常時供給する複数のパージガス供給配管（１２０，１２１，１２２）と、
前記複数のパージガス供給配管に個別に接続され、前記チャンバ内に配置される被成膜対象に対して成膜を行うための原料ガスを複数の前記パージガス供給配管にそれぞれ供給する複数の原料ガス供給配管（１３０，１３１，１３２）と、
複数の前記原料ガス供給配管をそれぞれ開閉する複数の開閉弁（１７０，１７１，１７２）と、
を備えるガス供給装置。
【請求項２】
複数の前記パージガス供給配管にそれぞれ供給されるパージガスを増圧する増圧弁（１５０）を更に備える
請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
複数の前記パージガス供給配管のそれぞれの上流側の部分は、１つの上流側パージガス供給配管（１２３）に接続されており、
前記増圧弁は、前記上流側パージガス供給配管に設けられている
請求項２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
複数の前記パージガス供給配管を流れるパージガスの流量を調整する流量調整弁（１６０，１６１，１６２）を更に備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記流量調整弁は、複数の前記パージガス供給配管にそれぞれ設けられている
請求項４に記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器にガスを供給することにより、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いて反応容器内の被成膜対象に対して積層膜を成膜するガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載のガス供給装置がある。特許文献１に記載のガス供給装置は、半導体に複数の原料ガスを供給することにより、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて半導体に積層膜を成膜する装置である。特許文献１に記載のガス供給装置は、減圧可能な反応炉に接続される共通ガス供給配管を有している。共通ガス供給配管には、複数の原料ガスがそれぞれ供給される複数の原料ガス配管が接続されている。複数の原料ガス配管をそれぞれ流れる複数の原料ガスは１つの共通ガス供給配管を介して反応炉に供給される。複数の原料ガス配管には、パージガス供給配管がそれぞれ接続されている。特許文献１に記載のガス供給装置では、パージガス供給配管から各原料ガス配管に供給されるパージガスにより、各原料ガス配管内の原料ガスの排除が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のガス供給装置を利用して、ＡＬＤ法により被成膜対象に積層膜を成膜する場合、複数の原料ガス配管から個別に原料ガスを反応炉に供給する必要がある。この構成を実現するためには、例えば複数の原料ガス配管のそれぞれにバルブを設けた上で、これらのバルブを順に開操作すればよい。具体的には、複数のバルブのうちの所定のバルブを開状態とし、それ以外のバルブを閉状態にすれば、所定のバルブに対応した原料ガス配管から共通ガス供給配管を介して所定の原料ガスが反応炉に供給される。その後、所定のバルブを閉状態とし、所定のバルブとは別のバルブを開状態にすれば、別のバルブに対応した原料ガス配管から共通ガス供給配管を介して別の原料ガスが反応炉に供給される。このようにして、複数のバルブの開閉を順次切り替えることにより、複数の原料ガス配管から個別に原料ガスを反応炉に供給することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のガス供給装置では、所定の原料ガスを反応炉に供給した後に所定のバルブを閉状態にした際、共通ガス供給配管内に所定の原料ガスが残留している可能性がある。そのため、その後に別のバルブを開状態にして別の原料ガスが共通ガス供給配管に流れ込んだ際に、共通ガス供給配管に残留する所定の原料ガスと、新たに供給された別の原料ガスとが共通ガス供給配管内で反応する可能性がある。この場合、反応により生成された反応物が共通ガス供給配管内に堆積し、共通ガス供給配管が詰まるおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＡＬＤ法を用いて被成膜対象に積層膜を成膜する際に配管の詰まりを抑制することのできるガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、ガス供給装置（１０）は、複数のパージガス供給配管（１２０，１２１，１２２）と、複数の原料ガス供給配管（１３０，１３１，１３２）と、複数の開閉弁（１７０，１７１，１７２）とを備える。複数のパージガス供給配管は、反応容器（２０）に個別に接続され、反応容器のチャンバ（２１）内にパージガスを常時供給する。複数の原料ガス供給配管は、複数のパージガス供給配管に個別に接続され、チャンバ内に配置される被成膜対象に対して成膜を行うための原料ガスを複数のパージガス供給配管にそれぞれ供給する。複数の開閉弁は、複数の原料ガス供給配管をそれぞれ開閉する。
【０００８】
この構成によれば、複数の原料ガス供給配管をそれぞれ流れる複数種の原料ガスが個別のパージガス供給配管を介して反応容器のチャンバ内に供給される。すなわち、複数種の原料ガスが個別の配管を流れるため、複数種の原料ガスが各配管内で混合し難くなっている。また、複数のパージガス供給配管にはパージガスが常時供給されているため、各パージガス供給配管内の圧力と反応容器のチャンバ内の圧力との間に差を生じさせることができる。この圧力差により、被成膜対象に一旦供給された原料ガスがパージガス供給配管及び原料ガス供給配管に逆流することが抑制される。このような構成によっても、複数種の原料ガスが各配管内で混合し難くなっている。そして、原料ガス供給配管及びパージガス供給配管の分割構造とパージガスの常時供給構造との協働により、各配管内における複数種の原料ガスの反応がより的確に抑制されるため、各配管内で反応物が生成され難くなっている。よって、ＡＬＤ法を用いて被成膜対象に成膜する際の配管の詰まりを抑制することができる。
【０００９】
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＡＬＤ法を用いて被成膜対象に積層膜を成膜する際に配管の詰まりを抑制することのできるガス供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のガス供給装置の構成を示すブロック図である。
【図２】他の実施形態のガス供給装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、ガス供給装置の一実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態のガス供給装置１０は、原料ガスタンク１００〜１０２に貯蔵された原料ガスを反応容器２０のチャンバ２１内に供給することで、ＡＬＤ法により反応容器２０内の被成膜対象の表面に積層膜を成膜する装置である。具体的には、被成膜対象は、例えば高温及び強酸性の環境下で使用される自動車用部品である。ガス供給装置１０は、この被成膜対象の表面に耐酸性膜を成膜する装置として用いられる。
【００１３】
原料ガスタンク１００〜１０２にそれぞれ貯蔵されている原料ガスの種類は互いに異なる。以下では、便宜上、原料ガスタンク１００〜１０２にそれぞれ貯蔵されている原料ガスを、第１原料ガス、第２原料ガス、及び第３原料ガスとそれぞれ称する。
【００１４】
ガス供給装置１０は、複数のパージガス供給配管１２０〜１２２と、複数の原料ガス供給配管１３０〜１３２と、排気管１４０と、制御装置２００とを備えている。
【００１５】
パージガス供給配管１２０〜１２２は、パージガスを反応容器２０のチャンバ２１内に供給するための配管である。パージガス供給配管１２０〜１２２のそれぞれの上流側の部分は、１つの上流側パージガス供給配管１２３に接続されている。上流側パージガス供給配管１２３の上流側の部分は、パージガスタンク１１０に接続されている。パージガスタンク１１０には、パージガスが貯蔵されている。すなわち、上流側パージガス供給配管１２３は、パージガスタンク１１０に貯蔵されたパージガスをパージガス供給配管１２０〜１２２に分配して供給する。
【００１６】
上流側パージガス供給配管１２３の途中には、増圧弁１５０が設けられている。増圧弁１５０は、上流側パージガス供給配管１２３を流れるパージガスを増圧させることにより、パージガス供給配管１２０〜１２２をそれぞれ流れるパージガスを増圧させる。
【００１７】
パージガス供給配管１２０〜１２２には、流量調整弁１６０〜１６２がそれぞれ設けられている。流量調整弁１６０〜１６２は、例えばニードルバルブにより構成される弁構造を有している。流量調整弁１６０〜１６２は、その開度の調整により、パージガス供給配管１２０〜１２２のそれぞれを流れるパージガスの流量を、換言すればパージガス供給配管１２０〜１２２のそれぞれから反応容器２０のチャンバ２１内に供給されるパージガスの流量を調整する。流量調整弁１６０〜１６２の開度は、作業者の手動操作により任意に調整することが可能となっている。流量調整弁１６０〜１６２のそれぞれの開度は、閉弁状態でない予め設定された開度に調整されている。すなわち、反応容器２０のチャンバ２１内には、パージガス供給配管１２０〜１２２からパージガスが常時供給されている。
【００１８】
パージガス供給配管１２０〜１２２のそれぞれの下流側の部分は、反応容器２０に接続されている。パージガス供給配管１２０〜１２２は、反応容器２０のチャンバ２１に連通されている。
【００１９】
原料ガス供給配管１３０〜１３２の上流側の部分は、原料ガスタンク１００〜１０２にそれぞれ接続されている。原料ガスタンク１００〜１０２には、種類の異なる第１〜第３原料ガスがそれぞれ貯蔵されている。原料ガス供給配管１３０〜１３２の下流側の部分は、パージガス供給配管１２０〜１２２における流量調整弁１６０〜１６２のそれぞれの下流側の部分に接続されている。すなわち、原料ガス供給配管１３０〜１３２は、原料ガスタンク１００〜１０２に貯蔵された第１〜第３原料ガスをパージガス供給配管１２０〜１２２にそれぞれ供給する。
【００２０】
原料ガス供給配管１３０〜１３２のそれぞれの途中には、開閉弁１７０〜１７２が設けられている。開閉弁１７０〜１７２は、電磁バルブにより構成されており、原料ガス供給配管１３０〜１３２をそれぞれ開閉する。すなわち、開閉弁１７０〜１７２のうちのいずれか１つの開閉弁を開弁状態にし、残りの２つの開閉弁を閉弁状態にすることにより、開弁状態となっている１つの開閉弁に対応した原料ガス供給配管から一種類の原料ガスが反応容器２０のチャンバ２１に供給される。
【００２１】
排気管１４０は、反応容器２０に接続されている。排気管１４０は、反応容器２０のチャンバ２１に連通されている。
【００２２】
排気管１４０の途中には、真空ポンプ１８０が配置されている。真空ポンプ１８０は、反応容器２０のチャンバ２１内から排気管１４０を介して空気を排出することにより、反応容器２０のチャンバ２１を減圧させる。
【００２３】
制御装置２００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置２００は、ＲＯＭに記憶された処理プログラムを実行することにより、開閉弁１７０〜１７２の開閉を制御するとともに、真空ポンプ１８０の駆動を制御する。
【００２４】
次に、反応容器２０内の被成膜対象に積層膜を成膜する手順について説明する。
被成膜対象に積層膜を成膜する際には、まず、作業者が反応容器２０内に被成膜対象を設置する。この際、開閉弁１７０〜１７２は全て閉弁状態になっている。この状態で制御装置２００が真空ポンプ１８０を駆動させることにより、反応容器２０のチャンバ２１を減圧させる。これにより、パージガスタンク１１０に貯蔵されているパージガスが上流側パージガス供給配管１２３から各パージガス供給配管１２０〜１２２を介して反応容器２０のチャンバ２１内に供給される。以降、各パージガス供給配管１２０〜１２２から反応容器２０のチャンバ２１内にパージガスが常時供給されている状態となる。
【００２５】
その後、制御装置２００は、被成膜対象に積層膜を成膜するために、第１〜第３原料ガスを予め定められた順序で反応容器２０のチャンバ２１内に供給する。例えば、制御装置２００は、反応容器２０のチャンバ２１内に第１原料ガスを供給する場合には、開閉弁１７１，１７２を閉弁状態にしたまま、開閉弁１７０を所定のガス注入時間だけ開弁状態にする。所定のガス注入時間は、例えば「３［ｍｓｅｃ］」に設定されている。開閉弁１７０が開弁状態になっている期間、原料ガスタンク１００に貯蔵された第１原料ガスが原料ガス供給配管１３０を介してパージガス供給配管１２０に供給される。パージガス供給配管１２０に供給された第１原料ガスは、パージガス供給配管１２０を流れるパージガスと共に反応容器２０のチャンバ２１内に流れ、被成膜対象の表面に付着する。
【００２６】
制御装置２００は、所定のガス注入時間が経過した後、開閉弁１７０を閉弁状態にする。これにより、開閉弁１７０〜１７２の全てが閉弁状態となる。制御装置２００は、開閉弁１７０〜１７２の全てを閉弁させている状態を所定のパージ時間だけ継続する。所定のパージ時間は、例えば「３７［ｍｓｅｃ］」に設定されている。開閉弁１７０〜１７２の全てが閉弁状態になっている期間、各パージガス供給配管１２０〜１２２から反応容器２０のチャンバ２１内にパージガスが供給されることにより、反応容器２０のチャンバ２１内に残留する余分な第１原料ガスが排気管１４０から排出される。
【００２７】
一方、制御装置２００は、反応容器２０のチャンバ２１内に第２原料ガスを供給する場合には、開閉弁１７０，１７２を閉弁状態にしたまま、開閉弁１７１を所定のガス注入時間だけ開弁状態にする。また、制御装置２００は、所定のガス注入時間が経過した後、開閉弁１７０〜１７２の全てを閉弁させている状態を所定のパージ時間だけ継続する。
【００２８】
さらに、制御装置２００は、反応容器２０のチャンバ２１内に第３原料ガスを供給する場合には、開閉弁１７０，１７１を閉弁状態にしたまま、開閉弁１７２を所定のガス注入時間だけ開弁状態にする。また、制御装置２００は、所定のガス注入時間が経過した後、開閉弁１７０〜１７２の全てを閉弁させている状態を所定のパージ時間だけ継続する。
【００２９】
制御装置２００は、このような反応容器２０のチャンバ２１内への第１〜第３原料ガスの供給及び排出を予め定められた順序で行うことにより、被成膜対象に積層膜を成膜する。
【００３０】
以上説明した本実施形態のガス供給装置１０によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００３１】
（１）原料ガス供給配管１３０〜１３２からそれぞれ供給される複数種の原料ガスが個別のパージガス供給配管１２０〜１２２を介して反応容器２０のチャンバ２１内に供給される。すなわち、複数種の原料ガスが個別の原料ガス供給配管１３０〜１３２及びパージガス供給配管１２０〜１２２を流れるため、複数種の原料ガスが各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２内で反応し難くなっている。また、パージガス供給配管１２０〜１２２にはパージガスが常時供給されているため、各パージガス供給配管１２０〜１２２内の圧力と反応容器２０のチャンバ２１内の圧力との間に差を生じさせることができる。この圧力差により、反応容器２０のチャンバ２１内に一旦供給された原料ガスが各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２に逆流することが抑制される。このような構成によっても、複数種の原料ガスが各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２内で反応し難くなっている。そして、原料ガス供給配管１３０〜１３２及びパージガス供給配管１２０〜１２２の分割構造とパージガスの常時供給構造との協働により、各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２内における複数種の原料ガスの反応がより的確に抑制されるため、各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２内で反応物が生成され難い。よって、ＡＬＤ法を用いて被成膜対象に成膜する際に各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２の詰まりを抑制することができる。
【００３２】
（２）ガス供給装置１０は、パージガス供給配管１２０〜１２２にそれぞれ供給されるパージガスを増圧する増圧弁１５０を備えている。これにより、流量調整弁１６０〜１６２の前後において圧力差が付与されるため、開閉弁１７０〜１７２の開閉動作に基づく各パージガス供給配管１２０〜１２２内の脈動を抑制することができる。結果的に、各パージガス供給配管１２０〜１２２内の脈動に起因する反応容器２０からの原料ガスの逆流を抑制することができるため、各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２の詰まりを更に抑制することができる。
【００３３】
（３）パージガス供給配管１２０〜１２２のそれぞれの上流側の部分は、１つの上流側パージガス供給配管１２３に接続されている。増圧弁１５０は、上流側パージガス供給配管１２３に設けられている。これにより、パージガス供給配管１２０〜１２２にそれぞれ供給されるパージガスを増圧させるための増圧弁が１つだけでよいため、ガス供給装置１０の構造を簡素化することができる。
【００３４】
（４）ガス供給装置１０は、パージガス供給配管１２０〜１２２を流れるパージガスの流量を調整する流量調整弁１６０〜１６２を備えている。この構成によれば、流量調整弁１６０〜１６２のそれぞれの開度を調整することで、キャピラリ効果による圧力損失の形成により、パージガス供給配管１２０〜１２２において流量調整弁１６０〜１６２の前後の部分で更に差圧を生じさせることができる。この差圧により、開閉弁１７０〜１７２の開閉動作に基づく各パージガス供給配管１２０〜１２２内の脈動を更に抑制することができるため、脈動に起因する反応容器２０から各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２への原料ガスの逆流、並びにそれに起因する配管の詰まりを更に抑制することができる。
【００３５】
（５）流量調整弁１６０〜１６２は、パージガス供給配管１２０〜１２２にそれぞれ設けられている。これにより、各パージガス供給配管１２０〜１２２内の脈動をより的確に抑制することができるため、脈動に起因する反応容器２０から各配管１２０〜１２２，１３０〜１３２への原料ガスの逆流、並びにそれに起因する配管の詰まりを更に抑制することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・パージガス供給配管１２０〜１２２のそれぞれに流量調整弁１６０〜１６２を配置するという方法に代えて、図２に示されるように、上流側パージガス供給配管１２３に流量調整弁１６３を配置するという方法を採用してもよい。これにより、パージガス供給配管１２０〜１２２を流れるパージガスの流量を調整するための流量調整弁が１つだけでよくなるため、ガス供給装置１０の構造を簡素化することができる。
【００３７】
・上流側パージガス供給配管１２３に増圧弁１５０を配置するという方法に代えて、各パージガス供給配管１２０〜１２２に増圧弁をそれぞれ配置するという方法を採用してもよい。これにより、パージガス供給配管１２０〜１２２を流れるパージガスの圧力を個別に調整することが可能となる。
【００３８】
・ガス供給装置１０に設けられるパージガス供給配管及び原料ガス配管の数は３つに限らず、被成膜対象の成膜に用いられる原料ガスの種類の数に応じて適宜変更可能である。要は、ガス供給装置１０は、反応容器２０のチャンバ２１内にパージガスを常時供給する複数のパージガス供給配管と、被成膜対象に対して成膜を行うための原料ガスを複数のパージガス供給配管にそれぞれ供給する複数の原料ガス供給配管と、複数の原料ガス供給配管をそれぞれ開閉する複数の開閉弁とを有するものであればよい。
【００３９】
・制御装置２００が提供する手段及び／又は機能は、実体的なＲＯＭに記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば制御装置２００がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。
【００４０】
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４１】
１０：ガス供給装置
２０：反応容器
２１：チャンバ
１２０，１２１，１２２：パージガス供給配管
１２３：上流側パージガス供給配管
１３０，１３１，１３２：原料ガス供給配管
１５０：増圧弁
１６０，１６１，１６２：流量調整弁
１７０，１７１，１７２：開閉弁
【図１】
2017190492.tif 000003
【図２】
2017190492.tif 000004