原料供给装置和原料供给方法与流程

1.本发明涉及原料供给装置和原料供给方法。


背景技术：

2.已知在将液体原料喷雾、使其气化而在基板表面形成半导体元件用的薄膜时，确认液体原料在通过喷雾使液体原料气化的液体原料气化机构中填充至能够喷雾的位置的技术(例如，参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开平11-293463号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的技术课题
7.本发明提供能够检测溶液或分散体系中所含的溶剂或分散介质与固体原料的分离已完成的技术。
8.用于解决技术课题的技术手段
9.本发明的一个方式的原料供给装置具有：贮存使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液或使第一固体原料分散于分散介质而成的分散体系的容器；通过从贮存在上述容器内的上述溶液或上述分散体系中除去上述溶剂或上述分散介质而形成第二固体原料的除去部；检测上述溶剂或上述分散介质从上述溶液或上述分散体系的除去已完成的检测部；和对上述第二固体原料进行加热的加热部。
10.发明效果
11.根据本发明，能够检测溶液或分散体系中所含的溶剂或分散介质与固体原料的分离已完成。
附图说明
12.图1是表示原料供给系统的一例的图。
13.图2a是表示原料供给源的一例的图。
14.图2b是表示原料供给源的一例的图。
15.图2c是表示原料供给源的一例的图。
16.图3是表示原料供给源的另一例的图。
17.图4是表示终点检测处理的一例的流程图。
18.图5是用于说明原料供给系统的工作的图(1)。
19.图6是用于说明原料供给系统的工作的图(2)。
具体实施方式
20.以下，参照附图对本发明的非限定性例示的实施方式进行说明。在所有附图中，对相同或对应的部件或零件标注相同或对应的参照符号，并省略重复的说明。
21.〔原料供给系统〕
22.图1是表示原料供给系统的一例的图。如图1所示，原料供给系统1包括原料供给源10、载气供给源20、原料供给装置30及40、处理装置50和控制装置90。
23.原料供给源10将使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液或使第一固体原料分散于溶剂(分散介质)而成的浆料供给到原料供给装置30、40。原料供给源10只要能够向原料供给装置30、40供给溶液或浆料m即可，其样式没有特别限定。
24.图2a～图2c是表示原料供给源10的一例的图，表示原料供给源10向原料供给装置30、40供给使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液的情况的构成例。例如如图2a所示，原料供给源10具有填充有溶液ls的罐11、从上方插入到罐11内的配管12、和设置于配管12的阀13。在图2a所示的原料供给源10中，利用填充于罐11内的溶液ls的自重进行加压而从配管12供给溶液ls。另外，例如如图2b所示，原料供给源10也可以具有填充有溶液ls的罐11、从上方插入到罐11内的配管12、14、和设置于配管12、14的阀13、15。在图2b所示的原料供给源10中，通过从配管14向罐11内供给氮气(n2)等不活泼气体而对罐11内进行加压，从配管12供给溶液ls。另外，例如如图2c所示，原料供给源10也可以具有填充有溶液ls的罐11、与罐11的下方连接的配管16、和设置于配管16的阀17。在图2c所示的原料供给源10中，利用由重力引起的自然落下从罐11的下方经由配管16供给溶液ls。
25.图3是表示原料供给源10的另一例的图，表示原料供给源10向原料供给装置30、40供给使第一固体原料分散于溶剂而成的浆料的情况的构成例。例如如图3所示，原料供给源10具有填充有浆料sl的罐11、从上方插入到罐11内的配管12、设置于配管12的阀13、和使罐11振动的振动台18。在图3所示的原料供给源10中，一边使载置在振动台18上的罐11振动，一边利用填充于罐11内的浆料sl的自重进行加压，从配管12供给浆料sl。
26.原料供给源10经由配管l10、l11与原料供给装置30连接，经由配管l10、l11向原料供给装置30供给使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液或使第一固体原料分散于溶剂而成的浆料。在配管l11上设置有阀v11a、v11b。当打开阀v11a、v11b时，从原料供给源10向原料供给装置30供给溶液或浆料m，当关闭阀v11a、v11b时，切断从原料供给源10向原料供给装置30的溶液或浆料m的供给。另外，也可以在配管l11上设置对在配管l11中流动的溶液或浆料m的流量进行控制的流量控制器(未图示)或追加的阀等。
27.另外，原料供给源10经由配管l10、l12与原料供给装置40连接，经由配管l10、l12向原料供给装置40供给使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液或使第一固体原料分散于溶剂而成的浆料。在配管l12上设置有阀v12a、v12b。当打开阀v12a、v12b时，从原料供给源10向原料供给装置40供给溶液或浆料m，当关闭阀v12a、v12b时，切断从原料供给源10向原料供给装置40的溶液或浆料m的供给。另外，也可以在配管l12上设置对在配管l12中流动的溶液或浆料m的流量进行控制的流量控制器(未图示)或追加的阀等。
28.第一固体原料没有特别限定，例如可以是含有锶(sr)、钼(mo)、钌(ru)、锆(zr)、铪(hf)、钨(w)、铝(al)等金属元素的有机金属配合物、含有钨(w)、铝(al)等金属元素的氯化物。
29.溶剂只要能够将第一固体原料溶解或分散而形成溶液或浆料m即可，例如可以是己烷。
30.载气供给源20向原料供给装置30、40供给载气。载气供给源20经由配管l20、l21与配管l11连接，经由配管l20、l21、l11向原料供给装置30供给载气。在配管l21上设置有阀v21。当打开阀v21、v11b时，从载气供给源20向原料供给装置30供给载气，当关闭阀v21、v11b时，切断从载气供给源20向原料供给装置30的载气的供给。另外，也可以在配管l21上设置对在配管l21中流动的载气的流量进行控制的流量控制器(未图示)或追加的阀等。
31.另外，载气供给源20经由配管l20、l22与配管l12连接，经由配管l20、l22、l12向原料供给装置40供给载气。在配管l22上设置有阀v22。当打开阀v22、v12b时，从载气供给源20向原料供给装置40供给载气，当关闭阀v22、v12b时，切断从载气供给源20向原料供给装置40的载气的供给。另外，也可以在配管l22上设置对在配管l22中流动的载气的流量进行控制的流量控制器(未图示)或追加的阀等。
32.载气没有特别限定，例如可以是氮气(n2)、氩气(ar)等不活泼气体。
33.原料供给装置30贮存从原料供给源10供给的、使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液或使第一固体原料分散于溶剂而成的浆料。原料供给装置30具有容器31、贮存部33、加热部35、排气装置37和检测部39。
34.容器31贮存溶液或浆料m。配管l11的前端例如从上方插到容器31内，经由配管l11供给溶液或浆料m、和载气。在配管l11的前端例如也可以安装有喷雾喷嘴。另外，配管l51的前端例如从上方插到容器31内，经由配管l51向处理装置50供给在容器31内形成的反应性气体。另外，配管l30的前端例如从上方插到容器31内，经由配管l30对容器31内进行排气，由此从容器31内的溶液或浆料m除去溶剂而形成第二固体原料m2。
35.贮存部33在容器31内设置有多个，用于贮存溶液或浆料m。贮存部33例如具有上侧开口的托盘形状。通过在容器31内设置多个贮存部33，在容器31内贮存的溶液或浆料m的每单位体积的表面积即比表面积增大，所以能够缩短从溶液或浆料m除去溶剂的时间。
36.加热部35对通过从溶液或浆料m中除去溶剂而形成的第二固体原料m2进行加热，从而使第二固体原料m2升华而形成反应性气体。加热部35例如可以是以覆盖容器31的底部和外周的方式配置的加热器。加热部35构成为能够将容器31内加热到能够使第二固体原料m2升华而形成反应性气体的温度。
37.排气装置37经由配管l30与容器31连接，对容器31内进行排气。当利用排气装置37对贮存有溶液或浆料m的容器31内进行排气时，溶剂从容器31内的溶液或浆料m中除去，形成第二固体原料m2。在配管l30上设置有阀v30。当打开阀v30时，容器31内被排气，当关闭阀v30时，容器31内的排气被切断。排气装置37是除去部的一例，包括压力调节阀、真空泵等。
38.检测部39设置于配管l30，通过对在配管l30中流动的流体所包含的成分进行分析，检测从贮存在容器31内的溶液或浆料m中的溶剂的除去是否已完成。检测部39包括四极质谱仪(qms：quadrupole mass spectrometer)、量子级联激光器(qcl：quantum cascade laser)、发射光谱仪(oes：optical emission spectroscopy)、压力计中的至少任一个。
39.其中，在图1的例子中，说明了用于供给载气的配管l21与用于供给溶液或浆料m的配管l11连接的情况，但本发明并不限定于此。例如，用于供给载气的配管l21的前端也可以直接插到容器31内。
40.另外，在图1的例子中，说明了用于对容器31内进行排气的配管l30与用于向处理装置50供给反应性气体的配管l51分开地插到容器31内的情况，但本发明并不限定于此。例如，用于对容器31内进行排气的配管l30也可以与用于向处理装置50供给反应性气体的配管l51连接。
41.原料供给装置40与原料供给装置30并列设置。原料供给装置40贮存从原料供给源10供给的、使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液或使第一固体原料分散于溶剂而成的浆料。原料供给装置40具有容器41、贮存部43、加热部45、排气装置47和检测部49。
42.容器41贮存溶液或浆料m。配管l12的前端例如从上方插到容器41内，经由配管l12供给溶液或浆料m、和载气。在配管l12的前端例如也可以安装有喷雾喷嘴。另外，配管l52的前端例如从上方插到容器41内，经由配管l52向处理装置50供给在容器41内形成的反应性气体。另外，配管l40的前端例如从上方插到容器41内，经由配管l40对容器41内进行排气，由此从容器41内的溶液或浆料m除去溶剂而形成第二固体原料m2。
43.贮存部43在容器41内设置有多个，用于贮存溶液或浆料m。贮存部43例如具有上侧开口的托盘形状。通过在容器41内设置多个贮存部43，在容器41内贮存的溶液或浆料m的每单位体积的表面积即比表面积增大，所以能够缩短从溶液或浆料m除去溶剂的时间。
44.加热部45对通过从溶液或浆料m中除去溶剂而形成的第二固体原料m2进行加热，从而使第二固体原料m2升华而形成反应性气体。加热部45例如可以是以覆盖容器41的底部和外周的方式配置的加热器。加热部45构成为能够将容器41内加热到能够使第二固体原料m2升华而形成反应性气体的温度。
45.排气装置47经由配管l40与容器41连接，对容器41内进行排气。当利用排气装置47对贮存有溶液或浆料m的容器41内进行排气时，溶剂从容器41内的溶液或浆料m中除去，形成第二固体原料m2。在配管l40上设置有阀v40。当打开阀v40时，容器41内被排气，当关闭阀v40时，容器41内的排气被切断。排气装置47是除去部的一例，包括压力调节阀、真空泵等。
46.检测部49设置于配管l40，通过对在配管l40中流动的流体所包含的成分进行分析，检测从注入容器41内的溶液或浆料m中的溶剂的除去是否已完成。检测部49与检测部39同样地包括qms、qcl、oes、压力计中的至少任一个。
47.其中，在图1的例子中，说明了用于供给载气的配管l22与用于供给溶液或浆料m的配管l12连接的情况，但本发明并不限定于此。例如，用于供给载气的配管l22的前端也可以直接插到容器41内。
48.另外，在图1的例子中，说明了用于对容器41内进行排气的配管l40与用于向处理装置50供给反应性气体的配管l52分开地插到容器41内的情况，但本发明并不限定于此。例如，用于对容器41内进行排气的配管l40也可以与用于向处理装置50供给反应性气体的配管l52连接。
49.处理装置50经由配管l51、l50与原料供给装置30连接，向处理装置50供给通过在原料供给装置30中加热第二固体原料m2使其升华而形成的反应性气体。在配管l51上设置有阀v51。当打开阀v51时，从原料供给装置30向处理装置50供给反应性气体，当关闭阀v51时，切断从原料供给装置30向处理装置50的反应性气体的供给。
50.另外，处理装置50经由配管l52、l50与原料供给装置40连接，向处理装置50供给通过在原料供给装置40中加热第二固体原料m2使其升华而形成的反应性气体。在配管l52上
设置有阀v52。当打开阀v52时，从原料供给装置40向处理装置50供给反应性气体，当关闭阀v52时，切断从原料供给装置40向处理装置50的反应性气体的供给。
51.处理装置50使用从原料供给装置30、40供给的反应性气体对半导体晶片等基板执行成膜处理等各种处理。处理装置50具有处理容器51、质量流量计52和阀53。处理容器51收纳1个或多个基板。质量流量计52设置于配管l50，测量在配管l50中流动的反应性气体的流量。阀53设置于配管l50。当打开阀v53时，从原料供给装置30、40向处理容器51供给反应性气体，当关闭阀v53时，切断从原料供给装置30、40向处理容器51的反应性气体的供给。
52.控制装置90控制原料供给系统1的各部。例如，控制装置90控制原料供给源10、载气供给源20、原料供给装置30及40、处理装置50、排气装置37及47、检测部39及49等的工作。另外，控制装置90控制各种阀的开闭。控制装置90是控制部的一例，例如可以是计算机。
53.〔终点检测处理〕
54.参照图4，对检测从贮存在原料供给装置30、40的容器31、41内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成的处理(以下称为“终点检测处理”)的一例进行说明。图4是表示终点检测处理的一例的流程图。以下，例示原料供给装置30中的终点检测处理进行说明。但是，原料供给装置40中的终点检测处理也可以与原料供给装置30中的终点检测处理相同。
55.首先，控制装置90控制原料供给源10和各种阀的开闭，向容器31内注入溶液或浆料m(步骤s1)。在步骤s1中，控制装置90例如在经过规定时间后，控制原料供给源10和各种阀的开闭，结束溶液或浆料m向容器31内的注入。另外，在步骤s1中，控制装置90例如也可以在向容器31内供给了预先确定的量的溶液或浆料m之后，控制原料供给源10和各种阀，结束溶液或浆料m向容器31内的注入。这样，在步骤s1中结束溶液或浆料m向容器31内注入的时机能够基于各种条件来确定。
56.接着，控制装置90控制排气装置37和各种阀的开闭，对容器31内进行排气，由此开始从贮存在容器31内的溶液或浆料m除去溶剂(步骤s2)。
57.接着，控制装置90获取检测部39的检测结果，基于该检测结果，判断溶剂从贮存在容器31内的溶液或浆料m的除去是否已完成(步骤s3)。例如在检测部39为压力计的情况下，如果压力计检测到规定压力以下的压力，则控制装置90判断从贮存在容器31内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成。规定压力例如通过预备实验等来确定。
58.在步骤s3中，在判断从溶液或浆料m的溶剂除去已完成的情况下，控制装置90控制排气装置37和各种阀的开闭，结束从容器31内的溶液或浆料m的溶剂除去(步骤s4)，结束处理。另一方面，在步骤s3中，在判断从溶液或浆料m的溶剂除去未完成的情况下，控制装置90使处理返回到步骤s2。即，反复进行步骤s2，直到从溶液或浆料m的溶剂除去完成为止。
59.根据以上说明的终点检测处理，控制装置90基于设置在连接容器31与排气装置37的配管l30上的检测部39的检测结果，检测从贮存在容器31内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成。由此，能够检测贮存在容器31内的溶液或浆料m中所含的溶剂与固体原料的分离已完成。
60.〔原料供给系统的工作〕
61.对原料供给系统1的工作(原料供给方法)的一例进行说明。在原料供给系统1中，控制装置90对各种阀的开闭进行控制，由此利用并列设置的2个原料供给装置30、40中的一者向处理装置50供给反应性气体，利用另一者进行固体原料的填充。以下，对原料供给系统
1的工作的一例进行具体说明。
62.首先，参照图5，对利用原料供给装置30向处理装置50供给反应性气体、利用原料供给装置40进行固体原料的填充的情况进行说明。图5是用于说明原料供给系统1的工作的图。在图5中，用粗实线表示流通载气、溶液或浆料m和反应性气体的配管，用细实线表示不流通载气、溶液或浆料m和反应性气体的配管。其中，原料供给系统1在初始状态下如图1所示阀v11a、v11b、v12a、v12b、v21、v22、v30、v40、v51、v52全部关闭，对此进行说明。另外，对在原料供给装置30中贮存有第二固体原料m2的情况进行说明。
63.控制装置90控制原料供给装置30的加热部35，对贮存在容器31内的贮存部33的第二固体原料m2进行加热而使其升华，由此形成反应性气体。另外，控制装置90打开阀v21、v11b、v51。由此，从载气供给源20经由配管l20、l21、l11向原料供给装置30的容器31内注入载气，在容器31内形成的反应性气体与载气一起经由配管l51、l50供给到处理装置50。另外，控制装置90打开阀v12a、v12b。由此，从原料供给源10经由配管l10、l12向原料供给装置40注入溶液或浆料m，在原料供给装置40的容器41内的贮存部43贮存溶液或浆料m。在容器41内的贮存部43中贮存了规定量的溶液或浆料m之后，控制装置90关闭阀v12a、v12b，打开阀v40。由此，利用排气装置47对容器41内进行排气，从贮存在容器41内的溶液或浆料m中除去溶剂。此时，控制装置90获取检测部49的检测结果，基于该检测结果，判断从贮存在容器41内的溶液或浆料m的溶剂除去是否已完成。在控制装置90判断从贮存在容器41内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成的情况下，关闭阀v40。由此，切断排气装置47对容器41内的排气。
64.接着，参照图6，对于从利用原料供给装置30向处理装置50供给反应性气体的状态(参照图5)向利用原料供给装置40向处理装置50供给反应性气体、利用原料供给装置30进行固体原料填充的状态切换的情况进行说明。该切换例如在从贮存在原料供给装置30的容器31内的溶液或浆料m的溶剂除去完成、且贮存在原料供给装置40的容器41内的第二固体原料m2的剩余量达到规定值以下的情况下执行。
65.图6是用于说明原料供给系统1的工作的图。在图6中，用粗实线表示流通载气、溶液或浆料m和反应性气体的配管，用细实线表示不流通载气、溶液或浆料m和反应性气体的配管。其中，原料供给系统1在切换前的状态下，为阀v11b、v21、v51打开的状态、阀v11a、v12a、v12b、v22、v30、v40、v52关闭的状态，对此进行说明。
66.控制装置90首先断开原料供给装置30的加热部35，关闭阀v11b、v21、v51。由此，停止反应性气体从原料供给装置30向处理装置50的供给。
67.接着，控制装置90控制原料供给装置40的加热部45，对贮存在容器41内的贮存部43的第二固体原料m2进行加热而使其升华，由此形成反应性气体。另外，控制装置90打开阀v22、v12b、v52。由此，从载气供给源20经由配管l20、l22、l12向原料供给装置40的容器41内注入载气，在容器41内形成的反应性气体与载气一起经由配管l52、l50供给到处理装置50。另外，控制装置90打开阀v11a、v11b。由此，从原料供给源10经由配管l10、l11向原料供给装置30注入溶液或浆料m，在原料供给装置30的容器31内的贮存部33贮存溶液或浆料m。在容器31内的贮存部33中贮存了规定量的溶液或浆料m之后，控制装置90关闭阀v11a、v11b，打开阀v30。由此，利用排气装置37对容器31内进行排气，从贮存在容器31内的溶液或浆料m中除去溶剂。此时，控制装置90获取检测部39的检测结果，基于该检测结果，判断从贮存在容
器31内的溶液或浆料m的溶剂除去是否已完成。在控制装置90判断从贮存在容器31内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成的情况下，关闭阀v30。由此，切断排气装置37对容器31内的排气。
68.这样，根据原料供给系统1，控制装置90对各种阀的开闭进行控制，由此利用2个原料供给装置30、40中的一者向处理装置50供给反应性气体，利用另一者进行固体原料的填充。由此，能够实现原料向原料供给装置30、40的自动补充，能够提高处理装置50的连续运转能力，提高处理装置50的运行率。
69.另外，根据原料供给系统1，控制装置90基于设置于连接容器31与排气装置37的配管l30的检测部39的检测结果，检测从贮存在容器31内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成。由此，能够检测贮存在容器31内的溶液或浆料m中所含的溶剂与固体原料的分离已完成。
70.另外，根据原料供给系统1，控制装置90基于设置于连接容器41与排气装置47的配管l40的检测部49的检测结果，检测从贮存在容器41内的溶液或浆料m的溶剂除去已完成。由此，能够检测贮存在容器41内的溶液或浆料m中所含的溶剂与固体原料的分离已完成。
71.可以理解在此公开的实施方式在所有的方面都是例示，而并未限定。只要在不脱离请求保护的范围和其主旨，上述实施方可以以各种方式进行省略、置换、变更。
72.在上述的实施方式中，以使第一固体原料溶解于溶剂而成的溶液(solution)或使第一固体原料分散于分散介质而成的浆料(slurry)为例进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，也能够使用使第一固体原料分散于分散介质而成的胶体溶液(colloidal solution)等分散体系(dispersion)来代替浆料。例如，通过使用胶体溶液，与使用溶液或浆料的情况相比，能够填充高浓度的前体。分散体系(dispersion)作为下位概念包括浆料和胶体(colloid)。浆料也称为悬浊液(suspension)。胶体作为下位概念包括胶体溶液。胶体溶液也称为溶胶(sol)。
73.本国际申请主张基于2019年9月24日申请的日本专利申请第2019-173420号的优先权，将该申请的全部内容引用于本国际申请。
74.附图标记说明
75.1：原料供给系统；30：原料供给装置；31：容器；33：贮存部；35：加热部；40：原料供给装置；41：容器；43：贮存部；45：加热部。