JP2003257871A - 化学気相成長装置および化学気相成長法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料ガスの流量を正確に測定することにより
適正量の材料ガスを成膜チェンバに送ることのできる液
体材料気化供給装置を有する化学気相成長装置および化
学気相成長法を提供する。 【解決手段】 気化器で気化されて成膜チェンバに送ら
れる材料ガスの実際の流量をＩＲセンサを用いて正確に
測定し、測定結果を気化器に入力することによって、材
料ガスの流量を制御して成膜チェンバに所望の流量の材
料ガスを導入することができる。また、バブラで気化さ
れて成膜チェンバに送られる材料ガスの流量をＩＲセン
サを用いて正確に測定し、測定結果を圧力制御器に入力
することにより、成膜チェンバに送られる材料ガスの流
量を所望の値とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学気相成長装置
および化学気相成長法に関し、より詳しくは、材料ガス
の流量を正確に測定することにより適正量の材料ガスを
成膜チェンバに送ることのできる化学気相成長装置およ
び化学気相成長法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板表面に原料となるガスを流し
て化学反応を起こし、所定の組成を有する膜を形成する
化学気相成長法（ＣＶＤ法）において、液体状態で貯蔵
された原料を気化させることにより原料ガスを安定供給
する、液体材料気化供給装置を備えた化学気相成長装置
が広く用いられている。図１４および図１５に従来の液
体材料気化供給装置の例を示す。

【０００３】図１４の液体材料気化供給装置１４は、液
体材料をN_２またはＨｅ若しくはＡｒ等の不活性ガスを
キャリアとしてその気流中で加熱気化させる気化器を備
える。

【０００４】図１４において、タンク１４０２内の液体
材料１４０３は、圧力源としての圧送用ガス１４０１に
より、配管１４０４および配管１４０６を介して気化器
１４０７に圧送される。圧送用のガスとしては、例えば
Ｈｅガスが使用される。配管１４０４と配管１４０６の
間には、液体材料１４０３の流量を制御する液体流量制
御器（ＬＭＦＣ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下ＬＭＦＣという）１４０５
が配設されている。

【０００５】気化器１４０７の内部には液体材料１４０
３を十分に気化可能な温度に加熱する部位（図示せず）
が存在し、液体材料１４０３は該加熱部位に導入されて
気化する。また、該加熱部位には配管１４１４および配
管１４１６を介してキャリアガス１４１３も導入され
る。配管１４１４と配管１４１６の間には気体流量制御
器（ＧＭＦＣ：Ｇａｓ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｒ、以下ＧＭＦＣという）１４１５が配設さ
れていて、キャリアガス１４１３の流量を制御する。

【０００６】気化した液体材料１４０３は材料ガスとな
って、キャリアガス１４１３とともに配管１４０８およ
び配管１４１０を介して成膜チェンバ１４１１に送られ
る。配管１４０８と配管１４１０の間には気体流量メー
タ（ＧＭＦＭ：Ｇａｓ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔｅ
ｒ、以下ＧＭＦＭという）１４０９が配設されていて、
材料ガスとキャリアガスとの混合ガスの流量を測定す
る。ＧＭＦＭ１４０９からの信号１４１７は、制御機構
１４１８に入力される。

【０００７】配管１４０８、ＧＭＦＭ１４０９および配
管１４１０は材料ガスが再び液化することのないよう、
温度保持機構（図示せず）によって高温に保持されてい
る。この温度は材料ガスにより異なるが、例えば６０℃
〜２００℃である。成膜を行わないときは、配管１４１
２を通じて材料ガスおよびキャリアガスを排気する。

【０００８】気化器１４０７から送り出される材料ガス
の流量は、ＬＭＦＣ１４０５を製造レシピの値に設定し
て液体材料１４０３の流量により制御する場合もある
が、制御機構１４１８がＧＭＦＭ１４０９からの出力１
４１７に基いて気化器１４０７に信号１４２０を入力
し、直接に気化器１４０７内の配管１４０８へ接続する
バルブ（図示せず）の開閉を制御することによって成膜
チェンバ１４１１に送るガスの流量を制御する場合もあ
る。

【０００９】図１５の液体材料気化供給装置１５は、液
体材料をバブリングにより気化させるバブリング用のタ
ンク（以下、バブラという）を備える。

【００１０】液体材料１５０６はバブラ１５０５内に貯
蔵されており、ヒータ１５１２により加熱されて蒸気圧
が高められ、配管１５０２および配管１５０４を介して
導入されたキャリアガス１５０１によりバブリングされ
て気化する。キャリアガス１５０１としてはＮ_２または
Ｈｅ若しくはＡｒ等の不活性ガスが使用され、バブラ１
５０５内に導入されるキャリアガス１５０１の流量は、
配管１５０２と配管１５０４の間に配設されたＧＭＦＣ
１５０３によって制御される。

【００１１】気化した材料ガスは、キャリアガス１５０
１とともに配管１５０７および配管１５０９を介して成
膜チェンバ１５１０に送られる。配管１５０７と配管１
５０９の間にはＧＭＦＭ１５０８が配設されていて、材
料ガスおよびキャリアガス１５０１の流量を測定するこ
とにより、適正量のガスが成膜チェンバ１５１０に送ら
れるように制御する。

【００１２】配管１５０７、ＧＭＦＭ１５０８および配
管１５０９は材料ガスが再び液化することのないよう、
温度保持機構（図示せず）によって高温に保持されてい
る。この温度は材料ガスにより異なるが、例えば６０℃
〜２００℃である。成膜を行わないときは、配管１５１
１を通じて材料ガスおよびキャリアガスを排気する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記いずれの液体材料
気化供給装置においても、半導体基板表面に所定の組成
を有する信頼性の高い膜を安定して形成するためには、
気化器から成膜チェンバに送られる材料ガスの流量を精
密に制御することにより成膜条件に応じた適正量の材料
ガスを成膜チェンバ内の半導体基板に供給する必要があ
る。しかしながら、従来のＧＭＦＭによる材料ガスの流
量測定では、以下のような問題があった。

【００１４】第１に、使用する材料ガスの流量に対して
キャリアガスの流量が数倍〜数千倍と多いことから、測
定対象である材料ガスのスペクトル強度がキャリアガス
のスペクトル強度に対して非常に弱くなる上にノイズと
の分離も難しくなるため、材料ガスの流量を精度よく測
定することができなかった。図１２に従来のＧＭＦＭに
よる測定例を示す。図より、キャリアガスのスペクトル
強度に比べて材料ガスのスペクトル強度が非常に小さい
ことがわかる。

【００１５】第２に、液体材料気化供給装置においては
ＧＭＦＭが高温下に曝されるために、用いる電気部品の
材料として高耐熱性を有する材料であることが必要とさ
れ、汎用材料を使用することができなかった。また、セ
ンサ部での温度は保温温度よりも更に高温になるため
に、センサキャピラリ部で材料ガスが分解することによ
り流量測定ができなくなる場合があった。さらに、かか
る材料ガスの熱分解により不純物が発生する場合もあっ
た。

【００１６】第３に、従来の液体材料気化供給装置で
は、ＬＭＦＣで液相材料の流量を制御することによっ
て、成膜チェンバに送る材料ガスの流量を制御してい
た。しかしながら、例えばＬＭＦＣで制御された流量の
液体材料が全て気化器で気化したとしても、その後で冷
却されて再度液化した場合には、実際に成膜チェンバに
送られる材料ガスの流量はＬＭＦＣでの設定値よりも少
なくなる。

【００１７】図１３は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓ
ｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜をシリコン
ウェハ上に形成した場合において、膜厚方向でのホウ素
およびリンの濃度分布を示したものである。図１３
（１）は理想的な濃度分布を示したものであり、一方、
図１３（２）は従来の液体材料気化供給装置を用いて成
膜した場合の濃度分布を示したものである。図において
横軸はＢＰＳＧ膜の膜厚を表しており、膜厚ゼロがシリ
コンウェハの表面に相当する。一方、縦軸はＢＰＳＧ膜
中でのホウ素およびリンの濃度を表していて、これらの
濃度は図１３（１）に示すように、ＢＰＳＧ膜の膜厚に
依存せずにそれぞれ一定の値をとることが望ましい。し
かし、図１３（２）からわかるように、従来の液体材料
気化供給装置を用いて成膜した場合には、ホウ素および
リンの濃度はともにある膜厚から減少している。これ
は、ホウ素含有有機ガスおよびリン含有有機ガスが気化
器で気化した後に、例えば気化器内のいずれかの場所に
おいて冷却されることによって液化したために、成膜チ
ェンバに導入されるこれらガスの流量が減少したことに
よるものである。

【００１８】したがって、上記のような場合、ＬＭＦＣ
による制御のみでは成膜チェンバに送る材料ガスの流量
を十分に制御することはできないことから、従来より、
気化器を通過した後の材料ガスの流量をＧＭＦＭで測定
し、測定結果をフィードバックすることによりＬＭＦＣ
を制御する方法がとられている。しかしながら、前述の
ように、ＧＭＦＭにおける材料ガスの信号はキャリアガ
スの信号に比べて非常に弱いためにＬＭＦＣで設定した
材料ガスの流量とＧＭＦＭで測定した材料ガスの流量と
の差を補足することは困難であり、結果として設定値と
は異なる流量の材料ガスが成膜チェンバへ送られること
になるという問題があった。

【００１９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものである。即ち、本発明は、材料ガスの流量を正確
に測定することにより適正量の材料ガスを成膜チェンバ
に送ることのできる液体材料気化供給装置を有する化学
気相成長装置および化学気相成長法を提供することを目
的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願請求項１に係る発明
は、液体材料を気化して材料ガスを発生させる気化器
と、キャリアガス源から前記気化器に導入するキャリア
ガスの流量を検出するとともに制御するガス流量制御器
と、前記気化器からの前記材料ガスおよび前記キャリア
ガスを導入して、収納された基板上に成膜する成膜チェ
ンバと、前記気化器から前記成膜チェンバを接続する配
管に設けられ、前記材料ガスの赤外線透過率を測定する
赤外線センサと、前記赤外線センサで測定した赤外線透
過率と前記ガス流量制御器によって検出したキャリアガ
スの流量とから前記材料ガスの流量を算出して設定値と
比較し、この比較結果に基づいて前記気化器から前記成
膜チェンバに導入する前記材料ガスの流量を制御する制
御機構とを備えた化学気相成長装置であることを特徴と
する。

【００２１】本願請求項２に係る発明は、請求項１に記
載の化学気相成長装置において、前記液体材料は２種類
以上あり、前記気化器および前記キャリアガス源は前記
液体材料に対応して２以上配置され、前記気化器で発生
する前記２種類以上の材料ガスの合流位置と前記成膜チ
ェンバの間に１の前記赤外線センサが配置されることを
特徴とする。

【００２２】本願請求項３に係る発明は、請求項１また
は２に記載の化学気相成長装置において、前記赤外線セ
ンサは、発光部からの赤外線を前記材料ガスを充満させ
たセル内を通過させて受光部で受けることにより、前記
材料ガスについての赤外線透過率Ｔを測定する手段と、
透過率Ｔと設定値Ｔ_１とを比較して、Ｔ＞Ｔ_１である場
合には、透過率Ｔから、前記セル内に前記材料ガスがな
い状態での透過率であるバックグラウンドの透過率を差
し引く補正をする手段と、Ｔ＜Ｔ_１である場合には、警
報信号を発して測定を中止する手段とを含むことを特徴
とする。

【００２３】本願請求項４に係る発明は、請求項３に記
載の化学気相成長装置において、前記赤外線センサがさ
らに前記発光部からの赤外線を反射させて前記受光部に
入射させる反射部を有することにより、前記発光部から
前記受光部までの光路長を変えることができることを特
徴とする。

【００２４】本願請求項５に係る発明は、請求項４に記
載の化学気相成長装置において、前記反射部が金属蒸着
した鏡であることを特徴とする。

【００２５】本願請求項６に係る発明は、請求項４に記
載の化学気相成長装置において、前記反射部がハーフミ
ラーであることを特徴とする。

【００２６】本願請求項７に係る発明は、請求項３に記
載の化学気相成長装置において、前記赤外線センサがさ
らに前記材料ガスの進行方向に対して、前記セルの断面
積を、前記気化器から前記セルに前記材料ガスを導入す
る配管部の断面積および前記セルから前記成膜チェンバ
へ前記材料ガスを排出する配管部の断面積よりも大きく
することにより、前記材料ガスの前記セル内での滞留時
間を長くさせることができることを特徴とする。

【００２７】本願請求項８に係る発明は、液体材料を気
化して材料ガスを発生させる気化器に、キャリアガス源
からガス流量制御器を介してキャリアガスを導入し、そ
して前記材料ガスおよび前記キャリアガスを前記気化器
から成膜チェンバに供給して基板上に成膜する化学気相
成長法において、前記気化器と前記成膜チェンバとを接
続する配管に設けた赤外線センサで前記材料ガスの赤外
線透過率測定を行い、該透過率と前記ガス流量制御器に
よって検出される前記キャリアガスの流量とから前記材
料ガスの流量を算出するとともに該流量と設定値とを比
較し、この比較結果に基いて前記気化器から前記成膜チ
ェンバに供給する前記材料ガスの流量を制御する化学気
相成長法であることを特徴とする。

【００２８】本願請求項９に係る発明は、請求項８に記
載の化学気相成長法において、前記赤外線透過率測定
は、発光部からの赤外線を前記材料ガスを充満させたセ
ル内を通過させて受光部で受けることにより、前記材料
ガスについての赤外線透過率Ｔを測定する処理と、透過
率Ｔと設定値Ｔ_１とを比較する処理と、前記比較した結
果がＴ＞Ｔ_１である場合には、透過率Ｔから、前記セル
内に前記材料ガスがない状態での透過率であるバックグ
ラウンドの透過率を差し引く補正をする処理と、前記比
較した結果がＴ＜Ｔ_１である場合には、警報信号を発し
て測定を中止する処理とを含むことを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００３０】実施の形態１ 図１は、本発明の実施の形態１に係る液体材料気化供給
装置の一例を示したものである。図１において、液体材
料気化供給装置１は、液体材料を貯蔵するタンク１０
１、液体材料を気化する気化器１０５、キャリアガスを
供給する供給系１０６および成膜チェンバ１１３を有す
る。タンク１０１内の液体材料は配管１０２および配管
１０４を介して気化器１０５に導入される。配管１０２
と配管１０４の間にはＬＭＦＣ１０３が配設され、気化
器１０５に導入される液体材料が所望の量となるように
液体材料の流量を制御する。一方、供給系１０６からキ
ャリアガスが配管１０７および配管１０９を介して気化
器１０５に導入される。配管１０７と配管１０９の間に
はＧＭＦＣ１０８が配設されていて、気化器１０５に導
入されるキャリアガスの流量が制御される。キャリアガ
スとしては、例えば、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスやＮ_２
ガスを用いることができる。

【００３１】気化器１０５で気化した材料ガスとキャリ
アガスとの混合ガスは、配管１１０および配管１１２を
介して成膜チェンバ１１３に送られる。配管１１０と配
管１１２の間には赤外線センサ（以下、ＩＲセンサとい
う）１１１が配設されていて、材料ガスの流量を検出す
るのに用いる。ここで、赤外線はＨｅ，Ａｒ等の不活性
ガスに対しては原理的に感度がないことから、キャリア
ガスとして不活性ガスを用いた場合、材料ガスに対して
キャリアガスの量がいかに多くとも材料ガスの流量検出
の妨げとなることはない。図２に、ＩＲセンサによる測
定例を示す。図より、ＩＲセンサは材料ガスのみ検出
し、キャリアガスについては検出しないことがわかる。

【００３２】一方、赤外線はＮ_２に対しては感度を有す
る。したがって、キャリアガスとしてＮ_２を使用する場
合には、材料ガス検出の妨げとなるおそれがある。しか
し、かかる場合であっても材料ガスの波数を適当に選択
すれば、上記不活性ガスの場合と同様に、Ｎ_２からの信
号による妨げを受けることなく材料ガスを検出すること
ができる。

【００３３】ＩＲセンサ１１１からの出力１１５は制御
機構１１６に送られ、制御機構１１６内の演算機能によ
って測定結果はリアルタイムでフーリエ変換されて材料
ガスごとに特有のスペクトル強度が算出される。一方、
予め材料ガスの流量とスペクトル強度との関係を実験に
より求めておく。ここで、図３は、キャリアガス流量を
変えた場合の材料ガスの流量とスペクトル強度との関係
の一例を示したものである。図より、材料ガスの流量が
同じであってもキャリアガスの流量によってスペクトル
強度が変化することがわかる。これは、キャリアガスの
量を変えることによって混合ガス中に占める材料ガスの
濃度が変化することによるものである。したがって、ス
ペクトル強度から材料ガスの流量を求めるためには、予
め、キャリアガスの流量に応じた材料ガス流量値とスペ
クトル強度との関係を把握することが必要である。

【００３４】上記関係を求めることにより、上記制御機
構１１６によって算出されたスペクトル強度と、ＧＭＦ
Ｃ１０８からの出力値１１７によって把握されるキャリ
アガスの流量とから、実際に気化器１０５から発生する
材料ガスの流量を求めることができる。そして、この値
を制御機構１１６から気化器１０５に信号１１８によっ
てフィードバックし、成膜条件に適した流量となるよう
に、気化器１０５のバルブ（図示せず）の開閉を制御す
る。

【００３５】制御機構１１６は、前記フィードバックす
る構成ではなく、制御機構１１６で求まる材料ガスの流
量を監視し、材料ガスの流量が設定値に対して所定の許
容範囲を超えた場合には警報信号を発するような構成と
してもよい。

【００３６】図４は、本実施の形態に係るＩＲセンサの
平面図を示す。ＩＲセンサ３は、セル３０２、発光部３
０４、受光部３０５を有する。材料ガスとキャリアガス
の混合ガスは、気化器（図示せず）より配管１１０を通
じて矢印Ａの方向に進行し、セル３０２に導入される。
赤外線３０３は、発光部３０４から出てセル３０２の長
手方向の一端に取り付けられた透過窓３０６を透過し、
セル３０２内を長手方向に沿って進行した後、セル３０
２の長手方向の他端に取り付けられた透過窓３０６′を
透過して受光部３０５に到達する。

【００３７】透過窓の材料としては、例えば、石英を用
いることができる。腐食性ガスを含有または発生する材
料ガスを用いる場合には、透過窓を構成する材料の腐食
を防止するため、腐食性成分に対して耐性を有する材料
を透過窓構成材料として選択する。または、透過窓の表
面若しくはセル内に面する側（図４の３０６ａおよび３
０６′ａ）を該材料でコーティングしてもよい。例え
ば、材料ガスがフッ酸を含有または発生する場合には、
透過窓の表面またはセル内に面する側にシリコンコーテ
ィングする。さらに、石英を透過窓構成材料として用い
た場合約５μｍより長波長の成分については透過率が低
くなることから、かかる長波長の成分を透過させること
が必要である場合には、例えば、ＣａＦ_２，ＢａＦ_２お
よびＺｎＳｅ等の蛍石構造の単結晶を用いる。

【００３８】透過率測定の際には、材料ガスによる吸収
の他に、透過窓を構成する材料自身による吸収や前記腐
食防止の目的で表面コーティングした材料等による吸収
（バックグラウンド）があることを考慮し、測定結果か
らかかるバックグラウンドの吸収を差し引く補正をする
必要がある。バックグラウンドによる吸収は、セル内に
材料ガスがない状態で、赤外線透過率を測定することに
より求められる。一方、腐食による透過窓構成材料のエ
ッチング等によってバックグラウンドが変動する場合が
あることから、かかる変動の有無を把握し、変動がある
場合には変動値を把握した上で上記補正を行う必要があ
る。

【００３９】透過率が変動した場合の処理方法を図５を
用いて説明する。発光部として、赤外線強度が既知であ
る光源または標準黒体炉を用いて所定の測定間隔でガス
を通過させない状態での透過率を測定し、バックグラウ
ンドの透過率Ｔを求めておく。一方、所定の基準となる
透過率Ｔ_１を設定し、Ｔ＞Ｔ_１である場合には測定を行
うこととしてガスを通過させた状態での透過率を求め、
測定結果からバックグラウンドの吸収を差し引く補正を
することにより、材料ガスによる吸収を算出する。一
方、Ｔ＜Ｔ_１である場合には警報信号を発して測定を中
止し、バックグラウンドが大きく変動している原因を究
明した後、透過窓を交換するなどの対策を行う。以上の
ルーチンを所定のタイミングで繰り返し、測定結果を制
御機構に送る。

【００４０】材料ガスの濃度が低い場合、分光測定にお
いては一般に光路長を長くする方法がとられる。しかし
ながら、セルの長さを長くすることにより光路長を長く
しようとする場合には、気化器から成膜チェンバまでの
距離が長くなることになるため、温度が低下することに
よる材料ガスの液化が起こるおそれがある。

【００４１】本発明によれば、図６の例に示すように、
反射板を設け、赤外光を反射させることにより実効的な
光路長を長くする方法をとる。図６では、発光部６０４
から出た赤外線６０３は透過窓６０６および６０６′を
透過した後、反射板６０７′で反射し、再び透過窓６０
６′および６０６を透過する。そして、また反射板６０
７で反射する。これを複数回繰り返した後に受光部６０
５に達して、所望の光路長での測定とする。反射板とし
ては、例えば、アルミニウム蒸着した鏡を用いることが
できる。反射表面をグレーティング構造としてもよい。

【００４２】また、本発明によれば、図７の例に示すよ
うに、透過窓に適当な半透明材料を用いてハーフミラー
とすることにより、透過窓間で反射させて実効的な光路
長を長くしてもよい。図７では、光源７０４から出た赤
外線７０３は透過窓７０６を透過してＩＲセル７０２内
に入った後、透過窓７０６′で反射して進行方向を変
え、再び透過窓７０６で反射する。これを複数回繰り返
した後に受光部７０５に達して、所望の光路長での測定
とする。

【００４３】さらに、本発明によれば、濃度の低い材料
ガスの測定をする場合、図８の例に示すように、矢印Ｂ
で示す材料ガスの進行方向について、セル８０２の断面
積を、配管８１０および配管８１２の断面積より大きく
してもよい。図８において、配管８１０は気化器（図示
せず）からセル８０２に材料ガスを導入する配管であ
り、配管８１２はセル８０２から成膜チェンバ（図示せ
ず）へ材料ガスを排出する配管である。かかる構造にす
ることによって、混合ガスのセル内での滞留時間を長く
して見かけの材料ガスの濃度を大きくすることができる
ので、スペクトル強度を大きくすることができるととも
に、測定時間の短縮を図ることができる。さらに、Ｓ／
Ｎ比を大きくして測定分解能の向上を図ることができ
る。

【００４４】このように、ＩＲセンサを用いて気化器に
導入する材料ガスの流量を成膜条件に応じた適正な値と
することにより、所定の組成を有する信頼性の高い膜を
安定して形成することができる。

【００４５】図１において、成膜に使用されないガスは
配管１１４を通じて排出される。また、配管１１０、１
１２およびＩＲセンサ１１１は材料ガスが再び液化する
ことのないよう、温度保持機構（図示せず）によって高
温に保持されている。この温度は材料ガスにより異なる
が、例えば６０℃〜２００℃である。

【００４６】本実施の形態は、２種類以上の材料ガスを
用いて成膜する場合にも適用できる。図９に、ＢＰＳＧ
膜を成膜する場合の液体材料気化供給装置９の例を示
す。図では、タンク９０１にはエチルシリケート（ＴＥ
ＯＳ：ｔｅｔｒａ ｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏ ｓｉｌｉｃ
ａｔｅ、以下ＴＥＯＳという）が、タンク９２０にはホ
ウ素含有有機液体ソースが、そしてタンク９３７にはリ
ン含有有機液体ソースがそれぞれ貯蔵されている。これ
らの液体材料に対応して気化器９０５、９２４および９
４１並びにキャリアガス源９０６，９２５および９４２
が配置されている。各液体材料がそれぞれ材料ガスとな
るまでの動作は、前記図１で説明したのと同様である。

【００４７】図９において、気化器９０５、９２４およ
び９４１で発生した各材料ガスの流量は、ＩＲセンサ
（９１１、９３０、９４７）からの出力（９１６、９３
３、９４９）とＧＭＦＣ（９０８、９２７、９４４）に
基いて、制御機構（９１７、９３４、９５０）によって
求められ、適正量のＴＥＯＳガス、ホウ素含有有機ガス
およびリン含有有機ガスが成膜チェンバ９１４に送られ
てＢＰＳＧ膜の形成に使用される。

【００４８】実施の形態２ 図１０に、本実施の形態２に係る液体材料気化供給装置
１０の例を示す。図１０ではＢＰＳＧ膜を形成する場合
の例を示しており、各液体材料が気化器で材料ガスとな
るまでの動作は、前記図１および図９で説明したのと同
様である。

【００４９】本実施の形態では、各材料ガスごとにＩＲ
センサおよび制御機構を設けるのではなく、装置全体で
ただ１つのみのＩＲセンサおよび制御機構を有すること
を特徴とする。

【００５０】気化器１００５は、配管１００９、配管１
０１０および配管１０１２を介して成膜チェンバ１０１
４に接続している。また、配管１０１０と配管１０１２
の間にはＩＲセンサ１０１１が配設されている。一方、
気化器１０４１に接続した配管１０１６は配管１０１０
に接続しており、気化器１０２４に接続した配管１０１
７は配管１０１６に接続している。したがって、気化器
１０２４で発生したホウ素含有有機ガスは、配管１０１
７を通った後、配管１０１６において気化器１０４１で
発生したリン含有有機ガスと混合する。一方、気化器１
００５で発生したＴＥＯＳガスは配管１００９を通過し
た後、配管１０１０でホウ素含有有機ガスおよびリン含
有有機ガスと混合する。そして、これらはキャリアガス
とともに成膜チェンバ１０１４に送られるが、その流量
はＩＲセンサ１０１１を用いて検出される。成膜に用い
られないガスは配管１０１５から排出される。また、
尚、材料ガスが再び液化することのないよう、各気化器
から成膜チェンバまでの配管およびＩＲセンサが温度保
持機構（図示せず）によって高温に保持されているの
は、実施の形態１と同様である。この温度は材料ガスに
より異なるが、例えば６０℃〜２００℃である。

【００５１】ＩＲセンサ１０１１で測定されたキャリア
ガスを除く上記混合ガスについての測定結果は、出力１
０１６として制御機構１０１７に送られ、制御機構１０
１７内の演算機能によってフーリエ変換された後、分離
されて、ＴＥＯＳガス、ホウ素含有有機ガスおよびリン
含有有機ガスのそれぞれについてスペクトル強度が算出
される。

【００５２】尚、測定時間の短縮化を図るためには、Ｉ
Ｒセンサ１０１１内の赤外線参照光の強度を強くすれば
よい。また、制御機構１０１７での演算機能の単一化
（例えば、各材料ガスに特徴的な波数に絞った演算処
理）によっても測定時間の短縮化を図ることができると
ともに、該方法によればコストダウンも達成できる。

【００５３】スペクトル強度から各材料ガスの流量を求
める方法は、実施の形態1と同様である。即ち、上記制
御機構１０１７によって算出されたスペクトル強度と、
ＧＭＦＣ１００８、ＧＭＦＣ１０２７およびＧＭＦＣ１
０４４からの各出力値（１０１８，１０３５，１０５
１）によって把握されるキャリアガスの流量とから、予
め求めておいたキャリアガスの流量に応じた各材料ガス
の流量値とスペクトル強度との関係に基いて、ＴＥＯＳ
ガス、ホウ素含有有機ガスおよびリン含有有機ガスのそ
れぞれの流量を求めることができる。

【００５４】求めた各材料ガスの流量値は制御機構１０
１７から各気化器（１００５，１０２４，１０４１）に
信号１０１９、信号１０３６および信号１０５２によっ
てフィードバックされ、成膜条件に適した流量となるよ
うに、各気化器（１００５，１０２４，１０４１）のバ
ルブ（図示せず）の開閉が制御される。

【００５５】制御機構１０１７は、前記フィードバック
する構成ではなく、制御機構１０１７で求まる材料ガス
の流量を監視し、材料ガスの流量が設定値に対して所定
の許容範囲を超えた場合には警報信号を発するような構
成としてもよい。

【００５６】本実施の形態では、ＢＰＳＧ膜を成膜する
場合の液体材料気化供給装置の例を示したが、本発明は
本実施の形態に限定されるものではない。即ち、ＢＰＳ
Ｇ膜以外の他の膜、例えばシリコン酸化膜、タリウム酸
化膜または低誘電率層間絶縁膜（ｌｏｗ−ｋ Ｆｉｌ
ｍ）等の成膜にも適用することができる。また、材料ガ
スの種類も３種類以外の２種類または４種類以上であっ
てもよい。

【００５７】実施の形態３ 図１１に本発明の実施の形態３に係る液体材料気化供給
装置の例を示す。図の例では、液体材料は気化器ではな
くバブリングにより気化される。

【００５８】図１１において、液体材料気化供給装置１
１は、液体材料を気化させるバブラ１１０５、液体材料
を加熱するヒータ１１０７、キャリアガスを供給する供
給系１１０１および成膜チェンバ１１１３を有する。液
体材料１１０６はバブラ１１０５内に貯蔵されており、
ヒータ１１０７により加熱されて蒸気圧が高められ、配
管１１０２および配管１１０４を介して導入されたキャ
リアガス１１０１によりバブリングされて気化する。キ
ャリアガス１１０１としてはＮ_２またはＨｅ若しくはＡ
ｒ等の不活性ガスが使用され、バブラ１１０５内に導入
されるキャリアガス１１０１の流量は、配管１１０２と
配管１１０４の間に配設されたＧＭＦＣ１１０３によっ
て制御される。

【００５９】気化した材料ガスは、キャリアガス１１０
１とともに配管１１０８および配管１１１０および配管
１１１２を介して成膜チェンバ１１１３に送られる。配
管１１１８と配管１１１０の間には、ＩＲセンサ１１０
９が配設されている。また、配管１１１０と配管１１１
２の間には圧力制御器１１１１が配設されていて、成膜
チェンバ１１１３に導入される材料ガスおよびキャリア
ガスの流量を制御する。成膜に用いられなかったガスは
配管１１１４から排出される。尚、配管１１０８、１１
１０および１１１２、ＩＲセンサ１１０９並びに圧力制
御器１１１１は材料ガスが再び液化することのないよ
う、温度保持機構（図示せず）によって高温に保持す
る。この温度は材料ガスにより異なるが、例えば６０℃
〜２００℃である。

【００６０】バブリングにより気化した材料ガスの流量
をＩＲセンサ１１０９を用いて検出する。ＩＲセンサ１
１０９での測定結果は出力１１１５として制御機構１１
１６に送り、制御機構１１１６内の演算機能によってフ
ーリエ変換してスペクトル強度を算出する。スペクトル
強度から材料ガスの流量を求める方法は、実施の形態1
および実施の形態２と同様である。即ち、上記制御機構
１１１６によって算出したスペクトル強度と、ＧＭＦＣ
１１０３の出力１１１７によって把握できるキャリアガ
スの流量とから、予め求めておいたキャリアガスの流量
に応じた材料ガスの流量値とスペクトル強度との関係に
基いて、材料ガスの流量を求めることができる。

【００６１】求めた値を制御機構１１１６から圧力制御
器１１１１に信号１１１８によってフィードバックし、
成膜チェンバ１１１３に送る材料ガスの流量が成膜条件
に適した値となるように成膜チェンバ１１１３へ導入す
るガスの圧力を調節する。

【００６２】また、本発明においては、ＩＲセンサ１１
０９を配管を介して成膜チェンバ１１１３に直接接続さ
せた構成としてもよい。本発明によれば、ＩＲセンサを
用いることによって材料ガスの流量を正確に測定するこ
とができることから、測定した値に基いてＧＭＦＣ１１
０３によりキャリアガスの流量を制御することによって
気化する液体材料の量を調節し、成膜チェンバに導入す
る材料ガスの流量を制御してもよい。かかる構成によれ
ば成膜チェンバの直前で流量を測定できるために、ＩＲ
センサ通過後の冷却による材料ガスの損失が起こるおそ
れがなく、成膜チェンバに導入する材料ガスの流量を一
層正確に管理することができる。

【００６３】また、バブラ１１１５から成膜チェンバ１
１１３に至る材料ガスの流路において、そのいずれかの
箇所にさらにキャリアガスを導入するための配管を設け
て材料ガスを希釈することにより、成膜チェンバ１１１
３への材料ガスの流量を制御してもよい。例えば、配管
１１０８、配管１１１０または配管１１１２のいずれか
にキャリアガスを導入するための配管１１１９、配管１
１２０または配管１１２２を接続する。但し、配管１１
０８に接続する場合、ＩＲセンサ１１０９を通過するキ
ャリアガスの流量の変化により測定の際の材料ガス濃度
が変わることになる。したがって、材料ガスの流量算出
の際には、導入するキャリアガスの流量を考慮に入れる
ことが必要である。例えば、配管１１１９と配管１１０
８の間にＧＭＦＣを設けて導入するキャリアガスの流量
を測定し、測定値を制御機構１１１６に入力して前記Ｇ
ＭＦＣ１１１３からの出力１１１７とあわせ、材料ガス
の流量を算出する。

【００６４】また、圧力制御器１１１１にキャリアガス
導入のための配管１１２１を接続し、成膜チェンバ１１
１３へ導入するガスの圧力を調節することにより材料ガ
スの流量を制御してもよい。

【００６５】ＩＲセンサ１１０９を配管を介して成膜チ
ェンバ１１１３に直接接続させた構成とする場合には、
成膜チェンバ１１１３に導入する材料ガスの流量を正確
に測定するために、配管１１０８にキャリアガスの導入
管を接続するのがよい。

【００６６】尚、キャリアガスを導入することによって
材料ガスの流量を制御する場合には、温度の低下による
材料ガスの液化を防ぐために十分な温度管理をする。例
えば、材料ガスを導入する配管を適当な温度保持機構に
よって高温に保持する。

【００６７】制御機構１１１６は、前記フィードバック
する構成ではなく、制御機構１１１６で求まる材料ガス
の流量を監視し、材料ガスの流量が設定値に対して所定
の許容範囲を超えた場合には警報信号を発するような構
成としてもよい。

【００６８】本発明は、本発明の主旨を逸脱しない範囲
で実施の形態の変更が可能である。上記実施の形態１〜
３では熱ＣＶＤ法についてのみ言及したが、例えばプラ
ズマＣＶＤや減圧ＣＶＤ等のように、液体材料を気化し
て供給することを必要とするプロセスであれば本発明の
適用が可能である。その場合、使用する液体材料に適し
た温度に気化器および配管等の温度を設定し、材料ガス
を検出可能な波数の赤外線を用いて材料ガスの流量を検
出する。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、不活性ガスや窒素ガス
等のキャリアガスに混合した材料ガスの流量をキャリア
ガスの量にかかわらず正確に測定することができる。

【００７０】本発明によれば、気化器で気化されて成膜
チェンバに送られる材料ガスの実際の流量を正確に測定
して測定結果を気化器に入力することにより材料ガスの
流量を制御して、成膜チェンバに所望の流量の材料ガス
を導入することができる。また、バブラで気化されて成
膜チェンバに送られる材料ガスの流量を正確に測定して
測定結果を圧力制御器に入力することにより、成膜チェ
ンバに送られる材料ガスの流量を所望の値とすることが
できる。

【００７１】本発明によれば、材料ガスの流量を正確に
測定することができるので設定値からの測定値のずれに
より、例えば材料ガスが冷却されることによる液化現象
等を把握することができる。したがって、材料ガスの流
量を所望の値となるように調節することによって、成膜
チェンバに導入される材料ガスの流量を一定にして組成
の安定した膜を基板上に形成することができる。

【００７２】本発明によれば、材料ガスの流量を正確に
測定することができるので、設定値からの測定値の変動
を監視することにより、規格から外れた膜が形成されて
いるか否かの判断を容易にすることができる。そして、
外れている場合には直ちに所望の値となるように流量を
調節することによって、規格外の製品の生成を最小限に
とどめることができるので、製品歩留まりの向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る化学気相成長装置
において、液体材料気化供給装置を示す構成図である。

【図２】ＩＲセンサによる測定例を説明する図である。

【図３】キャリアガスの流量を変えた場合の材料ガスの
流量とスペクトル強度との関係の一例を示す図である。

【図４】本発明に係るＩＲセンサの平面図である。

【図５】透過率補正を説明する図である。

【図６】本発明に係るＩＲセンサの平面図である。

【図７】本発明に係るＩＲセンサの平面図である。

【図８】本発明に係るＩＲセンサの平面図である。

【図９】本発明の実施の形態１に係る化学気相成長装置
において、液体材料気化供給装置を示す構成図である。

【図１０】本発明の実施の形態２に係る化学気相成長装
置において、液体材料気化供給装置を示す構成図であ
る。

【図１１】本発明の実施の形態３に係る化学気相成長装
置において、液体材料気化供給装置を示す構成図であ
る。

【図１２】従来のＧＭＦＭによる測定例を説明する図で
ある。

【図１３】従来の化学気相成長装置によるＢＰＳＧ膜の
ホウ素およびリンの濃度分布を説明する図である。

【図１４】従来の化学気相成長装置において、液体材料
気化供給装置を示す構成図である。

【図１５】従来の化学気相成長装置において、液体材料
気化供給装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１，９，１０，１１，１４，１５ 液体材料気化供給装
置 １０３，１４０５ＬＭＦＣ、 １０８，９０８，９
２７，９４４，１００８，１０２７，１０４４，１１０
３，１４１５，１５０３ ＧＭＦＣ、 １０５，９０
５，９２４，９４１，１００５，１０２４，１０４１，
１４０７ 気化器、 １１０５，１５０５バブラ、 １
１１，９１１，９３０，９４７，１０１１，１１０９
ＩＲセンサ、 １１６，９１７，９３４，９５０，１０
１７ 制御機構、 １１１１ 圧力制御器、 １１３，
９１４，１０１４，１１１３ 成膜チェンバ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA16 AA18 BA24 BA26 BA42 BA44 CA04 CA12 EA01 FA10 JA05 KA36 KA37 KA39 KA41 5F045 AA03 AA06 AA08 AB31 AB32 AB35 AB36 EE01 EE02 EE03 EE04 EE05 EE14 EE15 EE17 GB07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体材料を気化して材料ガスを発生させ
   る気化器と、 キャリアガス源から前記気化器に導入するキャリアガス
   の流量を検出するとともに制御するガス流量制御器と、 前記気化器からの前記材料ガスおよび前記キャリアガス
   を導入して、収納された基板上に成膜する成膜チェンバ
   と、 前記気化器から前記成膜チェンバを接続する配管に設け
   られ、前記材料ガスの赤外線透過率を測定する赤外線セ
   ンサと、 前記赤外線センサで測定した赤外線透過率と前記ガス流
   量制御器によって検出したキャリアガスの流量とから前
   記材料ガスの流量を算出して設定値と比較し、この比較
   結果に基づいて前記気化器から前記成膜チェンバに導入
   する前記材料ガスの流量を制御する制御機構とを備えた
   ことを特徴とする化学気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記液体材料は２種類以上あり、前記気
   化器および前記キャリアガス源は前記液体材料に対応し
   て２以上配置され、前記気化器で発生する前記２種類以
   上の材料ガスの合流位置と前記成膜チェンバの間に１の
   前記赤外線センサが配置される請求項１に記載の化学気
   相成長装置。
3. 【請求項３】 前記赤外線センサは、 発光部からの赤外線を前記材料ガスを充満させたセル内
   を通過させて受光部で受けることにより、前記材料ガス
   についての赤外線透過率Ｔを測定する手段と、 透過率Ｔと設定値Ｔ_１とを比較して、Ｔ＞Ｔ_１である場
   合には、透過率Ｔから、前記セル内に前記材料ガスがな
   い状態での透過率であるバックグラウンドの透過率を差
   し引く補正をする手段と、 Ｔ＜Ｔ_１である場合には、警報信号を発して測定を中止
   する手段とを含む請求項１または２に記載の化学気相成
   長装置。
4. 【請求項４】 前記赤外線センサがさらに前記発光部か
   らの赤外線を反射させて前記受光部に入射させる反射部
   を有することにより、前記発光部から前記受光部までの
   光路長を変えることができる請求項３に記載の化学気相
   成長装置。
5. 【請求項５】 前記反射部が金属蒸着した鏡である請求
   項４に記載の化学気相成長装置。
6. 【請求項６】 前記反射部がハーフミラーである請求項
   ４に記載の化学気相成長装置。
7. 【請求項７】 前記赤外線センサがさらに前記材料ガス
   の進行方向に対して、前記セルの断面積を、前記気化器
   から前記セルに前記材料ガスを導入する配管部の断面積
   および前記セルから前記成膜チェンバへ前記材料ガスを
   排出する配管部の断面積よりも大きくすることにより、
   前記材料ガスの前記セル内での滞留時間を長くさせるこ
   とができる請求項３に記載の化学気相成長装置。
8. 【請求項８】 液体材料を気化して材料ガスを発生させ
   る気化器に、キャリアガス源からガス流量制御器を介し
   てキャリアガスを導入し、そして前記材料ガスおよび前
   記キャリアガスを前記気化器から成膜チェンバに供給し
   て基板上に成膜する化学気相成長法において、 前記気化器と前記成膜チェンバとを接続する配管に設け
   た赤外線センサで前記材料ガスの赤外線透過率測定を行
   い、該透過率と前記ガス流量制御器によって検出される
   前記キャリアガスの流量とから前記材料ガスの流量を算
   出するとともに該流量と設定値とを比較し、この比較結
   果に基いて前記気化器から前記成膜チェンバに供給する
   前記材料ガスの流量を制御することを特徴とする化学気
   相成長法。
9. 【請求項９】前記赤外線透過率測定は、発光部からの赤
   外線を前記材料ガスを充満させたセル内を通過させて受
   光部で受けることにより、前記材料ガスについての赤外
   線透過率Ｔを測定する処理と、 透過率Ｔと設定値Ｔ_１とを比較する処理と、 前記比較した結果がＴ＞Ｔ_１である場合には、透過率Ｔ
   から、前記セル内に前記材料ガスがない状態での透過率
   であるバックグラウンドの透過率を差し引く補正をする
   処理と、 前記比較した結果がＴ＜Ｔ_１である場合には、警報信号
   を発して測定を中止する処理とを含む請求項８に記載の
   化学気相成長法。