JP2007162139A - Film-deposition apparatus and source supplying apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CVD (chemical vapor deposition) film-deposition apparatus where the concentration of a source gas in a carrier gas can be adjusted with high precision and at high speed even when the CVD process is conducted by using a low vapor pressure source material. <P>SOLUTION: The film-deposition apparatus is provided with a source supply apparatus supplying a source gas generated from a solid or liquid source to a film-formation chamber by transportion with a carrier gas. The source supplying apparatus comprises: a concentration measurement means measuring the concentration of the source gas; and an inert-gas flow-rate controlling means increasing/decreasing the flow rate of the inert gas added to the above carrier gas in the process of transporting the source gas on the basis of the measured concentration of the source gas. The inert-gas flow-rate controlling means performs control of increasing the flow rate of the inert gas when the measured concentration exceeds the upper limit value of the proper concentration range, and decreasing the flow rate of the inert gas when the measured concentration is lower than the lower limit value of the proper concentration range, and corrects any deviation from the proper concentration range of the source gas. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は一般に成膜装置に係り、特に赤外分光光度計を用いてソースガスの濃度を監視・制御するCVD成膜装置に関する。   The present invention generally relates to a film forming apparatus, and more particularly to a CVD film forming apparatus that monitors and controls the concentration of a source gas using an infrared spectrophotometer.

CVD成膜技術は半導体装置の製造において、成膜処理として不可欠の技術である。   The CVD film forming technique is an indispensable technique as a film forming process in manufacturing a semiconductor device.

CVD法(化学的気相成長法)、特にMO(有機金属)原料を使ったMOCVD(有機金属化学気相成長法)法による成膜処理では、一般に形成したい膜の構成元素を含む液体原料化合物を、あるいはかかる構成元素を含む固体原料化合物を溶媒中に溶解して形成した液状原料を、処理容器近傍に設けた気化器まで搬送し、当該気化器で気化させてソースガスを形成することが行われている。このようにして形成したソースガスをCVD装置の処理容器に導入し、前記処理容器中において、前記ソースガスの分解により、所望の絶縁膜、金属膜、あるいは半導体膜を形成する。   In a film formation process by a CVD method (chemical vapor deposition method), particularly an MOCVD (organometallic chemical vapor deposition method) method using an MO (organic metal) raw material, a liquid raw material compound generally containing the constituent elements of the film to be formed Or a liquid raw material formed by dissolving a solid raw material compound containing such a constituent element in a solvent is transported to a vaporizer provided in the vicinity of the processing vessel and vaporized by the vaporizer to form a source gas. Has been done. The source gas thus formed is introduced into a processing container of a CVD apparatus, and a desired insulating film, metal film, or semiconductor film is formed in the processing container by decomposing the source gas.

一方、MOCVD法では、液体原料化合物あるいは固体原料化合物をバブラなどで加熱・気化させて形成してソースガスを形成し、このようにして形成されたソースガスを、配管を介して処理容器へと輸送し、所望の成膜を行う場合もある。このような場合には、配管中におけるソースガスの流量あるいは圧力を制御することにより、ソースガスの濃度を制御する必要がある。   On the other hand, in the MOCVD method, a liquid source compound or a solid source compound is heated and vaporized with a bubbler or the like to form a source gas, and the source gas thus formed is transferred to a processing vessel via a pipe. In some cases, the film is transported to form a desired film. In such a case, it is necessary to control the concentration of the source gas by controlling the flow rate or pressure of the source gas in the pipe.

気化器が処理容器の近傍あるいは処理容器内部に設けられている場合には、処理容器に供給されるソースガスの濃度は、気化器に搬送する液体の量を、液体質量流量制御装置などを使って制御することにより制御でき、かかる処理容器に導入されるソースガス濃度を直接に検出して監視する必要は一般には生じない。一方、後者の場合ように、ソースガスをバブラなどから配管を介して処理容器へと輸送する場合にも、ソースガスを十分効率的に発生できる場合には、キャリアガス流量や圧力を制御することによって、処理容器に供給されるソースガス濃度を容易に調整でき、特に処理容器に導入されるソースガス濃度を直接に検出して監視することは行われていない。   When the vaporizer is installed in the vicinity of the processing vessel or inside the processing vessel, the concentration of the source gas supplied to the processing vessel can be determined by using the liquid mass flow controller or the like for the amount of liquid transferred to the vaporizer. In general, it is not necessary to directly detect and monitor the concentration of the source gas introduced into the processing vessel. On the other hand, when the source gas can be generated sufficiently efficiently even when the source gas is transported from a bubbler or the like to a processing vessel via piping as in the latter case, the carrier gas flow rate and pressure should be controlled. Therefore, the concentration of the source gas supplied to the processing container can be easily adjusted, and in particular, the concentration of the source gas introduced into the processing container is not directly detected and monitored.

ところが、最近の半導体装置で使われる高誘電体膜や強誘電体膜、あるいはこのような高誘電体膜や強誘電体膜を使う半導体装置で使われるW膜やRu膜などの成膜処理の場合、使用される原料から得られるソースガスの蒸気圧が非常に低く、このため原料化合物を加熱しても、従来の通常のソースガス濃度制御を適用するのに十分な量のガスを得られないことが多い。   However, a high-dielectric film or a ferroelectric film used in recent semiconductor devices, or a W film or a Ru film used in a semiconductor device using such a high-dielectric film or ferroelectric film is used. In this case, the vapor pressure of the source gas obtained from the raw material used is very low, so that even when the raw material compound is heated, a sufficient amount of gas can be obtained to apply the conventional normal source gas concentration control. Often not.

すなわち、このような低蒸気圧原料化合物を使ってCVD処理を行う場合には、原料化合物を所定の温度に保持して得られた僅かな蒸気が前記ソースガスとして、キャリアガスと共に処理容器に搬送されるが、その際にソースガスはキャリアガスにより著しく希釈されてしまい、処理容器に実際に供給されるソースガス濃度を正確に検知することが困難な場合が生じている。   That is, when performing a CVD process using such a low vapor pressure raw material compound, a small amount of vapor obtained by maintaining the raw material compound at a predetermined temperature is transported to the processing vessel together with the carrier gas as the source gas. However, at that time, the source gas is significantly diluted by the carrier gas, and it may be difficult to accurately detect the concentration of the source gas actually supplied to the processing container.

特に所望のCVDプロセスを、蒸気圧の低い固体原料化合物を使って実行する場合には、原料の消費に伴ってプロセス中に原料の状態が変化し、特にキャリアガスと接する実効的な原料表面積が変化する。このような原料表面積の変化が生じると、ソースガス濃度が大きく変動してしまうのは避けられない。またこのような固体原料では液体に比して伝熱が悪い故に原料中に温度分布が生じやすく、ソースガスの濃度が適正な濃度範囲から逸脱し易い傾向がある。   In particular, when a desired CVD process is performed using a solid raw material compound having a low vapor pressure, the state of the raw material changes during the process as the raw material is consumed. In particular, the effective raw material surface area in contact with the carrier gas is reduced. Change. When such a change in the raw material surface area occurs, it is inevitable that the source gas concentration fluctuates greatly. In addition, since such a solid material has poor heat transfer compared to a liquid, a temperature distribution tends to occur in the material, and the concentration of the source gas tends to deviate from an appropriate concentration range.

また液体原料を使用する場合であっても、原料化合物の蒸気圧が低いため、ソースガス濃度の変動はプロセスに大きな影響を及ぼす。   Even in the case of using a liquid raw material, since the vapor pressure of the raw material compound is low, fluctuations in the source gas concentration have a large effect on the process.

このように、最近のMOCVD成膜装置では、ソースガス濃度の直接検出が重要な課題となっている。   Thus, in the recent MOCVD film forming apparatus, the direct detection of the source gas concentration is an important issue.

このような低蒸気圧原料化合物を用いてCVD法により成膜しようとするとソースガスの直接的な濃度測定あるいは濃度監視が望ましいが、ガスの濃度測定に従来から使われているアコースティック・エミッション(AE)を用いる濃度測定方法や比熱を用いる濃度測定方法は、50Torr(6660Pa)以下のような低圧力下でソースガスの濃度を測定する場合には適しておらず、MOCVD法のように低蒸気圧の原料を使うCVD成膜処理には使用できない。   When a film is formed by CVD using such a low vapor pressure raw material compound, direct concentration measurement or concentration monitoring of the source gas is desirable. However, acoustic emission (AE) conventionally used for gas concentration measurement is used. ) And a concentration measurement method using specific heat are not suitable for measuring the concentration of the source gas under a low pressure such as 50 Torr (6660 Pa) or less, and a low vapor pressure as in the MOCVD method. It cannot be used for the CVD film forming process using the raw materials.

一方従来から、例えば特開2001−234348に開示される如く、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)を用いてガスの濃度を直接測定し、当該測定結果に基づいて、ガス流量を制御する成膜装置が知られている。この従来の成膜装置では、複数のガスの混合比をFTIRにより測定し、これら複数のガスを成膜処理容器本体に送り込む際にそれぞれのキャリアガス流量比を調整することにより、前記複数ガスの混合比を調整することが行われている。
特開2001−234348号公報 佐竹「MOCVD原料のFTIRによるガスフェーズ計測」HORIBA Technical Reports Readout No.22, pp.36-39, March 2001
On the other hand, conventionally, as disclosed in, for example, JP-A-2001-234348, a gas concentration is directly measured using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR), and the gas flow rate is controlled based on the measurement result. Membrane devices are known. In this conventional film forming apparatus, the mixing ratio of a plurality of gases is measured by FTIR, and the carrier gas flow rate ratio is adjusted when the plurality of gases are fed into the film forming processing container main body. The mixing ratio is adjusted.
JP 2001-234348 A Satake "Gas phase measurement of MOCVD raw material by FTIR" HORIBA Technical Reports Readout No.22, pp.36-39, March 2001

FTIRを使用する場合には、低圧下でもソースガスの相対的濃度を直接に検知することが可能である。しかし、FTIRの使用により当該濃度が適正な範囲から逸脱していると判明した場合であっても、当該濃度を直ちに適正な範囲に修正することは、以下の理由から容易ではない。   When FTIR is used, the relative concentration of the source gas can be directly detected even under a low pressure. However, even if it is found that the concentration deviates from the proper range by using FTIR, it is not easy to immediately correct the concentration to the proper range for the following reason.

すなわち、FTIR測定によりソースガス濃度が適正な範囲を逸脱していると判断された場合、前記従来の成膜装置では、キャリアガス流量を増減させてソースガス濃度の変動を補償することになるが、キャリアガス流量を増減させた場合、液体原料あるいは固体原料の気化速度とキャリアガス流量との関係如何で、処理容器へと搬送されるソースガスの濃度が予測困難な変化を示すことがあり、直ちにソースガスの濃度を適正な範囲に修正することは容易ではない。   That is, when it is determined by FTIR measurement that the source gas concentration is out of the proper range, the conventional film forming apparatus compensates for variations in the source gas concentration by increasing or decreasing the carrier gas flow rate. When the carrier gas flow rate is increased or decreased, the concentration of the source gas transferred to the processing vessel may show an unpredictable change depending on the relationship between the vaporization rate of the liquid raw material or the solid raw material and the carrier gas flow rate. Immediately correcting the source gas concentration to an appropriate range is not easy.

例えばキャリアガス中のソースガス濃度が適正な範囲よりも小さい状態でキャリアガス流量を増加させ、原料の気化および輸送を促進することでソースガス濃度を増加させようとした場合、原料の気化が十分に追従できず、その結果形成されるソースガスは大量のキャリアガスにより希釈されてしまい、かえってソースガス濃度が減少してしまう場合がある。この場合、所望のソースガス濃度を回復するのに複雑で時間のかかる制御を行う必要がある。またキャリアガス中のソースガス濃度が適正な範囲より大きい場合にキャリアガス流量を減少させ、原料の気化および輸送を抑制することでソースガス濃度を減少させようとした場合、キャリアガス流量が減少することにより、かえってソースガス濃度が増加してしまう場合もある。   For example, if the source gas concentration in the carrier gas is smaller than the appropriate range and the carrier gas flow rate is increased to increase the source gas concentration by promoting the vaporization and transportation of the raw material, the vaporization of the raw material is sufficient. The source gas formed as a result is diluted with a large amount of carrier gas, and the source gas concentration may decrease instead. In this case, it is necessary to perform complicated and time-consuming control to recover a desired source gas concentration. Also, if the source gas concentration in the carrier gas is larger than the appropriate range, the carrier gas flow rate is reduced, and if the source gas concentration is reduced by suppressing the vaporization and transportation of the raw material, the carrier gas flow rate is reduced. As a result, the concentration of the source gas may increase.

また、ソースガス濃度は、液体原料あるいは固体原料の温度を調整することによっても制御可能であるが、原料の気化速度は気化温度により非常に大きく変化し、このためこのような気化温度の調整にあったっては、非常に厳密な温度制御が必要になる。しかし、このような気化温度の迅速で精密な微調整は困難である。また一つの成膜プロセスの途中で気化温度を変化させても、これに対応するソースガス濃度の応答性は悪く、一つの成膜プロセスの間に生じるソースガス濃度の変動を補償するなど、迅速なソースガスの濃度の調整が必要とされる場合、この方法の適用は困難である。   The source gas concentration can also be controlled by adjusting the temperature of the liquid raw material or solid raw material, but the vaporization rate of the raw material varies greatly depending on the vaporization temperature. In that case, very strict temperature control is required. However, such rapid and precise fine adjustment of the vaporization temperature is difficult. Also, even if the vaporization temperature is changed during one film formation process, the response of the corresponding source gas concentration is poor, and it is quick to compensate for variations in the source gas concentration that occur during one film formation process. When it is necessary to adjust the concentration of the source gas, it is difficult to apply this method.

そこで本発明は上記の問題点を解決した、新規で有用な成膜装置を提供することを概括的課題とする。   Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful film forming apparatus that solves the above problems.

本発明のより具体的な課題は、低蒸気圧原料を使用したCVD法による成膜処理の際に、キャリアガスと共に処理容器に供給されるソースガスの濃度を、高精度且つ迅速に調整できるCVD成膜装置、及びこれに使用する原料供給装置を提供することにある。   A more specific problem of the present invention is CVD that can adjust the concentration of the source gas supplied to the processing container together with the carrier gas with high accuracy and speed during the film forming process by the CVD method using the low vapor pressure raw material. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus and a raw material supply apparatus used therefor.

本発明は上記の課題を、
請求項1に記載したように、
成膜室に固体または液体原料から発生されたソースガスをキャリアガスにより搬送する原料供給装置を備えた成膜装置であって、
上記原料供給装置は、上記ソースガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
上記ソースガスの測定濃度に基づいて、上記ソースガスを搬送中の上記キャリアガスに付加する不活性ガスの流量を増減する不活性ガス質量流量制御手段と、を含み、
前記不活性ガス質量流量制御手段は、前記測定濃度が成膜処理に適正な濃度範囲の上限値を上回った場合には前記不活性ガスの流量を増加し、前記測定濃度が前記適正な濃度範囲の下限値を下回った場合には、前記不活性ガスの流量を低減する制御を行い、前記ソースガス濃度の前記適正な濃度範囲からの逸脱を修正することを特徴とする、成膜装置により、または
請求項2に記載したように、
上記濃度測定手段は、上記キャリアガスに上記不活性ガスが付加された後の上記ソースガスの濃度を測定するように配置される、請求項1記載の成膜装置により、または
請求項3に記載したように、
上記濃度測定手段は、成膜前及び/又は成膜時の上記ソースガスの濃度を測定するように配置される、請求項1または2記載の成膜装置により、または
請求項4に記載したように、
上記原料供給装置は、上記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を、上記成膜室に通じる第1の流路又は上記成膜室をバイパスする第2の流路に選択的に切り替える切替手段を更に含み、
上記濃度測定手段は、第1の流路又は第2の流路のいずれかに配置される、請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の成膜装置により、または
請求項5に記載したように、
上記不活性ガス質量流量制御手段は、上記キャリアガスに付加する不活性ガスの流量を増減すると共に、上記不活性ガスを含む上記キャリアガスの流量が略一定となるように、上記キャリアガスの流量を増減する、請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の成膜装置により、または
請求項6に記載したように、
上記キャリアガス及び上記不活性ガスは、同一の流路から導入され、上記不活性ガスは、上記キャリアガスが上記ソースガスを搬送する前に、別の流路に分流し、上記キャリアガスが上記ソースガスを搬送した後に、該キャリアガスの流路と合流する、請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の成膜装置により、または
請求項7に記載したように、
上記不活性ガス質量流量制御手段は、上記別の流路に分流される流量を制御する、請求項6記載の成膜装置により、または
請求項8に記載したように、
上記ソースガスは、W(CO)である、請求項1乃至7のうちいずれか一項記載の成膜装置により、または
請求項9に記載したように、
上記濃度測定手段は、フーリエ変換赤外分光光度計である、請求項1乃至8のうちいずれか一項記載の成膜装置により、または
請求項10に記載したように、
請求項1乃至9のうちいずれか一項記載の成膜装置が備える原料供給装置により、解決する。
The present invention solves the above problems.
As described in claim 1,
A film forming apparatus provided with a raw material supply device for conveying a source gas generated from a solid or liquid raw material to a film forming chamber by a carrier gas,
The raw material supply device includes a concentration measuring means for measuring the concentration of the source gas,
An inert gas mass flow rate control means for increasing or decreasing the flow rate of the inert gas added to the carrier gas that is transporting the source gas based on the measured concentration of the source gas,
The inert gas mass flow rate control means increases the flow rate of the inert gas when the measured concentration exceeds the upper limit value of the concentration range appropriate for the film forming process, and the measured concentration is within the appropriate concentration range. If the lower limit value of the gas concentration is below the lower limit value, the flow rate of the inert gas is controlled, and the deviation from the appropriate concentration range of the source gas concentration is corrected. Or as claimed in claim 2,
The film forming apparatus according to claim 1 or 3, wherein the concentration measuring means is arranged to measure the concentration of the source gas after the inert gas is added to the carrier gas. Like
The film forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein the concentration measuring means is arranged to measure the concentration of the source gas before film formation and / or during film formation, or as described in claim 4. In addition,
In the raw material supply device, the flow path through which the carrier gas with the inert gas added flows is a first flow path leading to the film formation chamber or a second flow path bypassing the film formation chamber. And further includes switching means for selectively switching,
The said concentration measurement means is arrange | positioned in either the 1st flow path or the 2nd flow path, The film-forming apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3, or Claim 5 characterized by the above-mentioned. like,
The inert gas mass flow rate control means increases or decreases the flow rate of the inert gas added to the carrier gas, and the flow rate of the carrier gas so that the flow rate of the carrier gas containing the inert gas becomes substantially constant. The film forming apparatus according to claim 1, or as described in claim 6,
The carrier gas and the inert gas are introduced from the same flow path, and the inert gas is diverted to another flow path before the carrier gas conveys the source gas, and the carrier gas is After conveying the source gas, by the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, which merges with the flow path of the carrier gas, or as described in claim 7,
The inert gas mass flow rate control means controls the flow rate divided into the other flow path by the film forming apparatus according to claim 6, or as described in claim 8.
The source gas is W (CO) 6 , by the film forming apparatus according to claim 1, or as described in claim 9.
The concentration measuring means is a Fourier transform infrared spectrophotometer, by the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 8, or as described in claim 10.
It solves with the raw material supply apparatus with which the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 9 is provided.

本発明によれば、各被処理基板に対する成膜処理前若しくは成膜時にソースガスの濃度を制御し、成膜処理時に常に適正な濃度範囲のソースガスを処理容器本体内に供給することができる。これにより、良好な膜質の成膜を安定して実現できる。また、ソースガスは、付加される不活性ガスを含む状態で、適正な濃度範囲内の濃度となるように調整されているので、測定濃度が当該適正な濃度範囲の上限値を上回った場合には、不活性ガスの流量を増加し、逆に濃度範囲の下限値を下回った場合には、不活性ガスの流量を低減するといった制御により、当該逸脱を直ちに修正することができる。また、かかる逸脱を修正するために増減すべき希釈ガスの流量は、濃度測定手段による測定濃度及び予め定められた適正な濃度範囲のみに依存するので、キャリアガスの流量を増減するだけの制御の場合とは異なり、高精度、迅速且つ容易に予測可能である。   According to the present invention, the concentration of the source gas can be controlled before or during the film formation process for each substrate to be processed, and the source gas having an appropriate concentration range can be always supplied into the processing container body during the film formation process. . As a result, it is possible to stably realize film formation with good film quality. In addition, since the source gas is adjusted so as to have a concentration within an appropriate concentration range with the inert gas added, when the measured concentration exceeds the upper limit value of the appropriate concentration range, If the flow rate of the inert gas is increased and conversely falls below the lower limit value of the concentration range, the deviation can be corrected immediately by controlling the flow rate of the inert gas. In addition, the flow rate of the dilution gas that should be increased or decreased to correct this deviation depends only on the measured concentration by the concentration measuring means and the predetermined appropriate concentration range. Unlike the case, it is highly accurate and can be predicted quickly and easily.

また、ソースガスの濃度は、付加される不活性ガスを含む状態で測定されるので、実際の成膜時に供給するガスに近い状態で測定されることになる。特に成膜室の通じる流路での濃度を測定することとすると、成膜時に供給するガスに対して直接的に濃度を制御することができる。このような直接的な制御は、上述のように迅速に逸脱を修正できる本発明によってのみなしえる制御といえる。   Further, since the concentration of the source gas is measured in a state including the added inert gas, it is measured in a state close to the gas supplied at the time of actual film formation. In particular, when the concentration in the flow path leading to the film formation chamber is measured, the concentration can be directly controlled with respect to the gas supplied at the time of film formation. Such a direct control can be said to be a control that can be achieved only by the present invention that can quickly correct the deviation as described above.

また、濃度測定手段としてフーリエ変換赤外分光光度計を使用することとすると、当該フーリエ変換赤外分光光度計は、低圧下においても高感度且つ高精度に原料の濃度を選択的に測定可能であるので、低蒸気圧の原料や、特に生成されるソースガスの量が変動しやすい低蒸気圧の固体原料を用いた成膜に好適となる。   If a Fourier transform infrared spectrophotometer is used as the concentration measuring means, the Fourier transform infrared spectrophotometer can selectively measure the concentration of the raw material with high sensitivity and high accuracy even under a low pressure. Therefore, it is suitable for film formation using a low vapor pressure raw material, and particularly a low vapor pressure solid raw material in which the amount of generated source gas is likely to fluctuate.

特にフーリエ変換赤外分光光度計や非分散型赤外分光光度計など、ガス中に信号を供給し、前記ガス中を通過した信号に基づいてソースガス濃度を求める場合、測定する混合ガスの全圧を測定し、その値により得られた検出信号を補正することにより、ソースガスの絶対濃度を求めることが可能になる。   In particular, when a signal is supplied into a gas, such as a Fourier transform infrared spectrophotometer or a non-dispersive infrared spectrophotometer, and the source gas concentration is obtained based on the signal that has passed through the gas, the entire mixed gas to be measured is measured. The absolute concentration of the source gas can be obtained by measuring the pressure and correcting the detection signal obtained based on the measured pressure.

本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。本発明によれば、各被処理基板に対する成膜処理前若しくは成膜時にソースガスの濃度を制御し、成膜処理時に常に適正な濃度範囲のソースガスを処理容器本体内に供給することができる。   Since the present invention is as described above, the following effects can be obtained. According to the present invention, the concentration of the source gas can be controlled before or during the film formation process for each substrate to be processed, and the source gas having an appropriate concentration range can be always supplied into the processing container body during the film formation process. .

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態において使われる処理容器100の構成を概略的に示す断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a processing vessel 100 used in the first embodiment of the present invention.

図1を参照するに、前記処理容器100は処理容器本体120と、前記処理容器本体120中に配設され、半導体基板101を保持し、また電源132Aにより駆動される加熱素子132が埋設された載置台130と、前記処理容器本体120中に、前記載置台130に対面するように設けられ、後述する原料供給ライン30から供給されるガスを処理容器本体120内のプロセス空間に導入するシャワーヘッド110と、処理容器本体120の側壁に設けられ、半導体基板101を搬入・搬出するゲートバルブ140とを備え、前記処理容器本体120は排気ライン32を介して排気される。   Referring to FIG. 1, the processing container 100 is disposed in a processing container main body 120 and the processing container main body 120, and holds a semiconductor substrate 101 and a heating element 132 driven by a power source 132A. A mounting head 130 and a shower head that is provided in the processing container main body 120 so as to face the mounting base 130 and introduces a gas supplied from a raw material supply line 30 described later into a process space in the processing container main body 120. 110 and a gate valve 140 that is provided on the side wall of the processing container main body 120 and carries the semiconductor substrate 101 in and out, and the processing container main body 120 is exhausted through the exhaust line 32.

図2は、前記図1の処理容器100を使った本発明の第1の実施の形態によるMOCVD装置200の構成を概略的に示す。   FIG. 2 schematically shows a configuration of an MOCVD apparatus 200 according to the first embodiment of the present invention using the processing vessel 100 of FIG.

図2を参照するに、前記MOCVD装置200は原料容器10を備え、Ar、Kr、N、Hなどの不活性ガスが前記原料容器10に、原料供給ライン30および前記原料供給ライン30の一部に設けられた質量流量制御装置(MFC)12Aを介して供給される。前記質量流量制御装置12Aは、原料容器10に供給する不活性ガスの流量を制御する。 Referring to FIG. 2, the MOCVD apparatus 200 includes a raw material container 10, and an inert gas such as Ar, Kr, N 2 , H 2 is supplied to the raw material container 10, the raw material supply line 30, and the raw material supply line 30. It is supplied via a mass flow controller (MFC) 12A provided in a part. The mass flow controller 12A controls the flow rate of the inert gas supplied to the raw material container 10.

前記原料容器10中には液体あるいは固体の原料が収容され、これらの原料の気化により、前記原料容器10においてソースガスが生成される。前記原料容器10に供給された前記不活性ガスは、キャリアガスとして作用し、原料容器10から前記ソースガスを前記処理容器100へと搬送する。即ち前記ソースガスは前記キャリアガスと共に、前記原料容器10の出口から前記原料供給ライン30を通って流出する。尚、この原料供給ライン30の原料容器10の出口付近には、原料容器10内の圧力を検出する圧力計18が設けられている。   A liquid or solid raw material is accommodated in the raw material container 10, and a source gas is generated in the raw material container 10 by vaporizing these raw materials. The inert gas supplied to the raw material container 10 acts as a carrier gas, and transports the source gas from the raw material container 10 to the processing container 100. That is, the source gas flows out together with the carrier gas from the outlet of the raw material container 10 through the raw material supply line 30. A pressure gauge 18 for detecting the pressure in the raw material container 10 is provided near the outlet of the raw material container 10 in the raw material supply line 30.

図2のMOCVD装置200では、原料供給ライン30に、前記圧力計18の後、すなわち下流側の位置で合流する希釈ガスライン31がさらに設けられており、この希釈ガスライン31には、Ar、Kr、N、Hなどの不活性ガスが質量流量制御装置(MFC)12Bを介して供給される。質量流量制御装置12Bは、原料供給ライン30に合流する不活性ガスの流量を制御する。この不活性ガスは、原料供給ライン30への合流の際に希釈ガスとして、原料容器10からのソースガス及びキャリアガスに付加され(以下、この3つのガスを含むガスを「混合ガス」という)、ソースガスの濃度を希釈する。この混合ガスは、原料供給ライン30を通って前記処理容器100に供給される。 In the MOCVD apparatus 200 of FIG. 2, the raw material supply line 30 is further provided with a dilution gas line 31 that merges after the pressure gauge 18, that is, at a downstream position. The dilution gas line 31 includes Ar, An inert gas such as Kr, N 2 , or H 2 is supplied via a mass flow controller (MFC) 12B. The mass flow controller 12 </ b> B controls the flow rate of the inert gas that joins the raw material supply line 30. The inert gas is added as a dilution gas to the source gas and the carrier gas from the raw material container 10 at the time of joining to the raw material supply line 30 (hereinafter, the gas containing these three gases is referred to as “mixed gas”). , Dilute the concentration of the source gas. The mixed gas is supplied to the processing container 100 through the raw material supply line 30.

図2の構成では、前記処理容器100に接続された排気ライン32には、ターボ分子ポンプ(TMP)14が設けられており、更に前記ターボ分子ポンプ14の背後には前記ターボ分子ポンプをブーストするドライポンプ(DP)16が設けられている。これらのポンプ14,16は、処理容器本体120内を所定の真空度に維持する。例えば前記ターボ分子ポンプ14は、前記ドライポンプ16と協働して、処理容器本体120内の圧力を例えば1Torr(133Pa)程の高真空に減圧することができ、低蒸気圧の原料を使用する成膜処理を可能とする。   In the configuration of FIG. 2, a turbo molecular pump (TMP) 14 is provided in the exhaust line 32 connected to the processing vessel 100, and the turbo molecular pump 14 is boosted behind the turbo molecular pump 14. A dry pump (DP) 16 is provided. These pumps 14 and 16 maintain the inside of the processing container main body 120 at a predetermined degree of vacuum. For example, the turbo molecular pump 14 can reduce the pressure in the processing vessel main body 120 to a high vacuum of, for example, about 1 Torr (133 Pa) in cooperation with the dry pump 16, and uses a raw material having a low vapor pressure. A film forming process is possible.

また前記原料供給ライン30には、原料容器10の下流側で前記処理容器100をバイパスするプリフローライン33が設けられ、前記原料供給ライン30からの混合ガスは、前記バルブ26の開閉により、プリフローライン33或いは処理容器100に通じる原料供給ライン30へと、選択的に供給される。尚、このプリフローライン33は、成膜時に処理容器100に供給する混合ガスの流量を安定化し、当該混合ガスの濃度等を予め調整するために設けられており、従ってこのプリフローライン33には、各半導体基板101を処理するに先立って、前記混合ガスが供給される。   The raw material supply line 30 is provided with a preflow line 33 that bypasses the processing container 100 on the downstream side of the raw material container 10, and the mixed gas from the raw material supply line 30 is preliminarily opened and closed by opening and closing the valve 26. It is selectively supplied to the raw material supply line 30 that leads to the flow line 33 or the processing vessel 100. The preflow line 33 is provided to stabilize the flow rate of the mixed gas supplied to the processing container 100 during film formation and to adjust the concentration of the mixed gas in advance. The mixed gas is supplied prior to processing each semiconductor substrate 101.

ところで、処理容器100に供給される混合ガスは、所望の成膜処理を実現するために、適正な濃度範囲のソースガスを含む必要がある。また、この混合ガスは、成膜処理ごとの膜質のバラツキを少なくするために、成膜処理毎に差異のない適正な濃度範囲のソースガスを含む必要がある。   By the way, the mixed gas supplied to the processing container 100 needs to include a source gas having an appropriate concentration range in order to realize a desired film forming process. In addition, this mixed gas needs to include a source gas having an appropriate concentration range that is not different for each film forming process in order to reduce variations in film quality for each film forming process.

一方、図2のMOCVD装置200では、ソースガスの供給時に、上述したようにキャリアガス(希釈ガスを含む)が介在するため、気化器によりソースガスを直接的に供給する場合とは異なり、ソースガスの濃度を正確に検知することが困難である。また、ソースガスの濃度は、原料容器10内の圧力の変動や原料(特に固体原料)の表面積変動に起因して変動しやすく、混合ガス中のソースガスの濃度を安定化させることが困難である。   On the other hand, in the MOCVD apparatus 200 of FIG. 2, since the carrier gas (including the dilution gas) is interposed when the source gas is supplied, the source gas is different from the case where the source gas is directly supplied by the vaporizer. It is difficult to accurately detect the gas concentration. Further, the concentration of the source gas tends to fluctuate due to fluctuations in the pressure in the raw material container 10 and the surface area of the raw material (particularly solid raw material), and it is difficult to stabilize the concentration of the source gas in the mixed gas. is there.

そこで、本発明の第1の実施の形態では、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、混合ガス中のソースガスの濃度変化を正確に検知すると共に、質量流量制御装置12B及び/又は12Aを用いて、混合ガス中のソースガスの濃度が常に適正な濃度範囲になるように、不活性ガスの流量を制御する。   Therefore, in the first embodiment of the present invention, the Fourier transform infrared spectrophotometer is used to accurately detect the change in the concentration of the source gas in the mixed gas, and the mass flow control devices 12B and / or 12A are provided. It is used to control the flow rate of the inert gas so that the concentration of the source gas in the mixed gas is always in an appropriate concentration range.

より具体的には、本実施の形態では前記MOCVD装置200中、前記プリフローライン33に、レーザ光を使った波数モニタと、移動鏡とを有するフーリエ変換赤外分光光度計40(以下、これを「FTIR40」という)を設ける。FTIR40は、干渉計と、赤外線検出手段と、演算処理部とを有し、分析対象のガスに対して赤外光を、干渉計を介して照射し、赤外光検出手段により検出した出力値を演算処理することにより、当該ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルから、前記ガス中に含まれるガス成分の濃度を測定する。   More specifically, in the present embodiment, in the MOCVD apparatus 200, a Fourier transform infrared spectrophotometer 40 (hereinafter referred to as this) having a wave number monitor using laser light and a moving mirror in the preflow line 33. Is referred to as “FTIR40”). The FTIR 40 has an interferometer, an infrared detection means, and an arithmetic processing unit, and irradiates the analysis target gas with infrared light through the interferometer and outputs an output value detected by the infrared light detection means. , The concentration of the gas component contained in the gas is measured from the absorption spectrum of each component contained in the gas.

前記プリフローライン33は、上述した排気ライン32に、ドライポンプ16の上流側で合流され、前記ドライポンプ16により所定の真空度に維持される。図2のMOCVD装置200では、FTIR40をプリフローライン33中に設けることにより、原料供給ライン30中の圧力が、アコースティック・エミッションでは測定できない50Torr(6660Pa)以下の低い値に維持される場合であっても、ソースガス濃度の測定が可能となる。   The preflow line 33 joins the exhaust line 32 described above on the upstream side of the dry pump 16 and is maintained at a predetermined degree of vacuum by the dry pump 16. In the MOCVD apparatus 200 of FIG. 2, by providing the FTIR 40 in the preflow line 33, the pressure in the raw material supply line 30 is maintained at a low value of 50 Torr (6660 Pa) or less, which cannot be measured by acoustic emission. However, the source gas concentration can be measured.

本実施態様では、前記プリフローライン33のFTIR40は、混合ガス中のソースガスの濃度を測定し(以下、FTIR40により測定された濃度を「測定濃度」という)、当該測定濃度表す信号を制御装置201に対して出力する。一方、前記制御装置201は、前記FTIR40が出力する測定濃度変化が適正な幅を逸脱していると判断した場合には、質量流量制御装置12B及び/又は12Aを制御し、不活性ガスの流量を増減させる。なお前記制御装置201は、前記FTIR40自体、あるいは前記質量流量制御装置12B及び/又は12A自体に内蔵してもよい。   In this embodiment, the FTIR 40 of the preflow line 33 measures the concentration of the source gas in the mixed gas (hereinafter, the concentration measured by the FTIR 40 is referred to as “measured concentration”), and a signal representing the measured concentration is controlled by the control device. To 201. On the other hand, when the control device 201 determines that the measured concentration change output by the FTIR 40 deviates from an appropriate range, the control device 201 controls the mass flow control devices 12B and / or 12A to control the flow rate of the inert gas. Increase or decrease. The control device 201 may be incorporated in the FTIR 40 itself or in the mass flow control device 12B and / or 12A itself.

以上説明した本発明の第1の実施形態によると、各被処理基板に対する成膜処理前に混合ガス中のソースガスの濃度が一定に制御され、成膜処理毎に調整された濃度のソースガスが処理容器本体内に導入されるので、膜質の成膜処理毎のバラツキを低減することができる。また、FTIRを使用することによって、低い蒸気圧の原料を使用する成膜処理においても適用することができる。   According to the first embodiment of the present invention described above, the concentration of the source gas in the mixed gas is controlled to be constant before the film forming process for each substrate to be processed, and the source gas having a concentration adjusted for each film forming process. Is introduced into the main body of the processing container, so that variations in film quality for each film forming process can be reduced. Further, by using FTIR, it can be applied to a film forming process using a raw material having a low vapor pressure.

また本実施の形態では、前記ソースガス濃度は、前記キャリアガスに付加された希釈ガスを含んだ状態で、適正な濃度範囲内となるようにプロセスの初期に調整されているので、プロセス開始後に、原料の減少や原料の気化の低下に起因してソースガスの濃度が減少した場合であっても、希釈ガスの流量を低減させることにより、混合ガス中のソースガスの濃度を迅速に増加させることができる。原料の減少等に起因してソースガスの濃度が減少した場合には、キャリアガスの流量を増加しても原料の気化効率が低下(特に固体原料の場合には、表面積が減少)するだけで、ソースガスの濃度を実質的に増加させることにならないが、本実施の形態によれば、このような場合であっても希釈ガスの流量を低減させることにより、ソースガスの濃度を増加させることが可能である。尚、このとき、希釈ガスの流量を低減させると共に、キャリアガスの流量を増加させてもよい。   In the present embodiment, the source gas concentration is adjusted at the beginning of the process so as to be within an appropriate concentration range in a state including the dilution gas added to the carrier gas. Even when the concentration of the source gas is reduced due to a decrease in the raw material or the vaporization of the raw material, the concentration of the source gas in the mixed gas is rapidly increased by reducing the flow rate of the dilution gas. be able to. If the concentration of the source gas decreases due to a decrease in the raw material, etc., the vaporization efficiency of the raw material will decrease even if the carrier gas flow rate is increased (especially in the case of a solid raw material, the surface area will decrease). Although the concentration of the source gas is not substantially increased, according to the present embodiment, the concentration of the source gas is increased by reducing the flow rate of the dilution gas even in such a case. Is possible. At this time, the flow rate of the diluent gas may be reduced and the flow rate of the carrier gas may be increased.

また、かかる濃度の適正化のために希釈ガスの流量を増加あるいは減少させる場合でも、本実施の形態によれば前記希釈ガスがソースガスを含んでいないため、増減量を容易に、FTIRによる測定濃度と予め定められた適正な濃度範囲とのみに基づいて、容易に決定できる。このように、希釈ガス流量の増減によるソースガスの濃度制御は、キャリアガスの流量の増減のみによる濃度制御の場合と異なり、高精度、迅速且つ容易に実行することができる。   Even when the flow rate of the dilution gas is increased or decreased to optimize the concentration, according to the present embodiment, since the dilution gas does not contain the source gas, the increase / decrease amount can be easily measured by FTIR. It can be easily determined based only on the density and a predetermined appropriate density range. As described above, the concentration control of the source gas by increasing / decreasing the flow rate of the dilution gas can be executed with high accuracy, quickly and easily unlike the case of concentration control only by increasing / decreasing the flow rate of the carrier gas.

[第2の実施形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態によるMOCVD装置200Aの構成を概略的に示す。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 3 schematically shows the configuration of an MOCVD apparatus 200A according to the second embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図3を参照するに、Ar、Kr、N、Hなど不活性ガスは、原料供給ライン30を通って原料容器10に質量流量制御装置(MFC)12Aを介して供給される。質量流量制御装置12Aは、原料容器10に供給する不活性ガスの流量を制御する。原料容器10には、成膜に使用する液体原料若しくは固体原料が収容される。ソースガスは、これらの原料が原料容器10で気化されて生成される。この原料容器10に供給される前記不活性ガスは、キャリアガスとして前記ソースガスを原料容器10の出口から原料供給ライン30を通って搬送される。 Referring to FIG. 3, an inert gas such as Ar, Kr, N 2 , and H 2 is supplied to the raw material container 10 through the raw material supply line 30 via the mass flow controller (MFC) 12A. The mass flow controller 12 </ b> A controls the flow rate of the inert gas supplied to the raw material container 10. The raw material container 10 stores a liquid raw material or a solid raw material used for film formation. The source gas is generated by vaporizing these raw materials in the raw material container 10. The inert gas supplied to the raw material container 10 is transported through the raw material supply line 30 from the outlet of the raw material container 10 as the source gas as a carrier gas.

本発明の第2の実施の形態によると、原料供給ライン30には、質量流量制御装置12Aの後で原料容器10をバイパスする希釈ガスライン31が設けられる。この希釈ガスライン31には、前記不活性ガスが原料供給ライン30から分流して供給される。この不活性ガスは、原料供給ライン30への合流(図中、B点)の際に希釈ガスとして、原料容器10から前記ソースガスを搬送するキャリアガスに混合され(以下、この3つのガスを含むガスを「混合ガス」という)、ソースガス濃度を希釈することになる。希釈ガスの流量は、希釈ガスライン31に設けられたバルブ20により調整される。   According to the second embodiment of the present invention, the raw material supply line 30 is provided with a dilution gas line 31 that bypasses the raw material container 10 after the mass flow controller 12A. The inert gas is supplied to the dilution gas line 31 in a diverted manner from the raw material supply line 30. This inert gas is mixed with the carrier gas that carries the source gas from the raw material container 10 as a dilution gas at the time of merging into the raw material supply line 30 (point B in the figure) (hereinafter, these three gases are combined). The gas containing this is referred to as “mixed gas”), and the source gas concentration is diluted. The flow rate of the dilution gas is adjusted by a valve 20 provided in the dilution gas line 31.

この混合ガスは、以下、上述の第1の実施の形態と同様に、原料供給ライン30を通って上述したような処理容器100に、若しくはFTIR40を備えたプリフローライン33に選択的に供給される。   This mixed gas is then selectively supplied to the processing vessel 100 as described above through the raw material supply line 30 or to the preflow line 33 equipped with the FTIR 40 as in the first embodiment. The

プリフローライン33のFTIR40は、混合ガス中のソースガス濃度を測定し(以下、FTIR40により測定された濃度を「測定濃度」という)、当該測定濃度を制御装置201に対して出力する。前記制御装置201は、FTIR40が出力する測定濃度が適正な濃度範囲を逸脱していると判断した場合には、希釈ガスの流量を増減させる制御を、前記バルブ20を制御することにより行う。   The FTIR 40 of the preflow line 33 measures the source gas concentration in the mixed gas (hereinafter, the concentration measured by the FTIR 40 is referred to as “measured concentration”), and outputs the measured concentration to the control device 201. When it is determined that the measured concentration output from the FTIR 40 is outside the appropriate concentration range, the control device 201 performs control to increase or decrease the flow rate of the dilution gas by controlling the valve 20.

以上説明した本発明の第2の実施形態によると、第1の実施形態と同様に、プリフローライン33のFTIR40によりソースガスの濃度を監視することよって、成膜された被処理基板毎の品質のバラツキを低減することができる。また、FTIRを使用することによって、低い蒸気圧の原料を使用する成膜処理においても適用することができる。また、混合ガス中のソースガスの濃度の適正な範囲からの逸脱は、希釈ガスの流量を増減させることにより、直ちに修正することができる。   According to the second embodiment of the present invention described above, as in the first embodiment, by monitoring the concentration of the source gas by the FTIR 40 of the preflow line 33, the quality of each substrate to be processed is formed. Can be reduced. Further, by using FTIR, it can be applied to a film forming process using a raw material having a low vapor pressure. Further, deviation from the appropriate range of the concentration of the source gas in the mixed gas can be corrected immediately by increasing or decreasing the flow rate of the dilution gas.

また、希釈ガスの流量は、希釈ガスライン31のバルブ20により調整されるので、単一の質量流量制御装置12Aを用いて希釈ガス及びキャリアガスの双方の流量を調整することができる。また、希釈ガスライン31は原料供給ライン30から分流して再び合流するので、分流前における不活性ガスの流量は、合流地点Bにおける不活性ガスの流量と略同一となる。これにより、希釈ガスの流量の増減によるソースガスの濃度を制御しつつ、処理容器100に供給される混合ガスの流量を一定に保つことができ、各被処理基板に形成される膜の膜質のバラツキを簡易な構成でより一層低減することができる。   In addition, since the flow rate of the dilution gas is adjusted by the valve 20 of the dilution gas line 31, the flow rates of both the dilution gas and the carrier gas can be adjusted using the single mass flow controller 12A. Further, since the dilution gas line 31 is diverted from the raw material supply line 30 and merged again, the flow rate of the inert gas before the diversion is substantially the same as the flow rate of the inert gas at the merge point B. Thereby, the flow rate of the mixed gas supplied to the processing container 100 can be kept constant while controlling the concentration of the source gas by increasing or decreasing the flow rate of the dilution gas, and the film quality of the film formed on each substrate to be processed can be maintained. Variations can be further reduced with a simple configuration.

[第3の実施形態]
図4は、本発明の第3の実施の形態によるMOCVD装置200Bの構成を概略的に示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 schematically shows a configuration of an MOCVD apparatus 200B according to the third embodiment of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are assigned to portions corresponding to the portions described above, and description thereof is omitted.

図4を参照するに、Ar、Kr、N、Hなどの不活性ガスは、原料供給ライン30を通って原料容器10に、質量流量制御装置(MFC)12Aを介して供給される。質量流量制御装置12Aは、原料容器10に供給する不活性ガスの流量を制御する。原料容器10には、成膜に使用する液体原料若しくは固体原料が収容される。ソースガスは、これらの原料が原料容器10で気化されて生成される。この原料容器10に供給される前記不活性ガスは、キャリアガスとして原料容器10から前記ソースガスを搬送する。尚、この原料供給ライン30の原料容器10の出口付近には、原料容器10内の圧力を検出する圧力計18が設けられる。 Referring to FIG. 4, an inert gas such as Ar, Kr, N 2 , and H 2 is supplied to the raw material container 10 through the raw material supply line 30 via the mass flow controller (MFC) 12A. The mass flow controller 12 </ b> A controls the flow rate of the inert gas supplied to the raw material container 10. The raw material container 10 stores a liquid raw material or a solid raw material used for film formation. The source gas is generated by vaporizing these raw materials in the raw material container 10. The inert gas supplied to the raw material container 10 carries the source gas from the raw material container 10 as a carrier gas. A pressure gauge 18 for detecting the pressure in the raw material container 10 is provided near the outlet of the raw material container 10 in the raw material supply line 30.

原料供給ライン30には、圧力計18の後で合流する希釈ガスライン31が設けられる。この希釈ガスライン31には、Ar、Kr、N、Hなどの不活性ガスが質量流量制御装置(MFC)12Bを介して供給される。質量流量制御装置12Bは、原料供給ライン30に合流する不活性ガスの流量を制御する。この不活性ガスは、原料供給ライン30への合流の際に希釈ガスとして、原料容器10からのソースガス及びキャリアガスに混合され(以下、この3つのガスを含むガスを「混合ガス」という)、ソースガスの濃度を希釈することになる。この混合ガスは、原料供給ライン30を通って上述したような処理容器100に供給される。尚、本実施形態において、以上の希釈ガスライン31及び希釈ガスライン31の構成を上述の第2の実施形態と同様の構成としてもよい。 The raw material supply line 30 is provided with a dilution gas line 31 that merges after the pressure gauge 18. An inert gas such as Ar, Kr, N 2 and H 2 is supplied to the dilution gas line 31 via a mass flow controller (MFC) 12B. The mass flow controller 12 </ b> B controls the flow rate of the inert gas that joins the raw material supply line 30. The inert gas is mixed with the source gas and the carrier gas from the raw material container 10 as a dilution gas at the time of joining to the raw material supply line 30 (hereinafter, the gas containing these three gases is referred to as “mixed gas”). The source gas concentration will be diluted. The mixed gas is supplied to the processing container 100 as described above through the raw material supply line 30. In the present embodiment, the configuration of the dilution gas line 31 and the dilution gas line 31 described above may be the same as that of the second embodiment.

処理容器100から反応ガス等を排気するための排気ライン32には、ターボ分子ポンプ(TMP)14が設けられてよく、更に後にドライポンプ16が設けられる。これらのポンプ14,16は、処理容器本体120内を所定の真空度に維持する。このターボ分子ポンプ14は、ドライポンプ16と協働して、処理容器本体120内の圧力を例えば1Torr(133Pa)以下の高真空にすることができ、低蒸気圧の原料を使用する成膜処理に特に必要とされる。   A turbo molecular pump (TMP) 14 may be provided in the exhaust line 32 for exhausting the reaction gas and the like from the processing vessel 100, and a dry pump 16 is further provided later. These pumps 14 and 16 maintain the inside of the processing container main body 120 at a predetermined degree of vacuum. This turbo molecular pump 14 cooperates with the dry pump 16 to make the pressure in the processing vessel main body 120 a high vacuum of, for example, 1 Torr (133 Pa) or less, and a film forming process using a low vapor pressure raw material. Especially needed for.

原料供給ライン30には、原料容器10の後で処理容器100をバイパスするプリフローライン33が設けられる。このプリフローライン33には、原料供給ライン30からの混合ガスが供給される。この混合ガスは、バルブ26の開閉により、プリフローライン33或いは処理容器100に通じる原料供給ライン30に選択的に供給される。尚、このプリフローライン33は、成膜時に処理容器100に供給する混合ガスの流量を安定化し、当該混合ガスの濃度等を予め調整するためのガス流路である。このプリフローライン33は、上述した排気ライン32にドライポンプ16の手前で合流される。従って、プリフローライン33は、ドライポンプ16により所定の真空度に維持される。   The raw material supply line 30 is provided with a preflow line 33 that bypasses the processing container 100 after the raw material container 10. The preflow line 33 is supplied with the mixed gas from the raw material supply line 30. This mixed gas is selectively supplied to the preflow line 33 or the raw material supply line 30 leading to the processing container 100 by opening and closing the valve 26. The preflow line 33 is a gas flow path for stabilizing the flow rate of the mixed gas supplied to the processing container 100 during film formation and adjusting the concentration of the mixed gas in advance. The preflow line 33 is joined to the exhaust line 32 described above before the dry pump 16. Accordingly, the preflow line 33 is maintained at a predetermined degree of vacuum by the dry pump 16.

ところで、上述した第1及び第2の実施形態においては、処理容器100に供給される混合ガスの濃度をプリフローライン33に設置するFTIR40によって監視していた。しかしながら、プリフローライン33に供給していた混合ガスを処理容器100に通じる原料供給ライン30に切り替えて供給すると、各ラインの配管径の相違、処理容器本体120の存在及び真空ポンプシステム37の相違(原料容器10内の圧力の相違)に起因して、当該切り替え前後でソースガスの濃度が変化することになる。特に低蒸気圧原料を用いて成膜する場合には、原料容器10内の圧力は、気化の促進のためにターボ分子ポンプ14により1Torr(133Pa)以下の低圧に維持されることもあり、プリフローライン33使用時にドライポンプ16のみにより原料容器10内の圧力をかかる低圧に維持することは可能でない。   In the first and second embodiments described above, the concentration of the mixed gas supplied to the processing container 100 is monitored by the FTIR 40 installed in the preflow line 33. However, when the mixed gas supplied to the preflow line 33 is switched to the raw material supply line 30 leading to the processing vessel 100 and supplied, the difference in the pipe diameter of each line, the presence of the processing vessel main body 120 and the difference in the vacuum pump system 37. Due to (difference in pressure in the raw material container 10), the concentration of the source gas changes before and after the switching. In particular, when a film is formed using a low vapor pressure raw material, the pressure in the raw material container 10 may be maintained at a low pressure of 1 Torr (133 Pa) or less by the turbo molecular pump 14 to promote vaporization. When the flow line 33 is used, it is not possible to maintain the pressure in the raw material container 10 at such a low pressure only by the dry pump 16.

かかる場合であっても、上述した第1及び第2の実施形態のように、各成膜処理の前にプリフローライン33を流れる混合ガス中のソースガスの濃度を所定の範囲内に保つことで、各被処理基板に形成される膜の膜質の各成膜処理間でのバラツキを低減することは可能である。しかしながら、処理容器100に実際に導入される混合ガス中のソースガスの濃度を制御することができれば更に有用である。一方、処理容器100に導入される混合ガスは、現に成膜に使用されているガスであるので、当該混合ガス中のソースガスの濃度を長時間かけて調整することは却って不適切となる場合がある。本発明では、上述したように希釈ガスの増減により直ちにソースガスの濃度の逸脱を修正できるので、処理容器100に実際に導入される混合ガス中のソースガスの濃度を制御することが可能となる。   Even in this case, as in the first and second embodiments described above, the concentration of the source gas in the mixed gas flowing through the preflow line 33 is kept within a predetermined range before each film forming process. Thus, it is possible to reduce the variation in the film quality of the film formed on each substrate to be processed between the respective film forming processes. However, it is more useful if the concentration of the source gas in the mixed gas actually introduced into the processing vessel 100 can be controlled. On the other hand, since the mixed gas introduced into the processing container 100 is a gas that is actually used for film formation, it is inappropriate to adjust the concentration of the source gas in the mixed gas over a long period of time. There is. In the present invention, as described above, the deviation of the concentration of the source gas can be corrected immediately by increasing or decreasing the dilution gas, so that the concentration of the source gas in the mixed gas actually introduced into the processing vessel 100 can be controlled. .

具体的には、本発明の第3の実施の形態によると、処理容器100に導入される混合ガス中のソースガスの濃度を測定するため、処理容器100に通じる原料供給ライン30にFTIR40が設けられる。尚、この原料供給ライン30は、低蒸気圧の原料の気化を促進するため、ターボ分子ポンプ14及びドライポンプ16により1Torr(133Pa)以下の低圧に維持されてよい。かかる場合であっても、ソースガスの濃度はFTIR40によって高精度に測定可能である。   Specifically, according to the third embodiment of the present invention, the FTIR 40 is provided in the raw material supply line 30 leading to the processing container 100 in order to measure the concentration of the source gas in the mixed gas introduced into the processing container 100. It is done. The raw material supply line 30 may be maintained at a low pressure of 1 Torr (133 Pa) or less by the turbo molecular pump 14 and the dry pump 16 in order to promote vaporization of the low vapor pressure raw material. Even in such a case, the concentration of the source gas can be measured with high accuracy by the FTIR 40.

本実施態様では、処理容器100に通じる原料供給ライン30のFTIR40は、混合ガス中のソースガスの濃度を測定し(以下、FTIR40により測定された濃度を「測定濃度」という)、当該測定濃度を制御装置201に対して出力する。制御装置201は、上述した実施態様と同様に、FTIR40が出力する測定濃度が適正な濃度範囲を逸脱していると判断した場合には、質量流量制御装置12B及び/又は12Aを制御し、これらにを介して供給される不活性ガスの流量を増減させる制御を行う。   In this embodiment, the FTIR 40 of the raw material supply line 30 leading to the processing vessel 100 measures the concentration of the source gas in the mixed gas (hereinafter, the concentration measured by the FTIR 40 is referred to as “measured concentration”), and the measured concentration is Output to the control device 201. When the controller 201 determines that the measured concentration output by the FTIR 40 is out of the appropriate concentration range, the controller 201 controls the mass flow controllers 12B and / or 12A, as in the above-described embodiment. Control is performed to increase or decrease the flow rate of the inert gas supplied through the air.

以上説明した本発明の第3の実施形態によると、上述した実施形態と同様に、希釈ガスの流量を増減させることにより、混合ガス中のソースガスの濃度の適正な範囲からの逸脱を直ちに修正することができる。   According to the third embodiment of the present invention described above, the deviation from the appropriate range of the concentration of the source gas in the mixed gas is immediately corrected by increasing or decreasing the flow rate of the dilution gas, as in the above-described embodiment. can do.

また、処理容器100に通じる原料供給ライン30のFTIR40により、実際に成膜に使用する混合ガス中のソースガスの濃度を制御することができる。従って、現に成膜処理に使用されている混合ガス中のソースガスの濃度を監視し、ソースガスの濃度が適正な範囲からの逸脱した場合には、当該逸脱を直ちに修正することが可能である。これにより、常に適正な範囲の濃度のソースガスを用いて成膜処理を実行することができ、常に所望の膜質を維持できると共に各処理間での品質の均一化を図ることができる。   Further, the concentration of the source gas in the mixed gas that is actually used for film formation can be controlled by the FTIR 40 of the raw material supply line 30 that leads to the processing container 100. Therefore, it is possible to monitor the concentration of the source gas in the mixed gas that is actually used for the film forming process, and to correct the deviation immediately when the concentration of the source gas deviates from an appropriate range. . As a result, the film forming process can always be performed using a source gas having a concentration in an appropriate range, so that a desired film quality can always be maintained and the quality can be made uniform between the processes.

[第4の実施形態]
図5は、本発明の第4の実施の形態によるMOCVD装置200Cの構成を概略的に示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 schematically shows the configuration of an MOCVD apparatus 200C according to the fourth embodiment of the present invention.

図5を参照するに、Ar、Kr、N、Hなどの不活性ガスは、原料供給ライン30を通って原料容器10に、質量流量制御装置(MFC)12Aを介して供給される。質量流量制御装置12Aは、原料容器10に供給する不活性ガスの流量を制御する。原料容器10には、成膜に使用する液体原料若しくは固体原料が収容される。ソースガスは、これらの原料が原料容器10で気化されて生成される。この原料容器10に供給される前記不活性ガスは、キャリアガスとして原料容器10から前記ソースガスを搬送する。尚、この原料供給ライン30の原料容器10の出口付近には、原料容器10内の圧力を検出する圧力計18が設けられる。 Referring to FIG. 5, an inert gas such as Ar, Kr, N 2 , and H 2 is supplied to the raw material container 10 through the raw material supply line 30 via the mass flow controller (MFC) 12A. The mass flow controller 12 </ b> A controls the flow rate of the inert gas supplied to the raw material container 10. The raw material container 10 stores a liquid raw material or a solid raw material used for film formation. The source gas is generated by vaporizing these raw materials in the raw material container 10. The inert gas supplied to the raw material container 10 carries the source gas from the raw material container 10 as a carrier gas. A pressure gauge 18 for detecting the pressure in the raw material container 10 is provided near the outlet of the raw material container 10 in the raw material supply line 30.

原料供給ライン30には、圧力計18の後で合流する希釈ガスライン31が設けられる。この希釈ガスライン31には、Ar、Kr、N、Hなどの不活性ガスが質量流量制御装置(MFC)12Bを介して供給される。質量流量制御装置12Bは、原料供給ライン30に合流する不活性ガスの流量を制御する。この不活性ガスは、原料供給ライン30への合流の際に希釈ガスとして、原料容器10からのソースガス及びキャリアガスに混合され(以下、この3つのガスを含むガスを「混合ガス」という)、ソースガスの濃度を希釈することになる。この混合ガスは、原料供給ライン30を通って上述したような処理容器100に供給される。尚、本実施形態において、以上の希釈ガスライン31及び希釈ガスライン31の構成を上述の第2の実施形態と同様の構成としてもよい。 The raw material supply line 30 is provided with a dilution gas line 31 that merges after the pressure gauge 18. An inert gas such as Ar, Kr, N 2 and H 2 is supplied to the dilution gas line 31 via a mass flow controller (MFC) 12B. The mass flow controller 12 </ b> B controls the flow rate of the inert gas that joins the raw material supply line 30. The inert gas is mixed with the source gas and the carrier gas from the raw material container 10 as a dilution gas at the time of joining to the raw material supply line 30 (hereinafter, the gas containing these three gases is referred to as “mixed gas”). The source gas concentration will be diluted. The mixed gas is supplied to the processing container 100 as described above through the raw material supply line 30. In the present embodiment, the configuration of the dilution gas line 31 and the dilution gas line 31 described above may be the same as that of the second embodiment.

原料供給ライン30には、原料容器10の後で処理容器100をバイパスするプリフローライン33が設けられる。このプリフローライン33には、原料供給ライン30からの混合ガスが供給される。この混合ガスは、バルブ26の開閉により、プリフローライン33或いは処理容器100に通じる原料供給ライン30に選択的に供給される。尚、このプリフローライン33は、成膜時に処理容器100に供給する混合ガスの流量を安定化し、当該混合ガスの濃度等を予め調整するためのガス流路である。このプリフローライン33は、上述した排気ライン32にドライポンプ16の手前で合流される。従って、プリフローライン33は、ドライポンプ16により所定の真空度に維持される。   The raw material supply line 30 is provided with a preflow line 33 that bypasses the processing container 100 after the raw material container 10. The preflow line 33 is supplied with the mixed gas from the raw material supply line 30. This mixed gas is selectively supplied to the preflow line 33 or the raw material supply line 30 leading to the processing container 100 by opening and closing the valve 26. The preflow line 33 is a gas flow path for stabilizing the flow rate of the mixed gas supplied to the processing container 100 during film formation and adjusting the concentration of the mixed gas in advance. The preflow line 33 is joined to the exhaust line 32 described above before the dry pump 16. Accordingly, the preflow line 33 is maintained at a predetermined degree of vacuum by the dry pump 16.

本発明の第4の実施の形態によると、処理容器100に導入される混合ガス中のソースガスの濃度及びプリフローライン33を流れる混合ガス中のソースガスの濃度の双方を測定可能とするため、原料供給ライン30には、希釈ガスライン31の合流後且つプリフローライン33の分岐前にFTIR40が設けられる。FTIR40は、図5に示すように、原料供給ライン30からバイパスするバイパスライン35に設けられてよい。このバイパスライン35にはバルブ21,25が設けられ、バイパスライン35がバイパスする原料供給ライン30の部位にはバルブ23が設けられる。混合ガスは、これらのバルブ21,23,25の開閉により、バイパスライン35若しくは原料供給ライン30に選択的に供給されてよい。これにより、ソースガスの濃度を測定する場合には、混合ガスをバイパスライン35に供給し、ソースガスの濃度を測定する必要がない場合には、原料供給ライン30に供給するという使い分けが可能となる。   According to the fourth embodiment of the present invention, both the concentration of the source gas in the mixed gas introduced into the processing vessel 100 and the concentration of the source gas in the mixed gas flowing through the preflow line 33 can be measured. The raw material supply line 30 is provided with an FTIR 40 after the dilution gas line 31 is joined and before the preflow line 33 is branched. As shown in FIG. 5, the FTIR 40 may be provided in a bypass line 35 that bypasses the raw material supply line 30. The bypass line 35 is provided with valves 21 and 25, and a valve 23 is provided at a portion of the raw material supply line 30 that is bypassed by the bypass line 35. The mixed gas may be selectively supplied to the bypass line 35 or the raw material supply line 30 by opening and closing these valves 21, 23, 25. Thereby, when measuring the concentration of the source gas, the mixed gas is supplied to the bypass line 35, and when there is no need to measure the concentration of the source gas, it is possible to selectively supply the raw material supply line 30. Become.

前記FTIRの出力は制御装置201に供給され、前記制御装置201は前記質量流量制御装置12A及び/又は12Bを、前記FTIRの出力に応じて制御する。   The output of the FTIR is supplied to the control device 201, and the control device 201 controls the mass flow rate control devices 12A and / or 12B according to the output of the FTIR.

以上説明した本発明の第4の実施形態によると、上述した実施形態と同様に、混合ガス中のソースガスの濃度の適正な範囲からの逸脱は、希釈ガスの流量を増減させることにより直ちに修正することができる。   According to the fourth embodiment of the present invention described above, the deviation from the appropriate range of the concentration of the source gas in the mixed gas is immediately corrected by increasing or decreasing the flow rate of the dilution gas, as in the above-described embodiment. can do.

また、FTIR40が、処理容器100に導入されるソースガスの濃度及びプリフローライン33でのソースガスの濃度の双方を測定できるように配置されているので、成膜に使用する前のソースガスの濃度のみならず実際に成膜に使用するソースガスの濃度を制御することができる。従って、現に成膜処理に使用されている混合ガス中のソースガスの濃度を監視し、ソースガスの濃度が適正な範囲からの逸脱した場合には、当該逸脱を直ちに修正することが可能である。また、実際に成膜に使用する混合ガスは、プリフローライン33を使用している際に既にソースガスの濃度を調整されたものであるので、処理容器100に導入されるソースガスの濃度が初期的に適正な範囲から大きく逸脱していることがない。この結果、成膜処理中に希釈ガスの流量を大きく増減してソースガスの濃度を急激に変化させることが回避され、一層安定した成膜処理を実現できる。   Further, since the FTIR 40 is arranged so as to measure both the concentration of the source gas introduced into the processing vessel 100 and the concentration of the source gas in the preflow line 33, the source gas before being used for film formation is arranged. In addition to the concentration, the concentration of the source gas actually used for film formation can be controlled. Therefore, it is possible to monitor the concentration of the source gas in the mixed gas that is actually used for the film forming process, and to correct the deviation immediately when the concentration of the source gas deviates from an appropriate range. . In addition, since the mixed gas actually used for film formation has already been adjusted in the concentration of the source gas when the preflow line 33 is used, the concentration of the source gas introduced into the processing vessel 100 is There is no significant departure from the appropriate range initially. As a result, it is possible to avoid a drastic change in the concentration of the source gas by greatly increasing or decreasing the flow rate of the dilution gas during the film forming process, thereby realizing a more stable film forming process.

尚、上述した各実施態様は、1種類のソースガスを使用した成膜処理に関するものであったが、本発明は、2種類以上のソースガスを使用する成膜処理に対しても適用できる。かかる場合、上述したようなCVD成膜装置に各ソースガスを供給する当該2種類以上の原料供給ラインが、上述した各実施態様と同様の構成を有することになる。   Each embodiment described above relates to a film forming process using one kind of source gas, but the present invention can also be applied to a film forming process using two or more kinds of source gases. In such a case, the two or more types of raw material supply lines that supply each source gas to the CVD film forming apparatus as described above have the same configuration as that of each of the embodiments described above.

また、上述した各実施態様において、プリフローライン33は、排気ライン32にドライポンプ16の手前で合流するように示されている。この場合、プリフローライン33にFTIR40を設置すると、ソースガスが実際に処理容器100に流れるときに比して高い圧力状態で、濃度が測定されることになる。これを避けて、処理容器100に流れるときと同じ圧力で濃度測定したい場合には、FTIR40の排気側からドライポンプ16の手前に合流するまでの配管を太くしたり、プリフローライン33をドライポンプ16の手前ではなくターボ分子ポンプ14の手前で排気ライン32に合流させたり、或いは、合流の手前に図示しない圧力調整弁を設け、FTIR40が濃度測定するときのセルの圧力を、成膜時の配管圧力に相当するように調整してもよい。   In each of the above-described embodiments, the preflow line 33 is shown to join the exhaust line 32 before the dry pump 16. In this case, when the FTIR 40 is installed in the preflow line 33, the concentration is measured in a higher pressure state than when the source gas actually flows into the processing container 100. In order to avoid this and to measure the concentration at the same pressure as when flowing into the processing vessel 100, the pipe from the exhaust side of the FTIR 40 to the point before joining the dry pump 16 is thickened, or the preflow line 33 is connected to the dry pump. 16 before the turbo molecular pump 14 instead of before 16, or a pressure regulating valve (not shown) is provided before the merge so that the cell pressure when the FTIR 40 measures the concentration You may adjust so that it may correspond to piping pressure.

次に、上述した各実施態様における制御装置201による制御方法について言及する。   Next, the control method by the control apparatus 201 in each embodiment mentioned above is mentioned.

図6は、前記制御装置201により実行される、混合ガス中のソースガスの濃度を制御するための制御ルーチンの一実施例を示す。尚、この制御装置201は、図示は省略するが、CPUを中心として構成されるマイクロコンピュータからなり、混合ガス中のソースガスの目標濃度C1、希釈ガスの流量の初期設定値Q1、及びキャリアガスの流量の初期設定値Q2をRAM等のメモリに記憶している。   FIG. 6 shows an embodiment of a control routine for controlling the concentration of the source gas in the mixed gas, which is executed by the control device 201. Although not shown in the figure, the control device 201 is composed of a microcomputer mainly composed of a CPU, and includes a target concentration C1 of the source gas in the mixed gas, an initial set value Q1 of the flow rate of the dilution gas, and a carrier gas. Is stored in a memory such as a RAM.

ステップ300では、マイクロコンピュータは、メモリの記憶値に基づき、希釈ガスの流量をQ1とし、キャリアガスの流量をQ2とする制御信号を生成し、質量流量制御装置12A、12Bに送信する。   In step 300, the microcomputer generates a control signal in which the flow rate of the dilution gas is Q1 and the flow rate of the carrier gas is Q2 based on the stored value of the memory, and transmits the control signal to the mass flow rate control devices 12A and 12B.

ステップ302では、マイクロコンピュータは、FTIRから入力される測定濃度C2に応答して、測定濃度C2が目標濃度C1になるように希釈ガスの流量及びキャリアガスの流量を決定する。代替的に、マイクロコンピュータは、測定濃度C2が目標濃度C1を基準として許容範囲から逸脱しているか否かを判断し、逸脱していると判断した場合にのみ、測定濃度C2が前記許容範囲内になるように希釈ガスの流量及びキャリアガスの流量を決定することとしてもよい。   In step 302, in response to the measured concentration C2 input from the FTIR, the microcomputer determines the flow rate of the dilution gas and the flow rate of the carrier gas so that the measured concentration C2 becomes the target concentration C1. Alternatively, the microcomputer determines whether or not the measured concentration C2 deviates from the allowable range based on the target concentration C1, and only when the microcomputer determines that the measured concentration C2 deviates from the allowable range, the measured concentration C2 is within the allowable range. The flow rate of the dilution gas and the flow rate of the carrier gas may be determined so that

本実施例では、希釈ガス及びキャリアガスの全体流量を調整前後で一定とし、調整後の希釈ガスの流量をQ1'=Q1+β、調整後のキャリアガスの流量をQ2'=Q2−βと表わし、βを決定する。   In this embodiment, the total flow rate of the dilution gas and the carrier gas is constant before and after the adjustment, the flow rate of the adjusted dilution gas is expressed as Q1 ′ = Q1 + β, and the flow rate of the adjusted carrier gas is expressed as Q2 ′ = Q2−β. β is determined.

即ち、イニシャルルーチンのステップ302では、βに−Q2/10若しくは+Q2/10が代入され、初期設定値Q1,Q2をそれぞれQ1',Q2'に更新してメモリに記憶され、対応する制御信号が質量流量制御装置12A、12Bに送信される。以後、FTIRからの入力に応答して、ステップ302の処理が繰り返される。   That is, in step 302 of the initial routine, -Q2 / 10 or + Q2 / 10 is substituted for β, and the initial setting values Q1 and Q2 are updated to Q1 ′ and Q2 ′, respectively, and stored in the memory. It is transmitted to the mass flow controllers 12A and 12B. Thereafter, the process of step 302 is repeated in response to the input from FTIR.

そして、次のルーチンのステップ302では、新たに測定された測定濃度C2と目標濃度C1との差が小さくなる符合で、且つ、前回のルーチンで決定及び代入されたβ(前回のルーチンがイニシャルルーチン場合、βは、−Q2/10若しくは+Q2/10)より小さい絶対値の新たなβが決定及び代入され、同様に、初期設定値Q1,Q2をそれぞれQ1',Q2'に更新してメモリに記憶され、対応する制御信号が質量流量制御装置12A、12Bに送信される。   In step 302 of the next routine, the difference between the newly measured measured density C2 and the target density C1 becomes small, and β determined and substituted in the previous routine (the previous routine is the initial routine). In this case, a new β having an absolute value smaller than −Q2 / 10 or + Q2 / 10) is determined and substituted, and similarly, the initial setting values Q1 and Q2 are updated to Q1 ′ and Q2 ′, respectively, in the memory. The stored control signal is transmitted to the mass flow controllers 12A and 12B.

[実施例1]
図7は、FTIRによる測定結果として、有機金属ガスW(CO)(ヘキサカルボニルタングステン)の赤外吸収スペクトル(横軸を波数、縦軸を透過率で表示)を示す。この図7から、有機金属ガスW(CO)のカルボニル基(=CO)に対応した特性吸収が、波数(cm−1)2900、1900、及び500付近で現れていることがわかる。
[Example 1]
FIG. 7 shows an infrared absorption spectrum of the organometallic gas W (CO) 6 (hexacarbonyltungsten) as a measurement result by FTIR (the horizontal axis indicates the wave number and the vertical axis indicates the transmittance). From FIG. 7, it can be seen that characteristic absorption corresponding to the carbonyl group (= CO) of the organometallic gas W (CO) 6 appears in the vicinity of wave numbers (cm −1 ) 2900, 1900, and 500.

W(CO)ガスの濃度変化に対するFTIRの感度を確認するため、原料容器の温度を未加熱(25℃)、45℃、60℃の3通りとし、キャリアガスとしてアルゴンガスを50sccm(1sccmは、0℃・1気圧の流体が1cm流れることを意味する)流通させた。FTIRは、第3の実施形態で示した位置(即ち、プリフローラインではなく、成膜装置の手前の位置)に設置した。このとき、FTIRのセル部の圧力は、それぞれ80Pa、85Pa、87Paとなり、カルボニル基のピーク強度から換算される吸光度を1330Pa(10Torr)で補正した値は、それぞれ0.337,0.656,1.050であった。この結果から、低圧力においてもFTIRの感度が十分高いことが確認され、前記各波数でのピーク強度の変化に基づいてW(CO)ガスの濃度の変化を監視できることがわかった。 In order to confirm the sensitivity of FTIR to the concentration change of W (CO) 6 gas, the temperature of the raw material container is set to three types of unheated (25 ° C.), 45 ° C. and 60 ° C., and argon gas as carrier gas is 50 sccm (1 sccm is , Meaning that a fluid at 0 ° C. and 1 atm flows 1 cm 3 ). The FTIR was installed at the position shown in the third embodiment (that is, not the preflow line but the position before the film forming apparatus). At this time, the pressure in the cell portion of FTIR was 80 Pa, 85 Pa, and 87 Pa, respectively, and the values obtained by correcting the absorbance converted from the peak intensity of the carbonyl group at 1330 Pa (10 Torr) were 0.337, 0.656, and 1 respectively. .050. From this result, it was confirmed that the sensitivity of FTIR was sufficiently high even at a low pressure, and it was found that the change in the concentration of W (CO) 6 gas could be monitored based on the change in the peak intensity at each wave number.

[実施例2]
W(CO)を原料とし、アルゴンガスをキャリアガス及び希釈ガスとして用いた。FTIRを第3の実施形態で示した位置(即ち、プリフローラインではなく、成膜装置の手前の位置)に設置し、原料容器の温度を45℃とし、キャリアガス50sccm、希釈ガス10sccmを流通させた。このとき、カルボニル基のピーク強度から換算される吸光度を1330Pa(10Torr)で補正した値は、0.235であった。
[Example 2]
W (CO) 6 was used as a raw material, and argon gas was used as a carrier gas and a dilution gas. FTIR is installed at the position shown in the third embodiment (that is, not in the preflow line but in front of the film forming apparatus), the temperature of the raw material container is 45 ° C., and the carrier gas is 50 sccm and the dilution gas is 10 sccm. I let you. At this time, the value obtained by correcting the absorbance converted from the peak intensity of the carbonyl group with 1330 Pa (10 Torr) was 0.235.

5分の流通の間に、吸光度が0.267に変化したため、希釈ガスの流量を僅かずつ増加方向に調整し、希釈ガス12sccmとしたところで、吸光度を0.233に戻すことができた。   Since the absorbance changed to 0.267 during the flow for 5 minutes, the absorbance could be returned to 0.233 when the flow rate of the dilution gas was gradually adjusted to increase to 12 sccm.

[実施例3]
W(CO)を原料とし、熱CVD法によりタングステン膜を成膜した。原料容器10の温度は60℃とした。キャリアガスは、アルゴンガスで流量を300sccmとし、希釈ガスは、アルゴンガスで流量を100sccmとした。
[Example 3]
A tungsten film was formed by thermal CVD using W (CO) 6 as a raw material. The temperature of the raw material container 10 was 60 degreeC. The carrier gas was argon gas and the flow rate was 300 sccm, and the dilution gas was argon gas and the flow rate was 100 sccm.

また、低蒸気圧原料(60℃の蒸気圧が約106Pa)であるW(CO)の気化を促進し、成膜速度を向上すべく、ターボ分子ポンプ及びドライポンプを作動させ、処理容器本体内の圧力0.15Torr(約20Pa)、原料供給ラインの圧力1.5Torr(約200Pa)を実現した。 In addition, in order to promote the vaporization of W (CO) 6 which is a low vapor pressure raw material (vapor pressure at 60 ° C. is about 106 Pa) and improve the film formation rate, the turbo molecular pump and the dry pump are operated, and the processing vessel body An internal pressure of 0.15 Torr (about 20 Pa) and a raw material supply line pressure of 1.5 Torr (about 200 Pa) were realized.

基板温度450℃の条件で成膜処理を実施したところ、成膜速度7.1nm/minでタングステン膜が形成され、当該タングステン膜の比抵抗は27μΩcmであった。   When the film formation process was performed at a substrate temperature of 450 ° C., a tungsten film was formed at a film formation rate of 7.1 nm / min, and the specific resistance of the tungsten film was 27 μΩcm.

[第5の実施の形態]
ところで、以上に説明した各実施の形態では、一つのプロセスが開始された後はFTIR40および制御装置201を使って処理容器本体100に供給されるソースガスの濃度が一定に維持されるが、ソースガスの絶対濃度が測定されないため、一連のプロセスを終了した後ガス供給を停止し、その後で次の一連のプロセスを開始するような場合には、プロセス開始後、所望のソースガス濃度が実現するまでに多数のテスト基板を処理して最適の処理条件を探索する必要がある。しかし、このような最適条件の探索は時間がかかり、製造される半導体装置の費用を増大させる。
[Fifth Embodiment]
In each of the embodiments described above, the concentration of the source gas supplied to the processing vessel main body 100 using the FTIR 40 and the control device 201 is maintained constant after one process is started. Since the absolute concentration of the gas is not measured, when the gas supply is stopped after completing a series of processes and then the next series of processes is started, a desired source gas concentration is realized after the process starts. It is necessary to process a large number of test substrates and search for optimum processing conditions. However, searching for such optimum conditions is time consuming and increases the cost of the manufactured semiconductor device.

これに対し図8は、FTIRを使ってソースガスの絶対濃度を測定できる、本発明の第5の実施の形態によるMOCVD装置200Dの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   On the other hand, FIG. 8 shows a configuration of an MOCVD apparatus 200D according to the fifth embodiment of the present invention, which can measure the absolute concentration of the source gas using FTIR. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description will be omitted.

図8を参照するに、前記MOCVD装置200Dは先のMOCVD装置200Aと同様な構成を有するが、前記希釈ガスライン31が原料供給ライン30に合流する点P1の下流側、かつ前記処理容器100の上流側に別の圧力計18Aが設けられ、前記希釈ガスライン31からのArガスが添加された後の状態における前記配管30中の混合ガスの圧力を測定する。   Referring to FIG. 8, the MOCVD apparatus 200 </ b> D has the same configuration as the previous MOCVD apparatus 200 </ b> A, but the downstream side of the point P <b> 1 where the dilution gas line 31 joins the raw material supply line 30 and the processing vessel 100. Another pressure gauge 18A is provided on the upstream side, and the pressure of the mixed gas in the pipe 30 in a state after the Ar gas from the dilution gas line 31 is added is measured.

前記圧力計18Aは検出した圧力に対応する出力信号を前記制御装置201に供給し、前記制御装置201は前記FTIR40の出力信号および前記圧力計18Aの出力信号に基づいて、前記処理容器100に前記原料ガスライン30を介して供給される混合ガス中におけるソースガスの絶対濃度を求める。   The pressure gauge 18A supplies an output signal corresponding to the detected pressure to the control device 201, and the control device 201 sends the output signal to the processing container 100 based on the output signal of the FTIR 40 and the output signal of the pressure gauge 18A. The absolute concentration of the source gas in the mixed gas supplied through the source gas line 30 is obtained.

一般に、ソースガスをキャリアガスおよび希釈ガスと共に配管30を介して処理容器100中に供給する構成では、前記処理容器100に供給されるソースガス流量Sと、前記配管30中を輸送されるソースガス/キャリアガス/希釈ガスの混合ガスに対してFTIRなどにより求めたソースガス成分の吸収スペクトル強度Irと、前記配管30中の圧力Pと、前記配管30中の混合ガス全流量、すなわちソースガスとキャリアガスと希釈ガスの合計流量Cとの間には、
S=A×Ir×(1/P)×C (1)
の関係が成立すると考えられる。ただしAはセル長に依存する係数である。
In general, in the configuration in which the source gas is supplied together with the carrier gas and the dilution gas into the processing container 100 through the pipe 30, the source gas flow rate S supplied to the processing container 100 and the source gas transported through the pipe 30. The absorption spectrum intensity Ir of the source gas component obtained by FTIR or the like for the mixed gas of / carrier gas / dilution gas, the pressure P in the pipe 30, and the total flow rate of the mixed gas in the pipe 30, that is, the source gas Between the total flow rate C of the carrier gas and the dilution gas,
S = A × Ir × (1 / P) × C (1)
It is considered that this relationship is established. However, A is a coefficient depending on the cell length.

例えば圧力Pおよび全流量Cが一定の条件下でソースガス流量Sを増加すれば、これに比例してFTIR40の出力信号Irの値は増大する。またソースガス流量SとFTIR40の出力信号Irの値が一定の条件下で圧力Pが増大した場合には、これに比例して全流量Cが増大している。またFTIR40の出力信号Irの値および圧力Pが一定の条件下でソースガス流量Sが増大すれば、これに比例して全流量Cも増大している。   For example, if the source gas flow rate S is increased under conditions where the pressure P and the total flow rate C are constant, the value of the output signal Ir of the FTIR 40 increases in proportion to this. Further, when the pressure P increases under the condition that the values of the source gas flow rate S and the output signal Ir of the FTIR 40 are constant, the total flow rate C increases in proportion thereto. If the source gas flow rate S increases under the condition that the value of the output signal Ir of the FTIR 40 and the pressure P are constant, the total flow rate C increases in proportion to this.

上記式(1)を変形すると、
S/C=A×Ir×(1/P) (2)
となるが、前記左辺の項S/Cは、前記処理容器100中に導入される混合ガス中におけるソースガスの絶対濃度に他ならない。
When the above equation (1) is transformed,
S / C = A × Ir × (1 / P) (2)
However, the term S / C on the left side is nothing but the absolute concentration of the source gas in the mixed gas introduced into the processing container 100.

上記式(2)は、圧力計18Aによる圧力Pの測定とFTIR40による吸収スペクトル強度Irの測定を、前記合流点P1よりも下流側で行った場合、FTIR出力値Irと圧力値Pとから、前記処理容器100に供給される混合ガス中のソースガスの絶対濃度を計算出来ることを意味している。   When the measurement of the pressure P by the pressure gauge 18A and the measurement of the absorption spectrum intensity Ir by the FTIR 40 are performed on the downstream side of the junction P1, the above equation (2) is obtained from the FTIR output value Ir and the pressure value P. This means that the absolute concentration of the source gas in the mixed gas supplied to the processing vessel 100 can be calculated.

そこで図6のフローチャート中、ステップ302において、前記制御装置201による質量流量制御装置12A,12Bの制御の際に、このようにして得られた絶対濃度を使うことにより、ソースガスの絶対濃度を所定値に制御することが可能になる。これは、一連の成膜プロセスが終了した後、ガス供給を再開して別の一連の成膜プロセスを行う場合でも、確実に当初の堆積条件を再現することが可能になることを意味している。   Therefore, in step 302 in the flowchart of FIG. 6, the absolute concentration of the source gas is determined in advance by using the absolute concentration obtained in this way when the control device 201 controls the mass flow rate control devices 12A and 12B. It becomes possible to control to the value. This means that the original deposition conditions can be reliably reproduced even when the gas supply is resumed after another series of film forming processes is completed and another series of film forming processes is performed. Yes.

式(2)中、係数Aは装置固有の定数であるが、これは圧力の次元を有し、実験により求めることが可能である。   In equation (2), the coefficient A is a constant unique to the apparatus, but this has a dimension of pressure and can be obtained by experiment.

なお、本実施例では前記圧力計18Aの位置は、濃度測定される混合ガスの圧力が測定できれば十分であるため、図8に示される位置に限定されるものではなく、例えば図9に示すようにFTIR40の直前あるいは直後に設けることも可能である。   In the present embodiment, the position of the pressure gauge 18A is not limited to the position shown in FIG. 8 because it is sufficient if the pressure of the mixed gas whose concentration is measured can be measured. For example, as shown in FIG. It can also be provided immediately before or after the FTIR 40.

さらに本実施例では前記FTIR40によりソースガスの絶対濃度が測定できるため、前記ソースガスの濃度測定を必ずしも点P1よりも下流側で行う必然性はなく、図10に示すように前記点P1よりも上流側で行うことも可能である。この場合には、前記圧力測定を、配管30に設けた圧力計18により行うことが可能で、追加の圧力計を設ける必要がない。   Further, in the present embodiment, since the absolute concentration of the source gas can be measured by the FTIR 40, it is not always necessary to measure the concentration of the source gas downstream from the point P1, and as shown in FIG. It can also be done on the side. In this case, the pressure measurement can be performed by the pressure gauge 18 provided in the pipe 30, and there is no need to provide an additional pressure gauge.

[変形例]
同様に、図11のMOCVD装置200Eに示すように、図3のMOCVD装置200Aを元に、圧力計18Aを追加することにより、前記原料供給ライン30中のソースガスの絶対濃度を求めることができる。図11中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Modification]
Similarly, as shown in the MOCVD apparatus 200E of FIG. 11, the absolute concentration of the source gas in the raw material supply line 30 can be obtained by adding a pressure gauge 18A based on the MOCVD apparatus 200A of FIG. . In FIG. 11, the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

また図11のMOCVD装置200Eにおいても、先の図9,10と同様な変形が可能である。   Also, the MOCVD apparatus 200E in FIG. 11 can be modified in the same manner as in FIGS.

さらに図12のMOCVD装置200Fに示すように、図4のMOCVD装置200Bを元に、圧力計18Aを追加することにより、前記原料供給ライン30中のソースガスの絶対濃度を求めることができる。図12中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   Further, as shown in the MOCVD apparatus 200F of FIG. 12, the absolute concentration of the source gas in the raw material supply line 30 can be obtained by adding a pressure gauge 18A based on the MOCVD apparatus 200B of FIG. In FIG. 12, the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図12のMOCVD装置200Fにおいても、先の図9,10と同様な変形が可能である。   The MOCVD apparatus 200F in FIG. 12 can be modified in the same manner as in FIGS.

さらに図13のMOCVD装置200Gに示すように、図4のMOCVD装置200Cを元に、圧力計18Aを追加することにより、前記原料供給ライン30中のソースガスの絶対濃度を求めることができる。図13中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   Further, as shown in the MOCVD apparatus 200G of FIG. 13, the absolute concentration of the source gas in the raw material supply line 30 can be obtained by adding a pressure gauge 18A based on the MOCVD apparatus 200C of FIG. In FIG. 13, the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図13のMOCVD装置200Gにおいても、先の図9,10と同様な変形が可能である。   The MOCVD apparatus 200G in FIG. 13 can be modified in the same manner as in FIGS.

[第6の実施の形態]
図14は、以上の各実施の形態で使われるFTIR40の構成を示す。
[Sixth Embodiment]
FIG. 14 shows the configuration of the FTIR 40 used in each of the above embodiments.

図14を参照するに、FTIR40は光学窓401A,401Bを備えたガス通路401と、前記ガス通路中に形成され、前記光学窓401Aから入射した光ビームを多重反射するミラー401a〜401cと、前記ミラー401cで反射して前記光学窓401Bを介して出射する光ビームを検出する検出器402とを備え、さらに前記光学窓401Aの外側には固定ミラー403aと可動ミラー403bと半透明ミラー403cとよりなる干渉計403が形成されている。前記干渉計403は赤外光源404からの光ビームを前記光学窓401Aを介して前記ガス通路401中に導入する。   Referring to FIG. 14, the FTIR 40 includes a gas passage 401 having optical windows 401A and 401B, mirrors 401a to 401c formed in the gas passage, and multiple-reflecting a light beam incident from the optical window 401A, And a detector 402 that detects a light beam reflected by the mirror 401c and emitted through the optical window 401B. Further, a fixed mirror 403a, a movable mirror 403b, and a translucent mirror 403c are provided outside the optical window 401A. An interferometer 403 is formed. The interferometer 403 introduces the light beam from the infrared light source 404 into the gas passage 401 through the optical window 401A.

また前記検出器402の出力信号はA/D変換器402Aでデジタル信号に変換された後、コンピュータ402Bにおいて高速フーリエ変換され、例えば図7に示すように、前記ガス通路401中を通過するガスのスペクトルが計算される。   The output signal of the detector 402 is converted into a digital signal by an A / D converter 402A and then fast Fourier transformed by a computer 402B. For example, as shown in FIG. 7, the gas passing through the gas passage 401 is converted. A spectrum is calculated.

図14のFTIR40では、前記検出器402において入来する赤外光強度を検出しながら前記可動ミラー403bを移動させて前記干渉計403の基線長を変化させ、干渉パターンを取得する。このようにして取得した干渉パターンを前記コンピュータ402Bにおいて高速フーリエ変換することにより、前記ソースガスの赤外スペクトルが得られる。   In the FTIR 40 of FIG. 14, the movable mirror 403b is moved while detecting the incoming infrared light intensity at the detector 402 to change the baseline length of the interferometer 403, thereby obtaining an interference pattern. An infrared spectrum of the source gas is obtained by fast Fourier transforming the interference pattern obtained in this way in the computer 402B.

図14の構成では、前記ガス通路401中を流れるガス流中において光源404からの光が多重反射により繰り返し往復し、これにより、ガス流中に長い実効的光路を確保することが可能になる。   In the configuration of FIG. 14, the light from the light source 404 repeatedly reciprocates due to multiple reflection in the gas flow flowing in the gas passage 401, thereby ensuring a long effective optical path in the gas flow.

本実施例では、前記ミラー401a,401cが基台401C上に保持されており、またミラー401bが基台401D上に保持されているが、前記基台401C中には熱電対などの温度センサ401CTと、ヒータ401CB,401CDとが組み込まれている。また前記ミラー401bを保持する基台401D中にも温度センサ401DTとヒータ401DBとが組み込まれている。さらに図示はしないが、光学窓401Aおよび401Bにも温度センサとヒータとが組み込まれている。   In this embodiment, the mirrors 401a and 401c are held on a base 401C, and the mirror 401b is held on a base 401D. The base 401C includes a temperature sensor 401CT such as a thermocouple. And heaters 401CB and 401CD are incorporated. A temperature sensor 401DT and a heater 401DB are also incorporated in the base 401D that holds the mirror 401b. Further, although not shown, temperature sensors and heaters are also incorporated in the optical windows 401A and 401B.

このように前記ガス流と直接に接するミラーを所定温度に維持することにより、高温に保持する必要のある原料ガスがFTIR40を通過する際に冷却され、析出物の発生などの問題を回避することができる。   By maintaining the mirror in direct contact with the gas flow at a predetermined temperature in this way, the raw material gas that needs to be maintained at a high temperature is cooled when passing through the FTIR 40, thereby avoiding problems such as the generation of precipitates. Can do.

なお、以上の各実施の形態において、前記FTIR40の代わりに、例えば図16に示すように、図15に示す非分散型赤外分光分析装置(NDIR)50を使うことも可能で、これにより、1秒以下の速さで出力信号を得ることが可能となる。ただし図15中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。非分散型赤外スペクトル測定装置50は、図14のFTIR40と類似した構成を有するが、光源404からの赤外光がチョッパ404Aにより断続されるように構成されており、また光干渉計403と高速フーリエ変換を行うコンピュータ402Bとが省略されている。なお前記チョッパ404Aは、前記光源404から前記検出器402までの前記赤外光ビームの光路中のどこに設けてもよい。   In each of the above embodiments, instead of the FTIR 40, for example, as shown in FIG. 16, a non-dispersive infrared spectrometer (NDIR) 50 shown in FIG. 15 can be used. An output signal can be obtained at a speed of 1 second or less. However, in FIG. 15, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted. The non-dispersive infrared spectrum measuring apparatus 50 has a configuration similar to that of the FTIR 40 of FIG. 14, but is configured such that infrared light from the light source 404 is interrupted by the chopper 404A, and the optical interferometer 403 The computer 402B that performs the fast Fourier transform is omitted. The chopper 404A may be provided anywhere in the optical path of the infrared light beam from the light source 404 to the detector 402.

図15の測定装置50においても、ガス流に直接に接するミラー401a〜401cが所定温度に維持され、析出物発生の問題が回避される。   Also in the measuring apparatus 50 of FIG. 15, the mirrors 401a to 401c that are in direct contact with the gas flow are maintained at a predetermined temperature, and the problem of precipitate generation is avoided.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、上述した実施形態においては、プリフローライン33にはドライポンプ16のみが設けられているが、低蒸気圧の原料を使用する成膜処理に対応して、プリフローライン33にターボ分子ポンプが新たに設けられ、更にプリフローライン33の配管径が調整されてもよい。これにより、プリフローライン33のFTIR40は、成膜時に原料供給ライン30を流れる場合と非常に近い条件で、ソースガスの濃度を測定することが可能となる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added. For example, in the above-described embodiment, only the dry pump 16 is provided in the preflow line 33. However, a turbo molecular pump is provided in the preflow line 33 in accordance with a film forming process using a low vapor pressure raw material. May be newly provided, and the pipe diameter of the preflow line 33 may be further adjusted. As a result, the FTIR 40 of the preflow line 33 can measure the concentration of the source gas under conditions very close to the case of flowing through the raw material supply line 30 during film formation.

なお以上の各実施の形態では、ソースガス濃度の検出はFTIRあるいは赤外吸収スペクトルの測定によって行っているが、これを他の方法により行うことも可能である。例えばプロセス圧が十分に高い領域で成膜を行う場合には、高いソースガス圧が使われるため、先に述べたAE法を使うことも可能である。この場合にも、検出された音波信号の強度に式(2)に従って圧力補正を加えることにより、ソースガスの絶対濃度を算出することが可能である。   In each of the above embodiments, the source gas concentration is detected by measuring FTIR or infrared absorption spectrum. However, this can be performed by other methods. For example, when film formation is performed in a region where the process pressure is sufficiently high, since the high source gas pressure is used, the AE method described above can be used. Also in this case, the absolute concentration of the source gas can be calculated by applying pressure correction to the detected sound wave signal intensity according to the equation (2).

以上、本発明を好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において様々な変形・変更が可能である。   While the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

処理容器100の構成を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a processing container 100. FIG. 本発明の第1の実施の形態によるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing the configuration of an MOCVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態によるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the MOCVD apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態によるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the MOCVD apparatus by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態によるMOCVD装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the MOCVD apparatus by the 4th Embodiment of this invention. 混合ガス中のソースガスの濃度を制御するための処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process for controlling the density | concentration of the source gas in mixed gas. FTIRによる測定結果としてW(CO)の赤外吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the infrared absorption spectrum of W (CO) 6 as a measurement result by FTIR. 本発明の第5の実施の形態によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the 5th Embodiment of this invention. 図8の一変形例によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the modification of FIG. 図8の一変形例によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the modification of FIG. 本発明の他の変形例によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the other modification of this invention. 本発明の他の変形例によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the other modification of this invention. 本発明の他の変形例によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the other modification of this invention. 本発明の第6の実施の形態によるFTIR装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the FTIR apparatus by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態による非分散型赤外分光分析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the non-dispersion type | mold infrared spectroscopy analyzer by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の他の変形例によるMOCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the MOCVD apparatus by the other modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 原料容器
12A 質量流量制御装置(MFC)
12B 質量流量制御装置(MFC)
14 ターボ分子ポンプ(TMP)
16 ドライポンプ(DP)
18,18A 圧力計
20 バルブ
21 バルブ
23 バルブ
25 バルブ
26 バルブ
30 原料供給ライン
31 希釈ガスライン
32 排気ライン
33 プリフローライン
35 バイパスライン
40 フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)
40A 非分散型赤外分光光度計(NDIR)
50
100 成膜装置
110 シャワーヘッド
120 処理容器本体
130 載置台
140 ゲートバルブ
200 原料供給装置
201 制御装置
401 ガス通路
401A,401B 光学窓
401C 基台
401a〜401c ミラー
401CA,401CB,401DB ヒータ
401CT,401DT 熱電対
402 検出器
404 光源
10 Raw material container 12A Mass flow controller (MFC)
12B Mass flow controller (MFC)
14 Turbo molecular pump (TMP)
16 Dry pump (DP)
18, 18A Pressure gauge 20 Valve 21 Valve 23 Valve 25 Valve 26 Valve 30 Raw material supply line 31 Dilution gas line 32 Exhaust line 33 Preflow line 35 Bypass line 40 Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR)
40A non-dispersive infrared spectrophotometer (NDIR)
50
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Film-forming apparatus 110 Shower head 120 Processing container main body 130 Mounting stand 140 Gate valve 200 Raw material supply apparatus 201 Control apparatus 401 Gas passage 401A, 401B Optical window 401C Base 401a-401c Mirror 401CA, 401CB, 401DB Heater 401CT, 401DT Thermocouple 402 Detector 404 Light source

Claims (10)

成膜室に固体または液体原料から発生されたソースガスをキャリアガスにより搬送する原料供給装置を備えた成膜装置であって、
上記原料供給装置は、上記ソースガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
上記ソースガスの測定濃度に基づいて、上記ソースガスを搬送中の上記キャリアガスに付加する不活性ガスの流量を増減する不活性ガス質量流量制御手段と、を含み、
前記不活性ガス質量流量制御手段は、前記測定濃度が成膜処理に適正な濃度範囲の上限値を上回った場合には前記不活性ガスの流量を増加し、前記測定濃度が前記適正な濃度範囲の下限値を下回った場合には、前記不活性ガスの流量を低減する制御を行い、前記ソースガス濃度の前記適正な濃度範囲からの逸脱を修正することを特徴とする、成膜装置。
A film forming apparatus provided with a raw material supply device for conveying a source gas generated from a solid or liquid raw material to a film forming chamber by a carrier gas,
The raw material supply device includes a concentration measuring means for measuring the concentration of the source gas,
An inert gas mass flow rate control means for increasing or decreasing the flow rate of the inert gas added to the carrier gas that is transporting the source gas based on the measured concentration of the source gas,
The inert gas mass flow rate control means increases the flow rate of the inert gas when the measured concentration exceeds the upper limit value of the concentration range appropriate for the film forming process, and the measured concentration is within the appropriate concentration range. When the value falls below the lower limit of the above, the film forming apparatus is characterized in that control for reducing the flow rate of the inert gas is performed to correct deviation of the source gas concentration from the appropriate concentration range.
上記濃度測定手段は、上記キャリアガスに上記不活性ガスが付加された後の上記ソースガスの濃度を測定するように配置される、請求項1記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the concentration measuring unit is arranged to measure a concentration of the source gas after the inert gas is added to the carrier gas. 上記濃度測定手段は、成膜前及び/又は成膜時の上記ソースガスの濃度を測定するように配置される、請求項1または2記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the concentration measuring unit is arranged to measure a concentration of the source gas before film formation and / or during film formation. 上記原料供給装置は、上記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を、上記成膜室に通じる第1の流路又は上記成膜室をバイパスする第2の流路に選択的に切り替える切替手段を更に含み、
上記濃度測定手段は、第1の流路又は第2の流路のいずれかに配置される、請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の成膜装置。
In the raw material supply device, the flow path through which the carrier gas with the inert gas added flows is a first flow path leading to the film formation chamber or a second flow path bypassing the film formation chamber. And further includes switching means for selectively switching,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the concentration measuring unit is disposed in either the first flow path or the second flow path.
上記不活性ガス質量流量制御手段は、上記キャリアガスに付加する不活性ガスの流量を増減すると共に、上記不活性ガスを含む上記キャリアガスの流量が略一定となるように、上記キャリアガスの流量を増減する、請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の成膜装置。   The inert gas mass flow rate control means increases or decreases the flow rate of the inert gas added to the carrier gas, and the flow rate of the carrier gas so that the flow rate of the carrier gas containing the inert gas becomes substantially constant. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the film forming device is increased or decreased. 上記キャリアガス及び上記不活性ガスは、同一の流路から導入され、上記不活性ガスは、上記キャリアガスが上記ソースガスを搬送する前に、別の流路に分流し、上記キャリアガスが上記ソースガスを搬送した後に、該キャリアガスの流路と合流する、請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の成膜装置。   The carrier gas and the inert gas are introduced from the same flow path, and the inert gas is diverted to another flow path before the carrier gas conveys the source gas, and the carrier gas is The film forming apparatus according to claim 1, wherein the film is merged with a flow path of the carrier gas after the source gas is conveyed. 上記不活性ガス質量流量制御手段は、上記別の流路に分流される流量を制御する、請求項6記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 6, wherein the inert gas mass flow rate control unit controls a flow rate divided into the another flow path. 上記ソースガスは、W(CO)である、請求項1乃至7のうちいずれか一項記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the source gas is W (CO) 6 . 上記濃度測定手段は、フーリエ変換赤外分光光度計である、請求項1乃至8のうちいずれか一項記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the concentration measuring unit is a Fourier transform infrared spectrophotometer. 請求項1乃至9のうちいずれか一項記載の成膜装置が備える原料供給装置。   The raw material supply apparatus with which the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 9 is provided.
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