JP2013076113A - Gas supply device and film deposition apparatus - Google Patents

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Nariyuki Okura
成幸 大倉
Junichi Takei
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas supply device which can introduce a stabilized flow rate of gas into a treatment vessel without making the gas flow to the side of a vent pipe.SOLUTION: The gas supply device 40 which supplies a gas into a treatment vessel 4 storing a workpiece W to be deposited with a thin film is provided with a gas supply system 42 including: a gas passage 48 connected to the treatment vessel and through which a gas is made to flow; a flow rate control valve 64 inserted in the gas passage; an on-off valve mechanism 68 inserted in the gas passage on the downstream side than the flow rate control valve; a pressure detection part 74 of detecting the pressure in an intermediate gas passage 72 as a gas passage between the flow rate control valve and the on-off valve mechanism; and a valve control part 76 of controlling the pressure in the intermediate gas passage so as to be a fixed value of two or more times the pressure in the treatment vessel by controlling the flow rate control valve based on the detection of the pressure detection part.

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置及びこれに用いるガス供給装置に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer and a gas supply apparatus used therefor.

一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、エッチング処理、アニール処理、酸化拡散処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するようになっている。そして、成膜処理を例にとれば、最近における半導体デバイスの高速化及び高集積化の要請にともなって、プロセス原料として膜質特性が良好となる金属を含む液体又は固体の原料が用いられる傾向になる。   In general, in order to manufacture a semiconductor device, a desired device is manufactured by repeatedly performing various processes such as a film forming process, an etching process, an annealing process, and an oxidation diffusion process on a semiconductor wafer. Taking a film forming process as an example, with the recent demand for higher speed and higher integration of semiconductor devices, liquid or solid raw materials containing metals with good film quality characteristics tend to be used as process raw materials. Become.

この場合、原料が例えば液体であれば、液体質量流量計で流量制御した原料を気化器で蒸発させて原料ガスを発生させたり(特許文献1)、また原料が固体又は液体の場合には、この原料を直接的に加熱して気化することにより原料ガスを発生させ、この原料ガスを質量流量制御計により流量制御するようにしている。   In this case, if the raw material is, for example, a liquid, the raw material whose flow rate is controlled by a liquid mass flowmeter is evaporated by a vaporizer to generate a raw material gas (Patent Document 1), or when the raw material is a solid or liquid, A raw material gas is generated by directly heating and vaporizing the raw material, and the flow rate of the raw material gas is controlled by a mass flow controller.

そして、上述のように発生させた原料ガスを成膜に用いる場合には、堆積される膜厚を精度良く制御する必要から、成膜処理に入る前に、原料ガスを処理容器内に流すことなくベント管(例えば特許文献2)を介して排気側へ直接的に流すことにより原料ガスの流量を安定化状態にし、そして、成膜処理に入る時に弁を切り替えて安定流量化した原料ガスを処理容器内へ流すようにしている。   When the source gas generated as described above is used for film formation, it is necessary to accurately control the deposited film thickness, and therefore the source gas is allowed to flow into the processing container before entering the film formation process. The flow rate of the source gas is stabilized by flowing directly to the exhaust side through a vent pipe (for example, Patent Document 2), and the valve is switched when the film formation process is started. It is made to flow into the processing container.

特開2005−307233号公報JP 2005-307233 A 特開2004−207713号公報JP 2004-207713 A

しかしながら、上述のように原料ガスを処理容器内に導入することなくベント管を介して排気側へ流す場合には、原料ガスが無駄になってしまう、という問題があった。特に、原料ガスと反応ガス、例えば窒化ガスとを交互に間欠的に繰り返し流して、原子レベル、或いは分子レベルの薄膜を積層させるようにしたALD(Atomic Layer Deposition)法の場合には、上述のように原料ガスを処理容器内へ導入するタイミング以外に流量安定化のためにベント管へ流す時間が増え、この結果、原料ガスの無駄が更に増加する、といった問題があった。   However, when the source gas is allowed to flow to the exhaust side through the vent pipe without being introduced into the processing vessel as described above, there is a problem that the source gas is wasted. In particular, in the case of an ALD (Atomic Layer Deposition) method in which a source gas and a reaction gas, for example, a nitriding gas are alternately and repeatedly flowed, and a thin film at an atomic level or a molecular level is stacked. As described above, in addition to the timing of introducing the raw material gas into the processing container, there is a problem that the time for flowing to the vent pipe to stabilize the flow rate increases, and as a result, the waste of the raw material gas further increases.

更には、上述のように原料ガスをベント管側へ流す場合には、上記原料ガスにより発生する反応副生成物の対策のために、処理容器に対する通常の排気系とは別にこのベント管に専用の真空ポンプを設置する必要も生じる場合もあり、装置コストが増加する、といった問題もあった。   Furthermore, when the raw material gas is allowed to flow to the vent pipe side as described above, this vent pipe is dedicated separately from the normal exhaust system for the processing vessel in order to prevent reaction by-products generated by the raw material gas. In some cases, it may be necessary to install a vacuum pump, and the cost of the apparatus increases.

そこで、前述した特許文献1に開示されたように、液体原料を気化器にて気化させて原料ガスを発生させてこの原料ガスを供給ラインにより処理容器内へ供給する際に、供給ラインの途中にオリフィスを設け、このオリフィスの上流側の圧力が一定になるように液体原料の流量を送液ポンプにより制御するようにして、処理容器内へ導入するガス流量を一定にするようにした技術も提案されている。   Therefore, as disclosed in Patent Document 1 described above, when a raw material gas is generated by vaporizing a liquid raw material in a vaporizer and this raw material gas is supplied into the processing vessel through the supply line, the supply line is in the middle. There is also a technique in which an orifice is provided in the chamber, and the flow rate of the liquid material is controlled by a liquid feed pump so that the pressure upstream of the orifice is constant, so that the gas flow rate introduced into the processing vessel is constant. Proposed.

しかしながら、この場合には、液体状態の原料の流量を制御するようにしていることから、僅かな流量の変化で気化された原料ガスの圧力が影響を受け、原料ガスの圧力を一定に維持するのが難しい、という不都合があった。   However, in this case, since the flow rate of the raw material in the liquid state is controlled, the pressure of the vaporized raw material gas is affected by a slight change in the flow rate, and the pressure of the raw material gas is kept constant. There was an inconvenience that it was difficult.

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することが可能なガス供給装置及び成膜装置である。   The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The present invention is a gas supply apparatus and a film forming apparatus capable of introducing a gas having a stabilized flow rate into a processing container without flowing the gas to the vent pipe side.

請求項1に係る発明は、薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、前記処理容器に接続されてガスを流すためのガス通路と、前記ガス通路に介設された流量制御弁と、前記流量制御弁よりも下流側の前記ガス通路に介設された開閉弁機構と、前記流量制御弁と前記開閉弁機構との間の前記ガス通路である中間ガス通路内の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部の検出に基づいて前記流量制御弁を制御することにより前記中間ガス通路内の圧力を前記処理容器内の圧力の2倍以上の一定値になるように制御する弁制御部と、を有するガス供給系を備えたことを特徴とするガス供給装置である。   The invention according to claim 1 is a gas supply apparatus for supplying a gas into a processing container that accommodates an object to be processed on which a thin film is formed, a gas passage connected to the processing container for flowing the gas, and the gas A flow control valve interposed in the passage, an on-off valve mechanism interposed in the gas passage downstream of the flow control valve, and the gas passage between the flow control valve and the on-off valve mechanism. A pressure detection unit for detecting a pressure in a certain intermediate gas passage, and controlling the flow rate control valve based on the detection of the pressure detection unit so that the pressure in the intermediate gas passage is twice the pressure in the processing vessel. A gas supply device comprising a gas supply system having a valve control unit that controls the constant value as described above.

これにより、薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することが可能となる。従って、ガスを無駄に消費することを抑制することが可能となるばかりか、ベント管に対する専用の真空ポンプ等も不要になり、装置コストも削減することが可能となる。   Thus, in a gas supply apparatus that supplies gas into a processing container that accommodates an object to be processed on which a thin film is formed, a gas having a stabilized flow rate is introduced into the processing container without flowing the gas to the vent pipe side. Is possible. Accordingly, it is possible not only to suppress wasteful consumption of gas, but also to eliminate the need for a dedicated vacuum pump for the vent pipe, and to reduce the apparatus cost.

請求項8に係る発明は、被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、前記ガス導入手段に接続された請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガス供給装置と、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、成膜装置全体の動作を制御する装置制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for forming a thin film on an object to be processed. The heating means for heating, the gas introduction means for introducing gas into the processing container, the gas supply device according to any one of claims 1 to 4 connected to the gas introduction means, and the inside of the processing container A film evacuation system for evacuating the atmosphere, and an apparatus control unit for controlling the operation of the entire film formation apparatus.

本発明に係るガス供給装置及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器内へ導入することができる。従って、ガスを無駄に消費することを抑制することができるばかりか、ベント管に対する専用の真空ポンプ等も不要になり、装置コストも削減することができる。
According to the gas supply apparatus and the film forming apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
In a gas supply apparatus that supplies a gas into a processing container that accommodates an object to be processed on which a thin film is formed, a gas having a stabilized flow rate can be introduced into the processing container without flowing the gas toward the vent pipe. Therefore, it is possible not only to suppress wasteful consumption of gas, but also to eliminate the need for a dedicated vacuum pump for the vent pipe, and to reduce the apparatus cost.

本発明のガス供給装置及び成膜装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the gas supply apparatus and film-forming apparatus of this invention. 半導体ウエハ上にALD法により成膜処理を施す時の各ガスの供給のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the supply timing of each gas when performing the film-forming process by ALD method on a semiconductor wafer. 本発明のガス供給装置の変形実施例の一部を示す構成図である。It is a block diagram which shows a part of modified example of the gas supply apparatus of this invention.

以下に、本発明に係るガス供給装置及び成膜装置の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。ここでは原料ガスとしてTiCl ガスを用い、反応ガスとしてNH ガスを用いて薄膜としてチタン窒化膜をALD法により形成する場合を例にとって説明する。図1は本発明のガス供給装置及び成膜装置の一例を示す概略構成図である。図示するように、本発明の成膜装置2は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器4を有している。 Hereinafter, a preferred embodiment of a gas supply apparatus and a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, a case where a TiCl 4 gas is used as a source gas, an NH 3 gas is used as a reaction gas, and a titanium nitride film is formed as a thin film by an ALD method will be described as an example. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a gas supply apparatus and a film forming apparatus of the present invention. As shown in the figure, the film forming apparatus 2 of the present invention includes a processing container 4 formed into a cylindrical shape from, for example, aluminum, aluminum alloy, stainless steel or the like.

この処理容器4の底部6には、処理容器内の雰囲気を排出するための排気口8が設けられており、この排気口8には真空排気系10が接続されている。この真空排気系10は、上記排気口8に接続された排気通路12を有しており、この排気通路12には、その上流側から下流側に向けて圧力調整を行うために弁開度が調整可能になされた圧力調整弁14、排気ガス中から反応副生成物等を除去するトラップ機構16及び真空ポンプ18が順次介設されている。これにより、処理容器4内の雰囲気を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。   An exhaust port 8 for exhausting the atmosphere in the processing container is provided at the bottom 6 of the processing container 4, and a vacuum exhaust system 10 is connected to the exhaust port 8. The vacuum exhaust system 10 has an exhaust passage 12 connected to the exhaust port 8, and the exhaust passage 12 has a valve opening degree for adjusting pressure from the upstream side to the downstream side. A pressure regulating valve 14 that can be adjusted, a trap mechanism 16 that removes reaction by-products and the like from the exhaust gas, and a vacuum pump 18 are sequentially provided. As a result, the atmosphere in the processing container 4 can be uniformly evacuated from the bottom peripheral portion.

この処理容器4内には、被処理体を保持する保持手段20が設けられる。具体的には、この保持手段20は、処理容器4の底部6より起立された支柱22の先端に設けた円板状の載置台24よりなり、この載置台24上に被処理体として例えばシリコン基板等の半導体ウエハWを載置し得るようになっている。この載置台24は、例えばAlN等のセラミックからなっている。この載置台24は、例えば直径が300mmの半導体ウエハWを載置するようになっている。この載置台24内には、例えば抵抗加熱ヒータ等よりなる加熱手段26が埋め込まれており、半導体ウエハWを加熱すると共に、これを所望する温度に維持できるようになっている。尚、加熱手段26として加熱ランプを用いる場合もある。   In the processing container 4, a holding unit 20 that holds an object to be processed is provided. Specifically, the holding means 20 includes a disk-shaped mounting table 24 provided at the tip of a support column 22 standing from the bottom 6 of the processing container 4. On the mounting table 24, for example, silicon A semiconductor wafer W such as a substrate can be placed thereon. The mounting table 24 is made of ceramic such as AlN. The mounting table 24 is configured to mount, for example, a semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm. A heating means 26 such as a resistance heater is embedded in the mounting table 24 so that the semiconductor wafer W can be heated and maintained at a desired temperature. A heating lamp may be used as the heating means 26.

また、この載置台24には、半導体ウエハWの周辺部を押圧してこれを載置台24上に固定する図示しないクランプリングや半導体ウエハWの搬入・搬出時に半導体ウエハWを突き上げて昇降させる図示しないリフタピンが設けられている。また処理容器4の側壁には、搬出入口28が設けられ、この搬出入口28には、半導体ウエハWの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ29が設けられる。   In addition, the mounting table 24 presses the peripheral portion of the semiconductor wafer W and fixes the semiconductor wafer W on the mounting table 24, and the semiconductor wafer W is pushed up and down when the semiconductor wafer W is loaded and unloaded. A lifter pin is provided. In addition, a loading / unloading port 28 is provided on the side wall of the processing container 4, and a gate valve 29 that can be opened and closed airtightly when the semiconductor wafer W is loaded / unloaded is provided in the loading / unloading port 28.

そして、この処理容器4には、この中へガスを導入するガス導入手段30が設けられる。具体的には、このガス導入手段30は、上記処理容器4の天井部に設けたシャワーヘッド32よりなる。このシャワーヘッド32は、天井板34と一体的になされており、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により形成されている。   The processing container 4 is provided with gas introduction means 30 for introducing gas into the processing container 4. Specifically, the gas introduction means 30 includes a shower head 32 provided on the ceiling of the processing container 4. The shower head 32 is integrally formed with the ceiling board 34, and is formed of, for example, aluminum or aluminum alloy.

このシャワーヘッド32は、円形になされ上記載置台24の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台24との間に処理空間Sを形成している。このシャワーヘッド32は、処理空間Sに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド32の下面の噴射面にはガスを噴射するための多数の噴射孔36が形成される。   The shower head 32 is formed in a circular shape so as to face the entire upper surface of the mounting table 24, and a processing space S is formed between the shower head 32 and the mounting table 24. The shower head 32 introduces various gases into the processing space S in a shower shape, and a plurality of injection holes 36 for injecting gas are formed on the injection surface on the lower surface of the shower head 32.

そして、このシャワーヘッド32の上部には、このシャワーヘッド内にガスを導入するガス導入ポート38が設けられている。尚、このガス導入手段30の構造は、シャワーヘッド32に限定されているものではなくてどのような構造でもよく、例えば単なるノズルのような構造でもよい。そして、この処理容器4に本発明の特徴とするガス供給装置40が設けられる。具体的には、このガス供給装置40は、原料ガスを供給する原料ガス供給系42と、反応ガスを供給する反応ガス供給系44と、パージガスを供給するパージガス供給系46とを有している。   A gas introduction port 38 for introducing gas into the shower head 32 is provided on the upper portion of the shower head 32. The structure of the gas introducing means 30 is not limited to the shower head 32, and may be any structure, for example, a structure like a simple nozzle. The processing container 4 is provided with a gas supply device 40 that is a feature of the present invention. Specifically, the gas supply device 40 includes a source gas supply system 42 that supplies a source gas, a reaction gas supply system 44 that supplies a reaction gas, and a purge gas supply system 46 that supplies a purge gas. .

まず、上記原料ガス供給系42は、原料ガスを上記処理容器4へ向けて流すためのガス通路48を有している。このガス通路48の先端、すなわち上流側は、ガス源50に接続されており、下流側は上記シャワーヘッド32のガス導入ポート38に接続されている。上記ガス源50は、ここでは原料貯留タンク52を有しており、この原料貯留タンク52内に原料54を貯留している。   First, the source gas supply system 42 has a gas passage 48 for flowing the source gas toward the processing container 4. The distal end, that is, the upstream side of the gas passage 48 is connected to the gas source 50, and the downstream side is connected to the gas introduction port 38 of the shower head 32. Here, the gas source 50 has a raw material storage tank 52, and the raw material 54 is stored in the raw material storage tank 52.

この原料54は、液体又は固体状態であり、ここでは常温で液体のTiCl が用いられている。この原料貯留タンク52には、原料加熱ヒータ58と発生した原料ガスの圧力を測定する原料圧力計60とが設けられており、原料54を加熱して気化させることにより一定の圧力の原料ガスを発生させるようになっている。この発生した原料ガスを流すために上記ガス通路48の先端のガス入口62は、上記原料貯留タンク52の上部空間部に位置されている。 The raw material 54 is in a liquid or solid state, and here, TiCl 4 which is liquid at room temperature is used. The raw material storage tank 52 is provided with a raw material heater 58 and a raw material pressure gauge 60 for measuring the pressure of the generated raw material gas. By heating and vaporizing the raw material 54, the raw material gas at a constant pressure is supplied. It is supposed to be generated. The gas inlet 62 at the tip of the gas passage 48 is located in the upper space of the raw material storage tank 52 in order to flow the generated raw material gas.

そして、上記ガス通路48の上流側には、流れるガスの流量を制御するために例えばマスフローコントローラのような流量制御弁64が介設されている。この流量制御弁64は、弁開度を制御するアクチュエータ66を有しており、ここを流れるガス流量を調整できるようになっている。このアクチュエータ66としては、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられている。この流量制御弁64の下流側のガス通路48には開閉弁機構68が介設されている。   A flow rate control valve 64 such as a mass flow controller is interposed on the upstream side of the gas passage 48 in order to control the flow rate of the flowing gas. The flow rate control valve 64 has an actuator 66 for controlling the valve opening, and the flow rate of gas flowing therethrough can be adjusted. As the actuator 66, a piezoelectric element such as a piezoelectric element is used. An open / close valve mechanism 68 is interposed in the gas passage 48 on the downstream side of the flow control valve 64.

この開閉弁機構68としては、ここでは開状態と閉状態とを選択的に実現する開閉弁70が用いられている。この開閉弁70としては、開状態の時の流路面積が、ガス通路48の断面積よりも小さくなるように設定されており、これによりオリフィス機能を発揮するようになっている。従って、この開状態の時の流路面積がガスの流量を規定できるようになっている。具体的には、後述するように、この開閉弁70の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも2倍以上の一定値となるように設定されており、この開閉弁70が開状態になった時には音速ノズルとして機能するようになっている。この場合、ガス流量は、上記開閉弁70の開状態の時の流路面積と中間ガス通路72内の圧力とに依存して定まることになる。   As the on-off valve mechanism 68, an on-off valve 70 that selectively realizes an open state and a closed state is used here. The on-off valve 70 is set so that the flow passage area in the open state is smaller than the cross-sectional area of the gas passage 48, thereby exhibiting the orifice function. Therefore, the flow path area in the open state can define the gas flow rate. Specifically, as will be described later, the pressure on the upstream side of the on-off valve 70 is set to be a constant value that is twice or more the pressure on the downstream side, and the on-off valve 70 is in the open state. When it becomes, it functions as a sonic nozzle. In this case, the gas flow rate is determined depending on the flow path area when the on-off valve 70 is open and the pressure in the intermediate gas passage 72.

そして、上記流量制御弁64と開閉弁機構68との間のガス通路48は中間ガス通路72となり、この中間ガス通路72内の圧力を検出するために圧力計よりなる圧力検出部74が設けられている。そして、流量制御弁64の弁開度を調整するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部76が設けられており、この弁制御部76は、上記圧力検出部74の検出値に基づいて上記流量制御弁64を制御することにより、上記中間ガス通路72内の圧力を、上記処理容器4内の圧力(プロセス圧力)、すなわち開閉弁機構68の下流側の圧力の2倍以上の一定値になるようにしている。   The gas passage 48 between the flow control valve 64 and the on-off valve mechanism 68 is an intermediate gas passage 72, and a pressure detector 74 including a pressure gauge is provided to detect the pressure in the intermediate gas passage 72. ing. And in order to adjust the valve opening degree of the flow control valve 64, the valve control part 76 which consists of microcomputers etc. is provided, and this valve control part 76 is based on the detected value of the said pressure detection part 74, and is based on the said value. By controlling the flow rate control valve 64, the pressure in the intermediate gas passage 72 is set to a constant value that is twice or more the pressure in the processing vessel 4 (process pressure), that is, the pressure on the downstream side of the on-off valve mechanism 68. It is trying to become.

この場合、弁制御部76は後述する装置制御部の支配下で動作し、プロセス圧力や中間ガス通路72内の圧力の設定値は、予め定めるようにしてもよいし、装置制御部より指示するようにしてもよい。   In this case, the valve control unit 76 operates under the control of the device control unit to be described later, and the set value of the process pressure and the pressure in the intermediate gas passage 72 may be determined in advance or instructed by the device control unit. You may do it.

ここでは例えば、プロセス圧力は1〜3Torr程度に設定され、上記中間ガス通路72内の圧力は30Torr程度に設定され、ガス源50内の圧力は131Torr程度に設定され、ガス通路48の上流側に行くに従って圧力が順次高くなっている。なお、中間ガス通路72とガス源50は、約80℃、処理容器4に関しては、その壁面は約170℃、載置台24は約450℃に、それぞれ温度制御されている。そして、このガス通路48の全体には、流れるガスが液化又は固化することを防止するために加熱する通路加熱手段78が設けられている。ここでは例えば80℃程度に加熱されている。   Here, for example, the process pressure is set to about 1 to 3 Torr, the pressure in the intermediate gas passage 72 is set to about 30 Torr, the pressure in the gas source 50 is set to about 131 Torr, and upstream of the gas passage 48. The pressure gradually increases as you go. The intermediate gas passage 72 and the gas source 50 are temperature-controlled at about 80 ° C., and the processing vessel 4 has a wall surface at about 170 ° C. and the mounting table 24 at about 450 ° C. In addition, the entire gas passage 48 is provided with passage heating means 78 for heating in order to prevent the flowing gas from being liquefied or solidified. Here, it is heated to about 80 ° C., for example.

そして、上記中間ガス通路72の途中からはベント管80が分岐させて設けられており、この途中にはベント管開閉弁81が介設されている。このベント管80の下流側は、上記真空排気系10の排気通路12に接続されている。   A vent pipe 80 is branched from the middle of the intermediate gas passage 72, and a vent pipe on-off valve 81 is interposed in the middle. The downstream side of the vent pipe 80 is connected to the exhaust passage 12 of the vacuum exhaust system 10.

次に、上記反応ガス供給系44も、上記原料ガス供給系42とほぼ同様に形成されている。すなわち、上記反応ガス供給系44は、反応ガスを上記処理容器4へ向けて流すためのガス通路82を有している。このガス通路82の先端、すなわち上流側は、ガス源84に接続されており、下流側は上記シャワーヘッド32のガス導入ポート38に接続されている。上記ガス源84は、ここでは反応ガスタンク86を有しており、この反応ガスタンク86内に高圧の反応ガスを貯留している。この反応ガスとしては、ここでは窒化ガスであるNH が用いられている。この反応ガスは、図示しないレギュレータにより一定の圧力で流すようになっている。 Next, the reaction gas supply system 44 is formed in substantially the same manner as the source gas supply system 42. That is, the reaction gas supply system 44 has a gas passage 82 for flowing the reaction gas toward the processing container 4. The tip of the gas passage 82, that is, the upstream side is connected to the gas source 84, and the downstream side is connected to the gas introduction port 38 of the shower head 32. Here, the gas source 84 has a reaction gas tank 86, and a high-pressure reaction gas is stored in the reaction gas tank 86. Here, NH 3 which is a nitriding gas is used as the reaction gas. This reaction gas is made to flow at a constant pressure by a regulator (not shown).

そして、上記ガス通路82の上流側には、流れるガスの流量を制御するために例えばマスフローコントローラのような流量制御弁88が介設されている。この流量制御弁88は、弁開度を制御するアクチュエータ90を有しており、ここを流れるガス流量を調整できるようになっている。このアクチュエータ90としては、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられている。この流量制御弁88の下流側のガス通路82には開閉弁機構91が介設されている。   A flow rate control valve 88 such as a mass flow controller is interposed on the upstream side of the gas passage 82 in order to control the flow rate of the flowing gas. The flow rate control valve 88 has an actuator 90 that controls the valve opening, and the flow rate of gas flowing therethrough can be adjusted. As the actuator 90, a piezoelectric element such as a piezoelectric element is used. An open / close valve mechanism 91 is interposed in the gas passage 82 on the downstream side of the flow control valve 88.

この開閉弁機構91としては、ここでは開状態と閉状態とを選択的に実現する開閉弁92が用いられている。この開閉弁92としては、開状態の時の流路面積が、ガス通路82の断面積よりも小さくなるように設定されており、これによりオリフィス機能を発揮するようになっている。従って、この開状態の時の流路面積がガスの流量を規定できるようになっている。具体的には、この開閉弁92の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも2倍以上の一定値となるように設定されており、この開閉弁92が開状態になった時には音速ノズルとして機能するようになっている。この場合、ガス流量は、上記開閉弁92の開状態の時の流路面積と中間ガス通路94内の圧力とに依存して定まることになる。   As the on-off valve mechanism 91, an on-off valve 92 that selectively realizes an open state and a closed state is used here. The on-off valve 92 is set so that the flow path area when opened is smaller than the cross-sectional area of the gas passage 82, thereby exhibiting an orifice function. Therefore, the flow path area in the open state can define the gas flow rate. Specifically, the pressure on the upstream side of the on-off valve 92 is set to be a constant value more than twice the pressure on the downstream side. When the on-off valve 92 is opened, the sonic nozzle It is supposed to function as. In this case, the gas flow rate is determined depending on the flow path area when the on-off valve 92 is open and the pressure in the intermediate gas passage 94.

そして、上記流量制御弁88と開閉弁機構91との間のガス通路82は上記中間ガス通路94となり、この中間ガス通路94内の圧力を検出するために圧力計よりなる圧力検出部96が設けられている。そして、流量制御弁88の弁開度を調整するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部98が設けられており、この弁制御部98は、上記圧力検出部96の検出値に基づいて上記流量制御弁88を制御することにより、上記中間ガス通路94内の圧力を、上記処理容器4内の圧力(プロセス圧力)、すなわち開閉弁機構91の下流側の圧力の2倍以上の一定値になるようにしている。   The gas passage 82 between the flow control valve 88 and the on-off valve mechanism 91 is the intermediate gas passage 94, and a pressure detector 96 comprising a pressure gauge is provided to detect the pressure in the intermediate gas passage 94. It has been. In order to adjust the valve opening degree of the flow control valve 88, a valve control unit 98 made of, for example, a microcomputer is provided, and the valve control unit 98 is based on the detection value of the pressure detection unit 96. By controlling the flow rate control valve 88, the pressure in the intermediate gas passage 94 is set to a constant value that is twice or more the pressure in the processing vessel 4 (process pressure), that is, the pressure downstream of the on-off valve mechanism 91. It is trying to become.

この場合、弁制御部98は後述する装置制御部の支配下で動作し、プロセス圧力や中間ガス通路94内の圧力の設定値は、予め定めるようにしてもよいし、装置制御部より指示するようにしてもよい。   In this case, the valve control unit 98 operates under the control of the device control unit which will be described later, and the process pressure and the set value of the pressure in the intermediate gas passage 94 may be determined in advance or instructed by the device control unit. You may do it.

ここでは例えば、プロセス圧力は1〜3Torr程度に設定され、上記中間ガス通路94内の圧力は100Torr程度に設定され、ガス通路82の上流側に行くに従って圧力が順次高くなっている。そして、上記中間ガス通路94の途中からはベント管100が分岐させて設けられており、この途中にはベント管開閉弁102が介設されている。このベント管102の下流側は、上記真空排気系10の排気通路12に接続されている。なお、NH は図示しない加熱源により150℃程度に加熱して供給している。 Here, for example, the process pressure is set to about 1 to 3 Torr, the pressure in the intermediate gas passage 94 is set to about 100 Torr, and the pressure sequentially increases toward the upstream side of the gas passage 82. A vent pipe 100 is branched from the middle of the intermediate gas passage 94, and a vent pipe on-off valve 102 is interposed in the middle. The downstream side of the vent pipe 102 is connected to the exhaust passage 12 of the vacuum exhaust system 10. NH 3 is supplied after being heated to about 150 ° C. by a heating source (not shown).

次に、上記パージガス供給系46は、上記反応ガス供給系44と同様に形成されている。すなわち、上記パージガス供給系46は、パージガスを上記処理容器4へ向けて流すためのガス通路104を有している。このガス通路104の先端、すなわち上流側は、ガス源106に接続されており、下流側は上記シャワーヘッド32のガス導入ポート38に接続されている。上記ガス源106は、ここではパージガスタンク108を有しており、このパージガスタンク108内に高圧のパージガスを貯留している。   Next, the purge gas supply system 46 is formed in the same manner as the reaction gas supply system 44. That is, the purge gas supply system 46 has a gas passage 104 for flowing the purge gas toward the processing container 4. The distal end, that is, the upstream side of the gas passage 104 is connected to the gas source 106, and the downstream side is connected to the gas introduction port 38 of the shower head 32. Here, the gas source 106 has a purge gas tank 108, and a high-pressure purge gas is stored in the purge gas tank 108.

このパージガスとしては、ここでは不活性ガスであるN が用いられている。尚、パージガスとしてAr等の希ガスを用いてもよい。このパージガスは図示しないレギュレータにより一定の圧力で流すようになっている。なお、パージガスは圧力制御しなくてもよく、又は、成膜中において常時流した状態にしてもよい。これによれば、原料ガスが上流側に戻らないようにすることができる。 As this purge gas, N 2 which is an inert gas is used here. A rare gas such as Ar may be used as the purge gas. This purge gas is made to flow at a constant pressure by a regulator (not shown). Note that the pressure of the purge gas may not be controlled, or may be kept flowing during film formation. According to this, it is possible to prevent the source gas from returning to the upstream side.

そして、上記ガス通路104の上流側には、流れるガスの流量を制御するために例えばマスフローコントローラのような流量制御弁110が介設されている。この流量制御弁110は、弁開度を制御するアクチュエータ112を有しており、ここを流れるガス流量を調整できるようになっている。このアクチュエータ112としては、ピエゾ素子のような圧電素子が用いられている。この流量制御弁110の下流側のガス通路104には開閉弁機構112が介設されている。   A flow rate control valve 110 such as a mass flow controller is interposed on the upstream side of the gas passage 104 to control the flow rate of the flowing gas. This flow control valve 110 has an actuator 112 for controlling the valve opening, and the flow rate of gas flowing therethrough can be adjusted. As the actuator 112, a piezoelectric element such as a piezoelectric element is used. An open / close valve mechanism 112 is interposed in the gas passage 104 on the downstream side of the flow control valve 110.

この開閉弁機構112としては、ここでは開状態と閉状態とを選択的に実現する開閉弁114が用いられている。この開閉弁114としては、開状態の時の流路面積が、ガス通路104の断面積よりも小さくなるように設定されており、これによりオリフィス機能を発揮するようになっている。従って、この開状態の時の流路面積がガスの流量を規定できるようになっている。具体的には、この開閉弁114の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも2倍以上の一定値となるように設定されており、この開閉弁114が開状態になった時には音速ノズルとして機能するようになっている。この場合、ガス流量は、上記開閉弁114の開状態の時の流路面積と中間ガス通路116内の圧力とに依存して定まることになる。   As the on-off valve mechanism 112, an on-off valve 114 that selectively realizes an open state and a closed state is used here. The on-off valve 114 is set so that the flow path area in the open state is smaller than the cross-sectional area of the gas passage 104, thereby exhibiting an orifice function. Therefore, the flow path area in the open state can define the gas flow rate. Specifically, the pressure on the upstream side of the on-off valve 114 is set to be a constant value that is twice or more than the pressure on the downstream side. When the on-off valve 114 is opened, the sonic nozzle It is supposed to function as. In this case, the gas flow rate is determined depending on the flow path area when the on-off valve 114 is open and the pressure in the intermediate gas passage 116.

そして、上記流量制御弁110と開閉弁機構112との間のガス通路104は上記中間ガス通路116となり、この中間ガス通路116内の圧力を検出するために圧力計よりなる圧力検出部118が設けられている。そして、流量制御弁110の弁開度を調整するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる弁制御部120が設けられており、この弁制御部120は、上記圧力検出部118の検出値に基づいて上記流量制御弁110を制御することにより、上記中間ガス通路116内の圧力を、上記処理容器4内の圧力(プロセス圧力)、すなわち開閉弁機構112の下流側の圧力の2倍以上の一定値になるようにしている。   The gas passage 104 between the flow control valve 110 and the on-off valve mechanism 112 serves as the intermediate gas passage 116, and a pressure detector 118 including a pressure gauge is provided to detect the pressure in the intermediate gas passage 116. It has been. In order to adjust the valve opening degree of the flow control valve 110, a valve control unit 120 made of, for example, a microcomputer is provided. The valve control unit 120 is based on the detection value of the pressure detection unit 118. By controlling the flow rate control valve 110, the pressure in the intermediate gas passage 116 is set to a constant value that is twice or more the pressure in the processing vessel 4 (process pressure), that is, the pressure on the downstream side of the on-off valve mechanism 112. It is trying to become.

この場合、弁制御部120は後述する装置制御部の支配下で動作し、プロセス圧力や中間ガス通路116内の圧力の設定値は、予め定めるようにしてもよいし、装置制御部より指示するようにしてもよい。   In this case, the valve control unit 120 operates under the control of the device control unit, which will be described later, and the set values of the process pressure and the pressure in the intermediate gas passage 116 may be determined in advance or instructed by the device control unit. You may do it.

ここでは例えば、プロセス圧力は1〜3Torr程度に設定され、上記中間ガス通路116内の圧力は100Torr程度に設定され、ガス通路104の上流側に行くに従って圧力が順次高くなっている。そして、上記中間ガス通路116の途中からはベント管122が分岐させて設けられており、この途中にはベント管開閉弁124が介設されている。このベント管122の下流側は、上記真空排気系10の排気通路12に接続されている。   Here, for example, the process pressure is set to about 1 to 3 Torr, the pressure in the intermediate gas passage 116 is set to about 100 Torr, and the pressure sequentially increases toward the upstream side of the gas passage 104. A vent pipe 122 is branched from the middle of the intermediate gas passage 116, and a vent pipe opening / closing valve 124 is interposed in the middle. The downstream side of the vent pipe 122 is connected to the exhaust passage 12 of the vacuum exhaust system 10.

そして、この成膜装置2の全体の動作を制御するために例えばコンピュータ等よりなる装置制御部126を有しており、例えばプロセス圧力、プロセス温度、各ガスの供給量の制御のための指示、各開閉弁の開閉の指示等を行うようになっている。そして、上記装置制御部126は上記制御に必要なコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体128を有している。この記憶媒体128は、例えばフレキシブルディスク、CD(CompactDisc)、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはDVD等よりなる。   In order to control the overall operation of the film forming apparatus 2, the apparatus control unit 126 includes, for example, a computer or the like. For example, an instruction for controlling the process pressure, the process temperature, and the supply amount of each gas, Instructions for opening and closing each on-off valve are given. The device control unit 126 has a storage medium 128 for storing a computer program necessary for the control. The storage medium 128 is composed of, for example, a flexible disk, a CD (Compact Disc), a hard disk, a flash memory, or a DVD.

<成膜方法の説明>
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行なわれる成膜方法について図2も参照して説明する。図2は半導体ウエハ上にALD法により成膜処理を施す時の各ガスの供給のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。ここでは前述したように、ここでは原料ガスとしてTiCl ガスを用い、反応ガスとしてNH ガスを用いて薄膜としてチタン窒化膜をALD法により形成する場合を例にとって説明する。
<Description of deposition method>
Next, a film forming method performed using the film forming apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a timing chart showing an example of the supply timing of each gas when a film formation process is performed on a semiconductor wafer by the ALD method. Here, as described above, here, a case where TiCl 4 gas is used as a source gas, NH 3 gas is used as a reaction gas, and a titanium nitride film is formed as a thin film by an ALD method will be described as an example.

まず、処理容器4内の載置台24上には、この中へ搬入された例えば直径が300mmの半導体ウエハWが載置されている。この際、半導体ウエハWの搬入に先立って、処理容器4内のガス供給装置40の各ガス供給系42、44、46のガス通路48、82、104内は、真空排気系10により真空引きされて低圧に維持されている。この初期の真空引き時には、各ガス供給系42、44、46に設けたベント管80、100、122の各ベント開閉弁81、102、124を開状態にして真空排気を促進させている。このように初期の真空引きを終了したならば、各ベント開閉弁81、102、124は閉状態とし、以後の成膜処理中はこのベント管80、100、122は使用しないことになる。   First, on the mounting table 24 in the processing container 4, for example, a semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm is loaded. At this time, the gas passages 48, 82, and 104 of the gas supply systems 42, 44, and 46 of the gas supply device 40 in the processing container 4 are evacuated by the vacuum exhaust system 10 before the semiconductor wafer W is loaded. And maintained at a low pressure. During this initial evacuation, the vent open / close valves 81, 102, and 124 of the vent pipes 80, 100, and 122 provided in the gas supply systems 42, 44, and 46 are opened to promote evacuation. When the initial evacuation is completed in this way, the vent open / close valves 81, 102, and 124 are closed, and the vent pipes 80, 100, and 122 are not used during the subsequent film forming process.

上述のように初期の真空引きのなされた処理容器4内へ半導体ウエハWを搬入してこれを載置台24上に載置したならば、この処理容器4内を密閉する。そして、載置台24に設けた加熱手段26により半導体ウエハWを所定のプロセス温度まで昇温してこの温度を維持する。これと同時に、処理容器4の天井部に設けたガス導入手段30であるシャワーヘッド32の噴射孔36より処理空間Sに向けて各ガスを図2に示すような順序に従って導入する。   As described above, when the semiconductor wafer W is loaded into the processing chamber 4 that has been initially evacuated and placed on the mounting table 24, the processing chamber 4 is sealed. Then, the temperature of the semiconductor wafer W is raised to a predetermined process temperature by the heating means 26 provided on the mounting table 24, and this temperature is maintained. At the same time, the respective gases are introduced into the treatment space S from the injection holes 36 of the shower head 32 which is the gas introduction means 30 provided on the ceiling portion of the treatment container 4 in the order shown in FIG.

この場合、ガス供給装置40において、原料ガスであるTiCl ガスは原料ガス供給系42によりシャワーヘッド32へ供給され、反応ガス(窒化ガス)であるNH ガスは反応ガス供給系44によりシャワーヘッド32へ供給され、パージガスであるN ガスはパージガス供給系46によりシャワーヘッド32へ供給される。 In this case, in the gas supply device 40, TiCl 4 gas which is a raw material gas is supplied to the shower head 32 by the raw material gas supply system 42, and NH 3 gas which is a reactive gas (nitriding gas) is supplied to the shower head by the reactive gas supply system 44. N 2 gas, which is a purge gas, is supplied to the shower head 32 by the purge gas supply system 46.

上記各ガスの供給のタイミングの一例は図2に示されており、原料ガスであるTiCl (図2(A))と反応ガスであるNH ガス(図2(B))とを交互に間欠的に繰り返し供給して、パルス状の供給態様としている。そして、原料ガスの供給の休止期間と反応ガスの供給の休止期間とが重なる期間にはパージガスであるN ガスを流しており(図2(C))、処理容器4内の残留ガスの排出を促進させている。上記原料ガスの供給時にはTiCl ガスが半導体ウエハWの表面に吸着し、そして、反応ガスの供給時には上記半導体ウエハW上に吸着していたTiCl ガスが反応ガスであるNH ガスと反応して窒化させて薄い原子レベル、或いは分子レベルの厚さのチタン窒化膜(TiN)が形成されることになる。この操作を繰り返すことにより上記薄膜が積層されて、必要な回数(サイクル)だけ繰り返すことにより所望の厚さのチタン窒化膜が得られる。ここで変形例として、パージガスについては間欠的ではなく前述したように成膜中において常時流すようにしてもよい(図2(D))。このパージガスを常時流すと、処理容器4内の圧力変動を抑制することができるのみならず、ガス通路48、82側へTiCl やNH の原料ガスが相互拡散することを抑制して、ガス通路48、82内に薄膜が堆積することを防止することができる。 An example of the supply timing of each of the above gases is shown in FIG. 2, in which TiCl 4 (FIG. 2 (A)) as a source gas and NH 3 gas (FIG. 2 (B)) as a reaction gas are alternately used. The supply is intermittently repeated to provide a pulsed supply mode. Then, during the period in which the source gas supply stop period and the reaction gas supply stop period overlap, the purge gas N 2 gas is supplied (FIG. 2C), and the residual gas in the processing container 4 is discharged. Is promoting. During the supply of the raw material gas adsorbed TiCl 4 gas is on the surface of the semiconductor wafer W, and, during the supply of the reaction gas reacts with NH 3 gas TiCl 4 gas adsorbed on the semiconductor wafer W is a reactive gas As a result, a titanium nitride film (TiN) having a thin atomic level or molecular level is formed by nitriding. By repeating this operation, the thin films are stacked, and a titanium nitride film having a desired thickness can be obtained by repeating the necessary number of times (cycles). Here, as a modification, the purge gas may be constantly flowed during film formation as described above instead of intermittently (FIG. 2D). When this purge gas is always flowed, not only the pressure fluctuation in the processing vessel 4 can be suppressed, but also the raw gas such as TiCl 4 and NH 3 is prevented from interdiffusing to the gas passages 48 and 82 side, and the gas It is possible to prevent a thin film from being deposited in the passages 48 and 82.

ここで原料ガスの供給期間の開始から次の原料ガスの供給期間の開始までの間が1サイクルとなる。一例として原料ガスの供給期間T1は、0.6秒程度であり、反応ガスの供給期間T2は、0.3秒程度であり、パージ期間T3は、0.2秒程度である。また各ガスの供給量の一例は、TiCl ガスが250sccm/秒程度であり、NH ガスが2リットル/分程度であり、N ガスが5リットル/分程度である。またプロセス圧力は、1〜10Torrの範囲内であり、ここでは1〜3Torrの範囲内に設定している。また、プロセス温度は、300〜600℃程度である。尚、図2に示すALD法による各ガスの供給態様は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されない。 Here, one cycle is from the start of the source gas supply period to the start of the next source gas supply period. As an example, the source gas supply period T1 is about 0.6 seconds, the reaction gas supply period T2 is about 0.3 seconds, and the purge period T3 is about 0.2 seconds. In addition, as an example of the supply amount of each gas, TiCl 4 gas is about 250 sccm / second, NH 3 gas is about 2 liter / minute, and N 2 gas is about 5 liter / minute. The process pressure is in the range of 1 to 10 Torr, and is set in the range of 1 to 3 Torr here. Moreover, process temperature is about 300-600 degreeC. In addition, the supply mode of each gas by the ALD method shown in FIG. 2 is merely an example, and is not limited to this.

<ガスの供給>
ここで各ガスの供給について詳しく説明する。まず、原料ガスについて説明すると、原料ガス供給系42のガス源50である原料貯留タンク52では原料加熱ヒータ58により液体の原料54であるTiCl を加熱して気化させ、原料ガスを発生させている。この原料貯留タンク52内の原料ガスの圧力は原料圧力計60により検出されており、この検出値により原料加熱ヒータ58を制御することにより、この原料ガスは例えば131Torr程度に維持されている。この場合、原料54は例えば80℃程度に加熱されている。この原料ガスは、ガス通路48内を流れて行き、途中に設けた開閉弁機構68の開閉弁70を図2(A)のパルスのタイミングに合わせて開閉することにより、上記シャワーヘッド32へ間欠的に導入される。
<Gas supply>
Here, the supply of each gas will be described in detail. First, the raw material gas will be described. In the raw material storage tank 52 that is the gas source 50 of the raw material gas supply system 42, the raw material heater 58 is used to heat and vaporize TiCl 4 that is the liquid raw material 54 to generate the raw material gas. Yes. The pressure of the raw material gas in the raw material storage tank 52 is detected by a raw material pressure gauge 60. By controlling the raw material heater 58 based on the detected value, the raw material gas is maintained at about 131 Torr, for example. In this case, the raw material 54 is heated to about 80 ° C., for example. This raw material gas flows through the gas passage 48 and intermittently opens and closes the shower head 32 by opening and closing the on-off valve 70 of the on-off valve mechanism 68 provided in the middle according to the pulse timing of FIG. Introduced.

ここで前述したように、上記流量制御弁64と開閉弁機構68との間に位置する中間ガス通路72内の圧力は圧力検出部74により検出されており、弁制御部76は流量制御弁64の弁開度を調整することにより、開閉弁機構68の下流側の圧力の2倍以上の一定値になるように制御している。   Here, as described above, the pressure in the intermediate gas passage 72 positioned between the flow control valve 64 and the on-off valve mechanism 68 is detected by the pressure detection unit 74, and the valve control unit 76 detects the flow control valve 64. By adjusting the valve opening degree, the pressure is controlled to be a constant value that is twice or more the pressure on the downstream side of the on-off valve mechanism 68.

ここでは、上記開閉弁機構68の下流側の圧力は、プロセス圧力と同じ1〜3Torr程度であり、この圧力の2倍以上の一定値、例えば30Torr程度に維持している。このような圧力差を設けており、しかもここでは上記開閉弁70が開状態の時の弁口の流路面積は、ガス通路48の断面積よりも小さい所定の大きさになされているのでオリフィス機能を発揮することになる。   Here, the pressure on the downstream side of the on-off valve mechanism 68 is about 1 to 3 Torr that is the same as the process pressure, and is maintained at a constant value that is twice or more of this pressure, for example, about 30 Torr. In this case, the pressure difference is provided, and the flow passage area of the valve opening when the on-off valve 70 is open is a predetermined size smaller than the cross-sectional area of the gas passage 48. The function will be demonstrated.

従って、この開閉弁70が開状態になった時には、音速ノズルとなって一定の流量のガス(原料ガス)を、下流側の圧力に依存せずに安定的に流すことができる。換言すれば、パルス状の原料ガスの供給期間の時には、下流側の圧力に依存せず、しかもベント管を用いることなく供給期間T1の長さに亘って安定した一定量の原料ガスを流すことができることになる。この際、中間ガス通路72内の不足分の原料ガスは、流量制御弁64の調整により上流側より順次供給されることになる。   Therefore, when the on-off valve 70 is in the open state, it becomes a sonic nozzle and can flow a gas (raw material gas) with a constant flow rate stably without depending on the downstream pressure. In other words, during the supply period of the pulsed source gas, a constant amount of source gas that flows stably over the length of the supply period T1 does not depend on the downstream pressure and does not use a vent pipe. Will be able to. At this time, the insufficient raw material gas in the intermediate gas passage 72 is sequentially supplied from the upstream side by adjusting the flow rate control valve 64.

従って、従来のガス供給装置では、原料ガスの供給を開始する直前には、流量を安定化させるために原料ガスをベント管に無駄に流していたが、本実施例のガス供給装置では上述のように原料ガスをベント管に流す必要がなくなり、その分、ガス(原料ガス)の無駄をなくすことが可能となる。上述したようなガスの供給態様は、反応ガス供給系44及びパージガス供給系46においても同様な開閉弁機構91、112等を設けていることから、同様に実行されることになる。従って、反応ガス(NH )とパージガス(N )も無駄に消費することを防止することが可能となる。 Therefore, in the conventional gas supply apparatus, immediately before starting the supply of the raw material gas, the raw material gas was unnecessarily flowed into the vent pipe in order to stabilize the flow rate. Thus, it is not necessary to flow the source gas through the vent pipe, and it is possible to eliminate waste of gas (source gas). The gas supply mode as described above is executed similarly in the reactive gas supply system 44 and the purge gas supply system 46 because the similar on-off valve mechanisms 91 and 112 are provided. Therefore, it is possible to prevent wasteful consumption of the reaction gas (NH 3 ) and the purge gas (N 2 ).

このように、本発明においては、薄膜が形成される被処理体、例えば半導体ウエハWを収容する処理容器4内へガスを供給するガス供給装置40において、ガスをベント管側へ流すことなく安定化した流量のガスを処理容器4内へ導入することができる。従って、ガスを無駄に消費することを抑制することができるばかりか、ベント管に対する専用の真空ポンプ等も不要になり、装置コストも削減することができる。   As described above, in the present invention, in the gas supply device 40 that supplies gas into the processing container 4 that accommodates the target object on which a thin film is formed, for example, the semiconductor wafer W, the gas is stable without flowing to the vent pipe side. The gas having the flow rate thus changed can be introduced into the processing container 4. Therefore, it is possible not only to suppress wasteful consumption of gas, but also to eliminate the need for a dedicated vacuum pump for the vent pipe, and to reduce the apparatus cost.

<第1変形実施例と第2変形実施例>
次に、本発明のガス供給装置の変形実施例について説明する。図3は本発明のガス供給装置の変形実施例の一部を示す構成図であり、図3(A)は第1変形実施例を示し、図3(B)は第2変形実施例を示す。尚、図3において、図1中の構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
<First Modification Example and Second Modification Example>
Next, a modified embodiment of the gas supply device of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a part of a modified embodiment of the gas supply apparatus of the present invention, FIG. 3 (A) shows the first modified embodiment, and FIG. 3 (B) shows the second modified embodiment. . In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図3(A)に示す第1変形実施例では、原料ガス供給系42のガス通路48の一部である中間ガス通路72の途中に、ガスを一時的に貯留するために一定の容量を有するバッファタンク130を介設している。この場合には、先に図1において説明した場合と同様な作用効果を発揮することができるのみならず、上記バッファタンク130の容量を含む上記中間ガス通路72内の全体容量が大きくなるので、成膜時に流す原料ガスが大きくなっても、これに対応することが可能となる。このバッファタンク130を設けるようにした実施例は、他の反応ガス供給系44及びパージガス供給系46に対しても同様に適用することができる。上記場合において、バッファタンク130を設けない場合には、原料ガスの供給量のふらつきが発生したり、短時間に多くのガス量を供給することができない。   In the first modified embodiment shown in FIG. 3A, a certain capacity is provided in order to temporarily store gas in the middle of the intermediate gas passage 72 that is a part of the gas passage 48 of the source gas supply system 42. A buffer tank 130 is interposed. In this case, not only can the same effect as described above with reference to FIG. 1 be exhibited, but also the overall capacity in the intermediate gas passage 72 including the capacity of the buffer tank 130 increases. Even if the source gas flowing during film formation becomes large, it becomes possible to cope with this. The embodiment in which the buffer tank 130 is provided can be similarly applied to the other reaction gas supply system 44 and the purge gas supply system 46. In the above case, if the buffer tank 130 is not provided, the supply amount of the raw material gas may fluctuate or a large amount of gas cannot be supplied in a short time.

また図3(B)に示す第2変形実施例では、原料ガス供給系42のガス通路48に介設する開閉弁機構68として、先に説明した開閉弁70とは異なる開閉弁132とオリフィス134とを直列に設けている。このオリフィス134のオリフィス孔の開口面積(流路面積)が、上記原料ガスの流量を規定するように構成されている。すなわち、このオリフィス134が、図1に示す先の開閉弁70の開状態の時と同様なオリフィス機能を発揮するようになっている。これに対して、上記第2変形実施例の開閉弁132は、この開状態の時の流路面積が例えばガス通路48の断面積とほぼ同じか、或いはこれに近くなるように設定されており、上記オリフィス134とは異なってオリフィス機能を発揮しないように設定されている。   In the second modified embodiment shown in FIG. 3B, an on-off valve 132 and an orifice 134 different from the on-off valve 70 described above are used as the on-off valve mechanism 68 interposed in the gas passage 48 of the source gas supply system 42. Are provided in series. The opening area (flow path area) of the orifice hole of the orifice 134 is configured to define the flow rate of the source gas. That is, the orifice 134 exhibits an orifice function similar to that when the previous on-off valve 70 shown in FIG. On the other hand, the opening / closing valve 132 of the second modified embodiment is set so that the flow path area in the opened state is substantially the same as or close to the cross-sectional area of the gas passage 48, for example. Unlike the orifice 134, the orifice function is set so as not to exhibit.

すなわち、この開閉弁132は、原料ガスの流れを開始するか、或いは停止するかの動作をするのみであり、ガス流量を制限するようには動作しないようになっている。この場合にも、先に図1において説明した場合と同様な作用効果を発揮することができる。また、ここで上記オリフィス134と開閉弁132の順序を入れ替えてもよいし、この第2変形実施例と先の第1変形実施例とを組み合わせるようにしてもよい。一般に、開閉弁のコンダクタンスには、例えばメーカー間で誤差があるなどのばらつきがあり、上述のようにオリフィス134を設けることにより、開閉弁132とオリフィス134とのトータルのコンダクタンスのばらつきを小さくできる。   In other words, the on-off valve 132 only operates to start or stop the flow of the raw material gas, and does not operate to limit the gas flow rate. Also in this case, the same effects as those described above with reference to FIG. 1 can be exhibited. Further, the order of the orifice 134 and the on-off valve 132 may be exchanged here, or the second modified example and the first modified example may be combined. In general, the conductance of the on-off valve has a variation such as an error between manufacturers. By providing the orifice 134 as described above, the total conductance variation between the on-off valve 132 and the orifice 134 can be reduced.

尚、以上の実施例では、ガス供給装置40の全てのガス供給系42、44、46に本発明の特徴的構成を適用した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記全てのガス供給系42、44、46の内の一部、例えば1つ或いは2つのガス供給系に本発明の特徴的構成を適用するようにしてもよい。また、ガス源50で原料ガスを発生させる構成は、ヒータで加熱するベーキング方式の他に、キャリアガスでバブリングして発生させるバブリング方式、原料ガスを加圧してタンク内へ貯留する方式等、どのような方式を採用してもよい。   In the above embodiment, the case where the characteristic configuration of the present invention is applied to all the gas supply systems 42, 44, 46 of the gas supply device 40 has been described as an example. The characteristic configuration of the present invention may be applied to a part of the gas supply systems 42, 44, 46, for example, one or two gas supply systems. In addition to the baking method in which the gas source 50 generates the source gas, a bubbling method in which the gas is generated by bubbling with a carrier gas, a method in which the source gas is pressurized and stored in the tank, etc. Such a method may be adopted.

また、ここで説明した処理容器4側の構成は単に一例を示したに過ぎず、どのような構成の処理容器にも本発明を適用することができ、またプラズマを用いた成膜装置にも本発明を適用することができる。更に、ここでは原料として金属含有ガスであるTiCl を用いた場合を例にとって説明したが、他の金属含有ガスを用いるようにしてもよい。 Further, the configuration on the processing container 4 side described here is merely an example, and the present invention can be applied to processing containers of any configuration, and also to a film forming apparatus using plasma. The present invention can be applied. Furthermore, although the case where TiCl 4 which is a metal-containing gas is used as an example is described here, another metal-containing gas may be used.

また原料としては、例えばSnCl 等のハロゲン系の原料、t−ブチルイミノトリス(ジエチルアミノ)タンタル、テトラエチルハフニウム、トリメチルアルミニウム、ビスエチルシクロペンタジエニルルテニウム、ビス(6−エチル−2,2−ジメチル−3,5−デカンジオナト)銅等のMO系の原料、テトラメチルシラン、トリメチルシサン、ジメチルジメトキシシラン等の有機Si系の原料等も用いることができる。 Examples of the raw material include halogen-based raw materials such as SnCl 2 , t-butyliminotris (diethylamino) tantalum, tetraethylhafnium, trimethylaluminum, bisethylcyclopentadienylruthenium, bis (6-ethyl-2,2-dimethyl). It is also possible to use an MO-based material such as (-3,5-decanedionato) copper or an organic Si-based material such as tetramethylsilane, trimethylsilane, or dimethyldimethoxysilane.

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やGaAs、SiC、GaNなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。   Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the semiconductor wafer includes a silicon substrate and a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, GaN, and the like, and is not limited to these substrates. The present invention can also be applied to glass substrates, ceramic substrates, and the like used in display devices.

2 成膜装置
4 処理容器
10 真空排気系
20 保持手段
24 載置台
26 加熱手段
30 ガス導入手段
32 シャワーヘッド
40 ガス供給装置
42 原料ガス供給系
44 反応ガス供給系
46 パージガス供給系
48,82,104 ガス通路
50,84,106 ガス源
54 原料
64,88,110 流量制御弁
68,91,112 開閉弁機構
70,92,114 開閉弁
74,96,118 圧力検出部
76,98,120 弁制御部
126 装置制御部
130 バッファタンク
134 オリフィス
W 半導体ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Film-forming apparatus 4 Processing container 10 Vacuum exhaust system 20 Holding means 24 Mounting stand 26 Heating means 30 Gas introduction means 32 Shower head 40 Gas supply apparatus 42 Raw material gas supply system 44 Reaction gas supply system 46 Purge gas supply system 48,82,104 Gas passage 50, 84, 106 Gas source 54 Raw material 64, 88, 110 Flow rate control valve 68, 91, 112 On-off valve mechanism 70, 92, 114 On-off valve 74, 96, 118 Pressure detection unit 76, 98, 120 Valve control unit 126 apparatus control unit 130 buffer tank 134 orifice W semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (8)

薄膜が形成される被処理体を収容する処理容器内へガスを供給するガス供給装置において、
前記処理容器に接続されてガスを流すためのガス通路と、
前記ガス通路に介設された流量制御弁と、
前記流量制御弁よりも下流側の前記ガス通路に介設された開閉弁機構と、
前記流量制御弁と前記開閉弁機構との間の前記ガス通路である中間ガス通路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出に基づいて前記流量制御弁を制御することにより前記中間ガス通路内の圧力を前記処理容器内の圧力の2倍以上の一定値になるように制御する弁制御部と、
を有するガス供給系を備えたことを特徴とするガス供給装置。
In a gas supply apparatus that supplies gas into a processing container that accommodates an object to be processed on which a thin film is formed,
A gas passage connected to the processing vessel for flowing gas;
A flow control valve interposed in the gas passage;
An on-off valve mechanism interposed in the gas passage downstream of the flow control valve;
A pressure detector that detects a pressure in an intermediate gas passage that is the gas passage between the flow control valve and the on-off valve mechanism;
A valve control unit that controls the flow rate control valve based on the detection of the pressure detection unit to control the pressure in the intermediate gas passage to be a constant value that is twice or more the pressure in the processing container;
A gas supply apparatus comprising: a gas supply system including:
前記開閉弁機構は、開閉弁よりなり、該開閉弁の開状態の流路面積が前記ガスの流量を規定するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のガス供給装置。 2. The gas supply device according to claim 1, wherein the on-off valve mechanism is formed of an on-off valve, and an open flow path area of the on-off valve defines the flow rate of the gas. 前記開閉弁機構は、直列になされたオリフィスと開閉弁とよりなり、前記オリフィスのオリフィス孔の開口面積が前記ガスの流量を規定するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のガス供給装置。 2. The on-off valve mechanism comprises an orifice and an on-off valve made in series, and an opening area of an orifice hole of the orifice is configured to define a flow rate of the gas. Gas supply device. 前記中間ガス通路には、バッファタンクが介設されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein a buffer tank is interposed in the intermediate gas passage. 前記ガス通路には、前記ガスの液化又は固化を防止するために加熱する通路加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein a passage heating means for heating the gas passage to prevent liquefaction or solidification of the gas is provided. 前記ガス通路の上流側には、前記ガスのガス源が接続されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガス供給装置。 The gas supply apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a gas source of the gas is connected to an upstream side of the gas passage. 前記ガスは、金属含有ガスであり、前記ガス源には、前記金属含有ガスとなる液体又は固体の原料が貯留されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のガス供給装置。 The said gas is a metal containing gas, The liquid or solid raw material used as the said metal containing gas is stored in the said gas source, The Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. Gas supply device. 被処理体に対して薄膜を形成する成膜装置において、
前記被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段に接続された請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガス供給装置と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
成膜装置全体の動作を制御する装置制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
In a film forming apparatus for forming a thin film on an object to be processed,
A processing container for containing the object to be processed;
Holding means for holding the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
Gas introduction means for introducing gas into the processing vessel;
The gas supply device according to any one of claims 1 to 4, connected to the gas introduction means,
An evacuation system for evacuating the atmosphere in the processing vessel;
An apparatus controller for controlling the operation of the entire film forming apparatus;
A film forming apparatus comprising:
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