JP2014012869A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】STEP1の昇圧工程は、PCV54によって、原料容器60内へキャリアガスを供給して原料容器60内を第1の圧力P1に上昇させておく。STEP2の降圧工程は、排気装置35を作動させ、原料ガス供給管71から排気バイパス管75を介して原料ガスを廃棄し、原料容器60内を第2の圧力である圧力P2まで下降させる。STEP3の安定化工程は、原料容器60内にキャリアガスを導入しながら、排気装置35を作動させ、原料ガス供給管71から排気バイパス管75を介して原料ガスを廃棄し、原料容器60内での原料の気化の気化効率kを安定化させる。STEP4の成膜工程は、原料ガス供給管71を介して処理容器1内へ原料ガスを供給して、CVD法によってウエハW上に薄膜を堆積させる。
【選択図】図4
Description
前記処理容器内に設けられた、被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
ガス導入部及びガス導出部を有し、内部に成膜原料を保持する原料容器と、
前記原料容器へキャリアガスを供給するキャリアガス供給源と、
前記キャリアガス供給源と前記原料容器とを接続し、該原料容器内へキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記原料容器と前記処理容器とを接続し、該処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路から分岐し、前記処理容器を介さずに前記排気装置へ接続する排気バイパス経路と、
前記原料容器内の圧力を調節する圧力調節手段と、
を備えた成膜装置を用いて行われる成膜方法である。そして、本発明の成膜方法は、
前記原料容器のガス導出部を閉じた状態で、前記圧力調節手段によって、前記原料容器内へキャリアガスを供給して該原料容器内を第1の圧力P1に上昇させておく昇圧工程と、
前記原料容器へのキャリアガスの導入を遮断し、かつガス導出部を開放した状態で、前記原料容器内の原料ガスを前記排気バイパス経路を介して廃棄し、前記原料容器内を第2の圧力P2まで下降させる降圧工程と、
前記原料容器内へキャリアガスを導入するとともに、前記排気バイパス経路を介して原料ガスを廃棄しながら、前記原料容器内での原料の気化効率を安定化させる安定化工程と、
前記原料ガス供給路を介して前記処理容器内へ原料ガスを供給して、CVD法によって被処理体上に薄膜を堆積させる成膜工程と、
を備えている。
前記昇圧工程では、前記圧力制御バルブによって前記原料容器内へキャリアガスを供給し、
前記降圧工程では、前記原料容器内の原料ガスを、前記マスフローコントローラで流量調節しながら廃棄するようにしてもよい。
前記処理容器内に設けられた、被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
ガス導入部及びガス導出部を有し、内部に成膜原料を保持する原料容器と、
前記原料容器へキャリアガスを供給するキャリアガス供給源と、
前記キャリアガス供給源と前記原料容器とを接続し、該原料容器内へキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記原料容器と前記処理容器とを接続し、該処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路から分岐し、前記処理容器を介さずに前記排気装置へ接続する排気バイパス経路と、
前記原料容器内の圧力を調節する圧力調節手段と、
前記処理容器内で成膜処理が行われるように制御する制御部と、
を備えた成膜装置ある。そして、本発明の成膜装置において、前記成膜処理は、前記原料容器のガス導出部を閉じた状態で、前記圧力調節手段によって、前記原料容器内へキャリアガスを供給して該原料容器内を第1の圧力P1に上昇させておく昇圧工程と、
前記原料容器へのキャリアガスの導入を遮断し、かつガス導出部を開放した状態で、前記原料容器内の原料ガスを前記排気バイパス経路を介して廃棄し、前記原料容器内を第2の圧力P2まで下降させる降圧工程と、
前記原料容器内へキャリアガスを導入するとともに、前記排気バイパス経路を介して原料ガスを廃棄しながら、前記原料容器内での原料の気化効率を安定化させる安定化工程と、
前記原料ガス供給路を介して前記処理容器内へ原料ガスを供給して、CVD法によって被処理体上に薄膜を堆積させる成膜工程と、を含むものである。
[成膜装置の概要]
まず、本発明の一実施の形態に係る成膜装置の構成例について説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る成膜装置100の概略構成例を示している。図2は、成膜装置100における原料ガス供給部の構成例を示している。成膜装置100は、真空引き可能な処理容器1と、処理容器1内に設けられた、被処理体である半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という)Wを載置する載置台としてのステージ3と、処理容器1内を減圧排気する排気装置35と、処理容器1内へ原料ガスを供給する原料ガス供給部40を備えている。この成膜装置100は、熱CVD装置として構成されている。成膜装置100では、例えばウエハW上に種々の薄膜を形成することができる。
原料ガス供給部40の詳細な構成を図2に示した。原料ガス供給部40は、キャリアガス供給部50と、原料容器60と、気化原料供給部70と、を備えている。なお、以下の説明では、キャリアガス及び原料ガスの流れ方向に、キャリアガス供給部50側を「上流側」、排気装置35側を「下流側」と表現することがある。
キャリアガス供給部50は、キャリアガス源51と、このキャリアガス源51からのキャリアガスを原料容器60に送るためのキャリアガス供給路としてのキャリアガス供給管52と、を有している。このキャリアガス供給管52には、流量計測手段としてのマスフローメーター(MFM)53、圧力調節手段としての圧力制御バルブ(PCV)54及び複数の開閉バルブ(バルブ56,57)が設けられている。バルブ56は、キャリアガス源51とMFM53との間に設けられ、バルブ57は、PCV54と原料容器60との間に設けられている。
原料容器60は、内部に固体または液体の成膜原料を収容している。原料容器60は、耐圧容器であり、圧力計55を備えている。PCV54は内部に圧力計を備えており、圧力計で測定した値を基にキャリアガス源51からのキャリアガス供給量を制御することによって、原料容器60内の圧力を調整することが可能である。原料容器60は、例えばジャケット式熱交換器などの温度調節装置(冷却装置もしくは保温装置)61を有しており、内部に収容された原料を所定の温度に保持できるように構成されている。
気化原料供給部70は、処理容器1へ原料ガスを供給する原料ガス供給路としての原料ガス供給管71と、この原料ガス供給管71の途中に設けられた流量調節手段としてのマスフローコントローラ(MFC)72と、複数の開閉バルブ(バルブ73,74)とを有している。マスフローコントローラ(MFC)72は、図示は省略するが、流量計測部と流量制御部から構成され、流量制御部は、流量計測部が計測した計測流量が所定の流量(設定流量)となるようにフィードバック制御が行われる。原料ガスが高温の場合には、MFC72は、例えば150℃程度の温度でも使用可能な高温対応型MFCを用いることが好ましい。バルブ73は、原料容器60とMFC72との間に設けられている。バルブ74は、MFC72と処理容器1との間に設けられている。原料ガス供給管71のうち少なくともバルブ74より上流側の部分は、原料ガスが凝結(固化または液化)しないように、図示しないヒーターが配備されている。
成膜装置100を構成する各エンドデバイス(例えば、ヒーター電源7、温度測定器8、MFM53、PCV54、MFC72、排気装置35、主排気バルブ36、圧力制御バルブ37、バルブ56,57,65,66,67,73,74,76などは、制御部80に接続されて制御される構成となっている。成膜装置100における制御系統の構成例を図3に示した。制御部80は、CPUを備えたコンピュータであるコントローラ81と、このコントローラ81に接続されたユーザーインターフェース82および記憶部83を備えている。ユーザーインターフェース82は、工程管理者が成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。記憶部83には、成膜装置100で実行される各種処理をコントローラ81の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウェア)や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース82からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部83から呼び出してコントローラ81に実行させることで、コントローラ81の制御下で、成膜装置100の処理容器1内で所望の処理が行われる。
次に、成膜装置100で行われる成膜方法のさらに具体的な態様について説明する。
図4は、本発明の第1の実施の形態の成膜方法の手順の一例を示すフローチャートである。この成膜方法は、上述の手順に従い、以下のSTEP1からSTEP4までの工程を含むことができる。なお、STEP1〜STEP4の処理は、バイパス管64のバルブ67を閉じた状態で行う。
STEP1は、原料容器60内の圧力を上昇させる昇圧工程である。この昇圧工程では、PCV54によって、原料容器60内へ供給されるキャリアガス量を制御して原料容器60内を第1の圧力である圧力P1に上昇させる。この工程は、ガス導出管63のバルブ66を閉じ、キャリアガス供給管52のバルブ56、57とガス導入管62のバルブ65を開放した状態で行う。そして、原料容器60内の圧力をPCV54によって調整しながら、原料容器60内にキャリアガス源51からキャリアガスを供給し、原料容器60内を圧力P1に上昇させる。ここで、圧力P1は、原料容器60内のキャリアガスの分圧と原料の分圧(蒸気圧)とを合計した全圧力である。
STEP2は、原料容器60内の圧力を下げる降圧工程である。降圧工程は、STEP1の終了後にガス導入管62のバルブ65を閉じた状態から、ガス導出管63のバルブ66を開放する。そして、排気装置35を作動させ、原料ガス供給管71から排気バイパス管75を介して原料ガスを廃棄し、原料容器60内を圧力P1から第2の圧力である圧力P2まで下降させる。このとき、原料ガス供給管71に設けられたMFC72によって流量制御をしながら、原料容器60内の圧力を下降させる。なお、キャリアガス供給管52のバルブ56,57は開放した状態のままでよい。
STEP3は、原料容器60内での原料の気化効率kを安定化させる安定化工程である。安定化工程は、STEP2の状態から、ガス導入管62のバルブ65を開放し、原料容器60内にキャリアガス源51からキャリアガスを導入するとともに、排気装置35を作動させ、原料ガス供給管71から排気バイパス管75を介して原料ガスを廃棄する。原料容器60内へのキャリアガスの導入は、PCV54により原料容器60内の圧力を制御しながら行い、原料容器60内での原料の気化効率kを安定化させる。
STEP4の成膜工程は、STEP3に引き続き、原料ガス供給管71を介して処理容器1内へ原料ガスを供給して、CVD法によってウエハW上に薄膜を堆積させる工程である。STEP4では、STEP3の状態から、原料ガス供給管71のバルブ74を開放し、排気バイパス管75のバルブ76を閉鎖する。これによって、原料ガスが、排気バイパス管75を介して排気される排気モードから、処理容器1内へ供給される成膜モードに切り替える。すなわち、成膜工程は、キャリアガス供給管52のバルブ56,57を開放し、ガス導入管62のバルブ65を開放し、ガス導出管63のバルブ66を開放し、原料ガス供給管71のバルブ73,74を開放し、排気バイパス管75のバルブ76を閉鎖した状態で行う。また、成膜工程では、キャリアガス供給管52に配備したPCV54により、原料容器60の内圧を一定に制御することにより、処理容器1内で行われる成膜プロセスの圧力に依存せずに、原料ガスの供給量を一定に調節できる。
次に、図7を参照しながら、成膜装置100で行われる本発明の第2の実施形態の成膜方法について説明する。第1の実施の形態の成膜方法では、上記STEP1〜STEP4の手順に従い成膜処理を行うこととした(図4参照)。本実施の形態も、基本的に上記STEP1〜STEP4の手順に従い成膜処理を行うが、STEP3において、原料の気化効率kを安定化させる工程の終了を第1の実施の形態とは異なる方法で決定する。以下、第1の実施の形態との相違点を中心に説明を行う。
本実施の形態において、STEP3の安定化工程は、原料容器60内での原料の気化効率kを安定化させる工程である。STEP2の状態から、ガス導入管62のバルブ65を開放し、原料容器60内にキャリアガス源51からのキャリアガスを導入するとともに、排気装置35を作動させ、原料ガス供給管71から排気バイパス管75を介して原料ガスを廃棄しながら、原料容器60内での原料の気化効率kを安定化させる。第1の実施の形態では、STEP3の安定化工程の長さ(つまり、STEP3の終点)は、対象となる成膜条件(原料の種類、処理圧力、原料ガスの供給流量、キャリアガスの流量、原料容器60内の温度など)で気化効率kが安定化するまでの時間を実験的に確認しておき、その時間を元に設定した。本実施の形態では、MFC72の原料ガスの計測流量Fsと、MFM53のキャリアガスの計測流量Fcとの差分Fs−Fcを制御部80でモニターすることによって、STEP3の終点を検知する。
次に、図8を参照しながら、成膜装置100で行われる本発明の第3の実施形態の成膜方法について説明する。第1の実施の形態の成膜方法では、上記STEP1〜STEP4の手順に従い成膜処理を行うこととした(図4参照)。本実施の形態も、基本的に上記STEP1〜STEP4の手順に従い成膜処理を行うが、STEP4の成膜工程において、差分Fs−Fcを制御部80でモニターしながら成膜処理を行う。以下、第1の実施の形態との相違点を中心に説明を行う。
本実施の形態において、STEP4の成膜工程では、原料ガス供給管71を介して処理容器1内へ原料ガスを供給して、CVD法によってウエハW上に薄膜を堆積させる工程である。STEP4では、STEP3の状態から、原料ガス供給管71のバルブ74を開放し、排気バイパス管75のバルブ76を閉鎖する。これによって、原料ガスが排気バイパス管75を介して排気される排気モードから、原料ガスが処理容器1内へ供給される成膜モードに切り替えが行われる。この工程は、キャリアガス供給管52のバルブ56,57を開放し、ガス導入管62のバルブ65を開放し、ガス導出管のバルブ66を開放し、原料ガス供給管71のバルブ73,74を開放し、排気バイパス管75のバルブ76を閉鎖した状態で行う。
次に、図9を参照しながら、第3の実施の形態の変形例の成膜方法について説明を行う。図9は、第3の実施の形態の成膜方法の変形例を示すフローチャートである。本変形例におけるSTEP31は、上記STEP21に対応し、STEP32は、上記STEP22に対応し、STEP33は、上記STEP23に対応するものであり、同じ内容であるため説明を省略する(図8参照)。
本実施の形態の成膜方法は、第2の実施の形態と第3の実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施の形態では、基本的に上記STEP1〜STEP4の手順に従い成膜処理を行うが、STEP3の安定化工程及びSTEP4の成膜工程において、差分Fs−Fcを制御部80でモニターしながら成膜処理を行う。STEP3及びSTEP4を通して、制御部80により差分Fs−Fcをモニターすることによって、STEP3の安定化工程では、STEP3の終点を検出するとともに、STEP4の成膜工程では、処理継続の可否の判断もしくはバブリング条件の変更を行うことが可能になる。例えば、STEP3の安定化工程では、制御部80のコントローラ81において、MFC72の原料ガスの計測流量Fsと、MFM53のキャリアガスの計測流量Fcとの差分Fs−Fcを演算し、予め定めておいた設定値と比較する。また、STEP4の成膜工程の間、MFC72の原料ガスの計測流量Fsと、MFM53のキャリアガスの計測流量Fcとの差分Fs−Fcを制御部80でモニターし、予め定めておいた設定値と比較する。なお、本実施の形態においても、第2の実施の形態及び第3の実施の形態と同様に、MFC72における原料ガスの計測流量Fsを用いる代わりに、MFC72における原料ガスの設定流量Fs’を用いてもよい。
Claims (7)
- 真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
ガス導入部及びガス導出部を有し、内部に成膜原料を保持する原料容器と、
前記原料容器へキャリアガスを供給するキャリアガス供給源と、
前記キャリアガス供給源と前記原料容器とを接続し、該原料容器内へキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記原料容器と前記処理容器とを接続し、該処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路から分岐し、前記処理容器を介さずに前記排気装置へ接続する排気バイパス経路と、
前記原料容器内の圧力を調節する圧力調節手段と、
を備えた成膜装置を用いて行われる成膜方法であって、
前記原料容器のガス導出部を閉じた状態で、前記圧力調節手段によって、前記原料容器内へキャリアガスを供給して該原料容器内を第1の圧力P1に上昇させておく昇圧工程と、
前記原料容器へのキャリアガスの導入を遮断し、かつガス導出部を開放した状態で、前記原料容器内の原料ガスを、前記排気バイパス経路を介して廃棄し、前記原料容器内を第2の圧力P2まで下降させる降圧工程と、
前記原料容器内へキャリアガスを導入するとともに、前記排気バイパス経路を介して原料ガスを廃棄しながら、前記原料容器内での原料の気化効率を安定化させる安定化工程と、
前記原料ガス供給路を介して前記処理容器内へ原料ガスを供給して、CVD法によって被処理体上に薄膜を堆積させる成膜工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。 - 前記成膜装置は、前記キャリアガス供給路に、マスフローメーターと、前記圧力調節手段としての圧力制御バルブと、複数のバルブと、を有し、前記原料ガス供給路に、マスフローコントローラと、複数のバルブと、を有しており、
前記昇圧工程では、前記圧力制御バルブによって前記原料容器内へキャリアガスを供給し、
前記降圧工程では、前記原料容器内の原料ガスを、前記マスフローコントローラで流量調節しながら廃棄する請求項1に記載の成膜方法。 - 前記安定化工程において、前記マスフローコントローラの計測流量Fsと、前記マスフローメーターでのキャリアガスの計測流量Fcとの差分Fs−Fcをモニターすることによって、前記安定化工程から前記成膜工程へ移行するタイミングを決定する請求項2に記載の成膜方法。
- 前記成膜工程において、前記マスフローコントローラの計測流量Fsと、前記マスフローメーターでのキャリアガスの計測流量Fcとの差分Fs−Fcをモニターすることによって、前記成膜工程を継続もしくは中止し、又は原料の気化条件を変更する請求項2又は3に記載の成膜方法。
- ある被処理体に対する前記成膜工程が終了した後、次の被処理体を処理するまで前記処理容器が待機状態である間に、前記昇圧工程を実施することにより、複数の被処理体に対して繰り返し成膜処理を行う請求項1から4のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記成膜工程における前記原料容器内の原料の分圧Psが266〜400Paの範囲内である場合に、前記昇圧工程における昇圧時の前記原料容器内の第1の圧力P1が21331〜31997Paの範囲内である請求項1から5のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられた、被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
ガス導入部及びガス導出部を有し、内部に成膜原料を保持する原料容器と、
前記原料容器へキャリアガスを供給するキャリアガス供給源と、
前記キャリアガス供給源と前記原料容器とを接続し、該原料容器内へキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記原料容器と前記処理容器とを接続し、該処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路から分岐し、前記処理容器を介さずに前記排気装置へ接続する排気バイパス経路と、
前記原料容器内の圧力を調節する圧力調節手段と、
前記処理容器内で成膜処理が行われるように制御する制御部と、
を備えた成膜装置あって、
前記成膜処理は、前記原料容器のガス導出部を閉じた状態で、前記圧力調節手段によって、前記原料容器内へキャリアガスを供給して該原料容器内を第1の圧力P1に上昇させておく昇圧工程と、
前記原料容器へのキャリアガスの導入を遮断し、かつガス導出部を開放した状態で、前記原料容器内の原料ガスを前記排気バイパス経路を介して廃棄し、前記原料容器内を第2の圧力P2まで下降させる降圧工程と、
前記原料容器内へキャリアガスを導入するとともに、前記排気バイパス経路を介して原料ガスを廃棄しながら、前記原料容器内での原料の気化効率を安定化させる安定化工程と、
前記原料ガス供給路を介して前記処理容器内へ原料ガスを供給して、CVD法によって被処理体上に薄膜を堆積させる成膜工程と、を含むものであることを特徴とする成膜装置。
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