JP2021042445A - ガス供給装置、基板処理装置及びガス供給装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】原料ガス供給量を精度よく検出するガス供給装置、基板処理装置及びガス供給装置の制御方法を提供する。【解決手段】原料容器と、キャリアガス供給源と、前記キャリアガス供給源から前記原料容器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、前記キャリアガス供給路に設けられる第１のマスフローコントローラと、前記原料容器から処理容器にキャリアガスとともに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に設けられるマスフローメータと、前記キャリアガス供給路の前記第１のマスフローコントローラよりも下流に設けられる第１のエバックラインと、前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを、前記原料容器に供給するか、前記第１のエバックラインに供給するかを切り替える第１の切替部と、を備える、ガス供給装置。【選択図】図１
Description
本開示は、ガス供給装置、基板処理装置及びガス供給装置の制御方法に関する。
例えば、固体原料を用いて基板にタングステン膜を成膜する成膜装置が知られている。
特許文献１には、キャリアガス供給路に接続された第１のマスフローコントローラの測定値、希釈ガス供給路に接続された第２のマスフローコントローラの測定値、原料ガス供給路に設けられたマスフローメータの測定値から、原料ガス供給量を算出する原料ガス供給装置が開示されている。
一の側面では、本開示は、原料ガス供給量を精度よく検出するガス供給装置、基板処理装置及びガス供給装置の制御方法を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、原料容器と、キャリアガス供給源と、前記キャリアガス供給源から前記原料容器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、前記キャリアガス供給路に設けられる第１のマスフローコントローラと、前記原料容器から処理容器にキャリアガスとともに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に設けられるマスフローメータと、前記キャリアガス供給路の前記第１のマスフローコントローラよりも下流に設けられる第１のエバックラインと、前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを、前記原料容器に供給するか、前記第１のエバックラインに供給するかを切り替える第１の切替部と、を備える、ガス供給装置が提供される。
一の側面によれば、原料ガス供給量を精度よく検出するガス供給装置、基板処理装置及びガス供給装置の制御方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜基板処理装置＞
本実施形態に係る基板処理装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置１００の構成例を示す概略図である。図１に示す基板処理装置１００は、減圧状態の処理容器内でＡＬＤ法によりウエハ（基板）Ｗにタングステン膜を成膜する成膜装置の一例である。
本実施形態に係る基板処理装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置１００の構成例を示す概略図である。図１に示す基板処理装置１００は、減圧状態の処理容器内でＡＬＤ法によりウエハ（基板）Ｗにタングステン膜を成膜する成膜装置の一例である。
基板処理装置１００は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構６と、制御部９とを有している。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１は、ウエハＷを収容する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と天壁１４との間はシールリング１５で気密に封止されている。区画部材１６は、載置台２（およびカバー部材２２）が後述する処理位置へと上昇した際、処理容器１の内部を上下に区画する。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、ＡｌＮ等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。
載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６，３７が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
ガス供給機構６は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給機構６は、ＷＣｌ６ガス供給機構６１ａ、Ｎ２ガス供給源６２ａ、Ｎ２ガス供給源６３ａ、Ｈ２ガス供給源６４ａ、Ｈ２ガス供給源６５ａ、Ｎ２ガス供給源６６ａ、Ｎ２ガス供給源６７ａを有する。
ＷＣｌ６ガス供給機構６１ａは、ガス供給ライン６１ｂを介してＷＣｌ６ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６１ｂには、上流側から貯留タンク６１ｄ及びバルブ６１ｅが介設されている。ガス供給ライン６１ｂのバルブ６１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。ＷＣｌ６ガス供給機構６１ａから供給されるＷＣｌ６ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６１ｄで一旦貯留され、貯留タンク６１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６１ｄから処理容器１へのＷＣｌ６ガスの供給及び停止は、バルブ６１ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６１ｄへＷＣｌ６ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＷＣｌ６ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
ＷＣｌ６ガス供給機構６１ａは、ＷＣｌ６を収容する原料容器である原料容器７１を有している。ＷＣｌ６は常温で固体の固体原料である。原料容器７１の周囲にはヒータ７１ａが設けられており、原料容器７１内の成膜原料を適宜の温度に加熱して、ＷＣｌ６を昇華させるようになっている。原料容器７１内には前述したガス供給ライン６１ｂが上方から挿入されている。
また、ＷＣｌ６ガス供給機構６１ａは、原料容器７１内に上方から挿入されたキャリアガス供給ライン７２と、キャリアガス供給ライン７２にキャリアガスであるＮ２ガスを供給するためのキャリアガス供給源７３と、キャリアガス供給ライン７２に接続された、流量制御器としてのマスフローコントローラ７４、及びマスフローコントローラ７４の下流側の三方弁（第１の切替部）７５ａ及び開閉バルブ７５ｂと、ガス供給ライン６１ｂの原料容器７１の近傍に設けられた、開閉バルブ７６ａ及び開閉バルブ７６ｂ、ならびにマスフローメータ７７とを有している。キャリアガス供給ライン７２において、三方弁７５ａはマスフローコントローラ７４の直下位置に設けられ、開閉バルブ７５ｂはキャリアガス供給ライン７２の挿入端の側に設けられている。また、開閉バルブ７６ａ及び開閉バルブ７６ｂ、ならびにマスフローメータ７７は、ガス供給ライン６１ｂの挿入端から開閉バルブ７６ａ、開閉バルブ７６ｂ、マスフローメータ７７の順に配置されている。
三方弁７５ａは、１つの入力ポートと２つの出力ポートを有する三方弁である。三方弁７５ａは、入力ポートと一方の出力ポートを連通させる第１状態、入力ポートと他方の出力ポートを連通させる第２状態、各ポート間を遮断する第３状態、を取ることができるように構成されている。三方弁７５ａの入力ポートは、キャリアガス供給ライン７２を介して、マスフローコントローラ７４の下流側と接続される。三方弁７５ａの一方の出力ポートは、キャリアガス供給ライン７２を介して、開閉バルブ７５ｂの上流側と接続される。三方弁７５ａの他方の出力ポートは、エバックライン９１の一端と接続される。なお、図示は省略するが、エバックライン９１の他端は、排気配管４１と接続される。これにより、エバックライン９１内は、排気機構４２により排気される。エバックライン９１には、オリフィス（第１の圧力調整部）９２が設けられている。
即ち、三方弁７５ａの第１状態において、キャリアガス供給源７３から供給されるキャリアガスは、原料容器７１に供給される。三方弁７５ａの第２状態において、キャリアガス供給源７３から供給されるキャリアガスは、エバックライン９１に供給される。三方弁７５ａの第３状態において、キャリアガス供給ライン７２を閉塞する。
キャリアガス供給ライン７２の三方弁７５ａと開閉バルブ７５ｂの間の位置、及びガス供給ライン６１ｂの開閉バルブ７６ａと開閉バルブ７６ｂの間の位置を繋ぐように、バイパスライン７８が設けられ、バイパスライン７８には開閉バルブ７９が介設されている。開閉バルブ７５ｂ，７６ａを閉じて開閉バルブ７９，開閉バルブ７６ｂを開き、三方弁７５ａを第１状態とすることにより、キャリアガス供給源７３から供給されるＮ２ガスがキャリアガス供給ライン７２、バイパスライン７８を経て、ガス供給ライン６１ｂに供給される。これにより、ガス供給ライン６１ｂをパージすることが可能となっている。
また、ガス供給ライン６１ｂにおけるマスフローメータ７７の上流側には、希釈ガスであるＮ２ガスを供給する希釈ガス供給ライン８０の下流側の端部が合流している。希釈ガス供給ライン８０の上流側の端部には、Ｎ２ガスの供給源である希釈ガス供給源８１が設けられている。希釈ガス供給ライン８０には、上流側からマスフローコントローラ８２と、三方弁（第２の切替部）８３とが介設されている。
三方弁８３は、１つの入力ポートと２つの出力ポートを有する三方弁である。三方弁８３は、入力ポートと一方の出力ポートを連通させる第１状態、入力ポートと他方の出力ポートを連通させる第２状態、各ポート間を遮断する第３状態、を取ることができるように構成されている。三方弁８３の入力ポートは、希釈ガス供給ライン８０を介して、マスフローコントローラ８２の下流側と接続される。三方弁８３の一方の出力ポートは、希釈ガス供給ライン８０を介して、ガス供給ライン６１ｂ（開閉バルブ７６ｂの下流側かつマスフローメータ７７の上流側）と接続される。三方弁８３の他方の出力ポートは、エバックライン９３の一端と接続される。なお、図示は省略するが、エバックライン９３の他端は、排気配管４１と接続される。これにより、エバックライン９３内は、排気機構４２により排気される。エバックライン９３には、オリフィス（第２の圧力調整部）９４が設けられている。
即ち、三方弁８３の第１状態において、希釈ガス供給源８１から供給される希釈ガスは、貯留タンク６１ｄに供給される。三方弁８３の第２状態において、希釈ガス供給源８１から供給される希釈ガスは、エバックライン９３に供給される。三方弁８３の第３状態において、希釈ガス供給ライン８０を閉塞する。
ガス供給ライン６１ｂにおける貯留タンク６１ｄとバルブ６１ｅとの間には、エバックライン９５の一端が接続される。なお、図示は省略するが、エバックライン９５の他端は、排気配管４１と接続される。これにより、エバックライン９５内は、排気機構４２により排気される。エバックライン９５には、開閉バルブ９６が介設されている。
このように、三方弁７５ａ，８３を第１状態とし、開閉バルブ７５ｂ，７６ａ，７６ｂを開き、開閉バルブ７９を閉じることで、キャリアガスは、原料容器７１内で昇華されたＷＣｌ６ガスを貯留タンク６１ｄ内に搬送する。また、希釈ガスは、貯留タンク６１ｄ内に供給される。これにより、貯留タンク６１ｄ内のガス中のＷＣｌ６ガスの濃度（分圧）を調整する。また、バルブ６１ｅを開くことにより、貯留タンク６１ｄ内のガスが、処理容器１の処理空間３８に供給される。
Ｎ２ガス供給源６２ａは、ガス供給ライン６２ｂを介してパージガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６２ｂには、上流側から流量制御器６２ｃ、貯留タンク６２ｄ及びバルブ６２ｅが介設されている。ガス供給ライン６２ｂのバルブ６２ｅの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６２ａから供給されるＮ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６２ｄで一旦貯留され、貯留タンク６２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６２ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６２ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６２ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＮ２ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源６３ａは、ガス供給ライン６３ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６３ｂには、上流側から流量制御器６３ｃ、バルブ６３ｅ及びオリフィス６３ｆが介設されている。ガス供給ライン６３ｂのオリフィス６３ｆの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６３ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源６３ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６３ｅの開閉により行われる。貯留タンク６１ｄ，６２ｄによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６３ｆによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン６３ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ２ガス供給源６４ａは、ガス供給ライン６４ｂを介して添加還元ガスであるＨ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６４ｂには、上流側から流量制御器６４ｃ、バルブ６４ｅ及びオリフィス６４ｆが介設されている。ガス供給ライン６４ｂのオリフィス６４ｆの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。Ｈ２ガス供給源６４ａから供給されるＨ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｈ２ガス供給源６４ａから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６４ｅの開閉により行われる。貯留タンク６５ｄ，６６ｄによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６４ｆによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂに供給されるガスがＨ２ガス供給ライン６４ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ２ガス供給源６５ａは、ガス供給ライン６５ｂを介して還元ガスであるＨ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６５ｂには、上流側から流量制御器６５ｃ、貯留タンク６５ｄ及びバルブ６５ｅが介設されている。ガス供給ライン６５ｂのバルブ６５ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｈ２ガス供給源６５ａから供給されるＨ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６５ｄで一旦貯留され、貯留タンク６５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６５ｄから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６５ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６５ｄへＨ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＨ２ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源６６ａは、ガス供給ライン６６ｂを介してパージガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６６ｂには、上流側から流量制御器６６ｃ、貯留タンク６６ｄ及びバルブ６６ｅが介設されている。ガス供給ライン６６ｂのバルブ６６ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６６ａから供給されるＮ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６６ｄで一旦貯留され、貯留タンク６６ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６６ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６６ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６６ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＮ２ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源６７ａは、ガス供給ライン６７ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６７ｂには、上流側から流量制御器６７ｃ、バルブ６７ｅ及びオリフィス６７ｆが介設されている。ガス供給ライン６７ｂのオリフィス６７ｆの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６７ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源６７ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６７ｅの開閉により行われる。貯留タンク６５ｄ，６６ｄによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６７ｆによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン６７ｂに逆流することが抑制される。
制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置１００の動作を制御する。制御部９は、基板処理装置１００の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部９が基板処理装置１００の外部に設けられている場合、制御部９は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置１００を制御できる。
また、制御部９は、原料容器７１から貯留タンク６１ｄに供給される原料ガス供給量（流量）を算出する機能を有している。具体的には、マスフローメータ７７の検出値ｍ１、マスフローコントローラ７４の検出値ｍ２、マスフローコントローラ８２の検出値ｍ３とすると、原料容器７１から貯留タンク６１ｄに供給される原料ガス供給量は、「ｍ１−（ｍ２＋ｍ３）」で算出することができる。
また、制御部９は、原料容器７１内の固体原料の残量を算出する機能を有している。具体的には、算出した原料ガス供給量の積算値に基づいて固体原料の総使用量を算出する。そして、固体原料の初期充填量と算出した総使用量とに基づいて、固体原料の残量を算出する。
次に、基板処理装置１００の動作の一例について、ＡＬＤプロセスによりタングステン膜を成膜する場合を例に図２及び図３を用いて説明する。図２は、基板処理装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、ウエハＷを搬入する。まず、図１に示す基板処理装置１００の処理容器１内にウエハＷを搬入する。具体的には、載置台２を搬送位置に下降させた状態でゲートバルブ１２を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）によりウエハＷを、搬入出口１１を介して処理容器１内に搬入し、ヒータ２１により所定温度（例えば、３５０℃〜５５０℃）に加熱された載置台２上に載置する。続いて、載置台２を処理位置まで上昇させる。載置台２が処理位置まで上昇することにより、区画部材１６及びカバー部材２２によって、処理容器１の内部が上下に区画される。区画された処理容器１内の空間のうち、処理空間３８を含み、載置台２よりも上側の上側空間は、排気機構４２によって所定の真空度まで減圧される。
ステップＳ１０２において、処理空間３８の圧力を調整する。具体的には、バルブ６３ｅ，６７ｅを開き、バルブ６１ｅ，６２ｅ，６４ｅ，６５ｅ，６６ｅを閉じる。これにより、Ｎ２ガス供給源６３ａ，６７ａからＮ２ガスを処理空間３８内に供給して圧力を上昇させ、載置台２上のウエハＷの温度を安定させる。なお、区画された処理容器１内の空間のうち、載置台２よりも下側の下側空間は、図示しないガス供給機構によって不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス）が供給され、上側空間よりも高圧になる。これにより、シャワーヘッド３から処理空間３８に供給されたガスは、環状隙間３９、排気ダクト１３、排気口１３ｂ、排気配管４１を介して、排気機構４２に排気される。
ステップＳ１０３において、キャリアガス及び希釈ガスのプリフローをエバックライン９１，９３に流す。具体的には、制御部９は、三方弁７５ａを第２状態とする。これにより、キャリアガス供給源７３から供給されるキャリアガスは、マスフローコントローラ７４、三方弁７５ａを介して、エバックライン９１に流れる。即ち、キャリアガスをマスフローコントローラ７４を介してエバックライン９１に流すことにより、キャリアガスを原料容器７１へと流す前に、予めマスフローコントローラ７４の流量を立ち上げておく。また、エバックライン９１にオリフィス９２が設けられていることにより、キャリアガス供給ライン７２内は、所定の圧力となる。また、制御部９は、三方弁８３を第２状態とする。これにより、希釈ガス供給源８１から供給される希釈ガスは、マスフローコントローラ８２、三方弁８３を介して、エバックライン９３に流れる。即ち、希釈ガスをマスフローコントローラ８２を介してエバックライン９３に流すことにより、予めマスフローコントローラ８２の流量を立ち上げておく。また、エバックライン９３にオリフィス９４が設けられていることにより、希釈ガス供給ライン８０内は、所望の圧力となる。
マスフローコントローラ７４，８２の流量の立ち上げが終了すると、制御部９は、三方弁７５ａ，８３をそれぞれ第１状態とする。また、開閉バルブ７５ｂ，７６ａ，７６ｂを開ける。これにより、キャリアガス供給源７３からマスフローコントローラ７４で流量調整されたキャリアガス（Ｎ２ガス）が原料容器７１に供給される。原料容器７１内の原料ガスは、キャリアガスと共に原料容器７１から排出される。原料ガス及びキャリアガスは、希釈ガスと混合して、マスフローメータ７７を流れ、貯留タンク６１ｄに供給される。また、制御部９は、開閉バルブ９６を開け、貯留タンク６１ｄからエバックライン９５にガスを流してもよい。貯留タンク６１ｄ内の初期のガスをエバックライン９５に排出することにより、貯留タンク６１ｄ内の原料ガスを安定化させることができる。そして、制御部９は、開閉バルブ９６を閉じる。貯留タンク６１ｄ内には、原料ガス、キャリアガス、希釈ガスが供給されて、貯留タンク６１ｄ内の圧力は昇圧される。
また、貯留タンク６２ｄ内には、Ｎ２ガス供給源６２ａからＮ２ガスが供給されて、貯留タンク６２ｄ内の圧力は昇圧される。また、貯留タンク６５ｄ内には、Ｈ２ガス供給源６５ａからＨ２ガスが供給されて、貯留タンク６５ｄ内の圧力は昇圧される。また、貯留タンク６６ｄ内には、Ｎ２ガス供給源６６ａからＮ２ガスが供給されて、貯留タンク６６ｄ内の圧力は昇圧される。
ステップＳ１０４において、実ウエハプロセスとしてウエハＷにタングステン膜を成膜する成膜処理を行う。ここで、ステップＳ１０４における成膜処理について、図３を用いて説明する。図３は、基板処理装置１００の成膜処理におけるガス供給シーケンスの一例を示す図である。
図３に示されるＡＬＤプロセスは、ＷＣｌ６ガスを供給する工程Ｓ５０１、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ５０２、Ｈ２ガスを供給する工程Ｓ５０３、及びＮ２ガスを供給する工程Ｓ５０４を所定サイクル繰り返し、ＷＣｌ６ガスとＨ２ガスを交互に供給してウエハＷの上に所望の膜厚のタングステン膜を形成するプロセスである。なお、図３では、１サイクルのみを示す。
ＷＣｌ６ガスを供給する工程Ｓ５０１は、ＷＣｌ６ガスを処理空間３８に供給する工程である。ＷＣｌ６ガスを供給する工程Ｓ５０１では、まず、バルブ６３ｅ，６７ｅを開いた状態で、Ｎ２ガス供給源６３ａ，６７ａから、ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂを経てＮ２ガス（キャリアＮ２ガス）を供給し続ける。また、バルブ６１ｅを開くことにより、ＷＣｌ６ガス供給機構６１ａからガス供給ライン６１ｂを経てＷＣｌ６ガスを処理容器１内の処理空間３８に供給する。このとき、ＷＣｌ６ガスは、貯留タンク６１ｄに一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。また、バルブ６４ｅを開くことにより、添加還元ガスとしてのＨ２ガスを処理空間３８に供給する。ＷＣｌ６ガスを供給する工程５０１において、ＷＣｌ６ガスと同時に添加還元ガスとしてのＨ２を供給することにより、供給されたＷＣｌ６ガスが活性化され、その後のＨ２ガスを供給する工程５０３の際の成膜反応が生じやすくなる。そのため、高いステップカバレッジを維持し、且つ１サイクルあたりの堆積膜厚を厚くして成膜速度を大きくすることができる。添加還元ガスとしてのＨ２の流量としては、ＷＣｌ６ガスを供給する工程５０１においてＣＶＤ反応が生じない程度の流量とすることができる。
Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ５０２は、処理空間３８の余剰のＷＣｌ６ガス等をパージする工程である。Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ５０２では、ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂを介してのＮ２ガス（キャリアＮ２ガス）の供給を継続した状態で、バルブ６１ｅを閉じてＷＣｌ６ガスの供給を停止する。また、バルブ６２ｅ，６６ｅを開く。これにより、Ｎ２ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂを経てＮ２ガス（パージＮ２ガス）を処理容器１内の処理空間３８に供給する。このとき、Ｎ２ガスは、貯留タンク６２ｄ，６６ｄに一旦貯留された後に処理容器１内に供給されるので、比較的大きい流量を供給することができる。これにより、処理空間３８の余剰のＷＣｌ６ガス等をパージする。
Ｈ２ガスを供給する工程Ｓ５０３は、Ｈ２ガスを処理空間３８に供給する工程である。Ｈ２ガスを供給する工程Ｓ５０３では、ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂを介してＮ２ガス（キャリアＮ２ガス）の供給を継続した状態で、バルブ６２ｅ，６６ｅを閉じてＮ２ガス（パージＮ２ガス）の供給を停止する。また、バルブ６５ｅを開く。これにより、Ｈ２ガス供給源６５ａからガス供給ライン６５ｂを経てＨ２ガスを処理空間３８に供給する。このとき、Ｈ２ガスは、貯留タンク６５ｄに一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。Ｈ２ガスを供給する工程Ｓ５０３により、ウエハＷ上に吸着したＷＣｌ６が還元される。このときのＨ２ガスの流量は、十分に還元反応が生じる量とすることができる。なお、Ｈ２ガス供給源６４ａからガス供給ライン６４ｂを介して処理空間３８に供給される添加還元ガスとしてのＨ２ガスの流量は、Ｈ２ガス供給源６５ａからガス供給ライン６５ｂを介して処理空間３８に供給されるウエハＷ上に吸着したＷＣｌ６を還元するためのＨ２ガスの流量よりも小さい。
Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ５０４は、処理空間３８の余剰のＨ２ガスをパージする工程である。Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ５０４では、ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂを介してのＮ２ガス（キャリアＮ２ガス）の供給を継続した状態で、バルブ６５ｅを閉じてＨ２ガスの供給を停止する。また、バルブ６２ｅ，６６ｅを開く。これにより、Ｎ２ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂを経てＮ２ガス（パージＮ２ガス）を処理容器１内の処理空間３８に供給する。このとき、Ｎ２ガスは、貯留タンク６２ｄ，６６ｄに一旦貯留された後に処理容器１内に供給されるので、比較的大きい流量を供給することができる。これにより、処理空間３８の余剰のＨ２ガス等をパージする。
以上のサイクルを繰り返すことで、ウエハＷにタングステン膜を成膜する。
図４は、検出値に基づいて算出される原料ガス供給量を模式的に示すグラフの一例である。横軸は時間を示し、縦軸は算出された原料ガス供給量（原料流量）を示す。
ここで、参考例に示す基板処理装置１００の動作は、ステップＳ１０３に示すキャリアガス及び希釈ガスのプリフローをエバックライン９１，９３に流す処理を行わずに、ステップＳ１０４に示す実ウエハプロセスを行う。参考例における原料ガス供給量（原料流量）の算出値を破線で示す。図４の破線に示すように、原料供給の開始時において、原料容器７１内の原料蒸気圧からは考えられない大きな値を示している。これは、マスフローコントローラ７４，８２における流量の立ち上がり遅延（遅延時間Ｔ）によって、検出値ｍ２，ｍ３が実際の流量よりも小さく検出されることによる。このため、式「ｍ１−（ｍ２＋ｍ３）」で算出する原料ガス供給量は実際よりも大きく算出される。
このような立ち上がり時の誤差により、原料容器７１から貯留タンク６１ｄに供給される原料ガス供給量を精度よく算出することができなくなるおそれがある。また、原料容器７１における固体原料の残量は、算出される原料ガス供給量の積算値に基づいて算出される。このため、立ち上がり時の誤差が累積することにより、原料容器７１における固体原料の残量を精度よく算出することができなくなるおそれがある。
これに対し、本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、ステップＳ１０３に示すように、キャリアガスを原料容器７１に供給する前に、キャリアガスのプリフローをエバックライン９１に流すことによって、マスフローコントローラ７４の流量を予め立ち上げておくことができる。また、希釈ガスを貯留タンク６１ｄに供給する前に、希釈ガスのプリフローをエバックライン９３に流すことによって、マスフローコントローラ８２の流量を予め立ち上げておくことができる。
本実施形態に係る基板処理装置１００における原料ガス供給量（原料流量）の算出値を実線で示す。原料供給の開始時におけるマスフローコントローラ７４，８２の流量の立ち上がり遅延を抑制することができる。これにより、図４の実線に示すように、算出される原料ガス供給量（原料流量）の誤差を低減することができる。即ち、本実施形態に係る基板処理装置１００によれば、原料ガス供給量を精度よく算出することができる。また、原料容器７１における固体原料の残量を精度よく算出することができる。
原料容器７１における固体原料の残量を精度よく算出することにより、原料容器７１の交換タイミングを精度よく判断することができる。また、原料容器７１内の固体原料の使用率を向上させることができる。これにより、高価な固体原料を効率よく使用することができる。
また、エバックライン９１，９３にオリフィス９２，９４等の圧力調整部を設けることにより、ステップＳ１０４の開始時におけるキャリアガス供給ライン７２、希釈ガス供給ライン８０内の圧力を、ステップＳ１０４に示す実ウエハプロセス中の状態に近づけることができる。これにより、原料供給の開始時から、各ガス供給ライン内の圧力が安定化するまでの時間を短くすることができる。特に、コンダクタンスによる配管内圧力の変動影響が大きい、キャリアガス供給源７３から、キャリアガス供給ライン７２、原料容器７１、ガス供給ライン６１ｂを通り、貯留タンク６１ｄへと通じるラインにおける圧力勾配状態を、早期に実ウエハプロセス中の状態に安定化させることができる。
なお、オリフィス９２，９４等の圧力調整部がキャリアガス供給ライン７２、希釈ガス供給ライン８０内に形成する圧力は、実ウエハプロセス中の状態よりも高い圧力としてもよい。即ち、三方弁７５ａよりも上流側のキャリアガス供給ライン７２の圧力を実ウエハプロセス中の状態よりも高い圧力としておくことで、三方弁７５ａを第１状態から第２状態へと切り換えた際、三方弁７５ａよりも下流側のキャリアガス供給ライン７２等の圧力を速やかに上昇させ、早期に実ウエハプロセス中の状態に安定化させることができる。
また、処理空間３８に供給される原料ガス供給量を更に厳密に制御するため、ステップＳ１０４に示す実ウエハプロセスの前に、貯留タンク６１ｄに充填した原料ガスをエバックライン９５で排気するステップを導入することもある。このステップを導入した場合においても、原料ガスの捨て量を低減することができる。
以上、基板処理装置１００による本実施形態の成膜方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
原料容器７１内の固体原料はＷＣｌ６であるものとして説明したが、これに限られるものではなく、その他の固体原料や液体原料についても適用することができる。また、キャリアガス及び希釈ガスはＮ２ガスであるものとして説明したが、これに限られるものではなく、固体原料や実ウエハプロセスに応じて適宜選択することができる。また、基板処理装置１００は、ウエハＷに成膜処理を施すものとして説明したが、これに限られるものではない。
また、希釈ガスはマスフローメータ７７の上流側に供給される構成として説明したが、これに限られるものではなく、マスフローメータ７７の下流側に供給する構成であってもよい。また、希釈ガス供給ライン８０はなくてもよい。このような構成の場合、原料ガス供給量は、マスフローメータ７７の検出値ｍ１と、マスフローコントローラ７４の検出値ｍ２の差「ｍ１−ｍ２」で算出される。このような構成においても、実ウエハプロセス（Ｓ１０４）の前にキャリアガスのプリフローをエバックライン９１に流すことにより、原料ガス供給量を精度よく算出することができる。
また、キャリアガス供給源７３から供給されるキャリアガスを、原料容器７１に供給するか、エバックライン９１に供給するかを切り替える第１の切替部として三方弁７５ａを用いるものとして説明したが、これに限るものではない。例えば、第１の切替部として、複数の開閉バルブ等を用いてもよい。例えば、第１の切替部として、エバックライン９１との分岐部よりも下流側（原料容器７１の側）かつ、開閉バルブ７５ｂより上流側のキャリアガス供給ライン７２に設けられた開閉バルブと、エバックライン９１に設けられた開閉バルブと、を用いてもよい。同様に、希釈ガス供給源８１から供給される希釈ガスを、マスフローメータ７７に供給するか、エバックライン９３に供給するかを切り替える第２の切替部として三方弁７５ａを用いるものとして説明したが、これに限るものではない。例えば、第２の切替部として、複数の開閉バルブ等を用いてもよい。例えば、第２の切替部として、エバックライン９３との分岐部よりも下流側（マスフローメータ７７の側）かつ、マスフローメータ７７より上流側の希釈ガス供給ライン８０に設けられた開閉バルブと、エバックライン９３に設けられた開閉バルブと、を用いてもよい。
また、キャリアガスをエバックライン９１に流す際、キャリアガス供給ライン７２の圧力を所定の圧力とする第１の圧力調整部として、オリフィス９２を用いるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１の圧力調整部として、コントロールバルブ等を用いてもよい。また、三方弁７５ａよりも上流側に圧力モニタを設けて、圧力モニタの値に基づいてコントロールバルブを制御してもよい。同様に、希釈ガスをエバックライン９３に流す際、希釈ガス供給ライン８０の圧力を所定の圧力とする第２の圧力調整部として、オリフィス９４を用いるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、第２の圧力調整部として、コントロールバルブ等を用いてもよい。また、三方弁８３よりも上流側に圧力モニタを設けて、圧力モニタの値に基づいてコントロールバルブを制御してもよい。
Ｗ ウエハ
１００ 基板処理装置
１ 処理容器
２ 載置台
６ ガス供給機構（ガス供給装置）
９ 制御部（原料供給量算出部、原料残量算出部）
３８ 処理空間
４１ 排気配管
４２ 排気機構
６１ａ ＷＣｌ６ガス供給機構
６１ｂ ガス供給ライン（原料ガス供給路）
６１ｄ 貯留タンク
６１ｅ バルブ
７１ 原料容器
７１ａ ヒータ
７２ キャリアガス供給ライン（キャリアガス供給路）
７３ キャリアガス供給源
７４ マスフローコントローラ（第１のマスフローコントローラ）
７５ａ 三方弁（第１の切替部）
７７ マスフローメータ
７８ バイパスライン（バイパス流路）
７９ 開閉バルブ
８０ 希釈ガス供給ライン（希釈ガス供給路）
８１ 希釈ガス供給源
８２ マスフローコントローラ（第２のマスフローコントローラ）
８３ 三方弁（第２の切替部）
９１ エバックライン（第１のエバックライン）
９２ オリフィス（第１の圧力調整部）
９３ エバックライン（第２のエバックライン）
９４ オリフィス（第２の圧力調整部）
９５ エバックライン
９６ 開閉バルブ
１００ 基板処理装置
１ 処理容器
２ 載置台
６ ガス供給機構（ガス供給装置）
９ 制御部（原料供給量算出部、原料残量算出部）
３８ 処理空間
４１ 排気配管
４２ 排気機構
６１ａ ＷＣｌ６ガス供給機構
６１ｂ ガス供給ライン（原料ガス供給路）
６１ｄ 貯留タンク
６１ｅ バルブ
７１ 原料容器
７１ａ ヒータ
７２ キャリアガス供給ライン（キャリアガス供給路）
７３ キャリアガス供給源
７４ マスフローコントローラ（第１のマスフローコントローラ）
７５ａ 三方弁（第１の切替部）
７７ マスフローメータ
７８ バイパスライン（バイパス流路）
７９ 開閉バルブ
８０ 希釈ガス供給ライン（希釈ガス供給路）
８１ 希釈ガス供給源
８２ マスフローコントローラ（第２のマスフローコントローラ）
８３ 三方弁（第２の切替部）
９１ エバックライン（第１のエバックライン）
９２ オリフィス（第１の圧力調整部）
９３ エバックライン（第２のエバックライン）
９４ オリフィス（第２の圧力調整部）
９５ エバックライン
９６ 開閉バルブ
Claims (11)
- 原料容器と、
キャリアガス供給源と、
前記キャリアガス供給源から前記原料容器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記キャリアガス供給路に設けられる第１のマスフローコントローラと、
前記原料容器から処理容器にキャリアガスとともに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に設けられるマスフローメータと、
前記キャリアガス供給路の前記第１のマスフローコントローラよりも下流に設けられる第１のエバックラインと、
前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを、前記原料容器に供給するか、前記第１のエバックラインに供給するかを切り替える第１の切替部と、
を備える、ガス供給装置。 - 前記第１のエバックラインに設けられる第１の圧力調整部を備える、
請求項１に記載のガス供給装置。 - 前記第１の切替部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
キャリアガスを前記第１のエバックラインに供給するステップの後に、キャリアガスを前記原料容器に供給するステップを行う、
請求項１または請求項２に記載のガス供給装置。 - 希釈ガス供給源と、
前記希釈ガス供給源から前記原料ガス供給路の前記マスフローメータよりも上流側と接続する希釈ガス供給路と、
前記希釈ガス供給路に設けられる第２のマスフローコントローラと、
前記キャリアガス供給路の前記第２のマスフローコントローラよりも下流に設けられる第２のエバックラインと、
前記希釈ガス供給源から供給される希釈ガスを、前記マスフローメータに供給するか、前記第２のエバックラインに供給するかを切り替える第２の切替部と、を備える、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガス供給装置。 - 前記第２のエバックラインに設けられる第２の圧力調整部を備える、
請求項４に記載のガス供給装置。 - 前記第２の切替部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
希釈ガスを前記第２のエバックラインに供給するステップの後に、希釈ガスを前記マスフローメータに供給するステップを行う、
請求項４または請求項５に記載のガス供給装置。 - 前記原料容器をバイパスして、前記キャリアガス供給路から前記原料ガス供給路に接続するバイパス流路と、
前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを、前記原料容器に供給するか、前記バイパス流路に供給するかを切り替える第３の切替部と、を更に備える、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガス供給装置。 - 前記マスフローメータの検出値及び前記マスフローコントローラの検出値に基づいて、原料ガス供給量を算出する原料供給量算出部を備える、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス供給装置。 - 前記原料供給量算出部が算出した前記原料ガス供給量に基づいて、前記原料容器内の固体原料の残量を算出する原料残量算出部を備える、
請求項８に記載のガス供給装置。 - 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のガス供給装置を備える、基板処理装置。
- 原料容器と、キャリアガス供給源と、前記キャリアガス供給源から前記原料容器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、前記キャリアガス供給路に設けられる第１のマスフローコントローラと、前記原料容器から処理容器にキャリアガスとともに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に設けられるマスフローメータと、前記キャリアガス供給路の前記第１のマスフローコントローラよりも下流に設けられる第１のエバックラインと、前記キャリアガス供給源から供給されるキャリアガスを、前記原料容器に供給するか、前記第１のエバックラインに供給するかを切り替える第１の切替部と、を備える、ガス供給装置の制御方法であって、
キャリアガスを前記第１のエバックラインに供給するステップと、
キャリアガスを前記原料容器に供給するステップと、を有する、
ガス供給装置の制御方法。
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|---|---|---|---|---|
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