JP2022053439A - ガスを供給する装置、基板を処理するシステム、及びガスを供給する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を処理する処理容器にガスを供給するにあたって、装置の大型化を抑制する。【解決手段】基板を処理するための処理ガスを供給する装置であって、前記処理ガスを収容する処理ガスタンクと、前記処理ガスタンクに処理ガスを供給するために設けられ、開閉自在な前段側バルブを備えた上流側ガス供給路と、前記処理ガスタンクから基板の処理を行う処理容器に処理ガスを供給するために設けられ、開閉自在な後段側バルブを備えた下流側ガス供給路と、前記処理ガスタンク内の圧力を測定する圧力測定部と、前記前段側バルブ及び前記後段側バルブの開閉動作を制御する制御部と、前記圧力測定部により前記処理ガスタンク内の圧力を測定して得た圧力測定値を利用して、前記下流側ガス供給路を流れる処理ガスの流量を算出する流量算出部と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、ガスを供給する装置、基板を処理するシステム、及びガスを供給する方法に関する。

半導体製造プロセスの一つである成膜処理としては、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）が載置された処理容器に原料ガスと原料ガスを例えば酸化、窒化あるいは還元する反応ガスと交互に供給するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）がある。このような成膜処理に用いられる原料ガス及び反応ガスを処理容器内に供給するガス供給装置においては、短時間で必要量のガスを供給可能なように、ガスを貯留するバッファタンクを用いる構成が知られている。またガス供給装置には、ガスの流量を検出するマスフローメータ（ＭＦＭ）や検出した流量に基づいてガスの流量を調節するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が設けられている。

特許文献１には、基板に原料ガスと還元ガスとを交互に供給して成膜するＡＬＤ法を用いた成膜装置において、原料ガス及び還元ガスを夫々貯留するバッファタンクを備え、各バッファタンクの上流側にＭＦＣを設けた構成が記載されている。
また特許文献２には、反応容器に原料ガスを供給する原料ガス供給部においてバッファタンクに圧力計を設け、バッファタンク内の圧力値をもとに、バッファタンクにガスを充填する充填弁の開度を調節する構成が記載されている。

特開２０１９－１６７６０７号公報 特開２０１０－１５３７５７号公報

本開示は、基板を処理する処理容器にガスを供給するにあたって、装置の大型化を抑制することにある。

本開示のガスを供給する装置は、基板を処理するための処理ガスを供給する装置であって、前記処理ガスを収容する処理ガスタンクと、前記処理ガスタンクに処理ガスを供給するために設けられ、開閉自在な前段側バルブを備えた上流側ガス供給路と、前記処理ガスタンクから基板の処理を行う処理容器に処理ガスを供給するために設けられ、開閉自在な後段側バルブを備えた下流側ガス供給路と、前記処理ガスタンク内の圧力を測定する圧力測定部と、前記前段側バルブ及び前記後段側バルブの開閉動作を制御する制御部と、前記圧力測定部により前記処理ガスタンク内の圧力を測定して得た圧力測定値を利用して、前記下流側ガス供給路を流れる処理ガスの流量を算出する流量算出部と、を備えた。

本開示によれば、基板を処理する処理容器にガスを供給するにあたって、装置の大型化を抑制することができる。

本開示の一の実施形態に係るガス供給装置を適用した成膜装置の一例を示す全体構成図である。 前記ガス供給装置に設けられている貯留タンクの構成図である。 原料ガスを供給するガス供給装置における原料ガスの供給工程を示すタイムチャートである。 他の実施形態に係る貯留タンクの構成図である。 原料ガスの供給工程の他の例を示すタイムチャートである。 ガス供給装置の他の例を示す構成図である。 ガス供給装置のさらに他の例を示す構成図である。

本開示に係るガス供給装置を、基板に成膜処理を行う成膜装置に設置した構成例について説明する。図１に示すように成膜装置は、内部に基板であるウエハＷを載置する載置台１０１を備え、ウエハＷに対してＡＬＤ法による成膜処理を行なうための処理容器１００を備える。例えばＴｉＮ膜の成膜を行う場合、成膜装置には、処理容器１００に対して、原料ガスである四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガス、反応ガスである（ＮＨ_３）ガス及びパージガスである窒素（Ｎ_２）ガスを供給するためガス供給装置で構成されたガス供給部１０を備えている。ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガス、Ｎ_２ガスは、各々、本実施の形態の処理ガスに相当している。

ガス供給部１０は、原料であるＴｉＣｌ_４を収容し、処理容器１００向けて原料ガスを供給するための原料ガス供給源であるＴｉＣｌ_４供給源４０を備えている。ＴｉＣｌ_４は、常温常圧（２５℃、１気圧）で液体であり、例えば外部の主原料貯留部４２に貯留されたＴｉＣｌ_４が原料導入路４２０を介してＴｉＣｌ_４供給源４０に供給できるように構成されている。ＴｉＣｌ_４供給源４０の周囲は、例えばマントルヒータなどで構成された加熱部４１により覆われており、ＴｉＣｌ_４供給源４０に貯留されたＴｉＣｌ_４を、ＴｉＣｌ_４が気化する温度、例えば１１０℃に加熱できるように構成されている。

ＴｉＣｌ_４供給源４０の天井部には、気化したＴｉＣｌ_４を送出する上流側原料ガス供給路４２１の一端が接続されている。原料導入路４２０に設けられた符号Ｖ１１、及び上流側原料ガス供給路４２１に設けられたＶ１２、Ｖ１３は、バルブを指している。また上流側原料ガス供給路４２１に対して上流側から順に設けられたバルブＶ１２、Ｖ１３の間には、キャリアガス供給路４３０が接続されている。キャリアガス供給路４３０からは、その上流側に接続されているキャリアガス供給源４３に貯留された、例えばＮ_２ガスであるキャリアガスが、上流側原料ガス供給路４２１に対して供給されるように構成されている。なおキャリアガス供給路４３０に設けられた符号Ｖ１４はバルブを指している。

上流側原料ガス供給路４２１の他端側は、ＴｉＣｌ_４ガス供給源４０から受け入れたＴｉＣｌ_４ガスを一時的に貯留する貯留タンク５Ａに接続されている。貯留タンク５Ａの構成については、詳しくは後述する。なお上流側原料ガス供給路４２１に設けられた５１Ａは、貯留タンク５Ａに充填される原料ガスの給断を実行するための前段側バルブを指している。また貯留タンク５Ａには、処理容器１００にＴｉＣｌ_４ガスを供給するための下流側原料ガス供給路４２２の一端が接続されている。下流側原料ガス供給路４２２の他端側は、例えばピエゾバルブで構成された後段側バルブ５３Ａを介して、処理容器１００に接続されている。

またガス供給部１０は、処理容器１００に反応ガスであるＮＨ_３を供給するためのＮＨ_３ガス供給源６０に接続されている。ＮＨ_３ガス供給源６０には、２本の上流側反応ガス供給路６１１、６２１の一端が接続され、上流側反応ガス供給路６１１、６２１の他端側は、夫々互いに異なる貯留タンク５Ｂ、５Ｃに接続されている。符号５１Ｂ、５１Ｃは、上流側反応ガス供給路６１１、６２１に設けられ、貯留タンク５Ｂ、５Ｃに充填される反応ガスを給断するための前段側バルブを指している。また各貯留タンク５Ｂ、５Ｃには、処理容器１００にＮＨ_３ガスを供給するための下流側反応ガス供給路６１２、６２２の一端側が夫々接続されている。各下流側反応ガス供給路６１２、６２２の他端側は、例えばピエゾバルブで構成された後段側バルブ５３Ｂ、５３Ｃを介して、処理容器１００に接続されている。

さらにガス供給部１０は、処理容器１００内の雰囲気を置換するためのパージガスを処理容器１００に供給するパージガス供給源７０に接続されている。この例では、パージガスは、不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガスを用いている。パージガス供給源７０には、２本の上流側パージガス供給路７１１、７２１の一端が接続され、上流側パージガス供給路７１１、７２１の他端側は、夫々互いに異なる貯留タンク５Ｄ、５Ｅに接続されている。符号５１Ｄ、５１Ｅは、上流側パージガス供給路７１１、７２１に設けられ、貯留タンク５Ｄ、５Ｅに充填されるパージガスを給断するための前段側バルブを指している。また各貯留タンク５Ｄ、５Ｅには、処理容器１００にＮ_２ガスを供給するための下流側パージガス供給路７１２、７２２の一端側が夫々接続されている。各下流側パージガス供給路７１２、７２２の他端側は、例えばピエゾバルブで構成された後段側バルブ５３Ｄ、５３Ｅを介して、処理容器１００に接続されている。

貯留タンク５Ａ～５Ｅは、処理ガスであるＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガス、パージガスを夫々収容する、本実施の形態の処理ガスタンクに相当する。また上流側原料ガス供給路４２１、上流側反応ガス供給路６１１、６２１、及び上流側パージガス供給路７１１、７２１は、本実施の形態の上流側ガス供給路に相当する。さらに下流側原料ガス供給路４２２、下流側反応ガス供給路６１２、６２２、及び下流側パージガス供給路７１２、７２２は、本実施の形態の下流側ガス供給路に相当する。さらに、ＴｉＣｌ_４供給源４０、ＮＨ_３ガス供給源６０、及びパージガス供給源７０は、本実施の形態の処理ガス供給部に相当する。そして、ガス供給部１０及び処理容器１００を備えた成膜装置は、本実施の形態の基板を処理するシステムに相当している。

このガス供給部１０では、原料ガスを貯留する貯留タンク５Ａ及び反応ガスを貯留する貯留タンク５Ｂ、５Ｃが一か所に集められ、原料・反応ガス用タンクボックス６内に設けられている。なお各貯留タンク５Ａ～５Ｃに対応する前段側バルブ５１Ａ～５１Ｃも原料・反応ガス用タンクボックス６に収められている。
またパージガスが貯留される貯留タンク５Ｄ、５Ｅは、パージガス用タンクボックス７内に設けられ、各貯留タンク５Ｄ、５Ｅに対応する前段側バルブ５１Ｄ、５１Ｅもパージガス用タンクボックス７に収められている。さらに各貯留タンク５Ａ～５Ｅに対応する後段側バルブ５３Ａ～５３Ｅも一か所に集められバルブ装置８を構成している。

またガス供給部１０は、処理ガスの供給を制御する主制御部９を備えている。主制御部９は、成膜処理のレシピに従い処理ガスの流量設定値を切り替え、処理容器１００に供給される処理ガスの供給・停止、及び流量調節に係る統括制御を実行する。主制御部９は、パージガス用タンクボックス７、原料・反応ガス用タンクボックス６、バルブ装置８における各バルブ５１Ａ～５１Ｅ、５３Ａ～５３Ｅのオンオフ、ＴｉＣｌ_４供給源４０におけるバルブＶ１１～１４のオンオフ及び加熱部４１の制御を行うための制御信号を出力するように構成されている。なお以下の説明において、バルブＶ１１～１４、５１Ａ～５１Ｅ、５３Ａ～５３Ｅは、各々オンのときにバルブが開かれて流体が流れ、オフのときにバルブが閉じられて流体の流れが停止するものとする。
また、主制御部９は、処理容器１００に対するウエハＷの搬入出や、載置台１０１に載置されたウエハＷの加熱に係る制御信号を出力するように構成されていてもよい。

続いて貯留タンク５Ａ～５Ｅの構成について説明する。原料ガス用の貯留タンク５Ａと、反応ガス用の貯留タンク５Ｂ、５Ｃ、と、パージガス用の貯留タンク５Ｄ、５Ｅと、は、内容量が異なることを除いて原料ガス用の貯留タンク５Ａと同じ構成になっている。ここでは、一例として原料ガス用の貯留タンク５Ａについて図２を参照して説明する。なお、貯留タンク５Ａにて得られる作用効果は、他の貯留タンク５Ｂ～５Ｅにおいても同様に得られるので、以下の説明では、原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスについて、単に「処理ガス」と一般化して呼ぶ場合がある。

例えば貯留タンク５Ａは、ＴｉＣｌ_４ガスを貯留する内容量９００ｃｃのタンク本体５０を備えている。なお他の貯留タンク５Ｂ～５Ｅの容量を例示すると、反応ガス用の貯留タンク５Ｂ、５Ｃの内容量は、１８００ｃｃであり、パージガス用の貯留タンク５Ｄ、５Ｅの内容量は、４００ｃｃ以上である。タンク本体５０には、内部の処理ガスの圧力を測定し、第１の圧力測定値を取得する圧力測定部である第１の圧力測定部５４が設けられている。またタンク本体５０の後段側、例えば下流側原料ガス供給路４２２における後段側バルブ５３Ａよりも上流側には、第２の圧力測定部５５が設けられている。第２の圧力測定部５５は、タンク本体５０から下流側原料ガス供給路４２２に流れる原料ガスの圧力を測定し、第２の圧力測定値を取得する。

また貯留タンク５Ａには、処理ガスの流量設定値に基づき、前段側バルブ５１Ａ、後段側バルブ５３Ａの開閉動作を制御するための制御部であるコントローラ５２Ａが設けられている。コントローラ５２Ａは、第１の圧力測定部５４、及び第２の圧力測定部５５から第１の圧力測定値、及び第２の圧力測定値が入力されるように構成されている。

コントローラ５２Ａは、主制御部９から取得した流量設定値に基づき、内部圧力（第１の圧力測定値）が当該流量設定値に対応する値となるまでタンク本体５０に処理ガスを貯留する制御動作を実行する。処理ガスの貯留に当たって、コントローラ５２Ａからは、下流側原料ガス供給路４２２の後段側バルブ５３Ａを閉じた状態で、上流側原料ガス供給路４２１の前段側バルブ５１Ａを開く制御信号が出力される。

また、コントローラ５２Ａは、タンク本体５０の内部圧力が前記流量設定値に対応する値となるまで、処理容器１００へ向けて処理ガスを供給する制御動作を実行する。処理ガスの供給に当たって、コントローラ５２Ａからは、上流側原料ガス供給路４２１の前段側バルブ５１Ａを閉じた状態で、下流側原料ガス供給路４２２後段側バルブ５３Ａを開く制御信号が出力される。

この動作を実行するにあたり、後段側バルブ５３Ａは、コントローラ５２Ａから送信されるバルブを開閉させる信号に対する追従性に優れたピエゾバルブにより構成する場合を例示できる。
なお、図２に示す例のように、前段側バルブ５１Ａや後段側バルブ５３Ａをタンク本体５０から離れた位置に設けることは必須の要件ではない。例えば、タンク本体５０の入口部や出口部に対して、これら前段側バルブ５１Ａや後段側バルブ５３Ａを直接配置してもよい。

さらに本実施の形態のガス供給部１０は、従来のＭＦＭを用いずに、第１の圧力測定部５４により貯留タンク５Ａ（タンク本体５０）内の圧力を測定して得た第１の圧力測定値を利用して、下流側原料ガス供給路４２２を流れる処理ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）の流量を算出する機能を有する。処理ガスの流量の算出は、例えば既述のコントローラ５２Ａにて行われ、その算出結果が主制御部９へと出力される。この観点で、コントローラ５２Ａは、本実施の形態の流量算出部に相当する。

より詳細には、処理ガスの流量の算出は、第１の圧力測定部５４にて測定された第１の圧力測定値と、第２の圧力測定部５５にて測定された第２の圧力測定値とに基づいて求められる。
ここで既述のように、前段側バルブ５１Ａを閉じた状態で後段側バルブ５３Ａを開いて処理容器１００に処理ガスを供給することから、貯留タンク５Ａに流入する処理ガスの流量は０である。従って、第１の圧力測定部５４の測定位置におけるガスの流速は０とみなすことができる。

上述の条件下で圧縮性流体に係るベルヌーイの定理に基づき、第２の圧力測定部５５の測定位置におけるガスの流速ｖ_２を求めると、下記（１）式が得られる。

ここで、第１の圧力測定部５４の測定位置における圧力をｐ_１、第２の圧力測定部５５の測定位置における圧力をｐ_２、ガスの流速をｖ_２とする。また、ρ_１は、貯留タンク５Ａ内の処理ガスの密度であり、γは、処理ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）の比熱比である。
そして算出した流速に対し、下流側原料ガス供給路４２２を構成する配管の断面積（あるいは後段側バルブ５３Ａにより流量が抑制されている場合には、後段側バルブ５３Ａの開度に基づく流路の断面積）を乗じることにより、下流側原料ガス供給路４２２を流れる処理ガスの流量を算出することができる。

以上に説明した構成を備えるガス供給部１０の作用について、図３を参照して説明する。図３中の流量設定値は、処理容器１００に供給する処理ガス（ＴｉＣｌ_４）ガスの流量の設定値である。流量設定値は、後述する流量プロファイルの時間平均値に対応する値が設定される。
まず処理容器１００に処理ガスの供給を開始する前に、貯留タンク５Ａに処理ガスを貯留する。まず処理容器１００に処理ガスを供給する前においては、流量設定値は、０ｓｃｃｍに設定されており、時刻ｔ０にて後段側バルブ５３Ａを閉じた状態で、前段側バルブ５１Ａを開き処理ガスをタンク本体５０内に導入する。この動作により、処理容器１００への処理ガスの供給は停止した状態で、タンク本体５０内に処理ガスが貯留される。タンク本体５０内の圧力が徐々に上昇し、タンク本体５０内を処理ガスで満たす。このとき、事前の予備実験などにより、流量設定値Ｆに対応するタンク本体５０内の目標圧力が予め把握されており、第１の圧力測定値が目標圧力に達するまで処理ガスの貯留が行われる。

続いて時刻ｔａにて流量設定値がＦに切り替わる。流量設定値Ｆは、例えば４２００～２４０００ｓｃｃｍの範囲内の値に設定される。流量設定値の切り替えに応じて、例えば１０ミリ秒の間に前段側バルブ５１Ａの閉止が完了した（時刻ｔ１）後、時刻ｔ２までの間の例えば１０ミリ秒の間に後段側バルブ５３Ａが開かれた状態となる。なお時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の１０ミリ秒は、各バルブの作動時間によるずれである。後段側バルブ５３Ａが開かれるとタンク本体５０内に貯留された処理ガスが下流側原料ガス供給路４２２へと流出し、処理容器１００内に供給される。

これによりタンク本体５０内の圧力によって、タンク本体５０内に貯留された処理ガスが下流側原料ガス供給路４２２を流れて処理容器１００に供給される。そしてタンク本体５０内の処理ガスの量が減少するに従い、圧力が下がり、圧力の低下に応じてガスの流量も少なくなっていく（図３（ｃ）の流量プロファイル参照）。そして、流量プロファイルの時間平均値が流量設定値Ｆに対応する値となるタイミングに応じて設定された時刻ｔｂ、例えば時刻ｔ２から５０ミリ秒経過した時刻ｔｂにて流量設定値が０ｓｃｃｍに切り替わる。流量設定値の切り替えに応じて、時刻ｔｂから例えば１０ミリ秒経過後の時刻ｔ３までの間に後段側バルブ５３Ａ閉止が完了する。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間の例えば１０ミリ秒の間に前段側バルブ５１Ａが開かれた状態となる。この動作によりタンク本体５０内への処理ガスの貯留が再開される。

ここでコントローラ５２Ａが備える既述の流量算出部の機能を用いることにより、処理容器１００内に処理ガスを供給する期間中における供給流量の変化（図３（ｅ）に示す流量プロファイル）をリアルタイムで把握することができる。この結果、コントローラ５２Ａにより実行される上述の処理ガスの供給動作にて、流量設定値Ｆに対応する流量プロファイルが得られていない場合には、その状況を迅速に把握し、機器調整などの必要な対応を講じることができる。

以上に説明したように、貯留タンク５Ａ内の圧力を測定する第１の圧力測定部５４と、貯留タンク５Ａから処理容器１００に供給されるガスの圧力を測定する第２の圧力測定部５５を設けることで、処理ガスの流量を測定することができる。
このように貯留タンク５Ａに対して、処理ガスの流量を測定する機能を持たせることにより、従来用いられていたＭＦＣやＭＦＭ（以下、これらをまとめて「ＭＦＣ」と記す）を配管に設ける必要がなくなる。この結果、ＭＦＣや、ＭＦＣの機器を収納するガスボックスを設置するスペースを確保する必要がなくなり装置の大型化を抑制できる。

またＭＦＣを設ける場合には、ＭＦＣの上流側と下流側との間で例えば１２ｋＰａ（９０Ｔｏｒｒ）程度の圧力損失が生じてしまう。そのため、処理ガス供給部（ＴｉＣｌ_４供給源４０）からの供給圧が一定であるとするとＭＦＣの圧力損失分だけ処理ガスを供給する圧力エネルギーが小さくなってしまう。この結果、貯留タンク５Ａに大流量のガスを供給することが難しくなり、貯留タンク５Ａにガスを迅速に充填することが難しくなる。これに対して本開示に係るガス供給部１０によれば、貯留タンク５Ａの上流側にＭＦＣを設ける必要がないため、貯留タンク５Ａに対してより大流量のガスを迅速に充填することができる。

次に図４を参照しながら他の実施形態に係るガス供給部１０の構成について説明する。この実施形態は、図４に示すように貯留タンク５Ａにタンク本体５０内の圧力を測定する圧力測定部５４を設けると共に、タンク本体５０内のガスの温度を測定する温度測定部５６を設けている。そして流量算出部であるコントローラ５２Ａは、単位時間当たりの圧力測定値の変化量と、温度測定値とに基づいて、処理ガスの状態方程式により規定される関係から、当該処理ガスの流量を算出する。

非理想気体における状態方程式は、ＰＶ＝ｎＺＲＴで示される。そして処理ガスの流量は、貯留タンク５Ａにおける単位時間当たりの処理ガスのモル量ｎ（ｍｏｌ）の変化である。このことから、処理ガスの流量は（Δｎ／Δｔ）＝（ΔＰ／Δｔ）Ｖ／ＺＲＴと示すことができる。但し、Δｎはガスのモル量ｎの変化量、Δｔは単位時間、ΔＰは圧力測定値の変化量、Ｖは貯留タンク５Ａの容積、Ｚは処理ガス（図４の例ではＴｉＣｌ_４ガス）の圧縮係数、Ｒは理想気体定数＝１．９８７ｃａｌ／（ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔは絶対温度（Ｋ）である。

ここで図４に示す例では、タンク本体５０内にガスを貯留した後、前段側バルブ５１Ａを閉じ、しかる後、後段側バルブ５３Ａを開く動作が実行される。このとき例えばタンク本体５０内の圧力を一定の周期で測定することにより、単位時間当たりの圧力の変化量（ΔＰ／Δｔ）を算出する。そして単位時間当たりの圧力の変化量（ΔＰ／Δｔ）と、ガスの温度測定値Ｔと、を取得することで、（Δｎ／Δｔ）＝（ΔＰ／Δｔ）Ｖ／ＺＲＴの式によりガスの流量を算出することができる。さらに算出した流量値を配管の断面積で割ることで流速を算出することもできる。

このような貯留タンク５Ａの内部のガスの圧力と温度とを測定できるように構成したガス供給部１０においても、貯留タンク５Ａにて流量や流速を算出することができるため、配管にＭＦＭやＭＦＣを設ける必要がなく装置の大型化を防ぐことができる。
図２、図４に示したガス供給装置において図５に示すように、貯留タンク５Ａに処理ガスを貯留し、前段側バルブ５１Ａを閉じてから後段側バルブ５３Ａを開き、処理ガスの供給を行っている期間中に、前段側バルブ５１Ａを開くこともできる。前段側バルブ５１Ａを徐々に開くことにより、貯留タンク５Ａ内の圧力低下を抑え、処理ガスの供給流量を増大させている。このとき、前段側バルブ５１Ａは、予め設定されたスピードで、例えば３０ミリ秒～１００ミリ秒の時間で前段側バルブ５１Ａの開度を０％から１００％まで変化させるように構成してよく、この場合に使用される前段側バルブ５１Ａは、コントローラ５２Ａから送信されるバルブを開閉させる信号に対する追従性に優れたピエゾバルブを用いることが好ましい。

また前段側バルブ５１Ａを開いた状態で、後段側バルブ５３Ａを開いて処理ガスを供給する場合においても処理ガスの流量及び流速を測定できる。その場合には、処理容器１００内の圧力を測定する容器内圧力測定部を備えた装置を用いて測定することができる。そして第１の圧力測定部５４の設置位置から容器内圧力測定部の設置位置までのガスの流路における流れやすさを示すコンダクタンスＣ１を用いて求めることができる。具体的には、下流側原料ガス供給路４２２を通過する流量Ｑ、容器内圧力測定部の圧力測定値Ｐｃ、第１の圧力測定部５４の圧力測定値Ｐ１とすると、Ｑ＝Ｃ１×（Ｐｃ－Ｐ１）で求めることができる。

また既述の下流側原料ガス供給路４２２に設けられた第２の圧力測定部５５を用いてもよい。この場合には、第２の圧力測定部５５の設置位置から容器内圧力測定部の設置位置までのガスの流路のコンダクタンスＣ２を用いて求めることができる。具体的には、第２の圧力測定部５４の圧力測定値Ｐ２とすると、Ｑ＝Ｃ２×（Ｐｃ－Ｐ２）で求めることができる。コンダクタンスに関しては、第１または第２の圧力測定部５４、５５の設置位置から容器内圧力測定部までの配管形状から計算により求めることができる。また実験やシミュレーションにより求めてもよい。

以上に説明したように、前段側バルブ５１Ａが開かれ、貯留タンク５Ａに流入する処理ガスの流量が０となっていない場合であっても、圧力測定部５４と温度測定部５６とを用いて処理ガスの流量を算出できる。この結果、貯留タンク５Ａの圧力低下を抑えて処理ガスの供給流量を増大させた場合においても図５（ｄ）に示す流量プロファイルをリアルタイムで把握することができる点は、図２を用いて説明した例と同様である。

また、図４に示す構成の貯留タンク５Ａによれば、前段側バルブ５１Ａ及び後段側バルブ５３Ａの双方を常時開いた状態のまま処理ガスの供給を行う場合であっても、処理ガスの流量を算出することができる。この場合には、貯留タンク５Ａは必ずしも、処理ガスを貯留する役割を果たすものではなく、流量を算出するために処理ガスの圧力及び温度を測定する処理ガスタンクとして用いられる。

ここで、図２、図４を用いて説明した例において、流量算出部であるコントローラ５２Ａは、各時点における処理ガスの流量をモニタリングする目的で用いる例を示した。しかしながら、コントローラ５２Ａにて算出した処理ガスの流量の用途は、上述の例に限定されない。
例えば、処理ガスの流量を算出した結果に基づいて、図３（ｅ）、図５（ｄ）の流量プロファイルの時間平均値が流量設定値Ｆとなるように、図３（ｃ）、図５（ｃ）における後段側バルブ５３Ａの閉動作の時刻ｔ３を決定してもよい。また、図５の例において、算出した処理ガスの流量が所定の流量設定値に近づくように、同図（ｂ）に示す前段側バルブ５１Ａの開度調節を行ってもよい。

また貯留タンク５Ａに貯留タンク５Ａの加圧用のガスを供給できるように構成してもよい。例えば図６に示すように前段側バルブ５１Ａの後段に配管４４０の一端を接続する。さらに配管４４０の他端側に不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガス供給源４４を接続する。配管４４０は、本例の加圧用ガス供給路に相当する。また同図中の前段側バルブ５１Ａの手前側に接続した配管４５０は、貯留タンク５Ａをバイパスして加圧用のガスを排気するための排気路である。なお図６中の配管４４０、４５０に設けられたＶ４４０、Ｖ４５０は、バルブである。

このような装置において、例えば図３（ｂ）に示す、時刻ｔ１にて処理ガスの貯留動作を終了し、時刻ｔ２にて後段側バルブ５３Ａを開き、処理容器１００に処理ガスを供給する動作に合わせて、配管４４０から一時的に加圧用のガスを供給する。加圧用のガスを供給する時間は２０～４０ミリ秒程度である。また、加圧用のガスを供給するタイミングは、例えば後段側バルブ５３Ａを開く動作の開始時点を基準として、その前後２０ミリ秒程度の期間内に実施する場合を例示できる。このとき、加圧用のガスを供給する時間を確保するため、前段側バルブ５１Ａを閉止する時刻ｔ１と、後段側バルブ５３Aを開く時刻ｔ２との間隔を広げてもよい。なお、貯留タンク５Ａに処理ガスを貯留する動作と、加圧用のガスを供給する動作とを並行して実施する場合を排除するものではない。

また、上述の例では後段側バルブ５３Ａを開けた状態で加圧用のガスを供給する例を示したが、前段側バルブ５１Ａと後段側バルブ５３Ａを閉めた状態で加圧用のガスを供給し、一時的に加圧ガスを貯留タンク５Ａに貯留した後、加圧用のガスの供給を停止し、後段側バルブ５３Ａを開けて処理ガスを処理容器１００に供給してもよい。
当該加圧用のガスの供給により、処理ガスの分圧は維持しつつ、貯留タンク５Ａ内の全圧を上昇させることができる。この結果、処理容器１００に供給される処理ガスの圧力を上昇させ、例えばウエハＷの表面に形成されているパターンの凹部の底面側まで処理ガスの分子（既述のＴｉＣｌ_４やＮＨ_３）を到達させることができる。

さらに配管４４０に流量調節部（図６においては不図示）を設けることで、貯留タンク５１Ａに供給される加圧用ガスの流量を容易に調節できるようになる。加圧用ガスの流量を調節できるように構成することで、貯留タンク５Ａを上昇させることによる流量プロファイルの調節も容易になる。そして原料ガスの流量の調節が容易になることで、成膜処理の膜厚や膜質の調節が容易になる。
加圧用のガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスなどを用いることができるが、不活性ガスであることが好ましい。

さらにまた、貯留タンク５Ａに接続された下流側原料ガス供給路４２２は、複数の処理容器１００にガスを供給できるように、前記接続位置よりも下流側にて分岐させる構成としてもよい。図７に示す例では、下流側原料ガス供給路４２２の他端側を２本に分岐させ、夫々の端部を別の処理容器１００Ａ、１００Ｂに夫々接続している。さらに、後段側バルブ５３１Ａ、５３２Ａは、夫々の分岐部分に設けられている。

そして、タンク本体５０から各処理容器１００Ａ、１００Ｂに至る流路のコンダクタンスが揃うように、下流側原料ガス供給路４２２が構成されている。流路のコンダクタンスを揃える手法としては、タンク本体５０から各処理容器１００Ａ、１００Ｂまでの経路の長さを揃える場合を例示できる。またタンク本体５０から各処理容器１００Ａ、１００Ｂまでの経路の長さの異なっている場合でも、例えば配管の内径を調節したり、後段側バルブ５３１Ａ、５３２Ａの夫々の圧力損失を調節したりすることにより、経路のコンダクタンスを揃えてもよい。

このように複数の処理容器１００Ａ、１００Ｂに対してガス供給部１０を共通化する場合には、処理容器１００Ａ、１００Ｂの数に対してガス供給部１０の設置数を少なくすることができる。この結果、ガス供給部１０を含むシステムの大型化を抑制することができる。このガス供給部１０においては、各処理容器１００Ａ、１００Ｂに対して異なるタイミングでガスを供給してウエハＷの処理を行ってもよい。また各処理容器１００Ａ、１００Ｂに並行してガスを供給し、各処理容器１００Ａ、１００Ｂにて同時にウエハＷを処理することもできる。

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

５Ａ 貯留タンク
５０ タンク本体
５１Ａ 前段側バルブ
５３Ａ 後段側バルブ
５４ 第１の圧力測定部
１００ 処理容器
４２１ 上流側原料ガス供給路
４２２ 下流側原料ガス供給路
Ｗ ウエハ

Claims (12)

1. 基板を処理するための処理ガスを供給する装置であって、
   前記処理ガスを収容する処理ガスタンクと、
   前記処理ガスタンクに処理ガスを供給するために設けられ、開閉自在な前段側バルブを備えた上流側ガス供給路と、
   前記処理ガスタンクから基板の処理を行う処理容器に処理ガスを供給するために設けられ、開閉自在な後段側バルブを備えた下流側ガス供給路と、
   前記処理ガスタンク内の圧力を測定する圧力測定部と、
   前記前段側バルブ及び前記後段側バルブの開閉動作を制御する制御部と、
   前記圧力測定部により前記処理ガスタンク内の圧力を測定して得た圧力測定値を利用して、前記下流側ガス供給路を流れる処理ガスの流量を算出する流量算出部と、を備えた装置。
2. 前記処理ガスタンク内の圧力を測定する圧力測定部を第１の圧力測定部、この第１の圧力測定部にて測定された前記圧力測定値を第１の圧量測定値と呼ぶとき、
   前記処理ガスタンクから流出した前記処理ガスが流れる前記下流側ガス供給路の圧力を測定する第２の圧力測定部を備え、
   前記流量算出部は、前記前段側バルブが閉じられ、前記後段側バルブが開かれた前記処理ガスタンクから前記下流側ガス流路へ前記処理ガスが流れる状態にて、前記第１の圧力測定部にて測定された第１の圧力測定値と、前記第２の圧力測定部にて測定された第２の圧力測定値とに基づいて、前記下流側ガス供給路を流れる処理ガスの流量を算出する、請求項１に記載の装置。
3. 前記処理ガスタンク内の処理ガスの温度を測定する温度測定部を有し、
   前記流量算出部は、前記前段側バルブが閉じられ、前記後段側バルブが開かれた前記処理ガスタンクから前記下流側ガス供給路へ前記処理ガスが流れる状態にて、前記圧力測定部にて測定した前記圧力測定値の単位時間当たりの変化量と、前記温度測定部にて測定された温度測定値とに基づいて、前記処理ガスの状態方程式により規定される関係から、前記処理ガスの流量を算出する、請求項１に記載の装置。
4. 前記下流側ガス供給路は、前記基板の処理が行われる処理容器に接続され、
   前記処理ガスタンク内の圧力を測定する圧力測定部を第１の圧力測定部、この第１の圧力測定部にて測定された前記圧力測定値を第１の圧量測定値と呼ぶとき、
   前記処理容器内の圧力を測定する容器内圧力測定部を備え、
   前記流量算出部は、前記後段側バルブが開かれた前記処理ガスタンクから前記下流側ガス流路へ前記処理ガスが流れる状態にて、前記第１の圧力測定部にて測定された第１の圧力測定値と、前記容器内圧力測定部にて測定された前記処理容器内の圧力測定値との圧力差と、第１の圧力測定部の設置位置から容器内圧力測定部までのガスの流路のコンダクタンスと、に基づいて、前記下流側ガス供給路を流れる処理ガスの流量を算出する、請求項１に記載の装置。
5. 前記制御部は、前記後段側バルブを閉じた状態で、前記前段側バルブを開いて、前記処理ガスタンクに処理ガスを貯留するステップと、前記前段側バルブを閉じた状態で、前記後段側バルブを開いて前記処理ガスタンクに貯留された処理ガスを処理容器に供給するステップと、を実行する制御を行うように構成され、
   前記流量算出部は、前記処理ガスタンクに貯留された処理ガスを処理容器に供給するステップにて、前記処理ガスの流量の算出を行う、請求項２または３に記載の装置。
6. 前記後段側バルブを開いて前記処理ガスタンクに貯留された処理ガスを処理容器に供給するステップにおいて、前記前段側バルブの開度を予め設定されたスピードで０％から１００％に変化させる、請求項５に記載の装置。
7. 前記前段側バルブはピエゾバルブである、請求項６に記載の装置。
8. 前記処理ガスタンクに加圧用のガスを供給するように接続された加圧用ガス供給路を備え、
   前記制御部は、前記処理ガスを処理容器に供給するステップに合わせて、加圧用ガス供給路から前記処理ガスタンクに加圧用のガスを一時的に供給して、前記処理ガスタンク内の圧力を上昇させるステップを実行するように構成される、請求項５に記載の装置。
9. 前記下流側ガス供給路は、下流側の位置にて、各々の前記分岐路が互いに異なる処理容器に処理ガスを供給する複数の分岐路に分岐し、
   前記処理ガスタンクから、各々の前記分岐路を介して各処理容器に至る流路のコンダクタンスが互いに揃えられている、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記後段側バルブは、前記分岐路に各々設けられたピエゾバルブである、請求項９に記載の装置。
11. 基板を処理するシステムであって、
    前記上流側ガス供給路に前記処理ガスを供給する処理ガス供給部に接続された請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の処理ガスを供給する装置と、
    前記下流側ガス供給路を介して前記処理ガスが供給され、基板の処理が行われる処理容器と、を備えたシステム。
12. 基板を処理するための処理ガスを供給する方法であって、
    前記処理ガスを収容するための処理ガスタンクに対し、前記処理ガスを供給する上流側ガス供給路に設けられ、開閉自在な前段側バルブを開いた状態にて、前記処理ガスタンクに処理ガスを導入する工程と、
    前記処理ガスタンクから、基板の処理を行う処理容器に処理ガスを供給する下流側ガス供給路に設けられ、開閉自在な後段側バルブを開いた状態にて、前記処理ガスの供給を行う工程と、
    前記処理ガスの供給を行う工程の実施期間中、前記処理ガスタンク内の圧力を測定して得た圧力測定値を利用して、前記ガス供給路を流れる処理ガスの流量を算出する工程と、を有する方法。

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