JP2022144207A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成される膜の膜厚やステップカバレッジの基板間差や装置間差が小さい成膜装置および成膜方法を提供する【解決手段】基板上にＡＬＤプロセスにより膜を形成する成膜装置は、基板を処理する処理空間を有する処理容器と、原料ガス、反応ガス、パージガスを含むガスを処理空間に供給するガス供給部と、処理空間を排気する排気部と、制御部とを有し、制御部は、原料ガスおよび反応ガスが、パージガスによる処理空間のパージを挟んでパルス状にシーケンシャルに供給されてＡＬＤプロセスが行われるように、少なくともガス供給部によるガス供給を制御するＡＬＤ制御部を有し、ＡＬＤ制御部は、パルス状に供給される原料ガスおよび／または反応ガスの１パルスのガス流量波形、および／または圧力波形が、設定波形に対応した形状の波形に制御されるように、ガス供給部によるガス供給を制御する。【選択図】図８

Description

本開示は、成膜装置および成膜方法に関する。

従来からＴｉＮ膜等の金属系膜を成膜する技術として、ステップカバレッジが良好な原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ法）が用いられている。

ＡＬＤ法では、原料ガスと反応ガスを交互に供給して膜形成するため、これらのガスを供給と停止をバルブの開閉により短時間で間欠的に行う必要があり、バルブ１回の開閉時間が非常に短く、高速でのバルブの切り替えが要求される。

特許文献１には、このような高速でのバルブの切り替えを行う成膜装置において、制御部と信号の送受信が可能に接続されてその制御を受ける下位の制御ユニットに設けられた物理パラメータの情報に基づき、プロセスの状態を把握する技術が提案されている。具体例としては、ガス供給路のバルブよりもガス供給方向の上流側に流量計を設け、物理パラメータとして、単位時間内に流量計により計測されるガス流量の積算値を用いることが記載されている。

特開２０１３－１５１７２３号公報

本開示は、基板に形成される膜の膜厚やステップカバレッジの基板間差や装置間差が小さい成膜装置および成膜方法を提供する。

本開示の一実施形態に係る成膜装置は、基板上にＡＬＤプロセスにより膜を形成する成膜装置であって、基板を処理する処理空間を有する処理容器と、原料ガス、反応ガス、パージガスを含むガスを前記処理空間に供給するガス供給部と、前記処理空間を排気する排気部と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記原料ガスおよび前記反応ガスが、前記パージガスによる前記処理空間のパージを挟んでパルス状にシーケンシャルに供給されてＡＬＤプロセスが行われるように、少なくとも前記ガス供給部によるガス供給を制御するＡＬＤ制御部を有し、前記ＡＬＤ制御部は、パルス状に供給される前記原料ガスおよび／または前記反応ガスの１パルスのガス流量波形、および／または圧力波形が、設定波形に対応した形状の波形に制御されるように、前記ガス供給部によるガス供給を制御する。

本開示によれば、基板に形成される膜の膜厚やカバレッジの基板間差や装置間差が小さい成膜装置および成膜方法を提供することができる。

一実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。 一実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドおよびガス導入部を示す断面図である。 一実施形態に係る成膜装置のガス供給部における流量制御器を示すブロック図である。 図３の流量制御器における流量設定値、バルブ動作、タンク内圧力、および実際の流量プロファイルの関係を示す図である。 一実施形態に係る成膜装置を含む基板処理システムにおける制御系統の中で、主に成膜装置の関連部分を概略的に示すブロック図である。 時間と流量との関係を示す図において、設定波形Ａに対して基準波形Ｂが得られた場合に、実際のガス流量波形Ｃを基準波形Ｂと比較する図である。 ＡＬＤプロセスを行う際の典型的な処理空間の圧力プロファイルを示す図である。 ＡＬＤパラメータコントローラを中心としたシステムフローの一例を示すブロック図である。 ＡＬＤプロセスにおけるガス供給を示すタイミングチャートである。 設定波形に対する実際のガス流量波形の例を示す図である。 自動圧力制御バルブの開閉により処理空間の圧力を調整する例を示す図である。 載置台の昇降により処理空間の圧力を調整する例を示す図である。

以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。

＜成膜装置＞
図１は一実施形態に係る成膜装置を示す断面図、図２は図１の成膜装置のシャワーヘッドおよびガス導入部を示す断面図である。

［全体構成］
成膜装置１００は、原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスと窒化ガスであるＮＨ_３ガスを用いてＡＬＤ法により基板の一例である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）上にＴｉＮ膜を成膜するものである。成膜装置１００は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、ガス導入部４と、ガス供給部５と、排気部６と、圧力センサ７と、制御部１０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の側壁にはウエハＷを搬入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で開閉可能となっている。処理容器１の上部には、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。また、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の上面には天板部材１４が設けられている。天板部材１４と排気ダクト１３の間にはシールリング１５で気密にシールされている。

載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２３に支持されている。載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒーター２１が埋め込まれている。ヒーター２１はヒーター電源（図示せず）から給電されて発熱するようになっている。そして、載置台２の上面のウエハ載置面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ー２１の出力を制御することにより、ウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。

載置台２には、ウエハ載置面の外周領域、および載置台２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材２２が設けられている。

載置台２を支持する支持部材２３は、載置台２の底面中央から処理容器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は例えばモータで構成され、ドライバー２４ａにより駆動することにより、載置台２が支持部材２３を介して昇降可能となっている。このように載置台２を昇降させることにより、ウエハに対して処理を行う処理位置（図１の実線）と、その下方のウエハＷの搬送を行う搬送位置（図１の二点鎖線）との間で移動させることができる。また、ＡＬＤプロセス中に昇降機構２４により載置台２を昇降させて圧力制御を行うこともできる。

支持部材２３の処理容器１の下方位置には、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ピン昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっており、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。このようにウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウエハ搬送機構（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吐出するガス吐出部として機能し、例えば金属材料により形成され、載置台２とほぼ同じ直径を有して載置台２に対向して配置されている。シャワーヘッド３は、上部材３１および下部材３２を含む。上部材３１は、天板部材１４の下面に固定されている。下部材３２は、上部材３１の下に接続されている。上部材３１と下部材３２との間には、ガスを拡散する拡散空間３３が形成されている。

下部材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。下部材３２における環状突起部３４の内側の平坦面には、多数のガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に移動した状態では、載置台２と下部材３２との間に狭い処理空間Ｓ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３８が形成される。

ガス導入部４は、後述するガス供給部からシャワーヘッド３の拡散空間３３へガスを導入する。ガス導入部４は、インレットブロック４１と、ガス流路４２ａ，４２ｂと、ガス合流空間４３と、複数のガス導入路４４と、複数のガス導入部材４５とを有する。

インレットブロック４１は、天板部材１４の中央上部に設けられ、円環状をなしている。ガス流路４２ａ，４２ｂは、インレットブロック４１および天板部材１４の内部に形成されており、ガス流路４２ａ，４２ｂには後述するガス供給部５からガスが供給される。ガス合流空間４３は、上部材３１の中央上部に形成された溝が天板部材１４で閉塞されて形成され、ガス流路４２ａ，４２ｂを通流するガスが合流する。複数のガス導入路４４は、上部材３１内をガス合流空間４３から拡散空間３３へ向けて外方に傾斜するように形成される。複数のガス導入部材４５は、複数のガス導入路４４の下端に接続され、拡散空間３３に環状に等間隔で配置されており、外周に設けられた複数のガス吐出口から拡散空間３３へガスを導入する。

ガス供給部５は、ＡＬＤ成膜に用いるガスをガス導入部４およびシャワーヘッド３を経て処理空間Ｓに供給するためものものである。ガス供給部５は、原料ガス供給部５１と、第１のパージガス供給部５２と、反応ガス供給部５３と、第２のパージガス供給部５４とを有する。ガス供給部５の詳細については後述する。

排気部６は、処理容器１の内部を排気して、処理容器１内を減圧する。排気部６は、排気配管６１、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２および真空ポンプ６３を含む。排気配管６１は、排気口１３ｂに接続されている。自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２は、排気配管６１に介設されている。自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２としては、開度を調整することで排気配管６１内のコンダクタンスを制御するバルブを用いることができる。真空ポンプ６３は、排気配管６１に介設されている。

圧力センサ７は、例えばキャパシタンスマノメータで構成されている。圧力センサ７は、インレットブロック４１、天板部材１４、シャワーヘッド３の上部材３１の中心部を貫通する貫通孔７１内に挿通されている。貫通孔７１内には、貫通孔７１の天板部材１４および上部材３１に対応する部分の壁部を構成するように筒状部材７２が挿入されている。また、筒状部材７２は、拡散空間３３を経てさらに縮径した状態で下部材３２を貫通し、その内部が処理空間Ｓ中心のウエハＷ直上部分に連通している。圧力センサ７は、筒状部材７２の下端部近傍まで封止部材７３を介して挿入されており、処理空間Ｓ内の中心のウエハＷ近傍の圧力を検出できるようになっている。

なお、下部材３２の中心部に筒状部材７２が配置されていることから、下部材３２の中央部にはガス吐出孔が存在しない。そのため、ウエハＷの中心部へのガスの供給が不足することから、筒状部材７２の周囲に配置されたガス吐出孔３５は中心側に向かって傾斜するように形成されている。

制御部１０は、成膜装置１００を構成する構成部である複数のエンドデバイスを制御する。制御部１０の詳細については後で説明する。

［ガス供給部］
上述したように、ガス供給部５は、原料ガス供給部５１と、第１のパージガス供給部５２と、反応ガス供給部５３と、第２のパージガス供給部５４とを有する。

原料ガス供給部５１は、原料ガスソース５１ａと、原料ガス供給ライン５１ｂと、前段側バルブ５１ｃと、貯留タンク５１ｄと、後段側バルブ５１ｅとを含む。原料ガスソース５１ａは、原料ガス供給ライン５１ｂを介して、原料ガスの一例である塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスを供給する。原料ガス供給ライン５１ｂは、インレットブロック４１のガス流路４２ａに接続されている。原料ガス供給ライン５１ｂには、原料ガスソース５１ａ側から順に、前段側バルブ５１ｃ、貯留タンク５１ｄ、後段側バルブ５１ｅが介設されている。貯留タンク５１ｄは、ＴｉＣｌ_４ガスを一時的に貯留する。前段側バルブ５１ｃおよび後段バルブ５１ｅは、高速で動作可能なバルブである。後段側バルブ５１ｅは高速でガスを給断してＡＬＤを実現するためのＡＬＤバルブとして用いられる。前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅの一方または両方は、開閉動作に加え、制御性を高める観点から開度を調整可能な開度可変式バルブであってよい。前段側バルブ５１ｃ、貯留タンク５１ｄ、および後段側バルブ５１ｅは流量制御器５１ｆを構成する。

第１のパージガス供給部５２は、第１パージガスソース５２ａと、第１パージガス供給ライン５２ｂと、前段側バルブ５２ｃと、貯留タンク５２ｄと、後段側バルブ５２ｅとを含む。第１パージガスソース５２ａは、第１パージガス供給ライン５２ｂを介して、パージガスの一例である窒素（Ｎ_２）ガスを供給する。第１パージガスライン５２ｂは、原料ガス供給ライン５１ｂに接続されている。第１パージガス供給ライン５２ｂは、第１パージガスソース５２ａ側から順に、前段側バルブ５２ｃ、貯留タンク５２ｄ、後段側バルブ５２ｅが介設されている。前段側バルブ５２ｃおよび後段側バルブ５２ｅは、前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅと同様の構成を有する。前段側バルブ５２ｃ、貯留タンク５２ｄ、および後段側バルブ５２ｅは流量制御器５２ｆを構成する。

反応ガス供給部５３は、反応ガスソース５３ａと、反応ガス供給ライン５３ｂと、前段側バルブ５３ｃと、貯留タンク５３ｄと、後段側バルブ５３ｅとを含む。反応ガスソース５３ａは、反応ガス供給ライン５３ｂを介して、反応ガスの一例として窒化ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する。反応ガス供給ライン５３ｂは、インレットブロック４１のガス流路４２ｂに接続されている。反応ガス供給ライン５３ｂには、反応ガスソース５３ａ側から順に、前段側バルブ５３ｃ、貯留タンク５３ｄ、後段側バルブ５３ｅが介設されている。貯留タンク５３ｄは、反応ガス（窒化ガス）であるＮＨ_３ガスを一時的に貯留する。前段側バルブ５３ｃおよび後段側バルブ５３ｅは、前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅと同様の構成を有する。前段側バルブ５３ｃ、貯留タンク５３ｄ、および後段側バルブ５３ｅは流量制御器５３ｆを構成する。なお、反応ガスソース５３ａから延びる反応ガス供給ライン５３ｂから分岐する他の反応ガス供給ラインを設け、そのラインに前段側バルブ、貯留タンク、および後段側バルブを設けて、反応ガス（窒化ガス）であるＮＨ_３ガスを異なる流量で供給できるようにしてもよい。

第２のパージガス供給部５４は、第２パージガスソース５４ａと、第２パージガス供給ライン５４ｂと、前段側バルブ５４ｃと、貯留タンク５４ｄと、後段側バルブ５４ｅとを含む。第２パージガスソース５４ａは、第２パージガス供給ライン５４ｂを介して、パージガスの一例である窒素（Ｎ_２）ガスを供給する。第２パージガスライン５４ｂは、反応ガス供給ライン５３ｂに接続されている。第２パージガス供給ライン５４ｂは、第２パージガスソース５４ａ側から順に、前段側バルブ５４ｃ、貯留タンク５４ｄ、後段側バルブ５４ｅが介設されている。前段側バルブ５４ｃおよび後段側バルブ５４ｅは、前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅと同様の構成を有する。前段側バルブ５４ｃ、貯留タンク５４ｄ、および後段側バルブ５４ｅは流量制御器５４ｆを構成する。

［流量制御器］
上述した流量制御器５１ｆ、５２ｆ、５３ｆ、５４ｆはいずれも同様の構成を有し、同様の原理で流量を制御する。以下、流量制御器５１ｆを例にとって説明する。

図３は、原料ガス供給部５１の流量制御器５１ｆを示すブロック図である。流量制御器５１ｆは、図３に示すように、前段側バルブ５１ｃと、貯留タンク５１ｄと、後段側バルブ５１ｅの他、圧力計５１ｇと、温度計５１ｈと、バルブコントローラ５５とを有する。バルブコントローラ５５には、圧力計５１ｇと温度計５１ｈの測定値が入力される。バルブコントローラ５５から前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅの駆動系に制御信号が送られる。これにより、貯留タンク５１ｄから処理容器Ｓへ流れる原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの流量を制御する。また、圧力計５１ｇの測定値により貯留タンク５１ｄの圧力を制御する。

以下、具体的に説明する。
バルブコントローラ５５は、例えば、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、ガスの状態方程式の関係を用いて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で表される。ただし、ｎはガスのモル量、Ｐは圧力量、Ｖは貯留タンク５１ｄの容積、Ｚはガス（本例では原料ガスである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。ガスの流量（本例の場合、原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの流量）は、貯留タンク５１ｄにおける単位時間当たりの処理ガスのモル量ｎ（ｍｏｌ）の変化であることから、ガス流量Ｑは以下の式で表すことができる。
Ｑ＝（Δｎ／Δｔ）＝（ΔＰ／Δｔ）Ｖ／ＺＲＴ
ただし、ｔは時間である。

原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの供給にあたっては、例えば、前段側バルブ５１ｃを開けて貯留タンク５１ｄ内にガスを貯留した後、前段側バルブ５１ｃを閉じ、その後に後段側バルブ５１ｅを開く動作を実行する場合、以下のようにガス流量を算出することができる。例えば貯留タンク５１ｄ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。

流量制御器５１ｆにおける流量設定値、バルブ動作、タンク内圧力、および実際の流量プロファイルの関係を、図４を参照して説明する。

ＴｉＣｌ_４ガスの供給を開始する前に、貯留タンク５１ｄに処理ガスを貯留する。このとき時刻ｔ０において、流量設定値は０ｓｃｃｍであり、時刻ｔ０にて後段側バルブ５１ｅを閉じた状態で、前段側バルブ５１ｃを開ける。これにより、ＴｉＣｌ_４ガスが貯留タンク５１ｄ内に導入され、貯留タンク５１ｄ内の圧力が徐々に上昇する。予め定められた目標圧力に達するまでＴｉＣｌ_４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に切り替わり、それに対応して前段側バルブ５１ｃが閉じられ（時刻ｔ１）、その後、後段側バルブ５１ｅが開かれる（時刻ｔ２）。時刻ｔａと時刻ｔ１の間、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間は、遅延時間であり、例えば１０ｍｓｅｃである。後段側バルブ５１ｅが開かれると貯留タンク５１ｄ内に貯留された処理ガスが処理空間Ｓ内に供給される。

そして、例えば時刻ｔ２から予め設定された時間（例えば５０ｍｓｅｃ）経過後、流量設定値が０ｓｃｃｍに切り替わり（時刻ｔｂ）、それに対応して後段側バルブ５１ｅが閉じられ（時刻ｔ３）、その後、前段側バルブ５１ｃが開かれる（時刻ｔ４）。時刻ｔｂと時刻ｔ３の間、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間も遅延時間であり、例えば１０ｍｓｅｃである。この動作により貯留タンク５１ｄ内へのＴｉＣｌ_４ガスの貯留が再開される。

図４（ｂ）の実線は、後段側バルブ５１ｅを開けてＴｉＣｌ_４ガスを処理空間Ｓに供給する際に、前段側バルブ５１ｃが閉じられたままとなっている状態である。このため、図４（ｄ），（ｅ）の実線に示すように、貯留タンク５１ｄの圧力が高い初期段階に高い流量でＴｉＣｌ_４ガスが一気に流れ、その後は圧力が急激に低下してＴｉＣｌ_４ガスの流量も急激に低下する。

これに対して、後段側バルブ５１ｅを開いてＴｉＣｌ_４ガスを処理空間Ｓに供給している期間に、前段側バルブ５１ｃの開度を制御することにより、１パルスのガス流量波形を良好に制御することができる。例えば、図４（ｂ）の破線に示すように、ＴｉＣｌ_４ガスを処理空間Ｓに供給している期間に、前段バルブ５１ｃの開度を徐々に大きくすることにより、貯留タンク５１ｄ内の圧力低下を抑えて、ＴｉＣｌ_４ガスの供給量をほぼ一定値に制御することができる（図４（ｄ），（ｅ）の破線参照）。このように、ガス供給時に前段側バルブ５１ｃの開度を調整することにより、処理レシピに基づいて１パルスのガス流量波形を制御することができる。

また、貯留タンクと前段側バルブおよび後段側バルブとで流量制御器が構成されるため、従来必要であったマスフローコントローラ等が不要となり、装置の小型化を図ることもできる。

前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅとして用い得る開度可変式バルブとしては、ピエゾ駆動バルブ、モータ駆動式バルブを挙げることができる。ピエゾ駆動バルブは、例えば積層型圧電素子で構成されたピエゾ素子に電圧を加えて伸縮させることにより、弁体を駆動して開度を調節するものである。モータ駆動式バルブは、モータにより弁体を駆動して開度を調節するものであり、モータは直動式および回転式のいずれであってもよい。ＡＬＤプロセスでは、非常に高速で後段側バルブ５１ｅの開閉を行う必要がある。また、前段側バルブ５１ｃもそれに追従して高速で動作する必要があり、また短時間で大量のガスを供給する必要がある。このため、前段側バルブ５１ｃおよび後段側バルブ５１ｅとしては、バルブコントローラ５５からのバルブ開閉信号に対する追従性に優れた高速かつ高Ｃｖのバルブが好ましい。そのような観点から、ピエゾ駆動バルブまたはモータ駆動バルブを好適に用いることができる。

流量制御器５２ｆ、５３ｆ、５４ｆも同様に、後述するように、圧力計５２ｇ、５３ｇ、５４ｇおよび温度計５２ｈ、５３ｈ、５４ｈを有する。また、流量制御器５２ｆ、５３ｆ、５４ｆの前段側バルブ５２ｃ、５３ｃ、５４ｃおよび後段側バルブ５２ｅ、５３ｅ、５４ｅも同様に、開閉動作に加え、制御性を高める観点から開度を調整可能な開度可変式バルブであってよい。また、開度可変式バルブとしては、ピエゾ駆動バルブ、モータ駆動式バルブを用いることができる。さらに、上記バルブコントローラ５５は、流量制御器５１ｆの制御のみではなく、流量制御器５２ｆ、５３ｆ、５４ｆの制御も行う共通のコントローラとして構成されている。

なお、本例では、原料ガス供給部５１、第１のパージガス供給部５２、反応ガス供給部５３、および第２のパージガス供給部５４のいずれにも流量制御器を設けたが、流量制御器を原料ガス供給部５１および反応ガス供給部５３のみに用いるようにしてもよい。

本例ではバルブコントローラ５５は、流量制御器５１ｆのみならず、流量制御器５２ｆ，５３ｆ，５４ｆの制御も行うように構成したが、各ガス供給部の流量制御器にそれぞれコントローラを設けてもよい。また、ガス供給部５のガスラインには、流量制御器を構成する前段側バルブおよび後段側バルブの他、図示しない通常の開閉バルブも設けられている。

［制御部を含む制御系統］
制御部１０は、成膜装置１００を含む基板処理システム（図示せず）の全体を制御する制御系統の一部として構成される。

図５は、成膜装置１００を含む基板処理システム（図示せず）における制御系統の中で、主に成膜装置１００の制御に関連する部分を概略的に示している。基板処理システムにおける全体の制御や、プロセスシップとしての成膜装置１００を構成する各構成部であるエンドデバイス２０１の制御は、制御部３００によって行われる。

図５に示したように、制御部３００は、主要な構成として、成膜装置１００をはじめ、基板処理システムの各処理装置に対応して設けられた個別の制御部である複数のＭＣ（Ｍｏｄｕｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４０１と、基板処理システム全体を制御する統括制御部であるＥＣ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３０１と、ＥＣ３０１に接続されたユーザーインターフェース５０１とを備えている。なお、ＭＣ４０１は、基板処理システムにおいて、成膜装置だけでなく、ロードロック室、ローダーユニットにも配備することが可能であり、これらもＥＣ３０１の下で統括されるが、ここでは図示および説明を省略する。

ＥＣ３０１は、各ＭＣ４０１を統括して基板処理システム全体の動作を制御する統括制御部である。ＥＣ３０１は、ＣＰＵ（中央演算装置）３０３と、揮発性メモリとしてのＲＡＭ３０５と、記憶部としてのハードディスク装置３０７と、を有している。ＥＣ３０１と各ＭＣ４０１は、システム内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）５０３により接続されている。システム内ＬＡＮ５０３は、スイッチングハブ（ＨＵＢ）５０５を有している。このスイッチングハブ５０５は、ＥＣ３０１からの制御信号に応じてＥＣ３０１の接続先としてのＭＣ４０１の切り替えを行う。

また、ＥＣ３０１は、ＬＡＮ６０１を介して基板処理システムが設置されている工場全体の製造工程を管理するＭＥＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）としてのホストコンピュータ６０３に接続されている。

また、ＥＣ３０１には、ユーザーインターフェース５０１も接続されている。ユーザーインターフェース５０１は、工程管理者が基板処理システム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、基板処理システムの稼働状況を可視化して表示するディスプレイ、メカニカルスイッチ等を有している。

ＥＣ３０１は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（以下、単に記憶媒体と記す。）５０７に対して情報を記録し、また記憶媒体５０７より情報を読み取ることができるようになっている。

ＥＣ３０１では、ユーザーインターフェース５０１においてユーザ等によって指定されたウエハＷの処理レシピを含むプログラムをＣＰＵ３０３がハードディスク装置３０７や記憶媒体５０７から読み出す。そして、ＥＣ３０１から複数のＭＣ４０１にそのプログラムを送信することにより、各ＭＣ４０１により、処理装置での処理を制御できるように構成されている。複数のＭＣ４０１のうち一つが成膜装置１００に対応する。

ＭＣ４０１は、成膜装置１００の各構成部、すなわちエンドデバイス２０１の動作を制御する個別の制御部として設けられている。ＭＣ４０１は、ＣＰＵ４０３と、ＲＡＭなどの揮発性メモリ部４０５と、Ｉ／Ｏ情報記憶部としての不揮発性メモリ部４０７と、Ｉ／Ｏ制御部４０９と、を有している。

不揮発性メモリ部４０７には、成膜装置１００における種々の履歴情報が保存される。また、不揮発性メモリ部４０７は、Ｉ／Ｏ情報記憶部としても機能し、後述するようにＭＣ４０１と各エンドデバイス２０１との間で取り交される各種のＩ／Ｏ情報を不揮発性メモリ部４０７に随時書き込んで保存できるように構成されている。

ＭＣ４０１のＩ／Ｏ制御部４０９は、Ｉ／Ｏ（入出力）モジュール４１３に種々の制御信号を送出したり、Ｉ／Ｏモジュール４１３から各エンドデバイス２０１に関するステータス情報などの信号を受け取ったりする。ＭＣ４０１による各エンドデバイス２０１の制御は、Ｉ／Ｏモジュール４１３を介して行われる。Ｉ／Ｏモジュール４１３は、各エンドデバイス２０１への制御信号およびエンドデバイス２０１からの入力信号の伝達を行う。各ＭＣ４０１は、ネットワーク４１１を介してそれぞれＩ／Ｏモジュール４１３に接続されている。各ＭＣ４０１に接続されるネットワーク４１１は、例えばチャンネルＣＨ０，ＣＨ１，ＣＨ２のような複数の系統を有している。

Ｉ／Ｏモジュール４１３は、成膜装置１００を構成する各エンドデバイス２０１に接続された複数のＩ／Ｏボード４１５を有している。このＩ／Ｏボードは、ＭＣ４０１の支配のもとで動作する下位の制御ユニットである。Ｉ／Ｏモジュール４１３におけるデジタル信号、アナログ信号およびシリアル信号の入出力の制御は、これらのＩ／Ｏボード４１５において行われる。なお、図５では、便宜上、一部のエンドデバイス２０１とＩ／Ｏボード４１５との接続のみを代表的に図示している。

Ｉ／Ｏモジュール４１３を経由する通常の制御系統では、エンドデバイス２０１を構成する構成部として、バルブの駆動部や、昇降機構２４のドライバー２４ａ、排気部６等を挙げることができ、これらに対して通常の制御を行う。

また、成膜装置１００に対応するＭＣ４０１には、下位のコントローラとして、ＡＬＤプロセスを行っている際のガス流量や圧力の制御を行うＡＬＤプロセス制御部４１０が接続されている。ＡＬＤプロセスはガスの供給や排気等の制御を高速で行う必要があるため、ＡＬＤプロセス制御部４１０はＭＣ４０１からＩ／Ｏモジュール４１３を経由する通常の制御系統とは別系統の高速コントローラとして構成されている。

ＡＬＤプロセス制御部４１０は、ＥＣ３０１からＭＣ４０１を経由して処理レシピの情報（レシピ情報）等を受け取り、バルブコントローラ５５、昇降機構２４のドライバー２４ａ、排気部６の自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２等に制御信号を与える。また、圧力センサ７からの信号を受け取り、バルブコントローラ５５、ドライバー２４ａ、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２等に制御信号を与え、圧力制御を行う。バルブコントローラ５５は、ＭＣ４０１からの制御信号に基づき、ガス供給部５１～５４の圧力計５１ｇ～５４ｇ、および温度計５１ｈ～５４ｈの測定値に応じて前段バルブ５１ｃ～５４ｃおよび後段バルブ５１ｅ～５４ｅを制御する。

ＡＬＤプロセス制御部４１０の詳細は以下の通りである。
ＡＬＤプロセス制御部４１０は、ＡＬＤプロセスの際に、各ガスの流量、ガス流量波形、フロー時間、ガス供給タイミング等のガス供給のレシピ情報に基づいて、バルブコントローラ５５に指令を与え、ガス供給を制御する。本実施形態では、少なくとも原料ガスおよび反応ガスのいずれか、または両方を供給する際に、ＡＬＤプロセスのパルス状のガス供給における１パルスのガス流量波形および／または圧力波形がレシピ情報に対応した形状になるように、ガス供給系を制御する点に特徴を有する。

具体的には、１パルスのガス流量波形の制御は、ＡＬＤプロセス制御部４１０により、例えば、原料ガス供給部５１において、ガス流量波形のレシピ情報に基づいて、流量制御器５１ｆの前段側バルブ５１ｃおよび貯留タンク５１ｄの圧力を制御することにより行うことができる。このとき、前段側バルブ５１ｃおよび／または後段側バルブ５１ｅの開度を調整することにより、より制御性良く処理レシピの設定波形に対応した形状のガス流量波形を得ることができる。例えば、図４の破線のように前段側バルブ５１ｃおよび貯留タンク５１ｄの圧力を制御する。そして、ＡＬＤプロセス制御部４１０は、実際の１パルスのガス流量波形をモニタし、モニタされたガス流量波形が正常な流量波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、バルブコントローラ５５に指令を与えてガス流量波形を修正する。

このように１パルスのガス流量波形を制御することにより、ウエハＷ表面における原料ガスおよび反応ガスの１パルスあたりの暴露量を制御することができる。特に、原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの１パルスのガス流量波形が良好なカバレッジを得る上で重要である。

ここで、「正常な流量波形」とは、正常と考えられるプロセスを実行したときの複数の流量波形を平均することにより取得した基準波形からのずれが許容範囲のものをいう。図６は、時間と流量との関係を示す図において、設定波形Ａに対して基準波形Ｂが得られた場合に、実際のガス流量波形Ｃを基準波形Ｂと比較する図である。そして、例えば、実際のガス流量波形Ｃの基準波形Ｂに対する最大値－最小値の一致率および積分値の一致率がある値以上、Ｄに示すような瞬時値の外れ率がある値以下であれば実際のガス流量波形Ｃを正常な流量波形とする。

１パルスの圧力波形の制御は、レシピ情報に基づいて、ガス供給系を調整（制御）することにより、処理空間Ｓの圧力がＡＬＤプロセスに適合した脈動になるように行われる。このときの圧力波形の制御は、圧力センサ７により検出される処理空間Ｓの圧力をモニタし、それに基づいて行われる。このときの典型的な処理空間Ｓの圧力プロファイルを図７に示す。

このときの圧力波形制御は、例えば、原料ガスまたは反応ガスの供給タイミング、バルブの開度等を調整することにより行うことができる。例えば、原料ガス供給部５１においては、流量制御器５１ｆの前段側バルブ５１ｃおよび貯留タンク５１ｄの圧力を制御することにより圧力波形を制御することができる。具体的には、ＴｉＣｌ_４ガスの供給タイミングを遅らせることにより、圧力を上昇させることができる。また、圧力センサ７の検出値に基づいて前段側バルブ５１ｃおよび／または後段側バルブ５１ｅの開度を調整することにより、圧力波形のフィードバック制御を行うことができる。

ＡＬＤプロセス制御部４１０は、ガス流量波形の場合と同様、実際の１パルスの圧力波形をモニタし、モニタされた圧力波形が正常な圧力波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、バルブコントローラ５５に指令を与えて圧力波形を修正する。

このように１パルスの圧力波形を制御することにより、ウエハＷ表面における原料ガスおよび反応ガスの１パルスあたりの反応性を制御することができる。ここで、「正常な圧力波形」とは、正常と考えられるプロセスを実行したときの複数の圧力波形を平均することにより取得した基準波形からのずれが許容範囲のものをいう。

処理空間Ｓの圧力波形の制御は、処理空間Ｓへのガスの供給の制御のみならず、処理空間Ｓからのガスの排出を制御することによっても制御可能である。

処理空間Ｓからのガスの排出を制御することにより処理空間Ｓの圧力を制御する例としては、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２の開度および昇降機構２４（ドライバー２４ａ）による載置台２の位置のいずれか、または両方を制御することを挙げることができる。

自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２に関しては、原料ガスまたは反応ガスが供給される前に閉じ、これらのガスの供給後に開くように制御することができる。これにより、原料ガスまたは反応ガスの供給時には圧力を高めることができ、ガス供給後には速やかにガスを排出してガス置換性を高めることができる。

載置台２の位置に関しては、処理空間Ｓに原料ガスまたは反応ガスが供給される前に載置台２を上昇させてシャワーヘッド３と載置台２との間隔を小さくし、これらのガスの供給後に下降させるように制御することができる。これにより、原料ガスまたは反応ガスの供給時には載置台２が上昇して処理空間Ｓの圧力が高くなり、これらのガスの供給後には、載置台２が下降してシャワーヘッド３と載置台２との間隔が大きくなってガスの置換性が高くなる。

図８は、以上のようなＡＬＤプロセス制御部４１０を中心としたシステムフローの一例を示すブロック図である。ここでは、ガス供給と排気を連動させて、以上のようなガス流量波形および圧力波形を制御することにより、ウエハＷへのガス暴露量および処理空間Ｓの圧力を制御する例を示している。

この図に示すように、ＡＬＤプロセス制御部４１０では、上位のＥＣ３０１から取得した処理レシピ（特にガス流量波形、圧力波形）を実行するとともに、タイミング制御を行う。また、ＡＬＤプロセス制御部４１０は装置パラメータを有している。そして、ＡＬＤプロセス制御部４１０は、処理レシピに基づいて、各ガス供給部におけるガス吐出量やタンクの圧力を制御し、ガス流量波形の制御やタイミング制御が行われる。また、ＡＬＤプロセス制御部４１０は、載置台２の位置や自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２の開度の制御も行う。これにより、ウエハＷへのガス暴露量が制御され、かつ処理空間Ｓの圧力が制御される。このような制御の下で例えばＴｉＮ膜が成膜される。その際の膜厚、膜質、ステップカバレッジ、膜応力等の成膜パラメータはＡＬＤプロセス制御部４１０にフィードバックされ、その結果はＥＣ３０１に送信される。なお、ＡＬＤプロセス制御部４１０は、ＡＬＤサイクルごと、ウエハごとのデータ管理も行う。

＜成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１００による成膜方法について説明する。
まず、ゲートバルブ１２を開放して搬送装置（図示せず）により搬入出口１１を介して処理容器１内にウエハＷを搬入し、載置台２上に載置し、搬送装置を退避させ、載置台２を処理位置まで上昇させる。そして、ゲートバルブ１２を閉じ、処理容器１内を所定の減圧状態に保持し、ヒーター２１により載置台２の温度を成膜温度、例えば４００～５５０℃の範囲に制御する。

この状態で、第１のパージガス供給部５２および第２のパージガス供給部５４からパージガスとしてＮ_２ガスをシャワーヘッド３を介して処理空間Ｓに供給し、処理空間Ｓをパージした後、ＡＬＤプロセスを実施する。

ＡＬＤプロセスにおいては、ガス供給部５からガスをガス導入部４およびシャワーヘッド３を介して処理容器１内の処理空間Ｓにパルス状にシーケンシャルに供給する。

具体的には、図９のガス供給のタイミングチャートで示すように、まず、原料ガス供給部５１から原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスを処理空間Ｓに供給する（ＳＴ１）。これによりウエハＷの表面にＴｉＣｌ_４ガスを吸着させる。次に、第１のパージガス供給部５２からパージガスであるＮ_２ガスを処理空間Ｓに供給する（ＳＴ２）。これにより、処理空間ＳからＴｉＣｌ_４ガスを排出させる。このＳＴ２のパージステップでは、パージガスであるＮ_２ガス供給後に真空引きを行う。この後、反応ガス供給部５３から反応ガス（窒化ガス）であるＮＨ_３ガスを処理空間Ｓに供給する（ＳＴ３）。これにより、ＮＨ_３ガスをウエハＷの表面に吸着されているＴｉＣｌ_４ガスと反応させて、薄いＴｉＮ膜を形成する。次に、第２のパージガス供給部５４からパージガスであるＮ_２ガスを処理空間Ｓに供給する（ＳＴ４）。これにより、処理空間ＳからＮＨ_３ガスを排出させる。このＳＴ４のパージステップでは、パージガスであるＮ_２ガス供給後に真空引きを行う。

このようなＳＴ１～ＳＴ４を１サイクルとして、所望の回数繰り返すことにより設定膜厚のＴｉＮ膜を成膜する。

従来のＡＬＤプロセスの際のガス供給の制御は、ガス供給のタイミングが制御されているだけである。そして、原料ガスや反応ガスを供給する際には、特許文献１に示すように、ガスの供給量を多くするために、ガスを貯留タンクに貯留した状態でＡＬＤバルブを開いて処理空間Ｓにガスを供給する手法がとられている。この手法では、ＡＬＤバルブが開かれてガスが処理空間に供給される際に、単に貯留タンクに貯留されたガスが排出されるだけである。このため、圧力が高い初期段階に高い流量でガスが一気に流れ、その後は圧力が急激に低下してガスの流量も急激に低下する。したがって、ガス流量の制御性が十分ではなく、１パルスのガス流量波形または圧力波形のばらつきが生じ、成膜される膜の膜厚やステップカバレッジ等のウエハ間ばらつきや、装置間ばらつきが生じていた。

これに対し、本実施形態では、ＡＬＤプロセス制御部４１０により、少なくとも原料ガスおよび反応ガスのいずれか、または両方について、ＡＬＤプロセスのパルス状のガス供給における１パルスのガス流量波形および／または圧力波形が、上位の制御部であるＥＣ３０１からのレシピ情報に基づく設定波形に対応した形状の波形になるように、ガス供給系を制御する。これにより、成膜される膜の膜厚やステップカバレッジ等の膜特性のウエハ間ばらつきや、装置間ばらつきを抑制することができる。

具体的には以下の通りである。
ＡＬＤプロセス制御部４１０は、１パルスのガス流量波形を制御する際には、実際の１パルスのガス流量波形をモニタし、モニタされたガス流量波形が正常な流量波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、バルブコントローラ５５に指令を与えてガス流量波形を修正する。

これにより、ガス流量波形のばらつきが生じず、ガス供給の際のオーバーシュートも抑制され、ウエハＷ表面における原料ガスおよび反応ガスの１パルスあたりの暴露量を高精度で制御することができる。このため、成膜される膜の膜厚やステップカバレッジ等の膜特性のウエハ間ばらつきや、装置間ばらつきを抑制することができる。

この際のガス流量の実際の１パルスのガス流量波形の制御は、例えば、原料ガス供給部５１の流量制御器５１ｆの場合、上述したように、ガス流量波形のレシピ情報に基づいて、流量制御器５１ｆの前段側バルブ５１ｃおよび貯留タンク５１ｄの圧力を制御することにより行うことができる。このとき、前段側バルブ５１ｃおよび／または後段側バルブ５１ｅの開度を調整することにより、より制御性良く処理レシピの設定波形に対応した形状のガス流量波形を得ることができる。このように前段側バルブ５１ｃおよび／または後段側バルブ５１ｅの開度を調整することにより、上位のＥＣ３０１からの任意のレシピ情報としてのガス流量波形に対応することができる。具体例としては、ＴｉＣｌ_４ガスを処理空間Ｓに供給している期間に、前段バルブ５１ｃの開度を徐々に大きくすることにより、図１０（ａ）に示すように、処理レシピにおける１パルスのガス流量の設定波形Ｅに対応して、ＴｉＣｌ_４ガスの供給量をほぼ一定値の波形Ｆに制御することができる。また、初期の前段バルブ５１ｃの開度を大きくすること等により、図１０（ｂ）に示すように、より大流量で短時間のガス流量波形Ｇの処理レシピに対応した波形Ｈとすることができる。

ＡＬＤプロセス制御部４１０は、１パルスの圧力波形を制御する際には、実際の１パルスの圧力波形をモニタし、モニタされた圧力波形が正常な流量波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、バルブコントローラ５５に指令を与えて圧力波形を修正する。

この際のガス流量の実際の１パルスの圧力波形の制御は、レシピ情報に基づいて、ガス供給系を調整（制御）することにより、処理空間Ｓの圧力がＡＬＤプロセスに適合した脈動になるように行われる。圧力波形の制御は、圧力センサ７により検出される処理空間Ｓの圧力をモニタし、それに基づいて行うことができる。

圧力波形の制御は、例えば、原料ガスまたは反応ガスの供給タイミング、バルブの開度等を調整する。圧力波形を制御することにより、成膜処理を高精度で行うことができ、成膜される膜の膜厚やステップカバレッジ等の膜特性のウエハ間ばらつきや、装置間ばらつきを抑制することができる。

原料ガス供給部５１を例にとると、流量制御器５１ｆの前段側バルブ５１ｃおよび貯留タンク５１ｄの圧力を制御することにより圧力波形を制御することができる。供給タイミングの制御の例としては、原料ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを供給する際に、供給するタイミングを遅らせることで圧力（ＴｉＣｌ_４分圧）を上昇させることが挙げられる。また、圧力センサ７の検出値に基づいて前段側バルブ５１ｃおよび／または後段側バルブ５１ｅの開度を調整することにより、圧力波形のフィードバック制御を行うことができる。

このとき、原料ガス供給時および反応ガス供給時に処理空間Ｓの圧力が高くなるように圧力波形を制御することができる。特に、原料ガスの供給時の圧力が高くなるように圧力波形を制御することにより、ステップカバレッジを高くすることができる。本例の場合、原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの圧力（ＴｉＣｌ_４分圧）をすることにより、成膜されるＴｉＮ膜のステップカバレッジを高くすることができる。

本実施形態では、このように、レシピ情報に対応したガス流量波形、および／または圧力波形を、例えば、貯留タンク５１ｄの前後に前段側バルブ５１ｃと後段側バルブ５１ｅを有する簡単な構成の流量制御器５１ｆで実現することができ、装置の複雑化を招くことがない。また、従来必要であったマスフローコントローラ等が不要となり、装置の小型化を図ることもできる。

反応ガス（窒化ガス）であるＮＨ_３ガスを供給する反応ガス供給部５３の流量制御器５３ｆの場合も同様である。

なお、図１の成膜装置１００では、第１のパージガス供給部５２および第２のパージガス供給部５４の流量制御器５２ｆおよび５４ｆも同様に構成されており、パージガスの供給の際にもガス流量波形の制御を行うことにより、より制御されたＡＬＤプロセスを行うことができる。

処理空間Ｓの圧力波形の制御は、処理空間Ｓへのガスの供給の制御のみならず、処理空間Ｓからのガスの排出を制御することによっても制御することができる。処理空間Ｓからのガスの排出を制御することにより処理空間Ｓの圧力を制御する例として、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２の開度および昇降機構２４（ドライバー２４ａ）による載置台２の位置のいずれか、または両方を行うことができる。

例えば、図１１（ａ）に示すように、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２を閉じた状態としてから原料ガスを供給するように制御し、その後、図１１（ｂ）に示すように、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２を開いて処理空間Ｓを排気するように制御する。これにより、原料ガス供給時には、処理空間Ｓの圧力が上昇し膜のステップカバレッジを良好にすることができ、原料ガスの供給が終了後には、処理空間Ｓからのガスの排出が促進され、ガス置換性を高めることができる。

また、例えば、図１２（ａ）に示すように、載置台２を上昇させた状態としてから原料ガスを供給するように制御し、その後、図１２（ｂ）に示すように、原料ガス排出時に載置台２を下降させるように制御する。これにより、原料ガス供給時には処理空間Ｓの体積が小さくなって圧力が上昇し、原料ガス排出時には処理空間Ｓの体積が大きくなって圧力が低下するとともにガス置換性を高めることができる。

このような排気系による圧力制御やガス置換性制御は、反応ガスの際にも同様に行うことができる。

また、図８に示すように、ＡＬＤプロセスの際に、ガス供給系および排気系の制御を連動させることにより、１パルスのガス流量波形の制御と、処理空間Ｓの圧力波形の両方を最適化することができる。

これにより、ウエハＷ表面における１パルスあたりの原料ガス等の暴露量を高精度で制御することができ、成膜される膜の膜厚やステップカバレッジ等の膜特性のウエハ間ばらつきや、装置間ばらつきを抑制する効果を高めることができる。また、原料ガスや反応ガスの供給時の圧力を高い値に制御することができ、ステップカバレッジが良好な膜を安定的に形成することができる。さらに、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２の開度や載置台２の高さの制御を行うことによりガスの置換性を向上させることができ、ＡＬＤプロセスのサイクルタイムを短縮してスループットを高めることができる。

さらに、処理空間Ｓの圧力を検出する圧力センサ７が、シャワーヘッド３の中央の下部材３２を貫通して処理空間Ｓに至る筒状部材７２の下端部近傍に挿入されているので、処理空間Ｓ中心のウエハＷ近傍の圧力を検出できる。このため、ウエハＷ近傍の圧力を高精度でモニタすることができ、高精度で圧力を制御することができる。

さらにまた、ＡＬＤプロセスでは、０．０１～１秒程度の間隔で高速にＡＬＤバルブ（後段側バルブ５１ｅ，５２ｅ，５３ｅ，５４ｅ）を開閉する必要があり、また、それに対応してガス供給系の制御、例えばガス流量の波形制御を高速で行う必要がある。また、ガス供給と排気との連動制御では、ＡＬＤプロセスの際に、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２や載置台２をＡＬＤバルブの開閉に対応して高速で操作する必要がある。本実施形態では、これらのＡＬＤプロセスに必要な高速な動作を、ＭＣ４０１からＩ／Ｏモジュール４１３を経由する通常の制御系統とは別系統の高速コントローラであるＡＬＤプロセス制御部４１０で行う。このため、ＡＬＤプロセスに必要な高速動作に対応することができる。

なお、自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）６２の開閉や、昇降機構２４による載置台２の昇降は、ＡＬＤプロセス以外においても行われるが、その場合の制御については、ＭＣ４０１からＩ／Ｏモジュール４１３を経由する通常の制御系統で行うようにしてもよい。

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、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、添付の特許請求の範囲およ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。

例えば、上記実施形態では、原料ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを用い、反応ガスとして窒化ガスであるＮＨ_３ガスを用いてＴｉＮ膜を成膜する場合を中心に説明したが、これに限らず、原料ガスと反応ガスを用いたＡＬＤプロセスにより膜を成膜する場合であれば適用可能である。

また、図１に示した成膜装置は例示に過ぎず、図１とは異なる構造の枚様式の成膜装置であってもよく、また、複数の基板に対して一度に成膜するバッチ式の成膜装置であってもよい。

また、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されず、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等の他の基板であってもよい。

１；処理容器
２；載置台
３；シャワーヘッド
４；ガス導入部
５；ガス供給部
６；排気部
７；圧力センサ
１０；制御部
２４；昇降機構
２４ａ；ドライバー
５１；原料ガス供給部
５２；第１パージガス供給部
５３；反応ガス供給部
５４；第２パージガス供給部
５１ｃ、５２ｃ、５３ｃ、５４ｃ；前段側バルブ
５１ｄ、５２ｄ、５３ｄ、５４ｄ；貯留タンク
５１ｅ、５２ｅ、５３ｅ、５４ｅ；後段側バルブ
５１ｆ、５２ｆ、５３ｆ、５４ｆ；流量制御器
６２；自動圧力制御バルブ（ＡＰＣ）
１００；成膜装置
４０１；ＭＣ
４１０；ＡＬＤプロセス制御部
Ｓ；処理空間
Ｗ；ウエハ（基板）

Claims (24)

1. 基板上にＡＬＤプロセスにより膜を形成する成膜装置であって、
   基板を処理する処理空間を有する処理容器と、
   原料ガス、反応ガス、パージガスを含むガスを前記処理空間に供給するガス供給部と、
   前記処理空間を排気する排気部と、
   制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記原料ガスおよび前記反応ガスが、前記パージガスによる前記処理空間のパージを挟んでパルス状にシーケンシャルに供給されてＡＬＤプロセスが行われるように、少なくとも前記ガス供給部によるガス供給を制御するＡＬＤプロセス制御部を有し、
   前記ＡＬＤプロセス制御部は、パルス状に供給される前記原料ガスおよび／または前記反応ガスの１パルスのガス流量波形、および／または圧力波形が、設定波形に対応した形状の波形に制御されるように、前記ガス供給部によるガス供給を制御する、成膜装置。
2. 前記ＡＬＤプロセス制御部は、前記１パルスのガス流量波形をモニタし、モニタされた前記ガス流量波形正常な流量波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、前記ガス供給部に指令を与えてガス流量波形を修正する、請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記正常な流量波形は、正常と考えられるプロセスを実行したときの複数の流量波形を平均することにより取得した基準波形からのずれが許容範囲のものである、請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記ガス供給部は、各ガスを個別に供給するガス供給源と、前記ガス供給源に接続されたガス配管と、前記ガス配管に設けられた、ガスを貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクのガス供給上流側に設けられる前段バルブと、前記原料ガス配管の前記貯留タンクのガス供給下流側側に設けられる後段側バルブとを有し、
   前記貯留タンクと、前記前段側バルブと、前記後段側バルブとはガス流量を制御する流量制御器を構成する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記前段側バルブおよび／または後段側バルブは、開度可変式のバルブである、請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記前段側バルブおよび前記後段側バルブはピエゾ駆動バルブまたはモータ駆動バルブである、請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記前段側バルブが前記開度可変式バルブであり、
   前記流量制御器は、前記貯留タンクの圧力を測定する圧力計と、前記圧力計の圧力を取得し、前記前段側バルブの開度および前記後段側バルブの開閉を制御するバルブコントローラと、をさらに有し、
   前記バルブコントローラは、前記設定波形に基づく前記制御部からの指令により、前記後段側バルブを開いて前記原料ガスを前記処理空間に供給する際に、前記前段側バルブの開度を制御して、前記原料ガスの前記１パルスのガス流量波形を、前記設定波形に対応した形状の波形になるように制御する、請求項５または請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記成膜装置は、前記処理空間内の圧力を検出する圧力センサをさらに有し、前記ＡＬＤプロセス制御部は、前記圧力センサの検出値に基づいて、前記圧力波形を制御する、請求項１に記載の成膜装置。
9. 前記ＡＬＤプロセス制御部は、前記１パルスの圧力波形をモニタし、モニタされた前記圧力波形正常な圧力波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、前記ガス供給部に指令を与えて圧力波形を修正する、請求項８に記載の成膜装置。
10. 前記正常な圧力波形は、正常と考えられるプロセスを実行したときの複数の圧力波形を平均することにより取得した基準波形からのずれが許容範囲のものである、請求項９に記載の成膜装置。
11. 前記ＡＬＤプロセス制御部は、前記ガス供給部によるガスの供給タイミングを制御することにより前記処理空間の前記圧力波形を制御する、請求項１０に記載の成膜装置。
12. 前記ガス供給部は、各ガスを個別に供給するガス供給源と、前記ガス供給源に接続されたガス配管と、前記原料ガス配管に設けられた、ガスを貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクのガス供給上流側に設けられる前段バルブと、前記原料ガス配管の前記貯留タンクのガス供給下流側側に設けられる後段側バルブとを有し、
    前記前段側バルブおよび／または前記後段側バルブは、開度可変式のバルブであり、前記圧力センサの検出値に基づいて前記前段側バルブおよび／または前記後段側バルブの開度を調整することにより、前記圧力波形を制御する、請求項１０または請求項１１に記載の成膜装置。
13. 前記圧力センサの検出値に基づいて、前記処理空間へのガスの供給および前記処理空間からのガスの排出を制御することにより、前記処理空間の圧力を制御する、請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
14. 前記成膜装置は、
    前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
    前記載置台を昇降させる昇降機構と、
    前記載置台の上方に対向して設けられ、前記載置台に載置された基板に前記ガス供給部から供給されたガスを吐出するガス吐出部と、
    をさらに有し、
    前記排気部は、排気量を制御して前記処理空間の圧力を制御する自動圧力制御バルブを有し、
    前記ＡＬＤプロセス制御部は、前記原料ガスおよび前記反応ガスの供給前に、前記自動圧力制御バルブを閉じる動作、および前記昇降機構による前記載置台を上昇させる動作の少なくとも一方が行われるように制御し、前記原料ガスおよび前記反応ガスの供給後に、前記自動圧力制御バルブを開く動作、および前記昇降機構による前記載置台を下降させる動作の少なくとも一方が行われるように制御して、圧力制御を行う、請求項１３に記載の成膜装置。
15. 前記ガス吐出部には前記処理空間に至る凹部が形成され、前記圧力センサは前記凹部に挿入されて、前記基板近傍の圧力を検出する、請求項１０に記載の成膜装置。
16. 前記ＡＬＤプロセス制御部は、前記制御部のうち通常の制御を行う部分とは別系統の高速コントローラとして構成される、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の成膜装置。
17. 基板上にＡＬＤプロセスにより膜を形成する成膜方法であって、
    基板が配置された処理空間に対し、原料ガスおよび反応ガスを、パージガスによる前記処理空間のパージを挟んでパルス状にシーケンシャルに供給してＡＬＤプロセスを実施することと、
    パルス状に供給される前記原料ガスおよび／または前記反応ガスの１パルスのガス流量波形、および／または圧力波形が、設定波形に対応した形状の波形に制御されるように、ガス供給を制御することと、
    を有する、成膜方法。
18. 前記１パルスのガス流量波形をモニタし、モニタされた前記ガス流量波形が正常な流量波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、ガス流量波形を修正する、請求項１７に記載の成膜方法。
19. 前記正常な流量波形は、正常と考えられるプロセスを実行したときの複数の流量波形を平均することにより取得した基準波形からのずれが許容範囲のものである、請求項１８に記載の成膜方法。
20. 前記１パルスの圧力波形をモニタし、モニタされた前記圧力波形が正常な圧力波形から逸脱する兆候が見られた際、または逸脱した際に、圧力波形を修正する、請求項１７に記載の成膜方法。
21. 前記正常な圧力波形は、正常と考えられるプロセスを実行したときの複数の圧力波形を平均することにより取得した基準波形からのずれが許容範囲のものである、請求項２０に記載の成膜方法。
22. 前記原料ガスおよび／または前記反応ガスの供給タイミングを制御することにより前記処理空間の圧力波形を制御する、請求項１７に記載の成膜方法。
23. 処理空間内の圧力を検出する圧力センサの検出値に基づいて、前記原料ガスおよび／または前記反応ガスを供給するガス配管に設けられたバルブの開度を調整することにより、前記圧力波形を制御する、請求項１７に記載の成膜方法。
24. 前記圧力波形の制御は、処理空間内の圧力を検出する圧力センサの検出値に基づいて、前記処理空間へのガスの供給および前記処理空間からのガスの排出を制御することにより行われる、請求項１７に記載の成膜方法。

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