JP4117407B2 - Ｃｖｄ装置およびｃｖｄ装置による成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体及び固体金属化合物の蒸気或いは種々の半導体用特殊材料ガス等を半導体製造装置に供給する管路（インライン）の途中に設置可能で且つ各成分ごとのガス濃度或いは流量を測定し制御することのできる赤外線ガス分析計を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition 、以下ＣＶＤとする）装置及びこのＣＶＤ装置を用いた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置におけるシリコンウェ−ハ上への薄膜形成、酸化及びエッチング処理等の工程では半導体用特殊材料ガスを用いて所定の処理が行われる。各種の半導体用特殊材料ガス、例えばモノシラン（SiH4）、ホスフィン（PH3 ）、アルシン（AsH3）等は、ガスボンベに充填され所定の成分ガス及び各成分濃度を所定の流量で混合させてから半導体製造装置に供給される。このような半導体用特殊材料ガスの中には極めて有毒なもの、可燃性のもの等が使用されておりガス供給装置で混合成分濃度や流量が管理されている。
【０００３】
ガスボンベの半導体用特殊材料ガスの種類や濃度等を測定する手段を備えたガス供給装置としては、半導体製造装置やガスボンベ収納庫のガス配管系の一部にサンプリング用の配管を設け、図４に示すような短光路セルを有する赤外線ガス分析計を備えた装置がある。この赤外線ガス分析計はスペ−スセル４１をショ−トセル４２に嵌め入れて空間４３を形成しＯリング４４でシ−ルするように構成され、ショ−トセル４２に設けられた流入管４５よりガスを流入させ空間４３を通過させて排出管４６より排出させるように構成されている。そしてスペ−スセル４１の一方には光源が配置され、ショ−トセル４２側には検出器が配置され、前記空間４３を通過するガスの種類や濃度等を測定、分析する。この場合、スペ−スセル４２の空間４１ａには窒素ガス（Ｎ2 ）やアルゴンガス（Ａｒ）等のゼロガスが充填され、また、これらのスペ−スセル４１及びショ−トセル４２には赤外線を通すセル窓４７、４８がそれぞれ設けられている。
【０００４】
近年、次世代の超高集積メモリデバイスとして強誘電体薄膜や高誘電率常誘電体膜が用いられるようになり、その成膜法として、スパッタ法、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metalorganic Decomposition）法、ＣＶＤ法等があるが、堆積速度が早い、ダメ−ジが少ない、組成制御が容易である、等の点から特にＣＶＤ法の一種であるＭＯＣＶＤ法が注目されている。
このＣＶＤ法は有機金属原料ガスを基板に吹き付け、基板上で化学反応させ薄膜を形成する方法であって、装置構成は出発原料である液体及び固体の金属化合物をステンレス製容器などに封入し、これを恒温槽等により一定温度に保持して蒸気ガスを発生させ、該蒸気ガスを不活性ガス等のキャリヤガスで反応室に供給する方式が用いられる。この場合、キャリヤガスの流量はマスフロ−コントロ−ラにより制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスボンベの半導体用特殊材料ガスの種類や濃度等を測定する従来の赤外線ガス分析計を備えたガス供給装置では、短光路セルはガス供給管路に直接配置されるものではなく、配管系にバイパス管路を設けて配置されるものであって、安全上及びモニタ−項目（成分、濃度、流量等）のチェック機構が不完全である。即ち、シ−ル部分に関しては接着及びゴムＯリングが用いられているため気密性が低く、また、検出器自体へのガスリ−クに関する検知機構が無いためリ−クが生じた場合検出器周囲へガスが流出し、また流出した場合対処できないという欠点を有している。更に、従来の装置ではガス流路に『溜まり部分』ができるためパ−ジ操作や無害化処理が必要となり事後処理が煩雑であるという問題がある。
【０００６】
また、ＣＶＤ装置によりＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）強誘電体薄膜などの複合金属酸化物を作製する場合、その組成比を化学量論組成にするために、各々の出発原料からの蒸気ガス量を制御する方法として、各出発原料容器の温度とキャリヤガス流量を適当に選択することにより行っている。
しかしながら、有機金属である液体及び固体の多くの出発原料はその蒸気圧の安定性に問題があり、安定した蒸気ガスを再現性よく反応室に送り込むことが困難である。また、容器内に封入した原料の量の確認は容器内を観察することができないため薄膜等を作製後、組成分析、膜厚測定等を行って調べなければならない。更に、液体原料はバブリング等を行っていることが多く、この場合、液量が減少していくことにより蒸気ガス量が変化してしまうという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記する課題に着目してなされたものであり、ガス流量と容器温度を制御することにより蒸気ガス量を任意に制御することが可能でＰＬＺＴ或いはＰＺＴ等複合金属酸化物等の多元素化合物の組成比を安定的に再現し、且つ精度よく成膜することのできるＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
更に、この発明は、気密性が高くガス供給管路（インライン）途中に設置してガス成分、濃度、流量等を計測することが可能であり、若しガス成分、濃度、流量等に異常が生じたり、検出器内部へガスリ−クが生じても直ちにこれを検出して異常事態を回避することが可能な製作コストも比較的安い赤外線ガス分析計を用いたＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は上記する課題を解決するために、請求項１に記載の発明のＣＶＤ装置は、薄膜形成用基板を設置する反応室（２１）と、該反応室と管路で連結されたガス混合室（２２）と、成膜用原料物質を充填し前記混合室（２２）に管路で連結された容器を収容した恒温槽（２６、２７、２８）と、該ガス混合室（２２）と前記各恒温槽（２６、２７、２８）に収容された原料物質を充填した容器（２３、２４、２５）を連結する管路に設置され、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源（７）又は検出器（８）を配置する空間を設けた筒体（２、３）端部に設けた前記セル窓と光源又は検出器を配置する空間との間にガスリ−ク検知用空間（２ｄ、３ｄ）を設けて、リ−ク時の信号の異常な増大を検出する手段を設けてなる赤外線ガス分析計（２０）と、前記混合室及び成膜用原料物質を充填した容器に不活性ガスのキャリヤガスを供給するガス供給装置と、前記混合室とガス供給装置の管路途中及び前記原料物質を充填した各容器とガス供給装置との管路途中に設置されたマスフロ−コントロ−ラ（２９）と、前記赤外線ガス分析計（２０）からのガス成分毎の濃度或いは前記各マスフロ−コントロ−ラからの流量の検出信号により前記恒温槽（２６、２７、２８）の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラ（２９）のガス流量を制御し、蒸気ガス流量比を制御する制御装置（３０）と，を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記赤外線ガス分析計（２０）は、セルブロック（１）にガス流路（１ａ）を設けると共に該ガス流路に対して直角或いは所定角度両方向より穴（１ｂ、１ｃ）を貫通穿設し、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源（７）又は検出器（８）を配置する空間（２ｃ、３ｃ）を設けた筒体（２、３）を、ガス流路（１ａ）にて前記セル窓が所定測定セル長を有して対向するよう前記穴の両側より嵌め入れ、前記筒体内の赤外線光源又は赤外線検出器用のリ−ド線をハ−メチックシ−ルして通した押さえ板で前記赤外線光源又は赤外線検出器用の空間（２ｄ、３ｄ）を密封してなる赤外線ガス分析計であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、赤外線ガス分析計として、前記筒体（２、３）のセル 窓（１２、１３）とは反対側の端部にフランジ（２ａ、３ａ）を形成すると共に赤外線光源又は赤外線検出器用の空間（２ｄ、３ｄ）を密封する押さえ板を該フランジに固定し、該フランジをメカニカルＯリングでシ−ルしセルブロック（１）に固定してなる赤外線ガス分析計を用いてあることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、ＣＶＤ装置による成膜方法が、薄膜形成用基板を設置する反応室（２１）と、該反応室と管路で連結されたガス混合室（２２）と、成膜用原料物質を充填し前記混合室（２２）に管路で連結された容器（２３、２４、２５）を収容した恒温槽（２６、２７、２８）と、該ガス混合室（２２）と前記各恒温槽に収容された原料物質を充填した容器を連結する管路に設置され、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源（７）又は検出器（８）を配置する空間を設けた筒体（２、３）端部に設けた前記セル窓と光源又は検出器を配置する空間との間にガスリ−ク検知用空間（２ｄ、３ｄ）を設けて、リ−ク時の信号の異常な増大を検出する手段を設けてなる赤外線ガス分析計（２０）と、前記混合室及び成膜用原料物質を充填した容器に不活性ガスのキャリヤガスを供給するガス供給装置と、前記混合室とガス供給装置の管路途中及び前記原料物質を充填した各容器とガス供給装置との管路途中に設置されたマスフロ−コントロ−ラ（２９）と、前記赤外線ガス分析計（２０）からのガス成分毎の濃度或いは前記各マスフロ−コントロ−ラ（２９）からの流量の検出信号により前記恒温槽の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラ（２９）のガス流量を制御し、蒸気ガス流量比を任意に自動で制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記赤外線ガス分析計（２０）は、セルブロック（１）にガス流路（１ａ）を設けると共に該ガス流路（１ａ）に対して直角或いは所定角度両方向より穴（１ｂ、１ｃ）を貫通穿設し、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源又は検出器を配置する空間を設けた筒体（２、３）を、ガス流路にて前記セル窓が所定測定セル長を有して対向するよう前記穴の両側より嵌め入れ、前記筒体内の赤外線光源又は赤外線検出器用のリ−ド線をハ−メチックシ−ルして通した押さえ板で前記赤外線光源又は赤外線検出器用の空間を密封してなる赤外線ガス分析計であることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、請求項６に記載の発明は、赤外線ガス分析計として、前記筒体（２、３）のセル窓（１２、１３）とは反対側の端部にフランジ（２ａ、３ａ）を形成すると共に赤外線光源又は赤外線検出器用の空間（２ｄ、３ｄ）を密封する押さえ板（５、６）を該フランジに固定し、該フランジをメカニカルＯリングでシ−ルしセルブロックに固定してなる赤外線ガス分析計を用いてあることを特徴とするものである。
【００１４】
ＣＶＤ装置またはＣＶＤ装置による成膜方法を上記手段とすると、強誘電体薄膜作製に際し、反応室内へ出発原料の蒸気ガスの量を安定的に供給することができる。これにより特性の揃った強誘電体薄膜を再現性よく形成することが可能となる。また、ＣＶＤ装置またはＣＶＤ装置による成膜方法に用いる赤外線ガス分析計を上記手段とすると、気密性を高くすることができるので実際にガスを供給する管路にインラインガスモニタとして設置することが可能となる。この赤外線ガス分析計は、例えば半導体用ガス供給装置用の制御装置に接続して測定し分析した情報を送信し、異常が生じた場合直ちに半導体用ガス供給装置からのガス供給を停止するために用いることができる。特に、請求項４の手段とした赤外線ガス分析計とすると、この赤外線ガス分析計自身にガスのリ−クが生じた場合もこれを感知してガス供給を停止することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明のＣＶＤ装置の構成を示す図であって、特にＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）、以下単にＰＬＺＴとする）強誘電体薄膜を作製する場合を示す図である。但し、この図はＬａ＝０の場合、即ちＰＺＴを作製する場合の図であり、ＰＬＺＴの場合図示しないが、更にＬａ供給のための容器と恒温槽及び配管が必要となる。
このＣＶＤ装置は、基板を設置する反応室２１と、ガス混合室２２と、後述する原料物質を充填した容器２３，２４，２５を収容した恒温槽２６，２７，２８と、前記反応室２１とガス混合室２２とを連結する管路３１と、該ガス混合室２２と前記或いは後述する原料物質を充填した容器２３，２４，２５とを連結する管路３２，３３，３４と、キャリヤガスのアルゴン等不活性気体を充填した図示しないガス供給装置のボンベと、前記原料物質を充填した容器２３，２４，２５とキャリヤガスの不活性ガス例えばアルゴンを充填したガス供給装置のボンベとを連結した管路３５，３６，３７と、前記各管路３２，３３，３４に設置された赤外線ガス分析計２０と、前記各管路３５，３６，３７及び前記ガス混合室２２とキャリヤガスの不活性ガス例えばアルゴンを充填した図示しないボンベとを連結した管路３８及び該管路３８に設置したマスフロ−コントロ−ラ２９と、前記赤外線ガス分析計２０でガスの成分毎の濃度或いはマスフロ−コントロ−ラで流量を検出し、前記恒温室２６，２７，２８の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラ２９のガス流量等を制御する制御装置（コンピュ−タ）３０と，で構成されている。
【００１６】
前記反応室２１には、例えば、ＭｇＯ基板或いはＭｇＯに白金を配向させて作成した基板等が配置される。前記恒温槽２６内の容器２３にはＰｂとして〔Ｐｂ（Ｃ2 Ｈ5 ）4 〕（液体）やＰｂ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 （固体）或いは（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＰｂＯＣＨ2 Ｃ（ＣＨ3 ）5 （液体）が充填され、前記恒温槽２７内の容器２４にはＺｒとして〔Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 〕（液体）或いはＺｒ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）4 （固体）が充填され、恒温槽２８内の容器２５にはＴｉとしてテトライソプロポキシチタン〔Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 〕（液体）或いはＴｉ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 （Ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2 （固体）が充填されている。尚、ＰＬＺＴの場合、図１の配管に更にＬａとして図示しない容器に〔Ｌａ（ｉ−Ｃ3 Ｈ7 Ｃ5 Ｈ4 ）3 〕（液体）或いはＬａ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）3 （固体）が充填されてＡｒ等の不活性ガスによりガス混合室２２へ供給される。
出発原料をこれら液体或いは固体の有機金属の中から適当に選択して各容器に封入し、制御装置３０により各恒温槽（２６，２７，２８）内を所定の一定温度となるように制御すると共に、赤外線ガス分析計によりその成分、濃度、流量を検出し、各マスフロ−コントロ−ラ２９によりキャリヤガスの流量を所定の流量となるように制御する。
【００１７】
次に、上記構成としたＣＶＤ装置の配管途中に設置した赤外線ガス分析計２０の構成について詳細に説明する。
図２は、前記配管（３２，３３，３４）途中に設置された赤外線ガス分析計２０の構成の詳細を示す断面図、図３は図２の赤外線ガス分析計の中央部の拡大図である。
セルブロック１にはガスボンベ等から供給されるガスの流通するガス流路１ａが設けられ両側には図示しない配管継手等を連結できるよう雌ねじ部が設けられている。そして該セルブロック１の中央部には流路１ａに対して所定角度（直角）方向から該流路１ａに達する穴１ｂ、１ｃが貫通穿設され、これらの穴にはそれぞれフランジ２ａ及び３ａを備えた筒体２及び３が嵌め込まれ、これらのフランジ部２ａ、３ａはボルト４によりセルブロック１にねじ止めされて固定されるが、この場合後述するこれらの筒体２、３の空間２ｇ、３ｇを密封する押さえ板５、６と共に固定される。これらのフランジ２ａ、３ａを備えた筒体２及び３は同一形状、寸法に製作しても良い。尚、フランジ２ａ、３ａを設けることなく筒体２、３に直接押さえ板５、６をセルブロック１に固定して空間２ｃ、３ｃを密封するようにしても良い。
【００１８】
前記筒体２及び３の先端部の前記流路１ａに面する側には、図３に示すように、それぞれ段部２ｂ、３ｂを形成した穴２ｃ、３ｃと該段部２ｂ、３ｂに連続したリ−ク検知用空間２ｄ、３ｄが形成されている。更に、これらのリ−ク検知用空間２ｄ、３ｄに続いて光源７や検出器８等を配置する空間２ｅ、３ｅが形成されるが、該空間２ｅ、３ｅの途中には段部２ｆ、３ｆが形成されている。
【００１９】
前記筒体２、３の先端部に設けた段付の穴２ｃ、３ｃにはセル窓１２及び１３が固着される。これらのセル窓１２及び１３は赤外線を透過させる結晶材料、例えばフッ化カルシウム、フッ化リチウム、二酸化珪素、サファイヤ等が用いられる。これらの筒体２、３の端部に設けるセル窓１２、１３は金属スパッタリングにより固着して取り付けられ、セルブロック１に設けた流路１ａに対向して配置される。この場合、所定のセル長ｄをもって対向配置される。
また、前記セルブロック１とフランジ２ａとの間、及びセルブロック１とフランジ３ａとの間はそれぞれメカニカルＯリング９、９でシ−ルされ、更に、光源７を配置する空間２ｅにおいて該光源７を覆うキャップ７ａと段部２ｆの間、検出器８を配置する空間３ｅにおいて該検出器８を覆うキャップ８ａと段部３ｆの間はメカニカルＯリング１０、１０でシ−ルされる。このようにセルブロック１の流路１ａと、光源７や検出器８を配置する筒体２、３の内部空間２ｇ及び３ｇとは、セル窓１２、１３が金属スパッタリングにより取り付けられるので二重シ−ル構造となり有毒ガス或いは爆発の危険性のあるガスが筒体２、３の光源７や検出器８を配置した内部空間や外部へ漏洩しないようなタイトな構造となる。
【００２０】
前記一方の筒体２の空間２ｅには赤外線光源７が配置され、他方の筒体３の空間３ｅには赤外線検出器８が配置されるが、上記するようにこれらの筒体２、３は全く同一形状、寸法に製作しても良いので一方の側に赤外線光源７を配置し他方の側に赤外線検出器８を配置するようにすれば良い。尚、赤外線検出器８を配置する側の筒体３の空間３ｇ内には測定ガスの吸収特性に合致した波長を持つ干渉フィルタ（図示省略）が取り付けられる。また、図示しないが、前記赤外線検出器８で検出された信号は増幅して例えばガス供給制禦装置や警報装置へ送信される。
【００２１】
前記筒体２の空間２ｇに配置される光源用のリ−ド線１１は、該筒体２上部のフランジ２ａに固定する押さえ板５を通すが、該押さえ板５とリ−ド線１１との間は融着ガラスで封止（ハ−メチックシ−ル）することにより気密性を高くしてある。同様に、赤外線検出器用のリ−ド線１４は他方の筒体３のフランジ３ａに固定する押さえ板６を通すが、該押さえ板６と該リ−ド線１４との間もハ−メチックシ−ルしてある。
このように、光源７を配置する筒体２の内部空間２ｇや検出器８を配置する筒体３の内部空間３ｇ内部は、セル窓１２、１３のスパッタリングによる固着、セルブロック１とフランジ２ａ、３ａの間のメカニカルＯリング９，９及び筒体２とキャップ７ａ、８ａとの間のメカニカルＯリング１０，１０、更に押さえ板５、６とリ−ド線１１、１４等との間のハ−メチックシ−ル等の二重シ−ル構造により耐圧性が９８０ＫＰａ、リ−ク規格１×１０-11 ａｔｍｃｃ／ｓｅｃ以下とすることができる。
【００２２】
次に、前記一方の筒体３の先端部の前記セル窓１３と赤外線検出器８との間に設けたガスリ−ク検知用空間３ｄと該赤外線検出器８（キャップ８ａ）との間隔は、図３に示すように、例えば赤外線検出器８から１ｍｍ程度としてある（他方の筒体２側に設けたガスリ−ク検知用空間２ｄと光源７（キャップ７ａ）との間の間隔も同様）。
このガスリ−ク検知用空間３ｄは測定セル長ｄに比べて１：１以上の空間距離とすることにより通常の測定信号が２倍以上となり、ガスリ−ク時の検知信号を増大させることができる。即ち、筒体３にガスリ−ク検知用空間３ｄを設けることにより、若しガス流路１ａからセル窓１３の隙間から検出器８側の空間３ｅへガスが漏れてきた場合、みかけのセル長が増加すると共に出力信号が増大するので即座にガスのリ−クを検知することができる（但し、必ずしもガスリ−ク検知用空間３ｄは測定セル長ｄに比べて１：１以上とする必要はない）。
【００２３】
また、前記セル窓１２とセル窓１３との間の『測定セル長ｄ』を変更する場合には、図２に示すように、筒体２、３に設けたフランジ２ａ、３ａの厚さＴ1 、Ｔ2 を変更すれば良い。即ち、測定セル長ｄを短くする場合にはフランジ２ａ、３ａの厚さＴ1 、Ｔ2 を短くし、逆に長くする場合にはフランジ２ａ、３ａの厚さＴ1 、Ｔ2 を長くすれば良い（ただし、筒体２とフランジ２ａとの全体の高さＬ1 、筒体３とフランジ３ａとの全体の高さＬ2 を一定とした場合である）。
尚、前記セルブロック１の穴１ｂ、１ｃには雌ねじを形成すると共に前記筒体２、３の外周回りには雄ねじを形成し、ねじによる嵌め合いとしても良い。この場合、ねじの嵌め合い長さを調整することにより測定セル長ｄを調整することができる。
【００２４】
前記赤外線ガス分析計２０の構成は以上のようであり、気密性を高くすることができるので実際にガスを供給する管路にインラインガスモニタとして設置することが可能である。即ち、図１に示す構成としたＣＶＤ装置において、蒸気ガスはそのガス特有の赤外線吸収スペクトルを有しているので、各管路に設置した赤外線ガス分析計２０でガス成分の種類や濃度或いは流量等を同時に計測しモニタすることができる。そして成膜中は各配管途中に設置された各赤外線ガス分析計２０で蒸気ガス濃度を把握し各マスフロ−コントロ−ラ２９でガス流量を制御する。こうして常に安定した蒸気ガス量を制御することができる。
【００２５】
また、上記構成としたＣＶＤ装置では、任意の組成比の成膜を行う場合、その組成比に見合った蒸気ガス量比になるよう、各配管途中に設置した赤外線ガス分析計２０で測定したガス濃度をもとに、各マスフロ−コントロ−ラ２９によるガス流量と容器（２３，２４，２５）を収容した恒温槽（２６，２７，２８）の温度を制御し、蒸気ガス量比を精度よく制御することができる。そしてこれら制御により反応室２１内における成膜条件（濃度、蒸気圧、温度、流量比等）を瞬時に選定することができると共に、形成される薄膜の組成比の制御性を飛躍的に向上させることができる。更に、成膜中、配管途中に設置された赤外線ガス分析計２０でガス濃度の急激な減少を検出することにより各容器（２３，２４，２５）内の原料の有無を調べることが可能となる。或いは、赤外線ガス分析計２０でガス濃度の急激な増減を検出することによりマスフロ−コントロ−ラ２９の異常や赤外線ガス分析計２０自体内部のガス漏れ等配管上生じる異常を検出し、ガスの供給を停止することもできる。
【００２６】
この発明の実施例においては、原料蒸気ガス或いは半導体用特殊材料ガスが赤外線に吸収帯を有する領域の検出器を備えた赤外線ガス分析計を用いたＣＶＤ装置で説明したが、この実施例で示した赤外線ガス分析計は他の構成の赤外線ガス分析計であってもよく、更にＣＶＤ装置は、薄膜堆積装置とした実施例で説明したが、これに限らず粉体製造装置等としても利用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明のＣＶＤ装置によれば、配管途中に設置された赤外線ガス分析計によりガス濃度を測定し、ガス流量と容器温度を制御することにより蒸気ガス量や半導体用特殊材料ガス量を任意に制御することができる。更に、形成される薄膜の複合金属酸化物等の多元素化合物の組成比を安定させ且つ再現性よく作成することができる。また、任意の組成比の成膜を行う場合、配管途中に設置された赤外線ガス分析計によるガス濃度をもとに、組成比に見合った蒸気ガス量となるよう、マスフロ−コントロ−ラと恒温槽を制御し、瞬時にキヤリャガス流量及び容器温度条件を選定することができ且つ精度よく成膜を行うことができる。
【００２８】
更にまた、配管途中の赤外線ガス分析計でガス濃度を測定することにより、容器内の原料量を調べることができるだけでなく、蒸気ガスや半導体用特殊材料ガス成分が予め定めた通りの成分や濃度や流量かどうかを常に監視するために用いることができる。そして異常が生じた場合にはこれを感知し光源電流を遮断したり、ガス供給装置を停止させたり、警報装置を作動させることができる。
また、赤外線ガス分析計の筒体等の一部構成要素は同一形状、寸法に製作することができるので製作コストも低減することができる。更に、この発明のＣＶＤ装置で用いた赤外線ガス分析計によれば、気密性を高くしたガスリ−ク防止機構を有するＣＶＤ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明のＣＶＤ装置を構成する赤外線ガス分析計の実施例を示すものであって、該赤外線ガス分析計の構成の詳細を示す断面図である。
【図３】 この発明のＣＶＤ装置を構成する赤外線ガス分析計の実施例を示すものであって、図２に示す赤外線ガス分析計の中央部の一部拡大図である。
【図４】 従来の赤外線ガス分析計の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 赤外線ガス分析計
１ セルブロック
１ａ 流路
２、３ 筒体
２ｄ、３ｄ ガスリ−ク検知用空間
５、６ 押さえ板
７ 光源
８ 検出器
９、１０ メカニカルＯリング
１１、１４ リ−ド線
１２、１３ セル窓
２１ 反応室
２２ 混合室
２３、２４、２５ 原料容器
２６、２７、２８ 恒温槽
２９ マスフロ−コントロ−ラ
３０ 制御装置
３１乃至３８ 管路
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体及び固体金属化合物の蒸気或いは種々の半導体用特殊材料ガス等を半導体製造装置に供給する管路（インライン）の途中に設置可能で且つ各成分ごとのガス濃度或いは流量を測定し制御することのできる赤外線ガス分析計を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition 、以下ＣＶＤとする）装置及びこのＣＶＤ装置を用いた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置におけるシリコンウェ−ハ上への薄膜形成、酸化及びエッチング処理等の工程では半導体用特殊材料ガスを用いて所定の処理が行われる。各種の半導体用特殊材料ガス、例えばモノシラン（SiH4）、ホスフィン（PH3 ）、アルシン（AsH3）等は、ガスボンベに充填され所定の成分ガス及び各成分濃度を所定の流量で混合させてから半導体製造装置に供給される。このような半導体用特殊材料ガスの中には極めて有毒なもの、可燃性のもの等が使用されておりガス供給装置で混合成分濃度や流量が管理されている。
【０００３】
ガスボンベの半導体用特殊材料ガスの種類や濃度等を測定する手段を備えたガス供給装置としては、半導体製造装置やガスボンベ収納庫のガス配管系の一部にサンプリング用の配管を設け、図４に示すような短光路セルを有する赤外線ガス分析計を備えた装置がある。この赤外線ガス分析計はスペ−スセル４１をショ−トセル４２に嵌め入れて空間４３を形成しＯリング４４でシ−ルするように構成され、ショ−トセル４２に設けられた流入管４５よりガスを流入させ空間４３を通過させて排出管４６より排出させるように構成されている。そしてスペ−スセル４１の一方には光源が配置され、ショ−トセル４２側には検出器が配置され、前記空間４３を通過するガスの種類や濃度等を測定、分析する。この場合、スペ−スセル４２の空間４１ａには窒素ガス（Ｎ2 ）やアルゴンガス（Ａｒ）等のゼロガスが充填され、また、これらのスペ−スセル４１及びショ−トセル４２には赤外線を通すセル窓４７、４８がそれぞれ設けられている。
【０００４】
近年、次世代の超高集積メモリデバイスとして強誘電体薄膜や高誘電率常誘電体膜が用いられるようになり、その成膜法として、スパッタ法、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metalorganic Decomposition）法、ＣＶＤ法等があるが、堆積速度が早い、ダメ−ジが少ない、組成制御が容易である、等の点から特にＣＶＤ法の一種であるＭＯＣＶＤ法が注目されている。
このＣＶＤ法は有機金属原料ガスを基板に吹き付け、基板上で化学反応させ薄膜を形成する方法であって、装置構成は出発原料である液体及び固体の金属化合物をステンレス製容器などに封入し、これを恒温槽等により一定温度に保持して蒸気ガスを発生させ、該蒸気ガスを不活性ガス等のキャリヤガスで反応室に供給する方式が用いられる。この場合、キャリヤガスの流量はマスフロ−コントロ−ラにより制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスボンベの半導体用特殊材料ガスの種類や濃度等を測定する従来の赤外線ガス分析計を備えたガス供給装置では、短光路セルはガス供給管路に直接配置されるものではなく、配管系にバイパス管路を設けて配置されるものであって、安全上及びモニタ−項目（成分、濃度、流量等）のチェック機構が不完全である。即ち、シ−ル部分に関しては接着及びゴムＯリングが用いられているため気密性が低く、また、検出器自体へのガスリ−クに関する検知機構が無いためリ−クが生じた場合検出器周囲へガスが流出し、また流出した場合対処できないという欠点を有している。更に、従来の装置ではガス流路に『溜まり部分』ができるためパ−ジ操作や無害化処理が必要となり事後処理が煩雑であるという問題がある。
【０００６】
また、ＣＶＤ装置によりＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）強誘電体薄膜などの複合金属酸化物を作製する場合、その組成比を化学量論組成にするために、各々の出発原料からの蒸気ガス量を制御する方法として、各出発原料容器の温度とキャリヤガス流量を適当に選択することにより行っている。
しかしながら、有機金属である液体及び固体の多くの出発原料はその蒸気圧の安定性に問題があり、安定した蒸気ガスを再現性よく反応室に送り込むことが困難である。また、容器内に封入した原料の量の確認は容器内を観察することができないため薄膜等を作製後、組成分析、膜厚測定等を行って調べなければならない。更に、液体原料はバブリング等を行っていることが多く、この場合、液量が減少していくことにより蒸気ガス量が変化してしまうという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記する課題に着目してなされたものであり、ガス流量と容器温度を制御することにより蒸気ガス量を任意に制御することが可能でＰＬＺＴ或いはＰＺＴ等複合金属酸化物等の多元素化合物の組成比を安定的に再現し、且つ精度よく成膜することのできるＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
更に、この発明は、気密性が高くガス供給管路（インライン）途中に設置してガス成分、濃度、流量等を計測することが可能であり、若しガス成分、濃度、流量等に異常が生じたり、検出器内部へガスリ−クが生じても直ちにこれを検出して異常事態を回避することが可能な製作コストも比較的安い赤外線ガス分析計を用いたＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は上記する課題を解決するために、請求項１に記載の発明のＣＶＤ装置は、薄膜形成用基板を設置する反応室（２１）と、該反応室と管路で連結されたガス混合室（２２）と、成膜用原料物質を充填し前記混合室（２２）に管路で連結された容器を収容した恒温槽（２６、２７、２８）と、該ガス混合室（２２）と前記各恒温槽（２６、２７、２８）に収容された原料物質を充填した容器（２３、２４、２５）を連結する管路に設置され、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源（７）又は検出器（８）を配置する空間を設けた筒体（２、３）端部に設けた前記セル窓と光源又は検出器を配置する空間との間にガスリ−ク検知用空間（２ｄ、３ｄ）を設けて、リ−ク時の信号の異常な増大を検出する手段を設けてなる赤外線ガス分析計（２０）と、前記混合室及び成膜用原料物質を充填した容器に不活性ガスのキャリヤガスを供給するガス供給装置と、前記混合室とガス供給装置の管路途中及び前記原料物質を充填した各容器とガス供給装置との管路途中に設置されたマスフロ−コントロ−ラ（２９）と、前記赤外線ガス分析計（２０）からのガス成分毎の濃度或いは前記各マスフロ−コントロ−ラからの流量の検出信号により前記恒温槽（２６、２７、２８）の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラ（２９）のガス流量を制御し、蒸気ガス流量比を制御する制御装置（３０）と，を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記赤外線ガス分析計（２０）は、セルブロック（１）にガス流路（１ａ）を設けると共に該ガス流路に対して直角或いは所定角度両方向より穴（１ｂ、１ｃ）を貫通穿設し、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源（７）又は検出器（８）を配置する空間（２ｃ、３ｃ）を設けた筒体（２、３）を、ガス流路（１ａ）にて前記セル窓が所定測定セル長を有して対向するよう前記穴の両側より嵌め入れ、前記筒体内の赤外線光源又は赤外線検出器用のリ−ド線をハ−メチックシ−ルして通した押さえ板で前記赤外線光源又は赤外線検出器用の空間（２ｄ、３ｄ）を密封してなる赤外線ガス分析計であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、赤外線ガス分析計として、前記筒体（２、３）のセル 窓（１２、１３）とは反対側の端部にフランジ（２ａ、３ａ）を形成すると共に赤外線光源又は赤外線検出器用の空間（２ｄ、３ｄ）を密封する押さえ板を該フランジに固定し、該フランジをメカニカルＯリングでシ−ルしセルブロック（１）に固定してなる赤外線ガス分析計を用いてあることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、ＣＶＤ装置による成膜方法が、薄膜形成用基板を設置する反応室（２１）と、該反応室と管路で連結されたガス混合室（２２）と、成膜用原料物質を充填し前記混合室（２２）に管路で連結された容器（２３、２４、２５）を収容した恒温槽（２６、２７、２８）と、該ガス混合室（２２）と前記各恒温槽に収容された原料物質を充填した容器を連結する管路に設置され、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源（７）又は検出器（８）を配置する空間を設けた筒体（２、３）端部に設けた前記セル窓と光源又は検出器を配置する空間との間にガスリ−ク検知用空間（２ｄ、３ｄ）を設けて、リ−ク時の信号の異常な増大を検出する手段を設けてなる赤外線ガス分析計（２０）と、前記混合室及び成膜用原料物質を充填した容器に不活性ガスのキャリヤガスを供給するガス供給装置と、前記混合室とガス供給装置の管路途中及び前記原料物質を充填した各容器とガス供給装置との管路途中に設置されたマスフロ−コントロ−ラ（２９）と、前記赤外線ガス分析計（２０）からのガス成分毎の濃度或いは前記各マスフロ−コントロ−ラ（２９）からの流量の検出信号により前記恒温槽の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラ（２９）のガス流量を制御し、蒸気ガス流量比を任意に自動で制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記赤外線ガス分析計（２０）は、セルブロック（１）にガス流路（１ａ）を設けると共に該ガス流路（１ａ）に対して直角或いは所定角度両方向より穴（１ｂ、１ｃ）を貫通穿設し、端部にセル窓（１２、１３）を固着し該セル窓内側に光源又は検出器を配置する空間を設けた筒体（２、３）を、ガス流路にて前記セル窓が所定測定セル長を有して対向するよう前記穴の両側より嵌め入れ、前記筒体内の赤外線光源又は赤外線検出器用のリ−ド線をハ−メチックシ−ルして通した押さえ板で前記赤外線光源又は赤外線検出器用の空間を密封してなる赤外線ガス分析計であることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、請求項６に記載の発明は、赤外線ガス分析計として、前記筒体（２、３）のセル窓（１２、１３）とは反対側の端部にフランジ（２ａ、３ａ）を形成すると共に赤外線光源又は赤外線検出器用の空間（２ｄ、３ｄ）を密封する押さえ板（５、６）を該フランジに固定し、該フランジをメカニカルＯリングでシ−ルしセルブロックに固定してなる赤外線ガス分析計を用いてあることを特徴とするものである。
【００１４】
ＣＶＤ装置またはＣＶＤ装置による成膜方法を上記手段とすると、強誘電体薄膜作製に際し、反応室内へ出発原料の蒸気ガスの量を安定的に供給することができる。これにより特性の揃った強誘電体薄膜を再現性よく形成することが可能となる。また、ＣＶＤ装置またはＣＶＤ装置による成膜方法に用いる赤外線ガス分析計を上記手段とすると、気密性を高くすることができるので実際にガスを供給する管路にインラインガスモニタとして設置することが可能となる。この赤外線ガス分析計は、例えば半導体用ガス供給装置用の制御装置に接続して測定し分析した情報を送信し、異常が生じた場合直ちに半導体用ガス供給装置からのガス供給を停止するために用いることができる。特に、請求項４の手段とした赤外線ガス分析計とすると、この赤外線ガス分析計自身にガスのリ−クが生じた場合もこれを感知してガス供給を停止することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明のＣＶＤ装置の構成を示す図であって、特にＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）、以下単にＰＬＺＴとする）強誘電体薄膜を作製する場合を示す図である。但し、この図はＬａ＝０の場合、即ちＰＺＴを作製する場合の図であり、ＰＬＺＴの場合図示しないが、更にＬａ供給のための容器と恒温槽及び配管が必要となる。
このＣＶＤ装置は、基板を設置する反応室２１と、ガス混合室２２と、後述する原料物質を充填した容器２３，２４，２５を収容した恒温槽２６，２７，２８と、前記反応室２１とガス混合室２２とを連結する管路３１と、該ガス混合室２２と前記或いは後述する原料物質を充填した容器２３，２４，２５とを連結する管路３２，３３，３４と、キャリヤガスのアルゴン等不活性気体を充填した図示しないガス供給装置のボンベと、前記原料物質を充填した容器２３，２４，２５とキャリヤガスの不活性ガス例えばアルゴンを充填したガス供給装置のボンベとを連結した管路３５，３６，３７と、前記各管路３２，３３，３４に設置された赤外線ガス分析計２０と、前記各管路３５，３６，３７及び前記ガス混合室２２とキャリヤガスの不活性ガス例えばアルゴンを充填した図示しないボンベとを連結した管路３８及び該管路３８に設置したマスフロ−コントロ−ラ２９と、前記赤外線ガス分析計２０でガスの成分毎の濃度或いはマスフロ−コントロ−ラで流量を検出し、前記恒温室２６，２７，２８の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラ２９のガス流量等を制御する制御装置（コンピュ−タ）３０と，で構成されている。
【００１６】
前記反応室２１には、例えば、ＭｇＯ基板或いはＭｇＯに白金を配向させて作成した基板等が配置される。前記恒温槽２６内の容器２３にはＰｂとして〔Ｐｂ（Ｃ2 Ｈ5 ）4 〕（液体）やＰｂ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 （固体）或いは（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＰｂＯＣＨ2 Ｃ（ＣＨ3 ）5 （液体）が充填され、前記恒温槽２７内の容器２４にはＺｒとして〔Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 〕（液体）或いはＺｒ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）4 （固体）が充填され、恒温槽２８内の容器２５にはＴｉとしてテトライソプロポキシチタン〔Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 〕（液体）或いはＴｉ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 （Ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2 （固体）が充填されている。尚、ＰＬＺＴの場合、図１の配管に更にＬａとして図示しない容器に〔Ｌａ（ｉ−Ｃ3 Ｈ7 Ｃ5 Ｈ4 ）3 〕（液体）或いはＬａ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）3 （固体）が充填されてＡｒ等の不活性ガスによりガス混合室２２へ供給される。
出発原料をこれら液体或いは固体の有機金属の中から適当に選択して各容器に封入し、制御装置３０により各恒温槽（２６，２７，２８）内を所定の一定温度となるように制御すると共に、赤外線ガス分析計によりその成分、濃度、流量を検出し、各マスフロ−コントロ−ラ２９によりキャリヤガスの流量を所定の流量となるように制御する。
【００１７】
次に、上記構成としたＣＶＤ装置の配管途中に設置した赤外線ガス分析計２０の構成について詳細に説明する。
図２は、前記配管（３２，３３，３４）途中に設置された赤外線ガス分析計２０の構成の詳細を示す断面図、図３は図２の赤外線ガス分析計の中央部の拡大図である。
セルブロック１にはガスボンベ等から供給されるガスの流通するガス流路１ａが設けられ両側には図示しない配管継手等を連結できるよう雌ねじ部が設けられている。そして該セルブロック１の中央部には流路１ａに対して所定角度（直角）方向から該流路１ａに達する穴１ｂ、１ｃが貫通穿設され、これらの穴にはそれぞれフランジ２ａ及び３ａを備えた筒体２及び３が嵌め込まれ、これらのフランジ部２ａ、３ａはボルト４によりセルブロック１にねじ止めされて固定されるが、この場合後述するこれらの筒体２、３の空間２ｇ、３ｇを密封する押さえ板５、６と共に固定される。これらのフランジ２ａ、３ａを備えた筒体２及び３は同一形状、寸法に製作しても良い。尚、フランジ２ａ、３ａを設けることなく筒体２、３に直接押さえ板５、６をセルブロック１に固定して空間２ｃ、３ｃを密封するようにしても良い。
【００１８】
前記筒体２及び３の先端部の前記流路１ａに面する側には、図３に示すように、それぞれ段部２ｂ、３ｂを形成した穴２ｃ、３ｃと該段部２ｂ、３ｂに連続したリ−ク検知用空間２ｄ、３ｄが形成されている。更に、これらのリ−ク検知用空間２ｄ、３ｄに続いて光源７や検出器８等を配置する空間２ｅ、３ｅが形成されるが、該空間２ｅ、３ｅの途中には段部２ｆ、３ｆが形成されている。
【００１９】
前記筒体２、３の先端部に設けた段付の穴２ｃ、３ｃにはセル窓１２及び１３が固着される。これらのセル窓１２及び１３は赤外線を透過させる結晶材料、例えばフッ化カルシウム、フッ化リチウム、二酸化珪素、サファイヤ等が用いられる。これらの筒体２、３の端部に設けるセル窓１２、１３は金属スパッタリングにより固着して取り付けられ、セルブロック１に設けた流路１ａに対向して配置される。この場合、所定のセル長ｄをもって対向配置される。
また、前記セルブロック１とフランジ２ａとの間、及びセルブロック１とフランジ３ａとの間はそれぞれメカニカルＯリング９、９でシ−ルされ、更に、光源７を配置する空間２ｅにおいて該光源７を覆うキャップ７ａと段部２ｆの間、検出器８を配置する空間３ｅにおいて該検出器８を覆うキャップ８ａと段部３ｆの間はメカニカルＯリング１０、１０でシ−ルされる。このようにセルブロック１の流路１ａと、光源７や検出器８を配置する筒体２、３の内部空間２ｇ及び３ｇとは、セル窓１２、１３が金属スパッタリングにより取り付けられるので二重シ−ル構造となり有毒ガス或いは爆発の危険性のあるガスが筒体２、３の光源７や検出器８を配置した内部空間や外部へ漏洩しないようなタイトな構造となる。
【００２０】
前記一方の筒体２の空間２ｅには赤外線光源７が配置され、他方の筒体３の空間３ｅには赤外線検出器８が配置されるが、上記するようにこれらの筒体２、３は全く同一形状、寸法に製作しても良いので一方の側に赤外線光源７を配置し他方の側に赤外線検出器８を配置するようにすれば良い。尚、赤外線検出器８を配置する側の筒体３の空間３ｇ内には測定ガスの吸収特性に合致した波長を持つ干渉フィルタ（図示省略）が取り付けられる。また、図示しないが、前記赤外線検出器８で検出された信号は増幅して例えばガス供給制禦装置や警報装置へ送信される。
【００２１】
前記筒体２の空間２ｇに配置される光源用のリ−ド線１１は、該筒体２上部のフランジ２ａに固定する押さえ板５を通すが、該押さえ板５とリ−ド線１１との間は融着ガラスで封止（ハ−メチックシ−ル）することにより気密性を高くしてある。同様に、赤外線検出器用のリ−ド線１４は他方の筒体３のフランジ３ａに固定する押さえ板６を通すが、該押さえ板６と該リ−ド線１４との間もハ−メチックシ−ルしてある。
このように、光源７を配置する筒体２の内部空間２ｇや検出器８を配置する筒体３の内部空間３ｇ内部は、セル窓１２、１３のスパッタリングによる固着、セルブロック１とフランジ２ａ、３ａの間のメカニカルＯリング９，９及び筒体２とキャップ７ａ、８ａとの間のメカニカルＯリング１０，１０、更に押さえ板５、６とリ−ド線１１、１４等との間のハ−メチックシ−ル等の二重シ−ル構造により耐圧性が９８０ＫＰａ、リ−ク規格１×１０-11 ａｔｍｃｃ／ｓｅｃ以下とすることができる。
【００２２】
次に、前記一方の筒体３の先端部の前記セル窓１３と赤外線検出器８との間に設けたガスリ−ク検知用空間３ｄと該赤外線検出器８（キャップ８ａ）との間隔は、図３に示すように、例えば赤外線検出器８から１ｍｍ程度としてある（他方の筒体２側に設けたガスリ−ク検知用空間２ｄと光源７（キャップ７ａ）との間の間隔も同様）。
このガスリ−ク検知用空間３ｄは測定セル長ｄに比べて１：１以上の空間距離とすることにより通常の測定信号が２倍以上となり、ガスリ−ク時の検知信号を増大させることができる。即ち、筒体３にガスリ−ク検知用空間３ｄを設けることにより、若しガス流路１ａからセル窓１３の隙間から検出器８側の空間３ｅへガスが漏れてきた場合、みかけのセル長が増加すると共に出力信号が増大するので即座にガスのリ−クを検知することができる（但し、必ずしもガスリ−ク検知用空間３ｄは測定セル長ｄに比べて１：１以上とする必要はない）。
【００２３】
また、前記セル窓１２とセル窓１３との間の『測定セル長ｄ』を変更する場合には、図２に示すように、筒体２、３に設けたフランジ２ａ、３ａの厚さＴ1 、Ｔ2 を変更すれば良い。即ち、測定セル長ｄを短くする場合にはフランジ２ａ、３ａの厚さＴ1 、Ｔ2 を短くし、逆に長くする場合にはフランジ２ａ、３ａの厚さＴ1 、Ｔ2 を長くすれば良い（ただし、筒体２とフランジ２ａとの全体の高さＬ1 、筒体３とフランジ３ａとの全体の高さＬ2 を一定とした場合である）。
尚、前記セルブロック１の穴１ｂ、１ｃには雌ねじを形成すると共に前記筒体２、３の外周回りには雄ねじを形成し、ねじによる嵌め合いとしても良い。この場合、ねじの嵌め合い長さを調整することにより測定セル長ｄを調整することができる。
【００２４】
前記赤外線ガス分析計２０の構成は以上のようであり、気密性を高くすることができるので実際にガスを供給する管路にインラインガスモニタとして設置することが可能である。即ち、図１に示す構成としたＣＶＤ装置において、蒸気ガスはそのガス特有の赤外線吸収スペクトルを有しているので、各管路に設置した赤外線ガス分析計２０でガス成分の種類や濃度或いは流量等を同時に計測しモニタすることができる。そして成膜中は各配管途中に設置された各赤外線ガス分析計２０で蒸気ガス濃度を把握し各マスフロ−コントロ−ラ２９でガス流量を制御する。こうして常に安定した蒸気ガス量を制御することができる。
【００２５】
また、上記構成としたＣＶＤ装置では、任意の組成比の成膜を行う場合、その組成比に見合った蒸気ガス量比になるよう、各配管途中に設置した赤外線ガス分析計２０で測定したガス濃度をもとに、各マスフロ−コントロ−ラ２９によるガス流量と容器（２３，２４，２５）を収容した恒温槽（２６，２７，２８）の温度を制御し、蒸気ガス量比を精度よく制御することができる。そしてこれら制御により反応室２１内における成膜条件（濃度、蒸気圧、温度、流量比等）を瞬時に選定することができると共に、形成される薄膜の組成比の制御性を飛躍的に向上させることができる。更に、成膜中、配管途中に設置された赤外線ガス分析計２０でガス濃度の急激な減少を検出することにより各容器（２３，２４，２５）内の原料の有無を調べることが可能となる。或いは、赤外線ガス分析計２０でガス濃度の急激な増減を検出することによりマスフロ−コントロ−ラ２９の異常や赤外線ガス分析計２０自体内部のガス漏れ等配管上生じる異常を検出し、ガスの供給を停止することもできる。
【００２６】
この発明の実施例においては、原料蒸気ガス或いは半導体用特殊材料ガスが赤外線に吸収帯を有する領域の検出器を備えた赤外線ガス分析計を用いたＣＶＤ装置で説明したが、この実施例で示した赤外線ガス分析計は他の構成の赤外線ガス分析計であってもよく、更にＣＶＤ装置は、薄膜堆積装置とした実施例で説明したが、これに限らず粉体製造装置等としても利用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明のＣＶＤ装置によれば、配管途中に設置された赤外線ガス分析計によりガス濃度を測定し、ガス流量と容器温度を制御することにより蒸気ガス量や半導体用特殊材料ガス量を任意に制御することができる。更に、形成される薄膜の複合金属酸化物等の多元素化合物の組成比を安定させ且つ再現性よく作成することができる。また、任意の組成比の成膜を行う場合、配管途中に設置された赤外線ガス分析計によるガス濃度をもとに、組成比に見合った蒸気ガス量となるよう、マスフロ−コントロ−ラと恒温槽を制御し、瞬時にキヤリャガス流量及び容器温度条件を選定することができ且つ精度よく成膜を行うことができる。
【００２８】
更にまた、配管途中の赤外線ガス分析計でガス濃度を測定することにより、容器内の原料量を調べることができるだけでなく、蒸気ガスや半導体用特殊材料ガス成分が予め定めた通りの成分や濃度や流量かどうかを常に監視するために用いることができる。そして異常が生じた場合にはこれを感知し光源電流を遮断したり、ガス供給装置を停止させたり、警報装置を作動させることができる。
また、赤外線ガス分析計の筒体等の一部構成要素は同一形状、寸法に製作することができるので製作コストも低減することができる。更に、この発明のＣＶＤ装置で用いた赤外線ガス分析計によれば、気密性を高くしたガスリ−ク防止機構を有するＣＶＤ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明のＣＶＤ装置を構成する赤外線ガス分析計の実施例を示すものであって、該赤外線ガス分析計の構成の詳細を示す断面図である。
【図３】 この発明のＣＶＤ装置を構成する赤外線ガス分析計の実施例を示すものであって、図２に示す赤外線ガス分析計の中央部の一部拡大図である。
【図４】 従来の赤外線ガス分析計の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 赤外線ガス分析計
１ セルブロック
１ａ 流路
２、３ 筒体
２ｄ、３ｄ ガスリ−ク検知用空間
５、６ 押さえ板
７ 光源
８ 検出器
９、１０ メカニカルＯリング
１１、１４ リ−ド線
１２、１３ セル窓
２１ 反応室
２２ 混合室
２３、２４、２５ 原料容器
２６、２７、２８ 恒温槽
２９ マスフロ−コントロ−ラ
３０ 制御装置
３１乃至３８ 管路
Claims (6)
- 薄膜形成用基板を設置する反応室と、該反応室と管路で連結されたガス混合室と、成膜用原料物質を充填し前記混合室に管路で連結された容器を収容した恒温槽と、該ガス混合室と前記各恒温槽に収容された原料物質を充填した容器を連結する管路に設置され、端部にセル窓を固着し該セル窓内側に光源又は検出器を配置する空間を設けた筒体端部に設けた前記セル窓と光源又は検出器を配置する空間との間にガスリ−ク検知用空間を設けて、リ−ク時の信号の異常な増大を検出する手段を設けてなる赤外線ガス分析計と、前記混合室及び成膜用原料物質を充填した容器に不活性ガスのキャリヤガスを供給するガス供給装置と、前記混合室とガス供給装置の管路途中及び前記原料物質を充填した各容器とガス供給装置との管路途中に設置されたマスフロ−コントロ−ラと、前記赤外線ガス分析計からのガス成分毎の濃度或いは前記各マスフロ−コントロ−ラからの流量の検出信号により前記恒温槽の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラのガス流量を制御し、蒸気ガス流量比を制御する制御装置と，を備えたことを特徴とするＣＶＤ装置。
- 前記赤外線ガス分析計は、セルブロックにガス流路を設けると共に該ガス流路に対して直角或いは所定角度両方向より穴を貫通穿設し、端部にセル窓を固着し該セル窓内側に光源又は検出器を配置する空間を設けた筒体を、ガス流路にて前記セル窓が所定測定セル長を有して対向するよう前記穴の両側より嵌め入れ、前記筒体内の赤外線光源又は赤外線検出器用のリ−ド線をハ−メチックシ−ルして通した押さえ板で前記赤外線光源又は赤外線検出器用の空間を密封してなる赤外線ガス分析計であることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
- 前記筒体のセル窓とは反対側の端部にフランジを形成すると共に赤外線光源又は赤外線検出器用の空間を密封する押さえ板を該フランジに固定し、該フランジをメカニカルＯリングでシ−ルしセルブロックに固定してなる赤外線ガス分析計を用いてあることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
- 薄膜形成用基板を設置する反応室と、該反応室と管路で連結されたガス混合室と、成膜用原料物質を充填し前記混合室に管路で連結された容器を収容した恒温槽と、該ガス混合室と前記各恒温槽に収容された原料物質を充填した容器を連結する管路に設置され、端部にセル窓を固着し該セル窓内側に光源又は検出器を配置する空間を設けた筒体端部に設けた前記セル窓と光源又は検出器を配置する空間との間にガスリ−ク検知用空間を設けて、リ−ク時の信号の異常な増大を検出する手段を設けてなる赤外線ガス分析計と、前記混合室及び成膜用原料物質を充填した容器に不活性ガスのキャリヤガスを供給するガス供給装置と、前記混合室とガス供給装置の管路途中及び前記原料物質を充填した各容器とガス供給装置との管路途中に設置されたマスフロ−コントロ−ラと、前記赤外線ガス分析計からのガス成分毎の濃度或いは前記各マスフロ−コントロ−ラからの流量の検出信号により前記恒温槽の温度及び前記各マスフロ−コントロ−ラのガス流量を制御し、蒸気ガス流量比を任意に自動で制御することを特徴とするＣＶＤ装置による成膜方法。
- 前記赤外線ガス分析計は、セルブロックにガス流路を設けると共に該ガス流路に対して直角或いは所定角度両方向より穴を貫通穿設し、端部にセル窓を固着し該セル窓内側に光源又は検出器を配置する空間を設けた筒体を、ガス流路にて前記セル窓が所定測定セル長を有して対向するよう前記穴の両側より嵌め入れ、前記筒体内の赤外線光源又は赤外線検出器用のリ−ド線をハ−メチックシ−ルして通した押さえ板で前記赤外線光源又は赤外線検出器用の空間を密封してなる赤外線ガス分析計であることを特徴とする請求項４に記載のＣＶＤ装置による成膜方法。
- 前記筒体のセル窓とは反対側の端部にフランジを形成すると共に赤外線光源又は赤外線検出器用の空間を密封する押さえ板を該フランジに固定し、該フランジをメカニカルＯリングでシ−ルしセルブロックに固定してなる赤外線ガス分析計を用いてあることを特徴とする請求項４に記載のＣＶＤ装置による成膜方法。
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