JP4941514B2 - Process gas supply apparatus and film forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、例えば半導体製造装置等に設けられる処理ガス供給装置及び成膜装置に関する。 The present invention relates to a processing gas supply apparatus and a film forming apparatus provided in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus.

一般に、半導体集積回路の製造工程においては、半導体ウエハやガラスなどの基板上に、成膜とパターンエッチング等を繰り返し施すことにより所望の素子を得るようになっている。そして、半導体集積回路の微細化及び高集積化に伴って、加工線幅やゲート幅もより狭くなされ、また、集積回路の多層構造化の要求に従って、膜厚も薄くなる傾向にある。
特に、多層構造の集積回路にあっては、回路素子を多層に亘って積み上げることから、各層における膜厚の管理が不十分な場合には、その影響が上層に波及してしまって、例えば表面の凹凸が激しくなったりし、適正な集積回路を実現できなくなってしまう。
通常、半導体製造装置において、ガス流量を制御するためには、流量制御の精度の高い流量制御器、例えばマスフローコントローラが用いられている。
In general, in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, a desired element is obtained by repeatedly performing film formation and pattern etching on a substrate such as a semiconductor wafer or glass. As the semiconductor integrated circuit is miniaturized and highly integrated, the processing line width and the gate width are made narrower, and the film thickness tends to be reduced in accordance with the demand for a multilayer structure of the integrated circuit.
In particular, in an integrated circuit having a multi-layer structure, circuit elements are stacked in multiple layers. Therefore, if the control of the film thickness in each layer is insufficient, the influence is spread to the upper layer, for example, the surface As a result, it becomes impossible to realize an appropriate integrated circuit.
Usually, in a semiconductor manufacturing apparatus, in order to control the gas flow rate, a flow rate controller with high accuracy of flow rate control, for example, a mass flow controller is used.

ところで、上記したマスフローコントローラは、ガス流に対する流量制御性が非常に良好であるが、前述のように高集積化及び多層化が更に推進されると成膜すべき膜厚が更に薄くなり、且つその膜厚の制御性も高いものが要求されてくる。
しかしながら、上記したマスフローコントローラにあっては、非常な微量のガス流量に対しては、その構造上の理由より、精度の高いコントロールが非常に難しく、膜厚が十分に制御された成膜を行なうことが困難になってきた。例えば、膜厚が数100Åのゲート電極や配線を成膜する場合に、微小ガス流量の制御が難しいことから、その膜厚の制御が非常に困難になるといった問題点があった。
By the way, the above-described mass flow controller has a very good flow rate controllability with respect to the gas flow, but as described above, when further integration and multi-layering are further promoted, the film thickness to be formed becomes thinner, and Those having high controllability of the film thickness are required.
However, in the above-described mass flow controller, for very small gas flow rates, it is very difficult to control with high accuracy due to the structure thereof, and film formation with a sufficiently controlled film thickness is performed. It has become difficult. For example, when a gate electrode or wiring having a film thickness of several hundreds of liters is formed, there is a problem that it is very difficult to control the film thickness because it is difficult to control the flow rate of the minute gas.

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、微小量のガスを精度良く供給することができる処理ガス供給装置及び成膜装置を提供することにある。 The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a processing gas supply apparatus and a film forming apparatus capable of supplying a minute amount of gas with high accuracy.

請求項1に係る発明は、制御対象ガス源に貯留される処理ガスである制御対象ガスを排出するためのガス排出通路と、キャリアガス源に貯留されるキャリアガスを流すためにガス使用系に接続されたキャリアガス通路と、前記キャリアガス通路と前記ガス排出通路との間に掛け渡すように接続された複数の補助管と、所定の体積を有し前記複数の補助管の間に掛け渡すように接続された定量管と、前記定量管の連通状態を前記両通路間で選択的に切り換えるバルブ機構と、前記バルブ機構の動作を制御するバルブ駆動部と、を備えたことを特徴とする処理ガス供給装置である。これにより、定量管内の所定量の制御対象ガスを使用系に供給することが可能となる。 The invention according to claim 1 includes a gas discharge passage for discharging the control target gas that is a processing gas stored in the control target gas source, and a gas use system for flowing the carrier gas stored in the carrier gas source. A connected carrier gas passage, a plurality of auxiliary pipes connected so as to span between the carrier gas passage and the gas discharge passage, and a span between the plurality of auxiliary pipes having a predetermined volume. to a quantitative pipe connected to a valve mechanism for switching the communication state of the quantitative pipe selectively between the two passages, and a valve drive unit that controls the operation of the valve mechanism, comprising the A processing gas supply device. This makes it possible to supply a predetermined amount of the control target gas in the metering tube to the working system.

この場合、例えば制御対象ガスの不使用時には、バルブ機構はガス排出通路と定量管を連通させてこの定量管内に制御対象ガスを流して充填しておき、ガス使用時には、バルブ機構は、上記定量管とキャリアガス通路を連通させてこの定量管に充填されていた制御対象ガスをガス使用系に供給する。従って、上記定量管の予め設定された容量に相当する微小量のガスを精度良くガス使用系に供給することができる。
また、この定量管の容量よりも複数倍大きな容量をガス使用系にて必要とする場合には、例えば定量管への制御対象ガスの充填とこれからの搬送を複数回繰り返して行なえばよい。
In this case, at the time of non-use of the control target gas For example, the valve mechanism is previously filled by passing a controlled target gas in the quantification canal communicates the gas exhaust passage and quantification tube, at the time of gas used, the valve mechanism, the The metering pipe and the carrier gas passage are communicated to supply the control target gas filled in the metering pipe to the gas use system. Therefore, a minute amount of gas corresponding to the preset capacity of the metering tube can be accurately supplied to the gas use system.
Further, when a gas use system requires a capacity that is several times larger than the capacity of the metering tube, for example, filling the metering tube with the control target gas and carrying it in the future may be repeated a plurality of times.

このような微量ガス供給装置は、例えば半導体製造装置の処理ガス供給系として適用することができる。半導体製造装置に適用する場合には、例えば成膜処理時にあっては処理容器内に圧力変動が生ずることを避けなければならないことから、制御対象ガスである処理ガスはガス排出通路を介して常時一定圧で流す状態とし、また、キャリアガスもキャリアガス通路を介して半導体製造装置側へ常時一定圧で流す状態とする。そして、必要に応じてバルブ機構を操作して、上記定量管を上記ガス排出通路側へ連通したり、或いはキャリアガス通路へ連通したりすることを選択的に行ない、定量管内に充填された処理ガスを必要時に(処理時に)、半導体製造装置に供給する。これによれば、半導体製造装置には、ガスが遮断されることなく、処理時及び非処理時に亘って常に一定圧で供給されることになるので、処理容器内の圧力変動が生ずることもない。   Such a trace gas supply apparatus can be applied as a processing gas supply system of a semiconductor manufacturing apparatus, for example. When applied to a semiconductor manufacturing apparatus, for example, during the film formation process, it is necessary to avoid the occurrence of pressure fluctuations in the processing container. A state in which the flow is performed at a constant pressure and a state in which the carrier gas is constantly flowed at a constant pressure to the semiconductor manufacturing apparatus side through the carrier gas passage are also provided. Then, if necessary, the valve mechanism is operated to selectively connect the metering tube to the gas discharge passage side or to the carrier gas passage, and fill the metering tube. Gas is supplied to the semiconductor manufacturing apparatus when necessary (during processing). According to this, since the gas is not shut off to the semiconductor manufacturing apparatus and is always supplied at a constant pressure during processing and during non-processing, there is no pressure fluctuation in the processing container. .

本発明の処理ガス供給装置及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
定量管を用いて、これに充填されている制御対象ガスをキャリアガスによりガス使用系に供給するようにしたので、精度の高い微小流量制御を行なうことができる。
また、この微量ガス供給装置(処理ガス供給装置)を半導体製造装置の処理ガス供給系に適用することにより、微量の処理ガスの流量を精度良くコントロールすることができる。従って、非常に薄い成膜を形成する時に、その膜厚を高い精度でコントロールすることができる。
特に、キャリアガス通路とガス排出通路に同じ圧力のガスを流した状態で定量管の連通の切り換えを行なうことにより、処理容器内に圧力変動を引き起こすことなく成膜処理を行なうことができ、一層高い精度で膜厚のコントロールを行なうことができる。
According to the processing gas supply apparatus and the film forming apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
Since the metering tube is used to supply the control target gas filled therein to the gas using system by the carrier gas, it is possible to control the minute flow rate with high accuracy.
Further, by applying this trace gas supply device (process gas supply device) to the process gas supply system of the semiconductor manufacturing apparatus, the flow rate of the trace process gas can be controlled with high accuracy. Therefore, when a very thin film is formed, the film thickness can be controlled with high accuracy.
In particular, film formation can be performed without causing pressure fluctuations in the processing vessel by switching the communication of the metering tube in the state where the gas of the same pressure flows in the carrier gas passage and the gas discharge passage. The film thickness can be controlled with high accuracy.

本発明に係る微量ガス供給装置をガス使用系に設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the trace gas supply apparatus which concerns on this invention in the gas usage system. 定量管の種類を示す図である。It is a figure which shows the kind of metering tube. 本発明装置におけるバルブの切り換え操作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating switching operation | movement of the valve | bulb in this invention apparatus.

以下に、本発明に係る処理ガス供給装置及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る微量ガス供給装置(処理ガス供給装置)をガス使用系に設けた状態を示す図、図2は定量管の種類を示す図である。ここではガス使用系として、半導体ウエハやLCD等の基板に成膜処理等の所定の処理を施す半導体製造装置を用いてTi膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図示するように、本発明に係る処理ガス供給装置である微量ガス供給装置2は、ガス使用系として枚葉式の半導体製造装置4に接続されており、この装置4に処理に必要な処理ガスを制御対象ガスとして供給するようになっている。
この半導体製造装置4は、例えば内面がアルマイト処理されたアルミニウム製の処理容器6を有しており、内部には半導体ウエハ等の基板Wを載置するための載置台8が設けられる。この載置台8には、加熱手段として例えば抵抗発熱ヒータ10が内蔵されており、載置台8上の基板Wを所定の温度に加熱して維持できるようになっている。

Hereinafter, an embodiment of a processing gas supply apparatus and a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a trace gas supply device (processing gas supply device) according to the present invention is provided in a gas use system, and FIG. 2 is a diagram showing types of metering tubes. Here, a case where a Ti film is formed using a semiconductor manufacturing apparatus that performs a predetermined process such as a film forming process on a substrate such as a semiconductor wafer or an LCD will be described as an example of a gas using system.
As shown in the figure , a trace gas supply device 2 which is a processing gas supply device according to the present invention is connected to a single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus 4 as a gas use system. Is supplied as a control target gas.
The semiconductor manufacturing apparatus 4 includes, for example, an aluminum processing container 6 whose inner surface is anodized, and a mounting table 8 on which a substrate W such as a semiconductor wafer is mounted is provided. For example, a resistance heater 10 is built in the mounting table 8 as a heating means, and the substrate W on the mounting table 8 can be heated and maintained at a predetermined temperature.

また、容器底部には、図示しない真空排気系に接続される排気口12が設けられており、処理容器6内を載置台8の周辺部から均等に真空引きできるようになっている。処理容器6の側壁には、この中に基板Wを搬入・搬出する際に開閉されるゲートバルブ14が設けられる。
そして、処理容器6の天井部には、例えば成膜時に処理容器6内に所定のガスを均一に供給するためのシャワーヘッド16か設けられており、このシャワーヘッド16には、2つのガス導入口16A、16Bが設けられている。一方のガス導入口16Bには、成膜時に必要とされる反応ガスとして、例えばNH (アンモニア)ガスを供給するNH ガス供給系18が接続され、他方のガス導入口16Aには、上述した微量ガス供給装置2が接続されており、処理ガスとして例えばTiCl (四塩化チタン)ガスを供給し得るようになっている。
Further, an exhaust port 12 connected to a vacuum exhaust system (not shown) is provided at the bottom of the container so that the inside of the processing container 6 can be evacuated evenly from the periphery of the mounting table 8. A gate valve 14 that is opened and closed when the substrate W is carried in and out is provided on the side wall of the processing container 6.
A shower head 16 for uniformly supplying a predetermined gas into the processing container 6 at the time of film formation, for example, is provided on the ceiling portion of the processing container 6. Ports 16A and 16B are provided. An NH 3 gas supply system 18 for supplying, for example, NH 3 (ammonia) gas as a reaction gas required for film formation is connected to one gas introduction port 16B, and the other gas introduction port 16A is connected to the above-described gas introduction port 16B. Thus, for example, TiCl 4 (titanium tetrachloride) gas can be supplied as a processing gas.

この微量ガス供給装置2は、キャリアガスとして例えばN ガスを充填したキャリアガス源としてのN ガス源20と、処理ガスとしてTiCl を充填した制御対象ガス源としてのTiCl ガス源22を有している。尚、キャリアガスとしては、N ガスの他に、他の不活性ガス、例えばArガス、Heガス等を用いることができる。
上記N ガス源20と上記シャワーヘッド16の一方のガス導入口16Aとの間はキャリアガス通路24により接続されており、また、N ガス源20の出口側のキャリアガス通路24には、N ガス源20内のN ガスを一定の圧力で送り出すためのレギュレータ26が介設されている。
This trace gas supply device 2 includes an N 2 gas source 20 as a carrier gas source filled with, for example, N 2 gas as a carrier gas, and a TiCl 4 gas source 22 as a control target gas source filled with TiCl 4 as a processing gas. Have. As the carrier gas, in addition to N 2 gas, other inert gases such as Ar gas and He gas can be used.
The N 2 gas source 20 and one gas inlet 16A of the shower head 16 are connected by a carrier gas passage 24, and the carrier gas passage 24 on the outlet side of the N 2 gas source 20 has a A regulator 26 is provided for sending out the N 2 gas in the N 2 gas source 20 at a constant pressure.

一方、TiCl は、常温では液体であることから、TiCl ガス源22内にはTiCl は液体状態で貯留させており、このTiCl ガス源22の周囲に加熱ヒータ等よりなる温度調整機構28を設けて液体TiCl を一定の温度で加熱することにより、一定の圧力のTiCl ガスを送出できるようになっている。
このTiCl ガス源22には、ガス排出通路30が接続されており、このガス排出通路30は、例えば図示しない略大気圧になっている工場排気ダクトに接続される。
On the other hand, TiCl 4, since the room temperature is liquid, TiCl 4 is in the gas source 22 and the TiCl 4 is stored in a liquid state, the temperature adjustment mechanism consisting of a heater or the like on the periphery of the TiCl 4 gas source 22 28 is provided to heat the liquid TiCl 4 at a constant temperature, so that TiCl 4 gas having a constant pressure can be delivered.
A gas discharge passage 30 is connected to the TiCl 4 gas source 22, and this gas discharge passage 30 is connected to a factory exhaust duct having a substantially atmospheric pressure (not shown), for example.

そして、これらのキャリアガス通路24とガス排出通路30との間に、本発明の特徴とする定量管32が並列に接続される。具体的には、この定量管32は、両通路24、30間に掛け渡すように接続された2本の補助管34、36の間に接続されて連通されている。この定量管32の両端には、フランジ32A、33Aが設けられており、補助管34及び36に設けたフランジ34A、36Aにボルト等により気密に着脱可能になされている。この定量管32は、その内径及び長さが予め精度良く定められており、内部容量が微量な所定の体積となるように設定されている。   Between the carrier gas passage 24 and the gas discharge passage 30, a metering tube 32, which is a feature of the present invention, is connected in parallel. Specifically, the metering pipe 32 is connected and communicated between two auxiliary pipes 34 and 36 connected so as to span between the passages 24 and 30. At both ends of the metering tube 32, flanges 32A and 33A are provided. The flanges 34A and 36A provided on the auxiliary tubes 34 and 36 are airtightly detachable with bolts or the like. The metering tube 32 has an inner diameter and a length determined in advance with high accuracy, and is set so that the internal capacity is a predetermined volume.

そして、この定量管32の連通状態は、上記補助管34、36や両通路24、30に介設した複数のバルブよりなるバルブ機構38により制御され、例えば選択的に両通路24、30に連通し得るようになっている。具体的には、このバルブ機構30は、両補助管34、36のキャリアガス通路24への接続点間に設けた第1バルブ38Aと、両補助管34、36のガス排出通路30への接続点間に設けた第2バルブ38Bと、定量管32の一方の補助管34への接続点Aの両側に設けた第3及び第4バルブ38C、38Dと、定量管32の他方の補助管36への接続点Bの両側に設けた第5及び第6バルブ38E、38Fとにより構成される。この場合、各接続点A、Bを挟んで設けられる第3と第4バルブ38C、38D及び第5及び第6バルブ38E、38Fは、可能な限り、各接続点A、B側に接近させて配置し、両バルブ間38C、38D間の管容量及び両バルブ間38E、38F間の管容量を小さくしている。各バルブ38A〜38Fの開閉は、半導体製造装置4の主制御部(図示せず)の支配下にあるバルブ駆動部41により制御されることになる。   The communication state of the metering pipe 32 is controlled by a valve mechanism 38 including a plurality of valves interposed in the auxiliary pipes 34 and 36 and both the passages 24 and 30, for example, selectively communicated with both the passages 24 and 30. It has come to be able to do. Specifically, the valve mechanism 30 includes a first valve 38A provided between the connection points of the auxiliary pipes 34 and 36 to the carrier gas passage 24, and a connection of the both auxiliary pipes 34 and 36 to the gas discharge passage 30. The second valve 38B provided between the points, the third and fourth valves 38C and 38D provided on both sides of the connection point A to the one auxiliary pipe 34 of the metering pipe 32, and the other auxiliary pipe 36 of the metering pipe 32. It is comprised by the 5th and 6th valve | bulb 38E, 38F provided in the both sides of the connection point B to. In this case, the third and fourth valves 38C and 38D and the fifth and sixth valves 38E and 38F provided across the connection points A and B are moved as close to the connection points A and B as possible. The tube capacity between the valves 38C and 38D and the tube capacity between the valves 38E and 38F are reduced. Opening / closing of the valves 38A to 38F is controlled by a valve driving unit 41 under the control of a main control unit (not shown) of the semiconductor manufacturing apparatus 4.

上記定量管32は、図2にも示すように例えば内径を種々変動させて内部容量を異ならせた複数種類のものが予め用意されており、成膜時に必要とする処理ガスの流量に対応したものを適宜選択して用いることになる。例えば図2(A)は10cc用の定量管を示し、図2(B)は30cc用の定量管を示し、図2(C)は50cc用の定量管を示す。尚、ここで注意されたい点は、厳密には各定量管の容量は、第3及び第4バルブ38C、38D間の補助管容量と第5及び第6バルブ38E、38F間の補助管容量との総和の容量分だけ、上記表記した容量よりも小さくなされており、ガス流量を精度良くコントロールできるようになっている。また、管容量は一例を示したに過ぎず、上記したものに限定されないのは勿論である。
また、TiCl ガスが流れる部分には、通路途中で、或いは管路途中でTiCl ガスが凝縮液化することを防止するために、例えばテープヒータのような加熱ヒータ40(図示、破線で示す)が通路24、30、補助管34、36及び定量管32に沿って設けられている。
尚、図示例では、6個のバルブを別体で形成しているが、複数のバルブを1つのブロック体に組み込んだ多方弁を用いれば、全体構成は非常に簡略化することができる。
As shown in FIG. 2, the metering tube 32 is prepared in advance with a plurality of types having different internal capacities, for example, by varying the inner diameter, and corresponds to the flow rate of the processing gas required at the time of film formation. Those are appropriately selected and used. For example, FIG. 2 (A) shows a 10 cc metering tube, FIG. 2 (B) shows a 30 cc metering tube, and FIG. 2 (C) shows a 50 cc metering tube. It should be noted that, strictly speaking, the capacity of each metering pipe is the auxiliary pipe capacity between the third and fourth valves 38C and 38D and the auxiliary pipe capacity between the fifth and sixth valves 38E and 38F. Therefore, the gas flow rate can be controlled with high accuracy by the total volume of the gas. The tube capacity is only an example, and it is needless to say that the tube capacity is not limited to the above.
Further, in the portion where the TiCl 4 gas flows, a heater 40 such as a tape heater (shown by a broken line) is used in order to prevent the TiCl 4 gas from being condensed and liquefied in the middle of the passage or in the pipeline. Are provided along the passages 24 and 30, the auxiliary pipes 34 and 36, and the metering pipe 32.
In the illustrated example, six valves are formed separately. However, if a multi-way valve in which a plurality of valves are incorporated into one block body is used, the overall configuration can be greatly simplified.

次に以上のように構成された微量ガス供給装置を用いて半導体製造装置により成膜処理を行なう場合について説明する。
まず、成膜処理を開始するに先立って、過去の経験により、ある一定の圧力でTiCl ガスを供給した場合、どの位の流量を流すと、どの程度の厚みの成膜が形成されるかは判明していることから、従って成膜の目標とする厚みに対応するガス量の定量管32を、上記微量ガス供給装置2に装着する。例えば、目標とする厚みが100Åであり、100Åの厚みのTi膜を形成するには、上記一定の圧力で10ccのTiCl ガスを必要とすると仮定するならば、図2(A)に示す10cc用の定量管を用いてこれを装着する。
さて、このようにして、事前の準備が完了したならば、基板Wを処理容器6内の載置台8上に設置すると共にこれを所定の処理温度に加熱し、同時に、処理容器6内を真空引きして所定の処理圧力に維持する。処理温度は、例えば600℃、処理圧力は10mTorrから10Torrの範囲内、例えば300mTorr程度である。
Next, the case where the film forming process is performed by the semiconductor manufacturing apparatus using the trace gas supply apparatus configured as described above will be described.
First, prior to starting the film formation process, based on past experience, when TiCl 4 gas is supplied at a certain pressure, how much flow is formed and how thick the film is formed. Therefore, the metering tube 32 having a gas amount corresponding to the target thickness for film formation is attached to the trace gas supply device 2. For example, if it is assumed that a target thickness is 100 mm and a Ti film having a thickness of 100 mm requires 10 cc of TiCl 4 gas at the constant pressure, 10 cc shown in FIG. This is mounted using a metering tube for the purpose.
Now, when the preliminary preparation is completed in this way, the substrate W is placed on the mounting table 8 in the processing container 6 and heated to a predetermined processing temperature, and at the same time, the processing container 6 is evacuated. To maintain a predetermined processing pressure. The processing temperature is, for example, 600 ° C., and the processing pressure is in the range of 10 mTorr to 10 Torr, for example, about 300 mTorr.

まず、実際に成膜処理を行なう前は、図3(A)に示すように、第1、第4及び第6バルブ38A、38D、38Fを開状態とし、第2、第3及び第5バルブ38B、38C、38Eを閉状態とする。これにより、キャリアガスは、矢印42に示すようにキャリアガス通路24を介して直接的に処理容器6内へ導入し、他方、処理ガスであるTiCl ガスは矢印44に示すようにガス排出通路30から、第4バルブ38Dを介して定量管32内に流し、更に、第6バルブ38Fを介して再度、ガス排出通路30に流して排出する。この状態では、定量管32内には常に一定量、すなわち10ccのTiCl ガスが充填された状態で流れていることになる。
ここで、キャリアガス通路24内へはレギュレータ26により常に一定圧でキャリアガスが流れるように制御され、また、同時に、ガス排出通路30内へは温度調整機構28により常に一定圧でTiCl ガスが流れるように制御される。そして、両通路24、30内の圧力は略同圧となるように調整されている。ここでは、例えば温度調整機構28は、液状TiCl を75℃程度に加熱して蒸気を発生し、また、途中での凝縮液化を防止するために加熱ヒータ40は、80℃程度で通路等を加熱している。
First, before the actual film forming process is performed, as shown in FIG. 3A, the first, fourth, and sixth valves 38A, 38D, and 38F are opened, and the second, third, and fifth valves are opened. 38B, 38C, and 38E are closed. As a result, the carrier gas is directly introduced into the processing container 6 through the carrier gas passage 24 as shown by an arrow 42, while the TiCl 4 gas as the processing gas is introduced into the gas discharge passage as shown by an arrow 44. From 30, the gas flows into the metering tube 32 through the fourth valve 38 </ b> D, and flows again into the gas discharge passage 30 through the sixth valve 38 </ b> F to be discharged. In this state, the metering tube 32 always flows in a state filled with a constant amount, that is, 10 cc of TiCl 4 gas.
Here, the carrier gas is controlled so that the carrier gas always flows at a constant pressure into the carrier gas passage 24, and at the same time, the TiCl 4 gas constantly flows into the gas discharge passage 30 at a constant pressure by the temperature adjustment mechanism 28. Controlled to flow. And the pressure in both the passages 24 and 30 is adjusted so that it may become substantially the same pressure. Here, for example, the temperature adjusting mechanism 28 generates liquid by heating the liquid TiCl 4 to about 75 ° C., and the heater 40 passes through the passage at about 80 ° C. in order to prevent condensate liquefaction on the way. Heating.

また、処理容器6内へは、別系統のNH ガス供給系18より反応ガスとしてNH ガスが一定量供給されている。
このような状況下で、実際に成膜処理を行なうには、図3(B)に示すように上記各バルブの開閉状態を、図3(A)の場合とは全く逆に切り換える。これらのバルブの切り換え動作は全て同時に行なう。すなわち、第1、第4及び第6バルブ38A、38D、38Fを閉状態とし、第2、第3及び第5バルブ38B、38C、38Eを開状態とする。これにより、キャリアガスは、矢印46に示すように、キャリアガス通路24から第3バルブ38Cを介して定量管32内に流入し、更に、第5バルブ38Cを介して再度、キャリアガス通路24内に流れて処理容器6に至る。この時、定量管32内に充填されていたTiCl ガスは、キャリアガスにより押し出されて処理容器6内に流れ込むことになる。
In addition, a certain amount of NH 3 gas is supplied as a reaction gas from a separate NH 3 gas supply system 18 into the processing vessel 6.
Under such circumstances, in order to actually perform the film forming process, as shown in FIG. 3B, the open / closed state of each valve is switched in the opposite manner to the case of FIG. These valve switching operations are all performed simultaneously. That is, the first, fourth, and sixth valves 38A, 38D, and 38F are closed, and the second, third, and fifth valves 38B, 38C, and 38E are opened. As a result, as shown by an arrow 46, the carrier gas flows into the metering tube 32 from the carrier gas passage 24 through the third valve 38C, and again into the carrier gas passage 24 through the fifth valve 38C. To the processing vessel 6. At this time, the TiCl 4 gas filled in the metering tube 32 is pushed out by the carrier gas and flows into the processing container 6.

他方、TiCl ガスは、矢印48に示すようにガス排出通路30を介して、直接的に、すなわち、定量管32内を流れることなく、工場排気ダクト側に排出されることになる。
このように、定量管32内に充填されていた一定圧力下の10ccのTiCl を処理容器6内に供給することができ、この流量に対応する厚み、例えば100Åの成膜を精度良く形成することが可能となる。
このように、目標とする膜厚に対応する処理ガスの流量を、それに対応する定量管を用いることによって精度良く供給することができ、精度の高い膜厚のコントロールを行なうことができる。特に、この定量管を用いれば、従来のマスフローコントローラでは精度の高い流量コントロールができなかった微小流量のコントロールが容易に行なうことができ、膜厚が非常に薄い成膜処理時においてもその膜厚を精度良くコントロールすることができる。
On the other hand, the TiCl 4 gas is discharged to the factory exhaust duct side directly, that is, without flowing through the metering pipe 32, as shown by an arrow 48.
As described above, 10 cc of TiCl 4 under a constant pressure filled in the metering tube 32 can be supplied into the processing container 6, and a film having a thickness corresponding to this flow rate, for example, 100 Å is formed with high accuracy. It becomes possible.
As described above, the flow rate of the processing gas corresponding to the target film thickness can be supplied with high accuracy by using the corresponding metering tube, and the film thickness can be controlled with high accuracy. In particular, with this metering tube, it is possible to easily control a minute flow rate that could not be controlled with high accuracy by conventional mass flow controllers. Can be accurately controlled.

また、キャリアガス及びTiCl ガスの双方を一定圧力で流した状態で各バルブの切り換えを行なっているので、バルブの切り換えが行なわれても処理容器6内に供給ガスの圧力変動が生ずることはなく、従って、プロセス条件が変動することはなく、この点よりも精度の高い膜厚コントロールを行なうことができる。
上記実施例では、各バルブの切り換えを同時に行なったが、例えば図3(A)に示す状態において、第4及び第6バルブ38D、38Fを閉じると同時に第2バルブ38Bを開くことにより、定量管32内にTiCl ガスを充填したままこれを一時的に孤立化し、その後、第3及び第5バルブ38C、38Eを開くと同時に第1バルブ38Aを閉じることによって図3(B)に示す状態に移行するようにしてもよい。すなわち、定量管32内をTiCl ガスを処理容器6内に搬送し得るならば、どのようなバルブ切り換え操作を行なってもよい。
Further, since each valve is switched in a state where both the carrier gas and TiCl 4 gas are flowed at a constant pressure, the pressure fluctuation of the supply gas does not occur in the processing vessel 6 even if the valve is switched. Therefore, the process conditions do not fluctuate, and the film thickness can be controlled with higher accuracy than this point.
In the above embodiment, the valves are switched at the same time. For example, in the state shown in FIG. 3A, the fourth and sixth valves 38D and 38F are closed and the second valve 38B is opened at the same time. 3 is temporarily isolated while the TiCl 4 gas is filled in the chamber 32, and then the third and fifth valves 38C and 38E are opened and the first valve 38A is closed at the same time as shown in FIG. 3B. You may make it transfer. That is, any valve switching operation may be performed as long as the TiCl 4 gas can be transported into the processing container 6 through the metering tube 32.

また、目標とする膜厚の成膜を行なうために、例えば30cc用のTiCl ガスが必要であると仮定した場合には、図3(B)に示す30cc用の定量管を用いてもよいが、図3(A)に示す10cc用の定量管を用いて、前述したバルブの切り換え操作を例えば3回間欠的に繰り返し行なうことによって、全体として30ccのTiCl を処理容器6に供給するようにしてもよい。すなわち、バルブの切り換え操作を間欠的に適当回数行なって 、全体として必要流量のTiCl ガスを供給できればよい。このように、複数回間欠的にガスを供給して成膜を行なう場合には、成膜ガスが供給されていないときはアニールを行なっていることと同等になり、その分、低抵抗化が促進されて膜質を向上させることができる。
また、他のガス供給系、例えばここでは反応ガスであるNH ガスも微小流量の精度の高いコントロールが要求される場合には、TiCl 系と同様な構造の微量ガス供給装置を別途設け、上述したと同様にバルブの切り換え操作を行なって同様な制御を行えばよい。
In addition, for example, when it is assumed that 30 cc of TiCl 4 gas is necessary to form a film having a target film thickness, a 30 cc metering tube shown in FIG. 3B may be used. However, using the 10 cc metering tube shown in FIG. 3A, the valve switching operation described above is intermittently repeated, for example, three times, so that 30 cc of TiCl 4 is supplied to the processing vessel 6 as a whole. It may be. That is, it is only necessary that the valve switching operation is intermittently performed an appropriate number of times to supply the necessary TiCl 4 gas as a whole. As described above, when the film is formed by intermittently supplying the gas multiple times, it is equivalent to annealing when the film forming gas is not supplied. It is promoted to improve the film quality.
In addition, in the case where other gas supply system, for example, NH 3 gas which is a reaction gas here, is required to control the micro flow rate with high accuracy, a trace gas supply device having a structure similar to that of the TiCl 4 system is separately provided. In the same manner as described above, the valve switching operation may be performed to perform the same control.

更に、ここではTi膜を成膜する場合を例にとって説明したが、TiN膜、TiSi膜等、どのような種類の成膜を行なう場合にも、本発明装置を適用できるのは勿論である。
また、更には、本発明装置は枚葉式の半導体製造装置に限らず、多数枚の基板を一度に処理できるバッチ式の半導体製造装置にも適用し得る。また、基板としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、LCD基板等にも適用することがきる。
Furthermore, although the case where a Ti film is formed has been described here as an example, the present invention apparatus can of course be applied to any type of film formation such as a TiN film or a TiSi film.
Furthermore, the apparatus of the present invention is not limited to a single wafer type semiconductor manufacturing apparatus, but can also be applied to a batch type semiconductor manufacturing apparatus capable of processing a large number of substrates at once. Further, the substrate is not limited to a semiconductor wafer, and can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.

2 微量ガス供給装置
4 半導体製造装置(ガス使用系)
6 処理容器
16 シャワーヘッド
20 N ガス源(キャリアガス源)
22 TiCl ガス源(制御対象ガス源)
24 キャリアガス通路
26 レギュレータ
30 ガス排出通路
32 定量管
34,36 補助管
38 バルブ機構
38A〜38F バルブ
W 基板
2 Trace gas supply equipment 4 Semiconductor manufacturing equipment (gas use system)
6 Processing vessel 16 Shower head 20 N 2 gas source (carrier gas source)
22 TiCl 4 gas source (control target gas source)
24 Carrier gas passage 26 Regulator 30 Gas discharge passage 32 Metering tube 34, 36 Auxiliary tube 38 Valve mechanism 38A-38F Valve W Substrate

Claims (8)

制御対象ガス源に貯留される処理ガスである制御対象ガスを排出するためのガス排出通路と、キャリアガス源に貯留されるキャリアガスを流すためにガス使用系に接続されたキャリアガス通路と、前記キャリアガス通路と前記ガス排出通路との間に掛け渡すように接続された複数の補助管と、所定の体積を有し前記複数の補助管の間に掛け渡すように接続された定量管と、前記定量管の連通状態を前記両通路間で選択的に切り換えるバルブ機構と、前記バルブ機構の動作を制御するバルブ駆動部と、を備えたことを特徴とする処理ガス供給装置。 A gas discharge passage for discharging a control target gas that is a processing gas stored in the control target gas source, a carrier gas passage connected to a gas use system for flowing the carrier gas stored in the carrier gas source, and A plurality of auxiliary tubes connected to span between the carrier gas passage and the gas discharge passage, and a metering tube having a predetermined volume and connected to span between the plurality of auxiliary tubes; A processing gas supply apparatus comprising: a valve mechanism that selectively switches a communication state of the metering pipe between the passages; and a valve drive unit that controls the operation of the valve mechanism . 前記ガス使用系は、基板に対して処理を施す半導体製造装置であり、前記制御対象ガスは基板に対して処理を施す時に用いる処理ガスであることを特徴とする請求項1記載の処理ガス供給装置。 The gas used systems are facilities to semiconductor manufacturing equipment processing for the substrate, the control target gas processing gas according to claim 1, characterized in that the process gas used when performing processing for the substrate Feeding device. 前記バルブ機構は、非処理時には前記定量管に前記処理ガスを流してこの定量管内に前記処理ガスを充填し、処理時には前記定量管内に充填されていた前記処理ガスを前記キャリアガスにより搬送するように動作することを特徴とする請求項2記載の処理ガス供給装置。 The valve mechanism, at the time of untreated filling the process gas into the quantitative pipe by flowing the process gas into the quantitative pipe, the process gas which has been filled in the quantitative pipe transports by the carrier gas during processing process gas supply apparatus according to claim 2, wherein the operative to. 前記バルブ機構は、非処理時には前記キャリアガスを前記半導体製造装置に直接流し、処理時には前記制御対象ガス源からの前記処理ガスを前記定量管に流すことなく排出するように動作することを特徴とする請求項2又は3記載の処理ガス供給装置。 The valve mechanism operates to flow the carrier gas directly to the semiconductor manufacturing apparatus during non-processing, and to discharge the processing gas from the control target gas source without flowing through the metering tube during processing. process gas supply apparatusMotomeko 2 or 3, wherein a. 前記バルブ機構は、The valve mechanism is
前記複数の補助管の前記キャリアガス通路への接続点間に設けた第1バルブと、前記複数の補助管の前記ガス排出通路への接続点間に設けた第2バルブと、前記定量管の一方の補助管への接続点の両側に設けた第3及び第4バルブと、前記定量管の他方の補助管への接続点の両側に設けた第5及び第6バルブと、により構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の処理ガス供給装置。  A first valve provided between connection points of the plurality of auxiliary pipes to the carrier gas passage; a second valve provided between connection points of the plurality of auxiliary pipes to the gas discharge passage; The third and fourth valves provided on both sides of the connection point to one auxiliary pipe, and the fifth and sixth valves provided on both sides of the connection point of the metering pipe to the other auxiliary pipe. The processing gas supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the processing gas supply device is provided.
前記第3バルブ、第4バルブ、第5バルブ及び第6バルブは、可能な限り対応する前記各接続点に接近させて配置されていることを特徴とする請求項5記載の処理ガス供給装置。6. The processing gas supply apparatus according to claim 5, wherein the third valve, the fourth valve, the fifth valve, and the sixth valve are arranged as close as possible to the corresponding connection points. 前記キャリアガス通路内の圧力と前記ガス排出通路内の圧力は同圧となるように設定されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の処理ガス供給装置。The processing gas supply device according to any one of claims 1 to 6, wherein the pressure in the carrier gas passage and the pressure in the gas discharge passage are set to be the same pressure. 処理ガスを用いて処理を施すべき基板を内部に収容する処理容器と、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の処理ガス供給装置と、を備えたことを特徴とする成膜装置。A film forming apparatus, comprising: a processing container for storing therein a substrate to be processed using a processing gas; and the processing gas supply device according to claim 1.
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