TW201546319A - 氣體供給裝置、成膜裝置、氣體供給方法、及非暫時性記憶媒體 - Google Patents
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Abstract
本發明之氣體供給裝置，係將原料氣體間歇地供給至對被處理基板進行成膜處理之成膜處理部，其具備：原料容器，容納液體或固體之原料；載持氣體供給部，供給用以使該原料容器內之該原料氣化或昇華之載持氣體；原料氣體供給通路，將由氣化或昇華之該原料與該載持氣體所構成之該原料氣體，供給至成膜處理部；該原料氣體之流量偵測部與該原料氣體之流量調整閥，分別設於該原料氣體供給通路；原料氣體供給/停止部，進行該原料氣體對該成膜處理部之供給/停止；及控制部，輸出控制訊號，俾以於每次將該被處理基板搬入該成膜處理部時，以實施以下步驟：第1步驟，根據從該載持氣體供給部所供給之該載持氣體之流量與由該流量偵測部所偵測之該原料氣體之流量，求得該原料氣體中之原料之流量，而取得以此原料之流量為設定值之該流量調整閥之開度；及第2步驟，為了於將該流量調整閥之開度固定為該取得之開度之狀態下，將原料氣體間歇地供給至成膜處理部，而進行該原料氣體供給/停止部所執行之供給/停止。
Description
本發明係關於供給至成膜裝置之原料之流量調節技術。
對於半導體晶圓等之基板(以下稱「晶圓」)進行成膜之方法如有以下方法：CVD(Chemical Vapor Deposition)法，對晶圓表面供給成為成膜原料之氣體(原料氣體)，再將晶圓加熱，藉此使原料氣體吸附而進行成膜；或ALD(Atomic Layer Deposition)法，使原料氣體之原子層或分子層吸附於晶圓表面後，供給使此原料氣體氧化/還原之反應氣體而產生反應產物，重複該等處理而沉積反應產物之層。
在此，於以CVD法或ALD法等所利用之成膜原料中，以低蒸氣壓者為多，此情形時，原料氣體可藉由對容納液體或固體原料之原料容器供給載持氣體，使原料於此載持氣體中氣化而獲得。然而，該原料之氣化量會依各種主要因素而改變。作為此主要因素有：因安裝氣化器之裝置與該氣化器之接觸狀態之個體差所導致之氣化器溫度之個體差異、該原料容器所連接之配管上所設置之閥之個體差異、或因該閥之經常變化所導致之該配管之流導差異、及該原料容器內之原料減少。
對於以該氣化器之溫度為主要因素之氣化量改變，可以於更換氣化器後測得該氣化量，依據氣化量進行或取消溫度修正。然而，對於以該配管之流導差及原料容器內之原料之減少為主要因素之氣化量改變，則不易修正，該等主要因素可能會有導致如4%左右之該氣化量改變之虞。而因如此所導致之氣化量改變，有使形成於晶圓之膜之性質產生偏異之虞。
再者，於該ALD法及CVD法中，將原料氣體間歇地供給至存放該晶圓之反應容器，且從該原料氣體開始供給起至下一次該原料氣體之停止供給為止之時間，有時會較短。於如此之原料氣體之供給時間為短之情形時，如於實施形態中所述，不易偵測到供給至晶圓之原料之流量。於如此之狀況下，需要有一種技術，其能抑制上述各主要因素中之氣化量改變，並於每次對晶圓之處理時，使供給至該晶圓之原料之流量穩定。
又，目前已知有一種技術，其係於進行半導體製造程序之成膜時，對於容納於蒸發部之原料液體中，噴灑以第1質量流量調節計進行流量調節之載持氣體(起泡)，而使原料液體蒸發，再以質量流量計測得所得之混合氣體之質量流量，依據該等載持氣體與混合氣體之質量流量差，而掌握氣化後之原料液體量。然而，如上所述，對於間歇地供給原料氣體，且原料氣體一次之供給時間為短之情形時，則無可對應之技術。
【發明欲解決之問題】
本發明旨在提供一種技術，其於將載持氣體與藉由該載持氣體而氣化之原料所構成之原料氣體間歇地供給至被處理基板而進行成膜時，可防止供給至被處理基板之原料之流量，於每次對基板之處理時不穩定。 【解決問題之方法】
本發明之氣體供給裝置，其將原料氣體間歇地供給至對被處理基板進行成膜處理之成膜處理部，其具備： 原料容器，容納液體或固體之原料； 載持氣體供給部，供給用以使該原料容器內之該原料氣化或昇華之載持氣體； 原料氣體供給通路，將由氣化或昇華之該原料與該載持氣體所構成之該原料氣體，供給至成膜處理部； 該原料氣體之流量偵測部與該原料氣體之流量調整閥，分別設於該原料氣體供給通路； 原料氣體供給/停止部，進行該原料氣體對該成膜處理部之供給/停止；及 控制部，輸出控制訊號，俾以實施以下步驟： 第1步驟，根據從該載持氣體供給部所供給之該載持氣體之流量與由該流量偵測部所偵測之該原料氣體之流量，求得該原料氣體中之原料之流量，而取得以此原料之流量為設定值之該流量調整閥之開度；及 第2步驟，為了於將該流量調整閥之開度固定為該取得之開度之狀態下，將原料氣體間歇地供給至成膜處理部，而進行該原料氣體供給/停止部所執行之供給/停止。
本發明之氣體供給方法，其係將原料氣體間歇地供給至對被處理基板進行成膜處理之成膜處理部，其具備下述程序： 對容納原料之原料容器供給載持氣體，使該原料氣化； 從該原料容器經由原料氣體供給通路，將由該氣化之該原料與該載持氣體所構成之原料氣體，供給至該被處理基板； 藉由設於該原料氣體供給通路之流量偵測部， 偵測該原料氣體之流量； 根據供給至該原料容器之該載持氣體之流量與藉由該流量偵測部所偵測之該原料氣體之流量，求得該原料氣體中之該原料之流量； 調整設於該原料氣體供給通路之流量調整閥之開度，以調整流過該原料氣體供給通路之該原料氣體之流量； 取得該原料之流量為設定值之該流量調整閥之開度；及 為了於將該調整閥固定為該取得之開度之狀態下，將該原料氣體間歇地供給至該成膜處理部，進行對該成膜處理部之原料氣體之供給/停止； 於將該被處理基板搬入該成膜處理部時，實施該各程序。
本發明之記憶媒體係為一種非短暫性記憶媒體，該非短暫性記憶媒體係儲存用於氣體供給裝置之電腦程式，該氣體供給裝置為了對基板進行成膜處理而將原料氣體供給至成膜處理部，該程式包含用以執行該氣體供給方法之步驟。
本發明之記憶媒體具備：該氣體供給裝置及該成膜處理部。
【發明實施形態】
以下，參考圖式，說明本發明之實施形態。又，於以下詳細說明中，為了能充分理解本發明，提供許多具體詳述。然而，即使無如此詳細之說明，熟悉該技藝者當可完成本發明係自明事項。於其他例中，為避免難以理解各實施形態，對於周知方法、順序、系統或構成要件，未進一步詳述。
以下，參考圖1，說明具備本發明之氣體供給裝置之成膜裝置1之構成例。成膜裝置1具備：成膜處理部11，對基板例如晶圓W進行採用CVD法之成膜處理；氣體供給裝置2，用以對該成膜處理部11供給原料氣體。
膜處理部11係作為分批式之CVD裝置之本體，例如，於將載放數片晶圓W之晶舟13搬入縱型之反應容器12內之後，利用由真空泵等所構成之真空排氣部15，經由排氣管線14，使反應容器12內真空排氣。然後，從氣體供給裝置2導入原料氣體，利用設於反應容器12外側之加熱部16將晶圓W加熱，藉此進行成膜處理。
氣體供給裝置2對各晶圓W，供給由二官能性之酸酐所構成之第1單體(例如均苯四酸二酐(PMDA：Pyromellitic Dianhydride))及由二官能性之胺所構成之第2單體(例如ODA(4,4’ －二氨基二苯醚))。該等單體於晶圓W表面反應，而形成作為絕緣膜之聚醯亞胺膜。
氣體供給裝置2具備：第1氣體供給系21，用以將該PMDA供給至反應容器12；及第2氣體供給系22，用以將ODA供給至反應容器12。第1氣體供給系21具備：原料容器3，容納該聚醯亞胺之原料PMDA；及氣體供給源41，將氮(N2
)氣體作為載持氣體供給至此原料容器3。又，該載持氣體除了N2
氣外，可使用如氦(He)氣等惰性氣體。
再者，第1氣體供給系21具備：原料氣體供給通路42；載持氣體供給通路43；氣體流路44；及氣體供給通路45。原料氣體供給通路42係與反應容器12及原料容器3相連，將由原料容器3所得之原料氣體(包含昇華之PMDA與載持氣體)供給至成膜處理部11。載持氣體供給通路43則與原料容器3與氣體供給源41相連。
原料容器3為容納固體原料31(PMDA)之容器，由具備電阻發熱體之套狀加熱部32所覆蓋。例如，原料容器3根據由溫度偵測部33所偵測之原料容器3內之氣相部之溫度，增減由供電部34所供給之供電量，藉此可調節原料容器3內之溫度。加熱部32之設定溫度係設定為使PMDA昇華且不分解之範圍之溫度，如250℃。
於原料容器3內中固體原料31上方側之氣相部上，形成下述開口：載持氣體噴嘴35，將從氣體供給源41所供給之載持氣體導入原料容器3內；及抽出噴嘴36，用以從原料容器3將該原料氣體抽出。載持氣體噴嘴35構成載持氣體供給通路43之下游端；抽出噴嘴36構成原料氣體供給通路42之上游端。從原料容器3抽出之原料氣體，經由原料氣體供給通路42供給至反應容器12。原料容器3之內部藉由真空排氣部15經由原料氣體供給通路42及反應容器12而真空排氣，而保持減壓環境。
MFC(質量流量控制器)51、閥V1朝下游側依序插設於該載持氣體供給通路43。閥V2、MFC52、閥V3朝下游側依序插設於原料氣體供給通路42。閥V4插設於氣體流路44。氣體流路44之上游端連接於載持氣體供給通路43之MFC51、閥V1間；氣體流路44之下游端連接於原料氣體供給通路42之閥V2、MFC52間。
MFC53、閥V5朝下游側依序插設於氣體供給通路45。氣體供給通路45之上游端連接於載持氣體供給通路43中之氣體供給源41、MFC51間；氣體供給通路45之下游端連接於原料氣體供給通路42之閥V3之下游側。氣體供給通路45及MFC53之功能為：於供給至反應容器12前，藉由來自該氣體供給源41之N2
氣體，將從原料容器3取出之原料氣體稀釋成既定濃度。
參考圖2之概略構造圖，說明設於該原料氣體供給通路42之MFC52。MFC52具有：主流路61；及細管部62，其一端與另一端分別連接於主流路61。於細管部62之上游側位置及下游側位置之管壁，捲繞電阻器63、64，並設置電橋電路65及放大電路66，用以將因氣體流過細管部62內所引起之細管部62管壁之溫度變化，取得作為各電阻器63、64之電阻值之變化，而轉換為氣體之流量訊號而輸出。該流量訊號輸出至後述之控制部4，控制部4根據該流量訊號，測得流過MFC52之氣體流量。亦即，MFC52為具備作為流量偵測部之熱式MFM(質量流量計)之構造。
該主流路61中，於細管部62之連接位置之下游側，構成彎曲流路60，並設置調整此彎曲流路60中之氣體流量之閥(流量調整閥)67。亦即，藉由此閥67之開度，而調整從MFC52所供給之氣體流量。此閥67具備：致動器68，由壓電元件所構成；及隔膜69，藉由該致動器68而變形。控制部4對此致動器68供給控制電壓，因應所供給之控制電壓，作為致動器68之壓電元件產生變形，藉此，使隔膜69彎曲。圖2中以虛線表示如此彎曲之隔膜69。由於此隔膜69之彎曲，而使該彎曲流路60變狹窄。亦即，閥67之開度係對應隔膜69之彎曲量，藉由該控制電壓控制隔膜69之彎曲量，而控制閥67之開度。
MFC51、53與MFC52為相同構成。MFC51依據從該MFC51所輸出之流量訊號控制閥67之開度，使流過該MFC51之載持氣體之流量成為事先所設定之值。而MFC53亦控制為使供給至下游側之氣體量成為事先所設定之值。MFC52之控制於後詳述。
第2氣體供給系22與第1氣體供給系21為大致相同之構成，圖1中，對於與第1氣體之供給系21相對應之處賦予相同符號，而省略詳細說明。但是，原料容器3中收納液體原料之上述ODA，取代PMDA作為聚醯亞胺之原料。為了與包含PMDA之原料氣體相區別，將從原料容器3供給至反應容器12之氣化ODA氣體與載持氣體所構成之原料氣體，稱為處理氣體。
具備以上說明構成之成膜裝置1(成膜處理部11及氣體供給裝置2)，與控制部4相連接。控制部4例如由具備未圖示之CPU與記憶部之電腦所構成，對成膜裝置1之各部輸出控制訊號，以進行以下動作：將晶舟13搬入反應容器12內，於真空排氣後，從氣體供給裝置2供給原料氣體以進行成膜，並進行從原料氣體停止供給起至搬出晶舟13為止之動作。藉由此控制訊號，進行各閥之開關、各閥之開度調整、及利用各MFC之各氣體之流量控制。為了使成膜裝置1進行如此動作，將已組好步驟(命令)群組之程式，儲存於該記憶部。此程式儲存於如硬碟、小型光碟、磁光碟、記憶卡等記憶媒體，再從其安裝至電腦。
藉由該控制部4控制該等第1、第2氣體供給系21、22，俾使從第1、第2氣體供給系21、22對反應容器12內之晶圓W，交互地重複供給原料氣體，而形成聚醯亞胺膜。該第1氣體供給系21係藉由2種態樣控制，俾使將原料氣體供給至反應容器12內。為了便於說明，分別將該等態樣設為第1控制態樣、第2控制態樣。於首次對該晶圓W供給原料氣體時，藉由第1控制態樣控制第1氣體供給系21；而於第2次以後供給原料氣體時，則藉由第2控制態樣控制第1氣體供給系21。
將由該MFC51之流量訊號所測得之載持氣體之流量設為Q1。控制MFC51之閥67，以使此Q1成為事先設定之設定值。又，將從該MFC52輸出之流量訊號所測得之原料氣體之流量設為Q3。控制部4可由該等流量Q1、Q3算出PMDA流量(原料之氣化流量)Q2＝Q3－Q1。該第1控制態樣係調整該MFC52之閥67之開度，俾使該原料之氣化流量Q2成為事先設定之值。亦即，第1控制態樣係為反饋控制，其根據原料氣體之流量Q3及載持氣體之流量Q1，控制該MFC52之閥67之開度，以使原料之氣化流量Q2成為設定值。
於對晶圓W之首次原料氣體供給中，為了使於各次原料氣體供給時PMDA氣化量(在此所謂氣化包含昇華)能穩定，而以較長時間對原料容器3供給載持氣體，故將對反應容器12內之原料氣體之供給時間設定為較長。因此，於此首次原料氣體供給中，可於該原料氣體供給中使載持氣體填充至原料容器3，之後到達MFC52，而使原料容器3內之PMDA氣化量亦能穩定。結果，從原料氣體開始供給起至經過既定時間後之該Q3－Q1＝Q2之值，可高精確度地與實際供給至反應容器12內之PMDA氣化流量相對應，再者，如後述實驗所示，於MFC52之閥67之開度設為固定之情形時，Q3、Q2為穩定。因此，藉由進行上述反饋控制，可使氣化流量Q2與設定值一致，可去除於背景技術項目中所述之因氣化器溫度、配管流導及原料消耗狀態所造成之對氣化流量之影響。
然而，於第2次以後之原料氣體供給中，從提升產能及防止原料浪費之觀點而言，將其對成膜處理部11之供給時間，設定為較首次供給原料氣體時為短。如此，當原料氣體之供給時間為短時，則會有在通過MFC51之載持氣體填充原料容器3而到達MFC52前，原料氣體之供給時間已結束之虞。藉此，以上述Q3－Q1所算出之原料之氣化流量Q2，與實際原料之氣化流量之偏離有變大之虞，亦即，即使進行上述之反饋控制，亦有無法使實際之PMDA氣化流量成為設定值之情形。
又，於第2次以後之原料氣體供給中，有該原料氣體供給中PMDA氣化量不穩定之情形，此外，如上所述，有載持氣體未到達MFC52之情形，因此，如後述實驗所示，於將MFC52之閥67之開度設為固定時，原料氣體之供給時間中該Q3、Q2有時會持續改變。若對於如此持續改變之Q2，進行該反饋控制，由於MFC52對閥67之控制訊號之回應性，則實際供給至反應容器12內之PMDA之流量會不同。具體而言，顧慮由於MFC52之該回應性而使該Q2之擺動有時發生、有時不發生，導致於成膜裝置1間供給至該反應容器12之PMDA之流量容易產生差異。因上述理由，於第2次以後之原料氣體供給時，對MFC52之閥67進行反饋控制並非良策。
因此，於第1次原料氣體供給時，在執行該第1控制態樣中，從原料氣體供給開始經過既定時間，以MFC52之閥67之開度為穩定之時序，控制部4將供給至該閥67之致動器68之控制電壓，記憶於該控制部4所包含之記憶部。而於第2次以後之原料氣體供給時，第2控制態樣係將所記憶之該控制電壓持續供給至致動器68，而使MFC52之閥67之開度固定。於如此開度為固定之狀態下，對反應容器12供給原料氣體。
如此，於第2控制態樣中，將閥67預先固定為可得到所期氣化流量Q2而設定之開度，可防止閥67之開度隨著Q2改變而跟著改變。如此，藉由固定閥67之開度，而防止供給至反應容器12之PMDA之流量不會與所期之流量差異過大，同時防止各MFC52因對來自控制部4之控制訊號之回應性使得該PMDA流量不均。又，至於第2氣體供給系22，則不進行依據第1及第2控制態樣之控制，將既定量之載持氣體供給至原料容器3內，使ODA氣化，再將由該載持氣體及氣化ODA所構成之處理氣體供給至晶圓W。
接著，使用圖3～圖11之程序圖，針對以成膜裝置1形成聚醯亞胺膜之順序例，加以說明。首先，將承載數片晶圓W之晶舟13搬入反應容器12內，該反應容器12藉由加熱部16加熱至生成聚醯亞胺膜之溫度，例如100℃～250℃最好為150℃～200℃(圖1參考)。接著，藉由真空排氣部15將反應容器12內之壓力控制為既定真空度，並藉由未圖示之旋轉機構，使晶舟13於鉛直軸周圍旋轉。
將第1氣體供給系21之閥V5設為開啟狀態，來自氣體供給源41之N2
氣體經由氣體供給通路45而供給至反應容器12。此閥V5於晶圓W之處理中始終設為開啟狀態。其次，閥V4開啟，而調整該閥V4上游側之流路之壓力。此時，閥V1、V2設為關閉狀態，不執行從MFC51往原料容器3之載持氣體供給(步驟S1、圖3)。此步驟S1中，閥V3亦可開啟。
從開啟閥V4起，例如經過2秒後，將閥V4關閉並同時開啟閥V1、V2，於此閥V1、V2開啟數秒後，從MFC51對原料容器3供給載持氣體。此載持氣體之流量藉由該MFC51控制為如於50～300Sccm範圍中事先設定之流量Q1。載持氣體供給至原料容器3，而PMDA氣化，由該氣化PMDA與該載持氣體所構成之原料氣體，從原料容器3經過原料氣體供給通路42流往下游側，並由從氣體供給通路45流入之N2
氣體所稀釋，而供給至反應容器12。
控制部4根據從該原料氣體供給通路42之MFC52所輸出之流量訊號，求得該原料氣體供給通路42之原料氣體之流量Q3，而算出Q3－Q1＝PDMA之氣化流量Q2，控制MFC52之閥67之開度，俾使此Q2成為例如40～150Sccm範圍中所事先設定之流量(步驟S2、圖4)。亦即，於此步驟S2中，執行上述第1控制態樣。
如上所述，對載持氣體之原料容器3之供給持續較久，所測得之該流量Q3穩定，而依此所算出之氣化流量Q2亦穩定，使得對MFC52之閥67之控制電壓為固定。於閥V1、V2開啟後例如經過40秒之時點，控制部4將該控制電壓記憶於記憶部，將該控制電壓持續輸出至MFC52。亦即，將閥67之開度固定，而不進行該開度之調整(步驟S3、圖5)。亦即，於此步驟S3中，執行上述之第2控制態樣。供給至反應容器12之原料氣體所含之PMDA分子，沉積於晶圓W表面，而形成PMDA層。
於記憶該控制電壓起例如15秒後，停止來自MFC51之載持氣體之供給，將閥V1、V2、V3關閉，停止對反應容器12之原料氣體供給。閥V5持續設為開啟狀態，對反應容器12供給N2
氣體。藉由此N2
氣體，將殘留於反應容器12之原料氣體加以吹淨，而從排氣管線14去除。此吹淨持續如10秒(步驟S4、圖6)。
其後，第2氣體供給系22之閥V1、V2、V3、V5從關閉狀態設為開啟狀態，對原料容器3之ODA供給載持氣體。ODA氣化，從原料容器3取出包含載持氣體與ODA氣體之處理氣體，以來自氣體供給通路45之N2
氣體加以稀釋，而供給至反應容器12(步驟S5、圖7)。
此處理氣體中之ODA與晶圓W表面之PMDA反應，而形成聚醯亞胺薄層。若從第2氣體供給系22以既定時間供給該處理氣體，則閥V1、V2關閉，對原料容器3之載持氣體供給停止，對反應容器12之處理氣體供給停止。而閥V3、V4、V5設為開啟狀態，對反應容器12供給N2
氣體。藉由此N2
氣體，將殘留於反應容器12之處理氣體加以吹淨，而從排氣管線14去除(步驟S5’、圖8)。若從第2氣體供給系22以既定時間供給該N2
氣體，則各閥V3、V4、V5關閉。
其後，第1氣體供給系21之閥V1、V2開啟，於該等閥開啟稍後，對原料容器3供給載持氣體，而進行PMDA之氣化。此時，控制MFC51使以與上述步驟S2、S3相同之流量Q1通過載持氣體。MFC52之閥67成為於步驟S2所取得之開度。又，因MFC52下游側中構成供給/停止部之閥V3成為關閉狀態，故原料氣體貯存於該閥V3之上游側(步驟S6、圖9)。於此步驟S6中，對於MFC52之閥67不進行如上述之反饋控制，而固定其開度，此乃因可防止以下情況：若進行反饋控制，則於下一步驟S7中，在對反應容器12開始供給原料氣體之瞬間，由於從原料氣體停止供給狀態而如此開始供給，而造成該閥67之開度變大。亦即，藉由固定該開度，可防止如此開度變得過大，而導致大流量之原料氣體流入反應容器12之狀態。
當該閥V1、V2開啟後經過例如3秒，則閥V3開啟，原料氣體供給至反應容器12(步驟S7、圖10)。MFC52之閥67之開度持續為所取得之開度。供給至晶圓W之PMDA，與進行上述步驟S2、S3時相同，於形成於晶圓W之聚醯亞胺之薄層上沉積PMDA。與步驟S3相同，於閥V3開啟後例如15秒後，停止來自MFC51之載持氣體之供給，閥V1、V2、V3關閉，停止對反應容器12之原料氣體之供給。亦即，此步驟S7係為與上述步驟S3進行相同動作之步驟。
與作為第2控制態樣所說明一樣，於此步驟S7中，原料氣體之供給時間為短，以MFC52所測得之流量Q3與MFC51所設定之載持氣體之流量Q1之差異量Q2與實際氣化PMDA之流量之對應精確度，較原料氣體之供給時間長之情形時為低，且所算出之Q2值亦不穩定。因此，不進行依據該Q2之MFC52之閥67之反饋控制，而將該MFC52之閥67之開度加以固定。
於步驟S7之後，重複進行步驟S4～S7之步驟。圖11為含有PMDA之原料氣體及含有ODA之處理氣體之供給時序與執行上述各步驟之時序圖。於上所述，藉由執行各步驟，使該原料氣體、處理氣體，交互間隔地重複供給至反應容器12。若將該原料氣體之供給、該原料氣體之排氣、處理氣體之供給及該處理氣體之排氣所構成之程序，設為1個循環，則此循環重複例如100次左右。藉此，上述聚醯亞胺層疊層於晶圓W，而形成具有既定膜厚之聚醯亞胺膜。其後，將晶舟13從反應容器12搬出。
接著，於將載置晶圓W之晶舟13搬入反應容器12時，進行上述從步驟S1起之上述一連串步驟，如上述形成聚醯亞胺膜。亦即，於該步驟S1後之步驟S2中，重新取得MFC52之閥67之開度，於步驟S3、S7中，將閥67固定為該開度。如此重新取得開度之原因為：如上所述，若原料容器3之原料減少，則氣化量改變，而用以得到成為設定值之原料之氣化流量Q2之該閥67之開度亦改變。亦即，此成膜裝置1中，於每次搬入晶圓W時，執行上述步驟S1～S7。
依據此成膜裝置1，於原料氣體之供給時間設為長之首次循環之原料氣體供給時，根據以MFC52所偵測之原料氣體之流量Q3與設定於MFC51之載持氣體之流量Q1，算出該PMDA氣化流量Q2，而取得以此氣化流量Q2為設定值之MFC52之閥67之開度。而於原料氣體之供給時間設為短之第2次以後之循環中，將閥67固定為於首次循環所取得之開度，以供給原料氣體。該等動作於每次將晶圓W搬入反應容器12時進行。藉由以如此所求得之開度供給原料氣體，可抑制供給至晶圓W之氣化PMDA流量與所期流量偏離，藉由固定該開度，抑制因MFC52之回應性而導致該PDMA流量產生偏異。結果，可使每次處理供給至反應容器12之氣化PMDA流量穩定。藉此，可抑制於各處理中於晶圓W所形成之聚醯亞胺膜之膜質產生偏異。
第2次以後之循環中，原料氣體之供給時間於上述例中為15秒，但亦可設為更短，如數秒左右。於上述例中，第2氣體供給系22亦與第1氣體供給系21相同，亦可藉由上述第1控制態樣及第2控制態樣控制其動作。成膜原料不限於上述之例。例如，於與上述例相同形成聚醯亞胺膜之情形時，可使用CBDA(1,2,3,4－環丁烷四羧酸二酐)，CHDA(環己烷－1,2,4,5－四羧二酸酐)等以取代PMDA。又，可使用NDA(5－羧基甲基雙環［2.2.1］庚烷－2,3,6－三羧酸2,3：5,6－二酐)等以取代ODA。又，本發明亦可應用於使用ALD法之裝置。
構成致動器68之壓電元件具有滯後現象。亦即，由於使控制電壓(驅動電壓)從較施加於致動器68之目標電壓為大之電壓(正極側電壓)起下降而成為該目標電壓之情形；及從較目標電壓為小之電壓(負極側電壓)起上升而成為該目標電壓之情形，使隔膜69之彎曲量不同。因此，即使對致動器68施加相同控制電壓，亦有閥67之開度不同之情形。為了防止此開度之偏異，亦可於上述MFC52中，事先決定為從該正極側電壓起下降而成為該目標電壓、或為從該負極側電壓起上升成為該目標電壓，而以所決定方式施加控制電壓。使正極側電壓、負極側電壓之何者成為目標電壓，可於晶圓W處理前事先進行成膜裝置1之評價而決定。
又，施加於閥67之控制電壓即使為固定，由於成膜處理中MFC52周圍溫度之改變，仍有因該MFC52之閥67之開度改變，而使得供給至反應容器12之PMDA之流量有改變之虞。為了防止此流量改變，可於MFC52周圍設置溫度感測器，再於該MFC52設置冷卻機構。該冷卻機構可使用如帕耳帖元件或冷卻風扇。控制部4構成為可藉由來自該溫度感測器之輸出訊號，而偵測該周圍溫度。於進行上述成膜處理之循環期間，當所偵測之周圍溫度超過目標值時，控制部4使該冷卻機構動作以使周圍溫度降至目標值以下。
於上述例中，於取得MFC52之閥67之開度後，於固定該閥67之開度之狀況下，進行MFC52之二次側之閥V3之開/閉，以控制對反應容器12之原料氣體供給/停止。除如此構成外，亦可藉由於停止對反應容器12之原料氣體之供給時，關閉該MFC52之閥67，以阻斷對反應容器12之原料氣體之供給；於對反應容器12供給原料氣體時，開啟閥67使其成為所取得之開度，而進行對反應容器12之原料氣體之供給/停止。
於上述例中，係設置MFC52以作為由閥67(用以調整原料氣體供給通路42中之流量)與MFM(用以偵測原料氣體供給通路42中之流量)一體構成之機器。非如此地將MFM與該閥67一體構成，而將各自構成之MFM與閥67設於原料氣體供給通路42亦可。閥67之致動器68不限於壓電元件，亦可使用電磁圈或馬達等。閥67只要可調整閥開度即可，故不限於隔膜式之閥。亦可使用如針閥或蝶形閥等。 [實驗1]
使用與上述之成膜裝置1略為同樣構成之成膜裝置(實驗用成膜裝置)，依循上述之實施形態，分別記錄對晶圓W進行處理時所測得之載持氣體之流量Q1、原料氣體之流量Q3。又，亦記錄從此Q1及Q3所算出之原料之氣化流量Q2(＝Q3－Q1)。但是，該實驗用成膜裝置與成膜裝置1不同，係使用MFM 以取代MFC52，該原料氣體之流量Q3係使用該MFM而測得。此MFM與MFC52不同，不具備利用控制部4之控制訊號而改變開度之閥67。因此，於此實驗1中，於使用上述成膜裝置1以進行實施形態之步驟S2中，因無法進行MFC52之閥67之開度之調整，故於步驟S2、S3、S7中將該閥67之開度固定為互為相同之開度而進行處理。
圖12係顯示此Q1、Q2、Q3變化之圖表。分別以虛線表示該流量Q1；一點虛線表示該流量Q2；實線表示該流量Q3。圖表中之橫軸表示從既定時刻起所經過之時間(單位：秒)，縱軸表示氣體之流量(單位：Sccm)。又，圖中係表示進行上述各步驟S之時序。但是，如上所述，步驟S7為與步驟S3進行相同動作之步驟，於上述例中，為了方便，將第2次以後所進行之步驟S3設為步驟S7，但於圖12中，對於此步驟S7亦以步驟S3顯示。於步驟S2開始後不久Q2、Q3短暫性上升後下降之原因，係由於利用將閥開啟，而使流路所貯存之原料氣體流入該MFM所致。此下降後，Q2、Q3逐漸上升後而穩定，從步驟S2開始至Q2、Q3穩定為止所需之期間(圖12中顯示為T1)約為20秒。
從步驟S2開始後至經過20秒間，Q2、Q3上升而未穩定之原因有二：如上所述，係因以MFC51測定其流量之載持氣體到達MFM為止需要時間、及PMDA氣化量至穩定為止需要時間。如此，從開始起經過20秒後，因Q2、Q3成穩定，故設置MFC52取代MFM，藉由於如此穩定時進行反饋控制，使Q2與設定值成一致，可抑制由於背景技術項目中所述各主要因素所導致之氣化流量之變動。
又，於第2次之步驟S3(步驟S7)中，於該步驟開始不久Q2、Q3短暫性上升。此Q2、Q3之上升係因：於步驟S6中，該MFM上游側之管路內所積存的原料氣體流入該MFM所致。Q2、Q3於如此上升後下降，從該步驟開始起經過4秒後穩定。圖12中，將此從該步驟開始起至穩定為止之期間以T2表示。從圖表可知，第2次之步驟S3中，與步驟S2不同，Q2、Q3穩定期間為短。如於實施形態所述，若依據變動之Q2進行該MFC52之閥67之開度之反饋控制，則由於該MFC52之回應性使得Q2改變。亦即，於成膜裝置1間產生偏異。因此，於此第2次以後之步驟S3(步驟S7)中，不進行反饋控制，而如實施形態所示，固定MFC52之閥67之開度為有效。
依據本發明，根據載持氣體之流量及原料氣體之流量，求得該原料氣體中之原料之流量，取得此原料之流量成設定值之流量調整閥之開度。接著，以所取得之開度，固定該流量調整閥，將原料氣體間歇地供給至成膜處理部。於次將被處理基板搬入成膜處理部時進行該等動作。藉此，可抑制供給至被處理基板之原料之流量於每次對該被處理基板之處理時變成不穩定。結果，可抑制於被處理基板所形成之膜之性質偏異。
以上所揭露之實施形態皆為例示，而非以此為限。事實上，上述實施形態可以多樣形態具體實現。又，上述實施形態在不超出附加請求範圍及其主旨下，亦可以多樣形態進行省略、取代或改變。本發明之範圍包含所附加之專利請求範圍及在其均等意義及範圍內中之所有變更。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧氣體供給裝置
3‧‧‧原料容器
4‧‧‧控制部
11‧‧‧成膜處理部
12‧‧‧反應容器
13‧‧‧晶舟
14‧‧‧排氣管線
15‧‧‧真空排氣部
16‧‧‧加熱部
21‧‧‧第1氣體供給系
22‧‧‧第2氣體供給系
31‧‧‧固體原料
32‧‧‧加熱部
33‧‧‧溫度偵測部
34‧‧‧供電部
35‧‧‧載持氣體噴嘴
36‧‧‧抽出噴嘴
41‧‧‧氣體供給源
42‧‧‧原料氣體供給通路
43‧‧‧載持氣體供給通路
44‧‧‧氣體流路
45‧‧‧氣體供給通路
51~53‧‧‧MFC
60‧‧‧彎曲流路
61‧‧‧主流路
62‧‧‧細管部
63、64‧‧‧電阻器
65‧‧‧電橋電路
66‧‧‧放大電路
67‧‧‧閥
68‧‧‧致動器
69‧‧‧隔膜
W‧‧‧晶圓
V1~V5‧‧‧閥
Q1‧‧‧載持氣體之流量
Q2‧‧‧原料之氣化流量
Q3‧‧‧原料氣體之流量
2‧‧‧氣體供給裝置
3‧‧‧原料容器
4‧‧‧控制部
11‧‧‧成膜處理部
12‧‧‧反應容器
13‧‧‧晶舟
14‧‧‧排氣管線
15‧‧‧真空排氣部
16‧‧‧加熱部
21‧‧‧第1氣體供給系
22‧‧‧第2氣體供給系
31‧‧‧固體原料
32‧‧‧加熱部
33‧‧‧溫度偵測部
34‧‧‧供電部
35‧‧‧載持氣體噴嘴
36‧‧‧抽出噴嘴
41‧‧‧氣體供給源
42‧‧‧原料氣體供給通路
43‧‧‧載持氣體供給通路
44‧‧‧氣體流路
45‧‧‧氣體供給通路
51~53‧‧‧MFC
60‧‧‧彎曲流路
61‧‧‧主流路
62‧‧‧細管部
63、64‧‧‧電阻器
65‧‧‧電橋電路
66‧‧‧放大電路
67‧‧‧閥
68‧‧‧致動器
69‧‧‧隔膜
W‧‧‧晶圓
V1~V5‧‧‧閥
Q1‧‧‧載持氣體之流量
Q2‧‧‧原料之氣化流量
Q3‧‧‧原料氣體之流量
所附加之圖式係顯示所揭露之實施形態而納入作為本說明書之一部分，與上述一般說明及後述實施形態之詳細內容，共同闡述本發明之概念。
【圖1】具備本發明之氣體供給裝置之成膜裝置之整體構造圖。
【圖2】該氣體供給裝置中之質量流量控制器之概略構造圖。
【圖3】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖4】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖5】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖6】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖7】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖8】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖9】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖10】依據該成膜裝置之處理程序圖。
【圖11】依據該成膜裝置之各種氣體之供給時序之時序圖。
【圖12】使用與該成膜裝置大致相同之裝置所測得之氣體流量之圖表。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧氣體供給裝置
3‧‧‧原料容器
4‧‧‧控制部
11‧‧‧成膜處理部
12‧‧‧反應容器
13‧‧‧晶舟
14‧‧‧排氣管線
15‧‧‧真空排氣部
16‧‧‧加熱部
21‧‧‧第1氣體供給系
22‧‧‧第2氣體供給系
31‧‧‧固體原料
32‧‧‧加熱部
33‧‧‧溫度偵測部
34‧‧‧供電部
35‧‧‧載持氣體噴嘴
36‧‧‧抽出噴嘴
41‧‧‧氣體供給源
42‧‧‧原料氣體供給通路
43‧‧‧載持氣體供給通路
44‧‧‧氣體流路
45‧‧‧氣體供給通路
51~53‧‧‧MFC
W‧‧‧晶圓
V1~V5‧‧‧閥
Q1‧‧‧載持氣體之流量
Q2‧‧‧原料之氣化流量
Q3‧‧‧原料氣體之流量
Claims (8)
- 一種氣體供給裝置，其將原料氣體間歇地供給至對被處理基板進行成膜處理之成膜處理部，其具備： 原料容器，容納液體或固體之原料； 載持氣體供給部，供給用以使該原料容器內之該原料氣化或昇華之載持氣體； 原料氣體供給通路，將由氣化或昇華之該原料與該載持氣體所構成之該原料氣體，供給至成膜處理部； 該原料氣體之流量偵測部與該原料氣體之流量調整閥，分別設於該原料氣體供給通路； 原料氣體供給/停止部，進行該原料氣體對該成膜處理部之供給/停止；及 控制部，輸出控制訊號以於將該被處理基板搬入該成膜處理部時，實施以下步驟： 第1步驟，根據從該載持氣體供給部所供給之該載持氣體之流量與藉由該流量偵測部所偵測之該原料氣體之流量，求得該原料氣體中之原料之流量，以取得以此原料之流量為設定值的該流量調整閥之開度；及 第2步驟，為了於將該流量調整閥之開度固定為該取得開度之狀態下，將原料氣體間歇地供給至成膜處理部，而進行利用該原料氣體供給/停止部之該原料氣體的供給/停止。
- 如申請專利範圍第1項之氣體供給裝置，其中， 在該載持氣體供給部與該原料容器之間之載持氣體供給通路，設置用以將該載持氣體之流量設定成設定值之載持氣體用之質量流量控制器，於該第1步驟所使用之該載持氣體之流量，係為該質量流量控制器之設定值。
- 如申請專利範圍第1項之氣體供給裝置，其中， 該原料氣體之該流量偵測部與該流量調整閥，係由該原料氣體用之質量流量控制器所構成。
- 一種成膜裝置，其具備：如申請專利範圍第1項之該氣體供給裝置；及該成膜處理部。
- 如申請專利範圍第4項之成膜裝置，其更具備： 氣體供給部，將與該原料氣體不同之處理氣體，對該原料氣體交互地供給至該成膜處理部。
- 一種氣體供給方法， 其係將原料氣體間歇地供給至對被處理基板進行成膜處理之成膜處理部，其具備下述程序： 對容納原料之原料容器供給載持氣體，使該原料氣化； 從該原料容器經由原料氣體供給通路，將由該氣化之該原料與該載持氣體所構成之原料氣體，供給至該被處理基板； 藉由設於該原料氣體供給通路之流量偵測部，偵測該原料氣體之流量； 根據供給至該原料容器之該載持氣體之流量與藉由該流量偵測部所偵測之該原料氣體之流量，求得該原料氣體中之該原料之流量； 調整設於該原料氣體供給通路之流量調整閥之開度，以調整流過該原料氣體供給通路之該原料氣體之流量； 取得該原料之流量成為設定值的該流量調整閥之開度；及 為了於將該調整閥固定為該取得開度之狀態下，將該原料氣體間歇地供給至該成膜處理部，進行原料氣體之對該成膜處理部之供給/停止； 於將該被處理基板搬入該成膜處理部時，實施該各程序。
- 如申請專利範圍第6項之氣體供給方法，其更具備下述程序： 將與該原料氣體不同之處理氣體，對該原料氣體交互地供給至該成膜處理部。
- 一種非短暫性記憶媒體，其係儲存用於氣體供給裝置之電腦程式，該氣體供給裝置為了對基板進行成膜處理而將原料氣體供給至成膜處理部， 該程式包含用以執行如申請專利範圍第6項之該氣體供給方法的步驟。
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