WO2004007797A1

WO2004007797A1 - 成膜装置

Info

Publication number: WO2004007797A1
Application number: PCT/JP2003/008800
Authority: WO
Inventors: Hideaki Yamasaki; Yumiko Kawano; Norihiko Yamamoto
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2004-01-22
Also published as: US20050120955A1; TWI229886B; JP4365785B2; CN1650045A; JPWO2004007797A1; KR20050021450A; AU2003280994A1; KR100710929B1; CN100390317C; TW200409175A

Abstract

本発明の成膜装置１００は、ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器１０と、半導体基板１０１に成膜処理を行うための成膜室１２０と、原料容器１０から成膜室１２０に上記ソースガスを供給するための原料供給路３０と、ターボ分子ポンプ１４及びドライポンプ１６からなる真空ポンプシステムを有した、成膜室１２０を排気するため排気流路３２と、原料供給路３０から分岐し成膜室１２０及びターボ分子ポンプ１４をバイパスして排気流路３２に合流するプリフロー流路３３とを備え、原料供給路３０は、６．４ｍｍより大きい内径の配管を含み、プリフロー流路３３にターボ分子ポンプ１５が設けられたことを特徴とする。　　

Description

技術分野 .

本発明は、一般に半導体製造装置に係り、より詳細には、特に低い蒸気圧の原料を用いた成膜処理において、成膜速度を向上できる半導体製造装置に関する。背景技術

近年、半導体基板の大口径ィ匕が進むにつれて、半導体製造装置は多数枚の半導体基板を一度に処理するパッチ処理ではなく、 1枚ごとに処理を行う枚葉処理の形態が取られるようになってきている。このような枚葉処理を行う装置の処理能力（スループット）を向上するためには、 1枚当たりの処理時間を短くする必要がある。このため、従来においては、成膜速度を向上させるため、例えば半導体製造装置の処理容器に供給するソースガスの流量を増加させ、処理の短時間化が図られている。

また、枚葉処理を行う装置においては、ソースガスの流量を安定させてから半導体製造装置の処理容器に供給する必要がある。このため、従来においては、図

5に示すように、半導体製造装置の処理容器 1 2 0 ' にソースガスを供給する原料供給ライン 3 0，に、処理容器 1 2 0 ' をバイパスするプリフローライン 3 3，が設けられている。かかる半導体製造装置においては、バルブ 2 6，の切替によつて成膜前のソースガスをプリフローライン 3 3 ' に流通して流量を安定させた後に、バルブ 2 6，の更なる切替によって半導体製造装置の処理容器 1 2 0，にソースガスを供給している。

ところで、室温で固体や気体の原料をガス化して半導体製造装置に供給する一般的な手法としては、液体原料若しくは固体原料を加熱し、若しくは、液体原料は液体のまま、固体原料は溶媒に溶解して液体状態にしたものを処理^ 5傍の気化器まで搬送し、当該気 ft ^で気ィ匕させてから処理容器内に導入することが行われる。一方、最近の半導体装置で使われる高誘電体膜や強誘電体膜、あるいはこのような高誘電体膜や強誘電体膜を使う半導体装置で使われる R u膜や W膜などの成膜処理の:^のように、使用する原料の蒸気圧が低く、原料を加熱しても十分な量のガスを得られない^^には、キャリアガスを用いて原料を処理容器 1 2 0，に搬送することが行われる。このような蒸気圧が低い原料を用いるにおいて、ソースガスの流量を増加させるためには、原料を加熱して蒸気圧を高めること、及ぴ、原料容器をして原料の気化を促進することが必要となる。このため、従来の半導体製造装置の排気ライン 3 2，には、図 5に示すように、ターボ分子ポンプ 1 4， (TMP)及びドライポンプ 1 6， (D P)が設けられており、原料容器 1 0，及び処理容器 1 2 0 ' の ί¾Εが図られている。

しかしながら、上述のようにターボ分子ポンプ 1 4，等を使用して原料容器 1 0，等のを図るであっても、使用する原料の蒸が低く、しかも本分野で一般的に使用される配管の内径は 1 /4インチと小さく、ソースガスの流量の増加には限界があった。また、力かる小さい配管径では、原難給ライン 3 0 ' での圧力損失が大きく、原料容器 1 0，の効率的な減圧の妨げとなり、ひいては原料の効率的な気化の妨げとなるという問題点があつた。

また、従来のプリフローライン 3 3，は、図 5に示すように、ターボ分子ボンプ 1 4，をバイパスしており、また、プリフローライン 3 3，の配管径は一般的に原料供給ライン 3 0，の配管径以下であるので、プリフローライン 3 3，流通時と成膜処理時とでは原料容器 1 0 ' 内の圧力等の条件が異なることになる。従つて、成膜処理前にプリフローライン 3 3，にソースガスを流通して流量を安定させた場合であっても、実質的に流量を安定させたことになつていないという問題点があった。

発明の開示

本発明の一目的は、半導体製造装置の処理容器に供給するソースガスの流量を大幅に増加させ、成膜速度を飛躍的に向上できる成 «置を ^することにある。本発明のその他の目的は、成膜処理前にソースガスの流量を実質的に安定させることができるプリフローラインを備えた成膜装置を^することにある。

本発明の第 1の局面によれば、ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、真空ポンプシステムを有した、上記成膜室を排気するため排気流路とを備えた成離置であって、上記原料供給路は、 6 . 4 mmより大きい内径の配管を含むことを特徴とする、成 J«置が «される。

本発明の第 2の局面によれば、ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、ターボ分子ポンプ及びドライポンプからなる真空ポンプシステムを有した、上記成膜室を排気するための気流路と、上記原料供給路から分岐して上記排気流路に合流するプリフロー流路とを備えた成^常置であって、

上記プリフロー流路に、第 2のターボ分子ポンプが設けられたことを特徴とする、成膜装置が難される。

本局面において、代替的に、プリフロー流路が、前記ターボ分子ポンプよりも上流側で上記排気流路に合流することとしてもよい。この場合、プリフロー流路使用時に上記排気流路の真空ポンプシステムを利用することができるので、プリフ口一流路に第 2のターボ分子ポンプを設けることなく、プリフロ一流路使用時の原料容器内の圧力と実際の成膜処理時の原料容器内の圧力との差を小さくすることができる。

また、本発明の第 3の局面によれば、ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、ターボ分子ポンプ及ぴドライポンプからなる真空ポンプシステムを有した、上記成膜室を排気するための排気流路と、上記原料供給路から分岐して上記排気流路に合流するプリフロー流路とを備えた成膜装置であって、

上記プリフロー流路の配管径を大きくして、圧力差を小さくしたことを特徴とする、成膜装置が提供される。

上記各局面において、プリフロ一流路及ぴ /又は上記原料供給路に設けられるバルブは、好ましくは、〇値1 . 5以上のコンダクタンスを有する。特に好ましくは、プリフロ一流路及ぴ上記原料供給路に設けられる全てのバルブが C V値 1 . 5以上のコンダクタンスを有する。また、原料供給路は、好ましくは、全長の少なくとも 8 0 %の範囲で 6 . 4 mmより大きい内径の配管を含む。上記原料供給路は、好ましくは、成膜処理時における上記原料容器の圧力と上記成膜室との圧力差が 2 0 0 0 P aより小さくなるように、構成される。上記原料供給路は、好ましくは、約 1 6 mm以上の内径の配管を含む。上記原料供給路には、気化温度での蒸気圧が 1 3 3 P aより低い蒸気圧の原料から生成されるソースガスが流通してよい。上記原料は W (C O) ₆であってよい。上記成膜室は、好ましくは、成膜処理時に上記真空ポンプシステムによって、 6 6 5 P aより小さい圧力で維持される。

図面の簡単な説明

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより一層明瞭となるであろう。

図 1は、 C VD成膜装置 1 0 0の構成を概略的に示す断面図である。

図 2は、本発明の第 1の実施の形態による原給装置 2 0 0の構成を概略的に示す図である。

図 3 A及び図 3 Bは、本発明の第 2の実施の形態による原料供給装置 2 0 0の構成を概略的に示す図である。

図 4は、処理容器の圧力と原料容器の圧力との差を配管径の相違により比較した表である。

図 5は、従来の半導体製造装置の構成を概略的に示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

[第 1の実施形態]

図 1は、本発明の第 1の実施の形態による C VD成膜装置 1 0 0の構成を概略的に示す断面図である。

図 1を参照するに、この CVD成膜装置 1 0 0は、気密構造の処理容器 1 2 0 と、処理容器 1 2 0内の中央部に配設され、半導体基板 1 0 1を保持し、鼇源に接続する加熱素子 1 3 2が埋設された载置台 1 3 0と、载置台 1 3 0に対面するように設けられ、後述する原^給ライン 3 0から供給されるガスを処理容器 1 2 0内に導入するシャヮへッド 1 1 0と、処理容器 1 2 0の側壁に設けられ、半導体基板 1 0 1を搬入 ·搬出する図示しないゲートバルブと真空ポンプシステムを有し、処理容器 1 2 0を排気する排気ライン 3 2とを備えている。

図 2は、本発明の第 1の実施の形態による原料供給装置 2 0 0の構成を示す。図 2を参照するに、 A r、 K r、 N₂、 H eなどの不活性ガスからなるキャリアガスは、原料容器 1 0に質量流 U御装置 (MF C) 1 2を介して供給される。この質量流灘 U御装置 1 2は、原料容器 1 0に供給するキヤリァガスの流 *¾U御を行う。原料容器 1 0内には、成膜に使用する液体原料若しくは固体原料が収容される。ソースガスは、原料^^ 1 0でパブリング等によりこれらの原料を気化して生成され、上記キャリアガスによって原^給ライン 3 0を通って C VD成膜装置 1 0 0まで搬送されていく。尚、この原^給ライン 3 0の原料容器 1 0の出口付近には、原料容器 1 0内の圧力を検出する圧力計 1 8が設けられる。

原給ライン 3 0には、原料容器 1 0の後で C VD成膜装置 1 0 0をパイノスするプリフローライン 3 3力 S設けられる。このプリフローライン 3 3には、原料供給ライン 3 0からのソースガスを含むキャリアガス（以下、このガスを「混合ガス」という）が供給される。この混合ガスは、バルブ 2 6， 2 7の開閉により、プリフローライン 3 3或いは C VD成膜装置 1 0 0に通じる原料供給ライン 3 0に選択的に供給される。

尚、このプリフローライン 3 3は、成膜時に C VD成膜装置 1 0 0に供給する混合ガスの流量を安定化するためのガス流路である。従って、このプリフローライン 3 3には、半導体基板 1 0 1を 1枚ずつ処理する前に、混合ガスが供給されることになる。

プリフローライン 3 3との分岐点 Bから C VD成膜装置 1 0 0までの原料供給ライン 3 0には、成膜に使用する各ガスゃ成»理後に処理容器 1 2 0内を清浄するためのクリ一ユングガス等を供給するためのガスラインがバルブを介して接続されている。尚、これらのガスは、混合ガスがプリフローライン 3 3に流通する間 (即ち、パルプ 2 6が閉で、ノレブ 2 7が開であるとき）、処理容器 1 2 0内に導入されてよい。 C VD成膜装置 1 0 0から反応ガス等を排気するための排気ライン 3 2には、ターボ分子ポンプ (TMP) 1 4が設けられ、更に後流にドライポンプ（D P) 1 6が設けられる。これらのポンプ 1 4， 1 6は、処理容器 1 2 0内を所定の真空度に維持する。このターボ分子ポンプ 1 4は、ドライポンプ 1 6と協働して、処理容器 1 2 0内の圧力を例えば l T o r r ( 1 3 3 P a ) 以下の高真空にすることができ、 DMAH (ジメチルアルミニウムハイドライド）、 R u C p ₂ (ビスシクロペンタジェ二ノレルテニゥム）、 W (C O) ₆ (へキサカルボ-ルタンダステン）のような低蒸気圧の原料を使用する成膜処理に特に必要とされる。

この気ライン 3 2には、ドライポンプ 1 6の上流側でプリフローライン 3 3 が合流される。従って、このプリフローライン 3 3に混合ガスが流通している間には、原料容器 1 0は、ドライポンプ 1 6により減圧されることになる。一方、成膜時には、原料容器 1 0は、ドライポンプ 1 6及びターボ分子ポンプ 1 4により減圧されることになる。

ところで、成膜速度を向上させるためには、 C VD成膜装置 1 0 0に供給される混合ガスに含まれるソースガスの流量を増加させる必要がある。ソースガスの流量は、キャリアガスの流量及び原料容器 1 0の温度が高いほど多くなり、原料容器 1 0内の圧力が高いほど少なくなる。従って、ソースガスの流量を増加させるためには、原料容器 1 0内の圧力を可能な限り低くすることが必要となる。

また、原料容器 1 0は、上述のようにターボ分子ポンプ 1 4等により処理容器 1 2 0及び原料供給ライン 3 0を介して減圧されるが、減圧の高効率化を達成すると共に流通するガスの流量を増加させるためには、特にターボ分子ポンプ 1 4 から原料容器 1 0までの流路における圧力損失を可能な限り低減することが必要となる。

一方、ソースガスの流量はキャリアガスの流量に比例するので、ソースガスの流量の増加のために、キャリアガスの流量を増加させることも可能である。しかしながら、本分野で一般的に使用される配管径 1 /4ィンチの原難給ライン 3 0では、コンダクタンスが低く、上述した減圧によってキャリアガスの流量（及ぴソースガスの流量）を増加するのにも限界がある。

更に、最近の半導体装置で使われる高誘電体膜や強誘電体膜、あるいはこのような高誘電体膜や強誘電体膜を使う半導体装置で使われる R u膜や W膜などは、非常に低い蒸気圧の原料を用いて成膜される。例えば、 W膜を形成するために使用してょレ、 W (CO) ₆は、 25°Cにおいて蒸気圧 3. 99 P a (0. 03To r r)、 3 0°Cにおいて蒸気圧 6. 65 P a (0. 05To r r)、 45 °Cにおいて蒸気圧 3 3. 25Pa (0. 25 T o r r ) である。かかる低蒸原料を用いた^ \ ソースガスの流量を増加させるのは非常に困難である。

そこで、本発明の第 1の実施態様では、原^給ライン 30は、キャリアガスの流量（それに伴うソースガスの流量）を増大させるため、 1/4インチ (約 6. 4 mm) よりも大きな配管径、例えば 1Z2インチ（約 13mm) 若しくは 3 4 ィンチ（約 19 mm) の配管径を有する。この 1Z4インチよりも大きな配管径を有する原糾共給ライン 30の範囲は、好ましくは、原料容器 10力ら処理容器 12 0までである。即ち、ソースガス力 S流通する原料供給ライン 30は、好ましくは、処理容器 120まで連続的に同一の内径の配管により構成される。

但し、原料容器 10力ら処理容器 120までの間の短い範囲であれば、原!^給ライン 30は、異なる内径の配管により構成されてもよい。例えば、図 2では、原料容器 10の出口力らの短レ、範囲で内径 1/2ィンチの配管力 S使用され、原料容器 10から処理容器 120までの大部分の範囲で 3 Z4インチの配管が使用されている。

また、同様の観点から、原難給ライン 30に設けられてよいバルブ 25, 27 は、好ましくは、原料供給ライン 30の内径と同一の径を有するが、図 2に示すバルブ 25のように、原給ライン 30の内径 1 / 2ィンチに対して、汎用的に使用される 3 8インチの内径であってもよレ、。また、この原f?W給ライン 30の全体の長さは、混合ガスのエネルギー損失を «して混合ガスの流量を増大させるため、可能な限り短く設定されてよい。例えば、図 2に示す原給ライン 30は、内径 1/2インチの配管を除いて、全長 1000mmの 3/4インチの配管により成されている。

尚、上述した実施態様の原料供給装置 200は、単一の原料供給ライン 30を有するものであつたが、複数の種類のソースガスを使用する等の ^には、それに対応して複数の原^給ラインを有してもよレヽ。かかるには、気圧原料を搬送する原難給ラインは、 1 Z4インチよりも大きな内径の配管により構成し、比較的高レ、蒸 ^ffiの原料を搬送する原難給ラインは、通常通り内径 1 Z 4ィンチの配管により構成してよい。

以上の本発明の第 1の実施態様によれば、配管内を流通する流体の流量は配管の内径の 4乗に比例して大きくなるので、処理容器 1 2 0内に導入するソースガスの流量を飛躍的に増加することができる。また、混合ガスの原,給ライン 3 0での圧力損失が、原,給ライン 3 0の配管径の増加と共に低減されるので、原料容器 1 0内の圧力を低下するのに必要なターボ分子ポンプ 1 4の仕事量を低減することができる。また、原料供給ライン 3 0における圧力損失が少ない場合には、処理容器 1 2 0に導入されるソースガスの流量が更に増大されることになる。

ところで、 W (C O) ₆ような低蒸気圧原料を用いて成膜処理を行う:^、原料容器 1 0内の圧力は、ソースガスの流量を増大させるために、ターボ分子ポンプ 1 4により 2 T o r r ( 2 6 6 P a ) 以下の高真空に維持される場合がある。しかしながら、プリフローライン 3 3使用時にドライポンプ 1 6のみにより原料容器 1 0内の圧力をかかる低圧に維持することは可能でない。従って、成膜処理前にプリフローラインに混合ガスを流通した場合であっても、成膜処理のために流路の切替を実施すると、原料容器 1 0内の圧力の変動が発生し、ソースガスの流量が成膜中に変動するという不都合が生じる。

次に示す本発明の第 2の実施の形態による原 H共給装置 2.0 0は、上述した第 1 の実施の形態による原料供給装置 2 0 0のプリフローライン 3 3を改良することにより上記不都合を解消するものである。

[第 2の実施形態]

図 3 Aは、本発明の第 2の実施の形態による原料供給装置 2 0 0の構成を示す。図 3 Aを参照するに、本実施形態による原) |SH共給装置 2 0 0のプリフローライン 3 3には、第 2のターボ分子ポンプ 1 5が設けられる。従って、このプリフローライン 3 3に混合ガスが流通している間には、原料容器 1 0は、ドライポンプ 1 6 及ぴターボ分子ポンプ 1 5により減圧されることになる。一方、成膜時には、原料容器 1 0は、ドライポンプ 1 6及びターボ分子ポンプ 1 4により減圧されることになる。この結果、プリフローライン 3 3に混合ガスを流通させた時と成膜処理時との間での原料容器 1 0内の圧力差が低減される。即ち、原料容器 1 0内の圧力は、 W (C O) ₆ような低蒸気圧原料を用いた成膜処理時において 2 T o r r ( 2 6 6 P a ) 以下の髙真空に維持される場合がある力プリフローライン 3 3使用時においても第 2のターボ分子ポンプ 1 5によりかかる高真空を実現することが可能となる。従って、ソースガスの流量の変動を引き起こす原料容器 1 0内の圧力の変動が抑制されるので、成膜中にソースガスの流量の変動がない安定した成膜処理を行うことが可食となる。

また、同様の観点から、このプリフローライン 3 3は、好ましくは、成膜処理時とプリフローライン流通時との間での混合ガスの圧力損失差を低減すベく、原料供給ライン 3 0と同一又はより太レ、配管径を有する。或いは、第 2のターボ分子ポンプ 1 5のプリフローライン 3 3における配設位置を調整することにより、プリフローライン 3 3に混合ガスを流通させた時の原料容器 1 0内の圧力が成膜処理時における原料容器 1 0内の圧力と略同一となるようにしてもよレ、。これにより、プリフローライン 3 3に流通時のソースガスの流量を成膜処理時の当該流量と略同一とすることができる。

以上の本発明の第 2の実施態様によれば、プリフローライン 3 3に流通時のソースガスの流量と処理容器 1 2 0内に導入するソースガスの流量との差を大幅に低減することができる。従って、プリフローライン 3 3から原料供給ライン 3 0 に 3方弁 2 6により切替される際のソースガスの流量の変動が非常に少なく、成膜中にソースガスの流量の変動がない安定した成膜処理を行うことができる。図 3 Bは、本発明の第 2の実施の形態による原給装置 2 0 0の変形例を示す。図 3 Bに示す構成では、プリフローライン 3 3に第 2のターボ分子ポンプ 1 5 が設けられることはなく、それに代わって、プリフローライン 3 3が排気ライン 3 2にターボ分子ポンプ 1 4より上流側で合流している。かかる構成では、プリフローライン _{3 3}の使用時において、成膜時と同様、原料容器 1 0は、ドライポンプ 1 6及びターボ分子ポンプ 1 4により減圧されることになる。

従って、本変形例によれば、上述の実施態様と同様、プリフローライン 3 3に流通時のソースガスの流量と処理容器 1 2 0内に導入するソースガスの流量との差を大幅に低減することができる。従って、プリフローライン 33から原料供給ライン 30に切替される際のソースガスの流量の変動が非常に少なく、成膜中にソースガスの流量の変動がない安定した成膜処理を行うことができる。

尚、この変形例において、排気ライン 32のターボ分子ポンプ 14の仕事量は、 3方弁 26による切替前後のソースガスの流量の変動が最小になるように切替前後で変更'調整されてよい。また、プリフローライン 33は、成膜処理時とプリフローライン流通時との間での混合ガスの圧力損失差を低減すべく、原料供給ライン 30と同一又はより太い配管径を有してよい。

また、上述の第 2の実施の形態において、 3方弁 26に代わって上述の第 1の実施の形態のようなバルブ 26， 27力 S使用されてもよい。また、何れの場合であつても、上述の第 1の実施の形態の場合も同様であるが、原料供給ライン 30及びプリフローライン 33に設けられる各バルブ 25， 26, 27 (即ち、原料容器 10からターボ分子ポンプに至る間の流路に設けられる各バルブ）は、好ましくは、。値1. 5以上のコンダクタンスの良いものが使用される。これにより、各バルブでの圧力損失が低減され、上述の効果を更に高めることができる。

ここで、バルブの Cv値は、一次側（原料容器 10に近い側）絶対圧力 [k g f · cm³ a b s] が二次側（処理容器 120に近い側）絶対圧力 P₂ [k g f · cm³ a b s] に対して、 Pi< 2 P₂の関係にあるとき、 C v = QgZ40 6 X {Gg (273+ t) / (P^P P₂} ^1/2により、 Ρ ≥2 Ρ₂の関係にあるとき、 Cv Qg/S O SPiX {Gg (273+ t)} ^1/2により算出された値として定義する。尚、上記式において、 t [°C] はガスの温度、 Qg [N m²/h] は、標準状態 (15°C、 76 OmmHg a b s) におけるガスの流量、 Ggは、空気を 1とした時のガスの比重をそれぞれ表わす。

[第 1の実施例]

発明者らは、上述した第 1の実施形態に関連して、処理容器 120内の圧力と原料容器 10内の圧力との差を配管径の相違により比較し、図 4に示す結果を得た。

図 4を参照するに、原難給ライン 30に内径 3ノ4ィンチの配管を使用した場合において、処理容器 120内の圧力を 13. 3 P a (0. lTo r r) としたとき、原料容器 10内が 79. 8 P a (0， 6To r r) まで減圧されている。これより、上述したように 25°Cにおいて蒸気圧 3. 99 P a (0. 03To r r)、 45 °Cにおいて蒸気圧 33. 25 P a (0. 25 T o r r ) を示す W (C O) ₆ (へキサカルボ二ルタングステン）のような低蒸気圧原料を使用した場合であっても、処理容器 120内が十分に減圧されるので、十分な流量のソースガスを得ることができることがわかる。

一方、内径 1ノ 4インチの配管を使用した場合において、処理容器 120内の圧力を 66. 6 P a (0. 5 To r r) としたとき、原料容器 10内の圧力が 2 660 P a (2 OTo r r) となっている。対照的に、内径 3ノ4インチの配管の場合において、処理容器 120内の圧力が 66. 6 P a (0. 5To r r) であるとき、原料容器 10内の圧力は 372 P a (2. 8To r r) となっている尚、内径 1/2インチの配管を使用した^、処理容器 120内の圧力を 13 3 P a (lTo r r) としたとき、原料容器 10内の圧力が 1051〜 1596 P a (7. 9〜12To r r) となっている。

以上の比較結果から、処理容器 120内の圧力と原料容器 10内の圧力との差は、原料供給ライン 30の内径が 1 / 4インチの場合には、少なくとも 1995 P a (15To r r) 以上となるのに対し、原料供給ライン 30の内径力 S 1 / 2 インチ若しくは 3/4インチの場合には、多くとも 1995P a (15To r r ) 以下となり、原料供給ライン 30による圧力損失が大幅に低減されていることがわかる。

次に、配管径の相違による成膜速度を比較するために発明者らが行つた成膜処理の実施例について説明する。

まず、比較例として原料供給ライン 30に、内径 1/4インチで長さ 2mの配管を用いて、 W (CO) ₆を原料とし、熱 CVD法により W膜を成膜した実施例について言及する。原料容器 10のを 45°Cとし、キャリアガスの流量を 300 s c cm (1 s c cmは、 0°C · 1気圧で流体が 1 c m³流れることを意味する ) とし、成膜圧力 (処理容器 120内の圧力)を 20. 0 P a (0. 15To r r ) とし、基板温度 450°Cの条件で成膜したところ、成膜速度 10 A/m i nでタングステン膜が形成され、当該タングステン膜の比抵抗は 54 u o h m c mであつた。

この比較例の結果に対して、原料供給ライン 30に内径 1Z 2インチで長さ 2 mの配管を用いた^、成膜速度 40 A/m i nでタングステン膜が形成され、当該タングステン膜の比抵抗は 40 u o hm cmであった。

また、上記比較例に対して、原料供給ライン 30に内径 3Z4インチで長さ 1 mの配管を用いた、成膜速度 300 A/m i nでタングステン膜が形成され、当該タングステン膜の比抵抗は 45 u o hm cmであった。

以上の実施例から、原料容器 10力ら処理 120までの原難給ライン 30 に内径 1/2インチ以上の配管を使用することによって、ソースガスの流量が大幅に増大し、成膜速度が飛躍的に向上することが 5tmされた。

[第 2の実施例]

次に、上述した第 2の実施形態に関連した、図 5に示す従来的な構成例と比較するために発明者らが実施した実施例について説明する。

本実施例では、ソースガスの流量の変動を引き起こす原料容器 10内の圧力の変動を比較した。

まず、比較例として、図 5に示す従来的な構成によるプリフローライン 33，に成膜処理前に混合ガスを流通させて、原料容器 10, 内の圧力を圧力計 18，により検出した。次いで、バルブ 26，の切替を行い混合ガスを処理容器 120 ，に通じる原料供給ライン 30，に流通させて、原料容器 10，内の圧力を圧力計 18，により検出した。

このとき、プリフローライン 33' 使用時には、原料容器 10' 内の圧力が 3 99 OP a (3 OTo r r) となるのに対して、処理容器 120，に導入した際には、原料容器 10，内の圧力が 1330 P a (l OTo r r) となり、非常に大きな圧力差が発生することが確認された。この結果から、従来的な構成によると、成膜処理時にソースガスの流量が大きく変動してしまうことがわかる。一方、図 3 Aに示す本発明の構成によるプリフローライン 33を使用した場合には、プリフローライン 33使用時及び処理容器 120に導入した際において、原料容器 10内の圧力を 1330P a (l OTo r r) に保持することができた。この結果から、第 2の実施形態の構成によると、成膜処理中にソースガスの流量が変動することなく安定したソースガスの濃度で成膜処理を実現できることがわ力る。

以上のとおり、本発明による各実施形態によれば、原料供給路のコンダクタンスが増大されるので、成膜室内に導入するソースガスの流量を飛躍的に增カ卩させることができる。また、原料供給路における圧力損失脚ち、成膜処理時における原料容器の圧力と成膜室との圧力差に相当)が、配管の内径の増加により低減されるので、成膜処理時の原料容器内の圧力を効率的に低下させることができる。また、原料供給路における圧力損失の低減は、成膜室内に導入される原料の気化量の增大にも寄与することになる。この結果、成膜速度が劇的に向上し、スループットの飛躍的な向上を図ることができる。 '

また、プリフロー流路にターボ分子ポンプを設けることによって、プリフロー流路を使用したときの原料容器内の圧力と実際の成膜処理時の原料容器内の圧力との差を大幅に低減することができる。これにより、成膜処理中にソースガスの流量が変動することが防止され、安定した流量のソースガスを用いた高品質の成膜を実現することができる。

また、成膜処理時の原料容器内の圧力が効率的に ifiMされるので、特に気圧の原料を用いた場合であっても、十分なソースガスの流量を得ることができる。以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及ぴ置換を加えることができる。

Claims

請求の範囲

1 . ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、真空ポンプシステムが設けられた、上記成膜室を排気するための排気流路とを備えた成膜装置であって、

上記原料供給路は、 6 . 4 mmより大きい内径の配管を含むことを特徴とする、

2 . ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、ターボ分子ポンプ及びドライポンプからなる真空ポンプシステムが設けられた、上記成膜室を排気するための排気流路と、上記原料供給路から分岐して上記排気流路に合流するプリフロ一流路とを備えた成膜装置であって、

上記プリフロ一流路に、第 2のターボ分子ポンプが設けられたことを特徴とする、成膜装置。

3 . ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、ターボ分子ポンプ及びドライポンプからなる真空ポンプシステムが設けられた、上記成膜室を排気するための排気流路と、上記原料供給路から分岐して上記排気流路に合流するプリフロ一流路とを備えた成置であって、

上記プリフロー流路が、前記ターボ分子ポンプよりも上流側で上記排気流路に合流することを特徴とする、成膜装置。

4 . ソースガスを生成するための原料を入れる原料容器と、半導体基板に成膜処理を行うための成膜室と、上記原料容器から上記成膜室に上記ソースガスを供給するための原料供給路と、ターボ分子ポンプ及びドライポンプからなる真空ポンプシステムが設けられた、上記成膜室を排気するための排気流路と、上記原料供給路から分岐して上記排気流路に合流するプリ,フロ一流路とを備えた成膜装置であって、

上記プリフロー流路の配管径を大きくして、圧力差を小さくしたことを特徴とする、成膜装置。

5 . プリフロー流路及び/又は上記原料供給路に設けられるパルプが C V値 1 . 5以上のコンダクタンスを有することを特徴とする、請求項 1乃至 4のうちいずれか 1項の成膜装置。

6 . 上記原料供給路は、その全長の少なくとも 8 0 %の範囲で 6 · 4 mmより大きい内径の配管を含む、請求項 1乃至 4のうちいずれか 1項の成膜装置。

7 . 上記原料供給路は、成膜処理時における上記原料容器の圧力と上記成膜室との圧力差が 2 0 0 0 P aより小さくなるように、構成された、請求項 1乃至 4のうちいずれか 1項の成膜装置。

8. 上記原料供給路は、約 1 6 mm以上の内径の配管を含む、請求項 1乃至 4のうちいずれか 1項の成膜装置。

9 . 上記原料供給路には、気化温度での蒸気圧が 1 3 3 P aより低い蒸気圧の原料から生成されるソースガスが流通する、請求項 1乃至 4のうちいずれか 1 項の成膜装置。

1 0 . 上記原料は W (C O) ₆である、請求項 9項の成膜装置。

1 1 . 上記成膜室は、成膜処理時に上記真空ポンプシステムによって、 6 6 5 P aより小さレ、圧力に維持される、請求項 1乃至 4のうちレ、ずれか 1項の成膜