JP2014145115A - 原料ガス供給装置、成膜装置、流量の測定方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】混合ガス中の原料の濃度が変化した場合であっても当該原料の流量を測定することが可能な原料ガス供給装置等を提供する。
【解決手段】原料ガス供給装置は、基板Ｗに対する成膜を行う成膜装置に用いられ、キャリアガス供給部４１は、液体または固体の原料３００を収容した原料容器２に対してキャリアガスを供給し、第１の流量測定部４２は、このキャリアガスの流量測定値を出力する。原料容器３にて気化した原料を含む原料ガスは、原料ガス供給路２１０を介して成膜装置に供給され、キャリアガスにより校正された熱式の流量計からなる第２の流量測定部２は、この原料ガスの流量測定値を出力する。流量演算部５１は、第１の流量測定部４２にて得られた流量測定値と、第２の流量測定部２にて得られた流量測定値との差分値を算出し、この差分値を原料の流量に換算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜装置に供給される原料の流量を測定する技術に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に対して成膜を行う手法には、ウエハの表面に原料ガスを供給し、ウエハを加熱することなどにより原料ガスを反応させて成膜を行うＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や、ウエハの表面に原料ガスの原子層や分子層を吸着させた後、この原料ガスを酸化、還元する反応ガスを供給して反応生成物を生成し、これらの処理を繰り返して反応生成物の層を堆積させるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法などがある。これらの処理は、ウエハを収容し、真空雰囲気が形成された反応チャンバーに原料ガスを供給することにより行われる。

ここで、ＣＶＤやＡＬＤなどで利用される原料には蒸気圧の低いものが多く、この場合、原料ガスは、液体や固体の原料を収容した原料容器にキャリアガスを供給し、このキャリアガス中に原料を気化させることにより得ている。一方、ウエハに成膜された膜の厚さや膜質などを制御するにあたっては、原料ガス中に含まれる原料の量を把握する必要が生じる。ガスの流量を測定する機器としては、熱式の流量計（マスフローメータ）などが知られているが、濃度変化を伴う原料ガス中の原料の濃度を測定することは困難である。

ここで引用文献１には、半導体製造プロセスの成膜を行うにあたり、蒸発部に収められた原料液体中に、第１の質量流量調節計にて流量調節されたキャリアガスを噴気（バブリング）して原料液体を蒸発させ、得られた混合気体の質量流量を質量流量計で測定し、これらキャリアガスと混合気体との質量流量の差から気化した原料液体の量を把握する技術が記載されている。そして、混合気体中の原料液体の気化量が変化した場合には、第２の質量流量調節計を介して前記混合気体に供給されるバッフアガスの供給量と前記キャリアガスの供給量とを振り替え、キャリアガスが液体原料を通過する時間を調節することにより、混合気体全体（キャリアガス、バッフアガス及び気化した液体原料）の質量流量及び成分比を一定に保つ調節を行っている。

特開平５−３０５２２８号公報：請求項１、２、段落０００２、００１１〜００１７、図１、２

ここで引用文献１に記載の技術は、バッフアガスの供給位置に応じて混合気体の成分比の算出方法を変えている（段落００１６の（５）、（６）式）。
例えば、質量流量計の下流にバッフアガスを導入する図１の例については、質量流量計にて正しい流量を測定できているのか明らかでない。例えば熱式の質量流量計の場合は、測定するガスの成分が変化すると、質量流量計の測定結果を実際の流量に換算するコンバージョンファクタの値を修正する必要がある。従って、この質量流量計が熱式のものである場合には、刻々と変化する混合気体の成分比に応じてコンバージョンファクタを変更しなければ、正しい質量流量を把握することができない。

しかしながら引用文献１には、コンバージョンファクタの修正に係る記載は見当たらない。また、熱式の質量流量計でない場合には、いかなる方式の質量流量計にて成分比が変化する混合気体の質量流量を正しく把握しているのか特定することができない。

一方、質量流量計の上流にバッファガスを導入する図２の例については、蒸発部における液体原料の気化量を一定に保ちつつ、キャリアガス、バッフアガスの合計の流量を一定に保てば、質量流量計に供給される混合気体の混合比は一定の値に収束する。この場合は、熱式の質量流量計を用いてもコンバージョンファクタを修正せずに混合ガスの質量流量を測定することができる。しかしながら、これは混合比が変化する混合気体の質量流量を測定する方法ではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合ガス中の原料の濃度が変化した場合であっても当該原料の流量を測定することが可能な原料ガス供給装置、成膜装置、流量の測定方法及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係る原料ガス供給装置は、基板に対する成膜を行う成膜装置に用いられる原料ガス供給装置において、
液体または固体の原料を収容した原料容器と、
前記原料容器内の原料を収容する空間にキャリアガス流路を介してキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部と、
前記キャリアガス流路に流れるキャリアガスの流量に対応する流量測定値を出力する第１の流量測定部と、
前記原料容器から、気化した原料を含む原料ガスを前記成膜装置に供給するための原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路を流れる原料ガスの流量測定値を出力するために設けられ、前記キャリアガスにより校正された熱式の流量計からなる第２の流量測定部と、
前記第１の流量測定部にて得られた流量測定値と、前記第２の流量測定部にて得られた流量測定値との差分値を算出するステップと、前記差分値を前記原料の流量に換算するステップと、を実行する流量演算部と、を備えたことを特徴とする。

前記原料ガス供給装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記第１の流量測定部には、予め設定された設定値にキャリアガスの流量を調節する流量調節部が設けられていること。
（ｂ）前記差分値から原料の流量への換算は、前記差分値に比例係数を乗じて算出すること。この場合に、前記比例係数が、前記キャリアガス供給部から供給されるキャリアガスの流量に応じて変化するとき、前記流量演算部は、前記差分値を算出するステップにて、前記第２の流量測定部にて得られた流量測定値に前記比例係数の変化を相殺する補正を行ってから差分値の算出を行うこと。または、前記差分値から原料の流量への換算は、前記差分値と原料の流量との対応関係を表す近似式に基づいて算出すること。
（ｃ）前記流量計は、当該流量計に導入された原料ガスの全量を通流させる細管に設けた抵抗体の抵抗値の変化に基づき流量測定値を得る方式のものであること。

また、他の発明に係る成膜装置は、上述のいずれかの原料ガス供給装置と、
この原料ガス供給装置の下流側に設けられ、当該原料ガス供給装置から供給された原料ガスを用いて基板に成膜処理を行う成膜処理部と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、キャリアガスにより校正された熱式の流量計にて、気化した原料とキャリアガスとを含む原料ガスの流量を測定し、この流量測定値から、キャリアガスの流量測定値を差し引いた後、この差分値を原料の流量に換算する。この結果、原料ガス中の原料の濃度が変化した場合であっても当該原料の流量を測定することができる。

本発明の原料ガス供給装置を備えた成膜装置の全体構成図である。 前記原料ガス供給装置に設けられている流量計の構成図である。 バイパスを備えた分流式の流量計の構成図である。 原料の気化流量と前記流量計の流量測定値との関係を表す説明図である。 前記気化流量に対する流量測定値とキャリアガス流量との差分値の関係を表す説明図である。 前記原料ガス供給装置にて気化流量を算出する動作の流れを示す流れ図である。 前記気化流量と流量測定値との関係を表す第２の説明図である。 キャリアガス流量と流量測定値の補正係数との関係を表す説明図である。 前記気化流量と流量測定値との関係を表す第３の説明図である。 前記気化流量と差分値との関係を表す第２の説明図 実施例に用いた実験装置の構成図である。 実施例１に係る代替ガスの供給流量と流量測定値との関係図である。 実施例１に係る供給流量と差分値との関係図である。 実施例２に係る供給流量と流量測定値との関係図である。 実施例２に係る供給流量と差分値との関係図である。

以下、図１を参照しながら、本発明の原料ガス供給装置を備えた成膜装置の構成例について説明する。成膜装置は、基板例えばウエハＷ対してＣＶＤ法による成膜処理を行うための成膜処理部１と、この成膜処理部１に原料ガスを供給するための原料ガス供給装置と、を備えている。

成膜処理部１は、バッチ式のＣＶＤ装置の本体として構成され、例えば縦型の反応チャンバー１１内に、ウエハＷを多数枚搭載したウエハボート１２を搬入した後、真空ポンプなどからなる真空排気部１５により、排気ライン１１０を介して反応チャンバー１１内を真空排気する。しかる後、原料ガス供給装置から原料ガスを導入して、反応チャンバー１１の外側に設けられた加熱部１３によりウエハＷを加熱することによって成膜処理が行われる。

例えばポリイミド系の有機絶縁膜を成膜する場合を例に挙げると、成膜は、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ：Pyromellitic Dianhydride）と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ：4,4'-Oxydianiline）との二種類の原料ガスを反応させることによって進行する。図１には、これらの原料ガスのうち、常温で固体のＰＭＤＡを加熱して昇華（気化）させ、キャリアガスと共に成膜処理部１へと供給する原料ガス供給装置の構成例を示してある。

本例の原料ガス供給装置は、原料のＰＭＤＡを収容した原料容器３と、この原料容器３にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部４１と、原料容器３にて得られた原料ガス（気化したＰＭＤＡとキャリアガスとを含む）を成膜処理部１に供給する原料ガス供給路２１０と、を備えている。

原料容器３は、固体原料３００であるＰＭＤＡを収容した容器であり、抵抗発熱体を備えたジャケット状の加熱部３１で覆われている。例えば原料容器３は、温度検出部３４にて検出した原料容器３内の気相部の温度に基づいて、給電部３６から供給される給電量を増減することにより、原料容器３内の温度を調節することができる。加熱部３１の設定温度は、固体原料３００が気化し、且つ、ＰＭＤＡが分解しない範囲の温度、例えば２５０℃に設定される。

原料容器３内における固体原料３００の上方側の気相部には、キャリアガス供給部４１から供給されたキャリアガスを原料容器３内に導入するキャリアガスノズル３２と、原料容器３から原料ガス供給路２１０へ向けて原料ガスを抜き出すための抜き出しノズル３３と、が開口している。

キャリアガスノズル３２は、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）４２が介設されたキャリアガス流路４１０に接続されており、このキャリアガス流路４１０の上流側にキャリアガス供給部４１が設けられている。キャリアガスは、例えば窒素（Ｎ_２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの不活性ガスが用いられる。本例ではＮ_２ガスを用いる場合について説明する。

ＭＦＣ４２は、例えば熱式のＭＦＭ（マスフローメータ）と、このＭＦＭにて測定されたキャリアガスの流量測定値に基づいて、予め設定された設定値にキャリアガスの流量を調節する流量調節部とを備えている。ＭＦＣ４２のＭＦＭは、本実施の形態の第１の流量測定部に相当し、このＭＦＭにて測定されるキャリアガスの流量は、第１の流量測定値（Ｑ１）に相当する。

一方、前記抜き出しノズル３３は開閉バルブＶ１や圧力調節バルブＶ２、及び後述のＭＦＭ（マスフローメータ）２が介設された原料ガス供給路２１０に接続されている。原料容器３から抜き出された原料ガスは、この原料ガス供給路２１０を介して成膜処理部１に供給される。原料容器３の内部は、真空排気部１５により、原料ガス供給路２１０及び反応チャンバー１１を介して真空排気され、減圧雰囲気に保たれている。原料容器３内の圧力は、圧力検出部３５による圧力測定値に基づいて、圧力調節バルブＶ２の開度を調節することによって調節される。

図２に示すように、原料ガス供給路２１０に設けられたＭＦＭ２は、原料ガス供給路２１０の配管流路上に介設され、原料容器３から供給された原料ガスの全量が通過する細管部２４と、この細管部２４の上流側位置及び下流側位置の管壁に巻きつけられた抵抗体２３１、２３２と、細管部２４内をガスが通流することに起因する細管部２４の管壁の温度変化を各抵抗体２３１、２３２の抵抗値の変化として取り出し、ガスの質量流量に対応する流量信号に変換して出力するブリッジ回路２２及び増幅回路２１と、を備えた熱式の流量計として構成されている。

本ＭＦＭ２はキャリアガス（Ｎ_２ガス）によって校正されており、原料（ＰＭＤＡ）を含まないキャリアガスを通流させたとき、このキャリアガスの流量に対応する流量信号を出力する。流量信号は、例えば０〜５［Ｖ］の範囲で変化し、０〜フルレンジ［ｓｃｃｍ］（０℃、１気圧、標準状態基準）の範囲のガス流量に対応付けられている。これらの対応に基づき、流量信号をガス流量に換算した値が流量測定値となる。流量信号から流量測定値への換算は、後述の流量演算部５１で実行してもよいし、ＭＦＭ２内で実行してもよい。

前記ＭＦＭ２に、原料ガス（ＰＭＤＡとキャリアガスとを含む）を通流させると、この原料ガスの流量に対応する流量測定値を得ることができる。ＭＦＭ２は、本実施の形態の第２の流量測定部に相当し、このＭＦＭ２にて測定された原料ガスの流量は、第２の流量測定値（Ｑ３）に相当する。

一方、ＭＦＭには、図３のＭＦＭ２ａに示すように、供給されたガスの一部をバイパス２５に通流させ、残りのガスを抵抗体２３１、２３２が設けられた細管部２４に通流させて流量測定値を得る分流式のものがある。しかしながら、本例の原料容器３から供給される原料ガスのように、原料ガスの濃度が経時的に変化する可能性がある場合には、濃度変化に起因して原料ガスの粘度も変化するおそれがある。ＭＦＭ２ａに供給されるガスの粘度が変化すると、細管部２４及びバイパス２５に分流されるガスの分流比が変化し、正しい流量測定値を得ることができない場合がある。

この点、供給された原料ガスの全量を細管部２４に通流させる図２に示したタイプのＭＦＭ２においては、原料ガスの粘度変化の影響を受けずに原料ガスの流量測定値を得ることができる。
但し、本発明に適用可能なＭＦＭは上述の非分流式のものに限定されるものではない。例えば原料ガスの濃度変化に対して殆ど粘度が変化しない原料ガスなどにおいては、図３に示した分流式のＭＦＭ２ａを採用してもよい。

以上に説明した構成を備えた成膜装置（成膜処理部１及び原料ガス供給装置）は、制御部５と接続されている。制御部５は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には成膜装置の作用、即ちウエハボート１２を反応チャンバー１１内に搬入し、真空排気後、原料ガス供給装置から原料ガスを供給して成膜を行い、原料ガスの供給を停止してからウエハボート１２を搬出するまでの動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

ここで既述のように、ＭＦＭ２はキャリアガスによって校正されている。このＭＦＭ２に、ＰＭＤＡとキャリアガスとを含む原料ガスを通流させて得られた流量測定値Ｑ３は、ＰＭＤＡやキャリアガスの流量を正しく示しているとは限らない。一方、このＭＦＭ２にＰＭＤＡを含まないキャリアガスを単独で通流させた場合には、正しい流量に対応した流量測定値を得ることができる。また当該ガス供給装置においては、原料容器３の上流側に設けられたＭＦＣ４２にて、キャリアガスは設定値に対応した流量Ｑ１に調節されている。

この点に関し、本例の制御部５は、ＭＦＭ２にて測定した原料ガスの流量測定値Ｑ３と、予め把握しているキャリアガスの流量Ｑ１とを利用して、原料ガス中に含まれる原料の気化流量Ｑ２を求める流量演算部５１の機能を備えている。以下、原料の気化流量Ｑ２を求める手法、及びその考え方について図４、図５を参照しながら説明する。

図４は、キャリアガスの流量Ｑ１及び原料の気化流量Ｑ２を変化させたとき、ＭＦＭ２にて測定される原料ガスの流量Ｑ３の変化を示している。図４の横軸は気化流量Ｑ２［ｓｃｃｍ］、縦軸はＭＦＭ２にて検出された流量測定値Ｑ３［ｓｃｃｍ］を表している。この図では、キャリアガスの流量Ｑ１［ｓｃｃｍ］をパラメータとした対応関係が示されている。

例えばＱ１＝０［ｓｃｃｍ］の場合に示すように、ＰＭＤＡの気化流量Ｑ２と、このＰＭＤＡをＭＦＭ２に通流させて得られた流量測定値Ｑ３との間には、比例関係があると考える。また、このＰＭＤＡのガスに既知量Ｑ１＝１５０、２５０［ｓｃｃｍ］のキャリアガスを混合すると、キャリアガスにより校正されているＭＦＭ２は、Ｑ１＝０のときの流量測定値に、キャリアガスの流量を加算した値を流量測定値Ｑ３として出力するとする。

これらの関係が成り立つ場合には、ＭＦＭ２に原料ガスを通流させて得た流量測定値Ｑ３から、ＭＦＣ４２にて予め把握している設定値Ｑ１を差し引いた差分値Ｑ３−Ｑ１は、図４のＱ１＝０ときの値を示していることになる。そこで、ＰＭＤＡの気化流量Ｑ２と、このＰＭＤＡのガスをＭＦＭ２に通流させて得られた流量測定値Ｑ３との比例係数Ｃ_ｆを予め求めておき、前記差分値に比例係数を乗じると、ＰＭＤＡの気化流量Ｑ２を求めることができる。
Ｑ２＝Ｃ_ｆ（Ｑ３−Ｑ１） …（１）

流量演算部５１は、制御部５の記憶部に記憶されたプログラムに基づき、上述の演算を実行してＰＭＤＡの気化流量Ｑ２を算出する。この手法によれば、原料ガス中のＰＭＤＡの濃度が変化し、当該原料ガスの正しい流量を測定するためのコンバージョンファクタが求められない場合であっても原料の気化流量を求めることができる。

後述の実施例に示すように、前記（１）式を利用すれば、キャリアガスにて校正されたＭＦＭ２を用いて、原料ガス中の原料の気化流量を計測することが可能であることを実験的に確認している（実施例においては水素（Ｈ_２）ガス及び六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスを用いた）。

例えばＣ_ｆの値は、以下の手法により求めることができる。固体原料３００を収容した原料容器３の秤量を行いながら、加熱部３１の加熱温度を変化させると共に、流量Ｑ１のキャリアガスを供給して原料ガスを発生させる。固体原料３００の重量変化から気化流量Ｑ２を求めると共に、この原料ガスをＭＦＭ２に通流させて流量測定値Ｑ３を得る。これら気化流量Ｑ２及び流量測定値Ｑ３の測定をキャリアガスの流量Ｑ１や気化流量Ｑ２を変化させて、図４に示すように、複数本の気化流量Ｑ２と流量測定値Ｑ３との対応関係を得る。そして、これらの対応関係から、キャリアガスの流量Ｑ１が、キャリアガスが０のときの流量測定値Ｑ３に加算されている関係が成立することを確認したら、差分値Ｑ３−Ｑ１算出し、この差分値を気化流量Ｑ２で除して比例係数Ｃ_ｆを求める。

以下、図１、図６を参照しながら本例の成膜装置の作用について説明する。
はじめに、反応チャンバー１１にウエハボート１２を搬入した後、反応チャンバー内を真空排気する。そして、成膜処理を開始する準備が整ったら、開閉バルブＶ１を開くと共に、キャリアガス供給部４１から設定値の流量に調節されたキャリアガスを原料容器３に供給して原料ガスを発生させる。発生した原料ガスは成膜処理部１へ供給され、加熱部１３により加熱されたウエハＷの表面にて、この原料ガス中のＰＭＤＡと、不図示のＯＤＡの原料ガス供給ラインから供給されたＯＤＡとが反応してポリイミド系の有機絶縁膜が成膜される。

原料の気化流量を求める動作について説明すると、抜き出しノズル３３から抜き出された原料ガスは、ＭＦＭ２の細管部２４を通流し、流量測定値Ｑ３が測定される（図６のステップＳ１０１）。流量演算部５１は、この流量測定値Ｑ３から、キャリアガスの設定値Ｑ１を差し引いて差分値Ｑ３−Ｑ１を算出する（ステップＳ１０２）。

ここで内部に設けられたＭＦＭを用いて測定したキャリアガスの流量測定値に基づいて流量調節を行うＭＦＣ４２においては、流量が安定しているとき、キャリアガスの流量が設定値に対して調整誤差の範囲内にあることが保証されている。そこで、上述の例においては、キャリアガスの流量Ｑ１としてＭＦＣ４２の設定値を用いた。この例に替えて、流量演算部５１がＭＦＣ４２内のＭＦＭから流量測定値を取得し、この流量測定値Ｑ１に基づいて差分値Ｑ３−Ｑ１を算出してもよいことは勿論である。

しかる後、流量演算部５１は、差分値Ｑ３−Ｑ１に比例係数Ｃ_ｆを乗じて原料の気化流量Ｑ２に換算する（ステップＳ１０３）。このようにして得られたＰＭＤＡの気化流量Ｑ２は、所望の膜厚や膜質を持つ有機絶縁膜を成膜するにあたり、キャリアガスの流量や原料容器３内の圧力などを操作する際の情報として活用してもよい。また、このように膜質や膜厚を調節するためのコントロール用の情報として活用する場合に限られず、単に気化流量Ｑ２を把握するためのモニター情報として活用してもよい。

こうして予め設定した時間が経過したら、キャリアガス供給部４１からのキャリアガスの供給を停止すると共に、開閉バルブＶ１を閉じ、ＰＭＤＡを含む原料ガスの供給を停止する。また、ＯＤＡを含む原料ガスの供給も停止した後、反応チャンバー１１内を大気雰囲気とする。しかる後、反応チャンバー１１からウエハボート１２を搬出して一連の動作を終える。

本実施の形態に係わる原料ガス供給装置によれば以下の効果がある。キャリアガスにより校正された熱式のＭＦＭ２にて、気化したＰＭＤＡとキャリアガスとを含む原料ガスの流量を測定し、この流量測定値Ｑ３から、キャリアガスの流量測定値Ｑ１を差し引いた後、この差分値を原料の気化流量Ｑ２に換算する。この結果、原料ガス中の原料の濃度が変化した場合であっても原料の気化流量を測定することができる。

ここで図４に示した例では、ＭＦＭ２にて測定したＰＭＤＡのガスの流量測定値にキャリアガスの流量Ｑ１をそのまま加算した値が原料ガスの流量測定値Ｑ３となる場合について説明した。
これに対して図７は、キャリアガスの流量Ｑ１が増加するに連れて、原料ガスの流量測定値Ｑ３の値が大きくなる場合を示している。この場合には、キャリアガスの流量Ｑ１を増減させながら原料ガスを発生させる実験を行い、Ｑ１＋Ｑ２の値からのずれ量を把握し、このずれを補正してから差分値を求める。

例えば図７に示した例では、原料ガスの流量測定値Ｑ３に、前記ずれ量を相殺する補正係数を乗じて補正流量Ｑ３’（＝Ｑ１＋Ｑ２となる）を算出し、しかる後、差分値Ｑ３’−Ｑ１を求めた後、この差分値に比例係数を乗じて原料の気化流量Ｑ２を求める。図８は、実験により求めたキャリアガスの流量Ｑ１と補正係数との対応関係の一例を示している。

補正流量Ｑ３’の算出法は上述の例に限られるものではなく、例えば原料の気化流量Ｑ２を変化させたときの流量測定値Ｑ３のラインが補正流量Ｑ３’と平行になる場合は、ずれ量を相殺する値を流量測定値Ｑ３から加算または減算して補正流量Ｑ３’を求めてもよい。この他、キャリアガスの流量Ｑ１及び原料の気化流量Ｑ２を変数として、流量測定値Ｑ３と補正流量Ｑ３’との対応関係を示す補正式Ｑ３’＝Ｑ３（Ｑ１，Ｑ２）を最小二乗法などにより求め、この式に基づいて補正を行ってもよい。

補正式Ｑ３’を求める計算は、キャリアガスの流量に応じて差分値Ｑ３−Ｑ１を原料の気化流量Ｑ２に換算する比例係数Ｃ_ｆが変化するとき、この変化を相殺する補正を行っていると理解することができる。

次に、図９、図１０は、原料の気化流量Ｑ２とＭＦＭ２における流量測定値Ｑ３とが比例関係でない場合の例を示している。この場合には、気化流量Ｑ２と差分値Ｑ３−Ｑ１との対応関係を示す近似式Ｑ２＝ｆ（Ｑ３−Ｑ１）を最小二乗法などにより求めておき、この近似式に前記差分値Ｑ３−Ｑ１を入力して気化流量Ｑ２に換算する。

また、原料ガスの流量測定に用いるＭＦＭ２は、キャリアガス（本例ではＮ_２ガス）とは異なる他の校正ガスを用いて校正されていてもよい。ＭＦＭ２は、コンバージョンファクタを用いて換算することにより、校正ガスとは異なる種類のガスの流量を測定することができる。従って、例えばＨｅガスを用いて校正したＭＦＭ２に原料ガスを通流して得られた流量測定値Ｑ３’’を、Ｎ_２ガス相当の流量測定値Ｑ３に換算してから（１）式の計算を実行することによっても気化流量を求めることができる。

従って本発明における「キャリアガスにより校正された熱式の流量計」とは、キャリアガスとは異なる校正ガスを用いて校正したＭＦＣ４２を含む。この場合には、このＭＦＣ４２から出力された流量測定値をコンバージョンファクタでキャリアガスに対応した流量測定値に換算して「第２の流量測定値」を取得する。

以上に説明した各例においては、ポリイミド系の有機絶縁膜の原料であり、常温で固体のＰＭＤＡを、本発明の原料ガス供給装置を用いて供給する場合について説明した。しかしながら本発明を適用可能な原料の種類はＰＭＤＡの例に限られるものではない。例えば前記ポリイミド系の有機絶縁膜のもう一方の原料であり、常温で固体のＯＤＡを液体になるまで加温し、この液体にキャリアガスをバブリングして得た原料ガス中の原料の流量を上述の手法により求めてもよい。また、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、テトラジメチルアミノハフニウム（ＴＤＭＡＨ）、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨ）、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）など、アルミニウムやハフニウム、ジルコニウムなどの種々の金属を含む薄膜の成膜に用いる原料の流量測定に適用してもよい。

（実験）
流量が既知のキャリアガス及び原料の代替ガス混合し、ＭＦＭ２に通流させて流量測定値Ｑ３を取得した。そして、代替ガスの供給流量Ｑ２に対する当該流量測定値Ｑ３、及び差分値Ｑ３−Ｑ１の変化を調べた。
Ａ．実験条件
図１１に示すように、キャリアガス供給部４１から供給され、ＭＦＣ４２にて流量がＱ１に調節されたキャリアガス（Ｎ_２ガス）と、代替ガス供給部６１から供給され、ＭＦＣ６２にて流量がＱ２に調節された代替ガスとを混合した後、ＭＦＭ２に通流させ、流量測定値Ｑ３を得た。ＭＦＭ２の下流側は、真空排気部１５によって真空排気し、２０００Ｐａ程度となるように調節した。
（実施例１）
ＰＭＤＡ（粘度１．４×１０^−５［Ｐａ・ｓ］、分子量２１８）に粘度が近い水素（Ｈ_２）ガス（粘度１．３×１０^−５［Ｐａ・ｓ］、分子量２）を代替ガスとした。キャリアガスの流量Ｑ１は、０、１００、２５０、５００［ｓｃｃｍ］と変化させ、これらの場合において代替ガスの供給流量Ｑ２を０〜１０００［ｓｃｃｍ］の範囲で変化させた。
（実施例２）
ＰＭＤＡに分子量が近い六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガス（粘度２．５×１０^−５［Ｐａ・ｓ］、分子量１４６）を代替ガスとした。キャリアガスの流量Ｑ１は、０、１００、２５０、５００［ｓｃｃｍ］と変化させ、これらの場合において代替ガスの供給流量Ｑ２を０〜５００［ｓｃｃｍ］の範囲で変化させた。

Ｂ．実験結果
実施例１の結果を図１２及び図１３に示し、実施例２の結果を図１４及び図１５に示す。図１２、図１４の横軸は代替ガスの供給流量Ｑ２、縦軸はＭＦＭ２の流量測定値Ｑ３を示している。また、図１３、図１５の横軸は、代替ガスの供給流量Ｑ２、縦軸は差分値Ｑ３−Ｑ１を示している。なお、図１３、図１５において、代替ガスの供給量が等しい点の差分値Ｑ３−Ｑ１は、グラフにプロットしたとき互いに識別できない程度に重なっていたので、図面作成の便宜上、各供給量に対応する差分値は一つのプロットで示してある。

図１２、図１４に示すように、キャリアガスの供給流量Ｑ１が０［ｓｃｃｍ］のとき、Ｈ_２ガス、ＳＦ_６ガスのいずれにおいても代替ガスの供給流量Ｑ２と流量測定値Ｑ３との間には比例関係が確認された。そして、キャリアガスの供給流量Ｑ１を１００、２５０、５００［ｓｃｃｍ］と変化させたとき、流量測定値Ｑ３のラインは、代替ガス単独の場合の流量測定値Ｑ３のラインとほぼ平行になった。

また代替ガスの供給流量Ｑ２に対して差分値Ｑ３−Ｑ１をプロットした図１３、図１５の結果によれば、これらＱ２とＱ３−Ｑ１との間には比例関係が存在することを確認できる。そこすべての測定結果を用いて最小二乗法により供給流量Ｑ２に対する差分値Ｑ３−Ｑ１近似直線を求めた。この近似直線に差分値Ｑ３−Ｑ１を入力して得た供給流量の推算値と実際の供給流量Ｑ２との誤差は、いずれの代替ガスにおいても±２％以内であった。これらのことから、図４、図５及び（１）式を用いて説明した手法により、原料の流量Ｑ２を求めることが可能なガスが存在することが確認できた。

Ｗ ウエハ
１ 成膜処理部
２ ＭＦＭ（マスフローメータ）
２１０ 原料ガス供給路
３ 原料容器
３００ 固体原料
４１ キャリアガス供給部
４２ ＭＦＣ（マスフローコントローラ）
４１０ キャリアガス流路

Claims (13)

1. 基板に対する成膜を行う成膜装置に用いられる原料ガス供給装置において、
   液体または固体の原料を収容した原料容器と、
   前記原料容器内の原料を収容する空間にキャリアガス流路を介してキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給部と、
   前記キャリアガス流路に流れるキャリアガスの流量に対応する流量測定値を出力する第１の流量測定部と、
   前記原料容器から、気化した原料を含む原料ガスを前記成膜装置に供給するための原料ガス供給路と、
   前記原料ガス供給路を流れる原料ガスの流量測定値を出力するために設けられ、前記キャリアガスにより校正された熱式の流量計からなる第２の流量測定部と、
   前記第１の流量測定部にて得られた流量測定値と、前記第２の流量測定部にて得られた流量測定値との差分値を算出するステップと、前記差分値を前記原料の流量に換算するステップと、を実行する流量演算部と、を備えたことを特徴とする原料ガス供給装置。
2. 前記第１の流量測定部には、予め設定された設定値にキャリアガスの流量を調節する流量調節部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の原料ガス供給装置。
3. 前記差分値から原料の流量への換算は、前記差分値に比例係数を乗じて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の原料ガス供給装置。
4. 前記比例係数が、前記キャリアガス供給部から供給されるキャリアガスの流量に応じて変化するとき、前記流量演算部は、前記差分値を算出するステップにて、前記第２の流量測定部にて得られた流量測定値に前記比例係数の変化を相殺する補正を行ってから差分値の算出を行うことを特徴とする請求項３に記載の原料ガス供給装置。
5. 前記差分値から原料の流量への換算は、前記差分値と原料の流量との対応関係を表す近似式に基づいて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の原料ガス供給装置。
6. 前記流量計は、当該流量計に導入された原料ガスの全量を通流させる細管に設けた抵抗体の抵抗値の変化に基づき流量測定値を得る方式のものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の原料ガス供給装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一つに記載の原料ガス供給装置と、
   この原料ガス供給装置の下流側に設けられ、当該原料ガス供給装置から供給された原料ガスを用いて基板に成膜処理を行う成膜処理部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
8. 基板に対する成膜を行う成膜装置に供給される原料の流量の測定方法において、
   液体または固体の原料を収容した原料容器内の原料を収容する空間に、キャリアガス流路を介してキャリアガスを供給し、原料を気化させる工程と、
   前記前記キャリアガス流路を流れるキャリアガスの流量に対応する第１の流量測定値を測定する工程と、
   前記原料容器から、原料ガス供給路を介して、気化した原料を含む原料ガスを成膜装置に供給する工程と、
   前記原料ガス供給路を流れる原料ガスを、前記キャリアガスにより校正された熱式の流量計にて測定し、第２の流量測定値を測定する工程と、
   前記第１の流量測定値と、前記第２の流量測定値との差分値を算出する工程と、
   前記差分値を前記原料の流量に換算する工程と、含むことを特徴とする流量の測定方法。
9. 第１の流量測定値を測定する工程は、前記原料容器に供給されるキャリアガスの流量を予め設定された設定値に調節する工程に伴って行われることを特徴とする請求項８に記載の流量の測定方法。
10. 前記差分値を前記原料の流量に換算する工程は、前記差分値に比例係数を乗じて行われることを特徴とする請求項８または９に記載の流量の測定方法。
11. 前記比例係数が、前記キャリアガス供給部から供給されるキャリアガスの流量に応じて変化するとき、前記差分値を前記原料の流量に換算する工程にて、前記第２の流量測定値に前記比例係数の変化を相殺する補正を行ってから差分値の算出を行うことを特徴とする請求項１０に記載の流量の測定方法。
12. 前記差分値を前記原料の流量に換算する工程は、前記差分値と原料の流量との対応関係を示す近似式に基づいて行われることを特徴とする請求項８または９に記載の流量の測定方法。
13. 基板に対する成膜を行う成膜装置に用いられる原料ガス供給装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは請求項８ないし１２のいずれか一つに記載された流量の測定方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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