JP4941514B2 - 処理ガス供給装置及び成膜装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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NH3 (アンモニア)ガスを供給するNH3 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TiCl4 (四塩化チタン)ガスを供給し得るようになっている。
上記N2 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、N2 ガス源20の出口側のキャリアガス通路24には、N2 ガス源20内のN2 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。
このTiCl4 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。
また、TiCl4 ガスが流れる部分には、通路途中で、或いは管路途中でTiCl4 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。
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TiCl4 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TiCl4 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。
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TiCl4 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TiCl4 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。
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TiCl4 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。
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TiCl4 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。
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TiCl4 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TiCl4 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。
また、他のガス供給系、例えばここでは反応ガスであるNH3 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、TiCl4 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。
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。
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 N2 ガス源(キャリアガス源)
22 TiCl4 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
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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記バルブ機構は、
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。 - 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。
- 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。
- 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。
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