成膜装置、原料供给装置以及成膜方法与流程

本公开涉及一种成膜装置、原料供给装置以及成膜方法。

背景技术：

已知如下一种技术：通过载气向处理容器输送使低蒸气压原料气化而产生的原料气体，来在基板上形成膜(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-84625号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本公开提供一种能够以大流量稳定地供给由低蒸气压原料产生的原料气体的技术。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式的成膜装置通过载气向处理容器输送由低蒸气压原料产生的原料气体，来在基板上形成膜，所述成膜装置具备：原料容器，其用于收容所述低蒸气压原料，并对该低蒸气压原料进行加热；第一气体配管，其用于向所述原料容器供给所述载气；第二气体配管，其用于将所述原料容器与所述处理容器连接；开闭阀，其设置于所述第二气体配管；以及测定部，其用于测定所述第二气体配管中流过的所述原料气体的流量，其中，所述第二气体配管配置在所述处理容器的中心轴线上，所述原料容器以相对于所述处理容器的中心轴线偏移的方式配置。

发明的效果

根据本公开，能够以大流量稳定地供给由低蒸气压原料产生的原料气体。

附图说明

图1是表示第一实施方式的成膜装置的结构例的概要图。

图2是表示第二实施方式的成膜装置的结构例的概要图。

图3是表示第三实施方式的成膜装置的结构例的概要图。

具体实施方式

下面，参照附图来对本公开的非限定性的例示的实施方式进行说明。在所有附图中，对相同或对应的构件或部件标注相同或对应的附图标记，并省略重复的说明。

〔第一实施方式〕

以通过化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)法来形成钌(ru)膜的装置为例来对第一实施方式的成膜装置进行说明。图1是表示第一实施方式的成膜装置的结构例的概要图。

如图1所示，成膜装置1具有气密地构成的大致圆筒状的处理容器10。在处理容器10内设置有基座12。基座12将作为基板的一例的半导体晶圆(以下，称为“晶圆w”。)水平地支承。基座12由设置在处理容器10的底壁中央的大致圆筒状的支承构件14支承。在基座12中埋入有加热器16。加热器16与加热器电源18连接，由加热器控制器(未图示)基于设置于基座12的热电偶(未图示)的检测信号来控制加热器电源18，由此经由基座12将晶圆w控制为规定温度。另外，在基座12，以能够相对于基座12的表面突出或退回的方式设置有用于支承晶圆w并使晶圆w升降的三根升降销(未图示)。

在处理容器10的顶壁，以与基座12相向的方式设置有气体喷出机构20，该气体喷出机构20用于向处理容器10内的基座12上的晶圆w均匀地导入用于形成ru膜的处理气体。气体喷出机构20用于向处理容器10内喷出从后述的气体供给机构40供给的气体，在气体喷出机构20的上部形成有用于导入气体的气体导入口22。

在处理容器10的底壁设置有向下方突出的排气室28。在排气室28的侧面连接有排气配管30。排气配管30与排气装置32连接，该排气装置32具有真空泵、压力控制阀等。排气装置32通过对处理容器10内进行排气来将处理容器10内减压至规定压力。

在处理容器10的侧壁设置有搬入搬出口34，该搬入搬出口34用于在与被减压至规定压力的输送室(未图示)之间搬入或搬出晶圆w。搬入搬出口34通过闸阀36而开闭。

气体供给机构40具有用于收容作为低蒸气压原料的一例的羰基钌(ru3(co)12)的原料容器42。原料容器42以相对于处理容器10的中心轴线c偏移的方式配置。由此，能够将后述的原料气体供给配管48的第三直管部485配置在处理容器10的中心轴线c上。另外，原料容器42配置在比处理容器10高的位置，例如配置在处理容器10的顶壁上。原料容器42的宽度例如为处理容器10的宽度以内。在原料容器42的周围设置有加热器44。由加热器44对原料容器42内的ru3(co)12进行加热来使其升华，由此在原料容器42内产生ru3(co)12气体。在原料容器42插入有载气供给配管46和原料气体供给配管48。

载气供给配管46的一端被插入原料容器42，另一端连接于载气供给源(未图示)。载气供给配管46从原料容器42的上方供给从载气供给源供给的作为载气的一例的co气体。载气供给配管46例如是标称直径为1/8英寸～1/2英寸的配管。在载气供给配管46上设置有开闭阀v1。

原料气体供给配管48的一端被插入原料容器42，另一端连接于气体喷出机构20的气体导入口22。原料气体供给配管48是外径比载气供给配管46的外径大的大口径的配管，例如是标称直径为40a～80a的配管。原料气体供给配管48包括多个直管部和用于连接多个直管部的多个弯曲部。更具体地说，原料气体供给配管48包括从原料容器42侧起依次配置的第一直管部481、第一弯曲部482、第二直管部483、第二弯曲部484以及第三直管部485。

第一直管部481从原料容器42向铅直上方延伸，上端与第一弯曲部482连通。第一弯曲部482从第一直管部481的上端向水平方向呈l字形弯曲，并与第二直管部483连通。第二直管部483从第一弯曲部482沿水平方向延伸，并与第二弯曲部484连通。第二弯曲部484从第二直管部483向铅直下方呈l字形弯曲，并与第三直管部485连通。第三直管部485从第二弯曲部484向铅直下方延伸，并与气体导入口22连通。由此，即使是在原料容器42内产生了微粒的情况下，由于微粒被形成朝向铅直上方的流路的第一直管部481捕获，因此也能够抑制微粒进入处理容器10内。

另外，由于第三直管部485配置在处理容器10的中心轴线c上，因此能够在第三直管部485中减少可能在第一弯曲部482和第二弯曲部484中产生的气流的紊乱，从而能够向气体导入口22供给均匀流动的ru3(co)12气体。因此，能够以大流量稳定地供给ru3(co)12气体。

另外，优选的是，第三直管部485的配管长度比第一直管部481的配管长度和第二直管部483的配管长度长。由此，尤其能够减少可能在第一弯曲部482和第二弯曲部484中产生的气流的紊乱。原料气体供给配管48的配管长度优选为例如0.3m～1.0m。

在原料气体供给配管48，从原料容器42侧起依次设置有开闭阀v2、开闭阀v3以及测定部50。测定部50测定原料气体供给配管48中流过的ru3(co)12气体的流量。测定部50例如包括电容压力计501和傅立叶变换红外光谱仪(ftir：fouriertransforminfraredspectrometer)502。电容压力计501检测原料气体供给配管48内的压力(总压)。ftir502检测在原料气体供给配管48内流过的ru3(co)12气体的分压。然后，基于co气体的流量、原料气体供给配管48内的总压以及在原料气体供给配管48内流过的ru3(co)12气体的分压，来计算在原料气体供给配管48内流过的ru3(co)12气体的流量。像这样使用ftir502来测定在原料气体供给配管48内流过的ru3(co)12气体的流量，因此原料气体供给配管48的流导(conductance)不会降低。因此，能够以大流量向处理容器10内供给由作为低蒸气压原料的一例的ru3(co)12产生的ru3(co)12气体。另一方面，在使用质量流量控制器来测定在原料气体供给配管48内流过的ru3(co)12气体的流量的情况下，原料气体供给配管48的流导会降低。因此，难以以大流量向处理容器10内供给由作为低蒸气压原料的一例的ru3(co)12产生的ru3(co)12气体。

另外，以将载气供给配管46上的开闭阀v1与载气供给源之间的位置同原料气体供给配管48上的开闭阀v2与开闭阀v3之间的位置相连的方式设置有旁通配管52。在旁通配管52上设置有开闭阀v4。通过将开闭阀v1、v2“关闭”并将开闭阀v4、v3“打开”，能够使从载气供给源供给的co气体不经由原料容器42而经过载气供给配管46和旁通配管52被供给至原料气体供给配管48。由此，能够对原料气体供给配管48进行吹扫。

另外，设置有排空配管(日文：エバック配管)54，该排空配管54以从原料气体供给配管48的中途分支出来的方式设置，用于对原料气体供给配管48进行排气。排空配管54的一端连接于原料气体供给配管48上的开闭阀v2与开闭阀v3之间，排空配管54的另一端连接于排气配管30。在排空配管54上设置有开闭阀v5。通过将开闭阀v3、v4“关闭”并将开闭阀v1、v2、v5“打开”，来从载气供给源经由载气供给配管46向原料容器42内吹入co气体。然后，在原料容器42内升华而产生的ru3(co)12气体被co气体输送并经由原料气体供给配管48和排空配管54被排出。由此，能够在将ru3(co)12气体不供给至处理容器10内而是供给至排空配管54的状态下使ru3(co)12气体的流量稳定之后，将ru3(co)12气体供给至处理容器10内。

在该气体供给机构40中，通过将开闭阀v4、v5“关闭”并将开闭阀v1、v2、v3“打开”，来从载气供给源经由载气供给配管46向原料容器42内吹入co气体。然后，在原料容器42内升华而产生的ru3(co)12气体被co气体输送并经由原料气体供给配管48和气体喷出机构20被供给至处理容器10内。另外，通过将开闭阀v3、v4“关闭”并将开闭阀v1、v2、v5“打开”，来从载气供给源经由载气供给配管46向原料容器42内吹入co气体。然后，在原料容器42内升华而产生的ru3(co)12气体被co气体输送并经由原料气体供给配管48和排空配管54被排气装置32排出。

成膜装置1具有对装置整体的动作进行控制的控制部60。控制部60具有cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)、rom(readonlymemory：只读存储器)以及ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)。cpu按照ram等的存储区域中保存的制程来执行期望的成膜处理。制程中设定有装置针对工艺条件的控制信息。控制信息例如可以是气体流量、压力、温度、工艺时间。此外，制程、以及控制部60使用的程序例如可以存储在硬盘、半导体存储器中。另外，制程等也可以以被收容于cd-rom、dvd等便携式的可由计算机读取的存储介质的状态安装于规定位置并被读出。此外，控制部60可以与成膜装置1分开设置。

另外，控制部60基于由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量来控制开闭阀v3的开度。例如，控制部60控制开闭阀v3的开度，使得由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量固定。具体地说，在由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量小于预先决定的设定流量的情况下，控制部60进行控制，使得开闭阀v3的开度变大。由此，原料容器42内的压力减小，因此在原料容器42内ru3(co)12升华而产生的ru3(co)12气体的量变多。其结果是，向处理容器10内供给的ru3(co)12气体的流量变大，并接近预先决定的设定流量。另一方面，在由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量大于预先决定的设定流量的情况下，控制部60进行控制，使得开闭阀v3的开度变小。由此，原料容器42内的压力增大，因此在原料容器42内ru3(co)12升华而产生的ru3(co)12气体的量变少。其结果是，向处理容器10内供给的ru3(co)12气体的流量变小，并接近预先决定的设定流量。

另外，控制部60基于由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量，来计算原料容器42内的ru3(co)12的剩余量。例如，控制部60基于由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量和供给ru3(co)12气体的时间，来计算ru3(co)12的使用量。然后，控制部60通过从紧挨着更换原料容器42之后的ru3(co)12的量减去ru3(co)12的使用量来计算ru3(co)12的剩余量。此外，控制部60也可以将计算出的ru3(co)12的剩余量显示在成膜装置1的显示部(未图示)。另外，控制部60也可以基于计算出的ru3(co)12的剩余量来预测原料容器42的更换周期，并将预测结果显示在显示部。

接下来，对第一实施方式的成膜装置1中的ru膜的成膜方法进行说明。通过由控制部60控制成膜装置1的各部来执行下面的成膜方法。另外，下面，以开闭阀v1～v5全部“关闭”的状态为初始状态来进行说明。

首先，打开闸阀36来将晶圆w从搬入搬出口34搬入至处理容器10内，并将晶圆w载置于基座12上。基座12被加热器16加热至规定温度(例如，100℃～300℃)，由此晶圆w被加热。接着，通过排气装置32的真空泵对处理容器10内进行排气，来将处理容器10内减压至规定压力(例如，1pa～100pa)。

接着，通过将开闭阀v1、v2“打开”，来经由载气供给配管46向原料容器42吹入作为载气的co气体。另外，通过由加热器44对原料容器42进行加热，来在原料容器42内使ru3(co)12升华并生成ru3(co)12气体。另外，通过将开闭阀v3“打开”，来通过co气体输送ru3(co)12气体，并经由原料气体供给配管48和气体喷出机构20向处理容器10内导入ru3(co)12气体。由此，在晶圆w的表面，通过ru3(co)12气体热分解而产生的钌(ru)沉积，来形成具有规定膜厚的ru膜。

此时，测定部50测定在原料气体供给配管48内流过的ru3(co)12气体的流量。然后，控制部60基于由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量来控制开闭阀v3的开度，使得向处理容器10内导入的ru3(co)12气体的流量固定。这样，基于由设置在处理容器10的附近的测定部50(电容压力计501和ftir502)测定出的ru3(co)12气体的流量，来控制向处理容器10内导入的ru3(co)12气体的流量。因此，能够高精度地控制向处理容器10内导入的ru3(co)12气体的流量。

另外，也可以是，在向处理容器10内导入ru3(co)12气体之前，通过在将开闭阀v3、v4“关闭”的状态下将开闭阀v1、v2、v5“打开”，来将ru3(co)12气体与co气体一起经由排空配管54排出并持续规定时间。由此，不向处理容器10内供给ru3(co)12气体，而能够在使原料容器42内升华的ru3(co)12气体的流量稳定之后将ru3(co)12气体供给至处理容器10内。

如以上所说明的那样，根据第一实施方式，原料气体供给配管48配置在处理容器10的中心轴线c上，原料容器42以相对于处理容器10的中心轴线c偏移的方式配置。由此，能够在原料气体供给配管48中减少气流的紊乱，从而能够向气体导入口22供给均匀流动的ru3(co)12气体。其结果是，能够以大流量稳定地供给ru3(co)12气体。

〔第二实施方式〕

对第二实施方式的成膜装置进行说明。图2是表示第二实施方式的成膜装置的结构例的概要图。

如图2所示，第二实施方式的成膜装置1a在排空配管54上的开闭阀v5的下游侧设置有包括电容压力计701和ftir702的第二测定部70。电容压力计701和ftir702可以是与设置在原料气体供给配管48上的电容压力计501和ftir502相同的结构。此外，其它结构与第一实施方式相同，因此以不同点为中心来进行说明。

在第二实施方式中，在将开闭阀v3“关闭”并将开闭阀v5“打开”来在排空配管54中流过ru3(co)12气体和co气体的状态下，由第二测定部70测定排空配管54中流过的ru3(co)12气体的流量。然后，控制部60控制开闭阀v5的开度，使得由第二测定部70测定出的ru3(co)12气体的流量固定。另外，控制部60基于排空配管54中流过的ru3(co)12气体的流量固定时的开闭阀v5的开度，来控制开闭阀v3的开度。接着，将开闭阀v5“关闭”并将开闭阀v3“打开”来将ru3(co)12气体导入至处理容器10内。由此，缩短了原料气体供给配管48中流过的ru3(co)12气体的流量达到预先决定的设定流量所需的时间。其结果是，能够缩短从向处理容器10内供给ru3(co)12气体起直到ru3(co)12气体的流量稳定为止的时间。

〔第三实施方式〕

对第三实施方式的成膜装置进行说明。图3是表示第三实施方式的成膜装置的结构例的概要图。

如图3所示，关于第三实施方式的成膜装置1b，测定部50设置在排空配管54的分支点的离原料容器42近的一侧。此外，其它结构与第一实施方式相同，因此以不同点为中心来进行说明。

在第三实施方式中，在原料气体供给配管48，从原料容器42侧起依次设置有开闭阀v2、测定部50以及开闭阀v3，测定部50设置在排空配管54的分支点的离原料容器42近的一侧。

在第三实施方式中，在将开闭阀v3“关闭”并将开闭阀v5“打开”来在排空配管54中流过ru3(co)12气体和co气体的状态下，由测定部50测定排空配管54中流过的ru3(co)12气体的流量。然后，控制部60控制开闭阀v5的开度，使得由测定部50测定出的ru3(co)12气体的流量固定。另外，控制部60基于排空配管54中流过的ru3(co)12气体的流量固定时的开闭阀v5的开度，来控制开闭阀v3的开度。接着，将开闭阀v5“关闭”并将开闭阀v3“打开”来将ru3(co)12气体导入至处理容器10内。由此，缩短了原料气体供给配管48中流过的ru3(co)12气体的流量达到预先决定的设定流量所需的时间。其结果是，能够缩短从向处理容器10内供给ru3(co)12气体起直到ru3(co)12气体的流量稳定为止的时间。

另外，在第三实施方式中，能够由一个测定部50测定排空配管54中流过的ru3(co)12气体的流量、以及原料气体供给配管48中流过的ru3(co)12气体的流量。

此外，在上述的实施方式中，载气供给配管46是第一气体配管的一例，原料气体供给配管48是第二气体配管的一例，气体供给机构40是原料供给装置的一例，开闭阀v5是第二开闭阀的一例。

应认为本次公开的实施方式在所有方面是例示性的，而不是限制性的。上述的实施方式可以在不脱离权利要求书及其主旨的情况下以各种各样的方式进行省略、置换、变更。

在上述的实施方式中，说明了低蒸气压原料为ru3(co)12的情况，但不限定于此，只要是80℃下的蒸气压为0.1pa～100pa的原料，则也可以是其它原料。作为这样的原料，例如可以举出六氯化钨(wcl6)。