(57)【要約】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。
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【特許請求の範囲】
【請求項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、６．４ｍｍより大きい内径の配管を含むことを特徴とする、成膜装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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バルブがＣｖ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。
【請求項６】
上記原料供給路は、その全長の少なくとも８０％の範囲で６．４ｍｍ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。
【請求項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２０００Ｐａ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。
【請求項８】
上記原料供給路は、約１６ｍｍ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。
【請求項９】
上記原料供給路には、気化温度での蒸気圧が１３３Ｐａ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。
【請求項１０】
上記原料はＷ（ＣＯ）６である、請求項９項の成膜装置。
【請求項１１】
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、６６５Ｐａより小さい圧力に維持される、請求項１乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【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化が進むにつれて、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バッチ処理ではなく、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１２０’にソースガスを供給する原料供給ライン３０’に、処理容器１２０’をバイパスするプリフローライン３３’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２６’の切替によって成膜前のソースガスをプリフローライン３３’に流通して流量を安定させた後に、バルブ２６’の更なる切替によって半導体製造装置の処理容器１２０’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容器近傍の気化器まで搬送し、当該気化器で気化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Ｒｕ膜やＷ膜などの成膜処理の場合のように、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場合には、キャリアガスを用いて原料を処理容器１２０’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場合において、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、及び、原料容器を減圧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３２’には、図５に示すように、ターボ分子ポンプ１４’（ＴＭＰ）及びドライポンプ１６’（ＤＰ）が設けられており、原料容器１０’及び処理容器１２０’の減圧が図られている。
しかしながら、上述のようにターボ分子ポンプ１４’等を使用して原料容器１０’等の減圧を図る場合であっても、使用する原料の蒸気圧が低く、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、かかる小さい配管径では、原料供給ライン３０’での圧力損失が大きく、原料容器１０’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った。
また、従来のプリフローライン３３’は、図５に示すように、ターボ分子ポンプ１４’をバイパスしており、また、プリフローライン３３’の配管径は一般的に原料供給ライン３０’の配管径以下であるので、プリフローライン３３’流通時と成膜処理時とでは原料容器１０’内の圧力等の条件が異なることになる。従って、成膜処理前にプリフローライン３３’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っ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膜装置を提供することにある。
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提供することにある。
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膜装置であって、
上記原料供給路は、６．４ｍｍより大きい内径の配管を含むことを特徴とする、成膜装置が提供される。
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、成膜装置が提供される。
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、プリフロー流路に第２のターボ分子ポンプを設けることなく、プリフロー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、プリフロー流路及び／又は上記原料供給路に設けられるバルブは、好ましくは、Ｃｖ値１．５以上のコンダクタンスを有する。特に好ましくは、プリフロー流路及び上記原料供給路に設けられる全てのバルブがＣｖ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８０％の範囲で６．４ｍｍ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２０００Ｐａ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１６ｍｍ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１３３Ｐａ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（ＣＯ）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、６６５Ｐａ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、ＣＶＤ成膜装置１００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料供給装置２００の構成を概略的に示す図である。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２の実施の形態による原料供給装置２００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ＣＶＤ成膜装置１００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１００は、気密構造の処理容器１２０と、処理容器１２０内の中央部に配設され、半導体基板１０１を保持し、電源に接続する加熱素子１３２が埋設された載置台１３０と、載置台１３０に対面するように設けられ、後述する原料供給ライン３０から供給されるガスを処理容器１２０内に導入するシャワーヘッド１１０と、処理容器１２０の側壁に設けられ、半導体基板１０１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１２０を排気する排気ライン３２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２００の構成を示す。
図２を参照するに、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈｅなどの不活性ガスからなるキャリアガスは、原料容器１０に質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２を介して供給される。この質量流量制御装置１２は、原料容器１０に供給するキャリアガスの流量制御を行う。原料容器１０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、原料容器１０でバ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料供給ライン３０を通ってＣＶＤ成膜装置１００まで搬送されていく。尚、この原料供給ライン３０の原料容器１０の出口付近には、原料容器１０内の圧力を検出する圧力計１８が設けられる。
原料供給ライン３０には、原料容器１０の後でＣＶＤ成膜装置１００をバイパスするプリフローライン３３が設けられる。このプリフローライン３３には、原料供給ライン３０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２６，２７の開閉により、プリフローライン３３或いはＣＶＤ成膜装置１００に通じる原料供給ライン３０に選択的に供給される。
尚、このプリフローライン３３は、成膜時にＣＶＤ成膜装置１００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３３には、半導体基板１０１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３３との分岐点ＢからＣＶＤ成膜装置１００までの原料供給ライン３０には、成膜に使用する各ガスや成膜処理後に処理容器１２０内を清浄するためのクリーニ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３３に流通する間（即ち、バルブ２６が閉で、バルブ２７が開であるとき）、処理容器１２０内に導入されてよい。
ＣＶＤ成膜装置１００から反応ガス等を排気するための排気ライン３２には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１４が設けられ、更に後流にドライポンプ（ＤＰ）１６が設けられる。これらのポンプ１４，１６は、処理容器１２０内を所定の真空度に維持する。このターボ分子ポンプ１４は、ドライポンプ１６と協働して、処理容器１２０内の圧力を例えば１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）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）、ＲｕＣｐ２（ビスシクロペンタジエニルルテニウム）、Ｗ（ＣＯ）６（ヘキサカルボニルタングステン）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。
この排気ライン３２には、ドライポンプ１６の上流側でプリフローライン３３が合流される。従って、このプリフローライン３３に混合ガスが流通している間には、原料容器１０は、ドライポンプ１６により減圧されることになる。一方、成膜時には、原料容器１０は、ドライポンプ１６及びターボ分子ポンプ１４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、ＣＶＤ成膜装置１００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１０の温度が高いほど多くなり、原料容器１０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１０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１０は、上述のようにターボ分子ポンプ１４等により処理容器１２０及び原料供給ライン３０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１４から原料容器１０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インチの原料供給ライン３０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（及びソースガスの流量）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Ｒｕ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よいＷ（ＣＯ）６は、２５℃において蒸気圧３．９９Ｐａ（０．０３Ｔｏｒｒ）、３０℃において蒸気圧６．６５Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）、４５℃において蒸気圧３３．２５Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）である。かかる低蒸気圧原料を用いた場合、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、原料供給ライン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６．４ｍｍ）よりも大きな配管径、例えば１／２インチ（約１３ｍｍ）若しくは３／４インチ（約１９ｍｍ）の配管径を有する。この１／４インチよりも大きな配管径を有する原料供給ライン３０の範囲は、好ましくは、原料容器１０から処理容器１２０までである。即ち、ソースガスが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から処理容器１２０までの間の短い範囲であれば、原料供給ライン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の出口からの短い範囲で内径１／２インチの配管が使用され、原料容器１０から処理容器１２０までの大部分の範囲で３／４インチの配管が使用されている。
また、同様の観点から、原料供給ライン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、原料供給ライン３０の内径１／２インチに対して、汎用的に使用される３／８インチの内径であってもよい。また、この原料供給ライン３０の全体の長さは、混合ガスのエネルギー損失を低減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に示す原料供給ライン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構成されている。
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を有するものであったが、複数の種類のソースガスを使用する等の場合には、それに対応して複数の原料供給ラインを有してもよい。かかる場合には、低蒸気圧原料を搬送する原料供給ラインは、１／４インチよりも大きな内径の配管により構成し、比較的高い蒸気圧の原料を搬送する原料供給ラインは、通常通り内径１／４イ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１２０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、混合ガスの原料供給ライン３０での圧力損失が、原料供給ライン３０の配管径の増加と共に低減されるので、原料容器１０内の圧力を低下するのに必要なターボ分子ポンプ１４の仕事量を低減することができる。また、原料供給ライン３０における圧力損失が少ない場合には、処理容器１２０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（ＣＯ）６ような低蒸気圧原料を用いて成膜処理を行う場合、原料容器１０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１４により２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）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３３使用時にドライポンプ１６のみにより原料容器１０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１０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料供給装置２００は、上述した第１の実施の形態による原料供給装置２００のプリフローライン３３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３Ａは、本発明の第２の実施の形態による原料供給装置２００の構成を示す。
図３Ａを参照するに、本実施形態による原料供給装置２００のプリフローライン３３には、第２のターボ分子ポンプ１５が設けられる。従って、このプリフローライン３３に混合ガスが流通している間には、原料容器１０は、ドライポンプ１６及びターボ分子ポンプ１５により減圧されることになる。一方、成膜時には、原料容器１０は、ドライポンプ１６及びターボ分子ポンプ１４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３３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１０内の圧力差が低減される。即ち、原料容器１０内の圧力は、Ｗ（ＣＯ）６ような低蒸気圧原料を用いた成膜処理時において２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）以下の高真空に維持される場合があるが、プリフローライン３３使用時においても第２のターボ分子ポンプ１５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１０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能となる。
また、同様の観点から、このプリフローライン３３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べく、原料供給ライン３０と同一又はより太い配管径を有する。或いは、第２のターボ分子ポンプ１５のプリフローライン３３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３３に混合ガスを流通させた時の原料容器１０内の圧力が成膜処理時における原料容器１０内の圧力と略同一となるようにしてもよい。これにより、プリフローライン３３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３３に流通時のソースガスの流量と処理容器１２０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３方弁２６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３Ｂは、本発明の第２の実施の形態による原料供給装置２００の変形例を示す。図３Ｂに示す構成では、プリフローライン３３に第２のターボ分子ポンプ１５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３３が排気ライン３２にターボ分子ポンプ１４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３３の使用時において、成膜時と同様、原料容器１０は、ドライポンプ１６及びターボ分子ポンプ１４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３３に流通時のソースガスの流量と処理容器１２０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が使用されてもよい。また、何れの場合であっても、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、Ｃｖ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Ｐ１［ｋｇｆ・ｃｍ３ａｂｓ］が二次側（処理容器１２０に近い側）絶対圧力Ｐ２［ｋｇｆ・ｃｍ３ａｂｓ］に対して、Ｐ１＜２Ｐ２の関係にあるとき、Ｃｖ＝Ｑｇ／４０６×｛Ｇｇ（２７３＋ｔ）／（Ｐ１−Ｐ２）Ｐ２｝１／２により、Ｐ１≧２Ｐ２の関係にあるとき、Ｃｖ＝Ｑｇ／２０３Ｐ１×｛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［℃］はガスの温度、Ｑｇ［Ｎｍ２／ｈ］は、標準状態（１５℃、７６０ｍｍＨｇａｂｓ）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、原料供給ライン３０に内径３／４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１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）としたとき、原料容器１０内が７９．８Ｐａ（０．６Ｔｏｒｒ）まで減圧されている。
これより、上述したように２５℃において蒸気圧３．９９Ｐａ（０．０３Ｔｏｒｒ）、４５℃において蒸気圧３３．２５Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）を示すＷ（ＣＯ）６（ヘキサカルボニルタングステン）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１／４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６６．６Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）としたとき、原料容器１０内の圧力が２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）となっている。対照的に、内径３／４インチの配管の場合において、処理容器１２０内の圧力が６６．６Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）であるとき、原料容器１０内の圧力は３７２Ｐａ（２．８Ｔｏｒｒ）となっている。
尚、内径１／２インチの配管を使用した場合、処理容器１２０内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）としたとき、原料容器１０内の圧力が１０５１〜１５９６Ｐａ（７．９〜１２Ｔｏｒｒ）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１９９５Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）以上となるのに対し、原料供給ライン３０の内径が１／２インチ若しくは３／４インチの場合には、多くとも１９９５Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）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っ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の温度を４５℃とし、キャリアガスの流量を３００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍは、０℃・１気圧で流体が１ｃｍ３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２０．０Ｐａ（０．１５Ｔｏｒｒ）とし、基板温度４５０℃の条件で成膜したところ、成膜速度１０Å／ｍｉｎ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５４ｕｏｈｍｃｍであった。
この比較例の結果に対して、原料供給ライン３０に内径１／２インチで長さ２ｍの配管を用いた場合、成膜速度４０Å／ｍｉｎ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４０ｕｏｈｍｃｍ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３／４インチで長さ１ｍの配管を用いた場合、成膜速度３００Å／ｍｉｎ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４５ｕｏｈｍｃｍであった。
以上の実施例から、原料容器１０から処理容器１２０までの原料供給ライン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確認された。
［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３９９０Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）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１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）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３Ａ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１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）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かる。
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増加させることができる。また、原料供給路における圧力損失（即ち、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増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低減されるので、特に低蒸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び置換を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年1月23日(2004.1.23)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】（削除）
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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バルブがＣｖ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２乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【請求項６】（削除）
【請求項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２０００Ｐａより小さくなるように、構成された、請求項２乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【請求項８】上記原料供給路は、約１６ｍｍ以上の内径の配管を含む、請求項２乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【請求項９】上記原料供給路には、気化温度での蒸気圧が１３３Ｐａ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２乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【請求項１０】上記原料はＷ（ＣＯ）６である、請求項９項の成膜装置。
【請求項１１】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、６６５Ｐａより小さい圧力に維持される、請求項２乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【請求項１２】上記原料供給路は、６．４ｍｍより大きい内径の配管を含む、請求項２乃至４のうちいずれか１項の成膜装置。
【請求項１３】上記原料供給路は、その全長の少なくとも８０％の範囲で６．４ｍｍより大きい内径の配管を含む、請求項１２項の成膜装置。




【国際調査報告】
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