(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積方法において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたガスラインが、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、この別のガスラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止することを特徴とする薄膜堆積方法。
【請求項２】
複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積方法において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたベントラインが、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、また、前記ベントラインの下流側は前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、このベントラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止することを特徴とする薄膜堆積方法。
【請求項３】
前記赤外線ガス分析計が、複数の有機金属ガスが各別に導入されるガス室と、このガス室の一方に設けられた赤外光源および干渉計と、前記ガス室の他方に設けられ、前記ガス室内を通過する赤外光を検出する赤外線検出器と、この赤外線検出器の出力を処理して有機金属ガスの濃度を演算する前記濃度演算部とを備えてなるＦＴＩＲガス分析計である請求項１または２に記載の薄膜堆積方法。
【請求項４】
原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたガスラインが、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、この別のガスラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項５】
複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたベントラインが、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、また、前記ベントラインの下流側は前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、このベントラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項６】
原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたガスラインが、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、この別のガスラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成しているとともに、前記赤外線ガス分析計の測定結果に基づいて前記制御部から装置各部に制御信号を出力するように構成していることを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項７】
複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたベントラインが、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、また、前記ベントラインの下流側は前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、このベントラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成しているとともに、前記赤外線ガス分析計の測定結果に基づいて前記制御部から装置各部に制御信号を出力するように構成していることを特徴とする薄膜堆積装置。
【請求項８】
前記赤外線ガス分析計が複数の有機金属ガスが各別に導入されるガス室と、このガス室の一方に設けられた赤外光源および干渉計と、前記ガス室の他方に設けられ、前記ガス室内を通過する赤外光を検出する赤外線検出器と、この赤外線検出器の出力を処理して有機金属ガスの濃度を演算する前記濃度演算部とを備えてなるＦＴＩＲガス分析計である請求項４〜７の何れか一項に記載の薄膜堆積装置。
【請求項９】
原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、基板上に薄膜として堆積させるための反応室に、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で供給する薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置において、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを前記有機金属ガスラインとは別に、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように流すガスラインを有し、この別のガスラインにはそこを流れる有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を設け、この赤外線ガス分析計により別のガスラインを流れる有機金属ガスをモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴とする薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置。
【請求項１０】
複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、基板上に薄膜として堆積させるための反応室に、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で供給する薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置において、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを、反応室をバイパスするように流すベントラインを有し、このベントラインにはそこを流れる有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を設け、この赤外線ガス分析計によりベントラインを流れる有機金属ガスをモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴とする薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置。
【請求項１１】
前記赤外線ガス分析計が複数の有機金属ガスが各別に導入されるガス室と、このガス室の一方に設けられた赤外光源および干渉計と、前記ガス室の他方に設けられ、前記ガス室内を通過する赤外光を検出する赤外線検出器と、この赤外線検出器の出力を処理して有機金属ガスの濃度を演算する前記濃度演算部とを備えてなるＦＴＩＲガス分析計である請求項９または１０に記載の薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＺＴ系強誘電体、ＰＬＺＴ系強誘電体、ＢａＳｒ系高誘電体やＣｕ系高温超伝導体あるいはＧａＡｓ系のような化合物半導体など有機金属を原料とした化学気相成長法による薄膜の堆積方法とその装置および薄膜の堆積方法に用いる混合ガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＰＺＴ〔Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕薄膜などのＰＺＴ系強誘電体薄膜を形成する手法として、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長）法による薄膜堆積方法が用いられるようになってきている。このＭＯＣＶＤ法を用いたＰＺＴ強誘電体薄膜の形成方法は、ＰＺＴ強誘電体薄膜の主たる構成元素である、例えば、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ含む有機金属原料Ｐｂ（Ｃ11 Ｈ19 Ｏ2 ）2 、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4をソース原料としてそれぞれ収容した原料気化器にアルゴンガスなどの不活性ガスをキャリアガスとして送り込んで、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ含む３つの有機金属ガスを生成し、これらの有機金属ガスをガス混合室で混合した後、酸化剤としての酸素ガスを加えて有機金属混合ガスとして適宜の温度に保持された反応室に供給し、この有機金属混合ガスを、反応室に設けられた基板（例えば、Ｐｔ／ＳｉＯ2 ／ＳｉやＰｔ／ＭｇＯなど）の表面上において成長させる手法である。
【０００３】
ところで、上記ＭＯＣＶＤ法によって形成されたＰＺＴ強誘電体薄膜は、その組成が所定の化学量論組成となっていることが要求されるが、従来の薄膜堆積方法においては、次のようにして組成制御を行っていた。
【０００４】
すなわち、まず、前記原料気化器の温度（加熱温度）を各有機金属原料ごとに設定し、それらの温度における有機金属原料の蒸気圧からガス濃度を調べる。そして、化学量論組成になるように有機金属ガスの濃度を決定する。そして、原料気化器の温度を微調整する。その状態で、各有機金属原料に対するキャリアガスの流量を一定にして、３つの有機金属ガスを生成し、これによって、適宜の基板上にＰＺＴ強誘電体薄膜を形成してみる。
【０００５】
そして、前記ＰＺＴ強誘電体薄膜の組成を、例えばエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）などの分析装置を用いて組成分析を行い、その結果に基づいて、不足元素の有機金属原料を収容した原料気化器の温度と各キャリアガスの流量を再調節してＰＺＴ強誘電体薄膜を再度形成し、この薄膜の組成を前記と同様の手法で分析し、所定の化学量論組成であるか否かを確認する。このときの組成が所定の化学量論組成ではないときには、上記作業を繰り返す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の薄膜堆積方法においては、薄膜形成を行った後、この薄膜の組成分析を行い、組成が所定の化学量論組成ではないときには、有機金属ガスの発生条件を設定し直すといった、トライアンドエラー方式の作業を繰り返しているため、所定の組成の薄膜を得るのにかなりの時間を要するといった問題がある。そして、薄膜形成を繰り返し行うことにより有機金属原料が消費され、有機金属ガスの蒸発量が変化して、所望の化学量論組成から外れてしまう。つまり、再現性が悪いといった問題もある。
【０００７】
なお、上記課題は、ＰＺＴ強誘電体薄膜の堆積のみならず、ＰＬＺＴ系強誘電体薄膜やＣｕ系高温超伝導体薄膜あるいはＧａＡｓ系のような化合物半導体など有機金属を原料とした化学気相成長法による薄膜の堆積方法においても同様に生じているところである。
【０００８】
そこで、上述した課題を解決する薄膜堆積方法として、この出願の出願人は、原料気化供給部において複数の有機金属ガスを各別に発生させ、これらの有機金属ガスをガス混合室において混合した後、反応室内に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積方法において、前記ガス混合室内に供給される複数の有機金属ガスの混合状態を、前記ガス混合室または反応室のいずれかに設けられているＦＴＩＲガス分析計を用いて測定し、この測定結果に基づいて前記有機金属ガスの流量を個々に調整する薄膜堆積方法を特許出願している〔特願２０００−５１８２３号（特開２００１−２３４３４８号）〕。
【０００９】
上記のように、例えば、ガス混合室において複数の有機金属ガスの混合状態を測定する場合においては、各有機金属ガスどうしで反応が進み、中間体や多量体が生成された状態をモニターすることができ、反応室に供給される有機金属混合ガスの状態を測定することができる。つまり、インラインにおいて供給されるガスの状態を把握することができるので、堆積によって形成される薄膜の組成を正確かつ容易に制御することができる。したがって、ガスの濃度（状態）に応じて、原料気化器の温度、キャリアガスの流量やガス混合時の温度を制御することができるので、目的とする組成を有する薄膜を再現性よく得ることができる。
【００１０】
また、反応室において複数の有機金属ガスの混合状態を測定する場合においては、上記ガス混合室における測定の場合に奏する効果に加えて、より実際の成膜に近い状態で複数の有機金属ガスの混合状態をモニターすることができるとともに、気相中の生成反応をモニターすることができるといった効果がある。
【００１１】
このように、上記特許出願に係る発明によれば、薄膜の形成に用いられる複数の有機金属ガスの混合状態（混合比や濃度）を直接モニターすることができるので、薄膜の組成をより正確かつ短時間で分析することができ、所望の組成の薄膜を再現性よくかつ効率的に形成することができる。
【００１２】
しかしながら、上記特許出願後における更なる研究により、次のようなことが分かるに至った。すなわち、前記有機金属ガスは、液状の有機金属原料をそれぞれ収容した容器を加熱するとともに、この容器にアルゴンなどの不活性ガスを導入し、これをバブリングすることにより生成される。
【００１３】
そして、前記容器内の有機金属原料が少なくなり、原料交換（原料ボトル交換）直前には、図３（Ａ）において符号ａで示すように、有機金属ガスの発生が低下し、原料ボトル交換直後には、図３（Ａ）において符号ｂで示すように、大きく上昇し、その後、定常の発生状態となる。なお、図中の符号ｃで示す縦線は原料ボトル交換時点を示している。また、前記バブリングによって発生する有機金属ガスは、不活性ガスの導入量が一定であっても、図３（Ｂ）に示すように、その発生量や濃度が変動している。
【００１４】
さらに、前記有機金属原料中にときとして不純物が混入し、これに起因して有機金属ガス中に異物が混入してしまうというようなことがある。すなわち、上述のように、原料ボトル交換を行った後、有機金属ガスを連続的に発生させるが、原料ボトル交換直後の初期においては、図４において符号ｄで示すスペクトルにおける符号ｐで示すように、９２０ｃｍ-1近傍に小さいピークが見られ、これは前記初期段階に発生する有機金属ガス中に含まれる不純物を示している。そして、前記交換から時間が経過すると、同図において符号ｅで示すスペクトルのようにピークが消滅し、前記不純物の発生がなくなる。
【００１５】
しかしながら、上述した特許出願の薄膜堆積方法においては、薄膜の形成に用いられる複数の有機金属ガスの混合状態（混合比や濃度）を直接モニターするようにしているだけであるので、上述の個々の有機金属ガスの発生量や濃度の変化（変動）や、原料ボトル交換直後などにおいて生ずる不純物など有機金属原料中の異物の混入など、混合される前の有機金属ガス個々の発生状態やそれに対応する有機金属原料個々の状態については確認することができず、成膜プロセスで用いる有機金属ガス供給側の監視が必ずしも十分ではなく、その点において改良する余地が残されていた。
【００１６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、成膜プロセスで用いる有機金属ガスの混合状態のみならず、個々の有機金属原料の状態や有機金属ガスの発生状態など有機金属ガス供給側の監視を確実に行うことができるようにして、所望の組成の薄膜を再現性よくかつ効率的に形成することができる薄膜堆積方法とその装置および薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る薄膜堆積方法は、原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積方法において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたガスラインが、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、この別のガスラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止することを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明に係る薄膜堆積方法は、複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積方法において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたベントラインが、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、また、前記ベントラインの下流側は前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、このベントラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止することを特徴としている。
【００１８】
そして、請求項４に記載の発明に係る薄膜堆積装置は、原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたガスラインが、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、この別のガスラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明に係る薄膜堆積装置は、複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたベントラインが、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、また、前記ベントラインの下流側は前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、このベントラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明に係る薄膜堆積装置は、原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたガスラインが、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、この別のガスラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成しているとともに、前記赤外線ガス分析計の測定結果に基づいて前記制御部から装置各部に制御信号を出力するように構成していることを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明に係る薄膜堆積装置は、複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインとは別に、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を途中に設けたベントラインが、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、また、前記ベントラインの下流側は前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように設けられ、このベントラインを流れる有機金属ガスの濃度を前記赤外線ガス分析計によりモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成しているとともに、前記赤外線ガス分析計の測定結果に基づいて前記制御部から装置各部に制御信号を出力するように構成していることを特徴としている。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
上記請求項１，２および４〜７に記載の発明においては、複数の有機金属ガスの個々の濃度を直接モニターし、所定の組成の薄膜を形成する濃度のときのみ、反応室に有機金属ガスを供給することができるので、成膜プロセスにおける原料供給側である原料気化供給部の信頼性が高められる。そして、成膜プロセスに最適な条件をより早く見出すことができるとともに、成膜プロセスの後戻りがなくなり、高品位の成膜を短時間で達成することができる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
そして、請求項３または８に記載してあるように、赤外線ガス分析計として、複数の有機金属ガスが各別に導入されるガス室と、このガス室の一方に設けられた赤外光源および干渉計と、前記ガス室の他方に設けられ、前記ガス室内を通過する赤外光を検出する赤外線検出器と、この赤外線検出器の出力を処理して有機金属ガスの濃度を演算する前記濃度演算部とを備えてなるＦＴＩＲガス分析計を用いた場合、測定結果が吸収スペクトルとして得られるので、濃度のみならず不純物の存在の有無をも確実にモニターすることができる。
【００２６】
さらに、前記赤外線ガス分析計の測定結果に基づいて装置各部に制御信号を出力するように構成することが望ましい。
【００２７】
また、原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で反応室に供給し、この反応室内に設けられている基板上に薄膜を堆積させるようにした薄膜堆積装置において、前記有機金属ガスラインに流路切換え手段を介して並列的なガスラインを接続し、このガスラインに前記有機金属ガスを各別に測定する赤外線ガス分析計を設け、その測定結果に基づいて装置各部に制御信号を出力するようにしてもよい。
【００２８】
さらに、請求項９に記載の発明では、原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、基板上に薄膜として堆積させるための反応室に、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で供給する薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置において、前記原料気化供給部において発生した有機金属ガスを前記有機金属ガスラインとは別に、流路切換え手段を介して前記有機金属ガスラインと並列的な関係で、かつ、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて反応室をバイパスするように流すガスラインを有し、この別のガスラインにはそこを流れる有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を設け、この赤外線ガス分析計により別のガスラインを流れる有機金属ガスをモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記流路切換え手段を切換え制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスを別のガスラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴としている。
また、請求項１０に記載の発明では、複数の原料気化供給部において各別に発生した複数の有機金属ガスを、基板上に薄膜として堆積させるための反応室に、前記原料気化供給部に接続された有機金属ガスラインから混合した状態で供給する薄膜堆積方法に用いる混合ガス供給装置において、各原料気化供給部の下流側に設けられた分岐点から分岐し一方に前記有機金属ガスラインが接続される二つの分岐流路の他方に接続され、その下流側が前記反応室のガス導出部に接続される排気流路に接続されて、前記複数の原料気化供給部において発生した有機金属ガスを、反応室をバイパスするように流すベントラインを有し、このベントラインにはそこを流れる有機金属ガスを混合状態でも各別の状態でも導入できるガス室及び当該ガス室に各別に導入された有機金属ガスの濃度を演算する濃度演算部を有する赤外線ガス分析計を設け、この赤外線ガス分析計によりベントラインを流れる有機金属ガスをモニターして、前記濃度演算部による濃度の演算結果の入力に基づいて制御部から送出される制御信号により、前記二つの分岐流路に設けられた弁を制御して、所定の組成の薄膜を形成する濃度のとき、前記有機金属ガスを有機金属ガスラインから反応室に供給して前記基板上に薄膜を堆積させ、かつ、前記濃度以外のとき、前記有機金属ガスをベントラインを通過させて前記排気流路方向に流して反応室への供給を停止するように構成していることを特徴としている。
【００２９】
上記請求項９，１０に記載の発明によれば、薄膜の形成に用いる複数の有機金属ガスを所定の流量で発生させることができ、所定の組成の薄膜を再現性よく形成することができる。そして、この場合も、請求項１１に記載してあるように、赤外線ガス分析計として、複数の有機金属ガスが各別に導入されるガス室と、このガス室の一方に設けられた赤外光源および干渉計と、前記ガス室の他方に設けられ、前記ガス室内を通過する赤外光を検出する赤外線検出器と、この赤外線検出器の出力を処理して有機金属ガスの濃度を演算する前記濃度演算部とを備えてなるＦＴＩＲガス分析計を用いることができ、濃度のみならず不純物の存在の有無をも確実にモニターすることができる。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態を示し、薄膜の堆積方法を実施するための装置（ＭＯＣＶＤ装置）の構成の一例を概略的に示すもので、このＭＯＣＶＤ装置は、例えばＰＺＴ強誘電体薄膜を形成するための装置である。この図において、１は原料気化供給部で、以下のように構成されている。すなわち、２，３，４は原料気化器で、各原料気化器２〜４は、ＰＺＴ強誘電体薄膜の主たる構成元素であるＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ含む有機金属原料Ｐｂ（Ｃ11 Ｈ19 Ｏ2）2 、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 を各別に収容している。各原料気化器２〜４は、気化が良好に行われる最適の温度になるように加熱・保温され、図示例においては、Ｐｂ（Ｃ11 Ｈ19 Ｏ2 ）2 を収容した原料気化器２はオーブン２８（後述する）内に収容され、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4をそれぞれ収容した原料気化器３，４には加熱・保温部３ａ，４ａが設けられている。
【００３３】
前記原料気化器２〜４には、それぞれ、例えばアルゴンなどのキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入ライン５および原料気化器２〜４において有機金属原料が気化されて生成される、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ含む有機金属ガスを導出する発生ガス導出流路６が接続されている。
【００３４】
そして、前記各キャリアガス導入ライン５には、それぞれ、開閉弁７，８、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）９および開閉弁１０がこの順で設けられており、開閉弁１０の上流側にはアルゴンガスボンベ１１が接続されている。この構成により、アルゴンガスボンベ１１内のアルゴンが流量制御されて原料気化器２〜４に供給される。
【００３５】
また、前記各発生ガス導出ライン６には、それぞれ、開閉弁１２，１３が設けられ、開閉弁１３の下流側の点Ａにおいて二つの流路６ａ，６ｂに分岐し、各分岐流路６ａ，６ｂには開閉弁１４ａ，１４ｂが設けられ、一方の分岐流路６ａの下流端は有機金属ガスライン１５（後述する）に、他方の分岐流路６ｂの下流端は別のガスラインであるベントライン１６（後述する）に、それぞれ接続されている。
【００３６】
１５，１６は前記原料気化器２〜４においてそれぞれ発生した有機金属ガスが流れる有機金属ガスライン、ベントラインである。これら両ガスライン１５，１６は互いに並列的な関係にあり、それぞれの上流側に開閉弁１７，１８が設けられ、これらの開閉弁１７，１８の上流側は、ＭＦＣ１９を備えた流路２０を介してアルゴンガスボンベ１１に接続されている。
【００３７】
前記有機金属ガスライン１５の構成を説明すると、この有機金属ガスライン１５には、既に説明したように、原料気化器２〜４にそれぞれ連なる発生ガス導出ライン６の下流側の流路６ａが接続されているが、さらに、この有機金属ガスライン１５には、上流側に酸素ガスボンベ２１を備えた酸素ガス供給ライン２２が接続されており、さらに、有機金属ガスライン１５の下流側は反応室２９（後述する）のガス導入部２９ａに接続されている。
【００３８】
前記酸素ガス供給ライン２２は、図示例では、その上流側に開閉弁２３およびＭＦＣ２４を備え、その下流側は、発生ガス導出ライン６の下流側の流路６ａが有機金属ガスライン１５に接続される３つ接続点よりそれぞれ下流においてこれらの接続点にそれぞれ対応するようにして開閉弁２５を介して有機金属ガスライン１５に接続されている。
【００３９】
そして、上述のように、有機金属ガスライン１５には、原料気化器２〜４においてそれぞれ発生した有機金属ガスと酸素ガス供給ライン２２によって供給される酸素ガスとが流れ、この有機金属ガスライン１５において、前記有機金属ガスおよび酸素ガスが混合され、その状態で反応室２９に供給される。
【００４０】
また、前記ベントライン１６には、既に説明したように、原料気化器２〜４にそれぞれ連なる発生ガス導出ライン６の下流側の流路６ｂが接続されているが、その下流側は、反応室２９のガス導入部２９ａに接続されるのではなく、反応室２９のガス導出部２９ｂに接続される排気流路３３の開閉弁３５とフィルタ３６との間の点に接続されており、反応室２９をバイパスするように構成されている。そして、このベントライン１６には、その途中に、ＦＴＩＲガス分析計４１（後述する）が設けられている。
【００４１】
さらに、２６は各キャリアガス導入ライン５の開閉弁８とＭＦＣ９との間の点と、発生ガス導出ライン６の開閉弁１３と分岐点６Ａとの間の点との間を接続するパージガスラインで、このパージガスライン２６には開閉弁２７が設けられている。また、２８はオーブンで、原料気化供給部１に供給されるアルゴンガスや酸素ガスの温度および各原料気化器２〜４において発生した有機金属ガスの温度を、それぞれ所定以上になるようにするためのものである。
【００４２】
２９は有機金属ガスライン１５の下流側に設けられる反応室で、その内部には、ＰＺＴ強誘電体薄膜を形成するための基板３０を載置しこれを所定の温度に加熱するように構成された基板載置台３１が設けられている。なお、３２はプレヒータである。
【００４３】
３３は前記反応室２９の下流側のガス導出部２９ｂに接続される排気流路で、この排気流路３３には、例えば圧力計３４、開閉弁３５、フィルタ３６，３７、吸引用のメカニカルブースターポンプ３８、吸引用のロータリポンプ３９およびアブゾーバ４０がこの順で設けられ、アブゾーバ４０は適宜のガス回収装置（図示していない）に接続されている。
【００４４】
４１はベントライン１６に設けられる赤外線ガス分析計としてのＦＴＩＲガス分析計である。すなわち、ベントライン１６の下流側（オーブン２８を出た適宜の箇所）に開閉弁４２が設けられ、この開閉弁４２を挟む上流側の点および下流側の点にを結ぶようにして分岐流路４３が設けられ、この分岐流路４３に開閉弁４４，４５を介してＦＴＩＲガス分析計４１のガス室４６が設けられている。このガス室４６は、いわゆるフローセルタイプに構成されている。そして、このガス室４６の相対向する側壁に赤外線透過性の材料よりなる窓（図示していない）が形成してあり、一方の窓の外側には、赤外光源４７および干渉計４８が設けられ、赤外光ＩＲをガス室４６内に照射するようにしてあるとともに、他方の窓の外側には、ガス室４６内を通過した赤外光ＩＲを検出する、例えば半導体検出器などの赤外線検出器４９およびこの赤外線検出器４９の出力を適宜処理して測定対象成分の濃度を演算する濃度演算部５０が設けられている。
【００４５】
このように構成されたＦＴＩＲガス分析計４１においては、開閉弁４２を閉じ、開閉弁４４，４５を開いた状態では、ベントライン１６を排気流路３３方向に流れる有機金属ガスはガス室４６を通過して排気流路３３方向に流れる。そして、このとき、ガス室４６に対して、赤外光ＩＲを干渉計４８を介して照射すると、そのときの赤外線検出器４９の検出出力が濃度演算部５０に入力される。そして、この濃度演算部５０において前記出力を加算平均し、その加算平均出力を用いてインターフェログラムをフーリエ変換し、さらに、このフーリエ変換された出力に基づいて測定対象成分に関するスペクトル演算を行うことにより、前記有機金属ガスに含まれる特定の成分についての吸収スペクトルに基づいてその成分の濃度などを測定することができる。
【００４６】
なお、図示は省略しているが、上記ＭＯＣＶＤ装置には、装置全体の各部を制御するパソコンなどの制御部が設けられており、この制御部には、濃度演算部５０の演算結果や圧力センサ３４の出力などが入力され、この制御部からは、前記入力等に基づいて、原料気化器２〜４、オーブン２８などの温度制御部（図示していない）に対して温度制御信号を送出したり、反応室２９における温度や圧力を調整するための信号や、開閉弁やＭＦＣに各別に制御信号を送出する機能を備えている。そして、前記制御信号としては、ＭＦＣによるキャリアガスの流量信号、反応室２９での堆積時間の制御信号、異常が生じているときに成膜を止めさせるアラーム信号や、反応室２９へのガス供給停止指令信号などがある。
【００４７】
上述のように構成されたＭＯＣＶＤ装置において、ＰＺＴ強誘電体薄膜を基板２４上に形成するには、例えば、以下に示すように条件設定を行った。すなわち、有機金属原料Ｐｂ（Ｃ11 Ｈ19 Ｏ2 ）2 、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 をそれぞれ収容した原料気化器２〜４の温度は、それぞれ、１３０℃、３０℃、３５℃とした。そして、各原料気化器２〜４に供給されるキャリアガスの流量は、それぞれ、１００ｍＬ／分、５０ｍＬ／分、５０ｍＬ／分とした。また、反応室２９内の圧力は、６６７Ｐａとし、基板３０の温度は６００℃とした。
【００４８】
そして、吸引用のメカニカルブースターポンプ３８およびロータリポンプ３９を動作させる。そして、３つの原料気化器２〜４内においては、Ｐｂ（Ｃ11 Ｈ19 Ｏ2 ）2 、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 といった有機金属原料が、それぞれ所定温度に加熱されることにより気化し、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ含む有機金属ガスが発生する。
【００４９】
前記状態で、各原料気化器２〜４に接続されているキャリアガス導入ライン５における開閉弁７，８，１０を開き、開閉弁２７を閉じるとともに、ＭＦＣ９を制御してそのバルブを開く一方、各原料気化器２〜４に接続されている発生ガス導出ライン６における開閉弁１２，１３を開き、さらに、酸素ガス供給ライン２２の開閉弁２３，２５を開くとともに、ＭＦＣ２４を制御してそのバルブを開く。これにより、アルゴンガスボンベ１１からアルゴンガスがキャリアガスとして原料気化器２〜４に供給され、原料気化器２〜４内の有機金属ガスが前記キャリアガスによって発生ガス導出ライン６に導出される。このとき、発生ガス導出ライン６の下流側の流路６ａにおける開閉弁１４ａのみが開いていると、前記発生ガス流路６に導出された有機金属ガスは、前記流路６ａを経て有機金属ガスライン１５に流入する。そして、この有機金属ガスライン１５に流入した有機金属ガスは、互いに交じり合って有機金属混合ガスとなり、このガスは有機金属ガスライン１５内を下流側に流れる。
【００５０】
一方、酸素ガス供給ライン２２には、酸素ガスボンベ２１からの酸素ガスが流れており、この酸素ガスは有機金属ガスライン１５に複数の点（この実施の形態では３か所）で供給され、有機金属ガスライン１５内を流れる有機金属混合ガスに酸素が３回にわたって添加されるので、有機金属混合ガスが酸素ガスと確実に混じり合い、その状態で反応室２９に入る。そして、反応室２９においては、基板３０が予め適宜の温度になるように加熱されており、前記有機金属混合ガスは酸素ガスの存在下において基板３０上に堆積され、ＰＺＴ薄膜が形成される。ここまでの作動は、従来のこの種のＭＯＣＶＤ装置における作動と変わるところがない。
【００５１】
この実施の形態のＭＯＣＶＤ装置においては、有機金属ガスライン１５とは別に、原料気化供給部１において発生した複数の有機金属ガスを導出するベントライン１６を設け、このベントライン１６にＦＴＩＲガス分析計４１を設け、このＦＴＩＲガス分析計４１を用いて複数の有機金属ガスを各別または混合した状態で測定できるようにしている。
【００５２】
すなわち、前記原料気化器２〜４からの有機金属ガスがそれぞれ発生ガス導出ライン６に導出されている状態において、各発生ガス導出ライン６の下流側に設けられた開閉弁１４ｂのみを開状態にすると、前記有機金属ガスは、流路６ｂを経てベントライン１６に流入する。この場合、ベントライン１６には原料気化器２〜４からの有機金属ガスが流れるので、上記有機金属ガスライン１５における場合と同様に、前記各有機金属ガスは互いに混じり合った有機金属混合ガスとなってベントライン１６を下流側に流れていく。
【００５３】
そして、ベントライン１６の下流側の開閉弁４２を閉じ、開閉弁４４，４５を開状態にすると、前記有機金属混合ガスは、ＦＴＩＲガス分析計４１のガス室４６の一方の入口から入って他方の出口から出て行き、開閉弁４２の下流側のベントライン１６を下流側に流れていく。このとき、ガス室４６に対して赤外光ＩＲを干渉計４８を介して照射しておくと、上記第００４１段落で説明したように、ＦＴＩＲガス分析計４１によって、前記有機金属混合ガスの濃度やその混合状態をモニターすることができる。
【００５４】
この実施の形態のＭＯＣＶＤ装置では、上記有機金属混合ガスの濃度やその混合状態のモニターに加えて、有機金属ガスを個別にモニターできるようにした点に特徴がある。以下、これについて説明する。
【００５５】
すなわち、原料気化器２〜４からの有機金属ガスがそれぞれ発生ガス導出ライン６に導出されている状態において、例えば、原料気化器２に接続された発生ガス導出ライン６における開閉弁１４ｂのみを所定時間開状態にすると、原料気化器２において発生したＰｂを含む有機金属ガスのみがベントライン１６を流れ、この有機金属ガスがＦＴＩＲガス分析計４１に供給されて、その濃度が測定される。つまり、原料気化器２〜４に接続されている発生ガス導出ライン６の開閉弁１４ｂを択一的に選択して所定時間開くことにより、原料気化器２〜４において発生した有機金属ガスを択一的に測定することができる。そして、前記開閉弁１４ｂのうちの２つを選択して所定時間開くことにより、原料気化器２〜４において発生した有機金属ガスのうちの２種の有機金属ガスを混合した状態で測定することができる。
【００５６】
上述のように、この実施の形態のＭＯＣＶＤ装置においては、ベントライン１６にＦＴＩＲガス分析計４１を設けているので、原料気化器２〜４からの有機金属ガスがそれぞれ発生ガス導出ライン６に導出されている状態において、各発生ガス導出ライン６の下流側にそれぞれ設けられている開閉弁１４ａ，１４ｂのうち、開閉弁１４ｂを開状態とすることによりベントライン１６に前記各有機金属ガスを流入させてＦＴＩＲガス分析計４１により有機金属ガスの濃度の測定結果をモニターし、所定の濃度のとき、開閉弁１４ｂを閉じ、開閉弁１４ａを開状態とすることにより、前記有機金属ガスライン１５から反応室２９に有機金属ガスを供給して基板３０上にＰＺＴ強誘電体薄膜を形成することができる。
【００５７】
この場合、各発生ガス導出ライン６の下流側にそれぞれ設けられている開閉弁１４ａを全て開状態とし、原料気化器２〜４のうちの一つ、例えば原料気化器２に接続された発生ガス導出ライン６の開閉弁１４ｂのみを開状態とし、他の原料気化器３，４に接続された発生ガス導出ライン６の開閉弁１４ｂを閉状態とした場合には、薄膜形成のためのガス供給と原料気化器２において発生するＰｂを含む有機金属ガスの測定のためのガス供給を行うことができる。そして、前記複数（この場合３つ）の開閉弁１４ｂのうち開状態にする一つの開閉弁１４ｂを任意に設定することができ、さらに、３つのうちの二つの開閉弁１４ｂの開状態の組み合わせも任意に設定することができるので、薄膜形成のためのガス供給と単一または複数の有機金属ガスの測定を同時に平行して行うことができる。
【００５８】
さらに、薄膜形成に先立って、原料気化供給部１の各原料気化器２〜４において所定の濃度の有機金属ガスが発生しているかを確認することができる。すなわち、原料気化器２〜４からの有機金属ガスがそれぞれ発生ガス導出ライン６に導出されている状態において、発生ガス導出ライン６の下流側の開閉弁１４ａの全てを閉じ、開閉弁１４ｂを適宜開状態にして有機金属ガスをベントライン１６に流すことにより、前記有機金属ガスの一種または二種または全部（この実施の形態では三種）をＦＴＩＲガス分析計４１に供給することができ、有機金属ガスを単一の状態、二種の混合状態、三種の混合状態でそれぞれ測定することができる。
【００５９】
上述のように、この実施の形態のＭＯＣＶＤ装置によれば、薄膜形成に用いられる複数の有機金属ガスを、原料気化供給部１の各原料気化器２〜４において発生させる場合、前記複数の有機金属ガスの発生状態を個別に監視することができる。したがって、上記ＭＯＣＶＤ装置によれば、原料気化器２〜４内における有機金属原料の供給条件を、常時または必要なときに任意に監視することができる。そして、例えば発生した有機金属ガスにおける濃度の異常や有機金属ガス中に不純物が混入していることが検出されたときには、アラームを発生するとともに、薄膜形成のための工程を停止させることができる。また、原料気化器２〜４の有機金属原料の残量が所定量以下になることが自動的に判断されるので、ボトル交換のための指令を発するようにすることができる。さらに、前記ボトル交換時の交換直後における濃度や不純物の混入など有機金属ガスの初期的な変動を監視し、その安定を客観的に判断することができ、成膜条件の安定性のための指針を与えることができる。
【００６０】
なお、上記ＭＯＣＶＤ装置においては、原料気化供給部１にパージガスライン２６を設けているので、開閉弁８，１３を閉じる一方、開閉弁２７、１４ａ，１４ｂを開くことにより、アルゴンガスボンベ１１内のアルゴンガスを有機金属ガスライン１５やベントライン１６に直接供給し、これらのガスライン１５，１６やこれらの下流側にそれぞれ設けられる反応室２９やＦＴＩＲガス分析計４１のガス室４６をパージすることができる。一つの薄膜形成やガス測定の終了後、前記開閉弁１４，１４ｂを適宜開状態にすることにより、前記ガスライン１５，１６、反応室２９、ガス室４６内をクリーンな状態にすることができる。また、前記ガス室４６にアルゴンガスを供給する際、赤外光ＩＲをガス室４６に照射し、そのときの赤外光ＩＲを赤外線検出器４９で検出し、その出力を濃度演算部５０において信号処理することにより、バックグラウンド値を得ることができる。
【００６１】
上述の実施の形態における薄膜堆積装置では、原料気化供給部１において発生した有機金属ガスが流れる有機金属ガスライン１５とは別に、ベントライン１６を有機金属ガスライン１５と並列的に設け、このベントライン１６にＦＴＩＲガス分析計４１を設けていたが、前記ベントライン１６を省略することもできる。以下、これを第２の実施の形態として示す図２を参照しながら説明する。
【００６２】
図２に示すように、原料気化供給部１の各原料気化器２〜４に接続される発生ガス導出ライン６の下流側は分岐されてなく、開閉弁１４を介して有機金属ガスライン１５に接続され、ベントライン１６は設けられてない。そして、有機金属ガスライン１５の下流側かつ反応室２９の上流側であって、オーブン２８を出た有機金属ガスライン１５に、適宜の間隔を隔てて、例えば三方電磁弁よりなる流路切換え手段５１，５２が介装され、これら二つの三方電磁弁５１，５２に連なる流路５３を別のガスラインとしてここにＦＴＩＲガス分析計４１のガス室４６が連通接続されている。他の構成は、図１における構成と同じである。
【００６３】
この第２の実施の形態における薄膜堆積装置においては、薄膜形成を行う場合には、三方電磁弁５１，５２を介して原料気化供給部１と反応室２９とが連通接続されるようにして、原料気化供給部１において発生した有機金属ガスを反応室２９に供給するようにし、前記有機金属ガスを個々または適宜混合した状態で測定する場合には、三方電磁弁５１，５２を切換え制御して、三方電磁弁５１，５２を介して原料気化供給部１とＦＴＩＲガス分析計４１のガス室４６とが連通接続されるようにして、原料気化供給部１において発生した有機金属ガスをＦＴＩＲガス分析計４１に供給するのである。
【００６４】
この実施の形態においては、薄膜形成と有機金属ガスの測定は、第１の実施の形態と同様に、有機ガスの測定によるモニターが先行されて、所定の濃度のとき、所定の薄膜形成を行うことができる。そして、この実施の形態においては、ベントライン１６を設けてなく、それに付随して構成部材も少なくなるので、装置全体の構成が簡略化されるといった利点がある。
【００６５】
上述したいずれの実施の形態においても、ＦＴＩＲガス分析計４１を用いて、個々の有機金属ガスにおける濃度測定や不純物の混入などの検出を行うようにしていたが、このＦＴＩＲガス分析計４１に代えて、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）を用いるようにしてもよい。すなわち、サンプルガス（この発明においては、有機金属ガス）が流通的に供給されるガス室の一方の窓側に赤外光源を設け、他方の窓側に測定用および比較用の半導体検出器を並設してなる赤外線ガス分析計を用いるのである。このような構成よりなる赤外線ガス分析計においても個々の有機金属ガスの濃度測定を精度よく行うことができる。
【００６６】
この発明は、上記ＰＺＴ強誘電体薄膜の形成に限られるものではなく、例えば、ＰＬＺＴ系強誘電体、ＢａＳｒ系高誘電体やＣｕ系高温超伝導体あるいはＧａＡｓ系のような化合物半導体など有機金属を原料とした化学気相成長法による薄膜の形成など、各種の薄膜堆積に利用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
この発明によれば、従来の手法とは異なり、薄膜の形成に用いられる有機金属ガスをモニターして、所定の組成の薄膜を形成する濃度のときのみ、所定の薄膜堆積を行うことができる。その結果、成膜プロセスにおける原料供給側の信頼性が高められる。そして、必要に応じて、複数の有機金属ガスを適宜組み合わせた状態でもモニターすることができるので、成膜プロセスの最適な条件出しのための時間を短縮することができる。また、成膜プロセスの後戻りが無くなる。したがって、この発明によれば、薄膜の組成をより正確かつ短時間で分析することができ、所望の組成の薄膜を再現性よくかつ効率的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の薄膜堆積装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】  この発明の薄膜堆積装置の他の構成例を概略的に示す図である。
【図３】  従来技術の欠点を説明するための図である。
【図４】  従来技術の他の欠点を説明するための図である。
【符号の説明】
１…原料気化供給部、１５…有機金属ガスライン、１６…ベントライン（別のガスライン）、２９…反応室、３０…基板、４１…ＦＴＩＲガス分析計、４６…ガス室、４７…赤外光源、４８…干渉計、４９…赤外線検出器、５０…濃度演算部、５１，５２…流路切換え手段、ＩＲ…赤外光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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