(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室に固体または液体原料から発生されたソースガスをキャリアガスにより搬送する原料供給装置を備えた成膜装置であって、
上記原料供給装置は、
前記キャリアガスの流量を増減するキャリアガス質量制御手段と、
上記ソースガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
上記ソースガスの測定濃度に基づいて、上記ソースガスを搬送中の上記キャリアガスに付加する不活性ガスの流量を増減する不活性ガス質量流量制御手段と、
前記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を、上記成膜室に通じる第１の流路又は上記成膜室をバイパスしプリフローラインに通じる第２の流路に選択的に切り替える切替手段と、を含み、
上記濃度測定手段は、上記キャリアガスに上記不活性ガスが付加された後の上記ソースガスの濃度を測定するように配置され、
前記ソースガスを前記成膜室に供給する前に、前記切替手段により上記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を前記第２の流路に切替え、前記プリフローラインで予め前記キャリアガス質量流量制御手段と前記不活性ガス質量流量制御手段の両方を制御して濃度調整を行い、
前記切替手段により上記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を前記第１の流路に切替え、被処理基板の成膜処理が開始された後は、前記濃度測定手段の値をもとに、前記キャリアガスの流量を変動させることなく前記不活性ガス質量流量制御手段を制御して前記不活性ガスの流量を増減させることにより前記ソースガスの濃度調整をし、前記不活性ガス質量流量制御手段は、前記測定濃度が成膜処理に適正な濃度範囲の上限値を上回った場合には前記不活性ガスの流量を増加し、前記測定濃度が前記適正な濃度範囲の下限値を下回った場合には、前記不活性ガスの流量を低減する制御を行い、前記ソースガス濃度の前記適正な濃度範囲からの逸脱を修正することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記キャリアガス及び上記不活性ガスは、同一の流路から導入され、上記不活性ガスは、上記キャリアガスが上記ソースガスを搬送する前に、別の流路に分流し、上記キャリアガスが上記ソースガスを搬送した後に、該キャリアガスの流路と合流する、請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
上記不活性ガス質量流量制御手段は、上記別の流路に分流される流量を制御する、請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
上記ソースガスは、Ｗ（ＣＯ）６である、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の成膜装置。
【請求項５】
上記濃度測定手段は、フーリエ変換赤外分光光度計である、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の成膜装置。
【請求項６】
前記成膜室は排気ラインにより排気され、前記排気ラインにはターボ分子ポンプが設けられ、前記ターボ分子ポンプの背後にはドライポンプが設けられ、前記プリフローラインは前記ターボ分子ポンプとドライポンプの間に接続されることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の成膜装置。
【請求項７】
前記プリフローラインが他のラインよりも太くなることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
前記プリフローラインには、別のターボ分子ポンプが設けられることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に成膜装置に係り、特に赤外分光光度計を用いてソースガスの濃度を監視・制御するＣＶＤ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ成膜技術は半導体装置の製造において、成膜処理として不可欠の技術である。
【０００３】
ＣＶＤ法（化学的気相成長法）、特にＭＯ（有機金属）原料を使ったＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）法による成膜処理では、一般に形成したい膜の構成元素を含む液体原料化合物を、あるいはかかる構成元素を含む固体原料化合物を溶媒中に溶解して形成した液状原料を、処理容器近傍に設けた気化器まで搬送し、当該気化器で気化させてソースガスを形成することが行われている。このようにして形成したソースガスをＣＶＤ装置の処理容器に導入し、前記処理容器中において、前記ソースガスの分解により、所望の絶縁膜、金属膜、あるいは半導体膜を形成する。
【０００４】
一方、ＭＯＣＶＤ法では、液体原料化合物あるいは固体原料化合物をバブラなどで加熱・気化させて形成してソースガスを形成し、このようにして形成されたソースガスを、配管を介して処理容器へと輸送し、所望の成膜を行う場合もある。このような場合には、配管中におけるソースガスの流量あるいは圧力を制御することにより、ソースガスの濃度を制御する必要がある。
【０００５】
気化器が処理容器の近傍あるいは処理容器内部に設けられている場合には、処理容器に供給されるソースガスの濃度は、気化器に搬送する液体の量を、液体質量流量制御装置などを使って制御することにより制御でき、かかる処理容器に導入されるソースガス濃度を直接に検出して監視する必要は一般には生じない。一方、後者の場合ように、ソースガスをバブラなどから配管を介して処理容器へと輸送する場合にも、ソースガスを十分効率的に発生できる場合には、キャリアガス流量や圧力を制御することによって、処理容器に供給されるソースガス濃度を容易に調整でき、特に処理容器に導入されるソースガス濃度を直接に検出して監視することは行われていない。
【０００６】
ところが、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Ｗ膜やＲｕ膜などの成膜処理の場合、使用される原料から得られるソースガスの蒸気圧が非常に低く、このため原料化合物を加熱しても、従来の通常のソースガス濃度制御を適用するのに十分な量のガスを得られないことが多い。
【０００７】
すなわち、このような低蒸気圧原料化合物を使ってＣＶＤ処理を行う場合には、原料化合物を所定の温度に保持して得られた僅かな蒸気が前記ソースガスとして、キャリアガスと共に処理容器に搬送されるが、その際にソースガスはキャリアガスにより著しく希釈されてしまい、処理容器に実際に供給されるソースガス濃度を正確に検知することが困難な場合が生じている。
【０００８】
特に所望のＣＶＤプロセスを、蒸気圧の低い固体原料化合物を使って実行する場合には、原料の消費に伴ってプロセス中に原料の状態が変化し、特にキャリアガスと接する実効的な原料表面積が変化する。このような原料表面積の変化が生じると、ソースガス濃度が大きく変動してしまうのは避けられない。またこのような固体原料では液体に比して伝熱が悪い故に原料中に温度分布が生じやすく、ソースガスの濃度が適正な濃度範囲から逸脱し易い傾向がある。
【０００９】
また液体原料を使用する場合であっても、原料化合物の蒸気圧が低いため、ソースガス濃度の変動はプロセスに大きな影響を及ぼす。
【００１０】
このように、最近のＭＯＣＶＤ成膜装置では、ソースガス濃度の直接検出が重要な課題となっている。
【００１１】
このような低蒸気圧原料化合物を用いてＣＶＤ法により成膜しようとするとソースガスの直接的な濃度測定あるいは濃度監視が望ましいが、ガスの濃度測定に従来から使われているアコースティック・エミッション（ＡＥ）を用いる濃度測定方法や比熱を用いる濃度測定方法は、５０Ｔｏｒｒ（６６６０Ｐａ）以下のような低圧力下でソースガスの濃度を測定する場合には適しておらず、ＭＯＣＶＤ法のように低蒸気圧の原料を使うＣＶＤ成膜処理には使用できない。
【００１２】
一方従来から、例えば特開２００１−２３４３４８に開示される如く、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いてガスの濃度を直接測定し、当該測定結果に基づいて、ガス流量を制御する成膜装置が知られている。この従来の成膜装置では、複数のガスの混合比をＦＴＩＲにより測定し、これら複数のガスを成膜処理容器本体に送り込む際にそれぞれのキャリアガス流量比を調整することにより、前記複数ガスの混合比を調整することが行われている。
【特許文献１】特開２００１−２３４３４８号公報
【非特許文献１】佐竹「ＭＯＣＶＤ原料のＦＴＩＲによるガスフェーズ計測」HORIBA Technical Reports Readout No.22, pp.36-39, March 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＦＴＩＲを使用する場合には、低圧下でもソースガスの相対的濃度を直接に検知することが可能である。しかし、ＦＴＩＲの使用により当該濃度が適正な範囲から逸脱していると判明した場合であっても、当該濃度を直ちに適正な範囲に修正することは、以下の理由から容易ではない。
【００１４】
すなわち、ＦＴＩＲ測定によりソースガス濃度が適正な範囲を逸脱していると判断された場合、前記従来の成膜装置では、キャリアガス流量を増減させてソースガス濃度の変動を補償することになるが、キャリアガス流量を増減させた場合、液体原料あるいは固体原料の気化速度とキャリアガス流量との関係如何で、処理容器へと搬送されるソースガスの濃度が予測困難な変化を示すことがあり、直ちにソースガスの濃度を適正な範囲に修正することは容易ではない。
【００１５】
例えばキャリアガス中のソースガス濃度が適正な範囲よりも小さい状態でキャリアガス流量を増加させ、原料の気化および輸送を促進することでソースガス濃度を増加させようとした場合、原料の気化が十分に追従できず、その結果形成されるソースガスは大量のキャリアガスにより希釈されてしまい、かえってソースガス濃度が減少してしまう場合がある。この場合、所望のソースガス濃度を回復するのに複雑で時間のかかる制御を行う必要がある。またキャリアガス中のソースガス濃度が適正な範囲より大きい場合にキャリアガス流量を減少させ、原料の気化および輸送を抑制することでソースガス濃度を減少させようとした場合、キャリアガス流量が減少することにより、かえってソースガス濃度が増加してしまう場合もある。
【００１６】
また、ソースガス濃度は、液体原料あるいは固体原料の温度を調整することによっても制御可能であるが、原料の気化速度は気化温度により非常に大きく変化し、このためこのような気化温度の調整にあったっては、非常に厳密な温度制御が必要になる。しかし、このような気化温度の迅速で精密な微調整は困難である。また一つの成膜プロセスの途中で気化温度を変化させても、これに対応するソースガス濃度の応答性は悪く、一つの成膜プロセスの間に生じるソースガス濃度の変動を補償するなど、迅速なソースガスの濃度の調整が必要とされる場合、この方法の適用は困難である。
【００１７】
そこで本発明は上記の問題点を解決した、新規で有用な成膜装置を提供することを概括的課題とする。
【００１８】
本発明のより具体的な課題は、低蒸気圧原料を使用したＣＶＤ法による成膜処理の際に、キャリアガスと共に処理容器に供給されるソースガスの濃度を、高精度且つ迅速に調整できるＣＶＤ成膜装置、及びこれに使用する原料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記の課題を、
成膜室に固体または液体原料から発生されたソースガスをキャリアガスにより搬送する原料供給装置を備えた成膜装置であって、
上記原料供給装置は、
前記キャリアガスの流量を増減するキャリアガス質量制御手段と、
上記ソースガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
上記ソースガスの測定濃度に基づいて、上記ソースガスを搬送中の上記キャリアガスに付加する不活性ガスの流量を増減する不活性ガス質量流量制御手段と、
前記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を、上記成膜室に通じる第１の流路又は上記成膜室をバイパスしプリフローラインに通じる第２の流路に選択的に切り替える切替手段と、
前記不活性ガス質量流量制御手段は、前記測定濃度が成膜処理に適正な濃度範囲の上限値を上回った場合には前記不活性ガスの流量を増加し、前記測定濃度が前記適正な濃度範囲の下限値を下回った場合には、前記不活性ガスの流量を低減する制御を行い、前記ソースガス濃度の前記適正な濃度範囲からの逸脱を修正し、
上記濃度測定手段は、上記キャリアガスに上記不活性ガスが付加された後の上記ソースガスの濃度を測定するように配置され、
前記ソースガスを前記成膜室に供給する前に前記切替手段により、上記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を、前記第２の流路に切替え、前記プリフローラインで予め前記キャリアガス質量流量制御手段と前記不活性ガス質量流量制御手段の両方を制御して濃度調整を行い、
前記切替手段により上記不活性ガスが付加された状態の上記キャリアガスが流れる流路を前記第１の流路に切替え、被処理基板の成膜処理が開始された後は、前記濃度測定手段の値をもとに、前記キャリアガスの流量を変動させることなく前記不活性ガス質量流量制御手段を制御して前記不活性ガスの流量を増減させることにより前記ソースガスの濃度調整をすることを特徴とする成膜装置により、解決する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、各被処理基板に対する成膜処理前若しくは成膜時にソースガスの濃度を制御し、成膜処理時に常に適正な濃度範囲のソースガスを処理容器本体内に供給することができる。これにより、良好な膜質の成膜を安定して実現できる。また、ソースガスは、付加される不活性ガスを含む状態で、適正な濃度範囲内の濃度となるように調整されているので、測定濃度が当該適正な濃度範囲の上限値を上回った場合には、不活性ガスの流量を増加し、逆に濃度範囲の下限値を下回った場合には、不活性ガスの流量を低減するといった制御により、当該逸脱を直ちに修正することができる。また、かかる逸脱を修正するために増減すべき希釈ガスの流量は、濃度測定手段による測定濃度及び予め定められた適正な濃度範囲のみに依存するので、キャリアガスの流量を増減するだけの制御の場合とは異なり、高精度、迅速且つ容易に予測可能である。
【００２１】
また、ソースガスの濃度は、付加される不活性ガスを含む状態で測定されるので、実際の成膜時に供給するガスに近い状態で測定されることになる。特に成膜室の通じる流路での濃度を測定することとすると、成膜時に供給するガスに対して直接的に濃度を制御することができる。このような直接的な制御は、上述のように迅速に逸脱を修正できる本発明によってのみなしえる制御といえる。
【００２２】
また、濃度測定手段としてフーリエ変換赤外分光光度計を使用することとすると、当該フーリエ変換赤外分光光度計は、低圧下においても高感度且つ高精度に原料の濃度を選択的に測定可能であるので、低蒸気圧の原料や、特に生成されるソースガスの量が変動しやすい低蒸気圧の固体原料を用いた成膜に好適となる。
【００２３】
特にフーリエ変換赤外分光光度計や非分散型赤外分光光度計など、ガス中に信号を供給し、前記ガス中を通過した信号に基づいてソースガス濃度を求める場合、測定する混合ガスの全圧を測定し、その値により得られた検出信号を補正することにより、ソースガスの絶対濃度を求めることが可能になる。
【００２４】
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。本発明によれば、各被処理基板に対する成膜処理前若しくは成膜時にソースガスの濃度を制御し、成膜処理時に常に適正な濃度範囲のソースガスを処理容器本体内に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態において使われる処理容器１００の構成を概略的に示す断面図である。
【００２６】
図１を参照するに、前記処理容器１００は処理容器本体１２０と、前記処理容器本体１２０中に配設され、半導体基板１０１を保持し、また電源１３２Ａにより駆動される加熱素子１３２が埋設された載置台１３０と、前記処理容器本体１２０中に、前記載置台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本体１２０内のプロセス空間に導入するシャワーヘッド１１０と、処理容器本体１２０の側壁に設けられ、半導体基板１０１を搬入・搬出するゲートバルブ１４０とを備え、前記処理容器本体１２０は排気ライン３２を介して排気される。
【００２７】
図２は、前記図１の処理容器１００を使った本発明の第１の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置２００の構成を概略的に示す。
【００２８】
図２を参照するに、前記ＭＯＣＶＤ装置２００は原料容器１０を備え、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２などの不活性ガスが前記原料容器１０に、原料供給ライン３０および前記原料供給ライン３０の一部に設けられた質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ａを介して供給される。前記質量流量制御装置１２Ａは、原料容器１０に供給する不活性ガスの流量を制御する。
【００２９】
前記原料容器１０中には液体あるいは固体の原料が収容され、これらの原料の気化により、前記原料容器１０においてソースガスが生成される。前記原料容器１０に供給された前記不活性ガスは、キャリアガスとして作用し、原料容器１０から前記ソースガスを前記処理容器１００へと搬送する。即ち前記ソースガスは前記キャリアガスと共に、前記原料容器１０の出口から前記原料供給ライン３０を通って流出する。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が設けられている。
【００３０】
図２のＭＯＣＶＤ装置２００では、原料供給ライン３０に、前記圧力計１８の後、すなわち下流側の位置で合流する希釈ガスライン３１がさらに設けられており、この希釈ガスライン３１には、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２などの不活性ガスが質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ｂを介して供給される。質量流量制御装置１２Ｂは、原料供給ライン３０に合流する不活性ガスの流量を制御する。この不活性ガスは、原料供給ライン３０への合流の際に希釈ガスとして、原料容器１０からのソースガス及びキャリアガスに付加され（以下、この３つのガスを含むガスを「混合ガス」という）、ソースガスの濃度を希釈する。この混合ガスは、原料供給ライン３０を通って前記処理容器１００に供給される。
【００３１】
図２の構成では、前記処理容器１００に接続された排気ライン３２には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１４が設けられており、更に前記ターボ分子ポンプ１４の背後には前記ターボ分子ポンプをブーストするドライポンプ（ＤＰ）１６が設けられている。これらのポンプ１４，１６は、処理容器本体１２０内を所定の真空度に維持する。例えば前記ターボ分子ポンプ１４は、前記ドライポンプ１６と協働して、処理容器本体１２０内の圧力を例えば１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）程の高真空に減圧することができ、低蒸気圧の原料を使用する成膜処理を可能とする。
【００３２】
また前記原料供給ライン３０には、原料容器１０の下流側で前記処理容器１００をバイパスするプリフローライン３３が設けられ、前記原料供給ライン３０からの混合ガスは、前記バルブ２６の開閉により、プリフローライン３３或いは処理容器１００に通じる原料供給ライン３０へと、選択的に供給される。尚、このプリフローライン３３は、成膜時に処理容器１００に供給する混合ガスの流量を安定化し、当該混合ガスの濃度等を予め調整するために設けられており、従ってこのプリフローライン３３には、各半導体基板１０１を処理するに先立って、前記混合ガスが供給される。
【００３３】
ところで、処理容器１００に供給される混合ガスは、所望の成膜処理を実現するために、適正な濃度範囲のソースガスを含む必要がある。また、この混合ガスは、成膜処理ごとの膜質のバラツキを少なくするために、成膜処理毎に差異のない適正な濃度範囲のソースガスを含む必要がある。
【００３４】
一方、図２のＭＯＣＶＤ装置２００では、ソースガスの供給時に、上述したようにキャリアガス（希釈ガスを含む）が介在するため、気化器によりソースガスを直接的に供給する場合とは異なり、ソースガスの濃度を正確に検知することが困難である。また、ソースガスの濃度は、原料容器１０内の圧力の変動や原料（特に固体原料）の表面積変動に起因して変動しやすく、混合ガス中のソースガスの濃度を安定化させることが困難である。
【００３５】
そこで、本発明の第１の実施の形態では、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、混合ガス中のソースガスの濃度変化を正確に検知すると共に、質量流量制御装置１２Ｂ及び／又は１２Ａを用いて、混合ガス中のソースガスの濃度が常に適正な濃度範囲になるように、不活性ガスの流量を制御する。
【００３６】
より具体的には、本実施の形態では前記ＭＯＣＶＤ装置２００中、前記プリフローライン３３に、レーザ光を使った波数モニタと、移動鏡とを有するフーリエ変換赤外分光光度計４０（以下、これを「ＦＴＩＲ４０」という）を設ける。ＦＴＩＲ４０は、干渉計と、赤外線検出手段と、演算処理部とを有し、分析対象のガスに対して赤外光を、干渉計を介して照射し、赤外光検出手段により検出した出力値を演算処理することにより、当該ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルから、前記ガス中に含まれるガス成分の濃度を測定する。
【００３７】
前記プリフローライン３３は、上述した排気ライン３２に、ドライポンプ１６の上流側で合流され、前記ドライポンプ１６により所定の真空度に維持される。図２のＭＯＣＶＤ装置２００では、ＦＴＩＲ４０をプリフローライン３３中に設けることにより、原料供給ライン３０中の圧力が、アコースティック・エミッションでは測定できない５０Ｔｏｒｒ（６６６０Ｐａ）以下の低い値に維持される場合であっても、ソースガス濃度の測定が可能となる。
【００３８】
本実施態様では、前記プリフローライン３３のＦＴＩＲ４０は、混合ガス中のソースガスの濃度を測定し（以下、ＦＴＩＲ４０により測定された濃度を「測定濃度」という）、当該測定濃度表す信号を制御装置２０１に対して出力する。一方、前記制御装置２０１は、前記ＦＴＩＲ４０が出力する測定濃度変化が適正な幅を逸脱していると判断した場合には、質量流量制御装置１２Ｂ及び／又は１２Ａを制御し、不活性ガスの流量を増減させる。なお前記制御装置２０１は、前記ＦＴＩＲ４０自体、あるいは前記質量流量制御装置１２Ｂ及び／又は１２Ａ自体に内蔵してもよい。
【００３９】
以上説明した本発明の第１の実施形態によると、各被処理基板に対する成膜処理前に混合ガス中のソースガスの濃度が一定に制御され、成膜処理毎に調整された濃度のソースガスが処理容器本体内に導入されるので、膜質の成膜処理毎のバラツキを低減することができる。また、ＦＴＩＲを使用することによって、低い蒸気圧の原料を使用する成膜処理においても適用することができる。
【００４０】
また本実施の形態では、前記ソースガス濃度は、前記キャリアガスに付加された希釈ガスを含んだ状態で、適正な濃度範囲内となるようにプロセスの初期に調整されているので、プロセス開始後に、原料の減少や原料の気化の低下に起因してソースガスの濃度が減少した場合であっても、希釈ガスの流量を低減させることにより、混合ガス中のソースガスの濃度を迅速に増加させることができる。原料の減少等に起因してソースガスの濃度が減少した場合には、キャリアガスの流量を増加しても原料の気化効率が低下（特に固体原料の場合には、表面積が減少）するだけで、ソースガスの濃度を実質的に増加させることにならないが、本実施の形態によれば、このような場合であっても希釈ガスの流量を低減させることにより、ソースガスの濃度を増加させることが可能である。尚、このとき、希釈ガスの流量を低減させると共に、キャリアガスの流量を増加させてもよい。
【００４１】
また、かかる濃度の適正化のために希釈ガスの流量を増加あるいは減少させる場合でも、本実施の形態によれば前記希釈ガスがソースガスを含んでいないため、増減量を容易に、ＦＴＩＲによる測定濃度と予め定められた適正な濃度範囲とのみに基づいて、容易に決定できる。このように、希釈ガス流量の増減によるソースガスの濃度制御は、キャリアガスの流量の増減のみによる濃度制御の場合と異なり、高精度、迅速且つ容易に実行することができる。
【００４２】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置２００Ａの構成を概略的に示す。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
図３を参照するに、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２など不活性ガスは、原料供給ライン３０を通って原料容器１０に質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ａを介して供給される。質量流量制御装置１２Ａは、原料容器１０に供給する不活性ガスの流量を制御する。原料容器１０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、これらの原料が原料容器１０で気化されて生成される。この原料容器１０に供給される前記不活性ガスは、キャリアガスとして前記ソースガスを原料容器１０の出口から原料供給ライン３０を通って搬送される。
【００４４】
本発明の第２の実施の形態によると、原料供給ライン３０には、質量流量制御装置１２Ａの後で原料容器１０をバイパスする希釈ガスライン３１が設けられる。この希釈ガスライン３１には、前記不活性ガスが原料供給ライン３０から分流して供給される。この不活性ガスは、原料供給ライン３０への合流（図中、Ｂ点）の際に希釈ガスとして、原料容器１０から前記ソースガスを搬送するキャリアガスに混合され（以下、この３つのガスを含むガスを「混合ガス」という）、ソースガス濃度を希釈することになる。希釈ガスの流量は、希釈ガスライン３１に設けられたバルブ２０により調整される。
【００４５】
この混合ガスは、以下、上述の第１の実施の形態と同様に、原料供給ライン３０を通って上述したような処理容器１００に、若しくはＦＴＩＲ４０を備えたプリフローライン３３に選択的に供給される。
【００４６】
プリフローライン３３のＦＴＩＲ４０は、混合ガス中のソースガス濃度を測定し（以下、ＦＴＩＲ４０により測定された濃度を「測定濃度」という）、当該測定濃度を制御装置２０１に対して出力する。前記制御装置２０１は、ＦＴＩＲ４０が出力する測定濃度が適正な濃度範囲を逸脱していると判断した場合には、希釈ガスの流量を増減させる制御を、前記バルブ２０を制御することにより行う。
【００４７】
以上説明した本発明の第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、プリフローライン３３のＦＴＩＲ４０によりソースガスの濃度を監視することよって、成膜された被処理基板毎の品質のバラツキを低減することができる。また、ＦＴＩＲを使用することによって、低い蒸気圧の原料を使用する成膜処理においても適用することができる。また、混合ガス中のソースガスの濃度の適正な範囲からの逸脱は、希釈ガスの流量を増減させることにより、直ちに修正することができる。
【００４８】
また、希釈ガスの流量は、希釈ガスライン３１のバルブ２０により調整されるので、単一の質量流量制御装置１２Ａを用いて希釈ガス及びキャリアガスの双方の流量を調整することができる。また、希釈ガスライン３１は原料供給ライン３０から分流して再び合流するので、分流前における不活性ガスの流量は、合流地点Ｂにおける不活性ガスの流量と略同一となる。これにより、希釈ガスの流量の増減によるソースガスの濃度を制御しつつ、処理容器１００に供給される混合ガスの流量を一定に保つことができ、各被処理基板に形成される膜の膜質のバラツキを簡易な構成でより一層低減することができる。
【００４９】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置２００Ｂの構成を概略的に示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図４を参照するに、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２などの不活性ガスは、原料供給ライン３０を通って原料容器１０に、質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ａを介して供給される。質量流量制御装置１２Ａは、原料容器１０に供給する不活性ガスの流量を制御する。原料容器１０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、これらの原料が原料容器１０で気化されて生成される。この原料容器１０に供給される前記不活性ガスは、キャリアガスとして原料容器１０から前記ソースガスを搬送する。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。
【００５１】
原料供給ライン３０には、圧力計１８の後で合流する希釈ガスライン３１が設けられる。この希釈ガスライン３１には、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２などの不活性ガスが質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ｂを介して供給される。質量流量制御装置１２Ｂは、原料供給ライン３０に合流する不活性ガスの流量を制御する。この不活性ガスは、原料供給ライン３０への合流の際に希釈ガスとして、原料容器１０からのソースガス及びキャリアガスに混合され（以下、この３つのガスを含むガスを「混合ガス」という）、ソースガスの濃度を希釈することになる。この混合ガスは、原料供給ライン３０を通って上述したような処理容器１００に供給される。尚、本実施形態において、以上の希釈ガスライン３１及び希釈ガスライン３１の構成を上述の第２の実施形態と同様の構成としてもよい。
【００５２】
処理容器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が設けられてよく、更に後にドライポンプ１６が設けられる。これらのポンプ１４，１６は、処理容器本体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、処理容器本体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、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。
【００５３】
原料供給ライン３０には、原料容器１０の後で処理容器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からの混合ガスが供給される。この混合ガスは、バルブ２６の開閉により、プリフローライン３３或いは処理容器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、成膜時に処理容器１００に供給する混合ガスの流量を安定化し、当該混合ガスの濃度等を予め調整するためのガス流路である。このプリフローライン３３は、上述した排気ライン３２にドライポンプ１６の手前で合流される。従って、プリフローライン３３は、ドライポンプ１６により所定の真空度に維持される。
【００５４】
ところで、上述した第１及び第２の実施形態においては、処理容器１００に供給される混合ガスの濃度をプリフローライン３３に設置するＦＴＩＲ４０によって監視していた。しかしながら、プリフローライン３３に供給していた混合ガスを処理容器１００に通じる原料供給ライン３０に切り替えて供給すると、各ラインの配管径の相違、処理容器本体１２０の存在及び真空ポンプシステム３７の相違（原料容器１０内の圧力の相違）に起因して、当該切り替え前後でソースガスの濃度が変化することになる。特に低蒸気圧原料を用いて成膜する場合には、原料容器１０内の圧力は、気化の促進のためにターボ分子ポンプ１４により１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）以下の低圧に維持されることもあり、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。
【００５５】
かかる場合であっても、上述した第１及び第２の実施形態のように、各成膜処理の前にプリフローライン３３を流れる混合ガス中のソースガスの濃度を所定の範囲内に保つことで、各被処理基板に形成される膜の膜質の各成膜処理間でのバラツキを低減することは可能である。しかしながら、処理容器１００に実際に導入される混合ガス中のソースガスの濃度を制御することができれば更に有用である。一方、処理容器１００に導入される混合ガスは、現に成膜に使用されているガスであるので、当該混合ガス中のソースガスの濃度を長時間かけて調整することは却って不適切となる場合がある。本発明では、上述したように希釈ガスの増減により直ちにソースガスの濃度の逸脱を修正できるので、処理容器１００に実際に導入される混合ガス中のソースガスの濃度を制御することが可能となる。
【００５６】
具体的には、本発明の第３の実施の形態によると、処理容器１００に導入される混合ガス中のソースガスの濃度を測定するため、処理容器１００に通じる原料供給ライン３０にＦＴＩＲ４０が設けられる。尚、この原料供給ライン３０は、低蒸気圧の原料の気化を促進するため、ターボ分子ポンプ１４及びドライポンプ１６により１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）以下の低圧に維持されてよい。かかる場合であっても、ソースガスの濃度はＦＴＩＲ４０によって高精度に測定可能である。
【００５７】
本実施態様では、処理容器１００に通じる原料供給ライン３０のＦＴＩＲ４０は、混合ガス中のソースガスの濃度を測定し（以下、ＦＴＩＲ４０により測定された濃度を「測定濃度」という）、当該測定濃度を制御装置２０１に対して出力する。制御装置２０１は、上述した実施態様と同様に、ＦＴＩＲ４０が出力する測定濃度が適正な濃度範囲を逸脱していると判断した場合には、質量流量制御装置１２Ｂ及び／又は１２Ａを制御し、これらにを介して供給される不活性ガスの流量を増減させる制御を行う。
【００５８】
以上説明した本発明の第３の実施形態によると、上述した実施形態と同様に、希釈ガスの流量を増減させることにより、混合ガス中のソースガスの濃度の適正な範囲からの逸脱を直ちに修正することができる。
【００５９】
また、処理容器１００に通じる原料供給ライン３０のＦＴＩＲ４０により、実際に成膜に使用する混合ガス中のソースガスの濃度を制御することができる。従って、現に成膜処理に使用されている混合ガス中のソースガスの濃度を監視し、ソースガスの濃度が適正な範囲からの逸脱した場合には、当該逸脱を直ちに修正することが可能である。これにより、常に適正な範囲の濃度のソースガスを用いて成膜処理を実行することができ、常に所望の膜質を維持できると共に各処理間での品質の均一化を図ることができる。
【００６０】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置２００Ｃの構成を概略的に示す。
【００６１】
図５を参照するに、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２などの不活性ガスは、原料供給ライン３０を通って原料容器１０に、質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ａを介して供給される。質量流量制御装置１２Ａは、原料容器１０に供給する不活性ガスの流量を制御する。原料容器１０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、これらの原料が原料容器１０で気化されて生成される。この原料容器１０に供給される前記不活性ガスは、キャリアガスとして原料容器１０から前記ソースガスを搬送する。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。
【００６２】
原料供給ライン３０には、圧力計１８の後で合流する希釈ガスライン３１が設けられる。この希釈ガスライン３１には、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｈ２などの不活性ガスが質量流量制御装置（ＭＦＣ）１２Ｂを介して供給される。質量流量制御装置１２Ｂは、原料供給ライン３０に合流する不活性ガスの流量を制御する。この不活性ガスは、原料供給ライン３０への合流の際に希釈ガスとして、原料容器１０からのソースガス及びキャリアガスに混合され（以下、この３つのガスを含むガスを「混合ガス」という）、ソースガスの濃度を希釈することになる。この混合ガスは、原料供給ライン３０を通って上述したような処理容器１００に供給される。尚、本実施形態において、以上の希釈ガスライン３１及び希釈ガスライン３１の構成を上述の第２の実施形態と同様の構成としてもよい。
【００６３】
原料供給ライン３０には、原料容器１０の後で処理容器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からの混合ガスが供給される。この混合ガスは、バルブ２６の開閉により、プリフローライン３３或いは処理容器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、成膜時に処理容器１００に供給する混合ガスの流量を安定化し、当該混合ガスの濃度等を予め調整するためのガス流路である。このプリフローライン３３は、上述した排気ライン３２にドライポンプ１６の手前で合流される。従って、プリフローライン３３は、ドライポンプ１６により所定の真空度に維持される。
【００６４】
本発明の第４の実施の形態によると、処理容器１００に導入される混合ガス中のソースガスの濃度及びプリフローライン３３を流れる混合ガス中のソースガスの濃度の双方を測定可能とするため、原料供給ライン３０には、希釈ガスライン３１の合流後且つプリフローライン３３の分岐前にＦＴＩＲ４０が設けられる。ＦＴＩＲ４０は、図５に示すように、原料供給ライン３０からバイパスするバイパスライン３５に設けられてよい。このバイパスライン３５にはバルブ２１，２５が設けられ、バイパスライン３５がバイパスする原料供給ライン３０の部位にはバルブ２３が設けられる。混合ガスは、これらのバルブ２１，２３，２５の開閉により、バイパスライン３５若しくは原料供給ライン３０に選択的に供給されてよい。これにより、ソースガスの濃度を測定する場合には、混合ガスをバイパスライン３５に供給し、ソースガスの濃度を測定する必要がない場合には、原料供給ライン３０に供給するという使い分けが可能となる。
【００６５】
前記ＦＴＩＲの出力は制御装置２０１に供給され、前記制御装置２０１は前記質量流量制御装置１２Ａ及び／又は１２Ｂを、前記ＦＴＩＲの出力に応じて制御する。
【００６６】
以上説明した本発明の第４の実施形態によると、上述した実施形態と同様に、混合ガス中のソースガスの濃度の適正な範囲からの逸脱は、希釈ガスの流量を増減させることにより直ちに修正することができる。
【００６７】
また、ＦＴＩＲ４０が、処理容器１００に導入されるソースガスの濃度及びプリフローライン３３でのソースガスの濃度の双方を測定できるように配置されているので、成膜に使用する前のソースガスの濃度のみならず実際に成膜に使用するソースガスの濃度を制御することができる。従って、現に成膜処理に使用されている混合ガス中のソースガスの濃度を監視し、ソースガスの濃度が適正な範囲からの逸脱した場合には、当該逸脱を直ちに修正することが可能である。また、実際に成膜に使用する混合ガスは、プリフローライン３３を使用している際に既にソースガスの濃度を調整されたものであるので、処理容器１００に導入されるソースガスの濃度が初期的に適正な範囲から大きく逸脱していることがない。この結果、成膜処理中に希釈ガスの流量を大きく増減してソースガスの濃度を急激に変化させることが回避され、一層安定した成膜処理を実現できる。
【００６８】
尚、上述した各実施態様は、１種類のソースガスを使用した成膜処理に関するものであったが、本発明は、２種類以上のソースガスを使用する成膜処理に対しても適用できる。かかる場合、上述したようなＣＶＤ成膜装置に各ソースガスを供給する当該２種類以上の原料供給ラインが、上述した各実施態様と同様の構成を有することになる。
【００６９】
また、上述した各実施態様において、プリフローライン３３は、排気ライン３２にドライポンプ１６の手前で合流するように示されている。この場合、プリフローライン３３にＦＴＩＲ４０を設置すると、ソースガスが実際に処理容器１００に流れるときに比して高い圧力状態で、濃度が測定されることになる。これを避けて、処理容器１００に流れるときと同じ圧力で濃度測定したい場合には、ＦＴＩＲ４０の排気側からドライポンプ１６の手前に合流するまでの配管を太くしたり、プリフローライン３３をドライポンプ１６の手前ではなくターボ分子ポンプ１４の手前で排気ライン３２に合流させたり、或いは、合流の手前に図示しない圧力調整弁を設け、ＦＴＩＲ４０が濃度測定するときのセルの圧力を、成膜時の配管圧力に相当するように調整してもよい。
【００７０】
次に、上述した各実施態様における制御装置２０１による制御方法について言及する。
【００７１】
図６は、前記制御装置２０１により実行される、混合ガス中のソースガスの濃度を制御するための制御ルーチンの一実施例を示す。尚、この制御装置２０１は、図示は省略するが、ＣＰＵを中心として構成されるマイクロコンピュータからなり、混合ガス中のソースガスの目標濃度Ｃ１、希釈ガスの流量の初期設定値Ｑ１、及びキャリアガスの流量の初期設定値Ｑ２をＲＡＭ等のメモリに記憶している。
【００７２】
ステップ３００では、マイクロコンピュータは、メモリの記憶値に基づき、希釈ガスの流量をＱ１とし、キャリアガスの流量をＱ２とする制御信号を生成し、質量流量制御装置１２Ａ、１２Ｂに送信する。
【００７３】
ステップ３０２では、マイクロコンピュータは、ＦＴＩＲから入力される測定濃度Ｃ２に応答して、測定濃度Ｃ２が目標濃度Ｃ１になるように希釈ガスの流量及びキャリアガスの流量を決定する。代替的に、マイクロコンピュータは、測定濃度Ｃ２が目標濃度Ｃ１を基準として許容範囲から逸脱しているか否かを判断し、逸脱していると判断した場合にのみ、測定濃度Ｃ２が前記許容範囲内になるように希釈ガスの流量及びキャリアガスの流量を決定することとしてもよい。
【００７４】
本実施例では、希釈ガス及びキャリアガスの全体流量を調整前後で一定とし、調整後の希釈ガスの流量をＱ１'＝Ｑ１＋β、調整後のキャリアガスの流量をＱ２'＝Ｑ２−βと表わし、βを決定する。
【００７５】
即ち、イニシャルルーチンのステップ３０２では、βに−Ｑ２／１０若しくは＋Ｑ２／１０が代入され、初期設定値Ｑ１，Ｑ２をそれぞれＱ１'，Ｑ２'に更新してメモリに記憶され、対応する制御信号が質量流量制御装置１２Ａ、１２Ｂに送信される。以後、ＦＴＩＲからの入力に応答して、ステップ３０２の処理が繰り返される。
【００７６】
そして、次のルーチンのステップ３０２では、新たに測定された測定濃度Ｃ２と目標濃度Ｃ１との差が小さくなる符合で、且つ、前回のルーチンで決定及び代入されたβ（前回のルーチンがイニシャルルーチン場合、βは、−Ｑ２／１０若しくは＋Ｑ２／１０）より小さい絶対値の新たなβが決定及び代入され、同様に、初期設定値Ｑ１，Ｑ２をそれぞれＱ１'，Ｑ２'に更新してメモリに記憶され、対応する制御信号が質量流量制御装置１２Ａ、１２Ｂに送信される。
【００７７】
［実施例１］
図７は、ＦＴＩＲによる測定結果として、有機金属ガスＷ（ＣＯ）６（ヘキサカルボニルタングステン）の赤外吸収スペクトル（横軸を波数、縦軸を透過率で表示）を示す。この図７から、有機金属ガスＷ（ＣＯ）６のカルボニル基（＝ＣＯ）に対応した特性吸収が、波数（ｃｍ−１）２９００、１９００、及び５００付近で現れていることがわかる。
【００７８】
Ｗ（ＣＯ）６ガスの濃度変化に対するＦＴＩＲの感度を確認するため、原料容器の温度を未加熱（２５℃）、４５℃、６０℃の３通りとし、キャリアガスとしてアルゴンガスを５０ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍは、０℃・１気圧の流体が１ｃｍ３流れることを意味する）流通させた。ＦＴＩＲは、第３の実施形態で示した位置（即ち、プリフローラインではなく、成膜装置の手前の位置）に設置した。このとき、ＦＴＩＲのセル部の圧力は、それぞれ８０Ｐａ、８５Ｐａ、８７Ｐａとなり、カルボニル基のピーク強度から換算される吸光度を１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）で補正した値は、それぞれ０．３３７，０．６５６，１．０５０であった。この結果から、低圧力においてもＦＴＩＲの感度が十分高いことが確認され、前記各波数でのピーク強度の変化に基づいてＷ（ＣＯ）６ガスの濃度の変化を監視できることがわかった。
【００７９】
［実施例２］
Ｗ（ＣＯ）６を原料とし、アルゴンガスをキャリアガス及び希釈ガスとして用いた。ＦＴＩＲを第３の実施形態で示した位置（即ち、プリフローラインではなく、成膜装置の手前の位置）に設置し、原料容器の温度を４５℃とし、キャリアガス５０ｓｃｃｍ、希釈ガス１０ｓｃｃｍを流通させた。このとき、カルボニル基のピーク強度から換算される吸光度を１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）で補正した値は、０．２３５であった。
【００８０】
５分の流通の間に、吸光度が０．２６７に変化したため、希釈ガスの流量を僅かずつ増加方向に調整し、希釈ガス１２ｓｃｃｍとしたところで、吸光度を０．２３３に戻すことができた。
【００８１】
［実施例３］
Ｗ（ＣＯ）６を原料とし、熱ＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜した。原料容器１０の温度は６０℃とした。キャリアガスは、アルゴンガスで流量を３００ｓｃｃｍとし、希釈ガスは、アルゴンガスで流量を１００ｓｃｃｍとした。
【００８２】
また、低蒸気圧原料（６０℃の蒸気圧が約１０６Ｐａ）であるＷ（ＣＯ）６の気化を促進し、成膜速度を向上すべく、ターボ分子ポンプ及びドライポンプを作動させ、処理容器本体内の圧力０．１５Ｔｏｒｒ（約２０Ｐａ）、原料供給ラインの圧力１．５Ｔｏｒｒ（約２００Ｐａ）を実現した。
【００８３】
基板温度４５０℃の条件で成膜処理を実施したところ、成膜速度７．１ｎｍ／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２７μΩｃｍであった。
【００８４】
[第５の実施の形態］
ところで、以上に説明した各実施の形態では、一つのプロセスが開始された後はＦＴＩＲ４０および制御装置２０１を使って処理容器本体１００に供給されるソースガスの濃度が一定に維持されるが、ソースガスの絶対濃度が測定されないため、一連のプロセスを終了した後ガス供給を停止し、その後で次の一連のプロセスを開始するような場合には、プロセス開始後、所望のソースガス濃度が実現するまでに多数のテスト基板を処理して最適の処理条件を探索する必要がある。しかし、このような最適条件の探索は時間がかかり、製造される半導体装置の費用を増大させる。
【００８５】
これに対し図８は、ＦＴＩＲを使ってソースガスの絶対濃度を測定できる、本発明の第５の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置２００Ｄの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
図８を参照するに、前記ＭＯＣＶＤ装置２００Ｄは先のＭＯＣＶＤ装置２００Ａと同様な構成を有するが、前記希釈ガスライン３１が原料供給ライン３０に合流する点Ｐ１の下流側、かつ前記処理容器１００の上流側に別の圧力計１８Ａが設けられ、前記希釈ガスライン３１からのＡｒガスが添加された後の状態における前記配管３０中の混合ガスの圧力を測定する。
【００８７】
前記圧力計１８Ａは検出した圧力に対応する出力信号を前記制御装置２０１に供給し、前記制御装置２０１は前記ＦＴＩＲ４０の出力信号および前記圧力計１８Ａの出力信号に基づいて、前記処理容器１００に前記原料ガスライン３０を介して供給される混合ガス中におけるソースガスの絶対濃度を求める。
【００８８】
一般に、ソースガスをキャリアガスおよび希釈ガスと共に配管３０を介して処理容器１００中に供給する構成では、前記処理容器１００に供給されるソースガス流量Ｓと、前記配管３０中を輸送されるソースガス／キャリアガス／希釈ガスの混合ガスに対してＦＴＩＲなどにより求めたソースガス成分の吸収スペクトル強度Ｉｒと、前記配管３０中の圧力Ｐと、前記配管３０中の混合ガス全流量、すなわちソースガスとキャリアガスと希釈ガスの合計流量Ｃとの間には、
Ｓ＝Ａ×Ｉｒ×（１／Ｐ）×Ｃ                              （１）
の関係が成立すると考えられる。ただしＡはセル長に依存する係数である。
【００８９】
例えば圧力Ｐおよび全流量Ｃが一定の条件下でソースガス流量Ｓを増加すれば、これに比例してＦＴＩＲ４０の出力信号Ｉｒの値は増大する。またソースガス流量ＳとＦＴＩＲ４０の出力信号Ｉｒの値が一定の条件下で圧力Ｐが増大した場合には、これに比例して全流量Ｃが増大している。またＦＴＩＲ４０の出力信号Ｉｒの値および圧力Ｐが一定の条件下でソースガス流量Sが増大すれば、これに比例して全流量Cも増大している。
【００９０】
上記式（１）を変形すると、
Ｓ／Ｃ＝Ａ×Ｉｒ×（１／Ｐ）                              （２）
となるが、前記左辺の項Ｓ／Ｃは、前記処理容器１００中に導入される混合ガス中におけるソースガスの絶対濃度に他ならない。
【００９１】
上記式（２）は、圧力計１８Ａによる圧力Ｐの測定とＦＴＩＲ４０による吸収スペクトル強度Ｉｒの測定を、前記合流点Ｐ１よりも下流側で行った場合、ＦＴＩＲ出力値Ｉｒと圧力値Ｐとから、前記処理容器１００に供給される混合ガス中のソースガスの絶対濃度を計算出来ることを意味している。
【００９２】
そこで図６のフローチャート中、ステップ３０２において、前記制御装置２０１による質量流量制御装置１２Ａ，１２Ｂの制御の際に、このようにして得られた絶対濃度を使うことにより、ソースガスの絶対濃度を所定値に制御することが可能になる。これは、一連の成膜プロセスが終了した後、ガス供給を再開して別の一連の成膜プロセスを行う場合でも、確実に当初の堆積条件を再現することが可能になることを意味している。
【００９３】
式（２）中、係数Ａは装置固有の定数であるが、これは圧力の次元を有し、実験により求めることが可能である。
【００９４】
なお、本実施例では前記圧力計１８Ａの位置は、濃度測定される混合ガスの圧力が測定できれば十分であるため、図８に示される位置に限定されるものではなく、例えば図９に示すようにＦＴＩＲ４０の直前あるいは直後に設けることも可能である。
【００９５】
さらに本実施例では前記ＦＴＩＲ４０によりソースガスの絶対濃度が測定できるため、前記ソースガスの濃度測定を必ずしも点Ｐ１よりも下流側で行う必然性はなく、図１０に示すように前記点Ｐ１よりも上流側で行うことも可能である。この場合には、前記圧力測定を、配管３０に設けた圧力計１８により行うことが可能で、追加の圧力計を設ける必要がない。
【００９６】
［変形例］
同様に、図１１のＭＯＣＶＤ装置２００Ｅに示すように、図３のＭＯＣＶＤ装置２００Ａを元に、圧力計１８Ａを追加することにより、前記原料供給ライン３０中のソースガスの絶対濃度を求めることができる。図１１中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００９７】
また図１１のＭＯＣＶＤ装置２００Ｅにおいても、先の図９，１０と同様な変形が可能である。
【００９８】
さらに図１２のＭＯＣＶＤ装置２００Ｆに示すように、図４のＭＯＣＶＤ装置２００Ｂを元に、圧力計１８Ａを追加することにより、前記原料供給ライン３０中のソースガスの絶対濃度を求めることができる。図１２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００９９】
図１２のＭＯＣＶＤ装置２００Ｆにおいても、先の図９，１０と同様な変形が可能である。
【０１００】
さらに図１３のＭＯＣＶＤ装置２００Ｇに示すように、図４のＭＯＣＶＤ装置２００Ｃを元に、圧力計１８Ａを追加することにより、前記原料供給ライン３０中のソースガスの絶対濃度を求めることができる。図１３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
図１３のＭＯＣＶＤ装置２００Ｇにおいても、先の図９，１０と同様な変形が可能である。
【０１０２】
［第６の実施の形態］
図１４は、以上の各実施の形態で使われるＦＴＩＲ４０の構成を示す。
【０１０３】
図１４を参照するに、ＦＴＩＲ４０は光学窓４０１Ａ，４０１Ｂを備えたガス通路４０１と、前記ガス通路中に形成され、前記光学窓４０１Ａから入射した光ビームを多重反射するミラー４０１ａ〜４０１ｃと、前記ミラー４０１ｃで反射して前記光学窓４０１Ｂを介して出射する光ビームを検出する検出器４０２とを備え、さらに前記光学窓４０１Ａの外側には固定ミラー４０３ａと可動ミラー４０３ｂと半透明ミラー４０３ｃとよりなる干渉計４０３が形成されている。前記干渉計４０３は赤外光源４０４からの光ビームを前記光学窓４０１Ａを介して前記ガス通路４０１中に導入する。
【０１０４】
また前記検出器４０２の出力信号はＡ／Ｄ変換器４０２Ａでデジタル信号に変換された後、コンピュータ４０２Ｂにおいて高速フーリエ変換され、例えば図７に示すように、前記ガス通路４０１中を通過するガスのスペクトルが計算される。
【０１０５】
図１４のＦＴＩＲ４０では、前記検出器４０２において入来する赤外光強度を検出しながら前記可動ミラー４０３ｂを移動させて前記干渉計４０３の基線長を変化させ、干渉パターンを取得する。このようにして取得した干渉パターンを前記コンピュータ４０２Ｂにおいて高速フーリエ変換することにより、前記ソースガスの赤外スペクトルが得られる。
【０１０６】
図１４の構成では、前記ガス通路４０１中を流れるガス流中において光源４０４からの光が多重反射により繰り返し往復し、これにより、ガス流中に長い実効的光路を確保することが可能になる。
【０１０７】
本実施例では、前記ミラー４０１ａ，４０１ｃが基台４０１Ｃ上に保持されており、またミラー４０１ｂが基台４０１Ｄ上に保持されているが、前記基台４０１Ｃ中には熱電対などの温度センサ４０１ＣＴと、ヒータ４０１ＣＢ，４０１ＣＤとが組み込まれている。また前記ミラー４０１ｂを保持する基台４０１Ｄ中にも温度センサ４０１ＤＴとヒータ４０１ＤＢとが組み込まれている。さらに図示はしないが、光学窓４０１Ａおよび４０１Ｂにも温度センサとヒータとが組み込まれている。
【０１０８】
このように前記ガス流と直接に接するミラーを所定温度に維持することにより、高温に保持する必要のある原料ガスがＦＴＩＲ４０を通過する際に冷却され、析出物の発生などの問題を回避することができる。
【０１０９】
なお、以上の各実施の形態において、前記ＦＴＩＲ４０の代わりに、例えば図１６に示すように、図１５に示す非分散型赤外分光分析装置（ＮＤＩＲ）５０を使うことも可能で、これにより、１秒以下の速さで出力信号を得ることが可能となる。ただし図１５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。非分散型赤外スペクトル測定装置５０は、図１４のＦＴＩＲ４０と類似した構成を有するが、光源４０４からの赤外光がチョッパ４０４Ａにより断続されるように構成されており、また光干渉計４０３と高速フーリエ変換を行うコンピュータ４０２Ｂとが省略されている。なお前記チョッパ４０４Ａは、前記光源４０４から前記検出器４０２までの前記赤外光ビームの光路中のどこに設けてもよい。
【０１１０】
図１５の測定装置５０においても、ガス流に直接に接するミラー４０１ａ〜４０１ｃが所定温度に維持され、析出物発生の問題が回避される。
【０１１１】
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。例えば、上述した実施形態においては、プリフローライン３３にはドライポンプ１６のみが設けられているが、低蒸気圧の原料を使用する成膜処理に対応して、プリフローライン３３にターボ分子ポンプが新たに設けられ、更にプリフローライン３３の配管径が調整されてもよい。これにより、プリフローライン３３のＦＴＩＲ４０は、成膜時に原料供給ライン３０を流れる場合と非常に近い条件で、ソースガスの濃度を測定することが可能となる。
【０１１２】
なお以上の各実施の形態では、ソースガス濃度の検出はＦＴＩＲあるいは赤外吸収スペクトルの測定によって行っているが、これを他の方法により行うことも可能である。例えばプロセス圧が十分に高い領域で成膜を行う場合には、高いソースガス圧が使われるため、先に述べたＡＥ法を使うことも可能である。この場合にも、検出された音波信号の強度に式（２）に従って圧力補正を加えることにより、ソースガスの絶対濃度を算出することが可能である。
【０１１３】
以上、本発明を好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において様々な変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】処理容器１００の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】混合ガス中のソースガスの濃度を制御するための処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】ＦＴＩＲによる測定結果としてＷ（ＣＯ）６の赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図９】図８の一変形例によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図１０】図８の一変形例によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の他の変形例によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の他の変形例によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の他の変形例によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態によるＦＴＩＲ装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態による非分散型赤外分光分析装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の他の変形例によるＭＯＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０    原料容器
１２Ａ    質量流量制御装置（ＭＦＣ）
１２Ｂ    質量流量制御装置（ＭＦＣ）
１４    ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１６    ドライポンプ（ＤＰ）
１８，１８Ａ    圧力計
２０    バルブ
２１    バルブ
２３    バルブ
２５    バルブ
２６    バルブ
３０    原料供給ライン
３１    希釈ガスライン
３２    排気ライン
３３    プリフローライン
３５    バイパスライン
４０    フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）
４０Ａ    非分散型赤外分光光度計（ＮＤＩＲ）
５０  
１００    成膜装置
１１０    シャワーヘッド
１２０    処理容器本体
１３０    載置台
１４０    ゲートバルブ
２００    原料供給装置
２０１    制御装置
４０１    ガス通路
４０１Ａ，４０１Ｂ    光学窓
４０１Ｃ    基台
４０１ａ〜４０１ｃ    ミラー
４０１ＣＡ，４０１ＣＢ，４０１ＤＢ    ヒータ
４０１ＣＴ，４０１ＤＴ    熱電対
４０２    検出器
４０４    光源
【図１】
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【図２】
0004567009.tif 000003
【図３】
0004567009.tif 000004
【図４】
0004567009.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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