JP2005171325A - Method and apparatus for monitoring gas concentration of metal carbonyl - Google Patents
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Abstract
【課題】 CVD雰囲気での原料ガスのガス濃度を正確に求めること。
【解決手段】
金属カルボニルガスを原料ガスとして基体表面に薄膜を形成する反応槽と、反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、反応槽の反応により得られた分解生成物と加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段とを備えた構成とし、分析手段で求めたガス濃度に基づいて反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタする。
また、反応槽への原料ガスの供給と、反応槽をバイパスして加熱手段への原料ガスの供給とを切り替える切替手段とを備えた構成とし、切替手段による原料ガスの供給切替えによって、反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度と、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度を求め、分解生成物の両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタする。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED To accurately obtain a gas concentration of a source gas in a CVD atmosphere.
[Solution]
Thermal decomposition using a reaction vessel that forms a thin film on the substrate surface using metal carbonyl gas as a raw material gas, a heating means that heats the exhaust gas discharged from the reaction vessel, a decomposition product obtained by the reaction in the reaction vessel, and a heating means An analysis means for obtaining the gas concentration of the decomposed product is provided, and the gas concentration of the raw material gas in the reaction vessel is monitored based on the gas concentration obtained by the analysis means.
In addition, the system includes a supply unit for supplying the source gas to the reaction tank and a switching unit for switching the supply of the source gas to the heating unit by bypassing the reaction tank. By determining the gas concentration of the decomposition product contained in the raw material gas and the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction tank after the reaction, and comparing the concentration of both gases of the decomposition product Monitor the gas concentration of the source gas in the reactor.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は原料ガスのガス濃度をモニタする方法及び装置に関し、CVD装置に用いる原料ガスのガス濃度をモニタするものであって、特に、原料ガスとして金属カルボニルを用いる場合のガス濃度のモニタ方法、モニタ装置、及びCVD装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for monitoring the gas concentration of a raw material gas, and monitors the gas concentration of a raw material gas used in a CVD apparatus, and in particular, a gas concentration monitoring method when metal carbonyl is used as the raw material gas, The present invention relates to a monitor device and a CVD device.
CVDによる薄膜形成プロセスは半導体製造工程で広く用いられている。半導体の信頼性は、基体に堆積する薄膜の膜厚や膜質に依存するため、均一な膜厚や膜質が要求される。また、CVDにおける堆積反応は基板温度や原料ガスの影響を受けやすいため、CVDによる成膜工程では良好なプロセス管理が求められる。 The thin film formation process by CVD is widely used in semiconductor manufacturing processes. Since the reliability of a semiconductor depends on the thickness and quality of a thin film deposited on a substrate, a uniform thickness and quality are required. Further, since the deposition reaction in CVD is easily influenced by the substrate temperature and the source gas, good process management is required in the film forming process by CVD.
基板を加熱して原料ガスを反応させることにより基板上に薄膜を形成する方法に代えて、雰囲気ガスにレーザーを照射して堆積反応を行う方法を用いることによって、基板の温度管理を不要とすることができる。そのため、レーザー照射によるCVD成膜では、一定膜厚、膜質の成膜を行うために、原料ガスを所定の条件通りとなるようにプロセスを管理することが求められる。 Instead of the method of forming a thin film on the substrate by heating the substrate and reacting the source gas, the method of performing the deposition reaction by irradiating the atmosphere gas with a laser eliminates the need for temperature control of the substrate. be able to. Therefore, in CVD film formation by laser irradiation, in order to form a film with a constant film quality and quality, it is required to manage the process so that the raw material gas is in accordance with predetermined conditions.
原料ガスの圧力測定として、容器の内圧を圧力計で測る方法が知られている。しかし、CVDの原料ガスとして金属カルボニルなどの固体材料を用いる場合、キャリアガスにより原料ガスをフローさせることが多いため、容器の内圧を圧力計で測る方法では原料ガスの圧力を測定することはできない。そこで、金属カルボニルを気化させる気化容器内の温度を一定に保持し、その温度における原料ガスの蒸気圧とキャリアガスの流量から原料ガスのガス濃度を算出している。このガス濃度と消費累積時間から、原料ガスの原料である金属カルボニル等の固体材料の残量の算出も行われる。 As a method for measuring the pressure of the raw material gas, a method of measuring the internal pressure of the container with a pressure gauge is known. However, when a solid material such as metal carbonyl is used as a CVD source gas, the source gas is often flowed by a carrier gas, so the method of measuring the internal pressure of the container with a pressure gauge cannot measure the pressure of the source gas. . Therefore, the temperature in the vaporization vessel for vaporizing the metal carbonyl is kept constant, and the gas concentration of the source gas is calculated from the vapor pressure of the source gas and the flow rate of the carrier gas at that temperature. From the gas concentration and the accumulated consumption time, the remaining amount of the solid material such as metal carbonyl which is the raw material of the raw material gas is also calculated.
しかし、原料の消費に伴って固体材料の表面面積が変動するため気化率も変動する。気化率の変動や、温度・圧力の変動が起きると、CVD雰囲気のガス濃度が不安定となり、ガス濃度を正確にモニタすることが難しくなる。 However, since the surface area of the solid material varies with the consumption of the raw material, the vaporization rate also varies. When fluctuations in vaporization rate and fluctuations in temperature and pressure occur, the gas concentration in the CVD atmosphere becomes unstable, making it difficult to accurately monitor the gas concentration.
また、配管内で局所的に温度が低下して原料ガスの凝縮が起こると、算出した原料ガスのガス濃度とCVD雰囲気の濃度が異なることになる。 Further, when the temperature locally decreases in the piping and the source gas condenses, the calculated gas concentration of the source gas and the concentration of the CVD atmosphere are different.
また、ガス供給ラインにIR分析(赤外線分析)によるインライン濃度モニタ装置を設置する方法もあるが、金属カルボニルを用いる場合にはモニタ中に凝縮あるいは分解するおそれがあるため好ましくない。 There is also a method of installing an in-line concentration monitoring device by IR analysis (infrared analysis) in the gas supply line. However, when metal carbonyl is used, it may be condensed or decomposed during monitoring, which is not preferable.
また、CVDの原料ガスを反応前の供給ライン上においてIR濃度モニタ装置で測定する方法ではなく、CVDの反応槽から排出されるガス濃度を検出する方法も提案されている(特許文献1,2)。
上記した文献に示される半導体製造装置やCVD装置は、反応槽からサンプルガス導入配管を介して導入したガスのガス濃度を検出する構成や、反応室からの排気通路に設けたガス濃度センサによりガス濃度を検出する構成とすることによって、CVDの反応槽から排出されるCVD反応によって生じる反応ガスのガス濃度を検出する方法である。そのため、原料ガスの供給ライン上でガス濃度を検出する構成に起因するモニタ中における凝縮等の問題は解消されるが、反応槽から排出される反応ガスのガス濃度を検出する構成に伴って、ガス濃度検出において以下のような問題がある。 The semiconductor manufacturing apparatus and the CVD apparatus shown in the above-mentioned literature are configured to detect the gas concentration of the gas introduced from the reaction tank through the sample gas introduction pipe or the gas concentration sensor provided in the exhaust passage from the reaction chamber. This is a method for detecting the gas concentration of the reaction gas generated by the CVD reaction discharged from the CVD reaction tank by adopting a configuration for detecting the concentration. Therefore, problems such as condensation in the monitor due to the configuration for detecting the gas concentration on the source gas supply line are solved, but along with the configuration for detecting the gas concentration of the reaction gas discharged from the reaction tank, There are the following problems in gas concentration detection.
第1に、CVDの反応槽では供給された原料ガスが全て反応に寄与するとは限らず、反応に寄与しなかった原料ガスは未反応ガスとして排出されるため、検出した反応ガスの濃度とCVD雰囲気での原料ガスのガス濃度との関係が不明確となり、反応ガスの濃度からCVD雰囲気での原料ガスのガス濃度を正しく求めることが難しいという問題がある。また、このガス濃度の不明瞭さは、原料ガスの元となる固体材料の消費量や残量の算出にも影響することにもなる。 First, in the CVD reaction tank, not all of the supplied raw material gas contributes to the reaction, and the raw material gas that does not contribute to the reaction is discharged as an unreacted gas. The relationship with the gas concentration of the source gas in the atmosphere becomes unclear, and there is a problem that it is difficult to correctly determine the gas concentration of the source gas in the CVD atmosphere from the concentration of the reaction gas. In addition, the ambiguity of the gas concentration also affects the calculation of the consumption and remaining amount of the solid material that is the source gas.
第2に、CVDの反応槽において反応した後の反応ガスのガス濃度を検出する構成であるため、反応前の原料ガスのガス濃度を検出することができないという問題がある。 Second, since the gas concentration of the reaction gas after reacting in the CVD reaction tank is detected, there is a problem that the gas concentration of the raw material gas before the reaction cannot be detected.
プロセス管理において、反応槽に供給する原料ガスのガス濃度が所定の条件通りであることが求められるが、反応後の反応ガスのガス濃度検出では原料ガスのガス濃度を検出することはできない。また、反応工程中において原料ガスのガス濃度を監視する場合にも、対応することができない。 In process management, it is required that the gas concentration of the raw material gas supplied to the reaction tank is in accordance with a predetermined condition, but the gas concentration of the raw material gas cannot be detected by detecting the gas concentration of the reaction gas after the reaction. Further, it is not possible to monitor the gas concentration of the source gas during the reaction process.
そこで、本発明は、反応槽から排出される反応ガスのガス濃度検出において、CVD雰囲気での原料ガスのガス濃度を正確に求めることを目的とし、また、反応槽から排出される反応ガスのガス濃度検出において、反応前の原料ガスのガス濃度を検出すること、及び反応工程中において反応前の原料ガスのガス濃度と反応後の反応ガスのガス濃度を検出することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to accurately determine the gas concentration of the raw material gas in the CVD atmosphere in the detection of the gas concentration of the reaction gas discharged from the reaction tank, and the gas of the reaction gas discharged from the reaction tank. In the concentration detection, an object is to detect the gas concentration of the raw material gas before the reaction, and to detect the gas concentration of the raw material gas before the reaction and the gas concentration of the reactive gas after the reaction in the reaction step.
本発明は、反応槽から排出される反応ガスのガス濃度検出において、CVD雰囲気での原料ガスのガス濃度を正確に求める第1の態様と、反応槽から排出される反応ガスのガス濃度検出において、反応前の原料ガスのガス濃度を検出し、また、反応工程中において反応前の原料ガスのガス濃度と反応後の反応ガスのガス濃度を検出する第2の態様と含み、かつ、各態様は、金属カルボニルのガス濃度モニタ方法、金属カルボニルのガス濃度モニタ装置、CVD装置の各形態とすることができる。 In the gas concentration detection of the reaction gas discharged from the reaction tank, the present invention provides a first mode for accurately obtaining the gas concentration of the source gas in the CVD atmosphere, and a gas concentration detection of the reaction gas discharged from the reaction tank. And a second aspect of detecting the gas concentration of the raw material gas before the reaction, and detecting the gas concentration of the raw material gas before the reaction and the gas concentration of the reactive gas after the reaction in the reaction step, and each aspect The metal carbonyl gas concentration monitoring method, the metal carbonyl gas concentration monitoring device, and the CVD device can be used.
第1の態様による金属カルボニルのガス濃度モニタ方法は、金属カルボニルガスを原料ガスとする基体表面への薄膜形成において、反応槽から排出される排出ガスを加熱し、反応槽内の反応で分解される分解生成物と加熱で分解されて得られる分解生成物のガス濃度を求め、求めたガス濃度によって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタするものである。 In the method for monitoring the metal carbonyl gas concentration according to the first aspect, in the formation of a thin film on the substrate surface using the metal carbonyl gas as a raw material gas, the exhaust gas discharged from the reaction vessel is heated and decomposed by the reaction in the reaction vessel. The gas concentration of the decomposition product obtained by decomposition with heating and the decomposition product obtained by heating is obtained, and the gas concentration of the raw material gas in the reaction vessel is monitored based on the obtained gas concentration.
第1の態様による金属カルボニルのガス濃度モニタ装置は、金属カルボニルガスを原料ガスとして基体表面に薄膜を形成する反応槽と、反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、反応槽の反応により得られた分解生成物と加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段とを備えた構成とし、分析手段で求めたガス濃度に基づいて反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタするものである。 A metal carbonyl gas concentration monitoring apparatus according to a first aspect includes a reaction tank for forming a thin film on a substrate surface using a metal carbonyl gas as a raw material gas, a heating means for heating exhaust gas discharged from the reaction tank, It comprises a decomposition product obtained by the reaction and an analysis means for obtaining the gas concentration of the decomposition product thermally decomposed by the heating means, and based on the gas concentration obtained by the analysis means, the raw material gas in the reaction tank The gas concentration is monitored.
第1の態様によるCVD装置は、金属カルボニルガスを原料ガスとして供給する反応槽と、この原料ガスを反応させて基体表面に金属薄膜を形成するレーザー照射手段とを備えるCVD装置であって、反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、反応槽内で得られた分解生成物と加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段とを備えた構成とし、分析手段で求めたガス濃度に基づいて反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタするものである。 The CVD apparatus according to the first aspect is a CVD apparatus comprising a reaction tank for supplying a metal carbonyl gas as a raw material gas, and a laser irradiation means for reacting the raw material gas to form a metal thin film on the substrate surface. It comprises a heating means for heating the exhaust gas discharged from the tank, a decomposition product obtained in the reaction tank, and an analysis means for obtaining the gas concentration of the decomposition product thermally decomposed by the heating means. The gas concentration of the raw material gas in the reaction tank is monitored based on the gas concentration obtained by the means.
上記した第1の態様の各形態によれば、反応槽から排出されたガスを加熱することによって、反応槽において未反応のまま排出された原料ガスを分解して分解生成物を生成することができる。これにより、従来検出されなかった未反応の原料ガスに含まれる分解生成物についても検出することができる。原料ガスに含まれる分解生成物のガス濃度と原料ガスのガス濃度との関係は原料ガスの組成に応じて定まる。したがって、分解生成物のガス濃度から原料ガスのガス濃度を求めることができる。 According to each form of the first aspect described above, by heating the gas discharged from the reaction tank, the raw material gas discharged unreacted in the reaction tank can be decomposed to generate a decomposition product. it can. Thereby, it is also possible to detect a decomposition product contained in an unreacted raw material gas that has not been detected conventionally. The relationship between the gas concentration of the decomposition product contained in the source gas and the gas concentration of the source gas is determined according to the composition of the source gas. Therefore, the gas concentration of the raw material gas can be obtained from the gas concentration of the decomposition product.
第2の態様による金属カルボニルのガス濃度モニタ方法は、金属カルボニルガスを原料ガスとする基体表面への薄膜形成において、原料ガスの分解により生成される分解生成物のガス濃度をモニタする方法であって、反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度を求め、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度を求め、この分解生成物の両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタするものである。 The metal carbonyl gas concentration monitoring method according to the second aspect is a method of monitoring the gas concentration of the decomposition product produced by the decomposition of the source gas in forming a thin film on the substrate surface using the metal carbonyl gas as the source gas. The gas concentration of the decomposition product contained in the raw material gas before the reaction is obtained, the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction tank after the reaction is obtained, and both gases of the decomposition product are obtained. The gas concentration of the raw material gas in the reaction tank is monitored by comparing the concentrations.
第2の態様による金属カルボニルのガス濃度モニタ装置は、金属カルボニルガスを原料ガスとして基体表面に薄膜を形成する反応槽と、反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、反応槽からの排出ガス又は加熱手段で熱分解されたガスを分析して分解生成物のガス濃度を求める分析手段と、反応槽への原料ガスの供給と、反応槽をバイパスして加熱手段への原料ガスの供給とを切り替える切替手段とを備えた構成とし、切替手段による原料ガスの供給切替えによって、反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度と、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる前記分解生成物のガス濃度を求め、分解生成物の両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタするものである。 A metal carbonyl gas concentration monitoring apparatus according to a second aspect includes a reaction tank that forms a thin film on a substrate surface using metal carbonyl gas as a raw material gas, a heating means that heats exhaust gas discharged from the reaction tank, and a reaction tank. Means for analyzing the exhaust gas or the gas thermally decomposed by the heating means to determine the gas concentration of the decomposition product, supply of the raw material gas to the reaction tank, and the raw material gas to the heating means bypassing the reaction tank And switching means for switching between the supply and the feed gas supply switching by the switching means, the gas concentration of the decomposition products contained in the raw material gas before the reaction, and the exhaust discharged from the reaction tank after the reaction The gas concentration of the decomposition product contained in the gas is obtained, and the gas concentration of the raw material gas in the reaction vessel is monitored by comparing both gas concentrations of the decomposition product.
第2の態様によるCVD装置は、金属カルボニルを原料ガスとして供給される反応槽と、原料ガスを反応させて基体表面に金属薄膜を形成するレーザー照射手段とを備えるCVD装置であって、反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、反応槽内で得られた分解生成物のガス濃度と加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段と、反応槽への原料ガスの供給と、反応槽をバイパスして加熱手段への原料ガスの供給とを切り替える切替手段とを備え、切替手段による原料ガスの供給切替えによって、反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度と、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる前記分解生成物のガス濃度を求め、両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタするものである。 A CVD apparatus according to a second aspect is a CVD apparatus comprising a reaction vessel supplied with metal carbonyl as a raw material gas, and a laser irradiation means for reacting the raw material gas to form a metal thin film on the surface of the substrate. A heating means for heating the exhaust gas discharged from the reactor, an analysis means for determining the gas concentration of the decomposition product obtained in the reaction tank and the gas concentration of the decomposition product thermally decomposed by the heating means, It is provided with a switching means for switching the supply of the raw material gas and the supply of the raw material gas to the heating means by bypassing the reaction tank, and the decomposition generation contained in the raw material gas before the reaction by switching the supply of the raw material gas by the switching means The gas concentration of the product and the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction tank after the reaction are obtained, and the gas concentration of the raw material gas in the reaction tank is compared by comparing both gas concentrations. It is intended to monitor.
上記した第2の態様の各形態によれば、原料ガスを反応槽に供給する経路と、反応槽をバイパスして加熱手段に供給する経路とを切り替える。これによって、原料ガスを反応槽に供給した場合には基板上に薄膜を生成する処理を行い、反応後に反応槽から排出される排出ガスの中に含まれる前記分解生成物のガス濃度を求めることができ、一方、反応槽をバイパスして加熱手段に供給した場合には反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度を求めることができる。 According to each form of the above-mentioned 2nd aspect, the path | route which supplies source gas to a reaction tank and the path | route which bypasses a reaction tank and supplies to a heating means are switched. Thus, when the raw material gas is supplied to the reaction tank, a process for forming a thin film on the substrate is performed, and the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction tank after the reaction is obtained. On the other hand, when the reaction vessel is bypassed and supplied to the heating means, the gas concentration of the decomposition product contained in the raw material gas before the reaction can be obtained.
この原料ガスの供給の切り替えは反応工程中に行うこともでき、反応工程中において原料ガスのガス濃度を監視することができる。 The switching of the supply of the source gas can be performed during the reaction process, and the gas concentration of the source gas can be monitored during the reaction process.
前記した各態様において、ガス濃度と設定値とを比較することにより、原料ガスの供給を停止する形態とすることができる。 In each of the above-described embodiments, the supply of the source gas can be stopped by comparing the gas concentration with the set value.
また、ガス濃度の累積から原料ガスの消費量や原料ガスの残量をモニタすることができる。 Further, the consumption amount of the source gas and the remaining amount of the source gas can be monitored from the accumulated gas concentration.
なお、本発明は、閉じられた系の反応槽のほか、開いた系の反応槽にも適用することができ、基体あるいは反応ガスを導入する部分を移動する構成にも適用することができる。 The present invention can be applied not only to a closed reaction tank but also to an open reaction tank, and can also be applied to a configuration in which a substrate or a part for introducing a reaction gas is moved.
本発明によれば、CVD雰囲気での原料ガスのガス濃度を正確に求めることができる。また、反応槽から排出される反応ガスのガス濃度検出において、反応前の原料ガスのガス濃度を検出することができる他、反応工程中において反応前の原料ガスのガス濃度と反応後の反応ガスのガス濃度を検出しモニタすることができる。 According to the present invention, the gas concentration of the source gas in the CVD atmosphere can be accurately obtained. In addition, in the gas concentration detection of the reaction gas discharged from the reaction tank, the gas concentration of the raw material gas before the reaction can be detected, and the gas concentration of the raw material gas before the reaction and the reaction gas after the reaction in the reaction step The gas concentration can be detected and monitored.
以下、図を用いて発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の金属カルボニルのガス濃度モニタ装置を備えるCVD装置の一構成例を説明するための概略図である。 FIG. 1 is a schematic view for explaining one structural example of a CVD apparatus provided with a metal carbonyl gas concentration monitoring apparatus of the present invention.
CVD装置1は、反応槽5と反応槽5にレーザー光を照射するレーザー照射手段4を備え、反応槽5は基板13を載置するXYステージ6を備える。反応槽5では、原料ガスを供給すると共にレーザー光を照射することによって原料ガスを分解し、基板13の表面上に薄膜を生成する。レーザー照射手段4は、基板13上のレーザー光の照射位置を光学的に観察する光学・観察手段を備えることができ、レーザー照射,光学・観察ユニットを構成することができる。
The
反応槽5内には原料ガスが供給される。原料ガスの供給は、気化手段3内に充填した金属カルボニルの固体材料を気化させて金属カルボニルガスを形成し、キャリア/パージガス源2からアルゴンガス等の一定流量のキャリアガスを流すことによって行うことができる。
A raw material gas is supplied into the
なお、反応槽5は、閉じた系とすることも開いた系とすることもできる。開いた系の反応槽によれば、基体13あるいは反応ガスを導入する部分を移動させる構成に適用することができる。
The
キャリア/パージガス源2と気化手段3との間にはバルブ21,23が設けられ、キャリアガスの気化手段3への供給制御が行われる。また、気化手段3と反応槽5との間にはバルブ24が設けられ、気化手段3で気化した原料ガスの排出制御が行われる。ここで、金属カルボニルとしては例えばW(CO)6が用いられる。
反応槽5の排出側の配管には加熱手段7が設けられ、反応槽5から排出された排出ガスを加熱し、反応槽5内で未反応であった原料ガスを熱分解する。加熱手段7は、未反応の原料ガスを加熱分解により生成した分解生成物を排出すると共に、反応槽5内においてレーザー照射により薄膜を形成した原料ガスの残り分解生成物を排出する。
The piping on the discharge side of the
加熱により生成される分解生成物は、原料ガスに含まれる薄膜形成用の金属と化合物を含み、W(CO)6の場合にはWとCOの混合ガスとなる。したがって、加熱手段7は、原料ガスがW(CO)6ガスである場合には、反応槽5から供給されたレーザー照射により生成されるCOをそのまま排出すると共に、反応槽5で未反応のまま排出された原料ガスを熱により分解して得られる分解生成物のWとCOの混合ガスを排出する。
The decomposition product produced by heating contains a metal and a compound for forming a thin film contained in the raw material gas, and in the case of W (CO) 6 , it becomes a mixed gas of W and CO. Therefore, when the source gas is W (CO) 6 gas, the heating means 7 discharges the CO generated by the laser irradiation supplied from the
なお、後述するバイパス経路32を介することによって反応槽5を通らずに原料ガスが直接に加熱手段7に供給された場合には、供給された原料ガスを熱により分解し、この熱分解で得られる分解生成物(WとCO(及び/又はCO2)の混合ガス))を排出する。
When the raw material gas is directly supplied to the heating means 7 without passing through the
加熱手段7から排出された分解生成物は、フィルタ8(8a,8b)で金属が取り除かれた後、分析手段9によってガス濃度が検出される。原料ガスがW(CO)6ガスである場合には、フィルタ8により金属Wが除去されるため、分析手段9は残りの分解生成物(COガス及び/又はCO6ガス)のガス濃度を検出することになる。
The decomposition product discharged from the heating means 7 is subjected to gas removal by the analysis means 9 after the metal is removed by the filter 8 (8a, 8b). When the raw material gas is W (CO) 6 gas, the metal W is removed by the
加熱手段7により未反応の原料ガスについても分解生成物に分解されため、分析手段9は、反応槽5に供給される原料ガスに含まれる組成物の内で、薄膜形成に使用された残りの組成物の内、検出対象の組成物の全濃度を検出することができる。検出対象の組成物がCO及び/又はCO2である場合には、赤外線分析装置(IRモニタ)を用いることができる。分析手段9から排出されたCO(及び/又はCO2)ガスはCO除害手段10に通され、COの除去あるいは阻害性を除去する。
Since the unreacted raw material gas is also decomposed into decomposition products by the heating means 7, the analyzing means 9 uses the remaining composition used for forming the thin film among the compositions contained in the raw material gas supplied to the
分析手段9で検出した検出信号はデータ処理演算部12において信号処理され、CO等の分解生成物のガス濃度を算出したり、この分解生成物のガス濃度から原料ガスのガス濃度を算出したり、薄膜生成に用いられた金属量を算出したり、原料ガスの元である固体材料の残量を算出する。
The detection signal detected by the analysis means 9 is subjected to signal processing in the data
例えば、原料ガスがW(CO)6の金属カルボニルである場合には、W(CO)6はレーザー照射によってWと6(CO)に分解され、Wは基板13上に成膜され、残りの6(CO)は分解生成物として排出される。本発明では、未反応の原料ガスについても加熱手段7においてWと6(CO)に分解し、この分解生成物(CO)を反応槽5からの分解生成物(CO)と共に分析手段9で検出するため、分解生成物(CO)のガス濃度は、原料ガスのガス濃度、原料ガスの元となる固体材料の残量、成膜に用いられた金属(W)の量と組成比率に応じて定まる一定の関係を有している。したがって、分解生成物(CO)のガス濃度から、原料ガスのガス濃度、原料ガスの元となる固体材料の残量、成膜に用いられた金属(W)の量を算出することができる。なお、図1中の破線の矢印は制御信号を表している。
For example, when the source gas is W (CO) 6 metal carbonyl, W (CO) 6 is decomposed into W and 6 (CO) by laser irradiation, and W is deposited on the
データ処理演算部12で算出した原料ガスのガス濃度、原料ガスの元となる固体材料の残量、成膜に用いられた金属(W)の量等のデータは制御ユニット11に送られ、バルブ制御や気化手段3の制御、及び反応槽5の制御に用いられる。
Data such as the gas concentration of the source gas calculated by the data
本発明のCVD装置1は、反応槽5をバイパスして気化手段3と加熱手段7を接続する分岐切替手段31,バイパス経路32,及び分岐手段33を備える。分岐切替手段31は、バルブ24を介して気化手段3から供給される原料ガスを反応槽5と加熱手段7に切り替えて分岐する手段であり、加熱手段7へはバイパス32及び分岐手段33を介して供給される。一方、反応槽5に送られる原料ガスは、反応槽5においてレーザー照射によって基板13上に薄膜を形成し、残りの分解生成物及び未反応の原料ガスを排出する。排出されたガスは、分岐手段33を介して加熱手段7に送られる。
The
また、本発明のCVD装置1は、反応槽5にパージガスを供給する経路を備える。このパージガスを供給する経路は、バルブ21とバルブ23と間からバルブ22を介して反応槽5にパージガスを供給する経路を備え、反応槽5から排出されたパージガスは分岐手段34を通して排出される。なお、フィルタ8a,8bは、分岐手段34に対して加熱手段7側あるいは分析手段9側の何れの位置に配置してもよい。
Moreover, the
また、バルブ21,22,23、及び気化手段3と反応槽5との間に設けられた配管にはヒータ等による温度制御手段41が設けられ、反応槽5に供給するガスを所定温度に保持している。
Further, the
次に、本発明のガス濃度モニタ装置及びCVD装置の動作例について、図2〜図4を用いて説明する。なお、図2〜図4は、ガス濃度モニタ装置及びCVD装置の概略機構により示している。 Next, operation examples of the gas concentration monitoring apparatus and the CVD apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4 show the schematic mechanism of the gas concentration monitor device and the CVD device.
はじめに、パージガスによる洗浄動作について図2を用いて説明する。パージガスにより洗浄を行う場合には、キャリア/パージガス源2からパージガスを供給し、バルブ20を操作して(バルブ23を閉じ、バルブ22を開いて)、パージガスを気化手段3を通さずに反応槽5に供給し、反応槽5及び基板13を洗浄する。洗浄に用いられたパージガスは、分岐手段34から排出される。洗浄状態は、分析手段9により確認することができる。
First, a cleaning operation using a purge gas will be described with reference to FIG. When cleaning with the purge gas, the purge gas is supplied from the carrier /
次に、原料ガスのガス濃度の測定動作について図3を用いて説明する。原料ガスのガス濃度を測定するには、キャリア/パージガス源2からアルゴンガス等のキャリアガスを供給し、バルブ20を操作して(バルブ23を開き、バルブ22を閉じて)、キャリアガスを気化手段3に導入する。気化手段3の気化容器内には金属カルボニルの固体材料が収納され、金属カルボニルはキャリアガスの導入によって気化される。気化した金属カルボニルガスは、原料ガスとして気化手段3から排出される。
Next, the operation for measuring the gas concentration of the source gas will be described with reference to FIG. In order to measure the gas concentration of the source gas, a carrier gas such as argon gas is supplied from the carrier /
気化手段3から排出された原料ガスは、分岐切替手段31によってバイパス経路32に流され、反応槽5をバイパスして加熱手段7に直接送られる。加熱手段7は、気化手段3から送られた原料ガスを熱分解する。原料ガスがW(CO)6の金属カルボニルである場合には、W(CO)6は熱分解によってWと6(CO)に分解される。分解されたW等の金属はフィルタ8で抽出し、分析手段9は、分解生成物(CO)を検出してガス濃度を測定する。分解生成物(CO)は析分析手段9で測定された後CO除害手段10に送られる。
The raw material gas discharged from the vaporization means 3 is caused to flow to the bypass path 32 by the branch switching means 31 and is sent directly to the heating means 7 bypassing the
上記した原料ガスのガス濃度測定は、成膜反応を行う前に行うことも、あるいは分岐切替手段31を反応槽5からバイパス経路32に切り替えることによって反応中に行うこともできる。本発明は、この反応中に供給される原料ガスのガス濃度を測定することができる点を一つの特徴としている。
The above-described gas concentration measurement of the source gas can be performed before the film formation reaction, or can be performed during the reaction by switching the branch switching means 31 from the
次に、反応時におけるガス濃度の測定動作について図4を用いて説明する。反応時における分解生成物のガス濃度を測定するには、キャリア/パージガス源2からアルゴンガス等のキャリアガスを供給し、バルブ20を操作して(バルブ23を開き、バルブ22を閉じて)、キャリアガスを気化手段3に導入する。気化手段3の気化容器内には金属カルボニルの固体材料が収納され、金属カルボニルはキャリアガスの導入によって気化される。気化した金属カルボニルガスは、原料ガスとして気化手段3から排出される。
Next, the gas concentration measurement operation during the reaction will be described with reference to FIG. In order to measure the gas concentration of the decomposition product during the reaction, a carrier gas such as argon gas is supplied from the carrier /
気化手段3から排出された原料ガスは、分岐切替手段31によって反応槽5に供給される。反応槽5ではレーザー照射によって原料ガスが分解され、金属は基板13上に成膜され、残った分解生成物は排出される。原料ガスがW(CO)6の金属カルボニルである場合には、W(CO)6はレーザー照射によってWと6(CO)に分解され、Wは基板13上に成膜され、分解生成物のCOは加熱手段7に排出される。
The source gas discharged from the vaporization means 3 is supplied to the
加熱手段7には、反応槽5におけるレーザー照射で生成された分解生成物(CO)と成膜されずに残った金属(W)と、反応槽において未反応のまま排出された原料ガスが導入される。加熱手段7は、分解生成物(CO)及び金属(W)についてはそのままフィルタ8を通して分析手段9に送り、未反応の原料ガスW(CO)6については熱分解して分解生成物(CO)と金属(W)に分解し、フィルタ8を通して分析手段9に送る。
The heating means 7 is introduced with decomposition products (CO) generated by laser irradiation in the
これにより、加熱手段7からは気化手段3から供給された原料ガスに含まれる分解生成物の全てが排出されることになり、分析手段9は原料ガスに含まれる全分解生成物のガス濃度を検出することができる。 As a result, all of the decomposition products contained in the raw material gas supplied from the vaporization means 3 are discharged from the heating means 7, and the analysis means 9 sets the gas concentration of all the decomposition products contained in the raw material gas. Can be detected.
本発明は、供給される原料ガスに含まれる全分解生成物のガス濃度を検出することができる点を一つの特徴としている。 One feature of the present invention is that the gas concentration of all decomposition products contained in the supplied raw material gas can be detected.
この反応時において、切替分岐手段31を切り替え、図3に示したように反応槽5をバイパスすることにより、供給されている原料ガスのガス濃度検出に切り替えることができる。
At the time of this reaction, it is possible to switch to the detection of the gas concentration of the supplied source gas by switching the switching branch means 31 and bypassing the
本発明は、原料ガスとしてW(CO)6に限らず他のCVDガスに適用することができる。 The present invention is not limited to W (CO) 6 as a source gas, and can be applied to other CVD gases.
1…CVD装置、2…キャリア/パージガス源、3…気化手段、4…レーザー照射手段、5…反応槽、6…XYステージ、7…加熱手段、8,8a,8b…フィルタ、9…分析手段、10…CO除害手段、11…制御ユニット、12…データ処理演算手段、13…基板、21〜24…バルブ、31…切替分岐手段、32…バイパス経路、33,34…分岐手段。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
反応槽から排出される排出ガスを加熱し、
反応槽内の反応で分解される分解生成物と前記加熱で分解されて得られる分解生成物のガス濃度を求め、
前記両分解生成物のガス濃度によって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタすることを特徴とする金属カルボニルのガス濃度モニタ方法。 In forming a thin film on a substrate surface using a metal carbonyl gas as a source gas,
Heating the exhaust gas discharged from the reaction vessel,
Obtain the gas concentration of the decomposition product decomposed by the reaction in the reaction tank and the decomposition product obtained by decomposition by the heating,
A method for monitoring a metal carbonyl gas concentration, wherein the gas concentration of a raw material gas in a reaction vessel is monitored based on the gas concentrations of both decomposition products.
原料ガスの分解により生成される分解生成物のガス濃度をモニタする方法であって、
反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度と、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる前記分解生成物のガス濃度とを、原料ガスの反応槽への供給切り替えによって求め、
両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタすることを特徴とする金属カルボニルのガス濃度モニタ方法。 In forming a thin film on a substrate surface using a metal carbonyl gas as a source gas,
A method for monitoring the gas concentration of a decomposition product generated by decomposition of a raw material gas,
Switching the gas concentration of the decomposition product contained in the raw material gas before the reaction and the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction vessel after the reaction to the reaction vessel of the raw material gas Sought by,
A method for monitoring a metal carbonyl gas concentration, wherein the gas concentration of a raw material gas in a reaction vessel is monitored by comparing both gas concentrations.
反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、
前記反応槽の反応により得られた分解生成物と前記加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段とを備え、
前記分析手段で求めたガス濃度に基づいて反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタすることを特徴とする金属カルボニルのガス濃度モニタ装置。 A reaction vessel for forming a thin film on the surface of the substrate using a metal carbonyl gas as a source gas;
Heating means for heating the exhaust gas discharged from the reaction vessel;
A decomposition product obtained by the reaction in the reaction vessel and an analysis unit for obtaining a gas concentration of the decomposition product thermally decomposed by the heating unit;
A metal carbonyl gas concentration monitoring apparatus that monitors the gas concentration of a raw material gas in a reaction tank based on the gas concentration obtained by the analyzing means.
反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、
前記反応槽又は加熱手段の排出ガスを分析して前記分解生成物のガス濃度を求める分析手段と、
反応槽への原料ガスの供給と、反応槽をバイパスして加熱手段への原料ガスの供給とを切り替える切替手段とを備え、
前記切替手段による原料ガスの供給切替えによって、反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度と、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる前記分解生成物のガス濃度を求め、分解生成物の両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタすることを特徴とする金属カルボニルのガス濃度モニタ装置。 A reaction vessel for forming a thin film on the surface of the substrate using a metal carbonyl gas as a source gas;
Heating means for heating the exhaust gas discharged from the reaction vessel;
Analyzing means for analyzing the exhaust gas from the reaction tank or the heating means to determine the gas concentration of the decomposition product;
A switching means for switching the supply of the source gas to the reaction tank and the supply of the source gas to the heating means by bypassing the reaction tank,
By switching the supply of the raw material gas by the switching means, the gas concentration of the decomposition product contained in the raw material gas before the reaction and the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction tank after the reaction are changed. A metal carbonyl gas concentration monitoring apparatus characterized in that the gas concentration of a raw material gas in a reaction vessel is monitored by comparing the two gas concentrations of decomposition products.
前記反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、
前記反応槽内で得られた分解生成物と前記加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段とを備え、
前記分析手段で求めたガス濃度に基づいて反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタすることを特徴とするCVD装置。 A CVD apparatus comprising: a reaction tank for supplying a metal carbonyl gas as a source gas; and a laser irradiation means for reacting the source gas to form a metal thin film on a substrate surface,
Heating means for heating the exhaust gas discharged from the reaction vessel;
An analysis means for determining a gas concentration of the decomposition product obtained in the reaction tank and a decomposition product thermally decomposed by the heating means;
A CVD apparatus characterized by monitoring the gas concentration of the raw material gas in the reaction tank based on the gas concentration obtained by the analyzing means.
前記反応槽から排出される排出ガスを加熱する加熱手段と、
前記反応槽内で得られた分解生成物のガス濃度と前記加熱手段で熱分解された分解生成物のガス濃度を求める分析手段と、
反応槽への原料ガスの供給と、反応槽をバイパスして加熱手段への原料ガスの供給とを切り替える切替手段とを備え、
前記切替手段による原料ガスの供給切替えによって、反応前の原料ガス中に含まれる分解生成物のガス濃度と、反応後に反応槽から排出される排出ガス中に含まれる前記分解生成物のガス濃度を求め、両ガス濃度を対比することによって反応槽内の原料ガスのガス濃度をモニタすることを特徴とするCVD装置。 A CVD apparatus comprising: a reaction tank supplied with metal carbonyl as a source gas; and a laser irradiation means for reacting the source gas to form a metal thin film on a substrate surface,
Heating means for heating the exhaust gas discharged from the reaction vessel;
Analyzing means for determining the gas concentration of the decomposition product obtained in the reaction tank and the gas concentration of the decomposition product thermally decomposed by the heating means;
A switching means for switching the supply of the source gas to the reaction tank and the supply of the source gas to the heating means by bypassing the reaction tank,
By switching the supply of the raw material gas by the switching means, the gas concentration of the decomposition product contained in the raw material gas before the reaction and the gas concentration of the decomposition product contained in the exhaust gas discharged from the reaction tank after the reaction are changed. A CVD apparatus characterized in that the gas concentration of the raw material gas in the reaction vessel is monitored by obtaining and comparing both gas concentrations.
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| JP2003413586A JP2005171325A (en) | 2003-12-11 | 2003-12-11 | Method and apparatus for monitoring gas concentration of metal carbonyl |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2356029C1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО "Неорганика") | Method of determining micro concentration of metal carbonyls in air flow |
| JP2012255193A (en) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Air Liquide Japan Ltd | Supply apparatus and method for solid material gas |
-
2003
- 2003-12-11 JP JP2003413586A patent/JP2005171325A/en not_active Withdrawn
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