DE69826171T2

DE69826171T2 - Zuführvorrichtung für Prozessgas

Info

Publication number: DE69826171T2
Application number: DE69826171T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Minato-ku Hatano
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: EP0875595A1; US5989345A; DE69826171D1; EP0875595B1; JPH10306377A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Prozessgaszuführungsvorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen eines Prozessgases in eine Prozesskammer, die in einer Prozessvorrichtung angeordnet ist, wie etwa einer Halbleiterherstellungsvorrichtung, und mit einem darin eingesetzten zu bearbeitenden Objekt, und bezieht sich auf eine Filmbildungsvorrichtung, die eine derartige Prozessgaszuführungsvorrichtung inkludiert.
Allgemein werden in einem Herstellungsprozess einer halbleiterintegrierten Schaltung ein Filmbildungsprozess, Ätzen eines Musters und dergleichen wiederholt auf einen Halbleiterwafer oder ein Glassubstrat angewendet, wobei dadurch eine gewünschte Einrichtung erhalten wird. Kürzlich wurden Leitungsbreite und Gate-Breite eng, verbunden mit einer Tendenz zur Miniaturisierung und hohen Integration der halbleiterintegrierten Schaltung. Auch tendiert die Filmstärke dazu reduziert zu werden, da von der halbleiterintegrierten Schaltung zunehmend gewünscht wird, eine Mehrebenen-Zwischenverbindungsstruktur aufzuweisen.
Wenn die Stärke des gebildeten Films als ein Ergebnis der hohen Integration und der Mehrebenentendenz der integrierten Schaltung reduziert wird, wird es, wie oben erwähnt kritisch, eine Flussmenge eines Prozessgases zum Bilden eines Films genau zu steuern. Um die Flussmenge genau zu steuern, wird allgemein eine Flussmengensteuervorrichtung, wie etwa eine Massenflusssteuervorrichtung, in der Halbleiterherstellungsvorrichtung verwendet. Die Massensteuervorrichtung ist jedoch zum Steuern einer kleinen Menge eines Gasflusses auf Grund ihrer strukturellen Charakteristika nicht geeignet. In der Tat ist es schwierig, eine Gate-Elektrode und Verdrahtung von mehreren hundert Angstrom an Stärke unter der Steuerung durch die Massenflusssteuervorrichtung auszubilden.
Literaturstelle JP-A-03-141192 legt eine Prozessgaszuführungsvorrichtung zum Zuführen eines Gases, das in der Speicherkammer gespeichert ist, in einen Reaktor während einer Steuerung durch ein Ventil offen. Die Flussmenge des Gases wird durch das Ventil gesteuert. Deshalb ist diese Vorrichtung des Standes der Technik nicht zum Steuern einer kleinen Menge eines Gasflusses geeignet.
Literaturstelle EP-A2-0 307 995 legt einen Prozess und eine Einrichtung zur Gasabgabe zu einer Epitaxie-Vorrichtung, die ein gepulster Reaktor ist, offen. Zum Vorbereiten eines Gasgemisches, das in Bezug auf Menge und Zusammensetzung sehr genau reguliert werden kann, und dessen Zusammensetzung ohne Verluste sehr rasch geändert werden kann, wird jedes der Gase des Gasgemisches einer getrennten Gaspipette zugeführt, und danach wird der Inhalt der Gaspipette zyklisch durch ein Druckdifferenzial in den gepulsten Reaktor weitergegeben, wobei die Zusammensetzung des Gemisches pro einem oder mehr Zyklen geändert wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Prozessgaszuführungsvorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, die zum genauen Zuführen einer kleinen Menge des Prozessgases durch Steuern der Flussmenge fähig sind.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung kann durch eine Prozessgaszuführungsvorrichtung und ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 13 erreicht werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angezeigt.
Diese Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschreibung vollständiger verstanden werden, wenn in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen, in denen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer Schaltungsanordnung einer Prozessgaszuführungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2A eine schematische Ansicht einer Messröhre von 10 ccm³ ist;
2B eine schematische Ansicht einer Messröhre von 30 ccm³ ist;
2C eine schematische Ansicht einer Messröhre von 50 ccm³ ist;
3 ein Diagramm ist, das einen Gasflussweg in der Prozessgaszuführungsvorrichtung von 1 zeigt;
4 ein Diagramm ist, das einen anderen Gasflussweg in der Prozessgaszuführungsvorrichtung von 1 zeigt; und
5 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine andere Schaltungsanordnung zeigt.
Hierin nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Prozess gaszuführungsvorrichtung 2 ist mit einer Prozesskammer 6 verbunden, wobei dadurch eine Hauptsektion einer Halbleiterherstellungsvorrichtung gebildet wird. Die Prozesskammer 2 beherbergt ein zu bearbeitendes Objekt (hierin nachstehend als ein "Substrat W" bezeichnet), wie etwa einen Halbleiterwafer oder ein LCD-Substrat. In der Halbleiterherstellungsvorrichtung dieser Ausführungsform wird TiCl₄-(Titan-Tetrachlorid-Gas) Gas als ein Prozessgas von der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 zu der Prozesskammer 6 zugeführt, wobei dadurch ein Ti-Film auf dem Substrat W gebildet wird, das in der Prozesskammer 6 eingesetzt ist.
Die Prozesskammer 6 wird aus z. B. Aluminium gebildet und die innere Fläche davon ist mit Aluminiumoxid beschichtet. Die Prozesskammer 6 hat einen Befestigungstisch (Suszeptor) 8 darin zum Befestigen des Substrats W. Der Befestigungstisch 8 nimmt ein Erwärmungsmittel, wie etwa eine Widerstandsheizvorrichtung 10, zum Erwärmen des Substrats W, das an dem Befestigungstisch 8 befestigt ist, auf eine vorbestimmte Temperatur und sein Unterhalten auf der vorbestimmten Temperatur auf. Ein Auslasskanal 12 ist durch den Boden der Prozesskammer 6 ausgebildet, um den inneren Druck der Prozesskammer 6 auf einen vorbestimmten Vakuumpegel zu setzen. Der Auslasskanal 12 ist mit einem Vakuumpumpensystem (nicht gezeigt) verbunden. Ein Gate-Ventil 14 ist an der Seitenwand der Prozesskammer 6 angebracht. Das Substrat W wird durch das Gate-Ventil 14 in die und aus der Prozesskammer 6 geladen.
In der Deckensektion der Prozesskammer 6 ist ein Duschkopf 16 zum gleichförmigen Einführen des Gases, das der Prozesskammer 6 zuzuführen ist, in die Prozesskammer 6 angebracht. Der Duschkopf 16 hat zwei Gaszuführungskanäle 16A, 16B. Einer (16B) der zwei Gaszuführungskanäle ist mit einem Gaszuführungssystem 18 zum Zuführen eines Reaktionsgases, wie etwa NH₃-(Ammoniak)Gas, das für eine Filmbildung erforderlich ist, verbunden. Der andere Gaszuführungskanal 16A ist mit der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 verbunden.
Die Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 hat nicht nur eine N₂-Gasquelle 20, die mit N₂-Gas (das als ein Trägergas dient) gefüllt ist, sondern hat auch eine TiCl₄-Gasquelle 22 zum Zuführen eines TiCl₄-Gases (das als ein Prozessgas dient). Die N₂-Gasquelle 20 ist mit dem Gaszuführungskanal 16A des Duschkopfes 16 über den Weg eines Trägergaspfades (Rohr) 24 verbunden. Ein Regulator 26 zum Aussenden des N₂-Gases, das in der N₂-Gasquelle 20 gespeichert ist, bei einem vorbestimmten Druck ist an einem Abschnitt des Trägergaspfades 24 angebracht, positioniert in der Nähe des Gasauslasskanals der N₂-Gasquelle 20. Ein Ende des Gasauslasspfades (Rohr) 30 ist mit der TiCl₄-Gasquelle 22 verbunden, und das andere Ende des Gasauslasspfades 30 ist mit einer Auslassführung einer Fabrikanlage (nicht gezeigt) verbunden, die auf ungefähr atmosphärischem Druck eingestellt ist. Ein Temperatursteuermechanismus 28, wie etwa eine Heizvorrichtung, ist in der Peripherie der TiCl₄-Gasquelle 22 positioniert. Der Temperatursteuermechanismus 28 erwärmt TiCl₄ im flüssigen Zustand (TiCl₄ kommt bei Raumtemperatur in der Form einer Flüssigkeit vor), das in der TiCl₄-Gasquelle 22 gespeichert ist, auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei dadurch das TiCl₄-Gas generiert wird. Auf diese Weise wird das TiCl₄-Gas von der TiCl₄-Gasquelle 22 auf einem vorbestimmten Druck ausgesendet.
Der Trägergaspfad 24 ist mit dem Gasauslasspfad 30 über zwei Hilfsröhren 34, 36 verbunden. Die Hilfsröhren 34 und 36 sind miteinander durch eine Messröhre (Gasspeichersektion) 32 verbunden, deren Volumen auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist. Flansche 32A, 32A sind jeweils an beiden Enden der Messröhre 32 vorgesehen. Diese Flansche 32A, 32A sind mittels eines Fixiermittels, wie etwa Bolzen, mit Flanschen 34A, 36A, die jeweils an den Hilfsröhren 34, 36 vorgesehen sind, luftdicht verbunden.
Um Kommunikation der Messröhre 32 mit dem Trägergaspfad 24 und dem Gasauslasspfad 30 zu steuern, ist ein Ventilmechanismus 38, der aus einer Vielzahl von Ventilen besteht, in dem Pfad 24, 30 und den Hilfsröhren 34, 36 vorgesehen. Der Ventilmechanismus 38 besteht aus einem ersten Ventil 38A, das in der Mitte des Trägergaspfades 24 angebracht ist, einem zweiten Ventil 38B, das in der Mitte des Gasauslasspfades 30 angebracht ist, dritten und vierten Ventilen 38C, 38D, die in der Mitte der Hilfsröhre 34 angebracht sind, und fünften und sechsten Ventilen 38E, 38F, die in der Mitte der Hilfsröhre 36 angebracht sind. In diesem Fall befindet sich das erste Ventil 38A zwischen einer Verbindungsstelle C, die die Hilfsröhre 34 mit dem Trägergaspfad 24 verbindet, und einer Verbindungsstelle D, die die Hilfsröhre 36 mit dem Trägergaspfad 24 verbindet. Das zweite Ventil 38B befindet sich zwischen einer Verbindungsstelle E, die die Hilfsröhre 34 mit dem Gasauslasspfad 30 verbindet, und einer Verbindungsstelle F, die die Hilfsröhre 36 mit dem Gasauslasspfad 30 verbindet.
Die dritten und vierten Ventile 38C, 38D befinden sich jeweils an beiden Seiten einer Verbindungsstelle A, die die Messröhre 32 mit der Hilfsröhre 34 verbindet. Die fünften und sechsten Ventile 38E, 38F befinden sich jeweils an beiden Seiten einer Verbindungsstelle B, die die Messröhre 32 und die Hilfsröhre 36 verbindet. Um das Röhrenvolumen der Hilfsröhre 34, die sich zwischen den Ventilen 38C und 38D befindet, zu reduzieren, und um das Röhrenvolumen der Hilfsröhre 36, die sich zwischen den Ventilen 38E und 38F befindet, so weit wie möglich zu reduzieren, sind die dritten und vierten Ventile 38C und 38D nahe der Verbindungsstelle A angeordnet, und die fünften und sechsten Ventile 38E und 38F sind nahe der Verbindungsstelle B angeordnet. Die Öffnungs-/Schließ steuerung von jedem von Ventilen 38A–38F wird durch eine Ventilansteuersektion 40 bewirkt, die durch eine Hauptsteuersektion 70 der Halbleiterherstellungseinrichtung gesteuert wird.
Die Messröhre 32, die zwischen der Hilfsröhre 34 und 36 abnehmbar zu verbinden ist, hat eine vorbestimmtes Volumen (kleines Volumen), das zuvor durch genaues Definieren des inneren Durchmessers und der Länge eingestellt wird. Es werden von Messröhren verschiedenen Typs 32a–32c, die sich im Volumen unterscheiden, in 2A–2C gezeigt. Volumina der Messröhren 32a, 32b, 32c, die zwischen den Hilfsröhren 34 und 36 verbunden sind, werden so eingestellt, um Gesamtvolumina von 10 cm³, 30 cm³ bzw. 50 cm³ zu ergeben. Das Röhrenvolumen der Hilfsröhre 34 zwischen den Ventilen 38C und 38D und das Röhrenvolumen der Hilfsröhre 36 zwischen den Ventilen 38E und 38F muss in das hierin verwendete Gesamtvolumen inkludiert sein. In dieser Ausführungsform werden diese im Volumen unterschiedlichen Messröhren abhängig von der Menge des Prozessgases, das zur Filmbildungszeit erforderlich ist, selektiv verwendet.
Es wird vermerkt, dass eine Heizvorrichtung 50 (angezeigt durch eine unterbrochene Linie), wie etwa eine Bandheizvorrichtung, an den TiCl₄-Gasflussabschnitten von Pfaden 24, 30 und den Hilfsröhren 34, 36 angebracht ist. Die Heizvorrichtung 50 spielt eine Rolle beim Verhindern davon, dass das TiCl₄-Gas kondensiert, um in eine Flüssigkeit in der Mitte der Pfade 24, 30 und der Hilfsröhren 34, 36 umgewandelt zu werden. Obwohl die sechs Ventile 38A bis 38F in dieser Ausführungsform in einer diskreten Form eingerichtet sind, kann die Gesamtstruktur beträchtlich vereinfacht werden, wenn von einer Mehrfachventileinheit mit sechs Ventilen 38A bis 38F, die darin einbezogen sind, Gebrauch gemacht wird. Das N₂-Gas wird hierin als ein Trägergas verwendet, es kann jedoch ein anderes Edelgas verwendet werden, wie etwa Ar-Gas oder He-Gas. Das Röhrenvolumen der Messröhre 32 ist nicht auf 10 cm³, 30 cm³ und 50 cm³ begrenzt. Der innere Durchmesser der Messröhre 32 und jene der Hilfsröhren 34, 36 können im wesentlichen gleich sein.
Nun werden wir den Fall erläutern, in dem ein Ti-Film auf dem Substrat W in der Prozesskammer 6 durch Verwenden der wie oben aufgebauten Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 gebildet wird.
Wenn das TiCl₄-Gas bei einem konstanten Druck zugeführt wird, war empirisch bekannt, wie stark der Film abhängig von der Flussmenge gebildet wird. Vor der Initiierung des Filmbildungsprozesses wird die Messröhre 32, die zum Zuführen einer Flussmenge entsprechend einer gewünschten Filmstärke fähig ist, zwischen den Hilfsröhren 34 und 36 der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 installiert. Vorausgesetzt z. B., dass 10 cm³ des TiCl₄-Basis an Flussmenge zum Bilden des Ti-Filmes einer gewünschten Stärke von 100 Å unter einem konstanten Druck erforderlich sind, wird die Messröhre 32a, die in 2A gezeigt wird, zwischen den Hilfsröhren 34 und 36 installiert.
Nachdem die Messröhre 32 mit einem vorbestimmten Volumen (hierin nachstehend wird das Volumen als 10 cm³ betrachtet) zwischen den Hilfsröhren 34 und 36 eingesetzt ist, wird das Substrat W an dem Befestigungstisch 8 in der Prozesskammer 6 befestigt und auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Zu dieser Zeit wird die Prozesskammer 6 abgesaugt, um einen vorbestimmten Prozessdruck einzustellen. In dieser Ausführungsform wird die Prozesstemperatur auf 600°C eingestellt, und der Prozessdruck wird innerhalb des Bereichs von 10 mTorr bis 10 Torr eingestellt (z. B. 300 mTorr). Andererseits wird ein NH₃-Gas, das als ein Reaktionsgas dient, in einer vorbestimm ten Menge von dem Gaszuführungssystem 18 in die Prozesskammer 6 zugeführt.
In diesem Schritt (dem Schritt, bevor die Filmbildung initiiert wird) sind die ersten, vierten und sechsten Ventile 38A, 38D, 38F geöffnet, wohingegen die zweiten, dritten und fünften Ventile 38B, 38C, 38E geschlossen sind. Daher wird das N₂-Gas (das als ein Trägergas dient), das von der N₂-Gasquelle 20 zugeführt wird, durch den Regulator 26 gesteuert, stets auf einem konstanten Druck zu sein, und direkt in die Prozesskammer 6 über den Weg des Trägergaspfades 24 eingeführt, wie durch einen Pfeil 42 in 3 angezeigt. Das TiCl₄-Gas (das als ein Prozessgas dient), das von der TiCl₄-Gasquelle 22 zugeführt wird, wird durch den Temperatursteuermechanismus 22 gesteuert, stets auf einem konstanten Druck zu sein, und in die Messröhre 32 über den Weg des Gasauslasspfades 30 und des vierten Ventils 38D eingeführt, wie durch einen Pfeil 44 in 3 angezeigt. Dann wird das TiCl₄-Gas zu der Auslassführung einer Fabrikanlage über den Weg des sechsten Ventils 38F und des Gasauslasspfades 30 ausgelassen. Wenn das TiCl₄-Gas durch den erwähnten Weg fließt, ist die Messröhre 32 stets mit einer gewissen Menge (d. h. 10 cm³) des TiCl₄-Gases gefüllt.
In der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 wird der Druck von beiden Pfaden 24 und 30 gesteuert, im wesentlichen gleich zu sein. Das TiCl₄-Gas wird durch Erwärmen von TiCl₄ im flüssigen Zustand auf ungefähr 75°C durch den Temperatursteuermechanismus 22 generiert. Die Heizvorrichtung 40 erwärmt jedem Durchgang auf ungefähr 80°C um zu verhindern, dass das TiCl₄-Gas kondensiert, um in eine Flüssigkeit umgewandelt zu werden.
Nachdem das Gas fließt, wie in 3 gezeigt, und die Messröhre 32 mit 10 cm³ von TiCl₄-Gas gefüllt ist, werden die ersten, vierten und sechsten Ventile 38A, 38D, 38F in geschlossene Positionen umgeschaltet; zur gleichen Zeit werden die zweiten, dritten und fünften Ventile 38B, 38C, 38E in geöffnete Positionen umgeschaltet. Alle diese Schaltoperationen werden gleichzeitig ausgeführt. Daher wird das N₂-Gas (das als ein Trägergas dient), das von der N₂-Gaszuführungsquelle 20 zugeführt wird, in die Messröhre 32 über den Weg des Trägergaspfades 24 und des dritten Ventils 38C eingeführt und fließt dann in die Prozesskammer 6 über den Weg des fünften Ventils 38E und des Trägergaspfades 24, wie durch einen Pfeil 46 in 4 angezeigt. Zu dieser Zeit wird das TiCl₄-Gas, das in der Messröhre 32 gespeichert ist, durch das Trägergas gedrückt und fließt in die Prozesskammer 6. Hingegen wird das TiCl₄-Gas, das von der Gasquelle 22 zugeführt wird, direkt zu der Auslassführung der Fabrikanlage über den Weg des Gasauslasspfades 30 ohne Durchlauf durch die Messröhre 32 ausgelassen, wie durch einen Pfeil 48 in 4 angezeigt.
In der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 dieser Ausführungsform kann ein Drucksensor 60 (wie in 1 gezeigt) zum Erfassen des inneren Drucks der Messröhre 32 angeordnet sein um zu bestätigen, dass die Messröhre 32 vollständig mit dem TiCl₄-Gas gefüllt ist. In diesem Fall wird auf Erfassung hin, dass die Messröhre 32 vollständig mit TiCl₄-Gas gefüllt ist, durch den Drucksensor 60 das Erfassungssignal zu der Hauptsteuersektion 70 gesendet. Die Hauptsteuersektion 70 schaltet die ersten, vierten und sechsten Ventile 38A, 38D, 38F in geschlossene Positionen; zur gleichen Zeit die zweiten, dritten und fünften Ventile 38B, 38C, 38E in geöffnete Positionen. Alternativ können die dritten und fünften Ventile 38C, 38E als ein Ablassventil aufgebaut sein, und diese Ventile 38C, 38F können zu der Zeit geöffnet sein, wenn die Messröhre 32 vollständig mit dem TiCl₄-Gas gefüllt ist.
Wie vorangehend erläutert, wird in der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 dieser Ausführungsform dem Gasauslasspfad 30 erlaubt, mit der Messröhre 32 mittels des Ventilmechanismus 38 zu kommunizieren, wobei dadurch die Messröhre 32 mit einer konstanten Menge des Prozessgases gefüllt wird. Danach wird der Messröhre 32 erlaubt, mit dem Trägergaspfad 24 mittels des Ventilmechanismus 38 zu kommunizieren. Als ein Ergebnis wird das Prozessgas, das in der Messröhre 32 gespeichert ist, durch das Trägergas gedrückt und in die Prozesskammer 6 zugeführt. Auf diesem Weg kann das Prozessgas in die Prozesskammer 6 genau in einer vorbestimmten Menge, die durch das Volumen der Messröhre 32 definiert wird, zugeführt werden. Als ein Ergebnis wird der Film auf dem Substrat W in einer vorbestimmten Stärke, die durch die Gaszuführungsmenge definiert wird, genau ausgebildet.
Falls die Flussmenge des Prozessgases, das zuzuführen ist, durch Verwenden der entsprechenden Messröhre genau gesteuert wird, kann die Stärke des auszubildenden Filmes genau gesteuert werden. Falls eine Messröhre mit kleinem Volumen verwendet wird, kann insbesondere die Flussmenge exakt gesteuert werden, mit dem Ergebnis, dass ein sehr dünner Film genau ausgebildet werden kann. Eine derartige exakte Steuerung kann durch eine konventionell verwendete Massensteuervorrichtung nicht erreicht werden.
In der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 dieser Ausführungsform werden die inneren Drücke der beiden Pfade 24, 30 stets gesteuert, im wesentlichen gleich zu sein. Deshalb ändert sich der Druck der Prozesskammer 6 zur Umschaltzeit der Ventile 38A bis 38F nicht. Es ist deshalb möglich, die Filmstärke ohne Änderung in Prozessbedingungen genau zu steuern.
In der zuvor erwähnten Ausführungsform werden Umschaltoperationen der Ventile 38A–38F gleichzeitig bewirkt. Solange wie das TiCl₄-Gas, das in der Messröhre 32 gespeichert ist, in die Prozesskammer 6 ohne Fehler transportiert wird, ist jedoch die Umschaltoperation nicht auf das Verfahren der zuvor erwähnten Ausführungsform begrenzt. Z. B. kann der Zu stand offen-geschlossen, der in 3 gezeigt wird, wie folgt in das geändert werden, was in 4 gezeigt wird: die vierten und sechsten Ventile 38D, 38F sind geschlossen und das zweite Ventil 38B ist geöffnet, wobei dadurch das TiCl₄-Gas, das in der Messröhre 32 zeitweilig gespeichert ist, isoliert wird. Danach werden die dritten und fünften Ventile 38C, 38E geöffnet, zur gleichen Zeit wird das erste Ventil 38A geschlossen.
Wenn in der zuvor erwähnten Ausführungsform 30 cm³ des TiCl₄-Gases erforderlich sind, um einen Film einer gewünschten Stärke auszubilden, kann die Messröhre 32b von 30 cm³, die in 2B gezeigt wird, verwendet werden. Alternativ kann die Ventilumschaltoperation intermittierend dreimal durch Verwenden der Messröhre 32a von 10 cm³, die in 2A gezeigt wird, wiederholt werden, wobei dadurch insgesamt 30 cm³ von TiCl₄-Gas der Prozesskammer 6 zugeführt werden. Kurz dargestellt kann gemäß der Anordnung der zuvor erwähnten Ausführungsform in dem Fall, wo die Umschaltoperation intermittierend eine geeignete Zahl von Malen wiederholt wird, das TiCl₄-Gas in einer erforderlichen Flussmenge als ein ganzes zugeführt werden. In dem Fall, wo der Film durch intermittierendes Zuführen des Gases eine Vielzahl von Malen ausgebildet wird, wird betrachtet, dass der Film in dem äquivalenten Zustand als ein Glühen verbleibt, während das Filmbildungsgas nicht zugeführt wird. Als ein Ergebnis wird der Widerstand des Filmes gering, was die Qualität des Filmes verbessert.
In einem anderen Fall, wo eine Vielzahl von Messröhren 32 parallel verbunden und zwischen den Verbindungsstellen A und B platziert sind, können die gleichen Wirkungen erhalten werden. Eine derartige Anordnung wird in 5 gezeigt. Diese Vorrichtung inkludiert eine Vielzahl von Gasspeicherabschnitten 52, 53, 54. Das Prozessgas kann in oder aus einen oder zwei oder mehr Gasspeicherabschnitten in einer gewünschten Menge gefüllt oder freigegeben werden. Die Gasspeicherabschnitte 52, 53, 54 sind im Inhalt unterschiedlich und einzeln mit einem Trägergasrohr 24 und einem Prozessgasrohr 30 über den Weg des Öffnungs-/Schließmittels 58, das einzeln vorgesehen ist, verbunden.
Die Steuersektion 70 steuert das Öffnungs-/Schließmittel 58 auf die gleiche Art und Weise wie in der zuvor erwähnten Ausführungsform, wobei dadurch das Prozessgas in den (die) Gasspeicherabschnitt(e) 52, 53, 54, der (die) beliebig ausgewählt wird (werden), gefüllt und das Prozessgas von dort zu der Prozesskammer 6 befördert wird.
Falls der Inhalt von Gasspeicherabschnitten 52, 53, 54 als 10, 20, 30 cm³ definiert ist und falls die Gasspeicherabschnitte geeignet allein oder in einer Kombination ausgewählt werden, kann Gas in die Prozesskammer in einer Menge von 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 cm³ genau eingeführt werden.
In der zuvor erwähnten Ausführungsform wird NH₃-(Ammoniak)Gas zugeführt. Falls das Gaszuführungssystem 18 in der gleichen Konstruktion wie die der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 ausgebildet ist, kann der NH₃-Gasfluss, sogar in einer kleinen Menge, genau gesteuert werden. In der Ausführungsform wird ein Ti-Film auf dem Substrat W gebildet. Wenn gewünscht wird, einen TiN-Film oder einen TiSi-Film auf dem Substrat W auszubilden, kann eine Prozessgasquelle, die zum Generieren eines Prozessgases fähig ist, das für die Bildung des gewünschten Films erforderlich ist, mit dem Gasauslasspfad 30 an Stelle der TiCl₄-Gasquelle 22 verbunden werden. Die Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 dieser Ausführungsform muss nicht notwendigerweise in einer Einzelverarbeitungshalblei terherstellungsvorrichtung verwendet werden und kann in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung eines Stapeltyps (batch-type) verwendet werden, die zum gleichzeitigen Verarbeiten einer Vielzahl von Substraten fähig ist. Als Beispiele des Substrats W, das in der Prozessgaszuführungsvorrichtung 2 der Ausführungsform zu verarbeiten ist, können ein Glassubstrat und ein LCD-Substrat außer dem Halbleiterwafer erwähnt werden.

Claims

Prozessgaszuführungsvorrichtung (2), umfassend: a) eine Prozessgasquelle (22) zum Zuführen eines Prozessgases zu einer Prozesskammer (6), in der eine vorbestimmte Verarbeitung unter Verwendung des Prozessgases auf ein darin platziertes Objekt (W) angewendet wird; b) eine Trägergasquelle (20), gefüllt mit einem Trägergas; c) ein Prozessgasfreisetzungsrohr (30) mit einem Ende, das mit der Prozessgasquelle (22) verbunden ist, zum Zuführen des Prozessgases; d) ein Trägergaseinführungsrohr (24) mit einem Ende, das mit der Trägergasquelle (20) verbunden ist, und einem anderen Ende, das mit der Prozesskammer (6) verbunden ist, zum Zuführen des Trägergases; e) eine erste Hilfsröhre (34) mit einem Ende, das mit dem Prozessgasfreisetzungsrohr (30) verbunden ist, und einem anderen Ende, das mit dem Trägergaseinführungsrohr (24) verbunden ist; f) eine zweite Hilfsröhre (36) mit einem Ende, das mit dem Prozessgasfreisetzungsrohr (30) verbunden ist, und einem anderen Ende, das mit dem Trägergaseinführungsrohr (24) verbunden ist; g) mindestens eine Messröhre (32), eingestellt, ein vorbestimmtes Volumen aufzuweisen, und mit einem Ende, das mit der ersten Hilfsröhre (34) verbunden ist, und einem anderen Ende, das mit der zweiten Hilfsröhre (36) verbunden ist; h) einen Ventilmechanismus (38), umfassend eine Vielzahl von Ventilen, die jeweils in dem Prozessgasfreisetzungsrohr (30), der ersten Hilfsröhre (34), der zweiten Hilfsröhre (36) und dem Trägergaseinführungsrohr (24) vorgesehen sind, zum Steuern eines Kommunikationszustandes zwischen dem Prozessgasfreisetzungsrohr (30), der ersten Hilfsröhre (34), der zweiten Hilfsröhre (36), der Messröhre (32) und dem Trägergaseinführungsrohr (24); und i) eine Steuersektion (70) zum Steuern der offenen/geschlossenen Zustände der Vielzahl von Ventilen, wobei das Prozessgasfreisetzungsrohr (30), die erste Hilfsröhre (34), die zweite Hilfsröhre (36), die Messröhre (32) und das Trägergaseinführungsrohr (24) einen Kreis zum Füllen des Prozessgases bilden, das durch das Prozessgasfreisetzungsrohr (30) in die Messröhre (32) zu dem vorbestimmten Volumen durch Kommunizieren des Prozessgasfreisetzungsrohres (30) mit der Messröhre (32) fließt, und Freisetzen des Prozessgases, das in die Messröhre (32) gefüllt ist, danach zu der Prozesskammer (6) unter der Führung des Trägergases durch Kommunizieren des Trägergaseinführungsrohres (24) mit der Messröhre (32).
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der Ventilmechanismus (38) umfasst ein erstes Ventil (38A), das in einer Mitte des Trägergaseinführungsrohres (24) vorgesehen ist, ein zweites Ventil (38B), das in einer Mitte des Prozessgasfreisetzungsrohres (30) vorgesehen ist, ein drittes Ventil (38C) und ein viertes Ventil (38D), vorgesehen in einer Mitte der ersten Hilfsröhre (34), und ein fünftes Ventil (38E) und ein sechstes Ventil (38F), vorgesehen in einer Mitte der zweiten Hilfsröhre (36), sich das erste Ventil (38A) zwischen einer Anschlussstelle (C), die das Trägergaseinführungsrohr (24) mit der ersten Hilfsröhre (34) verbindet, und einer Anschlussstelle (D), die das Trägergaseinführungsrohr (24) mit der zweiten Hilfsröhre (36) verbindet, befindet, sich das zweite Ventil (38B) zwischen einer Anschlussstelle (E), die das Prozessgasfreisetzungsrohr (30) mit der ersten Hilfsröhre (34) verbindet, und einer Anschlussstelle (F), die das Prozessgasfreisetzungsrohr (30) mit der zweiten Hilfsröhre (36) verbindet, befindet, sich das dritte Ventil (38C) und das vierte Ventil (38D) jeweils benachbart zu beiden Seiten einer Anschlussstelle (A) befinden, die die erste Hilfsröhre (34) mit der Messröhre (32) verbindet, und sich zwischen den Anschlussstellen (C und E) befindet, die sich jeweils an den Enden der ersten Hilfsröhre (34) befinden, und sich das fünfte Ventil (38E) und das sechste Ventil (38F) jeweils benachbart zu beiden Seiten einer Anschlussstelle (B) befinden, die die zweite Hilfsröhre (36) mit der Messröhre (32) verbindet, und sich zwischen den An schlussstellen (D und F) befindet, die sich jeweils an den Enden der zweiten Hilfsröhre (36) befinden.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei der Kreis einen Prozessgasfüllkreis und einen Prozessgasfreisetzungskreis umfasst, der Prozessgasfüllkreis das Prozessgas, das durch das Prozessgasfreisetzungsrohr (30) fließt, in die Messröhre (32) zu dem vorbestimmten Volumen durch Schließen des zweiten Ventils (38B), des dritten Ventils (38C) und des fünften Ventils (38E) füllt, während gleichzeitig das vierte Ventil (38D) und das sechste Ventil (38F) zum Kommunizieren des Prozessgasfreisetzungsrohres (30) mit der Messröhre (32) geöffnet werden und danach das vierte Ventil (38D) und das sechste Ventil (38F) geschlossen werden, und der Prozessgasfreisetzungskreis das Trägergas, das durch das Trägergaseinführungsrohr fließt, in die Messröhre (32) einführt durch Schließen des ersten Ventils (38A), des vierten Ventils (38D) und des sechsten Ventils (38F), während gleichzeitig das dritte Ventil (38C) und das fünfte Ventil (38E) geöffnet werden zum Kommunizieren des Trägergaseinführungsrohres (24) mit der Messröhre (32) zu der Prozesskammer (6), unter Leitung des Trägergases.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Messröhre (32) mit der ersten Hilfsröhre (34) und der zweiten Hilfsröhre (36) auf eine abnehmbare Art und Weise befestigt werden kann.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei das dritte Ventil (38C) und das fünfte Ventil (38E) Entlastungsventile sind, und die Entlastungsventile ge öffnet werden, wenn die Messröhre (32) mit dem Prozessgas zu dem vorbestimmten Volumen gefüllt ist.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei jedes der Ventile, die den Ventilmechanismus (38) bilden, eine Mehrfachventileinheit umfasst.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei das Prozessgasfreisetzungsrohr (30) mit einer Abgasführung verbunden ist.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Erfassungssensor (60) zum Erfassen eines inneren Drucks der Messröhre (32), wobei die Steuersektion (70) einen Wechsel des geöffneten/geschlossenen Zustandes von jedem der Ventile, die den Ventilmechanismus (38) bilden, basierend auf Erfassungsinformation von dem Erfassungssensor (60) steuert.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei ein innerer Druck des Prozessgasfreisetzungsrohres (30) im wesentlichen gleich einem inneren Druck des Trägergaseinführungsrohres (24) gesetzt wird.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Messröhre (32) ein Volumen hat, das zum Bilden eines Films mit einer vorbestimmten Stärke auf dem Objekt (W) erforderlich ist.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei innere Durchmesser von Rohrwegen (24, 30, 32, 34, 36), die den Prozessgasfüllkreis bilden, im wesentlichen gleich zueinander gesetzt werden.
Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Messröhre (32) mit einer Heizung (50) versehen ist um zu verhindern, dass das Prozessgas kondensiert und verflüssigt wird.
Prozessgaszuführungsverfahren, die Schritte umfassend: a) Füllen eines vorbestimmten Volumens eines Prozessgases in mindestens eine Messröhre (32) mit dem vorbestimmten Volumen; b) Einführen eines Trägergases von einem Ende der Messröhre (32) in die Messröhre (32), die mit dem vorbestimmten Volumen von Prozessgas gefüllt ist; und c) Freisetzen des vorbestimmten Volumens von Prozessgas gemeinsam mit dem Trägergas von einem anderen Ende der Messröhre (32) zu einer Prozesskammer (6); wobei eine vorbestimmte Menge des Prozessgases der Prozesskammer (6) durch intermittierendes Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis c) für eine Vielzahl von Malen zugeführt wird.
Filmbildungsvorrichtung, umfassend: eine Prozesskammer (6), in der eine vorbestimmte Verarbeitung unter Verwendung eines Prozessgases auf ein darin platziertes Objekt (W) angewendet wird; und die Prozessgaszuführungsvorrichtung (2) gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 12.