CN100526501C - 气化装置以及处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气化装置(6),将被压送来的液体原料在减压气氛中使之气化而产生原料气体,将该原料气体与载气一起送出,包括暂时储存压送来的液体原料的贮液室(70)、经由阀口(66)与贮液室连通的气化室(62)、从贮液室的侧就位在分隔阀口的阀座上的阀芯(72)、驱动阀芯的驱动器(81)、设置在朝向阀芯的阀口的位置上的载气喷射口(92)、以及将气化室内的原料气体排出的排出口(28)。根据载气喷射口的特定的配置,防止未经气化的液体原料残留在气化装置的阀口的下游侧。

Description

气化装置以及处理装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片等的被处理体进行成膜处理等的规定处理的处理装置以及使进行该规定处理时使用的液体原料进行气化的气化装置。
背景技术
一般,在半导体集成电路等的生产中,对半导体晶片等的被处理体反复进行成膜处理、蚀刻处理、氧化扩散处理、以及还原处理等的各种处理。最近,在成膜处理中开始采用钽、钛、铜等多种的金属膜进行成膜。为了进行上述金属膜的成膜,主要采用蒸气压较低的在常温常压下为液体状态的液体原料。液体原料通过被压送进气化装置,且在该气化装置内的减压气氛下被加热而被气化成为原料气体。原料气体与载气一起被供给至减压状态下的处理容器内,金属膜通过CVD(化学气相沉积:Chemical Vapor Deposition)而沉积在收容于该处理容器内的半导体晶片上。
日本JP2001-148347A公开了气化装置的一个例子。在该气化装置中,在进行流量控制的同时压送来的液体原料经由能够利用阀门进行开关的阀口被加热,并被导入减压气氛的气化室内,在那里被气化。此时,通过同时也将载气供给至气化室内而促进液体原料的雾化,使液体原料的总表面积增大,由此促进液体原料的气化,有效的产生原料气体。
在如上所述的气化装置中,在停止气化时必须最大限度的避免液体原料残留在阀口的下游侧的空间内。但是,如上所述,即使将载气供给至气化室内,在载气无法充分到达的区域,即所谓死角空间内还是会有少量的残留。因此,进入上述死角空间内的液体原料难以气化,即使气化装置停止后也有可能残留在气化室内。当液体原料为热稳定性低的有机金属络合物时,残留在气化室内的液体原料在气化室内进行热分解,成为沉积物。
当这种沉积物的碎片从气化室内流出后,则堵塞下游侧的配管系统,进一步成为粒子(particle)而流入处理容器内。其结果,使得产品的成品率以及CVD加工的再现性降低。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题并对其进行有效的解决而提出的。本发明的主要目的在于防止液体原料残留在气化装置的气化室内。
为了实现上述目的,本发明提供一种气化装置,使被压送来的液体原料在减压气氛中气化产生原料气体,将该原料气体与载气一起释放,其包括:暂时储存压送来的液体原料的贮液室、通过阀口与上述贮液室连通的气化室、从上述贮液室一侧就位在分隔出上述阀口的阀座上的阀芯、驱动上述阀芯的驱动器、设置在相对于上述阀芯的上述阀口的位置上的载气喷射口、以及将上述气化室内的原料气体排出的排出口。
根据本发明,由于在对与气化室连通的阀口进行开关的阀芯上设置载气喷射口,通过被喷射的载气,能够有效地进行从阀口朝向气化室的液体原料的雾化。因此,能够将液体原料基本完全气化,能够防止液体原料残留在阀芯的下游侧的气化装置内部。因此,能够防止上述粒子的产生、配管的堵塞、以及加工再现性的下降,更进一步,能够提高产品的成品率。
上述载气喷射口优选设置在当上述阀芯落座在上述阀座上时也朝向上述阀口的位置上。
在本发明的一个优选实施方式中,上述气化室被设置在从上述载气喷射口喷出的上述载气的喷射方向上。
在本发明的一个优选实施方式中,上述阀口与上述气化室通过混合通路而连接,在上述混合通路内上述液体原料与上述载气混合而成雾状。此时优选在上述混合通路上设置管口(orifice)。
在本发明的一个优选实施方式中,在上述阀芯上连结阀杆,将被供给至上述载气喷射口的上述载气进行流通的载气通路形成在上述阀杆内。
上述阀芯能够采用由可以弯曲的薄的金属板形成的隔板(diaphragm)。
而且本发明提供一种处理装置,在减压气氛下对被处理体进行规定的处理的处理装置,其包括:能够进行抽真空的处理容器、载置上述被处理体的载置台、对上述被处理体进行加热的加热器、以及将原料气体供给至上述处理容器内的上述气化装置。
附图说明
图1是简要地表示本发明涉及的成膜装置的整体结构的系统图。
图2是表示本发明涉及的气化装置的结构的截面图。
图3是表示在图2所示的气化装置中,阀口通过阀芯被关闭的状态的截面图。
图4是表示图2所示的气化装置的贮液室的平面图。
图5是表示图2所示的气化装置的阀芯的底面图。
图6是表示具有变形例子的阀座的本发明的气化装置的局部截面图。
图7是表示具有变形例子的载气导入部件的本发明涉及的气化装置的截面图。
标号说明:
2:成膜装置;4:腔室;6:气化装置;8:处理容器;16:载置台;18:加热部件;22:喷头(气体导入部件);26:原料气体通路;28:排出口;32:原料入口;36:原料罐(tank);46:载气入口;60:筐体;62:气化室;65:混合区;66:阀口;67:管口;68:阀座;70:贮液室;72:阀芯;74:隔板(diaphragm);81:驱动器;84:阀杆;90:载气导入部件;92:载气喷射口;100:气化室加热部件;102:预备加热部件;W:半导体晶片(被处理体)
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明涉及的气化装置以及处理装置的实施方式进行详细说明。图1是概略地表示本发明涉及的作为处理装置的一个例子的成膜装置的整体结构的系统图,图2是表示本发明涉及的气化装置的结构的截面图,图3是表示在图2所示的气化装置中,阀口通过阀芯被关闭的状态的截面图,图4是表示图2所示的气化装置的贮液室的平面图,然后,图5是表示图2所示的气化装置的阀芯的底面图。
首先,参照图1,针对成膜装置的整体结构进行说明。所例示的成膜装置,是采用由含有铜的有机金属材料构成的液体原料,作为金属膜,通过CVD进行铜膜的成膜的装置。成膜装置2主要包括:在其内部对作为被处理体的半导体晶片W进行成膜处理的处理腔室4、以及为了对处理腔室4提供原料气体而使液体原料气化的气化装置6。
处理腔室4由利用铝等形成筒体状的处理容器8而构成。在设置在处理容器8的底部的排气口10上连接具有真空泵12的真空排气系统14,由此能够将处理容器8内进行抽真空而形成减压气氛。在处理容器8内设置有在其上载置半导体晶片W的载置台16。在载置台16内设置有加热器,即,加热部件18,由此能够将载置在载置台16上的晶片W加热至规定的温度。也可以采用加热灯作为加热部件18。
在处理容器8的侧壁上设置有在将晶片W搬入/搬出处理容器8时进行开关的闸阀(gate valve)20。在处理容器8的顶棚部设置有喷头22,作为用于将原料气体导入该处理容器8内的气体导入部件。喷头22能够从设置在作为其下面的喷射面上的多个喷射孔22A将原料气体喷射进处理容器8内。喷头22形成除上述原料气体外还能够供给成膜处理所需要的其他气体、例如Ar气体、H2气体的结构形式。
在喷头22的气体入口24上连接有原料气体通路26。原料气体通路26的上游端上连接有气化装置6的排出口28。原料气体通路26上设置有阻挡原料气体流动的开关阀30。为了防止原料气体的再液化,也可以在原料气体通路26上缠绕对该原料气体通路26进行加热的带形加热器(tape heater)。
气化装置6的原料入口32与储存成膜用的液体原料34的原料罐36内通过液体流路38进行连结。在液体流路38上设置有控制液体原料的流量的液体流量控制器40以及位于液体流量控制器40的两侧的两个开关阀42。液体流路38的先端部被浸入原料罐36内的液体原料34中。存在设置有开关阀42的压送气体流路44的先端部被插入密闭着的原料罐36的内部空间内。在本发明的实施方式中,使用被加压的非活性气体,例如He气体,作为压送气体。通过被加压的He气体,原料罐36内的液体原料34被压送至气化装置6内。另外,在所例示的实施方式中,采用了Cu(EDMDD)2作为液体原料34。
在气化装置6的载气入口46上连接有载气流路48。在载气流路48上存在设置有如质量流量控制器的流量控制器50以及位于流量控制器50的两侧的两个开关阀52。作为载气,能够采用非活性气体,例如Ar气体。
在喷头22的气体入口24上连接有用于供给成膜处理所必需的其他气体的气体流路54。在所例示的实施方式中,气体流路54在中途分支成两个。在各个分支路上分别设置有如质量流量控制器的流量控制器56、58以及位于质量流量控制器两侧的两个开关阀57、59。在所例示的实施方式中,能够根据需要供给H2气体和Ar气体。
下面,参照图2~图5针对气化装置6的结构进行说明。如图2及图3所示,气化装置6具有较之筐体60被大容量分隔的气化室62。筐体60可以由不锈钢或铝而形成。筐体60的侧壁上设置有用于将在气化室62内产生的原料气体排出的排出口28,在该排出口28上连接有原料气体通路26。气化室62的顶棚部内壁面具有圆锥面的形状。仅仅从气化室62的顶部稍微向上方延长的混合通路64与气化室62成为一体而形成在气化室62的顶棚部上。混合通路64的上端开口部成为阀口66,分隔出该阀口66的筐体60的阀口66的周边部分成为阀座68。在本发明的实施方式中,混合通路64的内径基本与阀口66的内径相同,小于气化室62的内径。混合通路64的内部空间作为使液体原料与载气混合而形成雾状的混合区65而发挥作用。在混合通路64内设置有具有细孔的管口67。
在阀口66的上方间隔出暂时储存被压送至气化装置6内的液体原料的贮液室70。该贮液室70的顶棚部利用可以弯曲的阀芯72进行分隔。当阀芯72开放阀口66时,贮液室70通过阀口66与气化室62连通。阀芯72能够利用由薄金属板构成的圆形隔板74(参照图5)而形成。在隔板74上形成有环形的波纹(corrugation)74A,由此,隔板74能够如图3所示进行变形而将阀口66密闭。
如图4所示,阀口66位于贮液室70的底部的中央部。将液体原料导入贮液室70内用的原料导入口76形成在贮液室70的底部的周边部。如图3所示,在原料导入口76上连接有贯穿筐体60内向外部延伸的液体导入路78。液体导入路78的先端部作为原料入口32而形成。在原料入口32上连接有液体流路38,通过液体流路38被压送来的液体原料通过原料入口32被供给至贮液室70内。
圆形隔板74的周边部,被气密性的夹在具有朝向下方的环形凸部的筐体盖部80与筐体60的上端部之间,而被固定。在隔板74上连接有用于使该隔板74在上下方向上移动的驱动器81。在所例示的实施方式中,驱动器81由电磁驱动器构成。向上方延伸的管状阀杆84通过安装部件82连接在隔板74的上面中央部上。阀杆84贯穿具有大于该阀杆84的外径的内径的筐体盖部80的中央部的孔并向上方延伸。在阀杆84的上部上安装有磁性体86。电磁线圈88包围着磁性体86和阀杆84,通过流通被该电磁线圈88控制的电流,能够使阀杆84在规定的冲程范围内在上下方向上变位。通过未图示的施力部件对阀杆84施加总是朝向上方的力,当电磁线圈88未被通电时,阀口66呈全开状态(即、正常开启(normally open))。代替上述,通过未图示的施力部件对阀杆84施加总是朝向下方的力,在电磁线圈88未通电的情况下,也可以使阀口66为全闭状态(即、正常闭合(normally close))。
在气化装置6内设置有用于将载气导入构成阀芯72的隔板74的部分的载气导入部件90。载气导入部件90具有由形成在隔板74的中央部的细微开口而构成的载气喷射口92。载气通路94贯穿安装部件82以及阀杆84而延伸,与载气喷射口92连通。驱动器81被罩部件96覆盖。载气入口46被安装在罩部件96的上部。载气入口46以及形成有载气通路94的阀杆84的上端部通过可以伸缩的金属制的波纹管98而进行连结。流入载气流路48的载气流经波纹管98以及阀杆84内的载气通路94,从隔板74的载气喷射口92向下方,即、直接朝向阀口66喷射。
在所例示的实施方式中,载气喷射口92总是朝向阀口66而设置,特别是,即使当隔板74就位在阀座68上且阀口66被关闭时,载气喷射口92也被设置在朝向阀口66的位置上。
另外,在所例示的实施方式中,气化室62以向从载气喷射口92喷射的载气的喷射方向上扩展的方式被设置,由此促进液体原料的雾化,提高气化效率。
加热气化室62内部而促进雾状原料的气化用的气化室加热器,即气化室加热部件100被设置在分隔气化室62的筐体60内。并且,在液体导入通路78的原料入口32的附近设置有对从该原料入口32流入的液体原料进行预备加热的加热器,即、预备加热部件102,由此,可以提高液体原料的气化效率。
下面,针对使用上述的成膜装置而进行的成膜方法进行说明。
首先,参照图1针对成膜方法的整体流程进行说明。作为被处理体的半导体晶片W被收容至处理容器8内并被载置在载置台16上。随后,将处理容器8内部通过加热部件18而维持在规定的加工温度,例如100~300℃左右。另外,处理容器8内部利用真空排气系统14而被抽真空至规定的减压气氛,例如被维持在10~500Pa左右。因此,与处理容器8连通的气化装置6的气化室62内也成为减压气氛。之后,为了进行金属膜成膜,由Cu(EDMDD)2构成的原料气体从喷头22被供给至处理容器8内,该原料气体进行热分解的同时与所供给的H2气体发生反应,由此,Cu薄膜通过CVD被沉积在晶片W上。
下面,针对原料气体的生成以及供给进行详细的说明。首先,通过从压送气体流路44将加压He气体供给至原料罐36内,原料罐36内的液体原料34被送至液体流路38内。液体原料34在利用液体流量控制器40进行其流量控制的同时流径液体流路38,从原料入口32流进气化装置6内,在此处,在减压气氛下被气化而成为原料气体。原料气体与流进气化装置6的载气一起从排出口28被排出至原料气体通路26。原料气体与载气一起流径原料气体通路26中而到达喷头22,被供给至处理容器8内。
下面,针对气化装置6的作用参照图2及图3等进行说明。图2所示的是阀口66以规定的阀门开度进行开启的状态,图3所示的是阀口66完全关闭液体原料没有流动的状态。
如图2所示,在被流量控制的同时被压送来的原料液体经过原料入口32以及液体导入路78而流入贮液室70内。在流入贮液室70内之前,原料液体通过预备加热部件102而被预加热至一定程度的温度而使之易于气化。
流入贮液室70内的液体原料流进设置在贮液室70的中央部分的阀口66,通过混合通路64以及管口67到达成为减压气氛且利用气化室加热部件100而被加热的气化室62,在此处被气化。由于流经波纹管98内以及阀杆84内的载气通路94的载气从载气喷射口92被喷出,液体原料在混合通路64内与载气混合成为微粒子状或薄雾状,通过管口67流入气化室62内,在此处被扩散且被有效的气化。
停止原料气体的供给时,通过驱动驱动器81使阀杆84向下方移动,如图3所示,使隔板74就位在阀座68上而将阀口66关闭。由此,能够使原料液体无法流入气化室62内。因为此时,载气的供给仍在继续进行,在阀口66的下游侧的区域,即混合通路64、管口67以及气化室62中残留的微粒子状的液体原料被气化,因此,在这些区域内未气化的原料液体不会有残留。
另外,由于载气喷射口92设置在隔板74的中央部分,即使由该隔板74如图3所示将阀口66关闭,载气喷射口92也朝向阀口66。因此,在阀口66的下游侧的空间内,载气到达每个角落,因而不会产生载气无法到达的死角空间。因此,能够使有可能存在于阀口66的下游侧的空间内的未经气化的微粒子状的液体原料基本完全气化,能够几乎可靠地防止未经气化的液体原料的残留。
因此,能够阻止在现有的装置中由于液体原料的残留造成的配管系统的堵塞以及粒子的产生。另外,由于能够稳定地流通原料气体,因而能够保持产品较高的成品率以及较高的CVD加工的再现性。此外,关闭阀口66后,从气化装置6排出的载气不供给处理容器8内,而是绕过处理容器8经由连接在排气系统14上的旁通管(未图示)而被废弃。
另外,根据上述实施方式,由于将气化室62配置在来自载气喷射口92的载气的喷射方向上,因而能够有效地进行液体原料的微粒子化。并且,由于管口67设置在混合通路64上,由此,也能够有效地进行液体原料的微粒子化。
而且,阀杆84的伴随阀口开闭的冲程虽然仅为数10μm,但通过控制该冲程而调整阀门开度,或者通过控制阀口66的开关时间,能够对供给气化室62的液体原料的流量进行控制。
此外,在上述实施方式中,设置隔板74所就位的阀座68的表面为平坦面,但并不仅局限于此。如图6所示,也可以在阀座68上形成围绕阀口66的半圆形截面的环状的密封突起110。由此,隔板74就位在密封突起110上,阀口66通过隔板74而被可靠的密封。
另外,在上述实施方式中,虽然将阀杆84形成为管状,并在其内部设置载气通路94,但并不仅局限于此。也可以采用如图7所示的结构形式。图7中,对于与图1所示的结构部分相同的结构部分赋予相同的编号。在图7所示的变形例子中,作为阀杆84,采用的不是中空管而是实心棒。在筐体60的上部侧壁上设置有载气入口46,该载气入口46与连接在阀杆84的下端的安装部件82上形成的流路112之间通过波纹管114而连结。此时,能够从设置在隔板74的中央部的载气喷射口92向下方喷射载气,可以获得与图2所示结构同样的作用效果。
另外,在上述实施方式中,将载气喷射口92设置在作为阀芯72的隔板74的中央部分上,但并不仅限于此。当隔板74将阀口66封闭时,如果将载气喷射口92设置在朝向阀口66的位置上的话,也可以将载气喷射口92设置在从隔板74的中央部分偏心的位置上。
另外,在上述实施方式中,虽然采用的是电磁驱动器作为驱动器81,但并不仅限于此。也可以采用层积压电(piezo)器件等的压电元件而形成的层积型压电驱动器、或者气缸驱动器等的空压式驱动器。另外,载气不局限于Ar气体,只要是不与原料气体发生反应的气体均可。例如,对应于原料气体,也可以使用He气体,N2气体和H2气体等。
在本发明的装置中使用的成膜用液体原料,并不仅限于Cu(EDMDD)2,也可以是其他液体原料,例如TEOS(tetraethoxysilane:四乙氧基甲硅烷),Cu(hfac)TMVS(六氟乙酰丙酮酸盐三甲基乙烯甲硅烷基铜Cu+hexafluoro acetylacetonate trimethyl vinylsilane),TMA(三甲基铝:trimethyl aluminum),TBTDET(Tert-Butylimido-Tris-Diethylamino Tantalum:叔丁基酰亚胺-三-二乙基氨基钽),PET(五乙氧基钽penta ethoxy tantalum),TiCl4(四氯化钛:titanium tetrachloride),TMS(四甲基硅烷:tetramethylsilane),TEH(四乙氧铪:tetrakis ethoxy hafnium)。
在本发明的装置中实施的使用液体原料的处理并不仅限于成膜处理,也可以是金属氧化膜的还原处理或金属膜的蚀刻处理。进行金属氧化膜的还原处理时,使用有机系列的还原用液体原料。另外,进行蚀刻处理时,作为液体原料使用液体三氯乙酸(trichloro acetic acid)、六氯乙酰丙酮(hexachloro acetylacetone)、以及醋酸等。另外,被处理体不仅限于半导体晶片,也可以是玻璃基板、LCD基板等。

Claims (8)

1.一种气化装置,使被压送来的液体原料在减压气氛中气化而产生原料气体,将该原料气体与载气一起送出,其特征在于,包括:
暂时储存压送来的液体原料的贮液室;
经由阀口与所述贮液室连通的气化室;
从所述贮液室的一侧就位在分隔所述阀口的阀座上的阀芯;
驱动所述阀芯的驱动器;
设置在朝向所述阀芯的所述阀口的位置上的载气喷射口;以及,
将所述气化室内的原料气体排出的排出口。
2.根据权利要求1所述的气化装置,其特征在于:
所述载气喷射口被设置成即使在所述阀芯就位于所述阀座上时,也在朝向所述阀口的位置上。
3.根据权利要求1所述的气化装置,其特征在于:
所述气化室被配置在从所述载气喷射口喷射出的所述载气的喷射方向上。
4.根据权利要求1所述的气化装置,其特征在于:
所述阀口与所述气化室经由混合通路进行连接,所述液体原料与所述载气在所述混合通路内混合,而形成雾状。
5.根据权利要求4所述的气化装置,其特征在于:
在所述混合通路内设置有出口。
6.根据权利要求1所述的气化装置,其特征在于:
所述阀芯上连接有阀杆,供给至所述载气喷射口的所述载气流通的载气通路形成在所述阀杆内。
7.根据权利要求1所述的气化装置,其特征在于:
所述阀芯是由可弯曲的薄金属板构成的隔板。
8.一种在减压气氛下对被处理体进行规定处理的处理装置,其特征在于,包括:
可以进行抽真空的处理容器;
载置所述被处理体的载置台;
对所述被处理体进行加热的加热部件;以及,
将原料气体供给至所述处理容器内的如权利要求1所述的气化装置。
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