DE69925197T2 - Gasreiniger für metallorganische Gase - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen zum Abscheiden von Metallkomponenten aus dem Abgas oder den Abgasen eines metall-organischen Prozesses, und insbesondere Einrichtungen zur Einbeziehung in Vakuumsysteme zum Reagieren und Abscheiden der Metallkomponente aus Abgasen aus Halbleiterfertigungsprozessen.
  • Beispielsweise in der Halbleiterindustrie werden verschiedene metall-organische Vorläufer bei der chemischen Bedampfung (CVD) metallischer Verbindungs- oder Sperrschichten auf Siliziumplättchen verwendet. Zwei wünschenswerte Merkmale dieser metall-organischen Vorläufer sind a) ein vernünftiger Dampfdruck, der eine genaue und wiederholbare Abgabe des Vorläufers in die Prozesseinrichtung ermöglicht, und b) hohe Metall- auftragsraten bei niedrigen Temperaturen. Diese chemischen Bedampfungstechniken werden bei niedrigem Druck ausgeführt und erfordern daher Vakuumsysteme, um effizient zu arbeiten. Auslegungsbedingt verbraucht eine typische Anwendung nur einen Teil des metallorganischen Prozessgases. Das unreagierte Gas und andere Prozessnebenprodukte müssen durch das Vakuumsystem abgepumpt werden, das mit der Prozesseinrichtung verbunden ist.
  • Unter gewissen Bedingungen können die Prozessabgase in der Prozesseinrichtung und der Vakuumeinrichtung reagieren und dadurch bewirken, das Metall auf verschiedenen Oberflächen der Prozesseinrichtung und der Vakuumeinrichtung abgelagert wird. Der hauptsächlichen ungünstigen Wirkungen der Metallablagerungen im Vakuumsystem sind Verlust an Leitfähigkeit und Störung umlaufender Mechanismen. Unreagiertes metall-organisches Gas kann auch eine Verunreinigung durch Metall verursachen, wenn man es in die Umgebung austreten lässt.
  • Eine Lösung des Problems besteht darin, die Abgase zur vollständigen Reaktion in einem thermischen Niederdruckreaktor zu zwingen, der zwischen der Prozesseinrichtung und der Vakuumeinrichtung angeordnet ist.
  • Die wichtigsten Anforderungen an einen thermischen Niederdruckreaktor sind hohe Reaktionseffizienz und die Fähigkeit, einen hohen Leitwert beizubehalten, während das Metall sich in seinem inneren ablagert. Der Leitwert eines solchen Reaktors nimmt ab, während Metall sich in dem Reaktor niederschlägt, und beispielsweise im Falle eines langen zylindrischen Rohrs bei ständiger Strömung verändert sich der Leitwert direkt mit der vierten Potenz des Durchmessers des Rohrs und umgekehrt wie die Rohrlänge. Eine Verringerung des Rohrdurchmessers durch Metallablagerung bewirkt einen schnellen Verlust an Leitfähigkeit. Im Falle eines Reaktors mit großem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, wo der Durchmesser viel kleiner als die Länge ist, kann ein hoher Wirkungsgrad auf Kosten eines schnellen Leitfähigkeitsverlusts erreicht werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Abscheiden einer Metallkomponente auf irgendwelchem nicht reagierten metall-organischen Gas nach Verwendung dieses Gases in einem metall-organischen Prozeß zu schaffen, wobei die Einrichtung für den Einbau zwischen der Prozessausrüstung und der Vakuumausrüstung ausgelegt ist, und wobei das in die Auslegung der Einrichtung eingebaute Metallsammelmuster die Leitfähigkeit maximiert, während eine große Sammelkapazität aufrechterhalten bleibt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zum Abscheiden der Metallkomponente aus irgendwelchem unreagiertem metall-organischen Gas nach Gebrauch dieses Gases in einem metall-organischen Bedampfungsverfahren ein Hauptgehäuse mit einem Einlaß und einem davon beabstandeten Auslaß, einem Element, das innerhalb des Hauptgehäuses angeordnet ist, und einen oder mehrere Flügel auf, die zwischen der Außenoberfläche des Elements und der Innenoberfläche des Hauptgehäuses verlaufen, um mit dem genannten Oberflächen einen oder mehrere Kanäle für den gewundenen Durchgang des unreagierten metall-organischen Gases zwischen dem Einlaß zum Auslaß hin zu definieren, und Mittel zur Steuerung der Temperatur des rohrförmigen Elements aufweist.
  • Vorzugsweise ist das Element ein hohles rohrförmiges Element, auf welchem eine Mehrzahl von Flügeln befestigt ist und radial auswärts von der Außenoberfläche des rohrförmigen Elements ragt und die Innenoberfläche des Hauptgehäuses berührt, wobei die Flügel entlang der Länge des rohrförmigen Elements verlaufen, um eine Mehrzahl verbindender Längskanäle zu bilden.
  • Vorzugsweise ist die Einrichtung als Wegwerfartikel ausgebildet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielshalber beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen zeigt:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vakuumprozesskammer und Hilfsausrüstung für einen metall-organischen Niederdruck-Bedampfungsprozeß zeigt,
  • 2 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht einer Einrichtung zum Abscheiden einer Metallkomponente aus irgendwelchem unreagierten metall-organischen Gas nach Gebrauch dieses Gases in der Vakuumprozesskammer nach 1 gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit der Einrichtung nach 2,
  • 4 ein Diagramm, das die Strömung von unreagiertem metall-organischem Gas beim Durchgang durch die Einrichtung nach 2 zeigt, und
  • 5 eine Auswahl von Flügelanordnungen, die in der Einrichtung nach 2 verwendet werden kann.
  • Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, wo zur Verwendung in einem metallorganischen chemischen Bedampfungsprozeß bei niedrigem Druck (Vakuum) eine Vakuumprozesskammer 2 dargestellt ist, die ein Plättchen oder Plättchen enthält. Im Betrieb wird ein Gemisch von Gasen, beispielsweise ein Kupfervorläufer wie beispielsweise Cu(hfac)(vtms) und inerten Trägergasen durch die Prozesskammer 2 zum Auftrag der Kupferkomponente auf dem Plättchen hindurchpassiert. Irgendwelches überschüssiges unreagierten Kupfervorläufergas, reagierte Kupfervorläufer-Nebenprodukte und die inerten Trägergase verlassen die Vakuumprozesskammer 2 als Abgase, die durch eine Vorleitung 4 und eine Vakuumpumpe 6 in eine Abgasleitung 8 gelangen.
  • Es wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen, in denen eine Einrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung zum Abscheiden einer Metallkomponente aus irgendwelchem unreagiertem metall-organischem Gas nach Gebrauch in dem metall-organischem Bedampfungsprozeß dargestellt ist. Die Einrichtung 10 ist in die Vorleitung 4 einsetzbar, d.h. vor der Vakuumpumpe 6, und sie umfasst ein Hauptgehäuse 12, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und das einen Einlaß 14 und davon beabstandet einen Auslaß 16 aufweist. Wie dargestellt, haben das Hauptgehäuse 12, der Einlaß 14 und der Auslaß 16 jeweils eine kreisförmige Querschnittskonfiguration, und der Einlaß 14 ist neben dem Auslaß 16 angeordnet.
  • Konzentrisch in dem Hauptgehäuse 2 entlang der Längsachse des Hauptgehäuses 2 ist ein Element 18 in Form eines länglichen hohlen Rohrs montiert, das eine beträchtlich kleinere Querschnittskonfiguration als das Hauptgehäuse 12 hat. Das rohrförmige Element 18 ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, und in dem rohrförmigen Element 18 ist ein Mittel in Form eines Heizelements 19 (nicht dargestellt) zum Steuern der Temperatur des rohrförmigen Elements 18 angeordnet. An dem rohrförmigen Element 18 ist eine Mehrzahl kurzer Flügel 22 befestigt, die parallel zum Element 18 verlaufen, und ein oder mehr lange Flügel 24 verlaufen ebenfalls parallel zum Element 18. Die Flügel 22 und 24 sind aus einem metallischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt, und die abmessungsmäßige Konfiguration der Flügel ist derart, daß sie radial von dem rohrförmigen Element 18 in Berührung mit der Innenfläche des Hauptgehäuses 12 an allen Punkten längs ihrer Länge ragen. Ebenfalls am rohrförmigen Element 18 sind ein oder mehrere Platten 28 befestigt, die beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt sind. Wie gezeigt, sind die Platten 28 an einem kurzen Flügel 22 und einem langen Flügel 24 neben dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 befestigt. Wie dargestellt, ist die Anordnung kurzer Flügel 22 und langer Flügel 24 derart, daß die kurzen Flügel mit den langen Flügeln um das rohrförmige Element 18 herum abwechseln.
  • An jedem Ende des Hauptgehäuses 12 sind Endplatten 26 vorgesehen, die jeweils eine Zugangsöffnung 20 haben, um das Einsetzen des Heizelements 19 in das Innere des rohrförmigen Elements 18 zu ermöglichen. Die Endplatten 26 sind aus einem metallischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt.
  • Ebenfalls unter Bezugnahme auf 4 ist evident, daß die Flügel 22, 24 zusammen mit der Außenoberfläche des rohrförmigen Elements 18 und der Innenoberfläche des Hauptgehäuses 12 eine Mehrzahl von Kanälen 30, 34, 38, 42 bilden, die miteinander in Verbindung stehen, um einen gewundenen Strömungsweg für die Strömung von Abgas zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 zu schaffen.
  • Im Betrieb ist die Einrichtung 10 mittels Flanschen (nicht dargestellt) an einer vorgegebenen Stelle in der Vakuumvorleitung 4 lösbar befestigt. Danach wird dem Heizelement 19, das im Inneren des rohrförmigen Elements 18 angeordnet ist, Energie zugeführt, und das Element 18 zusammen mit den Flügeln 22 und 24 und den Platten 28 wird Temperatur gesteuert, um eine thermisch einstellbare Reaktoroberfläche zu ergeben, wo die Metallkomponente(n) aus dem durch die Einrichtung 10 strömenden Abgas abgelagert werden kann/können. Die Metallkomponente(n) wird/werden anfänglich an den Wurzeln der Flügel 22, 24 abgelagert, und daher bietet das Gerät der Strömung von Abgasen durch die Vorleitung 4 sehr wenig Widerstand. Zu allen Zeiten während des Betriebs der Einrichtung 10 bleibt die Temperatur des Hauptgehäuses 12 auf Umgebungstemperatur, d.h. relativ kühl mit Bezug auf das rohrförmige Element 18 und die Flügel 22, 24. Die spezifische Anordnung der Flügel 22, 24, wie bei der obigen Ausführungsform beschrieben, erzeugt einen langen Strömungsweg zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16, so daß das Abgas eine relativ lange Verweilzeit hat, wodurch die Ablagerung der Metallkomponente aus dem Abgas begünstigt wird. Die spezifische beschriebene Anordnung hat gezeigt, daß sie ein großes Innenvolumen schafft, das die Ablagerung großer Mengen der Metallkomponente ermöglicht, während der Strömungswiderstand für die Abgase durch die Einrichtung 10 minimiert wird.
  • Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform auf ein hohles rohrförmiges Element Bezug genommen worden ist, kann natürlich ein Temperatursteuerelement irgendeiner Bauart oder Form eingesetzt werden, bei dem Flügel direkt daran befestigt sind.
  • Um nun auf 5 zu kommen, diese zeigt verschiedene Konfigurationen von Flügeln, die unterschiedliche Strömungsweglängen und Volumen innerhalb der Einrichtung 10 ergeben, die nach den Prozessbedingungen gewählt werden können.
  • Obwohl die obige Ausführungsform in Verbindung mit einem metall-organischen chemischen Niederdruck-Bedampfungsprozeß beschrieben worden ist, ist klar, daß die beschriebene Einrichtung in gleicher Weise in anderen Prozessen effektiv sein kann, beispielsweise bei plasmaunterstützer chemischer Bedampfung, wo Abgase durch die Einrichtung 10 zum Abscheiden von Metallkomponenten bei variablen Temperaturen strömt.

Claims (6)

  1. Einrichtung (10) zum Abscheiden einer Metallkomponente von irgendwelchem unreagierten metall-organischem Gas nach Gebrauch dieses Gases in einem metall-organischem Bedampfungsverfahren, mit einem Hauptgehäuse (12) mit einem Einlaß (14) und davon beabstandet mit einem Auslaß (16), einem rohrförmigen Element (18), das konzentrisch in dem Hauptgehäuse (12) angeordnet ist, und mit Mitteln (19) zur Steuerung der Temperatur des rohrförmigen Elements (18), dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Flügeln (22, 24) radial auswärts von dem rohrförmigen Element (18) zur Innenwand des Hauptgehäuses (12) hin wegragen, wobei die Flügel sich entlang der Länge des rohrförmigen Elements (18) erstrecken und eine Mehrzahl von miteinander in Verbindung stehenden Längskanälen bilden, die jeweils an einem Ende geschlossen sind und dadurch einen gewundenen Pfad für das unreagierte metall-organische Gas bilden, der zwischen dem Einlaß (14) und dem Auslaß (16) verläuft.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei Platten (28) auf dem rohrförmigen Element (18) vorgesehen sind, um das unreagierte metall-organische Gas durch die Längskanäle in Gestalt einer Mehrzahl von Durchgängen entlang der Länge des Hauptgehäuses (12) zu führen.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel (19) zur Steuerung der Temperatur des rohrförmigen Elements (18) ein herausnehmbares Heizgerät umfassen, das innerhalb des rohrförmigen Elements angeordnet ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei welcher im Betrieb das Heizgerät (19) die Temperatur des rohrförmigen Elements (18) und der Flügel (22, 24) anhebt, während die Temperatur des Hauptgehäuses (12) auf Umgebungstemperatur bleibt.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Flansche zur Befestigung der Einrichtung an einer Vakuumleitung vorgesehen sind.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einrichtung (10) ein Einwegartikel ist.
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