JP2000199066A - 液体運送装置 - Google Patents

液体運送装置

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JP2000199066A JP11351053A JP35105399A JP2000199066A JP 2000199066 A JP2000199066 A JP 2000199066A JP 11351053 A JP11351053 A JP 11351053A JP 35105399 A JP35105399 A JP 35105399A JP 2000199066 A JP2000199066 A JP 2000199066A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子の製造工程中、銅液体原料を用い
て金属−有機化学気相蒸着法で銅層を蒸着する時、銅の
蒸着速度を増大させるとともに、再現性を具現すること
のできる液体運送装置を提供すること。 【解決手段】 液体運送装置は、一定速度で回転するオ
リフィスを介して常温の銅液体原料を気化手段に供給す
る銅液体原料供給手段と、銅気化温度の保たれたキャリ
ヤガスをジェットノズルを介してジェット噴射し、前記
オリフィスを介して前記気化手段へ供給される銅液体原
料を微細玉に形成させるキャリヤガス供給手段と、前記
微細玉は前記気化手段で気化し、気化した銅蒸気を反応
チャンバに噴射させるための噴射手段とから構成された
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液体運送装置(liqui
d delivery system：ＬＤＳ)に係り、特に半導体素子の
製造工程中に化学気相蒸着法を用いて銅配線を形成する
時、銅の蒸着速度を増大させるとともに、再現性を具現
することのできる液体運送装置(liquid delivery syste
m：ＬＤＳ)に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体素子の高集積化・高性能
化に伴なって半導体素子の金属配線として銅金属配線が
広く用いられている趨勢である。銅金属配線は物理気相
蒸着（ＰＶＤ）法、金属−有機化学気相蒸着（ＭＯＣＶ
Ｄ）法、電気メッキ法などを用いて銅層を形成してい
る。化学気相蒸着法で銅を蒸着する時に用いられる既存
の液体運送装置は、バブラー(bubbler)とＤＬＩ(direct
liquid injection)が挙げられる。
【０００３】図１に示すように、従来に用いられたバブ
ラー１０はキャリヤガス(carrier gas)が流入線１１を
介して流入した後、バブラー１０のキャニスタ(caniste
r)１２内に溜まっていた金属液体原料１３と一定比率で
混合されて流出線１４を介してキャニスタ１２の外に出
る。キャリヤガスと金属液体原料との比率はキャリヤガ
スの流量、バブラーの温度、バブラー内の圧力によって
定められる。このようなバブラー１０は銅液体原料のよ
うな蒸気圧の極めて低い液体原料への使用には不適であ
り、特にバブラーの温度を一定に維持しなければならな
いため、銅液体原料が分解しながら、粒子(particle)が
生成されて半導体蒸着フィルムに悪影響を及ぼすだけで
なく、再現性が悪く、また極めて低い蒸着速度などの問
題がある。
【０００４】図２は現在、金属−有機化学気相蒸着法で
銅を蒸着する時に最も広く用いられるＤＬＩ装置２３０
の概略的な構成図である。次に、同図を参照してＤＬＩ
装置２３０の動作を説明する。
【０００５】ＤＬＩ装置２３０はマイクロポンプ(micro
pump)２０と気化器(vaporizer)３０とからなる。アンプ
ル(ampule)１９から金属液体原料が約２０ｐｓｉの圧力
で加圧されて第１弁２１を介してマイクロポンプ２０に
伝達されるが、この時、第１ステッピングモータ(stepp
ing motor)２２によって第１ピストン２３が上昇しなが
ら金属液体原料が第１シリンダ２４を満たす。第１弁２
１は閉じ、第２弁２５は開き、第１ピストン２３の下降
と第２ステッピングモータ２６による第２ピストン２７
の上昇が同時に行われながら第１シリンダ２４に満たさ
れた金属液体原料は第２弁２５を介して第２シリンダ２
８に流れ込む。第２シリンダ２８に金属液体原料が完全
に満たされると、第２弁２５は閉じ、第３弁２９は開
き、第２ピストン２７の下降で第３弁２９を介して気化
器３０に金属液体原料を移送する。この時、第１弁２１
は開き、第１ピストン２３は上昇しながら第１シリンダ
２４を再び金属液体原料で満たす。このような動作が繰
り返されることにより、金属液体原料はマイクロポンプ
２０から気化器３０へ供給される。流量制御はステッピ
ングモータ２２及び２６のサイクル数によって決定され
る。
【０００６】マイクロポンプ２０から供給された金属液
体原料は、送出し弁３１を介して９９枚のメタルディス
ク３２へ流れ込み、メタルディスク３２で加熱帯３３に
よって気化されてキャリヤガスと共に引き抜かれる。
【０００７】このような気化器３０において、メタルデ
ィスク３２の駆動は流入する金属液体原料に依存し、マ
イクロポンプ２０が圧力を形成できる構造となってお
り、金属液体原料の圧力を一定に維持させることが非常
に難しく、金属液体原料の圧力が平衡状態に達するのに
極めて長時間（数十分）がかかるという短所がある。ま
た、初期状態で金属液体原料の吸込(suction)が生ずる
場合、メタルディスク３２に多量の金属液体原料が流入
して気化せずに残留することにより、気化器３０の詰り
(clogging)問題が生ずる。
【０００８】従って、銅液体原料のように蒸気圧が非常
に低くて分解し易い原料では、メタルディスクにおいて
原料の分解によってクローギング現象が現われ、ウェー
ハへの均一蒸着が難しく、また連続蒸着周期が非常に短
くて再現性が劣るという問題点があり、半導体工場規模
による量産時には適用が事実上不可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、半導体素子の製造工程中、銅液体原料を用いて金属
−有機化学気相蒸着法で銅層を蒸着する時、銅の蒸着速
度を増大させるとともに、再現性を具現することのでき
る液体運送装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の液体運送装置は、一定速度で回転するオリ
フィスを介して常温の銅液体原料を気化手段に供給する
銅液体原料供給手段と、銅気化温度の保たれたキャリヤ
ガスをジェットノズルを介してジェット噴射し、前記オ
リフィスを介して前記気化手段へ供給される銅液体原料
を微細玉に形成させるキャリヤガス供給手段と、前記微
細玉は前記気化手段で気化し、気化した銅蒸気を反応チ
ャンバに噴射させるための噴射手段とから構成されたこ
とを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明を
詳細に説明する。
【００１２】図３は半導体素子の製造工程中、銅液体原
料を用いて金属−有機化学気相蒸着法で銅層を蒸着する
ための本発明の液体運送装置(liquid delivery syste
m：ＬＤＳ)の構成図である。
【００１３】本発明の液体運送装置１００は、銅液体原
料供給手段４０と、キャリヤガス供給手段５０と、気化
手段６０と、噴射手段７０とから構成される。
【００１４】銅液体原料供給手段４０は、銅液体原料４
４の満たされたキャニスタ４３に加圧ガスを流入させる
第１弁４２付きの加圧ガス流入線４１と、流入線４１か
らの加圧によって銅液体原料４４をオリフィス(orific
e)４７に伝達する第２弁４５付きの銅液体原料流出線４
６とからなる。加圧ガスにはＡｒまたはＨｅガスを用い
る。オリフィス４７の上端にはモータ４９によって回転
する回転手段４８が備えられており、装置動作時、オリ
フィス４７は回転する。供給手段４０は全ての要素で常
温を維持しなければならない。
【００１５】キャリヤガス供給手段５０は流入線５１か
らのキャリヤガスの流量を調節する第１流量制御器(mas
s flow controller:以下、「ＭＦＣ」という)５２と、
第１ＭＦＣ５２からキャリヤガスをジェットノズル(jet
nozzle)５５に伝達し、銅液体原料４４が気化する温度
を維持するための第１加熱マントル(heating jacket)５
４で囲まれたキャリヤガス流出線５３と、オリフィス４
７とキャリヤガス流出線５３との間で第１加熱マントル
５４の熱がオリフィス４７部分に伝達されることを防止
してオリフィス４７部分が常時常温に維持されるように
する断熱ブロック５６と、流出線５３を介して気化手段
６０の気化器からの真空漏出を防止するためにジェット
ノズル５５部分に備えられたシーリング(sealing)手段
５７とからなる。
【００１６】気化手段６０は、オリフィス４７を通過し
た銅液体原料を流出線５３のジェットノズル５５を介し
てジェット噴射させることにより生成される銅液体原料
の超微細液体玉を気化させるための気化器６１と、気化
器６１の内部を銅の気化温度に維持するように気化器６
１の側端に設けられた第２加熱マントル６２と、超微細
液体玉は気化器６１を通過しながら大部分気化するが、
未だ気化していない一部の超微細液体玉を気化させるた
めに気化器６１の下端に設けられたヒータ(heater)６３
と、気化器６１の内部圧力を一定に維持させるための圧
力測定装置６４と絞り弁６６を有する圧力ポンプ６５と
からなる。
【００１７】噴射手段７０は、気化手段６０で気化した
銅をキャリヤガスと共に第２ＭＦＣ７２に伝達させる銅
蒸気流入線７１と、第２ＭＦＣ７２によって流量が調節
された銅蒸気の伝達を銅蒸気流出線７３を介して受けて
反応チャンバ８０に銅蒸気を噴射するための銅蒸気噴射
器７４とからなる。銅蒸気流入線７１の周りには第３加
熱マントル７５が設置される。
【００１８】半導体素子の製造工程中に銅液体原料を用
いた金属−有機化学気相蒸着法でウェーハに銅層を蒸着
するために、前記構成を有する本発明の液体運送装置１
００の動作を以下に説明する。
【００１９】銅液体原料４４が溜まっているキャニスタ
４３をアルゴンまたはヘリウムガスを用いて１０乃至２
００ｐｓｉの圧力で加圧させると、加圧ガス流入線４１
で加圧されながら銅液体原料流出線４６に銅液体原料が
上がって回転手段４８によって１０乃至１０００ｒｐｍ
で回転するオリフィス４７に伝達される。この時、銅液
体原料流出線４６は常温に維持されなければならない。
アルゴン、ヘリウム、水素などのキャリヤガスがキャリ
ヤガス流入線５１を介して２０乃至１０００ｓｃｃｍま
でガス量を調節し得る第１ＭＦＣ５２を経由しながらガ
ス流量が調節され、調節されたキャリヤガスはキャリヤ
ガス流出線５３を介してコーン(cone)形態のジェットノ
ズル５５に伝達される。この時、キャリヤガス流出線５
３は第１加熱マントル５４を介して銅液体原料の気化温
度に維持できるようにして、これを通じて気化器６１に
噴射されるキャリヤガスは常時その温度が維持される。
このようなキャリヤガスはジェットノズル５５からオリ
フィス４７を通過する銅液体原料と共に高圧でサイクロ
ン(cyclone)形態の気化器６１内に噴射される。この
時、回転するオリフィス４７部分は断熱ブロック５６に
よって常温に維持される。噴射された銅液体原料は超微
細玉（液体＋気体）からなって気化器６１内に存在す
る。気化器６１は第２加熱マントル６２によって銅の気
化温度を維持しているため、超微細玉が気化器６１を通
過しながら大部分気化する。しかし、未だ気化していな
い一部の微細玉は気化器６１の下端に設けられたヒータ
６３によって気化される。気化器６１は圧力測定装置６
４で内部圧力をモニターリング(monitoring)すると、圧
力ポンプ６５に連結された絞り弁６６によって気化器６
１内の圧力が一定に維持されるようにする。第２加熱マ
ントル６２とヒータ６３によって気化された銅蒸気は銅
蒸気流入線７１と、第２ＭＦＣ７２と、銅蒸気流出線７
３を介して銅蒸気噴射器７４に伝達される。伝達された
銅蒸気は銅蒸気噴射器７４によってウェーハの装着され
た反応チャンバ８０に噴射される。銅蒸気流入線７１は
銅蒸気が再び液体化されないようにするため、銅気化温
度を維持するための手段として第３加熱マントル７５が
備えられており、また不完全気化した銅副産物が反応チ
ャンバ８０に供給されることを防止するため、約３０°
以上の角度、好ましくは４０乃至７０°の角度で上向に
設置される。銅蒸気流出線７３はできる限り短くしてコ
ンダクタンス(conductance)を良くし、その長さは５乃
至２０ｃｍ程度とし、線の直径は約１／４″とする。
【００２０】蒸着工程が完了すると、圧力ポンプ６５を
用いて気化器６１を真空状態に維持した後、雰囲気ガス
で満たしておく。
【００２１】一方、前記本発明の液体運送装置１００
は、銅だけでなく、半導体素子の製造工程に広く適用さ
れるアルミニウムＡｌ、タンタルＴａ、ＴＥＯＳなどの
酸化物、ＢＳＴなどの物質のように気化し難い液体原料
の気化にも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】上述したように、本発明の液体運送装置
は従来の液体運送装置（バブラー及びＤＬＩ装置）に比
べて回転するオリフィスを通過させてコーン形態のジェ
ットノズルを介してキャリヤガスをジェット噴射させ、
銅液体原料を超微細粒子に形成させることで、従来の気
化器の詰まり現象を無くし、高い再現性を具現すること
ができ、蒸着速度を高めることができ、化学気相蒸着法
を用いた銅薄膜を半導体に適用できるようにし、また気
化装置を最大限単純化させて装備管理及び洗浄(cleanin
g)を容易にするという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体素子の化学気相蒸着法に用いられる従来
の液体運送装置（バブラー：bubbler）の構成図であ
る。
【図２】半導体素子の化学気相蒸着法に用いられる従来
の液体運送装置（ＤＬＩ：directliquid injection）の
構成図である。
【図３】半導体素子の化学気相蒸着法に用いられる本発
明の液体運送装置（ＬＤＳ：liquid delivery system）
の構成図である。
【符号の説明】
１０ バブラー １１ キャリヤガス流入線 １２ キャニスタ(canister) １３ 金属液体原料 １４ 気化ガス流出線 ２３０ ＤＬＩ装置 ２０ マイクロポンプ ２１ 第１弁 ２２ 第１ステッピングモータ ２３ 第１ピストン ２４ 第１シリンダ ２５ 第２弁 ２６ 第２ステッピングモータ ２７ 第２ピストン ２８ 第２シリンダ ２９ 第３弁 ３０ 気化器 ３１ 送出し弁(delivery valve) ３２ メタルディスク ３３ 加熱帯(heating zone) １００ 液体運送装置 ４０ 銅液体原料供給手段 ４１ 加圧ガス流入線 ４２ 第１弁 ４３ キャニスタ ４４ 銅液体原料 ４５ 第２弁 ４６ 銅液体原料流出線 ４７ オリフィス ４８ 回転手段 ４９ モータ ５０ キャリヤガス供給手段 ５１ キャリヤガス流入線 ５２ 第１ＭＦＣ ５３ キャリヤガス流出線 ５４ 第１加熱マントル(heating jacket) ５５ ジェットノズル ５６ 断熱ブロック ５７ シーリング手段 ６０ 気化手段 ６１ 気化器 ６２ 第２加熱マントル ６３ ヒータ ６４ 圧力測定装置 ６５ 圧力ポンプ ６６ 絞り弁(throttle valve) ７０ 噴射手段 ７１ 銅蒸気流入線 ７２ 第２ＭＦＣ ７３ 銅蒸気流出線 ７４ 銅蒸気噴射器 ７５ 第３加熱マントル ８０ 反応チャンバ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一定速度で回転するオリフィスを介して
    常温の銅液体原料を気化手段に供給する銅液体原料供給
    手段と、銅気化温度の維持されたキャリヤガスをジェッ
    トノズルを介してジェット噴射し、前記オリフィスを介
    して前記気化手段に供給される銅液体原料を微細玉に形
    成させるキャリヤガス供給手段と、前記微細玉は前記気
    化手段で気化し、気化した銅蒸気を反応チャンバに噴射
    させるための噴射手段とから構成されたことを特徴とす
    る液体運送装置。
  2. 【請求項２】 前記銅液体原料供給手段は、銅液体原料
    の満たされたキャニスタと、加圧ガスをキャニスタに流
    入させる加圧ガス流入線と、流入線からの加圧によって
    銅液体原料を前記オリフィスに伝達する銅液体原料流出
    線とからなることを特徴とする請求項１記載の液体運送
    装置。
  3. 【請求項３】 前記加圧ガスはＡｒまたはＨｅガスを用
    いて、１０乃至２００ｐｓｉの圧力で加圧することを特
    徴とする請求項２記載の液体運送装置。
  4. 【請求項４】 前記オリフィスはその上端にモータによ
    って回転する回転手段が備えられ、１０乃至１０００ｒ
    ｐｍで回転することを特徴とする請求項２記載の液体運
    送装置。
  5. 【請求項５】 前記キャリヤガス供給手段は、キャリヤ
    ガスの流量を調節する第１ＭＦＣと、第１ＭＦＣからの
    キャリヤガスを銅気化温度に維持させる第１加熱マント
    ルが備えられたキャリヤガス流出線と、前記オリフィス
    に第１加熱マントルの熱が伝達されることを遮断する断
    熱ブロックと、前記ジェットノズルに前記気化手段の真
    空漏出を防止するシーリング手段とからなることを特徴
    とする請求項１記載の液体運送装置。
  6. 【請求項６】 前記キャリヤガスはアルゴン、ヘリウ
    ム、水素のいずれか一つを使用することを特徴とする請
    求項５記載の液体運送装置。
  7. 【請求項７】 前記気化手段は、前記微細玉を気化させ
    る第2加熱マントル及びヒータを備えている気化器と、
    前記気化器の内部圧力を一定に維持させる圧力測定装置
    及び絞り弁を有する圧力ポンプとからなることを特徴と
    する請求項１記載の液体運送装置。
  8. 【請求項８】 前記第２加熱マントルは、前記気化器の
    内部温度が銅気化温度に維持されるように側端に設置さ
    れ、前記ヒータは前記微細玉のうち気化していない微細
    玉が気化するように前記気化器の下端に設置されたこと
    を特徴とする請求項７記載の液体運送装置。
  9. 【請求項９】 前記気化器の内部圧力は、前記圧力測定
    装置で内部圧力がモニターリングされると、前記圧力ポ
    ンプに連結された前記絞り弁によって圧力が一定に維持
    されるようにすることを特徴とする請求項７記載の液体
    運送装置。
  10. 【請求項１０】 前記噴射手段は、前記銅蒸気がその状
    態のまま維持されるように第３加熱マントルが備えられ
    た銅蒸気流入線と、銅蒸気流入線からの銅蒸気及びキャ
    リヤガスの流量を調節する第２ＭＦＣと、第２ＭＦＣか
    らの銅蒸気及びキャリヤガスを前記反応チャンバに噴射
    する銅蒸気噴射器へ伝達する銅蒸気流出線とからなるこ
    とを特徴とする請求項１記載の液体運送装置。
  11. 【請求項１１】 前記銅蒸気流入線は不完全気化した銅
    副産物が前記反応チャンバに供給されることを防止する
    ために４０乃至７０°の角度で上向きに設置されること
    を特徴とする請求項１０記載の液体運送装置。
  12. 【請求項１２】 前記銅蒸気流出線は、その長さを５乃
    至２０ｃｍ程度にし、その直径を約１／４″にすること
    を特徴とする請求項１０記載の液体運送装置。
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Cited By (9)

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