JP2000199066A - 液体運送装置 - Google Patents
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
詳細に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の液体運送装置(バブラー:bubbler)の構成図であ
る。
の液体運送装置(DLI:directliquid injection)の
構成図である。
明の液体運送装置(LDS:liquid delivery system)
の構成図である。
Claims (12)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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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