JP2001153035A - 液体前駆物質を供給する装置と方法 - Google Patents

液体前駆物質を供給する装置と方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は液体前駆物質を半導体処理装置に供
給する方法と装置を提供する。 【解決手段】 液体前駆物質供給装置１０は、供給源１
１と、流入チューブ１２と、二方向弁１３と、ポンプ組
立体１４と、流出チューブ１５と、遮断弁１６と、射流
蒸発器１７とを含んでいる。ポンプ組立体１４は注入器
又は可変容量ポンプの形式でありパルスモーター２７と
リニアエンコーダー３０との組合せにより制御される。
この配置構造は使用されなかった液体前駆物質が供給源
に戻されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体処理反応装置
に液体前駆物質を供給する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような前駆物質の供給に関する様々
な従来技術の良好な論文が米国特許第５，６２０，５２
４号の前文に存在し、読者はこれが参照される。一般に
液体前駆物質は低圧力ではガスであり、この低圧力は典
型的には反応装置に存在する（例えば１トル−１トル＝
水銀柱１ミリメートル＝１／７６０気圧）が、大気圧
（１５トル）では前駆物質は液体状態となる。これは実
際上供給及び測定上の問題を生じ、この問題は多くのこ
れら前駆物質の高度の反応性によってさらに悪化され、
そのため用いられる工業材料の選択を制限するものとな
る。ウェーハ処理に用いられる大概の液体前駆物質供給
装置は次の３つの型のうちの１つである。 １．液体の蒸発とガス質量流制御装置の使用とがある。 ２．液体質量流制御装置。 ３．搬送ガスが“泡立て装置”の中の液体を通過し搬送
ガス泡の中の液体の一部を蒸発させる。
【０００３】ガス質量流測定装置が広く用いられている
が、これら測定装置は液体が質量流測定のため蒸発され
なければならない時に問題が生じる。蒸発された液体の
大きな貯蔵器が必要となり、そのため上昇した温度での
蒸発された液体の存在時間が増大する。有用な前駆物質
である過酸化物にとっては、分解が過酸化物が処理室に
到着する前に始まる。液体質量流制御装置は良好な流れ
制御を得ることができるが、不安定となりやすく、これ
は質量流制御装置に形成される泡によって生じると考え
られまたその理想状態と冷たい液体の冷却時には制御装
置が較正偏差を生じることがある。泡は搬送ガスを必要
としまた蒸発圧力が低くなるほど泡によって蒸気として
取出される液体は少なくなる。したがって、低い蒸気圧
力の液体にとって、高い流量の搬送ガスが必要となり、
これが処理とは相反するものとなる。
【０００４】これらの方法に代わって、米国特許第５，
６２０，５２４号に示される装置と同様な装置が試みら
れ、この装置は狭い穴の流出パイプと組合された容積式
ポンプを具備しているが、またこのポンプと他の部分の
ための適当な材料を選択するのが困難であり、ポンプか
ら低圧室を緩衝するのに必要な狭い穴のパイプの穴の変
動のため流量の変動が生じる。このような装置は、狭い
穴のパイプの流量制限が、ポンプが本質的に単なる加圧
装置であるように作用するため、変化に対し影響されや
すくなる。この方法の結果は図３に“標準”として以下
に述べられている。
【０００５】この装置のより簡単な形式を予め設定され
た又は固定された流量が許される場合に用いることがで
きる。この形式の装置はしたがってポンプの使用に代わ
る液体への周囲の圧力の作用と流れを制御する流量制限
管路とに全体が依存している。この装置は清掃室が大気
圧より僅かに高い圧力の制御された環境にあることを利
用するものである。しかしこの装置は依然としてパイプ
の穴の内径が正確であり多くの場合はそうでないが適合
した材料であることに依存している。したがって特別な
装置の較正が必要となりまた異なったパイプの長さを実
際の穴の直径に応じて用いることが必要となる。この方
法の結果は図３に“固定流”として以下に述べられてい
る。
【０００６】米国特許第５，６２０，５２４号は位相外
れポンプを用いる他の例を記載しているが、これは前駆
物質の種々の特性を知りまた前駆物質の温度と圧力を監
視し所望質量の前駆物質を供給するようにした装置によ
るものである。
【０００７】米国特許第５，０９８，７４１号は液体の
前駆物質をＣＶＤ室に供給するため容積式ポンプを用い
ることを記載しているが、この装置は溶解されたガスの
問題を克服するため可変オリフィスバルブを制御する圧
力計を使用することを必要としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題と課題を解決するための
手段】１つの形態によれば本発明は液体前駆物質を半導
体処理反応装置に供給する装置からなり、該装置は液体
前駆物質の供給源と、液体前駆物質を供給源から流入通
路を介して吸入し流出通路に沿って、（好ましくは圧力
制御及び／又は脈動なしで）既知の容量の液体前駆物質
を反応装置に供給する容積較正された容積式ポンプとを
具備している。反応装置の直前で又は反応装置の内部で
液体前駆物質は例えば射流蒸発器によって蒸発される。
【０００９】本発明装置はさらにポンプを流入通路又は
流出通路に連結する弁を含んでいる。本発明装置はさら
に、ポンプと弁を制御しそれによりポンプが液体を吸引
する制御手段を具備し、反応装置が前駆物質により処理
されないようにすることができる。これに加え又はこれ
に代えて本発明装置はさらにポンプと弁を制御しそれに
よりポンプが供給されなかった前駆物質を供給源に戻す
ようにする制御手段を含むことができる。この特に必要
とされる時にのみ作動されるポンプと組合された時の再
循環は溶解されたガスの存在を著しく減少させる。
【００１０】ポンプはシリンジポンプ（吸込みポンプ）
の形式とすることができる。供給源は液体前駆物質のも
う１つの貯蔵器を含むことができまた好ましくは供給源
は少なくとも２つのびん又は貯蔵器と、一方のびん又は
貯蔵器を他方のびん又は貯蔵器が空になるにつれて流入
通路に自動的に連結する手段とを含むことができる。
【００１１】本発明装置は好ましくはポンプを駆動して
既知の容量を供給するリニアエンコーダー制御のパルス
モータを含んでいる。
【００１２】他の形態によれば本発明は液体前駆物質を
半導体処理反応装置に供給する方法からなり、該方法は １．液体前駆物質を流入通路に沿って液体前駆物質の供
給源から容量較正容積式ポンプに供給し、 ２．既知の容量の液体前駆物質を流出通路に沿って好ま
しくは圧力制御及び／又は脈動なしで反応装置に供給す
る、ことを含んでいる。
【００１３】液体前駆物質は反応装置に到着する直前に
又は反応装置の内部で蒸発される。
【００１４】本発明の方法はさらにポンプを流入通路と
流出通路とに恒久的に連結することを含んでいる。これ
に加え又はこれに代えて、各容量の供給後にポンプは残
りの液体を新しい液体を吸引する前に供給源に戻すこと
ができる。
【００１５】本発明は上記のように規定されてきたが、
本発明は上記した又は以下の記載の特徴の発明的な組合
せを含むことが理解されるべきである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は種々の方法で実施するこ
とができまた特定の実施態様が添付図面を参照して実例
を示すことにより以下に記載される。
【００１７】液体前駆物質供給装置は図１においてその
全体が１０で示されている。装置１０は全体が１１で示
される前駆物質供給源と、流入チューブ１２と、二方向
弁１３と、全体が１４で示されるポンプ組立体と、流出
チューブ１５と、遮断弁１６と、射流蒸発器１７とを含
んでいる。
【００１８】液体前駆物質供給源１１は、温度制御室２
０の内部に収容された一対のびん１８，１９と、２１で
示され各びん１８，１９の中の液体の液面の高さを検出
する液面センサーとを具備している。びん１８，１９は
弁２２に連結されまたそれにより流入チューブ１２に連
結されている。弁２２はびん１８，１９の一方又は他方
をチューブ１２に連結するよう配置されている。
【００１９】ポンプ組立体１４は例えば「リープロダク
ト」によって作られその「ＬＰＶシリーズ」の中にある
ようなシリンジポンプ（吸込みポンプ）又は可変容量ポ
ンプとして一般に知られている型のポンプである。この
ようなポンプはチューブ２５とピストン２６とからなる
注入器２４を有している。ピストンはパルスモーター２
７に連結され一般にピストンの直線運動を検出し注入器
から放出された液体の容量を決定する手段が設けられて
いる。
【００２０】図示の配置構造ではパルスモーター２７は
親ねじ２８を駆動し親ねじ２８はピストン２６の自由端
に連結された送り台２９を直線状に動かす。送り台２９
の直線位置はリニアエンコーダー３０によって検出され
る。送り台２９の位置がリニアエンコーダー３０により
精密に表示されるので、ピストン２６の位置、したがっ
て移動された液体の容量を、非常に厳格にまた精密に設
定された時間にわたって作動されるポンプに依存しない
で、制御することができる。さらにこの全体の配置構造
は液体を高い圧力で放出することができる。
【００２１】ポンプ組立体１４と弁１３，１６及び２２
とは全て制御回路３１の制御のもとにあり、制御回路３
１はリニアエンコーダー３０と液面センサー２１とまた
関連の反応装置からの他の処理情報とに応動する。
【００２２】使用時パルスモーター２７は最初送り台２
９を下側方向に引き、送り台２９はピストンをチューブ
２５の内部で引込み方向に動かす。ポンプ２４を液体供
給源１１に連結するように設定されている弁１３によ
り、液体前駆物質は弁２２の位置に応じてびん１８，１
９の一方又は他方から吸出される。ポンプ２４に液体が
吸込まれると、パルスモーター２７は停止する。弁１３
はついで切換えられシリンジポンプ２４を流出チューブ
１５に連結し、また処理中の正しい時点で、遮断弁１６
が開かれパルスモーターが運動を逆転しピストン２６を
チューブ２５の内部で戻るよう駆動し液体前駆物質が射
流蒸発器１７の中に供給されるようにする。放出された
液体の容量はピストン２６、したがって送り台２９の行
程に直接関係する。放出液の容量は制御回路３１により
リニアエンコーダー３０を介しまた所望の容量が達成さ
れた瞬間に監視され、パルスモーター２７はスイッチが
切られる。したがって非常に精密な容量の液体前駆物質
を高圧力で蒸発器の中に他の装置で生じるような問題を
生じないで供給することのできることが分かるであろ
う。
【００２３】注入器が所要容量より多く充填され供給に
不足が生じないようにするのが好ましい。便利には、し
たがって放出されなかった液体がびん１８，１９に弁１
３、チューブ１２及び弁２３を介して戻されそれにより
液体前駆物質ができる限り最高の条件で保持されるよう
にする。
【００２４】２つのびんを設けることにより一方のびん
が空になった時に切換えられ処理が必要とされていると
きに中断がないようにすることができる。
【００２５】したがってウェーハ又はウェーハの群が反
応室に導入され、精密な容量の液体前駆物質が反応室に
射流蒸発器１７を介して供給されその後にポンプが空に
され次のウェーハ又はウェーハの群に備えて再充填され
ることが予測される。
【００２６】図２は本発明の装置によって達成すること
ができる流速の直線性とそれにより得られる正確な容量
の供給とを示す。
【００２７】図３は反履性蒸着速度の項目において得ら
れた利点を示す。本発明の注入器が過酸化水素装置を用
いることにより従来の供給装置に比較して非常に反履性
の高い蒸着を生み出すことが分かるであろう。
【００２８】本発明の装置は多くの利点を有している。
すなわち、 １．運転の初期に自己注入ができ、またそのため劣化し
た過酸化水素の管路と管路と注入器からの泡とをなくす
る。 ２．注入器は必要時にのみ処理の直前に充填され液体前
駆物質の劣化を回避する。 ３．供給速度は完全にプログラム化できる。 ４．供給速度はリニアエンコーダーにより完全に監視さ
れる。 ５．過剰の液体前駆物質は処理の終期に供給源に戻され
る。 ６．びんの自動交換を介する連続運転が容易に達成でき
る。 これらの利点は適当な条件のもとに保持されない時は劣
化するようになる過酸化水素のような前駆物質に関し特
に注目されるものであった。本発明の供給装置はまた過
酸化水素が毎分１グラム以下に正確であるように非常に
良好に作動する。流速はポンプのチューブとこれに適合
するピストンを単に交換することにより精度の大きな損
失なしに容易に変えることができる。
【００２９】従来の装置とシクロヘキシルジメトキンメ
シルシランを供給するシリンジポンプとを用いる“基板
にフィルムを形成する方法と装置”なる表題の本出願人
の同時係属英国特許出願第０００１１７９．１号に報告
されている実験例は、少なくともある種の前駆物質と処
理に関しては上記のようなシリンジポンプ組立体が用い
られた時にのみ満足な結果が得られることを示してい
る。この開示は本明細書に参照例として合体されてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体前駆物質供給装置の概略図である。
【図２】上記装置からの流速を示すグラフである。
【図３】種々の液体前駆物質供給装置を用いる蒸着速度
の変化を示す他のグラフである。
【符号の説明】
１０…液体前駆物質 １１…前駆物質供給源 １２…流入チューブ １３…二方向弁 １４…ポンプ組立体 １５…流出チューブ １６…遮断弁 １７…射流蒸発器 １８，１９…びん ２０…温度制御室 ２１…液面センサー ２２…弁 ２４…注入器 ２５…チューブ ２６…ピストン ２７…パルスモーター ３０…リニアエンコーダー

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体前駆物質の供給源と、液体前駆物質
    を供給源から流入通路を介して吸入し流出通路に沿って
    既知の容量の液体前駆物質を反応装置に供給する容量較
    正された容積式ポンプとを含んでいる、液体前駆物質を
    半導体処理反応装置に供給する装置。
  2. 【請求項２】 前記ポンプを流入通路又は流出通路に連
    結する弁をさらに含んでいる請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 ポンプと弁を制御する制御手段をさらに
    含み、ポンプが液体前駆物質を吸入ししかも反応装置は
    該前駆物質によって処理されないようにする請求項２に
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 ポンプと弁を制御する制御手段をさらに
    含み、ポンプが供給されなかった前駆物質の一部又は全
    部を供給源に戻すようにする請求項２又は３に記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 ポンプがシリンジポンプである請求項１
    から４のうちの１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 供給源が液体前駆物質のびん又は貯蔵器
    を含んでいる請求項１から５のうちの１項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 供給源が少なくとも２つのびん又は貯蔵
    器と、一方のびん又は貯蔵器を他方のびん又は貯蔵器が
    空になったときに流入通路に自動的に連結する手段とを
    含んでいる請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 液体前駆物質を半導体処理反応装置に供
    給する方法であって、 （ｉ）液体前駆物質を流入通路に沿って、液体前駆物質
    の供給源から容量の較正された容積式ポンプに吸込み、 （ii）流出通路に沿って、既知容量の液体前駆物質を供
    給することを含んでいる液体前駆物質の供給方法。
  9. 【請求項９】 ポンプを流入通路と流出通路とに交互に
    連結することを含む請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 各容量の供給の後にポンプが、残りの
    液体の一部又は全部を新鮮な液体を吸入する前に供給源
    に戻す請求項８又は９に記載の方法。
JP2000288304A 1999-09-25 2000-09-22 液体前駆物質を供給する装置と方法 Pending JP2001153035A (ja)

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GB9922691:2 1999-09-25
GB9922691A GB2354528B (en) 1999-09-25 1999-09-25 Delivery of liquid precursors to semiconductor processing reactors

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