JP2007162081A - 高圧処理装置及び高圧処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界流体を利用して基板に成膜処理するにあたって、耐圧容器の熱伝導率が小さいことに基づく処理雰囲気の温度安定性の課題を解決し、処理雰囲気の安定化を図って安定して成膜処理を行うことができる高圧処理装置を提供すること。
【解決手段】耐圧容器内にヒータを備えた基板の載置台を設け、前記耐圧容器内において、この載置台から見える部分に耐圧容器の材質よりも熱伝導率の大きい材質例えばアルミニウムや銅などの材質からなる熱的シールド層を積層する。この場合、熱的シールド層内に加熱手段等の温度調整部を設けることが好ましく、また熱的シールド層と耐圧容器の内壁との間に耐圧容器の材質よりも熱伝導率の小さい石英などの断熱層を設けることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板例えば半導体ウエハを超臨界流体及び成膜原料を含む処理流体を用いて処理する高圧処理装置及び高圧処理方法に関する。

半導体デバイスの高集積化に伴い、配線の形成についてもアスペクト比が高い微細なパターンに配線材料を埋め込む技術の開発が進められている。その手法の一つとして、超臨界流体を成膜原料の媒体として用いた微細パターンの成膜方法が提案されている。例えば銅（Ｃｕ）配線を形成するためには、超臨界状態の二酸化炭素にＣｕを含む例えば有機錯体化合物からなるプリカーサ（前駆体化合物）を溶解し、これに還元剤である例えば水素を添加した処理流体を半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面に供給してＣｕの成膜が行われる。

超臨界状態とは、物質の温度・圧力が当該物質固有の値（臨界点）以上となったときに、当該物質が気体と液体との特徴を併せ持つ状態になることをいう。そのため、超臨界状態にある物質を媒体に用いると、液体に近い密度・溶解度を持つことから、気体の媒体に比べてプリカーサの溶解度を高く維持できる一方、気体に近い拡散係数を利用することで、プリカーサを液体の媒体よりも効率よくウエハに輸送することが可能である。そのため、超臨界状態の媒体にプリカーサを溶解した処理流体を用いた成膜では、成膜速度が高く、且つ微細パターンへのカバレッジが良好な成膜を行うことが可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。

図１１は、このような成膜方法を実施するシステムの一例であり、ウエハに処理流体を供給する高圧処理装置１については簡略化して示されている。前記高圧処理装置１はウエハＷを載置するための載置台１０と、この載置台１０の内部に設けられ、ウエハＷを加熱するためのヒータ１１と、前記載置台１０を囲む処理容器１２とを備え、処理容器１２内に超臨界状態の二酸化炭素とプリカーサと添加剤（還元剤）である水素とを含む処理流体を導入することで、ウエハＷの表面にＣｕ膜が成膜される。

このように上記高圧処理装置１では、処理容器１２内に高圧例えば７．４ＭＰａの処理流体を導入することから、処理容器１２は高圧に耐え得る高張力材（高張力が加わっても破断しない材料）、例えばステンレススチール（以下、「ＳＵＳ」という）で形成されている。

ここで処理容器１２に求められる特性について簡単に説明する。先ず、ウエハＷ間の成膜再現性の観点から言うと、処理流体が触れる処理容器１２の内壁温度は、３１℃〜１３０℃、例えば７０℃で一定に保持されることが望ましい。また、ウエハＷ面内の成膜均一性の観点から言えば、処理流体が触れる処理容器１２の内壁の温度は、むらが無く均一であることが望ましく、例えば内壁の温度差が±５℃よりも小さいことが望ましい。このことは、図１２に示すように○印をＣｕ膜の膜厚、■印を処理容器１２の内壁の温度とすると、処理容器１２の内壁の温度が異なるとウエハＷの表面に形成されるＣｕ膜の膜厚も異なるという実験結果によって説明できる。

なお、処理容器１２の内壁の温度は、処理流体の超臨界状態、処理流体に溶解しているプリカーサの状態、処理容器１２内における処理流体の流れ、ウエハＷに与える熱量等を考慮して決定される。

次に、処理容器１２の内壁温度に対する外乱要因としては、主に三項目が挙げられる。第一は、ウエハＷの搬入、搬出に伴う温度変化である。載置台１０にウエハＷが載置されているか否かによって、載置台１０からの輻射熱量が変化するので、この温度変化はそれに伴って処理容器１２の内壁（特に天井部分）が受ける熱量も追随して変化することに起因する。第二は、処理流体の供給、排出に伴う処理雰囲気の温度変化である。これは、高圧処理においては、一般的な減圧ＣＶＤ装置と異なり、供給される処理流体の密度が高く、熱容量が大きいことに起因しており、供給される処理流体の温度と、処理容器１２の内壁温度との差が大きいときに顕著に現れる。第三は、成膜処理の継続に伴う処理容器１２の内壁の反射率変化である。成膜処理を連続して行うことによって、処理容器１２の内壁に、膜が堆積したり、粉が付着したりして、内壁の反射率が変化する。載置台１０の輻射熱量が同じであっても、内壁の反射率が変化した場合には、内壁の温度に差が生じることに起因する。なお、第一及び第二の外乱要因は比較的短周期（例えばウエハＷを１枚処理する毎に）に発生するのに対し、第三の外乱要因は比較的長周期（例えばウエハＷを１００枚処理する毎に）に発生する。

また、処理容器１２がＳＵＳで形成されている場合、ＳＵＳは熱伝導率が小さく（１００℃で１６．５Ｗ／ｍ・Ｋ）、処理雰囲気の温度変化に対応する内壁の温度応答性が悪いことから、内壁の温度にむらが生じやすい。このことが要因になって、処理雰囲気の温度が不安定になり、ウエハＷにおける膜厚について高い成膜均一性が得られにくいという問題がある。

また、処理容器１２の内壁の温度むらは、その内壁に付着する膜や粉の分布にも影響を与えるため、内壁の反射率にもむらが生じることは避けられず、内壁の温度むらがさらに拡大し、悪循環が起るという問題がある。

ここで、処理容器１２において温度制御が必要なのはその内壁であり、外壁まで同じ温度に制御する必要はない。ＳＵＳで形成された処理容器１２は熱容量が非常に大きいため、処理容器１２全体をヒータやチラー等の温度調整手段によって温度制御するには制御能力が相当大きくなくてはならず、電力消費量も多くなるため、運転コストが高くなるという問題もある。

一方特許文献２には、内壁が非金属材料で構成され、被処理基板をその内部に格納する内部チャンバと、前記内部チャンバとの間に所定の隙間領域が形成されるように、前記内部チャンバをその内部に格納し、耐圧材で構成された外部チャンバとを有する２重構造の高圧処理部を備えた高圧処理装置が記載されている。しかしこの装置は、密閉した処理容器に超臨界状態の処理流体を導入した場合に、処理容器内に過大な圧力差が生じて前記処理容器が破壊するのを防止することを目的としており、上述した課題を解決することはできない。

特開２００５−１８７８７９号公報（図１、段落００１８、段落００１９） 特開２００３−７１３９４号公報（図１、段落００６７、段落００６８）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超臨界流体を利用して基板に成膜処理するにあたって、耐圧容器の熱伝導率が小さいことに基づく処理雰囲気の温度安定性の課題を解決し、処理雰囲気温度の安定化を図って安定した成膜処理を行うことができる技術を提供することにある。

本発明は、超臨界流体と成膜原料とを含む処理流体を基板に供給して成膜を行う高圧処理装置において、
基板を載置するための載置部がその中に設けられ、超臨界流体を維持する圧力に耐えることのできる耐圧容器と、
この耐圧容器内に処理流体を供給するための処理流体供給部と、
前記耐圧容器の内側に積層され、当該耐圧容器の材質の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材質からなる熱的シールド層と、を備えたことを特徴とする。前記熱的シールド層は、例えばアルミニウム、銅、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素から選ばれる材料により構成されている。また前記熱的シールド層に温度調整部を設けてもよく、この温度調整部には温度検知手段と、この温度検知手段の検知結果に基づいて温度調整される加熱手段及び冷却手段の少なくとも一方と、が含まれている。

上記高圧処理装置において、前記熱的シールド層と耐圧容器の内壁との間に、耐圧容器の材質の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材質からなる断熱層を設けるように構成してもよいし、前記断熱層と耐圧容器の内壁との間に冷却手段を設けるように構成してもよい。

また上記高圧処理装置において、前記載置部は、加熱手段を備えたステージからなり、熱的シールド層は、前記ステージ、処理流体の導入口及び排出口を除いた耐圧容器の内面を全て覆うように設けるようにしてもよい。また耐圧容器内の側面及び上面により区画される空間に嵌合して設けられると共に載置部に載置される基板に対向する面に処理流体の導入口をなす多数の噴出孔が形成された熱的シールド層を兼用する処理流体供給部を備えた構成であってもよい。

また本発明は、超臨界流体と成膜原料とを含む処理流体を被処理基板に供給して成膜を行う高圧処理方法において、
耐圧容器の内側に積層された、当該耐圧容器の材質の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材質からなる熱的シールド層により囲まれる処理空間に被処理基板を搬入する工程と、
次いで処理空間に処理流体を供給して被処理基板に成膜を行う工程と、を含むことを特徴とする。

上述した高圧処理方法において、さらに熱的シールド層に設けられた温度検出部と温度調整部とにより、熱的シールド層を設定温度に調整する工程を含んでもよい。また耐圧容器内の側面及び上面により区画される空間に嵌合して設けられると共に載置部に載置される被処理基板に対向する面に処理流体の導入口をなす多数の噴出孔が形成された熱的シールド層を兼用する処理流体供給部を用い、前記噴出孔を介して処理流体を被処理基板に供給するようにしてもよい。

本発明によれば、耐圧容器内に熱的シールド層を積層しており、熱的シールド層は高圧維持機能が不要なので、材質についてはＳＵＳのように高張力性である必要はなく、熱伝導率の大きい材質を選択でき、また厚さについても自由に決められる。このため熱的シールド層として耐圧容器の材質よりも熱伝導率の大きい材質例えばアルミニウムや銅などの材質を用いることができるので、耐圧容器の内壁（詳しくは耐圧容器の内壁に積層された部分）に温度むらが生じにくく、処理雰囲気の温度が安定となり、基板における膜厚について高い成膜均一性を得ることができる。また、ヒーターやチラー等の温度調整手段による温度制御対象は、熱的シールド層のみでよく、耐圧容器全体を温度制御する必要は無い。従って、温度調整手段の能力は小さくて済み、電力消費量を少なくでき、運転コストを低く抑えることができる。

以下、本発明に係る高圧処理装置について図１に基づいて説明する。図１中２は耐圧容器であり、この耐圧容器２は、側面及び底面を構成する耐圧枠材２０と、前記耐圧枠材２０の上側開口部を塞ぐ上蓋２１と、被処理基板であるウエハＷを載置するための載置台３とを備えている。前記耐圧枠材２０、上蓋２１及び載置台３は、後述する超臨界状態の処理流体を維持する圧力に耐え得るステンレススチール（以下、「ＳＵＳ」という）からなる。このＳＵＳの熱伝導率は１００℃で１６．５Ｗ／ｍ・Ｋである。またＳＵＳの他に例えば炭素鋼、チタン、ハステロイ（米国へインズインターナショナル社の登録商標）及びインコネル等を用いてもよい。前記耐圧枠材２０の上面と前記上蓋２１の下面とが接触する部分には、耐圧枠材２０側にリング溝２２が形成されており、このリング溝２２内にはＯリング２３が収容され、耐圧枠材２０と上蓋２１との密着性を高めている。また前記耐圧枠材２０及び前記上蓋２１の内部には、図示しないチラーユニットからの冷媒が通流する冷媒流路２４が形成されている。また前記載置台３の下方側には後述するピストンを大気から分離するためのシールプレート４が設けられている。

前記載置台３は前記シールプレート４を貫通したピストンネック５を介してピストン本体５１に連結されている。前記ピストン本体５１の下方側には液圧キャビティ５２が形成されており、この液圧キャビティ５２には図示しない液流体システムが接続されている。液流体システムにより液圧キャビティ５２内に供給する液体の量を調整するようになっている。また前記シールプレート４とピストン本体５１との間には、気圧キャビティ４１が形成されており、この気圧キャビティ４１には図示しない気流体システムが接続されている。気流体システムにより気圧キャビティ４１内に供給する気体の量を調整するようになっている。このようにこの例では、液体キャビティ５２内に供給する液体の量と気圧キャビティ４１内に供給する気体の量とを調整することによって前記ピストン本体５１を昇降するようになっている。即ちピストン本体５１が昇降するのに伴って前記載置台３が昇降することになる。

前記載置台３の中央部分には、キノコ型（縦断面がＴ字状形）の台座３１が設けられており、この台座３１の基端側には空気圧シリンダー３２が接続されている。前記台座３１の表面には図２に示すように表面に吸引孔４２が多数穿設された真空チャック層３７が形成されており、各吸引孔４２は真空ポート３３に連通している。なお、図１では真空チャック層３７は簡略化して記載してある。また、真空吸着に代えて、静電的に吸着させる静電チャックを用いることもできる。また、台座３１に代えて、半導体製造装置でよく用いられるリフタピンによる三点支持方式のウエハ上下機構を用いることも可能である。前記空気圧シリンダー３２は、前記ピストンネック５の中空の中央部分の底部に設けられ、前記空気圧シリンダー３２によって前記台座３１が昇降するようになっている。また図２に示すように前記載置台３の表面部には、加熱手段である抵抗発熱体からなる加熱ヒータ３４が埋設されたヒータステージ３４ａが設けられており、前記加熱ヒータ３４は図示しない電力供給部に接続されている。

前記載置台３の上方側の空間を囲む耐圧容器２の内壁（上面部及び側周面部）には、熱的シールド層６が設けられている。即ち載置台３の上方側の空間においてヒータステージ３４ａ以外の部分が熱的シールド層６により覆われている。具体的には載置台３の上方側の円筒状の空間において、耐圧容器２の内壁上面部には断熱層２５が積層され、この断熱層２５の下面及び耐圧容器２の内壁側周面部を覆い且つヒータステージ３４ａ上に処理雰囲気である成膜処理空間Ｆが形成されるように、上面が塞がれ且つ下面が開口した扁平な筒状体を嵌合して熱的シールド層６が構成される。

前記熱的シールド層６は、耐圧容器２の材質よりも熱伝導率が大きい材質例えばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。アルミニウムは熱伝導率が１００℃で２４０Ｗ／ｍ・Ｋとかなり大きく、好ましい材質であるが、これに限らず銅（Ｃｕ：熱伝導率が３５０〜４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ：熱伝導率が１５０〜２８０Ｗ／ｍ・Ｋ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ：熱伝導率が２００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋ）あるいはこれらの複合物等を用いてもよい。この熱的シールド層６の厚みは、あまり小さいと蓄熱作用が実質得られなくなり、逆に大き過ぎると温度変化に対する応答が鈍くなることから、例えば０．５ｍｍ〜５ｃｍであることが好ましい。そして断熱層２５は耐圧容器２と熱的シールド層６とを熱的に遮断するために用いられるので耐圧容器２よりも熱伝導率の小さい材質、例えば石英（石英ガラス：熱伝導率が１００℃で１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）が用いられる。また石英の他に例えばアルミナセラミック等を用いてもよい。

また図３に示すように前記熱的シールド層６には、渦巻き状に形成された温度調整部をなすシースヒータ６１と温度検知手段である熱電対６２とが埋設されている。図１に示すよう上蓋２１の上面部には、高圧雰囲気と大気雰囲気とを区画するシーリンググランド６３が形成されている。前記シースヒータ６１及び熱電対６２は前記シーリンググランド６３を介して夫々電源部６４及び温度コントローラ６５に接続されており、温度コントローラ６５は熱電対６２の温度検出値に基づいてシースヒータ６１に供給する電力を制御するようになっている。このように熱的シールド層６内にシースヒータ６１と熱電対６２とを設けることによって、熱的シールド層６を加熱制御するように構成されている。なお、熱的シールド層６に設けられる温度調整部としてはシースヒータ６１の他に例えばペルチェ素子等を用いてもよいし、また温度検知部としては熱電対６２の他に例えば測温抵抗体等を用いてもよい。

また前記上蓋２１の下面部と前記耐圧枠材２０の上面部との間にはスペーサ７が介在されている。前記耐圧枠材２０の上面と前記スペーサ７の下面とが接触する部分には、耐圧枠材２０側にリング溝２６が形成されており、このリング溝２６内にはＯリング２７が収容され、耐圧枠材２０とスペーサ７との間の密着性を高めている。また前記スペーサ７の下面と前記載置台３の上面とが接触する部分には、載置台３側にリング溝２８が形成されており、このリング溝２８内にはＯリング２９が収容され、載置台３とスペーサ７との密着性を高めている。

また図１に示すように前記上蓋２１の内部には媒体である超臨界流体と成膜原料とを含む処理流体を上蓋２１と載置台３とで囲まれる成膜処理空間Ｆ内に供給するための供給路７０と、成膜処理空間Ｆ内から処理流体を排出するための排出路７１とが形成されている。前記熱的シールド層６の外縁と上蓋２１との間には供給路７０及び排出路７１に夫々連通する、例えばスリット状の隙間６６ａ及び６６ｂが形成されており、この例では供給路７０を通流してきた処理流体は隙間６６ａを介してウエハＷの一端側から他端側（図１中においては左側から右側）に向かって流れ、隙間６６ｂを介して排出路７１を通って排出されるようになっている。

また前記供給路７０及び排出路７１には、供給管７２及び排出管７３が夫々接続されている。この供給管７２と排出管７３とにより循環路７４が形成される。そして前記循環路７４には、排出管７３側から順に排出バルブＶ１、Ｖ２、循環・加熱・冷却部７５、バルブＶ３が接続されている。

前記排出バルブＶ１とＶ２との間には、分岐管７６が形成されており、前記分岐管７６には、背圧弁Ｖ４及び排出部７７が接続されている。前記排出部７７は、分離回収器、回収バルブ、液体回収部、気体排出部（図示せず）から構成され、さらに必要に応じて真空ポンプ（図示せず）が設けられる。

前記供給管７２には、分岐管７８及び分岐管７９が接続されている。前記分岐管７８には、原料混合・加熱器９４及び導入バルブＶ７が接続されている。前記分岐管７９には、還元剤混合・加熱器９３及び導入バルブＶ１２が接続されている。

前記原料混合・加熱器９４には、バルブＶ８を介してプリカーサ供給部８２が接続される。前記プリカーサ供給部８２は、成膜原料であるＣｕを含む例えば有機錯体化合物からなるプリカーサ（前駆体化合物）、例えばＣｕ^２＋（ｈｆａｃ）2が貯留されている金属原料貯槽９５及び金属原料加圧器９６から構成される。前記還元剤混合・加熱器９３には、バルブＶ１１を介して還元剤供給部８３が接続される。前記還元剤供給部８３は、還元剤である例えば水素（Ｈ2）が貯留されている還元剤貯槽９７からなる。

更に前記還元剤混合・加熱器９３及び前記原料混合・加熱器９４には、上流側から例えば二酸化炭素（ＣＯ2）が貯留されている媒体貯槽１００、供給元バルブＶ５、冷却器８０、加圧器８１が接続されている。前記媒体貯槽１００としては、二酸化炭素ボンベ等を用いることができる。また配管内を流れる媒体例えば二酸化炭素や原料を溶解した二酸化炭素といった処理流体が超臨界状態を維持するための３０℃を超えた温度例えば４０℃に維持されるように、また前記処理流体の温度が大きく変動したりすることのないように、加圧器８１の下流側から排出部７７に至る配管やバルブには、ヒータや保温材等が巻かれ、適宜温度制御が可能なように構成されている。

また前記耐圧枠材２０の側面には、耐圧容器２に対してウエハＷを搬入出するための搬送口３５が形成されている。

次に上述の高圧処理装置において、耐圧容器２内の載置台３の上にウエハＷを載置する動作までを述べる。図４（ａ）に示すように載置台３は閉鎖位置にあり、つまり載置台３とスペーサ７とがＯリング２９を介して密着しており、上蓋２１と載置台３とで囲まれる成膜処理空間Ｆは空の状態にある。先ず図４（ｂ）に示すようにピストン本体５１によって載置台３が積載（ロード）位置に下げられる。しかる後、図４（ｃ）に示すように図示しない搬送アームによって真空雰囲気のロードロック室から被処理基板であるウエハＷを搬送口３５を介して耐圧容器２内に搬入する。

続いて図５（ａ）に示すように台座３１が空気圧シリンダー３２によって駆動され、ウエハＷが上昇させられて図示しない搬送アームから離され、当該搬送アームが耐圧容器２内から外へ引き込められる。ウエハＷが台座３１により上昇させられて搬送アームから離れると、真空チャック層３７によりウエハＷが台座３１に真空吸着にされる。続いて図５（ｂ）に示すように台座３１が空気圧シリンダー３２によって下げられ、載置台３の上にウエハＷが載置される。しかる後、図５（ｃ）に示すように載置台３がピストン本体５１によって上昇させられ、載置台３とスペーサ７とがＯリング２９を介して密着される。

続いて本発明の高圧処理装置を用いた一連の成膜処理について図６を参照しながら述べる。先ず、耐圧容器２内を排出部７７を用いて真空排気する（ステップＳ１）。一方、載置台３内の加熱ヒータ３４は予めオンの状態になっており、載置台３の表面は例えば２００℃〜３５０℃、好ましくは２５０℃〜３００℃の温度に設定されている。また熱的シールド層６に埋設されたシースヒータ６１により当該シースヒータ６１が例えば７０℃に維持されるように温度制御されている。次に供給元バルブＶ５、導入バルブＶ７を開放し、原料混合・加熱器９４を通して所定の温度例えば４０℃まで加熱した媒体（二酸化炭素）を前記耐圧容器２内に導入することにより、耐圧容器２内の圧力を媒体貯槽１００内部の圧力程度まで上昇させる。その後、媒体貯槽１００内部の圧力を超える圧力の二酸化炭素を導入するため、冷却器８０を経て、加圧器８１により加圧した二酸化炭素を前記耐圧容器２に導入する。この場合も原料混合・加熱器９４を通すことで、導入する二酸化炭素は所定の温度を維持しながら、耐圧容器２内を所定の処理圧力、例えば１５ＭＰａまで加圧して、超臨界状態の二酸化炭素（超臨界流体）を得る。この時点で排出バルブＶ１は開放し、背圧弁Ｖ４の圧力制御によって所定の圧力を維持する（ステップＳ２）。

なお、このプロセスは媒体貯槽１００内部の圧力よりも高い圧力の二酸化炭素を耐圧容器２へ導入する例であり、媒体貯槽１００に加圧部が設けられ、処理圧力よりも高い圧力にて二酸化炭素を供給できる場合には、冷却器８０、加圧器８１の代わりに、減圧弁を経て、原料混合・加熱器９４のみを通る経路とすればよい。

金属原料加圧器９６を稼働後、速やかにバルブＶ８を開放し、冷却器８０、加圧器８１を経た所定の圧力の超臨界二酸化炭素に、液体の金属原料を原料混合・加熱器９４で混合する。これにより、所定の温度例えば４０℃の超臨界流体に金属原料を混合した処理流体を生成する。この処理流体は加圧器８１及び金属原料加圧器９６を連続に運転することにより、導入バルブＶ７を通して耐圧容器２に連続的に供給することもできる。ここで、液体の金属原料には、プリカーサであるＣｕ^２＋（ｈｆａｃ）2等をアルコールなどの有機溶媒に溶解したものを用いることができる。

気体の還元剤この例ではＨ2を混合する場合には、所定の圧力例えば０．９ＭＰａに調整された還元剤を、還元剤混合・加熱器９３を通じ、超臨界二酸化炭素に混合させ処理流体を生成する。この処理流体を、導入バルブＶ１２を通して耐圧容器２に供給する（ステップＳ３）。なお、液体の還元剤例えばアルコール類を用いた場合には、液体の金属原料と同様に加圧して混合させて処理流体を生成することも可能である。

そして供給路７０を通流してきた処理流体は、供給側の隙間６６ａを介して成膜処理空間Ｆ内に入り、ウエハＷの一端側から他端側（図１中において左側から右側）に向かって流れ、排出側の隙間６６ｂを介して排出路７１を通って排出される。この処理流体は、バルブＶ２とＶ３を開放し、循環・加熱・冷却部７５により循環し、成膜処理が所定の時間行われる。こうして載置台３に載置されているウエハＷの表面では下記（１）式に示す反応が生じてプリカーサが熱分解することにより、ウエハＷの表面にＣｕ膜が成膜される。

Ｃｕ^２＋（ｈｆａｃ）2＋Ｈ2→Ｃｕ＋２Ｈ（ｈｆａｃ）……（１）
ウエハＷ上にＣｕ膜が形成された後、バルブＶ２、Ｖ３、導入バルブＶ７及び導入バルブＶ１２を閉じて処理流体の供給を停止する。金属原料については、バルブＶ８を閉じると共に、金属原料加圧器９６を停止することにより、処理流体への混合を停止させる。同様に還元剤についても、バルブＶ９、Ｖ１１を閉じて処理媒体への混合を停止させる（ステップＳ４）。

そして、排出バルブＶ１を開放すると共に、設定圧力を下げることで背圧弁Ｖ４を開放状態とし、耐圧容器２内の処理流体を排出部７７により排出する（ステップＳ５）。排出部７７において、二酸化炭素が気体排出部から排出される。また、気体排出部の先に二酸化炭素の分離精製・凝縮器を設けるようにすれば、二酸化炭素を再利用することが可能である。そして上述したように耐圧容器２内の載置台３の上にウエハＷを載置する一連の動作とは逆の動作を行うことによって耐圧容器２から、ウエハＷが図示しない真空雰囲気のロードロック室に搬出される（ステップＳ６）。そして後続のウエハＷに対しても同様にして成膜処理が行われる。

上述の実施の形態によれば、超臨界流体を維持する圧力に耐え得るためにＳＵＳからなる耐圧容器２を用いているが、この耐圧容器２の内側に熱的シールド層６を積層しており、熱的シールド層６は高圧維持機能が不要なので、その材質についてはＳＵＳのように高張力性である必要はなく、熱伝導率の大きい材質を選択でき、また厚さについても自由に決められる。このため熱的シールド層６として耐圧容器２の材質よりも熱伝導率の大きい材質例えばアルミニウムや銅などの材質を用いることができるので、耐圧容器２内の処理流体に接する部分（いわば耐圧容器２の内壁）に温度むらが生じにくく、成膜処理空間Ｆの温度が安定となり、ウエハＷにおける膜厚について高い成膜均一性を得ることができる。また、温度調整手段この例ではシースヒータ６１による温度制御対象は、熱的シールド層６のみでよく、耐圧容器２全体を温度制御する必要は無い。従って、温度調整手段の能力は小さくて済み、電力消費量を少なくでき、運転コストを低く抑えることができる。

続いて本発明の高圧処理装置の他の例について説明する。この例は、図７に示すように上蓋２１の下面部（載置台３の上方側）に断熱層２５を介して密接された熱的シールド層を兼用するシャワーヘッド９０を設けた他は、図１に示す高圧処理装置と同様の構成にある。このシャワーヘッド９０は図７に示すように既述のように載置台３の上方空間に嵌合されている熱的シールド層である点は先の実施の形態と同様であるが、内部に分散空間９が形成されると共に載置台３上のウエハＷに対向する面に分散空間９に連通する多数の噴出孔９１が穿設されている。また耐圧容器２内に形成された供給路７０は分散空間９に接続されている。図８に示すように前記シャワーヘッド９０は、分散空間９を境として上下に２分割され、シャワーヘッド下部部材９２とシャワーヘッド上部部材１０１とで構成されている。シャワーヘッド下部部材９２の上面には、リング溝１０２が形成されており、このリング溝１０２内には図示しないＯリングが収納され、シャワーヘッド上部部材１０１とシャワーヘッド下部部材９２との密着性を高めている。前記シャワーヘッド上部部材１０１内には、シースヒータ６１と熱電対６２とが設けられている。なお、図７において図１に示す高圧処理装置と同じ構成にある部分については便宜上同じ符号を付してある。

この高圧処理装置では、供給路７０を通流してきた処理流体は、分散空間９を介してシャワーヘッド９０の表面部分に穿設された噴出孔９１から下方側に向かって噴出され、隙間６６ｂを介して排出路７１を通って排出されるようになっている。このような構成にすると載置台３に載置されているウエハＷに対して均一に処理流体が供給される。

さらに本発明の高圧処理装置の他の例について説明する。この例では図９に示すように上蓋２１の内部上面部にＳＵＳからなる冷却手段をなすヒートシンク層１０３を設け、このヒートシンク層１０３の下面に断熱層２５を積層する他は、図１に示す高圧処理装置と同様の構成にある。図１０に示すようにこのヒートシンク層１０３には、渦巻き状に形成されたＳＵＳからなる冷媒配管１０４が埋設されており、この冷媒配管１０４は、チラーユニット１０５に接続されている。前記チラーユニット１０５から冷媒配管１０４内にガルデン（伊国ソルベイソレクシス社の登録商標）、フロリナート（米国スリーエム社の登録商標）等の冷媒（温度は例えば４０℃〜９０℃程度）を流すことで、蓄熱された断熱層２５の冷却を図っている。

なお、ヒートシンク層１０３に設けられる冷却手段としては、冷媒配管１０４の代わりにヒートパイプを用いてもよい。このヒートパイプは両端が封止され、金属や金属フェルト等よりなる多孔質体が内壁に貼設された、内部が真空の金属製の管体の中に揮発性の液体（作動流体）が少量封入された構成になっている。ヒートパイプの一端側が加熱されると作動流体が蒸発して他端側へ移動し、その後、多孔質体を通って還流されて熱の輸送が行われることからヒートシンク層１０３に例えば冷却配管のように渦巻き状のヒートパイプを設けるか、あるいは複数の直線状のヒートパイプを平行状に配置するなどの構成とし、その他端側（凝縮部側）をヒートシンク層１０３から外部に引き出して、例えば冷却媒体などで冷却されている冷却プレートなどの冷却部に接触させることで、断熱層２５に蓄熱された熱がヒートパイプを介して冷却部に放熱され、これにより断熱層２５の冷却が行われる。なお、図９において図１に示す高圧処理装置と同じ構成にある部分については便宜上同じ符号を付してある。

このような構成にすれば、熱的シールド層６と耐圧容器２とを熱的に遮断する作用が大きくなるので、成膜処理空間Ｆの温度安定性をより一層高めることができる。

本発明に係る高圧処理装置の一例を示す概略断面図である。 本発明に係る高圧処理装置の構成要素の一部である載置台を示す概略上面図である。 上記高圧処理装置の構成要素の一部を示す概略斜視図である。 上記高圧処理装置を用いて行われる一連の処理を示す作用図である 上記高圧処理装置を用いて行われる一連の処理を示す作用図である 上記高圧処理装置を用いて行われる一連の処理を示すフロー図である。 本発明に係る高圧処理装置の他の例を示す概略断面図である。 上記高圧処理装置の構成要素の一部を示す概略斜視図である。 本発明に係る高圧処理装置の他の例を示す概略断面図である。 上記高圧処理装置の構成要素の一部を示す概略斜視図である。 従来の高圧処理装置を示す説明図である。 処理容器の内壁の温度とウエハの表面に形成されるＣｕ膜の膜厚との関係を示す説明図である。

符号の説明

Ｆ 成膜処理空間
Ｗ ウエハ
２ 耐圧容器
２０ 耐圧枠材
２１ 上蓋
２５ 断熱材
３ 載置台
３１ 台座
４ シールプレート
５１ ピストン本体
６ 熱的シールド層
６１ シースヒータ
６２ 熱電対
７９ ガス供給部
８０ 加熱器
８１ 加圧器
８２ プリカーサ供給部
８３ 還元剤供給部

Claims (11)

1. 超臨界流体と成膜原料とを含む処理流体を基板に供給して成膜を行う高圧処理装置において、
   基板を載置するための載置部がその中に設けられ、超臨界流体を維持する圧力に耐えることのできる耐圧容器と、
   この耐圧容器内に処理流体を供給するための処理流体供給部と、
   前記耐圧容器の内側に積層され、当該耐圧容器の材質の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材質からなる熱的シールド層と、を備えたことを特徴とする高圧処理装置。
2. 前記熱的シールド層は、アルミニウム、銅、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素から選ばれる材料により構成されていることを特徴とする請求項１記載の高圧処理装置。
3. 前記熱的シールド層に温度調整部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の高圧処理装置。
4. 前記温度調整部は、温度検知手段と、この温度検知手段の検知結果に基づいて温度調整される加熱手段及び冷却手段の少なくとも一方と、を含むことを特徴とする請求項３記載の高圧処理装置。
5. 前記熱的シールド層と耐圧容器の内壁との間に、耐圧容器の材質の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材質からなる断熱層を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の高圧処理装置。
6. 断熱層と耐圧容器の内壁との間に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項５記載の高圧処理装置。
7. 前記載置部は、加熱手段を備えたステージからなり、熱的シールド層は、前記ステージ、処理流体の導入口及び排出口を除いた耐圧容器の内面を全て覆うように設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の高圧処理装置。
8. 耐圧容器内の側面及び上面により区画される空間に嵌合して設けられると共に載置部に載置される基板に対向する面に処理流体の導入口をなす噴出孔が形成された熱的シールド層を兼用する処理流体供給部を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の高圧処理装置。
9. 超臨界流体と成膜原料とを含む処理流体を被処理基板に供給して成膜を行う高圧処理方法において、
   耐圧容器の内側に積層された、当該耐圧容器の材質の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材質からなる熱的シールド層により囲まれる処理空間に被処理基板を搬入する工程と、
   次いで処理空間に処理流体を供給して被処理基板に成膜を行う工程と、を含むことを特徴とする高圧処理方法。
10. 熱的シールド層に設けられた温度検出部と温度調整部とにより、熱的シールド層を設定温度に調整する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の高圧処理方法。
11. 耐圧容器内の側面及び上面により区画される空間に嵌合して設けられると共に載置部に載置される被処理基板に対向する面に処理流体の導入口をなす多数の噴出孔が形成された熱的シールド層を兼用する処理流体供給部を用い、前記噴出孔を介して処理流体を被処理基板に供給することを特徴とする請求項８または９記載の高圧処理方法。
    
    
    

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