JP4326285B2 - Reaction chamber and processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、反応室、高温トラップ及び処理装置に関する。 The present invention relates to a reaction chamber, a hot trap, and a processing apparatus.
半導体製造工程は、一般に、ウェハへの酸化、薄膜形成、イオン注入、エッチングなどの工程を含んでおり、この種の操作を繰り返すことによって多層構造の半導体チップが形成される。半導体ウェハに薄膜を形成するには一般にCVD装置、スパッタリング装置等が使用される。CVD装置は、真空又は常圧の反応室に半導体ウェハを置き、所定温度下で薄膜を構成する元素を含む1種又は数種のガスを供給して、化学反応により生じた反応生成物をウェハ表面に堆積させる装置である。 The semiconductor manufacturing process generally includes processes such as oxidation to a wafer, formation of a thin film, ion implantation, and etching, and a semiconductor chip having a multilayer structure is formed by repeating this kind of operation. In order to form a thin film on a semiconductor wafer, a CVD apparatus, a sputtering apparatus or the like is generally used. A CVD apparatus places a semiconductor wafer in a reaction chamber of vacuum or atmospheric pressure, supplies one or several kinds of gas containing elements constituting a thin film at a predetermined temperature, and generates reaction products generated by a chemical reaction. It is a device for depositing on the surface.
CVD装置では、堆積する物質に応じて様々な原料ガスが使用されるが未反応の原料ガス(反応ガス)や反応生成物ガスを排気ポンプ(ドライポンプ)で排気する場合に次のような問題が生じる。即ち、原料ガスや反応生成物ガスなどからなる排気ガスをそのまま排気ポンプに流すと、(主として固体状の)反応副生成物がこびりつくなどして排気ポンプの故障や動作障害をもたらしたり排気系を汚染するなどの問題をもたらす。そこで、CVD装置の反応室と排気ポンプとの間の配管に排気ガス除害装置(トラップ)を設けることが提案されている
トラップには、動作温度により冷却(コールド)トラップと高温トラップに分類することができる。冷却トラップは排気ガスを冷却して排気ガス中の成分を析出して除去するものである。しかし、冷却トラップは、未反応の原料ガスや反応生成物ガスを分解することなくそのまま析出させるために、その析出が不十分だと排気ガスは依然として排気ポンプの故障や動作障害をもたらす高分子量物質をふくむことになる。また、冷却トラップは、液化や固化しやすい排気ガスにしか適用することができないため適用範囲が狭い。
In CVD equipment, various source gases are used depending on the substances to be deposited, but the following problems occur when exhaust gas (reactant gas) and reaction product gas are exhausted with an exhaust pump (dry pump). Occurs. That is, if exhaust gas consisting of raw material gas, reaction product gas, etc. is flowed to the exhaust pump as it is, reaction by-products (mainly in solid form) will stick to the exhaust pump and cause malfunctions and malfunctions. It causes problems such as contamination. Therefore, it has been proposed to provide an exhaust gas abatement device (trap) in the piping between the reaction chamber of the CVD device and the exhaust pump. Traps are classified into cold traps and hot traps according to the operating temperature. be able to. The cooling trap cools the exhaust gas and deposits and removes components in the exhaust gas. However, since the cooling trap deposits unreacted raw material gas and reaction product gas as they are without decomposition, if the precipitation is insufficient, the exhaust gas will still cause exhaust pump failure and operation failure. Will be included. In addition, since the cooling trap can be applied only to exhaust gas that is liable to be liquefied or solidified, its application range is narrow.
そこで、排気ガスを熱分解する高温トラップが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1によれば、排気ガスは高温トラップを通過することにより低分子量となるので排気ポンプの故障や動作障害をもたらさないとしている。また、一般に、冷却トラップは排気ガスの蒸気圧特性に従って冷却トラップの温度以上の全成分をそのままの状態で除去しようとする。しかし、冷却トラップは常時設定された温度を保持しないと一度に再放出され冷却トラップがない場合以上に排気系を汚染し、また、排気系外に接続される高価な除外設備の過大な能力を必要とする。また、冷却トラップに閉じ込めた状態で冷却トラップよりも高い温度の室温で再生又は交換作業を行うと過大な圧力が冷却トラップに発生し爆発の危険が生じる。高温トラップは設定された温度以下で反応する成分は熱分解し高温トラップの温度以下では安定したガス成分のみ高温トラップの温度以下に設定された排気系を通じて排出される。排気系を温度制御する必要はない。高温トラップ内の熱分解で生じた固体成分は高温トラップの構造体へ物理吸着される。高温トラップのメンテナンスは高温トラップよりも低い室温で可能となり有害なガスを発生しないという優れた長所を有している。
Therefore, a high temperature trap for thermally decomposing exhaust gas has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to
このように、高温トラップを排気系の反応室から排気ポンプの間に配置すれば、高温トラップから排気ポンプまでは除害することができるが、従来は反応室内と反応室から高温トラップまでの配管の除害はできなかった。この結果、反応室内と反応室から高温トラップまでの配管に、金属(例えば、銅など)その他の残留物が付着するため保守が大変であった。これに対して、反応室内に高温トラップを設けて未反応ガスを熱分解するCVD装置を提案している(例えば、特許文献2参照。)。 Thus, if the high temperature trap is arranged between the exhaust system reaction chamber and the exhaust pump, the high temperature trap to the exhaust pump can be detoxified. Conventionally, the reaction chamber and the piping from the reaction chamber to the high temperature trap are used. Could not be removed. As a result, metal (for example, copper) and other residues adhere to the reaction chamber and the piping from the reaction chamber to the high-temperature trap, which makes maintenance difficult. In contrast, a CVD apparatus has been proposed in which a high temperature trap is provided in a reaction chamber to thermally decompose unreacted gas (see, for example, Patent Document 2).
CVD装置に関するその他の従来技術としては、例えば、特許文献3及び4がある。
特許文献2は高温トラップを反応室の下方に配置し、被処理体である半導体ウェハと反応ガスが反応する処理空間と高温トラップが排気ガスを除害する除害空間とは同一空間であった。そして、特許文献2は、高温トラップが「未反応ガスの多くを熱分解するので、上昇気流による影響を少なくすることができ、均一なエピタキシャル成長層が形成される」と説明している。
In
しかし、トラップと排気ガスが反応した際に生じる気体状生成物が通常略一定の圧力に制御される処理空間に流入すると処理のための反応ガスの分圧が下がり、成膜処理速度が低下する。また、使用される反応ガスによっては、単なる分圧の低下により処理速度が低下するだけでなく、気体状生成物が積極的に処理反応を阻害する場合もある。例えば、反応ガスとしてCu(hfac)TMVSが使用された場合について考えてみる(Cu(hfac)ATMSも同様)。 However, if the gaseous product generated when the trap reacts with the exhaust gas flows into the processing space, which is usually controlled at a substantially constant pressure, the partial pressure of the reactive gas for processing decreases and the film forming processing speed decreases. . In addition, depending on the reaction gas used, not only the processing speed decreases due to a mere decrease in partial pressure, but the gaseous product may actively inhibit the processing reaction. For example, consider the case where Cu (hfac) TMVS is used as a reaction gas (the same applies to Cu (hfac) ATMS).
Cu(hfac)TMVS→Cu(hfac)(吸着)+TMVS 1)
2Cu(hfac)(吸着)→Cu+Cu(hfac)2 2)
Cu(hfac)2+H2→Cu+2H(hfac) 3)
2H(hfac)→H2+2hfac 4)
Cu(hfac)(吸着)+hfac→Cu(hfac)2 5)
300℃以上の高温トラップでは、上記1)乃至3)の反応により3種類の気体(即ち、TMVS、Cu(hfac)2及びH(hfac))が生成される。逆流したTMVSはウェハW上で、Cu成膜のための1)の反応の進行を抑制する。逆流したH(hfac)はウェハ上で、4)、5)の反応を進行させ、2)の反応によるCu成膜を減少させることになる。なお、3)の反応は150℃乃至230℃に設定されるウェハ上では進行しない。このように、従来技術においては、未反応ガスを熱分解した際に生じる生成物に逆拡散を防止する機構を施していないため、高温トラップを反応室内に配置した場合には被処理体を処理するための反応速度が低下するという問題があった。
Cu (hfac) TMVS → Cu (hfac) (adsorption) + TMVS 1)
2Cu (hfac) (adsorption) → Cu + Cu (hfac) 2 2)
Cu (hfac) 2 + H 2 → Cu + 2H (hfac) 3)
2H (hfac) → H 2 + 2hfac Four)
Cu (hfac) (adsorption) + hfac → Cu (hfac) 2 5)
In a high-temperature trap at 300 ° C. or higher, three types of gases (ie, TMVS, Cu (hfac) 2 and H (hfac)) are generated by the reactions 1) to 3). The reversely flowing TMVS suppresses the progress of the reaction 1) for Cu film formation on the wafer W. The backflowed H (hfac) advances the reactions 4) and 5) on the wafer and reduces the Cu film formation due to the reaction 2). Note that the reaction 3) does not proceed on a wafer set at 150 ° C. to 230 ° C. As described above, in the prior art, since a mechanism for preventing back diffusion is not applied to the product generated when pyrolyzing the unreacted gas, the object to be processed is processed when a high temperature trap is arranged in the reaction chamber. There was a problem that the reaction rate for the reduction was reduced.
また、特許文献2に示された装置では、処理空間と除害空間が一体となった空間の外部に設けられたRFコイルにより、被処理体が載置されるウェハサセプタと高温トラップとを同時に誘導加熱している。このような従来技術では、被処理体の温度(例えば、150℃乃至230℃)よりも高く設定される高温トラップの温度(例えば300℃以上)を実現するのが困難であった。
Further, in the apparatus disclosed in
また、従来技術においては、排気ガスの移動速度によっては、反応室に後段に接続される排気系に十分に分解されていない排気ガスが大量に移動してしまうおそれがあった。 Further, in the prior art, depending on the moving speed of the exhaust gas, there is a possibility that a large amount of exhaust gas that is not sufficiently decomposed into the exhaust system connected to the reaction chamber in the subsequent stage may move.
そこで、このような課題を解決する新規かつ有用な反応室及び処理装置を提供することを本発明の概括的目的とする。 Accordingly, the general object of the present invention to provide a novel and useful reaction Shitsu及 beauty treatment apparatus to solve such problems.
請求項1記載の反応室は、反応ガスが供給されるガス導入部と、被処理体を支持可能な支持部と、高温トラップを支持可能なトラップ支持部と、前記反応ガスを反応させて前記被処理体を処理する処理空間と前記高温トラップが配置されるトラップ空間とを分離すると共に、前記トラップ空間から前記処理空間への気体の逆流を防止することができる逆流抑制装置とを有する。
The reaction chamber according to
請求項2記載の反応室は、請求項1記載の反応室において、前記逆流抑制装置は、複数の排気孔を有する中空円筒板形状のシールドリングである。
請求項3記載の反応室は、請求項2記載の反応室において、前記複数の排気孔は、0.5乃至1mmの径を有する。
請求項4記載の反応室は、請求項1記載の反応室において、前記高温トラップから排出される排出ガスが導入されるポストトラップ空間を更に有する。
The reaction chamber of
The reaction chamber according to
A reaction chamber according to a fourth aspect of the present invention further includes a post trap space into which the exhaust gas discharged from the high temperature trap is introduced.
請求項5記載の反応室は、請求項1記載の反応室において、前記トラップ支持部は減圧環境にあり、前記トラップ支持部に配置され、前記高温トラップを前記被処理体とは独立して加熱可能なヒータと、前記減圧環境を維持しつつ前記ヒータに電力を供給する電力供給装置とを更に有する。
The reaction chamber according to claim 5 is the reaction chamber according to
請求項6記載の反応室は、請求項1記載の反応室において、前記高温トラップは、前記被処理体を通過した反応ガスを含む排気ガスが供給される導入部と、前記排気ガスを加熱して除害するために当該排気ガスに接触可能な導電性除害部と、前記導電性除害部を経た前記排気ガスを排出する排出部とを有する。
請求項7記載の反応室は、請求項6記載の反応室において、前記導電性除害部は、通電される。
請求項8記載の反応室は、請求項6記載の反応室において、前記導電性除害部は、メッシュ状である。
A reaction chamber according to a sixth aspect is the reaction chamber according to the first aspect, wherein the high temperature trap heats the exhaust gas and an introduction portion to which an exhaust gas containing a reaction gas that has passed through the workpiece is supplied. A conductive abatement part that can contact the exhaust gas and a discharge part that discharges the exhaust gas that has passed through the conductive abatement part.
The reaction chamber according to claim 7 is the reaction chamber according to claim 6, wherein the conductive abatement part is energized.
The reaction chamber according to claim 8 is the reaction chamber according to claim 6, wherein the conductive abatement part is mesh-shaped.
請求項9記載の処理装置は、請求項1乃至8のいずれか1項記載の反応室と、前記ガス導入部に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、前記高温トラップを通過した前記反応ガスを排気する排気装置とを有する。
The processing apparatus according to claim 9 is the reaction chamber according to any one of
請求項10記載の処理装置は、請求項9記載の処理装置において、前記反応ガス供給装置は、前記反応ガスを運ぶことができる金属ベースの第1及び第2の配管と、当該第1及び第2の配管を接続する接続装置と、前記第1及び第2の配管の接合面に設けられた絶縁物とを更に有する。 A processing apparatus according to a tenth aspect is the processing apparatus according to the ninth aspect , wherein the reaction gas supply device includes first and second metal-based pipes that can carry the reaction gas, and the first and second pipes. A connecting device for connecting the two pipes, and an insulator provided on the joint surface of the first and second pipes.
請求項11記載の処理装置は、請求項10記載の処理装置において、前記反応ガス供給装置に接続されて、前記反応ガス供給装置から供給される反応ガスを運ぶキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、前記第1及び第2の配管に接続されて、当該第1及び第2の配管の接合部から前記キャリアガスが漏れることを防止するシール部材とを更に有する。 Processing apparatus according to claim 11, wherein, in the processing apparatus according to claim 10, wherein the reaction is connected to a gas supply apparatus, the carrier gas supply device for supplying a carrier gas carrying the reactant gas supplied from the reaction gas supply device And a seal member that is connected to the first and second pipes and prevents the carrier gas from leaking from a joint portion of the first and second pipes.
請求項12記載の処理装置は、請求項11記載の処理装置において、前記第1及び第2の配管の各々の接合面が、前記絶縁物が設けられた内側部と、金属面である外側部とを有し、前記シール部材が、前記第1の配管の接合面の前記外側部と前記第2の配管の接合面の前記外側部との間に配置された金属製のシール部材である。 A processing apparatus according to a twelfth aspect is the processing apparatus according to the eleventh aspect, wherein the joining surfaces of the first and second pipes are an inner portion where the insulator is provided and an outer portion where the insulator is provided The seal member is a metal seal member disposed between the outer portion of the joint surface of the first pipe and the outer portion of the joint surface of the second pipe.
請求項13記載の処理装置は、請求項9記載の処理装置において、前記反応ガスを運ぶことができる第1及び第2の配管と、当該第1及び第2の配管を接続する接続装置と、前記第1の配管の接合面と前記第2の配管の接合面との間に配置された、絶縁性の表面を有するシール部材とを有する。 The processing apparatus according to claim 13 is the processing apparatus according to claim 9 , wherein the first and second pipes that can carry the reaction gas, and the connection apparatus that connects the first and second pipes; A sealing member having an insulating surface, which is disposed between a joint surface of the first pipe and a joint surface of the second pipe.
請求項1乃至4に記載された反応室によれば、逆流抑制装置が、高温トラップにおける反応により生成したガスがトラップ空間から処理空間に逆流することを防止することができる。 According to the reaction chamber of the first to fourth aspects , the backflow suppression device can prevent the gas generated by the reaction in the high temperature trap from flowing back from the trap space to the processing space.
請求項5に記載された反応室によれば、請求項1の効果に加えて、電力供給装置は、反応室内の減圧環境を破壊することなくヒータに電力を供給することができる。また、ヒータは高温トラップを被処理体とは独立に直接加熱することができるので、被処理体よりも高い温度設定を容易に、かつ効率良く実現することができる。 According to the reaction chamber of the fifth aspect , in addition to the effect of the first aspect, the power supply device can supply electric power to the heater without destroying the reduced pressure environment in the reaction chamber. Further, since the heater can directly heat the high temperature trap independently of the object to be processed, a temperature setting higher than that of the object to be processed can be realized easily and efficiently.
請求項6乃至8に記載された反応室によれば、請求項1の効果に加えて、高温トラップが有する導電性除害部は加熱による熱分解により排気ガスを分解するとともにその導電性からガス間の電子移動を促進して分解速度を向上することができる。これにより、高温トラップは、高い分解速度を有するため、反応室の後段に接続される排気系に十分に分解されない排気ガスが大量に移動してしまうことを防止することができる。
According to the reaction chamber described in claims 6 to 8 , in addition to the effect of
請求項9に記載された処理装置によれば、請求項1乃至8と同様の効果を有する反応室を有する処理装置を提供することができる。 According to the processing apparatus of the ninth aspect , it is possible to provide a processing apparatus having a reaction chamber having the same effect as that of the first to eighth aspects .
請求項9に従属する請求項10に記載された処理装置によれば、請求項9の効果に加えて、接合面に設けられた絶縁物は反応ガスが配管の接合面において配管の金属を介して電子移動を行うことを防止する。これにより、配管の接合面における反応ガスの反応に起因する反応ガスの消費を防止して、所期の量の反応ガスを反応室に供給することができる。 According to Processing equipment according to claim 10 dependent on claim 9, in addition to the effect of claim 9, the insulation material provided on the joint surface of the metal pipe at the joint surface of the reaction gas piping To prevent the electron from moving through. Thereby, consumption of the reaction gas resulting from the reaction of the reaction gas at the joint surface of the pipe can be prevented, and a desired amount of the reaction gas can be supplied to the reaction chamber.
請求項10に従属する請求項11又は請求項12に記載された処理装置によれば、請求項10の効果に加えて、シール部材がキャリアガスの濃度が減少することを防止することにより、反応ガスの移動速度を変えることなく所期の量の反応ガスを反応室に供給することができる。 According to the processing apparatus according to claim 11 or claim 12 dependent on claim 10, in addition to the effect of claim 10, since the seal member can be prevented from concentration of the carrier gas is reduced, the reaction A desired amount of reaction gas can be supplied to the reaction chamber without changing the gas moving speed.
請求項9に従属する請求項13に記載された処理装置によれば、請求項9の効果に加えて、シール部材の表面が絶縁性であることによって反応ガスが反応することによる反応ガスの消費を防止して所期の量の反応ガスを反応室に供給することができる。
According to the processing apparatus according to claim 13 dependent on claim 9, in addition to the effect of claim 9, the consumption of the reaction gas due to the reaction gas reacts by the surface of the seal member is insulative The desired amount of reaction gas can be supplied to the reaction chamber.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る反応室、高温トラップ及び処理装置の一実施例を説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。図1は、本発明の処理装置の一態様としての例示的な成膜装置100のブロック図である(排気装置を除く)。図2は、図1に示す成膜装置100に適用可能な例示的な反応室200の概略断面図である。また、図3は、図2に示す反応室200の一部拡大断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a reaction chamber, a high temperature trap, and a processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same members. FIG. 1 is a block diagram of an exemplary
以下、本実施例では成膜装置100が反応ガスの例としてCu(hfac)TMVSを使用する場合について説明するが、本発明の適用可能な反応ガスはCu(hfac)TMVSに限定されるものではない。例えば、本発明は金属(例えば、銅)のβ−ジケトン錯体に適用できる。例えば、銅のβ−ジケトン錯体は、Cu(hfac)ATMS、[トリメチルビニリシリル]へキサフルオロアセチルアセトン酸塩銅、[3−ヘキチン]へキサフルオロアセチルアセトン酸塩銅、[2−ブチン]へキサフルオロアセチルアセトン酸塩銅、[トリメチルフォスフィン]へキサフルオロアセチルアセトン酸塩銅を含んでいる。
Hereinafter, in this embodiment, the case where the
図1に示すように、成膜装置100は、貯留槽108と、流量計110と、気化器140と、反応室200とを有しており、Cu(hfac)TMVS(常温常圧で液体である有機金属化合物)を減圧気化させて得たガスを使用している。
As shown in FIG. 1, the
貯留槽108は、図1中、符号「L」が付されている液体状態のCu(hfac)TMVS(液体原料)を貯蔵している。貯留槽108は、バルブ118を有するノズル117と、バルブ120を有するノズル119に接続されている。ノズル117の下端はCu(hfac)TMVSの液面上方に配置され、ノズル119の下端は液中に配置されている。ノズル117の上端に配置された口金115には加圧用気体としてのヘリウム(He)ガスを供給するHeガス源104が通路105を介して接続されている。Heガスは、例えば、0.5kg/cm2程度に圧力調整されており、貯留槽108に導入されることによってCu(hfac)TMVSの液面を加圧することができる。また、通路105にはHeガスの給排を制御するバルブ112が設けられている。
The
ノズル119上端に配置された口金121は、気化器140(の液体導入口140Aと)通路123により接続されている。図1に示すように、通路123にはバルブ122及び126が取り付けられ、成膜装置100の保守時その他の必要時に閉じられる。
A base 121 disposed at the upper end of the
流量計110は、貯留槽108から気化器140に供給されるCu(hfac)TMVSの質量流量を検出することができる。図1では、貯留槽108と気化器140の間に流量計110が設けられているが、流量計110は気化器140と一体であってもよい。選択的に、流量計110を流量制御バルブの役割を果たすことができる流量制御装置に置換して、気化器140をかかる機能を有しない通常の気化器に置換してもよい。本実施例の成膜装置100に適用可能な気化器140の構造は限定されない。
The
気化器140は、液体状態のCu(hfac)TMVSを受け取る液体導入部140Aと、通常は気化状態であるCu(hfac)TMVSを排出する蒸気出部140Bと、Cu(hfac)TMVSの減圧気化を促進するために導入されるキャリアガスを受け取るガス導入部140Cとを有している。気化器140は、流量制御されたCu(hfac)TMVSの減圧気化時に生じた吸熱を補うことができる加熱部を含んでいる。上述したように、液体導入部140Aは通路123を介して貯留槽108に接続されている。出口部140Bは通路(配管)135を介して(あるいは選択的に直接に)後述する反応室200(のシャワーヘッド210)に接続されている。ガス導入部140Cは通路103を介してキャリアガス源102に接続されている。本実施例では、例示的に、キャリアガスは圧力が0.5kg/cm2程度の流量制御された60℃乃至70℃の温度を有するHe又はH2ガスである。なお、気化器140はキャリアガス源102によって加圧されてもよいし減圧状態に保たれていてもよい。なお、通路103には保守時又は必要時にキャリアガスを遮断するのに使用されるバルブ130が設けられている。
The
気化器140は、図示しない流量制御バルブと蒸気バルブを含んでいる。流量制御バルブは、流量計110の検出結果に従って図示しないコントローラがその開閉を制御する。例えば、かかるコントローラは、バルブ孔を流れる液体状態のCu(hfac)TMVSの質量流量が、例えば、毎秒0.1乃至1mlとなるように、流量制御バルブを制御することができる。蒸気バルブはバルブ本体に上下運動可能に取り付けられており、キャリアガスの流量を制御する。従って、流量制御バルブ及び蒸気バルブの位置を制御することにより液体材料が流速の速いキャリアガスにより反応室200に向かって流れて行く。
The
気化器140から反応室200までの配管135においてキャリアガスが混合された液体材料をCu(hfac)TMVSが固体にならないようにヒータ155が配管135を適当な温度制御の下で加熱する。好ましくは、液体状態のCu(hfac)TMVSは気化器140によって気体状態にされた後反応室200に到達するまでの領域において、Cu(hfac)TMVSが蒸発温度より高いが反応室200までは分解反応を生じない範囲の温度で反応室200に安定して運ばれるように多段階の温度制御をされる。気体状態のCu(hfac)TMVSは温度が低いと再液化し、以下のように分解反応を生じて固体生成物が堆積してしまうので注意する必要がある。
The
2Cu(hfac)TMVS→Cu+Cu(hfac)2+2TMVS
なお、気化器と反応室が直結される場合には有機金属化合物が移送される距離は短いので所定の範囲の温度は変化する場合があることが理解されるだろう。
2Cu (hfac) TMVS → Cu + Cu (hfac) 2 + 2TMVS
It should be understood that when the vaporizer and the reaction chamber are directly connected, the distance in which the organometallic compound is transferred is short, so that the temperature within a predetermined range may change.
気化されて温度制御されたCu(hfac)TMVSは、ごく短い時間で効率的に反応室200のシャワーヘッド210に運ばれる。反応室200は被処理体に成膜処理を施す部位であり、例えば、半導体ウェハWに成膜処理を施すCVD装置として構成される。反応室200を真空処理室として構成すれば真空ポンプを設けた真空排気系がこれに接続され、常圧処理室として構成すれば単なる排気系が接続される。なお、配管135には、後述する保守時又は残留液体排出時等に気化器140を孤立させるためのバルブ134が設けられている。
The vaporized and temperature-controlled Cu (hfac) TMVS is efficiently transported to the
各配管の内部は、例えばフッ化処理又はフッ化樹脂処理による表面処理がなされている(即ち、コーティング層を有する)ことが好ましい。表面処理の目的の一つは配管内面を絶縁性にすることによって配管内面を通じた電子の移動を防止するためである。一般に各配管は金属ベースであり、SUS(ステンレススチール)などの金属から構成されているので配管とフッ素樹脂などの接合性を高めるために樹脂系バインダを使用することができる。 The inside of each pipe is preferably subjected to surface treatment (for example, having a coating layer) by, for example, fluorination treatment or fluororesin treatment. One purpose of the surface treatment is to prevent the movement of electrons through the inner surface of the pipe by making the inner surface of the pipe insulative. Generally, each pipe is a metal base and is made of a metal such as SUS (stainless steel). Therefore, a resin-based binder can be used to improve the bonding property between the pipe and the fluororesin.
コーティング層を有しない従来の配管についてより詳しく説明する。反応ガスとしてのCu(hfac)TMVSは、配管金属に接触すると以下の反応1)を生じ、その結果、Cu(hfac)が金属配管内面に吸着する。 The conventional piping having no coating layer will be described in more detail. Cu (hfac) TMVS as a reaction gas causes the following reaction 1) when it contacts the pipe metal, and as a result, Cu (hfac) is adsorbed on the inner surface of the metal pipe.
Cu(hfac)TMVS→Cu(hfac)(吸着)+TMVS 1)
このTMVSは、後述するように、半導体ウェハWの成膜処理に悪影響を及ぼす。また、吸着したCu(hfac)は、以下の反応2)を生じ、配管内にCuが析出すると共に反応室200においてはウェハWの成膜処理には使用されないCu(hfac)2を生成することになる。Cuの析出により配管は詰まり、その断面積は小さくなるから、流量制御良く反応ガスを反応室200に供給することが困難になる。また、反応ガスが配管で消費されることにより所期の成膜処理に必要な十分な量の反応ガスを反応室200に供給することができなくなる。
Cu (hfac) TMVS → Cu (hfac) (adsorption) + TMVS 1)
This TMVS adversely affects the film forming process of the semiconductor wafer W, as will be described later. Further, the adsorbed Cu (hfac) generates the following reaction 2), and Cu is deposited in the piping, and in the
2Cu(hfac)(吸着)→Cu+Cu(hfac)2 2)
上記2)の分解反応は、吸着している2つのCu(hfac)間で電子が移動することにより生じるため、電子の移動を防止する表面処理を配管内面に施すことが好ましい。
2Cu (hfac) (adsorption) → Cu + Cu (hfac) 2 2)
Since the decomposition reaction of 2) occurs when electrons move between two adsorbed Cu (hfac), it is preferable to perform a surface treatment for preventing the movement of electrons on the inner surface of the pipe.
ここで、配管内面を金属弗化物や金属酸化物でコーティングする方法が考えられるが、金属を包含するためにあまり好ましくない。より詳しくは、例えば、金属弗化物や金属酸化物を使用すると金属M(例えば、Al、Fe、Ti及びCu等)とCu(hfac)TMVSとが反応して、M(hfac)x(xはAl、Fe、Tiであれば3、Cuであれば2など)を形成してしまう。これにより、M(hfac)2--が形成されてコーティング層がエッチングされて破壊されてしまうことが理解されるであろう。 Here, a method of coating the inner surface of the pipe with a metal fluoride or a metal oxide can be considered, but it is not preferable because it includes a metal. More specifically, for example, when metal fluoride or metal oxide is used, metal M (for example, Al, Fe, Ti, Cu, etc.) reacts with Cu (hfac) TMVS, and M (hfac) x (x is 3 for Al, Fe, Ti, 2 for Cu, etc.). It will be understood that this forms M (hfac) 2 − and etches and destroys the coating layer.
そこで、例えば、樹脂系フッ化物(例えば、PTFEやPCTFEなど)を利用することが好ましい。なお、フッ素樹脂処理はHeを透過するので後述するように配管の接合部をフッ素樹脂でコーティングすればキャリアガスとしてのHe抜けを招く恐れがあることに注意しなければならない。なぜなら、キャリアガスが抜けることによりCu(hfac)TMVSの移動速度が減少し、所期の量のCu(hfac)TMVSを反応室200に供給することができなくなるし、また、成膜装置100の外部にHeガスが流出するのは好ましくないからである。
Therefore, for example, it is preferable to use a resin fluoride (for example, PTFE, PCTFE, etc.). In addition, since fluororesin treatment permeates He, it should be noted that if the joint portion of the pipe is coated with fluororesin as described later, He may be lost as a carrier gas. This is because the movement speed of Cu (hfac) TMVS decreases due to the escape of the carrier gas, and the desired amount of Cu (hfac) TMVS cannot be supplied to the
表面処理は、図1の参照番号131で示すような接合部においても重要である。例えば、図5に2つの配管510及び512をシールして接合する典型例としてのクランプシール方法を示す。図5においては、一対のクランプ500を相互に接触する方向に加圧することによって一対のフランジ502をクランプ500と共に移動させ、メタルガスケット(又はオーリング)504を潰してシールを行う。しかし、配管510及び512の各々の内面が表面処理されたライナー(即ち、絶縁コーティング層)520を有しても、接合面530及び532において配管510及び512(そしてフランジ502)の金属面が反応ガスにさらされれば上述した問題を生じる。また、アルミニウム、ニッケル又はメッキ表面処理を施されているメタルガスケット504もその表面で同様の問題を生じる。
Surface treatment is also important at the joint as indicated by
そこで、本発明者等は、図6に概略的に示すように、ライナー522を接合部に形成すると共にメタルガスケット504の代わりにフッ素系ゴムからなるシール材505を使用することによりかかる問題を解決することができることを発見した。フッ素系ゴムからなるシール材505は、例えば、デュポン製バイトンオーリングやカルレッツなど商業的に入手可能なものを使用することができる。(フッ素系ゴム)シール材505はその大きさを大きくとればうまく潰れてシールを達成することが理解されるであろう。更に、概略的に図7に示すように、接合部からのHe漏れを防止するメタルシール材540を選択的に設けてもよい。また、図7によれば配管510の接合面530と配管512の接合面532が、それぞれライナー522に覆われている内側の部分及びその内側の部分の周囲に位置し、ライナー552に覆われていない外側の部分を有している。接合面530では、ライナー522に覆われている内側の面550及び覆われていない外側の面570とを有し、接合面532では522に覆われている内側の面552及び覆われていない外側の面572とを有している。フッ素系ゴムからなる内側シール材505は、接合面530及び接合面532を覆うライナー522の間であって、即ち上記面550及び面552との間に設置されている。また、金属製の外側シール材540は、上記面570及び面572との間に配置されている。よって、クランプ500を稼動させ、接合面530及び接合面532とを接近させると、かかる接合面530及び接合面532とに挟まれた内側シール材505及び外側シール材540をつぶして配管510及び配管512とをシールする。図7に示すような樹脂シールとメタルシールの組合せをNW継ぎ手に適用すれば図8に示すようになるし、VCR継ぎ手に適用すれば図9に示すようになるだろう。図8及び図9においては、メタルシール材540a及び540bとフッ素系ゴムからなる内側シール材505a及び505bが協同してシールしている。この時、図8及び図9では、参照番号はアルファベットのない参照番号に対応する部材と同様な機能を有する部材を示しているので、ここでは詳しく説明しない。よって図8の構成部材で説明すると、メタルシール材540aは、ライナー522aで覆われていない部分、即ち面570a及び面572aから挟まれる構造を有している。そのため、シール材540aは配管510aと配管512aとの金属面に直接挟まれてシールする状態となる。なお、図9では配管510b及び配管512bとに設けられている突起によって、シール材540bは加圧され、シールされることを示している。更に、ライナー520bはフッ素樹脂には限定されないことが理解されるだろう。
Therefore, the inventors have solved this problem by forming a
以下、図2乃至図4を参照して、図1に示す反応室200の具体的構成例について説明する。なお、図4は、図2において、半導体ウェハW、サセプタ240及びシールドリング250の関係を説明するための平面図である。また、図2及び図3において矢印はガス(即ち、反応ガスと排気ガス)の流路を示している。反応室200は、シャワーヘッド210とハウジング220とを有している。
Hereinafter, a specific configuration example of the
シャワーヘッド210は、配管135に接続されて反応ガス(即ち、Cu(hfac)TMVS)が配管135から供給される導入部212と反応ガスを処理空間S1に所定の均一な密度で供給する供給部214と、チャンバヒータ234が取り付けられる上部216とを有している。チャンバヒータ234によりシャワーヘッド210は反応ガスの気体状態を維持する程度に加熱される。
The
ハウジング220はシャワーヘッド210が取り付けられるヘッド取付部221と、後述する圧力調整バルブ(コンダクタンスバルブ)290が取り付けられるバルブ取付部222と、後述するフィードスルー280が取り付けられる下部223と、チャンバヒータ230及び232が取り付けられる側部224及び上部225と、後述するシールドリング250の端部を支持するリング支持部226とを有している。リング支持部226は断面がほぼL字状の段差として構成されているが支持方法は問わないことはいうまでもない。例えば、シールドリング250の一部を切欠いたりすることも可能である。
The
チャンバヒータ230乃至234は、抵抗加熱式ヒータや放射加熱式ヒータなどを含む当業界で周知のいかなるヒータも適用することができる。例えば、抵抗加熱式ヒータとしては坂口E.H.VOC社のシリコンゴムヒータSSH−16やシースヒータを利用することができる。また、放射加熱式ヒータとしては、遠赤外線セラミックヒータを利用することができる。
As the
反応室200の内部は、処理空間S1と排気空間S2に後述するシールドリング250により分割されている。処理空間S1は、主として、シャワーヘッド210から導入された反応ガスを反応させて半導体ウェハWを処理する空間である。排気空間S2は、主として、半導体ウェハWを反応又は未反応で通過した反応ガスが排気される空間である。排気空間S2は、排気ガスを除害するための後述する高温トラップ260が配置されるトラップ空間S3と高温トラップ260から排出された排気ガスが導入されるポストトラップ空間S4とを含んでいる。処理空間S1と排気空間S2とは以下に説明されるように圧力、温度などの環境が異なる。排気空間S2において、トラップ空間S3とポストトラップ空間S4の環境は同一であるが異なってもよい。
The interior of the
処理空間S1は、シャワーヘッド210の供給部214と、ハウジング220の上部225と、ウェハWを支持すると共に170℃程度にウェハ基板を加熱するサセプタ240と、シールドリング250とによって画定されている。サセプタ240は、ウェハWを支持するウェハ支持部242と、シールドリング250の端部を支持する断面L字状段差のリング支持部244を有する。リング支持部244を有する以外はサセプタ240は、従来のものをそのまま使用することができるので、ここでは詳しい構造や機能の説明は省略する。リング支持部244においてサセプタ240はシールドリング250を支持するが、支持の方法は問わないことはいうまでもない。例えば、シールドリング250の一部を切欠いたりすることも可能である。
The processing space S1 is defined by the
図2及び図4に示すように、シールドリング250は、複数の排気孔252を有する薄い中空円筒板形状を有している。シールドリング250は、処理空間S1と排気空間S2とを分離すると共に処理空間S1と排気空間S2の差圧をとる差圧板(バッフル板)として機能している。従来、反応室200には、シールドリング250に類似した形状を有する整流板が設けられているが、整流板は設けられている孔の径が2乃至3mm程度であり、整流板は、例えば、500Torr(66.7×103Pa)と400Torr(53.3×103Pa)という圧力が近接している2つの空間においては差圧機能(この場合であれば400Torr/500Torr=4/5)を有するが、本実施例に適用するとトラップ空間S3で加熱された気体が処理空間S1に逆流して拡散してしまう。本実施例では、例えば、処理空間S1の圧力を500Torr(66.7×103Pa)とすれば、処理空間S2の圧力は50Torr(6.67×103Pa)程度の差圧(即ち、1/10程度)が要求される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
このように、本実施例の反応室200は、特長的に、処理空間S1の圧力P1を排気空間S2の圧力P2よりも大幅に大きくして(例えば、10倍程度)、排気空間S2から処理空間S1への逆流を防止している。
As described above, the
後述する高温トラップ260と排気ガスが反応した際に生じる気体状生成物が通常略一定の圧力に制御される処理空間S1に流入すると反応ガスの分圧が下がり、成膜処理速度が低下する。また、本実施例では、TMVSとH(hfac)が処理反応を阻害する場合もある。より具体的には以下のようになる。 When a gaseous product generated when a high-temperature trap 260 (described later) reacts with exhaust gas flows into the processing space S1 that is normally controlled at a substantially constant pressure, the partial pressure of the reactive gas decreases, and the film forming processing speed decreases. In this example, TMVS and H (hfac) may inhibit the treatment reaction. More specifically, it is as follows.
Cu(hfac)TMVS→Cu(hfac)(吸着)+TMVS 1)
2Cu(hfac)(吸着)→Cu+Cu(hfac)2 2)
Cu(hfac)2+H2→Cu+2H(hfac) 3)
2H(hfac)→H2+2hfac 4)
Cu(hfac)(吸着)+hfac→Cu(hfac)2 5)
処理空間S1では、ウェハWにCu(0価)を堆積させるために、1)と2)の反応が生じることが期待されている。従って、反応ガスである(1価の銅原子を含む)Cu(hfac)TMVSが処理空間S1に導入されると、その排気ガスには、未反応のCu(hfac)TMVSと、Cu(hfac)2とTMVSとが含まれている。このうち、(2価の銅原子を含む)Cu(hfac)2は常温では固体で、蒸気圧は9Torr(100℃)であり、300℃以上の温度で3)及び4)に示すように分解する。一方、TMVSは、常温で液体で、沸点は55℃(1気圧)である。
Cu (hfac) TMVS → Cu (hfac) (adsorption) + TMVS 1)
2Cu (hfac) (adsorption) → Cu + Cu (hfac) 2 2)
Cu (hfac) 2 + H 2 → Cu + 2H (hfac) 3)
2H (hfac) → H 2 + 2hfac Four)
Cu (hfac) (adsorption) + hfac → Cu (hfac) 2 5)
In the processing space S1, in order to deposit Cu (zero valence) on the wafer W, it is expected that the reactions 1) and 2) occur. Therefore, when Cu (hfac) TMVS (containing monovalent copper atoms) which is a reactive gas is introduced into the processing space S1, unreacted Cu (hfac) TMVS and Cu (hfac) are included in the exhaust gas. 2 and TMVS. Of these, Cu (hfac) 2 (containing a divalent copper atom) is solid at room temperature, the vapor pressure is 9 Torr (100 ° C.), and decomposes as shown in 3) and 4) at a temperature of 300 ° C. or higher. To do. On the other hand, TMVS is liquid at room temperature and has a boiling point of 55 ° C. (1 atm).
例えば、後述するように、高温トラップ260の温度を300℃以上にすれば高温トラップ260からは、上記1)乃至3)の反応により3種類の気体(即ち、TMVS、Cu(hfac)2及びH(hfac))が生成されることになる。そして、これらの気体がもし空間S1に逆流すれば、TMVSは反応ガスの安定剤であるが多すぎるとウェハW上で1)の逆反応をもたらして1)の反応の進行を抑制する。従って、TMVSは少ない方がウェハ処理を効率的に行うことができる。H(hfac)は、ウェハW上で4)、5)の反応を進行させ、2)の反応によるCu成膜を減少させることになる。なお、上述したように、3)の反応は150℃乃至230℃に設定されるウェハ上では進行しない。
For example, as will be described later, when the temperature of the
従って、1)と2)の反応を確保してウェハW上に適当な量のCuを堆積するためには排気空間S2から処理空間S1への気体の逆流を防ぐ必要がある。そこで、本実施例では、シールドリング250は排気孔252の径を0.5乃至1mm程度に設定することによって簡易な方法で空間S1とS2の差圧(コンダクタンス)をとることを可能にしている。シールドリング250の材質は、ステンレス(SUS)、アルミニウム、アルミナなどのセラミックにより構成することができる。なお、要求される差圧の大きさによって排気孔252の大きさや形状などは変更されるが、代替的に、排気孔252の大きさを可変できるように構成してもよい。
Therefore, in order to ensure the reaction of 1) and 2) and deposit an appropriate amount of Cu on the wafer W, it is necessary to prevent the backflow of gas from the exhaust space S2 to the processing space S1. Therefore, in this embodiment, the
シールドリング250は、一方で、トラップ空間S3の温度と処理空間S1の温度を分離している。処理空間S1に配置されるウェハWの温度は150℃乃至230℃程度に、後述する高温トラップ260は300℃乃至350℃程度に加熱される。なお、これについては高温トラップ260と共に更に説明する。
On the other hand, the
シールドリング250は、本実施例では差圧板としての機能を有するが、差圧維持は気体の逆流を防ぐ一手段でしかないため必ずしも差圧機能は要求されない。即ち、代替的な実施例においては、処理空間S1と排気空間S2とは同圧に維持されることができる。シールドリング250は、差圧機能がなくても両空間S1及びS2を分離すれば気体の逆流を妨げる機能を有する。この場合に、ガスの流路は後述する圧力調整バルブ290と排気装置400により確保されることになる。
Although the
次に、図3を参照して高温トラップ260について説明する。高温トラップ260は、ブロックヒータ270に接触支持されて反応室200のトラップ空間S3に配置される。より詳細には、高温トラップ260は、シールドリング250
の排気孔252から排気ガスを受け取るガス導入部262と、当該ガスを除害する導電性除害部264と、除害後の気体をポストトラップ空間S4に排出する排出部266と、ヒータブロック270との接続部267とを有している。
Next, the
The
導電性除害部264は、例えば、アルミニウムにより構成され、図3に示すようなほぼU字型断面を有している。また、高温トラップ260は、図4に示すシールドリング250の下に配置されるため、円筒形状を有していることが理解されるであろう。導電性除害部264はヒータブロック270により300℃乃至350℃程度に加熱される。下限温度を300℃程度に設定しているのは、上述したように、Cu(hfac)2を熱分解するためである。また、350℃程度に上限温度を設定しているのはアルミニウムの耐久温度が400℃以下だからである。但し、高温トラップ260にアルミニウム以外の材質を使用すれば上限温度を変更することができるのはいうまでもない。また、反応ガスの種類を変更すれば下限温度を変更することができるのはいうまでもない。
The
本実施例では、表面の導電性の高い材料(例えば、アルミニウム)を排気ガスに接触する導電性除害部264に使用している。このため、高温トラップ260は、加熱による熱分解のほかにガス間の電子移動により分解反応を促進するという効果も有している。選択的に、高温トラップ260は、必要があれば、所定の制御の下、かかる電子移動の更なる促進のため通電されてもよい。また、導電性除害部264はメッシュ形状に構成されてもよい。本実施例の高温トラップ260は、このように、加熱のみからガスを分解する従来の高温トラップ比べてガスの分解反応速度が高いため、後述する排気装置400に未分解状態のガスが送られることを防止することができる。
In this embodiment, a highly conductive material (for example, aluminum) on the surface is used for the
また、本実施例の高温トラップ260は、反応室200内に設けられているヒータブロック270により効率良く、かつ、温度制御良く直接加熱されることができる。また、シールドリング250により処理空間S1とトラップ空間S3とは分離されているので高温トラップ260を上記温度に制御することが容易である。本実施例では、処理空間S1とトラップ空間S3の温度環境をシールドリング250により分離すると共に、ヒータブロック270により高温トラップ260を直接加熱しているので、ウェハWの温度を150℃乃至230℃程度に維持しながら高温トラップ260の温度のみを300℃乃至350℃程度に温度制御良く加熱することができる。
Further, the
ヒータブロック270は、断面が略L字状のトラップ支持部272とヒータ274とを有し、ヒータ274は、フィードスルー280に接続されている。トラップ支持部272を含むヒータブロック270の本体は、例えば、SUSにより構成されている。ヒータ274は、図3においては、例示的にヒータブロック270の内部に配置されているが、その位置は限定されず、例えば、トラップ支持部272に巻かれたヒータ線として構成されたり、トラップ支持部272の外面にねじ止めされたヒータ板として構成されてもよい。ヒータ274には、チャンバヒータ230と同様に当業界で周知のいかなる構造も採用することができ、ヒータブロック270と一体型でもよいし、カートリッジヒータとしてヒータブロック270とは別体として構成されてもよい。
The
フィードスルー(真空電流導入端子)280は、オーリング281によってハウジング220の下部223に取り付けられる。オーリング281の代わりにメタルガスケットなど別の取り付け部材を用いてもよいことはいうまでもない。フィードスルー280は、ヒータ274に接続される電線282と、電線282を保護するセラミック部材283と、任意の金属材料284と、外部のヒータコントローラ300と電線282を接続する接続部286とを有している。フィードスルー280は、反応室200内の減圧環境を破壊することなく反応室200の内部に配置されたヒータ274に電力を供給することができる。なお、本実施例は、フィードスルー280とヒータコントローラ300とは別部材として構成しているが、両者は一体的に構成されてもよい。
The feedthrough (vacuum current introduction terminal) 280 is attached to the
ヒータコントローラ300によりヒータ274に供給される電力を制御することにより、ヒータ274(及びその結果ヒータブロック270と高温トラップ260)の温度を制御することができる。ヒータコントローラ300は、ヒータブロック270や高温トラップ260の温度をフィードバック情報として受け取り、これによって制御してもよい。温度情報は、例えば、ヒータブロック270や高温トラップ260に取り付けられる図示しない熱電対、PTCサーミスタ、赤外線センサなどの当業界で周知の温度センサにより生成することができる。ヒータコントローラ300には、当業界で周知の構造を使用することができるのでここでは詳しい説明は省略する。
By controlling the power supplied to the
反応室200のハウジング220のバルブ取付部には圧力調整バルブ290が取り付けられている。圧力調整バルブ290は、コンダクタンスバルブなどの名称で当業界で周知である。圧力調整バルブ290は、外部排気系である排気装置400に接続されている。排気装置400は、配管とドライポンプを含むが、ドライポンプと共にターボポンプなどを含んでいてもよい。圧力調整バルブ290は、その開度を調節することが可能であり、排気装置400によって反応室200内を排気する際に圧力調整バルブ290の開度を調節することにより、反応室200内の圧力を調節することが可能である。圧力調整バルブ290は反応室200内の圧力を測定する圧力計202に接続された圧力コントローラ204に接続されている。圧力コントローラ204が、圧力計の測定に応じて圧力調整バルブ290の開度を調節することにより、反応室200内の圧力が略一定の圧力(所定のプロセス圧力)に制御される。
A
その他、成膜装置100は、装置の不使用時及び保守時に配管内部に溜まった液体その他の残留物を除去するための排気系を有している。排気系は、バルブ124、128、132、136、排出通路(配管)133、冷却又は高温トラップ150、真空ポンプ152を含んでいる。なお、反応室200に接続されている排気装置400などの排気系は図1では図示が省略されている。これらの詳しい構造は当業界で周知であるためにここでは詳しい説明は省略する。
In addition, the
排出通路133は、気化器140とバルブ134との間の配管135、流量計110と気化器140との間の配管123、及びバルブ122と126との間の配管123にそれぞれバルブ132、128及び124を介して接続されている。また、排出通路133の排出側にはバルブ136、排気中の液体を除去するトラップ150及び真空ポンプ152が設けられている。
The
排出通路133からの吸引排出だけでは十分に残留物等を除去できない場合を考慮して、本実施例の成膜装置100は配管123に配管107と洗浄液源106を接続している。洗浄液としてはエ夕ノール、メタノール等のアルコール又はへキサン等の有機溶剤若しくは原料に含まれる成分(例えば、TMVSなど)を使用することができる。配管107は、洗浄液の給排を行うバルブ114及び116を有している。
In consideration of the case where residues and the like cannot be sufficiently removed only by the suction and discharge from the
各通路のうち気化器140から出る配管135及び133、並びにそれらの接続通路には、常時加熱して気化ガスの再液化を阻止するための例えばテープヒータ等よりなるヒータ155が設けられている。また、再液化を防止するためには反応室200の圧力に近い状態を得るために配管135及び133、並びに接続通路は大きい口径及び短い通路が望まれる。
Of the passages, the
成膜装置100には当業界で周知のいかなる配管をも使用することができる。例えば、内径39mm、外径41mmのいわゆる40mmステンレス製配管と、NW40配管継ぎ手やガスケットを使用することができる。代替的に、ICF70配管継ぎ手やISOフランジ継ぎ手やガスケットを使用してもよい。
For the
配管長は、市販のバルブや継ぎ手を使用した場合、気化器140から反応室200まで200mm乃至500mmで接続することが可能である。
The pipe length can be connected from the
次に、成膜装置100の動作について説明する。なお、事前に配管等内の残留物を除去してこれらが反応室200に送られるのを防止しておく。次に、反応室200のサセプタ164上に半導体ウェハWをセットし、このウェハWを所定のプロセス温度(例えば、150乃至230℃)に維持すると共に所定のプロセス圧力(例えば、0.1乃至数Torr(13.3Pa及至数百Pa)を維持するように真空排気系を駆動する。この状態で成膜処理を行う。
Next, the operation of the
バルブ132及び136を開いて気化器140を通路133に接続させる。直後にバルブ112,118,120,122,126,130をそれぞれ開ける。通路133は真空ポンプ152によって常時真空引きされているので、気化器140内の残留物が通路133を介して排除される。気化器140の流体制御バルブ142も開放される。所定時間(数秒)後、バルブ132及び136を閉じてバルブ134を開ける。
これにより、貯留槽108内の液体材料Lは加圧Heガスにより押し出されて僅かずつ配管123を流れて行き、この流量は流量計110と流量制御バルブ142により制御される。液体材料Lは気化器140内の、減圧化された空間に導入されると断熱膨張しながら液体から気体に変化する。この際に気化した有機金属化合物の温度が低下するため気化器140内の減圧空間を構成し、所定の温度に制御された内壁と気化した有機金属化合物との熱交換効率を向上するために減圧下で熱伝導性のよい、He又はH2ガスを通路103から導入する。
Thereby, the liquid material L in the
また、ここで使用するHe又はH2ガスは気化した有機金属化合物が再液化することを防止する機能を有する。即ち、気化した有機金属化合物間にHe又はH2ガスが配置されることになり有機金属化合物が直接衝突する確立が減少し再付着が防止され、再液化が防止される。このようにHe又はH2は、有機金属化合物の気化により低下した温度の補充と再液化することなく輸送するキャリアガスとしての機能を有する。キャリアガスと気化した有機金属化合物はそのまま通路135を介して反応室200へ導入されて時間Tだけ成膜が行われる。なお、この時、気化器140の気化部(即ち、上述したように、有機金属化合物がキャリアガスと混合して気化される第1の加熱部147を含む気化器140の内部空間)の圧力が、反応室200の圧力の1.5倍乃至5倍以下と近接するように設定することが好ましい。
Further, the He or H 2 gas used here has a function of preventing the vaporized organometallic compound from being reliquefied. That is, He or H 2 gas is disposed between the vaporized organometallic compounds, and the probability that the organometallic compounds collide directly is reduced, re-deposition is prevented, and re-liquefaction is prevented. Thus, He or H 2 has a function as a carrier gas for transporting without replenishing the temperature lowered by the vaporization of the organometallic compound and re-liquefying. The carrier gas and the vaporized organometallic compound are introduced as they are into the
このように本実施例では、成膜処理前に、成膜装置100の各部の残留物を排除することができるので、成膜ガス供給量を安定的に且つ精度良く供給することができ、従って、品質及び特性の良好な成膜を得ることが可能となる。なお、残留物の排除は、前回の成膜処理終了後今回の成膜処理前に行えば足りることはいうまでもない。
As described above, in this embodiment, since the residue of each part of the
本実施例では反応室200は、Cu(hfac)TMVSが供給される導入部212と、半導体ウェハWを支持可能なサセプタ240と、高温トラップ260を支持可能なヒータブロック270と、半導体ウェハWとCu(hfac)TMVSとが反応する処理空間S1と高温トラップ260が配置されるトラップ空間S3とを分離すると共に、トラップ空間S3から処理空間S1への気体の逆流を防止することができるシールドリング250とを有する。かかる構成を採用しているので、シールドリング250が高温トラップ260における反応によって生成したガス(TMVS、Cu(hfac)2及びH(hfac))がトラップ空間S3から処理空間S1に逆流することを防止する。このため、略一定の圧力に制御される処理空間S1において、反応ガスであるCu(hfac)TMVSの分圧が維持される。また、TMVS及びH(hfac)により成膜反応の逆反応が生じることを防止することができる。この結果、反応室200の処理空間S1では、半導体ウェハWの所期の成膜反応速度を維持することができる。
In this embodiment, the
また、本実施例では反応室200は、Cu(hfac)TMVSが供給される導入部212と、半導体ウェハWを支持可能なサセプタ240と、高温トラップ260を支持可能で減圧環境にあるヒータブロック270と、ヒータブロック270に配置され、高温トラップ260を半導体ウェハWとは独立して加熱可能なヒータ274と、前記減圧環境を維持しつつヒータ274に電力を供給するフィードスルー280とを有する。かかる構成を採用しているので、フィードスルー280は、反応室200内の減圧環境を破壊することなくヒータ274に電力を供給することができる。また、ヒータ274は高温トラップ260を半導体ウェハWとは独立に直接加熱することができるので、半導体ウェハWよりも高い温度設定を容易に、かつ効率良く実現することができる。
Further, in this embodiment, the
また、本実施例では高温トラップ260は、反応ガス供給装置(参照番号135及びその上段にある部位の全部又は一部)に接続されると共に半導体ウェハWを支持可能で、Cu(hfac)TMVSを利用して半導体ウェハWに成膜処理を施すことができる反応室200内に配置可能であり、半導体ウェハWを通過したCu(hfac)TMVSを含む排気ガスが供給される導入部262と、前記排気ガスを加熱して除害するために当該排気ガスに接触可能な導電性除害部264と、導電性除害部264を経た排気ガスを排出する排出部266とを有する。かかる構成を採用しているので、導電性除害部264は加熱による熱分解により排気ガスを分解するとともにその導電性からガス間の電子移動を促進して分解速度を向上することができる。これにより、高温トラップ260は、高い分解速度を有するため、排気装置400に十分に分解されない排気ガスが大量に移動してしまうことを防止することができる。
Further, in this embodiment, the
本実施例では処理装置100は、高温トラップ260が配置される反応室200と、反応室200に接続され、導入部212にCu(hfac)TMVSを供給する反応ガス供給装置(参照番号135及びその上段にある部位の全部又は一部)と、反応室200に接続され、高温トラップ260を通過したCu(hfac)TMVSを排気する排気装置400とを有する。
In this embodiment, the
また、本実施例では処理装置100は、Cu(hfac)TMVSを運ぶことができる金属ベースの第1及び第2の配管510と512(及びこれらの参照番号にアルファベットを付したものも含む)と、第1及び第2の配管510及び512を接続するクランプ500(及びフランジ502、メタルガスケット504のいずれか又は全部)と、第1及び第2の配管510と512の各々の接合面530と532に設けられた絶縁物であるライナー520、522(及びこれらの参照番号にアルファベットの付したものも含む)とを有する。かかる構成を採用しているので、配管510と512の接合面530と532に設けられたライナー520、522は、反応ガスであるCu(hfac)TMVSが接合面530と532において配管510と512の金属を介して電子移動を行うことを防止する。これにより、配管510と512の接合面530及び532におけるCu(hfac)TMVSの反応に起因するCu(hfac)TMVSの消費を防止して、所期の量のCu(hfac)TMVSを反応室200に供給することができる。また、接合面530と532において成膜反応を妨げるガス(例えば、TMVS)が発生することを防止することができる。
In the present embodiment, the
本実施例では処理装置100は、前記反応ガス供給装置(参照番号135及びその上段にある部位の全部又は一部)に接続されて、この反応ガス供給装置から供給されるCu(hfac)TMVSを運ぶHeガスを供給するキャリアガス供給装置(Heガス源102や104)と、第1及び第2の配管510と512に接続されて(具体的には、第1の配管510の接合面530の外側部と第2の配管512の接合面532の外側部との間に配置されて)、第1の配管510の接合面530と第2の配管512の接合面532との間からキャリアガスであるHeガスが漏れることを防止するメタルシール材540とを有する。かかる構成を採用しているので、ライナー520、522がフッ素樹脂等のHeを透過する材質で構成されたとしても、メタルシール材540はキャリアガスであるHeガスの濃度が減少することを防止する。これにより、Cu(hfac)TMVSの移動速度を変えることなく所期の量のCu(hfac)TMVSを反応室200に供給することができる。
In this embodiment, the
また、本実施例では処理装置100はCu(hfac)TMVSを運ぶことができる第1及び第2の配管510及び512(及びこれらの参照番号にアルファベットを付したものも含む)と、第1及び第2の配管510及び512を接続するクランプ500(及びフランジ502、シール材505のいずれか又は全部)と、第1の配管510の接合面530と第2の配管512の接合面532との間に配置されたフッ素系ゴムからなるシール材505(絶縁物であり、その表面は絶縁性である)とを有する。かかる構成を採用しているので、シール材505の表面が絶縁性であることをによってCu(hfac)TMVSがシール部材を介して電子移動することが防止されるので、シール材505に表面においてCu(hfac)TMVSが反応することによるCu(hfac)TMVSの消費を防止して、所期の量のCu(hfac)TMVSを反応室200に供給することができる。
Further, in this embodiment, the
以上の実施例においては、半導体ウェハを例にとって説明したが、被処理体としてはシリコン、ガリウムヒ素等の半導体ウェハに限定されず、他の材料、例えばLCD基板、ガラス基板等も用いることができるのは勿論であり、また、反応室の処理方法としては、枚葉式、バッチ式どちらにも適用することができる。 In the above embodiments, the semiconductor wafer has been described as an example. However, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer such as silicon and gallium arsenide, and other materials such as an LCD substrate and a glass substrate can also be used. Of course, the processing method in the reaction chamber can be applied to both single wafer processing and batch processing.
100 成膜装置
135 配管
140 気化器
200 反応室
210 シャワーヘッド
220 ハウジング
230 チャンバヒータ
240 サセプタ
250 シールドリング
260 高温トラップ
270 ヒータブロック
280 フィードスルー
290 圧力調整バルブ
300 ヒータコントローラ
400 排気装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
被処理体を支持可能な支持部と、
高温トラップを支持可能なトラップ支持部と、
前記反応ガスを反応させて前記被処理体を処理する処理空間と前記高温トラップが配置されるトラップ空間とを分離すると共に、前記トラップ空間から前記処理空間への気体の逆流を防止することができる逆流抑制装置とを有する反応室。 A gas introduction part to which a reaction gas is supplied;
A support capable of supporting the object to be processed;
A trap support that can support a high temperature trap;
It is possible to separate a processing space for reacting the reaction gas to process the object to be processed and a trap space in which the high temperature trap is disposed, and to prevent a backflow of gas from the trap space to the processing space. A reaction chamber having a backflow suppression device.
前記トラップ支持部に配置され、前記高温トラップを前記被処理体とは独立して加熱可能なヒータと、
前記減圧環境を維持しつつ前記ヒータに電力を供給する電力供給装置とを更に有する請求項1記載の反応室。 The trap support is in a reduced pressure environment ;
A heater disposed on the trap support and capable of heating the high temperature trap independently of the object to be processed;
The reaction chamber according to claim 1 , further comprising a power supply device that supplies power to the heater while maintaining the reduced pressure environment.
前記被処理体を通過した反応ガスを含む排気ガスが供給される導入部と、
前記排気ガスを加熱して除害するために当該排気ガスに接触可能な導電性除害部と、
前記導電性除害部を経た前記排気ガスを排出する排出部とを有する請求項1記載の反応室。 The hot trap is
An introduction unit to which exhaust gas containing reaction gas that has passed through the object to be processed is supplied;
A conductive abatement part capable of contacting the exhaust gas to heat and exhaust the exhaust gas;
The reaction chamber according to claim 1 , further comprising a discharge unit that discharges the exhaust gas that has passed through the conductive abatement unit.
前記ガス導入部に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、
前記高温トラップを通過した前記反応ガスを排気する排気装置とを有する処理装置。 The reaction chamber according to any one of claims 1 to 8 ,
A reaction gas supply device for supplying a reaction gas to the gas introduction unit;
A processing apparatus comprising: an exhaust device that exhausts the reaction gas that has passed through the high temperature trap.
前記反応ガスを運ぶことができる金属ベースの第1及び第2の配管と、
当該第1及び第2の配管を接続する接続装置と、
前記第1及び第2の配管の各々の接合面に設けられた絶縁物とを有する請求項9記載の処理装置。 The reactive gas supply device includes:
Metal-based first and second pipes capable of carrying the reaction gas;
A connection device for connecting the first and second pipes;
The processing apparatus according to claim 9, further comprising an insulator provided on a joint surface of each of the first and second pipes.
前記反応ガス供給装置に接続されて、前記反応ガス供給装置から供給される反応ガスを運ぶキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置と、
前記第1及び第2の配管に接続されて、当該第1及び第2の配管の接合部から前記キャリアガスが漏れることを防止するシール部材とを更に有する請求項10記載の処理装置。 The processor is
A carrier gas supply device connected to the reaction gas supply device to supply a carrier gas carrying the reaction gas supplied from the reaction gas supply device;
The processing apparatus according to claim 10 , further comprising a seal member connected to the first and second pipes to prevent the carrier gas from leaking from a joint portion of the first and second pipes.
前記絶縁物が設けられた内側部と、
前記内側部の周囲に位置し、金属面である外側部とを有し、
前記シール部材が、前記第1の配管の接合面の前記外側部と前記第2の配管の接合面の前記外側部との間に配置された金属製のシール部材である請求項11記載の処理装置。 Each joint surface of the first and second pipes is
An inner part provided with the insulator;
An outer portion located around the inner portion and being a metal surface;
The process according to claim 11 , wherein the seal member is a metal seal member disposed between the outer portion of the joint surface of the first pipe and the outer portion of the joint surface of the second pipe. apparatus.
当該第1及び第2の配管を接続する接続装置と、
前記第1の配管の接合面と前記第2の配管の接合面との間に配置された、絶縁性の表面を有するシール部材とを有する請求項9記載の処理装置。 First and second pipes capable of carrying the reaction gas;
A connection device for connecting the first and second pipes;
The processing apparatus according to claim 9 , further comprising: a sealing member having an insulating surface disposed between a joint surface of the first pipe and a joint surface of the second pipe.
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