KR20110038130A - 금속 회수방법, 금속 회수장치, 배기계 및 이것을 이용한 성막장치 - Google Patents

금속 회수방법, 금속 회수장치, 배기계 및 이것을 이용한 성막장치 Download PDF

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Abstract

금속 회수장치(66)는 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용해서 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기(10)로부터 배출되는 배기가스 중에서, 금속성분을 회수하여 배기가스를 제해한다. 금속 회수장치는 상기 배기가스를 가열해서 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 부착시키는 포집부재를 갖는 포집유닛(80)과, 포집유닛을 통과한 배기가스 중에 포함되는 유기한 가스 성분을 산화시켜 제거하는 촉매(100)를 갖는 제해유닛(82)을 구비한다.

Description

금속 회수방법, 금속 회수장치, 배기계 및 이것을 이용한 성막장치{METAL RECOVERY METHOD, METAL RECOVERY APPARATUS, EXHAUST SYSTEM, AND FILMFORMING DEVICE USING SAME}
본 발명은 성막장치로부터 배출되는 배기가스 중 미반응 원료가스로부터 금속성분을 회수하는 금속 회수방법, 금속 회수장치, 배기계 및 이것을 이용한 성막장치에 관한 것이다.
일반적으로, IC 등의 집적 회로나 논리 소자를 형성하기 위해서는 반도체 웨이퍼, LCD 기판 등의 표면에 원하는 얇은 성막을 실시하는 공정이나 이것을 원하는 패턴으로 에칭하는 공정이 반복해서 실행된다.
그런데, 성막 공정을 예로 들면, 이 공정 동안, 소정의 처리 가스(원료가스)를 처리용기내에서 반응시키는 것에 의해 실리콘 박막, 실리콘 산화물 박막, 실리콘 질화물의 박막, 금속 박막, 금속 산화물의 박막, 금속 질화물 박막 등을 피처리체의 표면에 형성한다. 이 때, 이 성막반응과 동시에 부가적으로 반응 부생성물이 발생하고, 이것이 배기가스와 함께 배출된다. 또한, 미반응의 처리 가스도 배출된다.
이 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스는 그대로 대기로 방출되면 환경오염 등의 원인이 된다. 이것을 방지하기 위해, 일반적으로는 처리용기로부터 연장하여 마련된 배기계에 트랩기구를 개재하고, 이에 따라 배기가스에 포함되어 있는 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스 등을 포집하여 제거하도록 되어 있다.
이 트랩기구의 구성은 포집하여 제거해야 할 반응 부생성물 등의 특성에 따라 여러 가지로 제안되어 있다. 예를 들면, 상온에서 응축(액화), 응고(고화)하는 반응 부생성물을 제거하는 경우, 이 트랩기구는 그 일예로서 배기가스의 도입구와 배출구를 갖는 하우징내에 다수의 휜(Fin)을 마련해서 구성되어 있다. 그리고, 이 휜은 배기가스의 흐르는 방향을 따라 배열되어 있어서, 이들 휜 사이를 배기가스가 통과할 때에 배기가스 중의 반응 부생성물 등을 휜 표면에 부착되어 포집되고, 폐기하도록 되어 있다.
또한, 이 휜을 냉각 매체 등에 의해 냉각해서 포집효율을 올리는 것도 실행되고 있다(예를 들면, JP2001-214272A). 또한, 트랩기구로서 물 등을 살포하는 스크러버 장치를 이용하고, 배기가스를 이 살포된 물과 접촉시켜 반응 부생성물이나 미반응 가스 성분을 살포수에 녹여 회수하는 회수방법도 실행되고 있다.
또, 다른 트랩기구로서는 폐기를 전제로 한 착탈 가능하게 이루어진 카트리지형의 흡착부(Absorption Tower)를 마련하고, 이것에 반응 부생성물이나 미반응의 원료가스 성분을 흡착시켜 배기가스로부터 제거하도록 한 것도 있다. 이 트랩기구에 있어서는 흡착부의 제거 능력이 저하하면, 해당 제거 능력이 저하한 흡착부는 폐기되고, 새로운 흡착부로 교환된다. 이렇게 폐기하는 이유는 원료가스 중에 불소(F)나 염소(Cl) 등의 할로겐 원소가 포함되어 있는 경우, 회수한 반응 부생성물로부터 유용한 금속을 재생하는 것이 비교적 곤란하기 때문이다.
트랩기구로부터 배출된 배기가스 중에는 유해가스 성분이 포함되어 있는 경우가 많다. 이 유해가스 성분은 트랩기구의 하류측(후단)에 마련한 제해 장치에서 제해되고, 그 후, 이 배기가스는 대기로 방출된다.
또한, 최근에는 배선 저항이나 콘택트 저항의 저감 등의 목적을 위해, 은, 금, 루테늄 등의 귀금속을 포함하는 유기 금속 화합물의 원료(소스가스)를 이용하여 박막을 성막장치에서 형성하고 있다. 이러한 귀금속은 매우 고가이다. 또한, 전술한 바와 같은 유기 금속 화합물의 원료 중에는 금속원자 이외에 C, H, O 등은 포함하지만 F나 Cl 등의 할로겐 원소는 포함하지 않는 원료도 있다. 따라서, 전술한 바와 같은 회수물의 폐기를 전제로 한 포집 방법을 적용하면, 고가의 금속을 쓸데없이 폐기하게 되므로, 비용이 증가한다.
이 때문에, 예를 들면, JP2001-342566A에서는 상기한 귀금속이나 고가의 금속류를 유효하게 이용하기 위해, 처리용기로부터 배출되는 배기가스를 냉각하는 것에 의해 가스를 응축 등 시켜서 미반응의 원료를 포함하는 반응 부생성물을 회수하고, 또한, 이 반응 부생성물을 정제하는 것에 의해서 미반응 원료를 얻는 회수방법도 제안되고 있다. 그러나, JP2001-342566A에 개시한 회수방법에서는 미반응의 원료와 함께 반응 부생성물도 함께 회수되기 때문에, 그 후에, 미반응의 원료를 꺼내는 정제 작업을 반드시 실행해야 하므로, 작업이 번거로워지는 문제가 있다.
더 나아가서는 종래의 스크러버 장치나 휜 등을 이용한 트랩기구는 이것으로부터 배출되는 배기가스를 제해하는 제해 장치를 반드시 별도로 마련하지 않으면 안 되므로, 설치 스페이스도 커져 버린다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하고, 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 공간 절약적인 간단한 구조이면서, 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수하고 또한 배기가스를 제해하는 것이 가능한 금속 회수방법, 금속 회수장치, 배기계 및 이것을 이용한 성막장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법은 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서, 금속성분을 회수해서 배기가스를 제해하는 금속 회수방법으로서, 상기 배기가스를 가열된 포집부재에 접촉시키는 것에 의해 해당 배기가스 중에 포함되는 미반응의 상기 원료가스를 열분해시키고, 상기 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 상기 포집부재에 부착시키는 포집공정과, 상기 포집공정을 거친 상기 배기가스를 촉매에 접촉시키는 것에 의해 상기 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 제해(除害)공정을 갖는다.
이와 같이, 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수할 때에, 배기가스를 가열해서 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 포집부재에 부착시키는 포집공정과, 포집공정을 거친 배기가스를 촉매에 접촉시키는 것에 의해 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 제해공정을 갖도록 했으므로, 공간 절약적인 간단한 구조의 회수장치를 이용하여, 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수하고 또한 배기가스를 제해할 수 있다.
또한, 회수된 금속성분은 폐기되지 않고 재이용될 수 있으므로, 그만큼, 비용을 줄일 수 있다. 또한, 재이용에 관해서는 복잡한 정제 작업을 실행할 필요가 없고, 간단하게 원료로서 취출할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 제해공정은 산화가스의 존재 하에서 실행되도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 포집공정은 산화가스의 존재하에서 실행되도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 제해공정의 상기 촉매의 온도는 600∼800°C의 범위내이도록 해도 좋다.
또한, 상기 포집공정의 상기 포집부재의 온도는 600∼1000°C의 범위내이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 촉매는 MnO2, CaO, MgO, HfO2, Ta2O5로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 산화가스는 O2, O3, H2O, 공기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, Ru3(CO)12, W(CO)6, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(타샤리부틸이미드 트리디에틸아미드탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), CP2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO3)], (t-BuCP)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]로 이루어지는 군에서 선택되는 할로겐 원소를 포함하지 않는 한 개 이상의 재료로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수방법에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12이며, 상기 제해공정을 거쳐서 배출되는 가스는 CO2 가스라도 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치는 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서, 금속성분을 회수해서 배기가스를 제해하는 금속 회수장치로서, 상기 배기가스를 가열해서 해당 배기가스 중에 포함되는 미반응의 상기 원료가스를 열분해시켜 상기 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 부착시키도록 구성된 포집부재를 갖는 포집유닛과, 상기 포집유닛을 통과한 상기 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 촉매를 갖는 제해유닛을 구비한다.
이와 같이, 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수하는 금속 회수장치에 있어서, 배기가스를 가열해서 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 부착시키는 포집부재를 갖는 포집유닛과, 포집유닛을 통과한 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 촉매를 갖는 제해유닛을 일체화시키도록 했으므로, 설치 스페이스를 대폭 줄일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집유닛과 상기 제해유닛은 하우징내에 상기 배기가스의 흐름 방향을 따라 차례로 배열되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집유닛은 상기 포집부재를 가열하는 포집부재 가열기구를 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 제해유닛은 상기 촉매를 가열하는 촉매 가열기구를 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집부재는 케이싱 내에 수용된 복수의 포집편을 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집부재는 상기 배기가스의 흐름 방향을 따라서 배열된 복수의 철망을 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집부재는 상기 배기가스의 흐름 방향을 따라 배열된 통기구멍을 갖는 복수의 펀칭판을 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집유닛을 향해 산화가스를 공급하는 산화가스 공급기구를 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 제해유닛을 향해 산화가스를 공급하는 산화가스 공급기구를 갖도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 촉매의 온도는 600∼800°C의 범위내이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 포집부재의 온도는 600∼1000℃의 범위내이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 촉매는 MnO2, CaO, MgO, HfO2, Ta2O5로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 산화가스는 O2, O3, H2O, 공기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, Ru3(CO)12, W(CO)6, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(타샤리부틸이미드 트리디에틸아미드탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), CP2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO3)], (t-BuCP)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 할로겐 원소를 포함하지 않는 한 개 이상의 재료로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12이며, 상기 제해유닛으로부터 배출되는 가스는 CO2 가스이라도 좋다.
본 발명의 일측면에 의한 배기계는 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기에 접속하고, 상기 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수해서 배기가스를 제해하는 배기계로서, 상기 처리용기의 배기구에 접속된 배기통로와, 상기 배기통로에 개재된 진공 펌프와, 상기 배기통로에 개재된 상술한 본 발명의 일측면에 따른 금속 회수장치의 어느 하나를 구비한다.
본 발명의 일측면에 의한 성막장치는 피처리체에 대해 성막 처리를 실시하기 위한 성막장치에 있어서, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리용기와, 상기 처리용기 내에서 상기 피처리체를 유지하는 유지기구와, 상기 피처리체를 가열하는 가열기구와, 상기 처리용기 내에 가스를 도입하는 가스 도입기구와, 상기 가스 도입기구에 접속된 원료가스의 공급계와, 상기 처리용기에 접속된 상술한 본 발명의 일측면에 의한 배기계를 구비한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 금속 회수장치를 갖는 성막장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 금속 회수장치내의 구성의 일예를 나타내는 확대 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 금속 회수방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a는 원료가스가 열분해되어 금속성분이 포집되는 일반적인 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4b는 유해가스의 제해가 실행되는 일반적인 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5a는 원료가스인 Ru3(CO)12가 열분해되어 금속성분이 포집되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5b는 원료가스인 Ru3(CO)12가 열분해되어 생성된 유해가스의 제해가 실행되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6a는 포집유닛의 일변형예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6b는 포집유닛의 일변형예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 금속 회수방법, 금속 회수장치, 배기계 및 이것을 이용한 성막장치의 바람직한 일실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 기술한다. 도 1은 금속 회수장치를 갖는 성막장치를 나타내는 개략 구성도, 도 2는 금속 회수장치 내의 일예를 나타내는 확대 단면구성도이다. 이하의 일실시예에 있어서는 유기 금속 화합물의 원료로서 카르보닐계 유기 금속 화합물인 Ru3(CO)12를 이용하고, 캐리어가스로서 CO(일산화탄소)을 이용하고, Ru 금속막으로 이루어지는 박막을 성막하는 예에 대해 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 성막장치(2)는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W에 대해 성막처리를 실제로 실시하는 성막장치 본체(4)와, 이 성막장치 본체(4)에 대해 성막용의 원료가스를 공급하는 원료가스의 공급계(6)와, 상기 성막장치 본체(4)로부터의 배기가스를 배출하는 배기계(8)에 의해 주로 구성되어 있다.
우선, 상기 성막장치 본체(4)에 대해 설명한다. 이 성막장치 본체(4)는, 예를 들면, 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 통체형상의 처리용기(10)를 갖고 있다. 이 처리용기(10) 내에는 피처리체인 반도체 웨이퍼 W를 유지하는 유지기구(12)가 마련되어 있다. 구체적으로는 이 유지기구(12)는 용기 바닥부로부터 지주(14)에 의해 기립된 원판형상의 탑재대(16)로 이루어지고, 이 탑재대(16)상에 웨이퍼 W가 탑재된다. 그리고, 이 탑재대(16)는, 예를 들면, AlN(질화 알루미늄) 등의 세라믹재로 이루어져 있다. 탑재대(16)내에는, 예를 들면, 텅스텐 와이어 등으로 이루어지는 가열기구(18)가 마련되어 있고, 상기 웨이퍼 W를 가열하도록 되어 있다. 여기서, 상기 가열기구(18)로서는 텅스텐와이어 등에 한정되지 않고, 예를 들면, 가열램프를 이용해도 좋다.
이 처리용기(10)의 바닥부에는 배기구(20)가 마련되고, 이 배기구(20)에는 상기 배기계(8)가 접속되어, 처리용기(10)내의 분위기를 진공배기 할 수 있도록 되어 있다. 이 배기계(8)에 대해서는 후술한다. 이 처리용기(10)의 측벽에는 웨이퍼 W를 반출 반입하는 개구(22)가 형성되어 있고, 이 개구(22)에는 이것을 기밀하게 개폐하기 위한 게이트밸브(24)가 마련되어 있다.
그리고, 이 처리용기(10)의 천장부에는, 예를 들면, 샤워헤드(26)로 이루어지는 가스 도입기구(28)가 마련되어 있고, 하면에 마련한 가스 분출구멍(30)으로부터 처리용기(10)내에 필요한 가스를 공급하도록 되어 있다. 그리고, 이 샤워헤드(26)의 가스입구(26a)에, 상기 원료가스의 공급계(6)이나 그 밖에 필요한 가스가 있는 경우에는 그 가스의 공급계가 접속되어 있다. 이용하는 가스의 종류에 따라서는 이 샤워헤드(26)내에서는 원료가스와 다른 가스가 혼합되는 경우도 있고, 샤워헤드(26)내에 개별적으로 도입되어 개별적으로 흘러 처리용기(10)내에서 혼합되는 경우도 있다. 본 실시예에서는 가스 도입기구(28)로서 샤워헤드(26)를 이용하고 있지만, 이 대신에 단순한 노즐 등을 이용해도 좋다.
다음으로, 상기 원료가스의 공급계(6)에 대해 설명한다. 우선, 이 원료가스의 공급계(6)는 고체 원료 또는 액체 원료를 저장하는 원료탱크(32)를 갖고 있다. 본 실시예에서는 이 원료탱크(32)내에 유기 금속 화합물의 원료인, 예를 들면, 고체 원료(34)가 수용되어 있다. 이 고체 원료(34)로서는 상술한 바와 같이 Ru3(CO)12가 이용되고 있다. 이 고체 원료(34)는 일반적으로는 증기압이 매우 낮아 증발하기 어려운 특성을 갖고 있다. 또한, 상기 고체 원료(34) 대신에 버블링 등에 의해 원료가스가 형성되는 액체 원료를 이용해도 좋다.
그리고, 이 원료탱크(32)의 천장부에 마련한 가스출구(36)에 일단을 접속하고, 상기 성막장치 본체(4)의 샤워헤드(26)의 가스입구(26a)에 타단을 접속해서 원료 통로(38)가 마련되어 있어서, 상기 원료탱크(32)에서 발생한 원료가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 원료 통로(38)의 원료탱크(32)에 가까운 부분에는 개폐 밸브(40)가 마련되어 있다.
또한, 상기 원료탱크(32)의 하면측에는 상기 원료탱크(32)에 캐리어가스를 공급하기 위한 캐리어가스관(42)이 접속되어 있다. 이 캐리어가스관(42)의 도중에는 매스플로 컨트롤러와 같은 유량 제어기(44)와 캐리어가스 개폐밸브(46)가 순차 개재되어 있고, 캐리어가스를 유량 제어하면서 공급하여 상기 고체 원료(34)를 가열하는 것에 의해, 이 고체 원료(34)를 기화시켜 원료가스를 형성하도록 되어 있다.
또, 원료탱크(32)의 내부에는 상기 캐리어가스관(42)이 설치된 측의 근방에 다공판(48)이 설치되고, 상기 고체원료(34)를 상기 다공판(48)의 위에 유지하고, 상기 캐리어가스관(42)으로부터 공급되는 캐리어가스가, 상기 다공판(48)에 형성된 구멍부를 통해 상기 원료탱크(32)내에 균일하게 공급되는 구조로 되어 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 캐리어가스로서 CO(일산화탄소) 가스가 이용되고 있다.
그리고, 상기 원료탱크(32)에는 이것을 가열하기 위한 탱크 가열기구(50)가 탱크 전체를 덮도록 해서 마련되어 있고, 고체 원료(34)의 기화를 촉진시키도록 되어 있다. 고체 원료(34)의 가열 온도는 분해 온도 미만이다. 또한, 상기 캐리어가스관(42)의 캐리어가스 개폐밸브(46)보다도 상류측과 상기 원료 통로(38)의 개폐 밸브(40)의 하류측을 연통해서 바이패스관(52)이 마련되어 있다. 이 바이패스관(52)에는 바이패스 개폐밸브(54)가 개재되어 마련되어 있고, 필요에 따라 원료탱크(32)를 바이패스시켜 캐리어가스를 흘릴 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 원료 통로(38)에는 테이프 히터와 같은 가열기구(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 이것을 가열해서 원료가스가 재고화되는 것을 방지하도록 되어 있다.
다음으로, 배기계(8)에 대해 설명한다. 이 배기계(8)는 상기 처리용기(10)의 배기구(20)에 접속된 배기통로(60)를 갖고 있고, 이 배기통로(60)를 따라 처리용기(10)내의 분위기를 배기하도록 되어 있다. 구체적으로는 이 배기통로(60)에는 그 상류측에서 하류측을 향해 압력 조정 밸브(62), 진공 펌프(64), 금속 회수장치(66)가 순차 마련되어 있다.
상기 압력 조정 밸브(62)는, 예를 들면, 버터플라이 밸브에 의해서 구성되고, 상기 처리용기(10)내의 압력을 조정하는 기능을 갖고 있다. 상기 진공 펌프(64)는 여기서는, 예를 들면, 터보 분자 펌프와 드라이 펌프의 조합으로 이루어지고, 처리용기(10)내의 분위기를 진공 배기할 수 있도록 되어 있다.
또한, 금속 회수장치(66)는 배기통로(60)내를 흘러오는 배기가스를 고온에 노출시켜 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 분해해서 금속성분을 회수하고, 또한, 배기가스 중의 유해 성분을 산화시켜 제거하는 것이다. 본 실시예에서는 미반응의 원료가스, 즉, Ru3(CO)12 가스의 거의 전부를 회수하도록 한다. 이 구성에 대해서는 후술한다.
우선, 이 금속 회수장치(66)보다도 상류측의 배기통로(60)와, 금속 회수장치(66)보다도 하류측의 배기통로(60)에는 각각, 개폐 밸브(68)가 개재되어 마련되어 있다. 이 금속 회수장치(66)의 메인터넌스시에는 이 개폐 밸브(68)를 닫는 것에 의해, 이 금속 회수장치(66)를 배기통로(60)측부터 차단할 수 있도록 되어 있다.
도 2에도 나타내는 바와 같이, 이 금속 회수장치(66)는, 예를 들면, 스테인리스 스틸 등에 의해 통체형상으로 성형된 하우징(70)에 의해서 그 외각이 형성되어 있다. 이 하우징(70)의 상부에는 가스입구(72)가 형성되고, 하부에는 가스출구(74)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 가스입구(72)는 여기에 형성된 플랜지부(72A)에 의해서 상기 배기통로(60)의 일측에 O링 등의 시일부재(76)를 사이에 두고 기밀하게 접속되어 있다. 또한, 상기 가스출구(74)는 여기에 형성된 플랜지부(74a)에 의해서, 상기 배기통로(60)의 다른 측에 O링 등의 시일부재(78)를 사이에 두고 기밀하게 접속되어 있다.
그리고, 상기 통체형상의 하우징(70)내에는 배기가스를 고온에 노출시켜 이 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜서 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 포집하는 포집유닛(80)과, 이 포집유닛(80)을 통과한 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 제해유닛(82)이 배기가스의 흐름 방향을 따라서 차례로 배열되어 있다.
구체적으로는, 상기 포집유닛(80)은 상기 열분해에 의해서 발생한 금속성분을 부착하는 포집부재(84)를 갖고 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 포집부재(84)는 구형상, 덩어리형상 혹은 블럭형상으로 이루어진 복수(다수)의 포집편(86)을 갖고 있다. 이 포집편(86)은 취출 가능하게 통체형상의 케이싱(88)내에 수용되어 있다. 이 케이싱(88)은, 예를 들면, 스테인리스 스틸에 의해 형성되어 있다.
이 케이싱(88)의 천장 및 바닥부에는 배기가스를 통과시키기 위한 다수의 통기구멍(90, 92)이 각각 형성되어 있고, 이 케이싱(88)내를 배기가스가 통과할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 케이싱(88)의 외주에는 이 포집부재(84)를 가열하기 위해, 예를 들면, 텅스텐 히터 등으로 이루어지는 포집부재 가열기구(94)가 마련되어 있고, 상기 포집편(86)을 소정의 온도, 예를 들면, 600∼1000℃의 범위내의 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다.
상기 포집편(86)은 이 포집편(86) 사이를 흐르는 배기가스의 통기성을 충분히 확보하기 위해, 예를 들면, 포집편(86)이 구형인 경우에는 그 직경을 10㎜ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이 포집편(86)으로서는, 예를 들면, 스테인리스 스틸 등의 금속편 이외에, 실리콘편이나 질화알루미늄, 알루미나 등으로 이루어지는 세라믹편 등을 이용할 수 있다.
또, 상기 포집유닛(80)의 하류측에 배치되는 상기 제해유닛(82)은 상기 포집유닛(80)을 통과해서 흘러 온 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 촉매(100)를 갖고 있다. 본 실시예에서는 상기 촉매(100)는 구형형상, 덩어리형상 혹은 블럭형상으로 이루어져 있다. 이 촉매(100)는 취출 가능하게 통체형상의 케이싱(102)내에 수용되어 있다. 이 케이싱(102)은, 예를 들면, 스테인리스 스틸에 의해 형성되어 있다.
이 케이싱(102)의 천장 및 바닥부에는 배기가스를 통과시키기 위한 복수의 통기구멍(104, 106)이 각각 형성되어 있고, 이 케이싱(102)내를, 상기 포집유닛(80)내를 통과해 온 배기가스가 통과할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 케이싱(102)의 외주에는 이 촉매(100)를 가열하기 위해, 예를 들면, 텅스텐 히터 등으로 이루어지는 촉매 가열기구(108)가 마련되어 있고, 상기 촉매(100)를 소정의 온도, 예를 들면, 600∼800℃의 범위내의 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다.
상기 촉매(100)는 이 촉매(100) 사이를 흐르는 배기가스의 통기성을 충분히 확보하기 위해, 예를 들면, 촉매(100)가 구형인 경우에는 그 직경을 5㎜ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이 촉매(100)로서는 MnO2, CaO, MgO, HfO2, Ta2O5 등을 이용할 수 있다.
또, 상기 하우징(70)에는 하우징(70)내에 산화가스를 공급하기 위한 산화가스 공급기구(110)가 접속되어 있다. 이 산화가스 공급기구(110)는 본 실시예에서는 하우징(70)내의 천장부, 즉 배기가스류의 하우징(70)내에 있어서의 최상류부에 마련된 원형 링형상으로 이루어진 샤워헤드(112)를 갖고 있다. 이 샤워헤드(112)에는 도중에 개폐 밸브(114)를 개재된 가스유로(116)가 접속되어 있다. 그리고, 상기 샤워헤드(112)에 형성된 복수의 가스 분사구멍(112A)으로부터, 포집유닛(80)의 상류측의 대략 전(全)면을 향해, 유량 제어된 산화가스가 공급되도록 되어 있다.
이 샤워헤드(112)로부터 공급된 산화가스는 상기 포집유닛(80)내 뿐만 아니라, 그 하류측에 위치하는 제해유닛(82)내에도 흘러들어 오도록 되어 있다. 여기서, 제해유닛(82)내에만 산화가스를 흘리는 경우에는 상기 산화가스 공급기구(110)의 샤워헤드(112)를 상기 포집유닛(80)과 제해유닛(82) 사이에 설치하도록 하면 좋다. 이 산화가스로서는 O2를 이용할 수 있다. 또한, 상기 산화가스 공급기구(110)의 구조는 상기 구성에 한정되지 않는다.
그리고, 상기 처리용기(10)의 배기구(20)로부터 금속 회수장치(66)까지의 배기통로(60) 및 그 도중에 개재된 각 부재에는 테이프 히터 등의 통로 가열 히터(120)가 마련되어 있다. 이에 따라, 배기통로(60)내를 흐르고 있는 배기가스를, 사용하는 원료에도 따르지만, 예를 들면, 110℃ 정도로 가열해서, 도중에 미반응의 배기가스 중의 미반응의 원료가스가 응축(응고)하는 것을 방지하도록 되어 있다.
그리고, 이와 같이 구성된 성막장치(2)의 전체의 동작, 예를 들면, 가스의 공급의 개시, 가스의 공급의 정지, 프로세스 온도, 프로세스 압력, 금속 회수장치(66)에 있어서의 산화가스의 공급 등의 제어는, 예를 들면, 컴퓨터로 이루어지는 제어 장치(122)에 의해 실행되게 된다.
이 제어에 필요한 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램은 기억 매체(124)에 기억되어 있고, 이 기억 매체(124)로서는 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), CD-ROM, 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등을 이용할 수 있다. 또한, 필요한 경우에는 상기 금속 회수장치(66)의 상류측에 미반응의 원료가스의 일부를 보조적으로 포집하는 보조 트랩기구를 설치하도록 해도 좋다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 성막장치(2)의 동작에 대해, 주로 도 3∼도 5b를 참조하면서 설명한다. 도 3은 금속 회수방법을 설명하는 공정도, 도 4a 및 도 4b는 원료가스가 열분해되어 금속성분의 포집과 유해가스의 제해가 실행되는 일반적인 상황을 나타내는 모식도, 도 5a 및 도 5b는 원료가스인 Ru3(CO)12가 열분해되어 금속성분의 포집과 유해가스의 제해가 실행되는 상황을 나타내는 모식도이다. 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 성막장치(2)의 성막장치 본체(4)에 있어서는 배기계(8)의 진공 펌프(64)가 계속적으로 구동되어, 처리용기(10)내가 진공 배기되어 소정의 압력으로 유지되어 있고, 또 탑재대(16)상의 반도체 웨이퍼 W는 가열기구(18)에 의해 소정의 온도로 유지되어 있다. 또, 처리용기(10)의 측벽 및 샤워헤드(26)도 각각 용기측 가열기구(도시하지 않음)에 의해 소정의 온도로 유지되어 있다.
또한, 원료가스의 공급계(6)의 전체는 탱크 가열기구(50)나 통로 가열기구(도시하지 않음)에 의해서 미리 소정의 온도로 가열되어 있다. 그리고, 성막 처리가 시작하면, 원료가스의 공급계(6)에 있어서는 원료탱크(32)내에는 캐리어가스관(42)을 통하여 유량 제어된 캐리어가스(CO)가 공급되는 것에 의해서, 원료탱크(32)내에 저장되어 있는 고체 원료(34)가 가열되어 기화하고, 이것에 의해 원료가스가 생성된다.
이와 같이 생성된 원료가스는 캐리어가스와 함께 원료 통로(38)내를 하류측을 향해 흘러간다. 이 원료가스는 성막장치 본체(4)의 샤워헤드(26)로부터 감압 분위기로 이루어져 있는 처리용기(10)내에 도입된다. 이 처리용기(10)내에서, 예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 웨이퍼 W상에 Ru 금속의 박막이 성막되게 된다. 이 때의 프로세스 조건으로서, 프로세스 압력이 0.1Torr(13.3Pa) 정도, 웨이퍼 온도가 200∼250℃ 정도, 처리용기(10)의 측벽의 온도가 75∼80℃ 정도로 설정될 수 있다.
여기서, 고체 원료(34)인 Ru3(CO)12는 증기압이 매우 낮아 증발(기화)하기 어려운 원료이며, 또 성막반응에 기여하는 양은 매우 적고, 90% 정도의 원료가스가 미반응 상태에서 캐리어가스인 CO와 함께 배기계(8)의 배기통로(60)내를 유하해 간다. 이 때의 반응은 다음의 화학식으로 나타나고, 반응에 의해서 캐리어가스와 동일한 가스종인 CO(일산화탄소)가 발생하고 있다.
Ru3(CO)12 ⇔ Ru3(CO)12↑
Ru3(CO)12↑ ⇔ Ru3(CO)12-x↑+XCO↑
Ru3(CO)12-x↑+Q→3Ru+(12-X)CO↑
Ru3(CO)12↑+Q→3Ru+12CO↑
여기서 “⇔”은 가역적인 것을 나타내고, “↑”은 가스 상태인 것을 나타내며, “↑”가 붙어 있지 않은 것은 고체 상태인 것을 나타내고, “Q”는 열량이 공급되는 것을 나타내고 있다.
상기 배기통로(60)를 유하하는 배기가스는 압력 조정밸브(62), 진공 펌프(64), 금속 회수장치(66)를 순차 경유한 후에 대기로 방출된다. 이 경우, 금속 회수장치(66)내에서 미반응의 원료가스의 금속성분이 회수된 후에는 배기가스로서 CO 가스가 잔류할 뿐이므로, 이 CO 가스는 또한 이 금속 회수장치(66)내에서 산화되어 CO2로 되어 대기로 방출된다.
여기서, 금속 회수장치(66)내에서 배기가스에 대해 실행되는 처리의 내용에 대해 상세하게 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 배기가스를 고온에 노출시켜 이 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 포집부재(84)에 부착시키는 포집공정(스텝 S1)과, 상기 포집공정을 거친 배기가스를 촉매(100)에 접촉시키는 것에 의해 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 제해공정(스텝 S2)이 실행된다.
즉, 배기통로(60)내를 흘러 온 배기가스는 상기 금속 회수장치(66)의 천장부에 마련한 가스입구(72)로부터 하우징(70)내에 도입되고, 포집유닛(80)내에 흘러 들어와, 이 케이싱(88)내에 수용되어 있는 포집부재(84)를 구성하는 복수의 포집편(86)의 표면과 접촉하면서 하류측을 향해 흘러가게 된다. 여기서, 상기 포집편(86)은 포집부재 가열기구(94)에 의해 소정의 온도, 즉 미반응의 원료가스를 열분해할 수 있는 온도인 600∼1000℃의 범위내로 가열되어 있으므로, 이 원료가스, 즉, Ru3(CO)12는 “Ru”와 “CO”로 열분해되어 버린다. 그리고, 이 중, 금속성분인 “Ru”는 상기 고온 상태로 된 포집편(86)의 표면에 부착되어 포집되게 된다.
이때의 상황은 도 4a 및 도 5a에 모식적으로 나타나 있고, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 금속원자(130)에 배위자(配位子)(132)가 결합하고 있는 바와 같은 원료가스는 고온에 노출되면 열분해되어 금속원자(130)와 배위자(132)로 분리하고, 금속원자(130)가 고온의 포집편(86)의 표면에 부착되게 된다. 상기 배위자로서는 탄소(C), 산소(O), 수소(H) 중, 어느 한 개 이상, 바람직하게는 2개 이상을 포함하는 배위자가 대응하고, 불소나 염소 등의 할로겐 원소는 포함되지 않는다.
또한, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는 원료로서 Ru3(CO)12를 이용하고, 캐리어가스로서 CO(일산화탄소)를 이용하고 있으므로, 금속성분으로서 Ru가 분리하고, 또 배위자가 탈리해서 CO가 발생하고, 캐리어가스인 CO는 그대로 잔존한다.
이와 같이 해서, 상기 포집유닛(80)내에서 금속성분이 포집된 배기가스는 포집유닛(80)내를 통과한 후, 유해 성분인 “CO”를 포함한 상태에서 하류측의 제해유닛(82)내에 흘러 들어간다. 그리고, 이 배기가스는 이 제해유닛(82)내에서, 촉매 가열기구(108)에 의해 고온, 예를 들면, 600∼800℃로 가열되어 있는, 예를 들면, MnO2나 CaO 등으로 이루어지는 촉매와 접촉하면서 흐르게 된다.
여기서, 하우징(70)의 천장부에 마련한 산화가스 공급기구(110)로부터 하우징(70)내에 산화가스로서, 예를 들면, O2 가스가 도입되어 있으므로, 상기 배기가스 중에는 O2 가스가 혼입되어 있다. 따라서, 상기 유해가스인 CO는 고온 상태에 있는 촉매(100)의 촉매작용에 의해 O2 가스와의 산화 반응이 촉진되고, CO2로 되어 제해되게 된다.
일반적으로는, 예를 들면, 도 4b에 나타내는 바와 같이, C, O, H를 포함한 배위자(132)는 O2 가스와 산화되어, CO2나 H2O나 O2로 되어 제해된다. 본 실시예에서는 도 5b에 나타내는 바와 같이, CO 성분이 산화되어서 CO2로 되어 제해되게 된다. 이와 같이 제해되면, 배기가스 중에는 상기 CO2, H2O, O2등의 대기로 방출해도 인체상 안전한 가스성분만으로 되고, 따라서, 이 금속 회수장치(66)로부터 배기된 배기가스는 그대로 대기로 방출되게 된다.
그리고, 상기 포집편(86)에 부착된 금속성분은 이 포집유닛(80)을 정기적으로 교환하는 것에 의해, 금속성분은 회수되어 재이용되게 된다. 또한, 제해유닛(80)의 촉매(100)에는 부착되는 일이 없으므로, 이 촉매(100)는 반영구적으로 반복 사용되게 된다.
실제로, 상기 성막장치(2)를 이용하고, 원료로서 Ru3(CO)12를 이용하여 Ru 박막을 형성해서 배기가스 중의 CO 농도를 측정한 결과, 배기가스 중의 CO 농도는 금속 회수장치(66)의 가스입구(72)의 부분에서는 200ppm이었지만(캐리어가스 CO: 100sccm, 드라이 펌프 N2 : 50리터), 가스출구(74)에서는 0ppm이며, 이에 따라 배기가스를 완전히 제해할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 이상의 실시예에 의하면, 유기 금속 화합물의 원료, 예를 들면, Ru3(CO)12로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 W의 표면에 박막을 형성하는 처리용기(10)로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수할 때에, 배기가스를 가열된 포집부재에 접촉시키는 것에 의해 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 포집부재에 부착시키는 포집공정과, 포집공정을 거친 배기가스를 촉매(100)에 접촉시키는 것에 의해 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 제해공정을 갖도록 했으므로, 공간 절약적인 간단한 구조의 금속 회수장치를 이용하면서, 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수하고, 또한 배기가스를 제해할 수 있다.
또한, 회수된 금속성분은 폐기되지 않고 재이용되므로, 그만큼, 러닝 코스트를 줄일 수 있다. 또한, 재이용에 관해서는 복잡한 정제 작업을 실행할 필요가 없고, 간단하게 원료로서 취출할 수 있다.
또한, 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수하는 금속 회수장치에 있어서, 배기가스를 고온에 노출시켜 배기가스 중에 포함되는 미반응의 원료가스를 열분해시켜 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 부착시키는 포집부재(84)를 갖는 포집유닛(80)과, 포집유닛을 통과한 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 촉매(100)를 갖는 제해유닛(82)을 일체화시키도록 했으므로, 설치 스페이스를 대폭 줄일 수 있다.
(포집유닛(87)의 변형예)
다음으로, 상기 포집유닛(80)의 변형예에 대해 설명한다. 앞의 도 2에 나타내는 금속 회수장치(66)의 포집유닛(80)에서는 포집부재(84)로서 다수의, 예를 들면, 구체형상의 포집편(86)을 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 이하에 설명하는 바와 같은 구조로 해도 좋다. 도 6a 및 도 6b는 포집유닛의 변형예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 6a 및 도 6b중에 있어서, 도 2에 나타내는 구성 부분과 동일하게 구성될 수 있는 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 6a는 포집유닛(80)의 일변형예를 나타내고, 여기서는 포집부재(84)로서 복수의 펀칭판(140)을 이용하고 있다. 이 펀칭판(140)에는 복수(다수)의 통기구멍(140A)이 전(全)면에 걸쳐 형성되어 있다. 이 펀칭판(140)은 배기가스의 흐름 방향을 따라 소정의 피치로 배열되어 있다.
이 때, 상하에 인접하는 펀칭판(140)은 그 통기구멍(140A)이 수평면내에 있어서 좌우 방향, 혹은 전후 방향에 위치 어긋나도록 배치되어 있고, 배기가스가 직선적으로 흐르지 않도록 하고, 배기가스가 펀칭판(140)의 표면과 효율적으로 접촉하도록 하고 있다. 이 각 펀칭판(140)의 측부에는 포집부재 가열기구(94)가 마련되어 있고, 이 펀칭판(140)을 가열할 수 있도록 되고 있다. 이 펀칭판(140)의 재료로서는, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 세라믹 등을 이용할 수 있다. 이 일변형예에 의해서도, 상술한 실시예에서 설명한 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있고, 배기가스 중의 금속성분을 부착하여 포집할 수 있다.
도 6b는 포집유닛(80)의 다른 변형예를 나타내고, 여기서는 포집부재(84)로서 복수의 철망(146)을 이용하고 있다. 이 복수의 철망(146)은 배기가스의 흐름 방향을 따라 소정의 피치로 배열되어 있다.
이 각 철망(146)의 측부에는 포집부재 가열기구(94)가 마련되어 있고, 이 철망(146)을 가열할 수 있도록 되어 있다. 이 철망(146)의 재료로서는, 예를 들면, 스테인리스 스틸, 텅스텐 등을 이용할 수 있다. 이 변형예에 의해서도, 상술한 실시예에서 설명한 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있고, 배기가스 중의 금속성분을 부착하여 포집할 수 있다.
또한, 이상의 실시예에서는 촉매(100)로서 MnO2나 CaO를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 촉매(100)로서는 MnO2, CaO, MgO, HfO2, Ta2O5이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 이용할 수 있다. 또한, 이상의 실시예에서는 산화가스로서 O2 가스를 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, O2, O3, H2O, 공기(산소와 질소의 혼합 가스)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한, 이상의 실시예에서는 유기 금속 화합물의 원료로서 Ru3(CO)12를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 유기 금속 화합물의 원료로서는 할로겐 원소를 포함하지 않는 Ru3(CO)12, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, Ru3(CO)12, W(CO)6, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(타샤리부틸이미드 트리디에틸아미드탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), CP2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO3)], (t-BuCP)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 이용할 수 있다.
상기 각 원료 중에는 금속성분 이외에, 예를 들면, C, O, H를 포함하는 배위자가 포함되게 된다. 이 경우, 상기 원료중에 불소나 염소 등의 할로겐 원소가 포함되면, 복잡한 정제 공정(작업)이 필요하게 되므로 바람직하지 않다. 또한, 이용하는 원료의 종류에 따라서는 금속성분의 포집시에, 산화하기 쉬운 금속, 예를 들면, Mn이나 Ta 등과 같이 금속의 산화물로서 회수하는 경우도 있고, 이 경우에는 도 2에 나타낸 바와 같이 산화가스 공급기구(110)로부터 산화가스를 포집유닛(80)내에 반드시 도입하는 것이 필요하게 된다. 또한, 이용하는 원료의 종류에 따라서는 금속막의 성막을 위해 원료가스의 외에 환원 가스를 이용하는 경우도 있고, 이 경우에는 환원 가스로서 H2 가스 등이 이용되고, 이 H2 가스도 상술한 바와 같이 제해된다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 더 나아가서는 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (26)

  1. 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막이 형성되는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서, 금속성분을 회수해서 배기가스를 제해하는 금속 회수방법으로서,
    상기 배기가스를 가열된 포집부재에 접촉시키는 것에 의해 해당 배기가스 중에 포함되는 미반응의 상기 원료가스를 열분해시키고, 상기 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 상기 포집부재에 부착시키는 포집공정과,
    상기 포집공정을 거친 상기 배기가스를 촉매에 접촉시키는 것에 의해 상기 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 제거하는 제해공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제해공정은 산화가스의 존재하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집공정은 산화가스의 존재하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제해공정의 상기 촉매의 온도는 600∼800℃의 범위내인 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집공정의 상기 포집부재의 온도는 600∼1000℃의 범위내인 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매는 MnO2, CaO, MgO, HfO2, Ta2O5로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화가스는 O2, O3, H2O, 공기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, Ru3(CO)12, W(CO)6, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(타샤리부틸이미드 트리디에틸아미드탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), CP2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO3)], (t-BuCP)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 할로겐 원소를 포함하지 않는 하 나 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12이며, 상기 제해공정을 거쳐서 배출되는 가스는 CO2 가스인 것을 특징으로 하는 금속 회수방법.
  10. 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막이 형성되는 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서, 금속성분을 회수해서 배기가스를 제해하는 금속 회수장치로서,
    상기 배기가스를 가열해서 해당 배기가스 중에 포함되는 미반응의 상기 원료가스를 열분해시켜 상기 원료가스 중에 포함되어 있는 금속성분을 부착시키도록 구성된 포집부재를 갖는 포집유닛과,
    상기 포집유닛을 통과한 상기 배기가스 중에 포함되는 유해가스 성분을 산화시켜 해하는 촉매를 갖는 제해유닛
    을 구비한 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집유닛과 상기 제해유닛은 하우징내에, 상기 배기가스의 흐름 방향을 따라 차례로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집유닛은 상기 포집부재를 가열하는 포집부재 가열기구를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제해유닛은 상기 촉매를 가열하는 촉매 가열기구를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집부재는 케이싱내에 수용된 복수의 포집편을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집부재는 상기 배기가스의 흐름 방향을 따라 배열된 복수의 철망을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집부재는 상기 배기가스의 흐름 방향을 따라 배열된 통기구멍을 갖는 복수의 펀칭판을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집유닛을 향해 산화가스를 공급하는 산화가스 공급기구를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 제해유닛을 향해 산화가스를 공급하는 산화가스 공급기구를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매의 온도는 600∼800℃의 범위내인 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 포집부재의 온도는 600∼1000℃범위내인 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매는 MnO2, CaO, MgO, HfO2, Ta2O5로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  22. 제 10 항에 있어서,
    상기 산화가스는 O2, O3, H2O, 공기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  23. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, Ru3(CO)12, W(CO)6, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(타샤리부틸이미드 트리디에틸아미드탄탈), PET(펜타에톡시탄탈), TMS(테트라메틸실란), TEH(테트라키스에톡시하프늄), CP2Mn[=Mn(C5H5)2], (MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2], (EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2], (i-PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2], MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO3)], (t-BuCP)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2], CH3Mn(CO)5, Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3], Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)], Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2], Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2], Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]으로 이루어지는 군에서 선택되는 할로겐 원소를 포함하지 않는 한 개 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  24. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은 Ru3(CO)12이며, 상기 제해유닛으로부터 배출되는 가스는 CO2 가스인 것을 특징으로 하는 금속 회수장치.
  25. 유기 금속 화합물의 원료로 이루어지는 원료가스를 이용하여 피처리체의 표면에 박막이 형성되는 처리용기에 접속하고, 상기 처리용기로부터 배출되는 배기가스 중에서 금속성분을 회수해서 배기가스를 제해하는 배기계로서,
    상기 처리용기의 배기구에 접속된 배기통로와,
    상기 배기통로에 개재된 진공 펌프와,
    상기 배기통로에 개재된 청구항 10에 기재된 금속 회수장치
    를 구비한 것을 특징으로 하는 배기계.
  26. 피처리체에 대해 성막 처리를 실시하기 위한 성막장치에 있어서,
    진공 배기가 가능하게 이루어진 처리용기와,
    상기 처리용기내에서 상기 피처리체를 유지하는 유지기구와,
    상기 피처리체를 가열하는 가열기구와,
    상기 처리용기내에 가스를 도입하는 가스 도입기구와,
    상기 가스 도입기구에 접속된 원료가스의 공급계와,
    상기 처리용기에 접속된 청구항 25에 기재된 배기계
    를 구비한 것을 특징으로 하는 성막장치.
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