KR20140138289A - 트랩 장치 및 성막 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

처리 용기로부터의 배기 가스를 흘려 보내는 배기 통로의 도중에 개설되는 하우징과, 상기 하우징 안에 설치되고 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 주 트랩 면이 평행하도록 배치되며 상기 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 설치된 복수의 트랩 판을 가지는 트랩 유닛을 구비하며, 상기 트랩 유닛을, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 복수 개 마련하는 것을 특징으로 하는 트랩 장치가 제공된다.

Description

트랩 장치 및 성막 장치{TRAP DEVICE AND FILM FORMATION DEVICE}
본 발명은, 피처리체에 박막을 형성하는 성막 장치 및 이것에 이용되는 트랩 장치에 관한 것이다.
일반적으로, IC 등의 집적 회로나 논리 소자를 형성하기 위해서는, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, LCD 기판 등의 표면에, 소망의 얇은 성막을 실시하는 행정이나, 이것을 소망의 패턴으로 에칭하는 행정이 반복해서 행해진다. 이 성막 공정을 예로 들면, 이 공정에 있어서는, 소정의 처리 가스(원료 가스)를 처리 용기 안에서 반응 혹은 분해시키는 것에 의해서 실리콘의 박막, 실리콘의 산화물이나 질화물의 박막, 혹은 금속의 박막, 금속의 산화물이나 질화물의 박막 등을 피처리체의 표면에 형성하지만, 이 성막 반응과 동시에 여분의 반응 부생성물이 발생하여, 이것이 배기 가스와 함께 배출되어 버린다. 또, 미반응의 처리 가스도 배출된다.
이 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스는, 그대로 대기 속으로 방출되면 환경 오염 등의 원인이 되거나, 미반응의 처리 가스의 배출은 자원의 낭비가 되기 때문에, 이것을 방지하기 위해서 일반적으로는 처리 용기로부터 연장되는 배기 가스 계에 트랩 기구를 개설하고, 이것에 의해 배기 가스 안에 포함되어 있는 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스 등을 포획해서 제거하게 되어 있다(특허 문헌 1~4).
이 트랩 기구의 구성은, 포획 제거해야 하는 반응 부생성물 등의 특성에 따라 여러 가지로 제안되어 있지만, 예를 들면 상온에서 액화 내지 고화하여 응축하는 반응 부생성물을 제거하는 경우에는, 이 트랩 기구는 그 일례로서 배기 가스의 도입구와 배출구를 가지는 하우징 안에 다수의 판 형상의 트랩 판을 마련해서 구성 되어 있다. 그리고, 이 트랩 판은, 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 순차 배열하고, 이러한 트랩 판 사이를 배기 가스가 통과할 때에 배기 가스 안의 반응 부생성물이나 미반응의 처리 가스(원료 가스) 등을 트랩 판의 표면에 부착시켜서 포획하게 되어 있다. 이 경우, 상기 판 형상의 트랩 판은, 흐르는 배기 가스와의 접촉을 양호하게 하기 위해서 주 트랩 면이 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 직교하도록 마련하는 것이 일반적이다. 또, 이 트랩 판을 냉각 유체 등에 의해 냉각해서 포획 효율을 높이는 것도 행해지고 있다.
일본 특허공개 평10－140357호 공보 일본 특허공개 평11－302851호 공보 일본 특허공개 2001－214272호 공보 일본 특허공개 2003－247075호 공보
그런데, 일반적인 트랩 장치에서는, 상술한 바와 같이 판 형상의 트랩 판을, 이것과 배기 가스와의 접촉을 양호하게 하기 위해서 주 트랩 면이 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 직교하도록 배치하고 있다. 그렇지만, 이 경우, 실제의 배기 가스는 주 트랩 면과 충돌했을 때에, 그 흐름이 크게 혼란되고, 결과적으로, 배기 가스의 난류가 생겨서, 배기 가스 안의 포획 대상물이 트랩 판과 접촉하는 일 없이, 즉 포획되는 일 없이 흘러 버려서, 포획 대상물의 회수율이 충분히 오르지 않는다고 하는 과제가 있었다.
상기 과제에 대해서, 반응 부생성물이나 미반응의 원료 가스 등의 포획 대상물의 회수율을 향상시키는 것이 가능한 트랩 장치 및 성막 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 따르면, 처리 용기로부터의 배기 가스가 흐르는 배기 통로의 도중에 개설되는 하우징과, 상기 하우징 안에 설치되고, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 주 트랩 면이 평행하도록 배치되어, 상기 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 마련된 복수의 트랩 판을 가지는 트랩 유닛을 구비하며, 상기 트랩 유닛을, 상기 배기 가스의 흐름 방향을 따라서 복수 개 마련하는 것을 특징으로 하는 트랩 장치가 제공된다.
또, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 원료 가스를 이용해서 피처리체에 박막을 형성하는 성막 처리를 실시하기 위한 성막 장치에 있어서, 진공 배기가 가능하게 된 처리 용기와, 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기 안에 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 가스 도입 수단에 접속되어 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 계를 가지는 가스 공급 계와, 상기 처리 용기 안의 분위기를 배기하는 배기 계와, 상기 배기 계에 마련되는 트랩 장치를 구비하고, 상기 트랩 장치는, 상기 배기 계에 마련되어 배기 가스가 흐르도록 하는 배기 통로의 도중에 개설되는 하우징과, 상기 하우징 안에 설치되고 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 주 트랩 면이 평행하도록 배치되며 상기 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 설치된 복수의 트랩 판을 가지는 트랩 유닛을 구비하며, 상기 트랩 유닛을, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 복수 개 마련한 것을 특징으로 하는 성막 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 반응 부생성물이나 미반응의 원료 가스 등의 포획 대상물의 회수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 트랩 장치를 가지는 성막 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 트랩 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 트랩 장치를 도시하는 횡단면도이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 1개의 트랩 유닛을 도시하는 사시도이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 트랩 장치의 각 트랩 판의 배열 상태를 도시하는 상면 단면도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 트랩 장치의 일단으로부터 각 트랩 유닛의 트랩 판을 향할 때의 상태를 도시하는 개략 투영도이다.
도 7은 일반적인 트랩 장치 내에서의 배기 가스의 흐름을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 트랩 장치 내에서의 배기 가스의 흐름을 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하에, 본 발명에 따른 트랩 장치 및 성막 장치의 바람직한 일 실시형태를 첨부 도면에 근거해 상술한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 트랩 장치를 가지는 성막 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도, 도 2는 일 실시형태에 따른 트랩 장치를 도시하는 종단면도, 도 3은 일 실시형태에 따른 트랩 장치를 도시하는 횡단면도, 도 4는 일 실시형태에 따른 1개의 트랩 유닛을 도시하는 사시도, 도 5는 일 실시형태에 따른 트랩 장치의 각 트랩 판의 배열 상태를 도시하는 상면 단면도, 도 6은 일 실시형태에 따른 트랩 장치의 일단으로부터 각 트랩 유닛의 트랩 판을 향할 때의 상태를 도시하는 개략 투영도이다. 여기에서는, 유기 금속 화합물의 원료로서 카르보닐계의 유기 금속 화합물인 Ru3(CO)12를 이용하고, 캐리어 가스로서 CO(일산화탄소)를 이용하여, Ru 금속 막으로 이루어지는 박막을 성막함과 동시에, 포획 대상물로서 미반응의 원료 가스를 배기 가스 안으로부터 포획하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치(2)는, 피처리체로서의 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼(W)라 함)에 대해서 성막 처리를 실제로 실시하는 성막 장치 본체(4)와, 이 성막 장치 본체(4)에 대해서 필요 가스를 공급하는 가스 공급 계(6)와, 성막 장치 본체(4)로부터의 배기 가스를 배출하는 배기 계(8)에 의해 주로 구성되어 있다. 가스 공급 계(6)에는, 여기에서는 성막 용의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 계(10)가 포함되어 있고, 필요한 경우에는, N2 가스 등의 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 계 등도 포함된다.
우선, 성막 장치 본체(4)에 대해 설명한다. 이 성막 장치 본체(4)는, 예를 들면 알루미늄 합금 등으로 이루어진 통 형상의 처리 용기(12)를 가지고 있다. 이 처리 용기(12) 내에는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 탑재하여 보관 유지하는 탑재대(14)가 설치된다. 이 탑재대(14)는, 전체가 예를 들면 원판 형상으로 성형되어 있고, 이 상면 측에 웨이퍼(W)를 탑재하도록 되어 있다. 그리고, 이 탑재대(14)는, 처리 용기(12)의 저부로부터 기립된, 예를 들면 알루미늄 합금 등으로 이루어진 금속 제의 지지 기둥(16)의 상단부에 설치 고정되어 있다.
이 탑재대(14) 내에는 그 상부 측에 가열 수단으로서 예를 들면 텅스텐 와이어 히터나 카본 와이어 히터 등으로 이루어진 가열 히터(18)가 매립되도록 해서 설치되어 웨이퍼(W)를 가열하게 되어 있고, 가열 히터(18)의 하방에는 이 탑재대(14)의 하부나 측부를 냉각하여 온도 조정하는, 냉매를 흘려 보내기 위한 냉매 통로(20)가 마련되어 있다. 또, 이 탑재대(14)에는, 웨이퍼(W)의 반출입시에 승강되어 반송 아암과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하는 도시하지 않은 리프터 핀이 설치되어 있다.
처리 용기(12)의 저부에는 배기구(22)가 마련되고, 이 배기구(22)에는 배기 계(8)가 접속되어, 처리 용기(12) 내의 분위기를 진공 배기할 수 있도록 되어 있다. 이 배기 계(8)에 대해서는 후술한다. 이 처리 용기(12)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반출입하는 개구(24)가 형성되어 있고, 이 개구(24)에는, 이것을 기밀로 개폐하기 위한 게이트 밸브(26)가 마련되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(12)의 천정부에는, 예를 들면 샤워 헤드(28)로 이루어진 가스 도입 수단(30)이 설치되어서, 하면에 마련한 가스 분출 구멍(32)으로부터 처리 용기(12) 내로 필요 가스를 공급하도록 되어 있다. 그리고, 처리 용기(12)의 측벽이나 샤워 헤드(28)에는 각각 히터(34, 36)가 설치되어서, 이들을 소정의 온도로 유지하는 것에 의해, 원료 가스가 고화나 액화하는 것을 방지하게 되어 있다. 그리고, 이 샤워 헤드(28)의 가스 입구(28A)에는, 원료 가스 공급 계(10)가 접속되고, 또 그 외의 필요 가스가 있는 경우에는, 그 가스의 공급 계가 접속된다.
여기서 이용하는 가스 종에 따라, 이 샤워 헤드(28) 내에서 원료 가스와 다른 가스가 혼합되는 경우도 있고, 샤워 헤드(28) 내에 따로 따로 도입되고 따로 따로 흘러서 처리 용기(12) 내에서 혼합되는 경우도 있다. 여기에서는, 가스 도입 수단(30)으로서 샤워 헤드(28)를 이용하고 있지만, 이것에 대신해 단순한 노즐 등을 이용해도 괜찮으며, 그 가스 도입 형태는 특별히 한정되지 않는다.
다음에, 원료 가스 공급 계(10)에 대해 설명한다. 우선, 이 원료 가스 공급 계(10)는, 고체 원료 또는 액체 원료를 저장하는 원료 탱크(40)를 가지고 있다. 여기에서는, 이 원료 탱크(40) 내에는, 유기 금속 화합물의 원료인, 예를 들면 고체 원료(42)가 저장되어 있고, 고체 원료(42)로서는, 전술한 바와 같이 Ru3(CO) 12가 이용되고 있다. 이 고체 원료(42)는, 일반적으로는 증기압이 매우 낮고 증발하기 어려운 특성을 가지고 있다. 또한, 고체 원료(42)에 대신해, 버블링 등에 의해 원료 가스가 형성되는 액체 원료를 이용해도 괜찮다.
그리고, 이 원료 탱크(40)의 천정부에 마련한 가스 출구(44)에 일단을 접속하고, 성막 장치 본체(4)의 샤워 헤드(28)의 가스 입구(28A)에 타단을 접속하여, 원료 통로(46)가 설치되어서, 원료 탱크(40)에서 발생한 원료 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 원료 통로(46)의 원료 탱크(40)에 가까운 부분에는 개폐 밸브(48)가 개설되어 있다.
또, 원료 탱크(40)의 하면 측에는, 원료 탱크(40)에 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스관(50)이 접속되어 있다. 이 캐리어 가스관(50)의 도중에는, 매스 플로우 콘트롤러와 같은 유량 제어기(52)와 캐리어 가스 개폐 밸브(54)가 순차 개설되어 있고, 캐리어 가스를 유량 제어하면서 공급하여 고체 원료(42)를 가열하는 것에 의해 이 고체 원료(42)를 기화시켜서 원료 가스를 형성하게 되어 있다.
또 원료 탱크(40)의 내부에는, 캐리어 가스관(50)이 설치된 측의 근방에, 다공판(56)이 설치되어, 고체 원료(42)를 다공판(56) 위로 유지함과 동시에, 캐리어 가스관(50)으로부터 공급되는 캐리어 가스가, 다공판(56)에 형성된 구멍부를 거쳐서, 원료 탱크(40) 내에 균일하게 공급되는 구조로 되어 있다. 상기 캐리어 가스로서 여기에서는 CO(일산화탄소) 가스가 이용되고 있다.
그리고, 원료 탱크(40)에는, 이것을 가열하기 위한 탱크 가열 수단(58)이 탱크 전체를 덮도록 해서 설치되어, 고체 원료(42)의 기화를 촉진시키게 되어 있다. 이 경우, 고체 원료(42)의 가열 온도는, 분해 온도 미만 및 고화 온도 이상의 온도이다. 또, 원료 통로(46)에는, 테이프 히터와 같은 통로 가열 히터(60)가 설치되어서, 이것을 분해 온도 미만 및 고화 온도 이상의 온도로 가열하여 원료 가스가 재고화하는 것을 방지하게 되어 있다.
다음에 배기 계(8)에 대해 설명한다. 이 배기 계(8)는 처리 용기(12)의 배기구(22)에 접속된 배기 통로(62)를 가져서, 이 배기 통로(62)를 따라서 처리 용기(12) 내의 분위기를 배기하게 되어 있다. 구체적으로는, 이 배기 통로(62)에는, 그 상류 측으로부터 하류 측을 향하여 압력 조정 밸브(64), 제 1의 진공 펌프(66), 본 발명의 일 실시형태에 따른 트랩 장치(68), 제 2의 진공 펌프(70) 및 제해 장치(72)가 순차 개설되어 있다.
압력 조정 밸브(64)는 예를 들면 버터플라이 밸브로 이루어지고, 처리 용기(12)내의 압력을 조정하는 기능을 가지고 있다. 제 1의 진공 펌프(66)는, 여기에서는 상류 측에 마련한 터보 분자 펌프로 이루어지고, 제 2의 진공 펌프(70)는, 여기에서는 드라이 펌프로 이루어져서, 처리 용기(12) 내의 분위기를 진공 흡인하도록 되어 있다. 이 경우, 성막 시의 설정 프로세스 압력에 따라, 상기 2개의 펌프(66, 70)중 어느 하나 만을 마련하도록 해도 괜찮다.
트랩 장치(68)는, 흘러 오는 배기 가스 안에 포함되는 미반응의 원료 가스를 회수하도록 되어 있다. 구체적으로는, 이 트랩 장치(68)는, 도 2 내지 도 6에도 도시한 바와 같이 예를 들면 스테인레스 스틸, 알루미늄 합금 등의 금속에 의해 형성된 하우징(74)을 가지고 있다. 또한, 처리 가스로서 부식성 가스를 이용하는 경우에는, 하우징(74)으로서 내부식성 재료를 이용한다. 이 하우징(74)은, 여기에서는 양단이 폐쇄된 원통 형상으로 성형되어 있다. 이 원통 형상의 하우징(74)의 일단에는 가스 입구(76)가 형성되고, 가스 입구(76)에 배기 통로(62)의 상류 측이 접속되어 있음과 동시에, 타단에는 가스 출구(78)가 형성되고, 가스 출구(78)에 배기 통로(62)의 하류 측이 접속되어, 하우징(74) 내에 배기 가스를 흐르게 하도록 되어 있다.
또, 하우징(74)의 가스 출구(78)가 형성되는 타단측의 단부 판은 개폐 덮개(80)로서 형성되어 있고, 개폐 덮개(80)는 O링 등의 시일 부재(82)를 거쳐서 기밀로 착탈 가능하게 설치되어 있다.
그리고, 이 하우징(74) 내에 본 발명의 일 실시형태의 특징으로 하는 복수의 트랩 판(84)을 가지는 복수의 트랩 유닛(86)이 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 소정의 간격으로 설치되어서, 배기 가스 안의 포획 대상물(원료 가스)을 포획하도록 되어 있다. 구체적으로, 여기에서는 트랩 유닛(86)이 적당한 간격을 두고 8개(도 2 참조), 즉 8단에 걸쳐서 설치되며, 각 트랩 유닛(86)은, 일단이 개폐 덮개(80)에 연결되고 하우징(74) 내를 따라서 연장되는 복수의 지지 로드(88)에 의해 일체적으로 연결되고 지지되어서, 메인터넌스 때에 하우징(74)의 개폐 덮개(80) 측으로부터 삽입 탈거 가능하도록 되어 있다. 지지 로드(88)는, 여기에서는 3개(도 3 참조) 설치되어 있다. 그리고, 각 트랩 유닛(86)에는, 트랩 판(84)이 각각 복수매, 여기에서는 4매 설치되어 있다. 또한, 이 트랩 판(84)의 매수는 이것에 한정되지 않는다.
각 트랩 판(84)은, 배기 가스의 흐름 방향, 즉 하우징(74)의 길이 방향에 대해서 주 트랩 면(92)(폭이 넓은 트랩 면)이 평행하도록 배치됨과 동시에, 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 설치되어 있다. 즉, 트랩 판(84)의 두께 방향의 보조 트랩 면(93)(폭이 좁은 트랩 면)이 배기 가스의 흐름 방향과 직교하도록 배치되어 있다. 그리고, 이 트랩 유닛(86)의 외주 측은, 원형 링 모양으로 된 소정 폭의 지지 링(90)에 의해 형성되고, 이 지지 링(90)에 각 트랩 판(84)의 양단을 접속하여 일체적으로 지지하도록 되어 있다.
트랩 판(84)은, 여기에서는 단면 직사각형으로 성형되며, 소정의 두께, 길이 및 폭을 가지고 있고, 그 표면 전체가 트랩 면이 됨과 동시에 길이와 폭으로 형성 되는 면이 주 트랩 면(92)으로 되어 있다. 여기서 각 트랩 판(84)의 길이는, 도 3 및 도 4에도 도시한 바와 같이 원형 링 모양의 지지 링(90)에 대한 설치 위치에 따라 달라진다. 이 지지 링(90)의 표면도 트랩 면으로 되어, 포획 대상물을 부착시키는 기능을 가지고 있다.
여기서 상기 각 부재의 치수의 일례는, 하우징(74)의 직경은 20cm 정도, 길이는 40cm 정도, 각 트랩 판(84)의 두께(L1)는 10~15mm 정도, 트랩 판(84) 간의 거리, 즉 배열 피치(L2)는 20~40mm 정도, 폭(L3)(도 5 참조)은 10~20mm 정도이고, "두께(L1)＜폭(L3)"가 되도록 설정되어 있다. 상기 두께(L1)가 10mm보다 작은 경우에는, 마련해야 할 트랩 판(84)이 과도하게 많아져 바람직하지 않고, 또, 15mm보다 큰 경우에는, 배기 가스의 혼란이 커져, 이 경우에도 바람직하지 않다. 또 전후의 트랩 유닛(86) 간의 거리는, 예를 들면 40~80mm 정도이다.
그리고, 본 발명의 일 실시형태에서는, 원형 링 모양의 지지 링(90)에 대한 트랩 판(84)의 설치 위치는, 트랩 유닛(86) 마다 배기 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향에 대해서 조금씩 위치 어긋나게 하고 있다. 구체적으로는, 도 5에도 도시한 바와 같이, 배기 가스의 흐름 방향으로 트랩 유닛(86)의 설치 위치가 1단(개)씩 어긋남에 따라, 트랩 판(84)의 설치 위치는, 예를 들면 전단의 트랩 유닛(86)의 트랩 판(84)의 위치로부터 트랩 판(84)의 두께 분만큼 배기 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 시프트시킨 위치에 설치되어 있다. 그리고, 여기에서는 상류 측의 앞4단의 트랩 유닛(86)의 각 트랩 판(84)의 가스 흐름 방향에 대한 투영면의 합계로 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 직교하는 하우징(74)의 단면의 거의 전체를 커버하도록 설정되어 있다. 이 경우, 하우징(74)의 내주 면과 지지 링(90)의 외주 면의 사이에는 약간의 간극이 형성되고, 지지 링(90) 자체의 판 두께도 있기 때문에, 바람직하게는 하우징(74)의 단면의 95% 이상을 커버하도록 설정한다.
또, 원형 링 모양의 지지 링(90) 내의 단면에 관해서는, 각 트랩 판(84)의 투영면(보조 트랩 면(93))의 합계는 도 6에 도시한 바와 같이 100%로 되어 있다. 즉, 도 6에 도시하는 투영도와 같이 배기 가스의 흐름 방향의 최 상류 측에 위치하는 트랩 유닛을 최초 단으로 하면, 제 1단의 트랩 유닛(86－1)의 트랩 판(84－1), 제 2단의 트랩 유닛(86－2)의 트랩 판(84－2), 제 3단의 트랩 유닛(86－3)의 트랩 판(84－3) 및 제 4단의 트랩 유닛(86－4)의 트랩 판(84－4)의 순서의 반복 상태로 된다.
환언하면, 배기 가스의 흐름 방향으로부터 보면, 원형 링 모양의 지지 링(90) 내의 단면은 광학적으로 100% 폐쇄된 상태로 되어 있고, 하우징(74) 내를 배기 가스가 직선적으로는 통과할 수 없는 것과 같은 구조로 되어 있다. 여기서 배기 가스의 흐름 방향으로부터 본 경우, 이웃하는 단의 대응하는 트랩 판(84)의 주변부끼리가 약간 중첩하도록 배치하여도 괜찮고, 혹은 약간 이격되도록 하여도 괜찮다. 또한, 각 단의 트랩 유닛(86－1)~(86－4)의 각 트랩 판(84－1)~(84－4)의 설치 위치는 상술한 바와 같이 규칙 올바르게 설치하지 않아도 괜찮고, 또, 각 트랩 유닛(86－1)~(86－4)의 전후 방향의 위치가 임의로 바뀌어도 괜찮고, 어쨌든, 하우징(74) 내의 단면을 광학적으로 95% 이상, 바람직하지는 100% 폐쇄된 상태로 할 수 있으면 좋다.
또, 배기 가스의 흐름 방향의 하류 측에 위치하는 뒤 4단의 트랩 유닛(86)으로이루어진 세트의 구성은, 상기 앞 4단의 트랩 유닛(86)으로 이루어진 세트의 구성과 완전히 동일하다. 여기에서는 4단의 트랩 유닛(86)으로 이루어진 세트를 앞뒤로 2세트 마련하였지만, 이 세트 수는 하우징(74)의 전체에서 2세트로 한정되지 않고, 1세트 혹은 3세트 이상 마련하게 하여도 괜찮다.
그리고, 이 하우징(74)에는, 각 트랩 판(84)을 냉각하기 위한 냉각 수단(96)(도 2 참조)이 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 냉각 수단(96)은, 내부에 냉각수 등의 냉매를 흘려 보내도록 하는 냉각 쟈켓(98)을 가지고 있고, 이 냉각 자켓(98)을 하우징(74)의 구획 벽인 개폐 덮개(80)에 설치하고 있다. 이것에 의해, 이 냉각 자켓(98)에 의해 개폐 덮개(80), 지지 로드(88), 지지 링(90) 및 각 트랩 판(84)을 냉각하게 되어 있다. 여기에서는 트랩 판(84)은 예를 들면 25℃ 정도로 냉각되어 있다. 이 경우, 지지 로드(88) 및 지지 링(90) 등에 냉매 통로를 형성 하고, 각 트랩 판(84)을 보다 효율적으로 냉각하도록 하여도 괜찮다. 또, 냉각 수단(96)을 이용하는 경우에는, 상기 각 구성 부재로서는 열전도성이 양호한 재료, 예를 들면 알루미늄 합금이나 알루미늄을 이용하는 것이 좋다. 또한, 포획 대상물의 종류에 따라서는, 냉각 수단(96)을 마련하지 않아도 좋다.
도 1로 돌아와서, 처리 용기(12)의 배기구(22)로부터 이 트랩 장치(68)까지의 배기 통로(62)에는 테이프 히터 등의 통로 가열 히터(100)가 설치되어 있고, 이것에 의해 배기 통로(62) 내를 흐르고 있는 배기 가스를 소정의 온도에 가열하여, 도중에 배기 가스 안의 미반응의 원료 가스가 액화 혹은 고화하는 것을 방지하게 되어 있다.
또 제 2의 진공 펌프(70)의 하류 측에 설치되는 제해 장치(72)는, 배기 가스 안의 유해 가스를 무해화하는 것이고, 여기에서는 상기 원료 가스의 분해에 의해 CO(일산화탄소)가 발생하고, 또, 캐리어 가스로서 동일한 CO를 이용하고 있으므로, 이 CO를 예를 들면 연소하여 CO2(이산화탄소)로서 무해화해서 대기 중으로 방산하게 되어 있다.
이와 같이 구성된 성막 장치(2) 전체의 동작, 예를 들면 가스 공급의 개시, 정지, 프로세스 온도, 프로세스 압력, 냉매 통로로 흘려 보내는 냉매의 온도 제어, 트랩 장치(68)에 있어서의 냉매의 공급, 냉매의 순환 등의 제어는, 예를 들면 컴퓨터로 이루어진 장치 제어부(102)에 의해 행해지게 된다.
이 제어에 필요한 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램은 기억 매체(104)에 기억 되어 있고, 이 기억 매체(104)로서는, 플렉서블 디스크, CD(Compact Disc), CD－ROM, 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등을 이용할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 성막 장치(2)를 이용하여 행해지는 성막 동작 및 포획 대상물의 포획 동작에 대해서 도 7 및 도 8를 함께 참조하여 설명한다. 도 7 및 도 8은 트랩 장치 안에 있어서의 배기 가스의 흐름을 모식적으로 도시하는 도면으로서, 도 7은 일반적인 트랩 판의 배치 예를 나타내고, 도 8은 본 발명의 일 실시형태의 트랩 판의 배치 예를 나타낸다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 이 성막 장치(2)의 성막 장치 본체(4)에 대해서는, 배기 계(8)의 제 1의 진공 펌프(66) 및 제 2의 진공 펌프(70)가 계속적으로 구동되고, 처리 용기(12) 내가 진공 흡인되어 소정의 압력으로 유지되고 있고, 또 탑재대(14)에 지지된 웨이퍼(W)는 가열 히터(18)에 의해 소정의 온도로 유지 되고 있다. 또 처리 용기(12)의 측벽 및 샤워 헤드(28)도 각각 히터(34, 36)에 의해 소정의 온도로 유지되고 있다. 이 온도는 원료 가스의 분해 온도 미만이지만 고화 온도 또는 액화 온도 이상의 온도 범위로서, 예를 들면 80℃ 정도로 각각 가열되어 있다.
또, 가스 공급 계(6)의 원료 가스 공급 계(10) 전체는, 탱크 가열 수단(58)이나 통로 가열 히터(60)에 의해서 미리 소정의 온도, 예를 들면 전술한 바와 같이 80℃ 정도로 가열되어 있다. 그리고, 성막 처리가 개시되면, 원료 가스 공급 계(10)에 있어서는, 원료 탱크(40) 내로는 캐리어 가스관(50)을 거쳐서 유량 제어 된 캐리어 가스(CO)를 공급하는 것에 의해, 원료 탱크(40) 내에 저장되어 있는 고체 원료(42)가 가열되어 기화하고, 이것에 의해 원료 가스가 발생한다.
이 발생한 원료 가스는, 캐리어 가스와 함께 원료 통로(46) 내를 하류 측을 향해 흘러 간다. 이 원료 가스는, 성막 장치 본체(4)의 가스 도입 수단(30)인 샤워 헤드(28)로부터 감압 분위기로 되어 있는 처리 용기(12) 내로 도입되고, 이 처리 용기(12) 내에서 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 웨이퍼(W) 상에 Ru 금속의 박막이 성막되게 된다. 이 때의 프로세스 조건은, 프로세스 압력이 0.1 Torr(13.3 Pa) 정도, 웨이퍼 온도가 원료 가스의 분해 온도 이상, 예를 들면 150~250℃ 정도이다.
여기서 고체 원료(42)인 Ru3(CO)12는, 증기압이 매우 낮고 증발(기화)하기 어려운 원료이며, 또 성막 반응에 기여하는 양은 매우 적고, 90% 정도의 원료 가스가 미반응 상태로 캐리어 가스인 CO와 함께 배기 계(8)의 배기 통로(62) 내를 흘러 간다. 이 배기 통로(62)도 통로 가열 히터(100)에 의해서 전술한 바와 같이 80℃ 정도로 가열되어 원료 가스가 재고화 등을 하는 것을 방지하여서 가스 상태를 유지하고 있다. 상기 성막 반응에 의해서 캐리어 가스와 동일한 가스 종인 CO(일산화탄소)가 발생하고 있다.
배기 통로(62) 내에서 흘러 가는 배기 가스는, 압력 조정 밸브(64), 제 1진공 펌프(66), 트랩 장치(68), 제 2의 진공 펌프(70) 및 제해 장치(72)를 순차 경유한 후에 대기 중으로 방산된다. 이 경우, 미반응의 원료 가스가 회수된 다음은, 배기 가스로서 CO 가스가 잔류할 뿐이므로, 이 CO 가스는 제해 장치(72)에서 연소에 의해 제해되고 CO2로 되어 대기 방산되게 된다.
여기서, 트랩 장치(68)의 가스 입구(76)로부터 하우징(74) 내로 배기 가스가 유입하면, 이 배기 가스가 각 트랩 유닛(86)의 트랩 판(84)과 접촉하는 것에 의해서 냉각되고, 배기 가스 안에 포함되는 포획 대상물인 미반응의 원료 가스가 응축(응고)해서 트랩 면에 부착 퇴적하여, 배기 가스 안으로부터 제거되게 된다. 그리고, 원료 가스가 포획된 배기 가스는, 가스 출구(78)로부터 배기 통로(62)의 하류 측을 향하여 흘러 간다.
이 경우, 일반적인 트랩 장치에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이 각 트랩 판(110)은, 주 트랩 면이 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 직교하도록 설치되어 있었으므로, 배기 가스의 흐름이 혼란되어 난류가 발생하는 상태로 되고, 이 결과, 미반응의 원료 가스의 대부분이 난류에 말려 들어가 트랩 판(110)과 접촉하는 일 없이 하류 측으로 흘러 가는 상태로 되어, 포획 대상물인 원료 가스의 회수율이 충분히 오르지 않는 경우가 있었다.
이에 비해서, 본 발명의 일 실시형태의 경우에는, 하우징(74) 내의 각 트랩 판(84)은, 도 8에 도시한 바와 같이, 주 트랩 면(92)이 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 평행하도록 배치되며, 또 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 마련되도록 하였으므로, 배기 가스에 큰 난류를 생기게 하는 일이 없어, 배기 가스 및 원료 가스와 각 트랩 판(84)이 효율적으로 접촉 하여 원료 가스의 회수율을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 경우, 배기 가스는 각 트랩 판(84) 간의 간극을 그 흐름을 거의 혼란시키는 일 없이 통과하게 되지만, 각 트랩 판(84), 즉 트랩 유닛(86)은, 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 복수 단에 걸쳐서 설치되어 있고, 그리고 각 트랩 판(84)의 배기 가스의 흐름 방향에 대한 투영면의 합계는, 하우징(74) 내의 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 직교하는 방향의 단면(하우징의 단면)의 95% 이상(도 6 참조)을 커버하도록 설정되어 있으므로, 배기 가스는 그 흐름을 크게 혼란시키는 일 없이, 효율적인 한편 충분하게 트랩 판(86)의 주 트랩 면(92)과 접촉하게 되고, 이 결과, 미반응의 원료 가스의 회수율을 충분히 향상시키는 것이 가능해진다.
원료 가스의 포획에 즈음해서는, 트랩 판(84)의 배기 가스의 흐름과 대향하는 보조 트랩 면(93)이나 지지 링(90) 및 지지 로드(88)의 표면에서도 원료 가스가 포획되는 것은 물론이다. 또, 트랩 판(84)으로 포획한 원료를 제거하는 메인터넌스 작업을 실시하려면, 개폐 덮개(80)를 하우징(74)의 본체 측으로부터 분리시키고, 지지 로드(88)에 일체적으로 지지된 각 트랩 유닛(86)을 하우징(74)의 본체 측으로부터 취출한다. 여기서, 각 트랩 판(84)의 표면에 대해서, 샌드 블라스트 처리나 스카치 처리에 의한 조면 가공을 실시하여 미소한 요철(불균일성)을 미리 마련하여 두어도 좋으며, 이것에 의하면, 원료 가스의 포획 내지 부착 시간이 감소되어, 원료 가스의 회수율을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 각 트랩 판(84)의 표면에 대해서 포획 대상물과 동일한 물질, 즉 여기에서는 원료를 미리 부착시켜 두어도 좋으며, 이것에 의하면, 원료 가스가 트랩 판의 표면 상에서 응고되어 핵 형성할 때에, 인큐베이션 시간이 단축됨으로써 핵 형성이 촉진되어, 원료 가스의 회수율을 한층 향상시킬 수 있다. 이 트랩 판(84)에 대한 원료의 부착 조작은, 포획 대상물의 회수 메인터넌스 시에, 트랩 판(84)에 부착되어 있는 포획 대상물을 모두 제거하는 것이 아니라 그 일부를 잔존시켜 두는 것에 의해 용이하게 실시할 수 있다. 또, 이 원료의 부착 조작과 상기 조면 가공을 동시에 행하도록 하면, 그 회수율을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 여기에서는, 원료 가스를 포획하는 경우를 예로 들어서 설명하였지만, 성막에 의해 포획 대상물이 되는 부반응 생성물이 발생하는 경우에도 본 발명의 일 실시형태를 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 주 트랩 면(92)이 평행하도록 배치되고, 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 소정의 간격을 두고 설치된 복수의 트랩 판(84)을 가지는 트랩 유닛(86)을, 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 복수 개 마련하도록 하였으므로, 반응 부생성물이나 미반응의 원료 가스 등의 포획 대상물의 회수율을 향상시킬 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 트랩 장치 및 성막 장치의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 트랩 장치 및 성막 장치의 기술적 범위는 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에서, 각종 변경 예 또는 수정 예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도, 당연하게 본 발명의 트랩 장치 및 성막 장치의 기술적 범위에 속한다. 또, 상기 실시형태 및 변형 예가 복수 존재하는 경우, 모순되지 않는 범위에서 서로 조합하는 것이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시예에 있어서는, 각 트랩 판(84)을 일률적으로 냉각하도록 하였지만, 이 경우, 각 트랩 판(84)의 온도에 관해서, 배기 가스의 흐름 방향의 상류 측으로부터 하류 측으로 감에 따라 점차 온도가 낮아지도록 온도 구배를 갖게 하여도 괜찮다. 이것에 의하면, 상류 측의 트랩 판(84)의 온도가 하류 측보다 높게 되어, 배기 가스의 하류 측으로 갈수록 온도가 낮아지므로, 배기 가스의 상류 측의 트랩 판에 의한 포획 대상물의 포획 양이 과도하게 많아지는 것을 방지할 수 있고, 이 결과, 이 상류 측의 트랩 판의 근방에서 배기 가스의 유로가 좁아진다거나 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 여기에서는 예를 들면 상류 측의 트랩 판(84)의 온도는 25~30℃ 정도, 하류 측의 트랩 판(84)의 온도는 20~25℃ 정도이다.
또, 상기 실시예에서는, 각 트랩 판(84) 간의 배열 피치(L2)(도 3 참조)가 일정하게 되도록 설정하였지만, 이것에 한정되지 않으며, 이 배열 피치(L2)를, 배기 가스의 흐름 방향의 상류 측으로부터 하류 측으로 감에 따라 점차 작아지도록 설정해서 피치 구배를 마련하도록 하여도 괜찮다. 이것에 의하면, 배기 가스의 상류 측의 트랩 판에 의한 포획 대상물의 포획 양이 과도하게 많아지는 것을 방지할 수 있고, 이 결과, 이 상류 측의 트랩 판의 근방에서 배기 가스의 유로가 좁아진다거나 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 상기 피치 구배와 트랩 판(84)의 온도 구배를 동시에 갖도록 하여도 괜찮다.
또, 상기 실시예에서는, 트랩 판(84)의 단면은 직사각 형상으로 하였지만, 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 단면 타원 형상 등으로 해도 괜찮다. 또, 상기 실시예에서는, 트랩 판(84)을 지지하기 위해서, 지지 링(90)이나 지지 로드(88)를 마련하도록 하였지만, 이것에 한정되지 않으며, 이 트랩 판(84)의 양단 혹은 일단을 하우징(74)의 내면에 직접적으로 설치 고정하도록 해도 괜찮다. 이것에 의하면, 도 2에 보이는 것과 같은 지지 링(90)의 외주 면과 하우징(74)의 내주 면 사이의 간극의 부분이 없어지므로, 각 트랩 판(84)의 배기 가스의 흐름 방향에 대한 투영면의 합계가, 하우징(74)의 단면의 100%를 커버하는 것이 가능해진다. 또, 여기에서는 하우징(74)의 단면을 원 형상으로 하였지만, 이것에 한정되지는 않으며, 예를 들면 단면 사각 형상 등으로 해도 괜찮다.
또, 상기 실시예에서는, 유기 금속 화합물의 원료로서 Ru3(CO)12를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않으며, 상기 유기 금속 화합물로서는, Ru3(CO)12, W(CO)6, Ni(CO)4, Mo(CO)6, Co2(CO)8, Rh4(CO)12, Re2(CO)10, Cr(CO)6, Os3(CO)12, Ta(CO)5, TEMAT(테트라키스에틸메틸아미노티타늄), TAIMATA, Cu(EDMDD)2, TaCl5, TMA(트리메틸알루미늄), TBTDET(터셔리부틸이미도-트리-디에틸아미도탄탈), 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(CO)3］, (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 구성된 군으로부터 선택되는 하나의 재료를 이용할 수 있다.
또, 원료로서 유기 금속 화합물 이외의 다른 성막 용의 원료 일반을 이용하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 여기서 설명한 성막 장치는, 단지 일례를 나타내는 것에 불과하고, 원료 가스를 이용한 성막 장치라면, 어떠한 형식의 성막 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 본 발명은, 매엽식의 성막 장치 뿐만 아니라, 한 번에 복수 매의 웨이퍼를 처리하는, 이른바 배치(batch)식의 성막 장치에도 적용할 수 있다.
또, 여기에서는 피처리체로서 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되며, 더욱 이들 기판에 한정되지 않으며, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 출원은, 2012년 3월 19일에 출원된 일본 특허 출원 2012－062446호에 근거하는 우선권을 주장하는 것으로서, 그 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
2 성막 장치
4 성막 장치 본체
6 가스 공급 계
8 배기 계
10 원료 가스 공급 계
12 처리 용기
14 탑재대
62 배기 통로
68 트랩 장치
74 하우징
76 가스 입구
78 가스 출구
84 트랩 판
86 트랩 유닛
88 지지 로드
90 지지 링
92 주 트랩 면
93 보조 트랩 면
96 냉각 수단
W 웨이퍼

Claims (11)

  1. 처리 용기로부터의 배기 가스를 흘려 보내는 배기 통로의 도중에 개설되는 하우징과,
    상기 하우징 안에 설치되고, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 주 트랩 면이 평행하도록 배치되며, 상기 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 설치된 복수의 트랩 판을 가지는 트랩 유닛을 구비하고,
    상기 트랩 유닛을, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 복수 개 마련하는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 트랩 유닛의 각 트랩 판은 소정의 두께를 가지며, 상기 각 트랩 판의 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대한 투영면의 합계는, 상기 하우징의 단면의 95% 이상을 커버하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 트랩 유닛의 각 트랩 판은, 지지 링에 의해 일체적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 트랩 유닛은, 지지 로드에 의해 일체적으로 지지되는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 트랩 판을 냉각하기 위한 냉각 수단을 가지는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 트랩 판의 온도는, 상기 배기 가스의 흐름 방향의 상류 측으로부터 하류 측으로 감에 따라 점차 낮아지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 수단은, 상기 하우징의 구획 벽에 마련된 냉각 자켓을 가지며, 상기 냉각 자켓에 의해 상기 각 트랩 판을 냉각하게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트랩 유닛에 있어서의 상기 트랩 판의 배열 피치는, 상기 배기 가스의 흐름 방향의 상류 측으로부터 하류 측으로 감에 따라 점차 작아지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각 트랩 판의 표면에는, 조면 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 각 트랩 판의 표면에는, 상기 트랩 장치에 의해 포획될 포획 대상물과 동일한 물질이 미리 부착되어 있는 것을 특징으로 하는
    트랩 장치.
  11. 원료 가스를 이용해서 피처리체에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
    진공 배기가 가능하게 된 처리 용기와,
    상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와,
    상기 처리 용기 안에 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 가스 도입 수단에 접속되어 상기 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 계를 가지는 가스 공급 계와,
    상기 처리 용기 안의 분위기를 배기하는 배기 계와,
    상기 배기 계에 설치되는 트랩 장치를 구비하고,
    상기 배기 계는 배기 가스를 흘려 보내는 배기 통로를 가지며,
    상기 트랩 장치는,
    상기 배기 계에 설치된 상기 배기 통로의 도중에 개설되는 하우징과,
    상기 하우징 안에 설치되고, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해서 주 트랩 면이 평행하도록 배치되며, 상기 배기 가스의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 서로 소정의 간격을 두고 설치된 복수의 트랩 판을 가지는 트랩 유닛을 구비하며,
    상기 트랩 유닛을, 상기 배기 가스의 흐름 방향에 따라서 복수 개 마련한 것을 특징으로 하는
    성막 장치.
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