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JP4252142B2 - ガス処理装置およびそれに用いられる原料供給系のパージ機構 - Google Patents
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ガス処理装置およびそれに用いられる原料供給系のパージ機構 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体原料を気化してチャンバー内に供給し、CVD成膜等の処理を行うガス処理装置およびそれに用いられる原料供給系のパージ機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIの製造においては、シリコン等の半導体ウエハ上に配線を形成するが、このようなLSIの配線としては、AlやCuが用いられており、従来これらは主にスパッタリング法により成膜することにより形成されている。
【0003】
しかしながら、配線の微細化が進んでいる現在、スパッタリングでは要求される微細化レベルの配線を得ることが困難となりつつある。このため、微細化に対応可能なCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて配線を形成することが求められている。
【0004】
Cu配線をCVDで成膜する場合には、例えばCu(hfac)TMVSやCu(hfac)ATMS等の有機金属化合物が成膜原料として用いられるが、これらは常温では液体であり、分解温度以下では蒸気圧が比較的低いため、これらを気化器により気化させてチャンバー内に導入している。
【0005】
そして、反応ガスの供給を停止する場合には、原料供給配管の気化器の上流側に設けられた開閉バルブを閉じ、開閉バルブと気化器の間をパージガスでパージするようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この場合に、液体原料のパージ効率が高いことが要求される。
【0007】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、パージ効率を高くすることができる原料供給系のパージ機構およびそのようなパージ機構を備えたガス処理装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点によれば、被処理体に対して所定のガス処理を施すための処理部と、液体原料を前記処理部に向けて送出する原料供給源と、前記原料供給源と前記処理部との間に設けられた原料配管と、前記液体原料の供給途中で前記液体原料を気化させ処理部にガスを供給する気化器と、前記気化器の上流側の配管に設けられ、前記原料配管を開閉するための開閉バルブと、前記開閉バルブが閉じられた際に、前記原料配管の前記気化器と前記開閉バルブとの間の部分に、その部分の液体原料をパージするパージガスを供給するパージガス配管と、パージガス配管を開閉するパージガスバルブとを備え、
前記開閉バルブと前記パージガスバルブとは互いに隣接して設けられ、前記開閉バルブから前記気化器までの配管と、前記パージガスバルブから気化器までの配管は共有されていることを特徴とするガス処理装置が提供される。
【0009】
本発明の第2の観点によれば、液体原料供給源から原料配管を介して送出された液体原料を気化器により気化した後処理部へ導入する原料供給系に設けられ、前記液体原料をパージするパージ機構であって、
前記原料配管の気化器の上流側に設けられ、前記原料配管を開閉するための開閉バルブと、前記開閉バルブが閉じられた際に、前記原料配管の前記気化器と前記開閉バルブとの間の部分に、その部分の液体原料をパージするパージガスを供給するパージガス配管と、パージガス配管を開閉するパージガスバルブとを備え、
前記開閉バルブと前記パージガスバルブとは互いに隣接して設けられ、前記開閉バルブから前記気化器までの配管と、前記パージガスバルブから気化器までの配管は共有されていることを特徴とする原料供給系のパージ機構が提供される。
【0015】
上記本発明においては前記開閉バルブと前記パージガスバルブとは互いに隣接して設けられ、前記開閉バルブから前記気化器までの配管と、前記パージガスバルブから気化器までの配管は共有されているので、開閉バルブを閉じて開閉バルブと気化器との間の原料配管をパージする際に、その大部分にパージガスを供給することができ、高いパージ効率を得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係るCVD成膜装置を示す断面図である。この成膜装置は、CVDによりCuを成膜するものであり、処理部を構成するチャンバー1と、Cuを含む液体原料を供給する液体原料供給源2と、液体原料供給源2からチャンバー1に原料を供給する原料配管3と、液体原料供給源2から原料配管3を介して液体原料が供給され、液体原料を気化する気化器4とを備えている。
【0019】
チャンバー1は略円筒状をなし、真空排気可能に構成されており、その中には被処理体である半導体ウエハWを水平に支持するためのサセプター11が円筒状の支持部材12により支持された状態で配置されている。また、サセプター11にはヒーター14が埋め込まれており、このヒーター14は電源15から給電されることにより被処理体である半導体ウエハWを所定の温度に加熱する。電源15にはコントローラー16が接続されており、これにより図示しない温度センサーの信号に応じてヒーター14の出力が制御される。
【0020】
チャンバー1の底壁1bには、排気ポート17が形成されており、この排気ポート17には排気系18が接続されている。そして排気系18によりチャンバー1内を所定の真空度まで減圧することができる。
【0021】
チャンバー1の天壁1aには、シャワーヘッド20が取り付けられている。このシャワーヘッド20の上壁21上には気化器4が配置されており、上記液体原料供給源2から送出され、気化器4で気化されて形成された原料としての反応ガスが、シャワーヘッド20内に導入される。シャワーヘッド20は内部に空間22を有しており、下壁23に多数のガス吐出孔24を有している。したがって、原料配管3を介してシャワーヘッド20の内部空間22に導入された反応ガスがガス吐出孔24から半導体ウエハWに向けて吐出される。気化器4の側壁にはキャリアガスを導入するキャリアガス導入配管38とその中を排気する排気管40とが設けられており、排気管40の接続部分にはバルブ39が設けられている。また、排気管40は排気系18に接続されている。なお、気化器4の周囲には気化器ヒーター41が設けられている。
【0022】
液体原料供給源2は、Cuを含む液体原料、例えば有機銅化合物であるCu(hfac)TMVSまたはCu(hfac)ATMSを貯留しており、適宜の手段で液体原料を原料配管3を通ってチャンバー1に向けて送出する。
【0023】
これらの有機銅化合物は常温では液体であり、分解温度以下では蒸気圧が比較的低いため、これら原料を気化器4により気化する。この際に、例えば原料がCu(hfac)TMVSまたはCu(hfac)ATMSの場合には60℃程度に加熱して気化させ、反応ガスを生成する。
【0024】
原料配管3の気化器4の上流側には、上流側より順に液体マスフローコントローラ31、原料配管3を開閉する開閉バルブ32が設けられている。この開閉バルブ32は、原料供給時は開けられており、原料停止時は閉じられるようになっている。
【0025】
開閉バルブ32と気化器4との間には、開閉バルブ32と気化器4とを熱的に遮断するために断熱壁34が配置されている。断熱壁34としては通常断熱のために用いられている種々の材料を選択することができる。また、開閉バルブ32から断熱壁34に至る配管の周囲には冷却媒体ジャケット33が設けられており、その中に冷却水等の冷却媒体を通流させることにより、その部分が所定温度に制御される。なお、気化器4とチャンバー1との間にもバルブ37が設けられている。
【0026】
原料配管3の開閉バルブ32近傍にはパージガス配管35が接続されており、パージガス配管35と原料配管との接合部にはパージガス配管34を開閉するパージガスバルブ36が開閉バルブ32に隣接して設けられている。
【0027】
その部分の具体的な構造を図2に示す。この図に示すように、パージガス配管35は、パージガスバルブ36を介して開閉バルブ32に極近接した位置で原料配管3に接続されている。そして、具体的には、(b)のように、パージガス配管35、開閉バルブ32が閉じられ、パージガスバルブ36が開けられた際に、パージガスが原料配管3の開閉バルブ32直下部分に流入するように原料配管3に接続されている。液体原料を供給している際には、(a)に示すように、開閉バルブ32は開けられ、パージガスバルブ36は閉じられている。図2に示すように、原料配管3の開閉バルブ32から気化器4までの部分は、パージガスバルブ36から気化器4までパージガスを供給する配管としても機能する。なお、パージガスとしては、例えば、HeガスやHガスが用いられる。
【0028】
このように構成される成膜装置においては、まず、チャンバー1内に半導体ウエハWを搬入し、サセプタ11の上に載置する。そして、排気系18により減圧しつつ、後述するようにして生成した反応ガスをHe等のキャリアガスとともにシャワーヘッド20の多数のガス吐出孔24からチャンバー1内へ導入する。
【0029】
この際に、半導体ウエハWはサセプタ11内に埋設されたヒーター14により、反応ガスの分解温度以上に加熱されているため、半導体ウエハWの表面において反応ガスが分解され、半導体ウエハW上にCu膜が成膜される。
【0030】
上述の反応ガスを生成するには、まず、液体原料供給源2から配管3を通って液体原料、例えばCu(hfac)TMVSまたはCu(hfac)ATMSを気化器4に供給する。次いで、気化器4において液体原料を加熱して気化させ、反応ガスを得る。
【0031】
このようにして成膜処理を続けている間は、液体原料供給源2から配管を通って連続的に気化器4に液体原料が供給される。そして、その際には開閉バルブ32が開かれたままの状態となっている。
【0032】
成膜処理が終了した時点では、液体原料の気化器4への供給を停止するために、開閉バルブ32が閉じられる。その際に、気化器4と開閉バルブ32との間の原料配管3の長さが長いとその中に多量の原料が残存してしまい、また、パージ効率も低くならざるを得ないが、ここでは、気化器4と開閉バルブ32との間に、これらを熱的に遮断する断熱壁34を設けたので、開閉バルブ32への気化器4からの熱の影響が抑制され、気化器4と開閉バルブ32とを近接させることができ、原料配管3に残存する原料を減少させることができる。また、このように気化器4と開閉バルブ32とが近接していることにより、その間の原料を高効率でパージすることができる。
【0033】
この場合に、パージガス配管35が開閉バルブ32の下流側に開閉バルブ32に近接した位置にパージガスバルブ36を介して接続され、開閉バルブ32とパージガスバルブ36が隣接して設けられており、開閉バルブ32が閉じられ、パージガスバルブ36が開けられた際に、パージガスが原料配管3の開閉バルブ32直下部分に流入するようにパージガス配管35が設けられているので原料配管3の開閉バルブ32から気化器4までの部分は、パージガスバルブ36から気化器4までパージガスを供給する配管としても機能する。このため、原料配管3の開閉バルブ32と気化器4との間の部分のほぼ全域に亘ってパージガスで残存している原料を追い出すことができ、極めて高効率でその部分をパージすることができる。
【0034】
さらに、開閉バルブ32から断熱壁34に至る配管の周囲に冷却媒体ジャケット33を設け、その中に冷却媒体を通流させることにより、その部分を所定温度に制御するので、気化器4からの熱を一層効果的に排除することができる。
【0035】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、Cu原料としてCu(hfac)TMVSまたはCu(hfac)ATMSを用いたが、これに限るものではない。
【0036】
また、本発明をCuのCVD成膜に適用した場合について示したが、成膜対象は必ずしもCuに限らず、Al等、液体原料を気化してCVDに供するものであれば適用可能であるし、また、液体原料を気化して生成したガスにより処理するものであればCVDに限らず他の処理であってもよい。
【0037】
さらに、断熱手段として断熱壁を用いたが、これに限らず、例えば、低温エアーカーテンを形成する等、有効に断熱することができるものであればよい。温度制御手段も冷却媒体ジャケットを用いるものに限らず適用することができる。ただし、断熱手段による断熱が十分であれば、温度制御手段はなくてもよい。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、前記開閉バルブと前記パージガスバルブとは互いに隣接して設けられ、前記開閉バルブから前記気化器までの配管と、前記パージガスバルブから気化器までの配管は共有されているので、開閉バルブを閉じて開閉バルブと気化器との間の原料配管をパージする際に、その大部分にパージガスを供給することができ、高いパージ効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るCVD成膜装置を示す断面図。
【図2】図1に示した装置の原料配管におけるパージ機構を示す図。
【符号の説明】
1……チャンバー
2……液体原料供給源
3……原料配管
4……気化器
11……サセプター
20……シャワーヘッド
32……開閉バルブ
33……水冷ジャケット(温度制御手段)
34……断熱壁(断熱手段)
35……パージガス配管
36……パージガスバルブ
W……半導体ウエハ

Claims (2)

  1. 被処理体に対して所定のガス処理を施すための処理部と、液体原料を前記処理部に向けて送出する原料供給源と、前記原料供給源と前記処理部との間に設けられた原料配管と、前記液体原料の供給途中で前記液体原料を気化させ処理部にガスを供給する気化器と、前記気化器の上流側の配管に設けられ、前記原料配管を開閉するための開閉バルブと、前記開閉バルブが閉じられた際に、前記原料配管の前記気化器と前記開閉バルブとの間の部分に、その部分の液体原料をパージするパージガスを供給するパージガス配管と、パージガス配管を開閉するパージガスバルブとを備え、
    前記開閉バルブと前記パージガスバルブとは互いに隣接して設けられ、前記開閉バルブから前記気化器までの配管と、前記パージガスバルブから気化器までの配管は共有されていることを特徴とするガス処理装置。
  2. 液体原料供給源から原料配管を介して送出された液体原料を気化器により気化した後処理部へ導入する原料供給系に設けられ、前記液体原料をパージするパージ機構であって、
    前記原料配管の気化器の上流側に設けられ、前記原料配管を開閉するための開閉バルブと、前記開閉バルブが閉じられた際に、前記原料配管の前記気化器と前記開閉バルブとの間の部分に、その部分の液体原料をパージするパージガスを供給するパージガス配管と、パージガス配管を開閉するパージガスバルブとを備え、
    前記開閉バルブと前記パージガスバルブとは互いに隣接して設けられ、前記開閉バルブから前記気化器までの配管と、前記パージガスバルブから気化器までの配管は共有されていることを特徴とする原料供給系のパージ機構。
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