(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸着プロセスにおいて用いられる気体と前駆体蒸気との混合物から前駆体蒸気を回収するための方法および装置を提供する。【解決手段】前駆体蒸気を凝縮させるために、気体と前駆体蒸気との混合物は、熱伝導性筐体内の多数の伝熱面１６０，１７０を通過する。そして、前駆体蒸気は、凝縮後に、液体の形態で集められる。筐体は、前駆体蒸気を凝縮および前駆体液体を形成するのに十分な温度に維持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体作製プロセスにおける蒸着のために用いられる気体と前駆体蒸気との混合物から前駆体蒸気を回収するための装置であって、
前記気体と前駆体蒸気との混合物が筐体へ流入するための注入口、気体と前駆体蒸気との混合物の気体が筐体の外へ流出するための第１の排出口、筐体から排出される前駆体蒸気凝縮から形成される前駆体液体のための第２の排出口を有する筐体を含み、
前記筐体が、前記前駆体蒸気を凝縮および前駆体液体を形成するのに十分な温度に維持される、装置。
【請求項２】
前記装置が、前記筐体の前記温度を、前記前駆体蒸気を凝縮して前駆体液体を形成するために選択された値に制御するための熱電冷却器を含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記筐体が熱伝導性金属製である、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記金属がアルミニウムである、請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記筐体内側での伝熱のための、多数の伝熱面を含む、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記筐体の外側への熱放散のための多数の伝熱面を含む、請求項１記載の装置。
【請求項７】
半導体作製プロセスにおける蒸着での使用後に、気体および前駆体の混合物から前駆体蒸気を回収する方法であって、
前記気体と前駆体との混合物内の前駆体蒸気を凝縮させるため、前記蒸着後の気体および前駆体の混合物を、熱伝導性筐体内の多数の伝熱面を通過するように、方向づけること、
貯蔵部内で前駆体蒸気凝縮から形成された前駆体液体を集めること、
を含む、方法。
【請求項８】
熱電冷却器によって前駆体蒸気凝縮で生産された熱を取り除くこと、
熱を、放散し、多数の伝熱面を通って前記筐体の外側へ取り除くこと、
からなる追加の工程を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
蒸着における気体と前駆体との混合物の使用に先立って、混合物内の懸濁粒子を取り除くために、前記気体と前駆体との混合物をフィルタに通すこと、
からなる追加の工程を含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
気体と前駆体蒸気との混合物を生成すること、
基板上に薄膜を形成するために、前記気体と前駆体蒸気との混合物を蒸着チャンバに通すこと、
液体の形態で凝縮された前駆体蒸気を集めるために、凝縮器内で前記気体と前駆体蒸気との混合物の前駆体蒸気を凝縮すること、
からなる工程を含む、集積回路デバイスを作製する方法。
【請求項１１】
熱電冷却器による前駆体蒸気凝縮によって生産された熱を取り除くこと、
熱を、放散し、多数の伝熱面を通って前記筐体の外側へ取り除くこと、
からなる追加の工程を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記蒸着チャンバの中へ気体および前駆体の混合物を入れることに先立って、混合物内の懸濁粒子を取り除くために、前記気体および前駆体の混合物をフィルタに通すこと、
からなる追加の工程を含む、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体デバイス作製のための薄膜蒸着は、一般的に、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、または原子層蒸着（ＡＬＤ）などの気相法によって行われる。このようなプロセスでは、液状の化学物質である前駆体は、蒸気／気体混合物を形成するように、一般的にキャリアガスの助けにより蒸発する。そして、混合物は、基板上への薄膜蒸着のための蒸着チャンバへ流入する。蒸着チャンバは、所望のプロセス条件を満たすために、通常真空で維持される。
【０００２】
そして、蒸着に続いて、気体／蒸気混合物は、周囲の大気への排気のための真空ポンプを通って流れる。そのポンプの通過の間、化学的に反応性のある蒸気は、オイルの物理的および／または化学的特徴を変えるように、ポンプオイルと反応し得る。時間が経つと、ポンプオイルは反応性のある前駆体蒸気で汚染されるようになり、もはや所望の真空圧で蒸着チャンバを維持することが可能ではなくなる。これが発生するとき、ポンプのメンテナンスのためにシステムをシャットダウンしなければならず、蒸着システムの生産性の損失につながる。
【０００３】
ポンプのメンテナンスの頻度を低減するために、さまざまな排気処理デバイスが開発され、半導体産業において用いられてきた。排気処理デバイスは、それらをより有害でなくするための、前駆体蒸気を分解するために高温プラズマを用いるデバイスから、前駆体蒸気に反応させるために蒸気を注入するシステムまでの範囲にわたる。これらの手段はポンプの動作寿命を長くする、または延ばすことができるが、それらは問題の永続的な解決策を提供しない。
【発明の概要】
【０００４】
本開示では、半導体作製プロセスにおける蒸着のために用いられる、気体と前駆体蒸気との混合物から前駆体蒸気を回収するための装置が説明される。装置は、気体と前駆体蒸気との混合物が筐体へ流入するための注入口を有する筐体を含む。筐体は、気体と前駆体蒸気との混合物の気体が外へ流出するための第１の排出口も含む。筐体の第２の排出口は、前駆体蒸気凝縮から形成される前駆体液体が筐体から排出されることを可能にする。筐体は、前駆体蒸気を凝縮および前駆体液体を形成するのに十分な温度に維持される。
【０００５】
装置は、前駆体液体を形成するように前駆体蒸気を凝縮するために、筐体の温度を選択された値に制御するための熱電冷却器を含んでもよい。筐体は、アルミニウムなどの熱伝導性金属製であってもよい。伝熱のための多数の伝熱面が、筐体の外側へ熱を放散する筐体に含まれる。
【０００６】
本開示では、半導体作製プロセスにおける蒸着での使用後に、気体と前駆体との混合物から前駆体蒸気を回収する方法も含む。蒸着での使用後に、気体と前駆体との混合物内の前駆体蒸気を凝縮させるため、気体／前駆体混合物が、熱伝導性筐体内の多数の伝熱面を通過するよう方向づけられる。前駆体蒸気から凝縮によって形成される前駆体液体が、貯蔵部内に集められる。
【０００７】
該方法は、筐体の外側へ多数の伝熱面を通って熱が取り除かれるように、熱電冷却器の使用によって前駆体蒸気凝縮によって生産された熱を取り除く追加の工程、を含んでもよい。
【０００８】
加えて、気体と前駆体との混合物は、蒸着における気体と前駆体との混合物の使用に先立って、混合物内の懸濁粒子を取り除くために、フィルタを通過してもよい。
【０００９】
本開示では、気体と前駆体蒸気との混合物を生成すること、基板上に薄膜を形成するように、気体と前駆体蒸気との混合物が蒸着チャンバを通過すること、凝縮された前駆体蒸気を液体の形態で集めるように、凝縮器内の未使用の気体と前駆体蒸気との混合物の前駆体蒸気を凝縮すること、からなる工程を含む、集積回路デバイスを作製する方法も含む。
【００１０】
この方法は、多数の伝熱面を通って熱を筐体の外側へ放散する熱電冷却器の使用によって、前駆体蒸気凝縮によって生産された熱を取り除くこと、からなる追加の工程を含んでもよい。
【００１１】
加えて、気体と前駆体との混合物が蒸着チャンバの中へ入ることに先立って、混合物内の懸濁粒子を取り除くために、気体と前駆体との混合物がフィルタを通過する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の蒸気回収凝縮器が蒸気を回収するため凝縮するのに用いられる、半導体薄膜蒸着システムの概略図である。
【図２】本開示の蒸気凝縮装置の、その好適な実施形態における垂直断面図である。
【図３】本開示の蒸気凝縮装置の、その好適な実施形態における水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示は、蒸着チャンバの前駆体液体下方流を形成するように、前駆体蒸気を凝縮するための方法および装置を説明する。凝縮された液体は、膜蒸着のために用いられる元の前駆体液体から、その物理的および／または化学的特徴において実質的に変わらない。集められた液体は、リサイクルのために精製すること、環境への潜在的に有害な影響を最小限にする安全な方法で再使用または廃棄することができる。
【００１４】
図１は、蒸着チャンバの下流に配置され、ポンプオイルの汚染を低減し、膜蒸着システムの信頼性を向上させる、本開示の蒸気回収凝縮器を含む半導体薄膜蒸着システムの概略図である。同様の参照符号が、図の全体を通して同様の要素に用いられる。システムは蒸気生成装置３０を含み、それはバブラまたは直接液体注入蒸発器とすることができる。便宜上、より広く用いられる直接液体注入蒸発器が示されている。
【００１５】
図１の蒸発器３０は、気体注入口３２、液体注入口３４、および排出口３６を備える。気体注入口３２は、所望のキャリアガスを収容する加圧気体源１０、と接続される。液体注入口３４は、蒸発させる前駆体液体を収容する加圧液体源２０と接続される。蒸発器３０は、一般的に、特定の動作温度まで加熱される。気体および液体が蒸発器を通って、気体および液体の所望の流速で流れるので、実質的に同じ温度で蒸気を形成するように気体が加熱され、液体が蒸発する。そして、気体／蒸気混合物内に存在することがある懸濁粒子を取り除くために、結果として生じた気体／蒸気混合物は、排出口３６を通って蒸発器３０からフィルタ８０内へ流出する。そして、基板５０上に薄膜を形成するために、清潔な気体／蒸気混合物は、チャンバ注入口４２を通って蒸着チャンバ４０へ流入する。そして、気体／蒸気混合物は、排出口４４を通って蒸着チャンバ４０の外に流れる。
【００１６】
システムは、典型的には、気体および液体の流速を所望の設定点の値に制御するために、気体および液体の流れコントローラを備える。蒸発器および蒸着チャンバは、通常電気ヒータによって加熱される。それらは、蒸発器および蒸着チャンバをそれぞれの温度設定に操作するために、温度コントローラも備える。加えて、蒸着は、典型的には真空で行われる。システムを特定の真空圧で動作させるために、要求される真空圧は、典型的には真空圧センサおよび真空圧コントローラによって達成される。単純化のため、半導体薄膜蒸着ツールのための制御システムの一部を形成するセンサを含むこれらすべてのコントローラは、明示的に示されていない。
【００１７】
種々のキャリアガスが、薄膜蒸着のために用いられてきた。窒素、ヘリウム、およびアルゴンなどの不活性ガスがかなり一般的である。水素および酸素などの気体も、いくつかの適用例で用いられる。ＡＬＤ（原子層蒸着）プロセスによる高ｋ（高誘電率）膜蒸着のため、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）、ＴｉＣｌ４（四塩化チタン）などの前駆体液体、さまざまな金属有機化合物、およびＴＥＭＡＨ（テトラエチルアミノハフニウム）およびＴＥＭＡＺ（テトラエチルアミノジルコニウム）などの化合物も、広く用いられる。
【００１８】
従来の蒸気生成および蒸着システムでは、蒸着チャンバ４０を所望の真空圧に維持するために、真空ポンプ７０は蒸着チャンバ４０の下流に設置される。そして、真空ポンプ７０は、周囲の大気へ気体／蒸気混合物を排気する。
【００１９】
図１の薄膜蒸着システムは蒸気凝縮装置６０も含み、蒸気凝縮装置６０は蒸着チャンバからの蒸気およびキャリアガス混合物を入れるための注入口６２、凝縮された液体を出すための排出口６６、凝縮された液体を取り込み、格納するための外部貯蔵部８０、およびキャリアガスを出すための排出口６４を備える。キャリアガスは実質的に前駆体蒸気を含まず、それは蒸気凝縮装置６０によって凝縮および集められ、そして、周囲への排気のためのポンプ６０に入る。
【００２０】
ポンプの汚染を防止または低減するために前駆体蒸気を破壊するように設計される従来技術の排気処理システムとは違って、本開示の蒸気凝縮装置は、その化学的性質またはその物理的特徴を実質的に変えずに前駆体蒸気を凝縮する。凝縮された前駆体液体は、一般的に非常に純粋である。集められた液体は、外部貯蔵部８０内に格納することができる。代替として、凝縮された液体は、安全な廃棄または再使用のために、ときどき格納された液体がシステムの外へ排水される蒸気凝縮装置６０において、内部的に格納され得る。
【００２１】
図２は、図１の蒸気凝縮装置６０の垂直断面図を示す。装置は、気体／蒸気混合物が入るための注入口６２と、凝縮された液体が流出するための排出口６６とを有する１００に設置されて一般的に示される。そして、実質的に前駆体蒸気を含まない気体は、排出口６４を通って蒸気凝縮装置１００を出て、周囲の大気への排気のために真空ポンプ７０へ流入する。
【００２２】
蒸気凝縮装置１００は、一般的に、真空下で動作する。それは、ねじ１０６とガスケット１０８とにより定位置に保持される着脱可能なカバープレート１１０および１１５を有する、真空気密エンベロープ１０５を備える。代替として、カバープレート１１０および１１５は、真空気密エンベロープを形成するように、定位置に永続的に溶接され得る。装置１００は、一般的に、アルミニウムなどの熱伝導性金属で構築される。その温度を適度に低い値、典型的にはおよそ２５℃より低く制御するために、熱電冷却器１２０が、熱伝導性金属エンベロープ１０５と良好に熱的に接触して配置される。真空気密エンベロープ内には、熱伝導性エンベロープと良好に熱的に接触している多数の伝熱面１６０および１７０がある。伝熱面１６０および１７０が熱伝導性金属エンベロープ１０５と良好に熱的に接触しているので、これらの伝熱面１６０および１７０の温度は、実質的にエンベロープ１０５とまた同じであり、そしてまた２５℃より低い。
【００２３】
気体／蒸気混合物が伝熱面１６０および１７０に沿って真空気密エンベロープ１０５内を流れると、前駆体蒸気は、表面上で液体の形成をもたらすように、これらの伝熱面上で凝縮する。そして、この前駆体が凝縮された液体は、これらの表面に沿って、重力によって下にある管状の液体収集トラフ１８０へ流れ込む。そして、凝縮された液体は、トラフ１８０の外へ流出し、出口６６を通って図１に示す外部貯蔵部８０へ流入する。
【００２４】
蒸気が伝熱面１６０および１７０上で凝縮するとき、蒸気凝縮は熱を放出する。この熱は、熱電冷却器１５０によって運び去られ、外部伝熱面１３０によって周囲の大気へ排熱されるように、伝導によって真空気密エンベロープ１０５へ伝達される。冷却ファン１４０は、空気を矢印１５０で図示される方向に流入させることにより、周囲から空気を吸引し、この空気を矢印１９０の方向に周囲へ吹き戻す。
【００２５】
熱電冷却器１２０は、典型的にはＤＣ電源によって動作し、フィードバック電子制御によって選択された温度に温度センサによって制御される。このような制御は、熱電冷却器温度制御の当業者によく知られており、さらなる説明はしない。
【００２６】
図３は、本開示の蒸気凝縮装置の、その好適な実施形態における水平断面図である。内部伝熱面は、空の空間１８０の隙間によって互いに離されている。これらの空の空間は、蒸気／気体混合物がそこを通って流れることができる流路を形成し、こうして垂直面１６０および１７０上で蒸気が凝縮することを可能にする。同様に、周囲の大気からの冷却用空気が通過すること、および一般に矢印１９０の方向に冷却ファン１４０によって吹出されることを可能とするように、外部伝熱面１３０も、垂直流路１３５を形成する。
【００２７】
本発明が参照実施形態を参照して説明されてきたが、当業者は、本発明の要旨および範囲から逸脱しない範囲で、形態および詳細を変えてもよいことを認識するだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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