KR20020031323A - 사용 시점에서의 전구체의 증발 - Google Patents

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Abstract

액체성 전구체를 증발시키고 처리챔버로 전달하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 한 양상에서, 장치는 액체 공급원, 액체 공급원에 유체공학적으로 연결된 증발 어셈블리, 그리고 증발 어셈블리에 유체공학적으로 연결된 처리챔버를 포함하는 액체 전달 시스템이며, 증발 어셈블리는 앰플과 상기 앰플에 연결된 질량유동 제어기로 기본적으로 이루어져 있다. 액체성 전구체는 앰플에서 증발된다. 바람직한 실시예예서, 앰플은 처리챔버에 인접하여 배치되어, 액체성 전구체의 증발의 사용 시점에 제공된다. 다른 양상에서, 방법은 액체성 전구체를 포함하는 액체 공급원을 제공하는 단계, 전구체를 앰플에 전달하는 단계, 앰플 내 액체성 전구체의 일부를 증발하는 단계, 그리고 증발된 전구체를 처리챔버로 흐르게 하는 단계를 포함한다.

Description

사용 시점에서의 전구체의 증발{VAPORIZATION OF PRECURSORS AT POINT OF USE}
본 발명은 반도체 기판 처리 장비 및 화학적 전구체의 증발과 전달을 위한 장치에 관한 것이다.
서브-하프 미크론과 이 보다 작은 피쳐의 신뢰성 있는 생산은, 차세대 대규모집적회로(VLSI) 및 초대규모집적회로(ULSI) 반도체 소자의 핵심 기술 중 하나이다. 하지만, VLSI 및 ULSI 기술에 있어 인터커넥트의 수축 치수는 처리 능력에 추가의 요구를 제기하여 왔다. 이 기술의 중심에 놓여있는 멀티레벨 인터커넥트 피쳐에는 바이어스, 라인, 컨택트 및 다른 인터커넥트와 같은 고형상비 피쳐의 조심스러운 처리를 필요로 한다. 이런 인터커넥트 피쳐의 신뢰성 있는 형상은, VLSI 및 ULSI의 성공과, 회로 밀도를 증가시키고, 각 기판 및 다이의 품질을 향상하기 위한 지속적인 노력에 있어 중요하다.
회로 밀도가 증가하면, 유전체 재료 뿐만아니라 바이어스, 컨택트 및 다른 피쳐의 폭은 서브-미크론 치수, 예를 들면 0.5㎛ 또는 이 보다 작게 감소되는 반면, 유전체 층의 두께는 실질적으로 일정하게 유지되고, 그 결과로서 피쳐의 고형상, 즉 폭 대 높이가 증가한다. 많은 통상적인 증착 과정은 고형상비가 2:1, 특히 4:1 또는 10:1 이상의 서브-미크론 구조를 매입함에 있어 어려움을 가지고 있다.따라서, 고형상비를 가진 서브-미크론 피쳐의 형상에 대해 지속적인 상당한 노력을 기울이고 있다.
특히, 집적회로의 소자의 크기를 추가로 감소시키기 위해, 낮은 저항도를 가지고 있는 전도성 재료와, 4.0보다 낮은 유전상수(k)를 가진 재료를 사용하여 인접한 금속 라인 사이에서 커패시티 커플링(capacity coupling)을 감소시키는 것이 필요하다. 예를 들면, 낮은 유전상수 필름을 증착하기 위해 사용된 한 재료는 트리메틸실란(TMS)이다. 트리메틸실란은 처리챔버에서 화학기상증착법(CVD) 또는 플라즈마 향상 화학기상증착법(PECVD)에 의해 통상적으로 증착된다.
트리메틸실란의 플라즈마 향상 증착의 실례는 "CVD Plasma Assisted Low Dielectric Constant Films"이란 발명의 명칭으로 1998년 9월 29일자로 출원된 미국특허 출원 시리얼 제 09/162,915호에 설명되어 있으며, 이는 여기서 참조로 사용된다. 화학기상증착 과정에 있어, 트리메틸실란은 통상적으로 기체성 유체로서 처리챔버 내로 유입된다.
도 1은 트리메틸실란과 같은 전구체를 처리챔버(90)로 전달하기 위한 종래의 전달 시스템(10)의 한 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 종래의 전달 시스템(10)은 일반적으로 질량유동 제어기(40)에 작동 가능하게 연결된(예를 들면, 직접 또는 간접적으로 연결된) 전구체 앰플(20)과 같은 전구체원, 그리고 처리 챔버(80)를 포함한다.
일반적으로, 전구체는 전구체 앰플(20)에 기체 상태로 존재하며, 질량유동 제어기(40)를 통해 처리챔버(80)로 전달된다. 전구체는 전구체 앰플(20)로부터 유동경로(25)를 따라 전달시스템(10)의 부품들을 통과하여 처리챔버(80)로 이동한다. 유동경로(25)는 통상적으로 전구체 앰플(20)의 상부에 익스텐션(extension)을 가지며, 이로 인해 액체가 유동경로(25)로 유입되는 것을 최소화한다. 전구체 앰플(20), 질량유동 제어기(40) 및 처리챔버(80)는 유동경로(25)를 따라 상당한 거리를 두고 이격될 수 있다. 브레이크(90)는 전구체 앰플(20) 및 질량유동 제어기(40)와, 처리챔버(80) 사이의 단축된 거리를 의미한다. 전구체 앰플(20)과 처리챔버(80) 사이의 거리는 450피트 또는 그 이상의 길이일 수 있다.
하지만, 기체 상태 또는 증발 상태로 있는 트리메틸실란과 같은 전구체는 전구체 앰플(20)과 처리챔버(80) 사이의 라인에서 응축되거나 분해될 수 있으며, 이로 인해 일정하지 않은 전구체 유동률을 야기하거나, 장치 내에 입자를 형성하고, 또는 처리챔버에서 재료의 증착을 방해한다. 액상 전구체의 분해를 제어하고 응축을 억제하기 위한 한 해결책은, 전구체 앰플(20)과 처리챔버(80) 사이의 라인을 열 트레이스 또는 가열 테이프를 이용하여 전구체의 응축 온도 이상의 온도로 하지만 전구체의 분해 온도 이하의 온도로 가열하는 것이다. 그러나, 450피트 또는 그 이상의 길이가 될 수 있는 라인을 가열하는 것은, 상당한 설비 및 작동 비용을 필요로 하며, 생산비 및 장치의 총유지비가 증가하게 된다.
또한, 화학기상증착에 사용되는 트리메틸실란과 같은 전구체 재료는, 증기 또는 증발 상태에서 가연성을 종종 띠며, 이에 따라 이런 화합물의 안전한 취급을 위한 특별한 장비 및 공정을 필요로 한다. 추가의 장비 및 공정은 또한 생산비와 장치의 유지비를 증가시킨다.
따라서, 증발된 액체성 전구체를 기판 처리 시스템 내 처리챔버로 전달하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 액체성 전구체를 증발시키고 처리챔버로 전달하기 위한 방법 및 장치를 일반적으로 제공한다. 한 양상에서, 본 발명은 액체 공급기, 이런 액체 공급기에 유체공학적으로 연결되어 있으며 앰플과 이런 앰플에 연결된 질량유동 제어기로 이루어진 증발 어셈블리, 그리고 이런 증발 어셈블리에 유체공학적으로 연결된 처리챔버를 포함하는 액체 전달 시스템을 제공한다. 액체성 전구체는 앰플에서 증발된다. 바람직한 실시예에서, 앰플은 처리챔버에 인접하여 배치된다.
도 1은 종래의 액체 전달 시스템의 개략도;
도 2는 액체성 전구체를 증발시키고 처리챔버로 전달하기 위한 액체 전달 시스템의 한 실시예를 개략적으로 도시하는 도면; 그리고
도 3은 필름을 플라즈마 향상 증착하기 위한 적절한 화학기상증착 챔버의 개략적인 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 액체 전달 시스템 110: 유동 경로
120: 액체성 전구체원 130: 증발 어셈블리
140: 앰플 145: 유체라인
150: 질량 유동 제어기 155: 유체라인
160: 처리 챔버 175: 아이솔레이션 밸브
180: 아이솔레이션 밸브 311: 분배 다기관
312: 서셉터 313: 스팀
314: 리프트 모터 315: 고진공 영역
318: 처리가스 공급라인 319: 혼합 시스템
328: 마이크로파 챔버 332: 진공펌프
334: 시스템 제어기
본 발명은 일반적으로 전달 시스템에서 전구체를 증발하기 위한 장치를 제공한다. 본 발명은 캘리포니아 산타클라라(California Santa Clara)에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)에서 구입 가능한 엔듀라(Endura) 또는 센츄라(Centura) 플랫폼과 같은 처리장비를 이용하여 수행될 수 있는 화학기상증착(CVD) 과정용 액체 전달 시스템을 참조로 하여 이하 설명될 것이다. 장비는 캘리포니아 산타클라라(California Santa Clara)에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)에서 구입 가능한 DxZTM플라즈마 향상 CVD(PECVD) 챔버와 같은 CVD 챔버를 가진 통합식 플랫폼을 포함하는 것이 바람직하다. 후술되는 설명은 CVD 처리챔버를 가진 액체 전달시스템에 관한 것이며, 여기서 설명된 본 발명은 액체성 전구체를 증발하고 전달하는 모든 형태의 액체 전달 시스템에 동일하게 사용될 수 있다.
도 2는 액체 전달 시스템(100)의 한 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 액체 전달 시스템(100)은 내부로 액체성 전구체를 이송하기 위한 내부가스 압력 시스템(internal gas pressuring system)을 포함한다. 액체 전달 시스템(100)은 일반적으로 액체성 전구체를 증발기에 제공하고, 액체성 전구체를 증발시키고, 그 다음 증발된 전구체를 처리챔버에 전달하며, 처리챔버는 증발된 전구체를 해리하거나 반응시켜 기판면에 필름을 증착한다. 액체 전달 시스템(100)은 유동경로(110)를 따라 일반적으로 액체성 전구체원(120), 증발 어셈블리(130) 및 처리챔버(160)를 포함한다. 증발 어셈블리(130)는 앰플(140)과 질량유동 제어기(150)를 포함하며, 처리챔버(160)에 인접하여 위치하는 가스 박스(도시 안됨)에 통상적으로 배치된다.
유동경로(110)는 공급원(120)과 앰플(140) 사이에 배치된 유체라인(125), 앰플(140)과 질량유동 제어기(150) 사이에 배치된 유체라인(145), 질량유동 제어기(150)와 처리챔버(160) 사이에 배치된 유체라인(155, 115), 그리고 질량유동 제어기(150)와 펌프 어셈블리(도시 안됨) 사이에 배치된 유체라인(200)을 포함한다. 유체라인(125, 145, 155, 115, 200)은 액체를 전달하기에 적절한 더블 콘테인 라인(double contained lines)이 바람직하다.
다수의 아이솔레이션 밸브는 유동경로(110)를 따라 배치되어 시스템(100)을 통과하는 전구체의 유동을 조절한다. 아이솔레이션 밸브는 또한 액체 전달 시스템(100)의 여러 부품들을 분리하여, 부품의 교체 및 액체 전달 시스템의 유지를 가능하게 한다.
액체성 전구체원, 또는 액체 공급원(120)은 처리 시스템에서 증발된 액체성 전구체를 함유하고 있는 통상적으로 35lb 또는 50lb 짜리 콘테이너 또는 버크 캐니스터(bulk canister)를 포함한다. 액체성 전구체의 이런 액체 공급원은 코네티컷 댄버리(Connecticut, Danbury)에 소재하는 에이티엠아이, 인코포레이티드(ATMI, Inc)로부터 구입 가능하다. 다른 공급원은 팬실베니아 엘랜타운(Pennsylvania, Allentown)에 소재하는 에어 프로덕트, 인코포레이티드(Air Products, Inc)와, 뉴저지 노오스 부르크(New Jersey, North Brook)에 소재하는 볼테익(Voltaic)으로부터 구입 가능하다.
액체 공급원(120)은 자신에 함유된 재료를 가압하기 위해 가열되고, 이에 따라 액체성 재료는 유동경로(110)를 따라 흐르게 된다. 유동경로(110)는 통상적으로 액체 공급원의 하부에 익스텐션을 포함함으로써, 기체성 전구체가 유동경로(110)로 유입되는 것을 최소화한다.
액체 공급원(120)은, 통상적으로 액체 공급원에 또는 이에 인접하여 배치되는 물 재킷(water jacket)과 같은 가열요소에 의해 가열된다. 액체 공급원(120)을 가열하는 다른 방법은, 가열 블랭킷과 같은 것이 본 발명에 의해 생각된다. 액체 공급원(120)은 물 재킷에 의해 가열되어, 액체 공급원(120) 내에 배치된 가연성 재료의 발화를 제공할 수도 있는 전기적 장비를 최소화한다. 액체 공급원(120)의 유입부 근처에 위치하는 아이솔레이션 밸브(170)는 액체 공급원으로부터 유동경로(110)의 유체라인(125)으로의 유동을 조절한다.
증발 어셈블리(130)는, 전구체의 유동경로(110)의 일부를 형성하는 유체라인(125)에 의해 액체 공급원(120)에 연결된다. 유체라인(125)은 액체 공급원(120)으로부터 액체성 전구체를 수용하기 위해 사용된 더블 콘테인 라인이다. 유체라인(125)은 이를 통해 유체유동이 용이하게 일어날 수 있는 온도로 가열될 수 있지만, 이것은 선택적 과정으로서, 액체 전달 시스템(100)의 적절한 설비 및 작동에 있어서 필요한 것은 아니다.
증발 어셈블리(130)는 앰플(140)과 질량유동 제어기(150)를 포함하며, 브레이크(105)가 의미하는 바와 같이, 액체 공급원(120)으로부터 멀리 떨어져서 통상적으로 배치되며, 이는 종래의 액체 전달 시스템에서는 이루어지지 않은 것이다. 앰플(140)은 유체라인(12)을 통해 액체 공급원(120)이 연결된다. 앰플(140)은 액체 공급원(120)으로부터 유체 재료를 수용하기 위한 흡입구와, 질량유동 제어기(150)그리고 이어서 처리챔버(160)로 유체 재료를 전달하기 위한 배출구를 포함한다. 배출구는 유체라인(145)으로의 액체 유동을 최소화하기 위하여 앰플(140)의 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 앰플(140)은 플로트 형태의 앰플 이지만, 커패시턴스 형태의 앰플과 같은 상업적으로 이용 가능한 다른 형태의 앰플일 수도 있다. 앰플(140)은 통상적으로 약 2리터 또는 그 이하의 용적을 가진다. 하지만, 본 발명은 액체 전달 시스템(100)의 요건, 액체성 전구체의 화합물, 그리고 처리챔버(160) 수행되는 공정에 따라, 약 2리터 보다 크거나 적은 용적을 가진 앰플로 생각된다.
앰플(140)은 대략 주위 온도, 통상적으로 20℃ 내지 약 25℃에서 작동되어액체성 전구체를 증발시키지만, 경우에 따라 이보다 높거나 낮은 온도에서도 작동될 수 있다. 물 재킷 또는 가열 블랭킷과 같은 가열요소가 앰플(140)에 또는 이에 인접하여 배치되어 앰플(140)을 가열하거나 냉각하도록 소정의 온도로 앰플(140)의 작동을 위해 제공될 수 있다. 앰플(140)은 아이솔레이션 밸브(175, 180)에 의해 액체 공급원(120)과 질량유동 제어기(150)로부터 분리된다. 액체 공급원(120)과 앰플(140) 사이에 위치하는 아이솔레이션 밸브(175)는, 액체 공급원(120)이 교체되거나 액체성 전구체원을 이에 공급할 때 폐쇄될 수 있다. 앰플(140)과 질량유동 제어기(150) 사이에 위치하는 아이솔레이션 밸브(180)는, 앰플이 교체되거나 불순물 또는 다른 오염물질을 제거하기 위해 액체 전달 시스템(100)의 라인을 세척하는 동안 아이솔레이션 밸브(175)와 함께 폐쇄될 수 있다.
질량유동 제어기(150)는 유체라인(145)에 의해 앰플(140)에 연결되고, 유체라인(155)에 의해 처리챔버(160)에 연결된다. 질량유동 제어기(150)는 앰플(140)로부터 처리챔버(160)로 흐르는 전구체의 유동률을 측정하고, 처리챔버(160)와 앰플(140) 사이에서 전달되는 재료의 양을 조절한다. 질량유동 제어기(150)는 처리챔버(160)에서 증발된 재료의 사용량의 비율에 대해 앰플(140)에 의해 생성된 재료의 양에 의존하는 정확한 유동률을 조절하도록 프로그램화될 수 있다. 질량유동 제어기(150)는 캘리포니아 레드몬드(California, Redmond)소재하는 밀리포어(Millipore)에 의해 생산된 것과 같은 상업적으로 구입 가능한 모델일 수 있다.
유체라인(145)은 질량유동 제어기(150)와 앰플(140)사이에 배치되어,앰플(140)로부터 증발된 전구체의 유동을 가능하게 한다. 유체라인(145)은 통상적으로 가열 테이프 또는 다른 수단을 이용하여 전구체의 응축온도 이상의 온도로 하지만 전구체의 분해온도 이하의 온도로 가열된다. 질량유동 제어기는 아이솔레이션 밸브(185, 190)에 의해 앰플(140)과 처리챔버(160)로부터 분리되어 있다. 밸브(185, 190)의 폐쇄는, 주기적인 유지 또는 교체되는 동안 액체 전달 시스템(100)으로부터 질량유동 제어기(150)의 제거 및 교체함과 동시에 앰플(140), 처리챔버(160), 또는 시스템(100)의 다른 부품의 오염물질을 최소화하는 것을 가능하게 한다.
증발 어셈블리(130)는 처리챔버(160)에 인접하여 배치된 가스 박스에 배치되어 앰플(140)과 처리챔버(160) 사이에 짧은 유동경로(155)를 제공하는 것이 바람직하다. 처리챔버(160)는 각각의 프로세싱 라인(155, 145)을 통해 질량유동 제어기(150)와 앰플(140)에 연결되어 있다. 처리챔버(160)와 질량유동 제어기(150) 사이에 배치된 유체라인(155)은, 필요시 증발된 전구체의 응축온도 이상의 온도로 하지만 분해온도 이하의 온도로 가열될 수 있다. 이 실시예에서, 유체라인(145, 155)의 가열온도는 이를 통과하여 전달되는 재료의 화학적 열 특성에 따라 변화될 것이다. 유체라인(145, 155)은 주위온도 내지 약 100℃의 온도로 가열되어, 전구체의 유동을 용이하게 하고, 라인 내 전구체의 응축 및 분리를 최소화할 수 있다.
통상적으로, 처리챔버(160)와 앰플(140) 사이에 위치하는 라인(145, 155)의 길이는 약 5피트 또는 그 이하이다. 처리챔버(160)에 인접하여 사용 시점에 액체성 전구체를 증발시킴으로써, 이송되는 증발된 전구체에 의거하여 안전 시설들을 가열하고 제공하기 위한 필요성이 최소화된다. 하지만, 처리챔버(160)와 앰플(140) 사이에 배치된 라인(145, 155)의 길이는 본 명세서에서 설명된 본 발명을 이용하여 수행된 공정, 챔버의 배열, 인접한 부품, 그리고 액체 공급원의 위치에 따라 변경될 수 있다.
도 3은 본 명세서에서 설명된 본 발명용 화학기상증착 챔버의 개략적인 단면을 도시하고 있다. 후술되는 CVD 챔버에 대한 설명은 실례이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 설명되거나 해석되어서는 안 된다.
처리챔버(160)는 다기관 내 천공된 구멍을 통해 기판, 또는 기판 지지 플레이트 또는 서셉터(312)에 지지되어 있는 기판(도시 안됨)에 처리가스를 분산하기 위한 가스 분배 다기관(311)을 포함하며, 기판 지지 플레이트 또는 서셉터는 리프트 모터(314)에 의해 상승되거나 하강된다. 고진공 영역(315)은 가스 분배 다기관(311)과 서셉터(312) 사이에 형성된다. 처리챔버(160)는 저항가열 코일(도시 안됨) 또는 외부램프(도시 안됨)와 같은 처리가스 및 기판 가열기를 포함하고 있다.
서셉터(312)는 지지 스팀(313)에 장착되어 있으며, 이에 따라 (서셉터(312)의 상부면에 지지되어 있는 기판과) 서셉터(312)는 아래쪽에서의 로딩/오프-로딩 위치와, 위쪽에서의 처리위치 사이, 즉 다기관(311)과 가깝게 인접하여 있는 위치에서 제어 가능하게 이동될 수 있다. 처리되는 동안, 다기관(311)으로 흡입된 가스는 기판의 표면에 걸쳐 반경방향으로 균일하게 분배된다. 스로틀 밸브를 갖춘진공펌프(332)는 챔버로부터 가스의 배기률을 제어한다.
증발된 전구체와 같은 증착 가스와, 캐리어 가스는 가스 라인(318)을 통해 혼합 시스템(319)으로 유입되고, 여기서 가스들은 혼합된 다음 다기관(311)으로 보내진다. 일반적으로, 각 처리가스용 처리가스 공급라인(318)은 (i) 챔버로 흐르는 처리가스의 유동을 자동 또는 수동으로 셧오프할 수 있는 안전 셧-오프 밸브(도시 안됨), 그리고 (ⅱ) 가스 공급라인을 통해 흐르는 가수의 유동을 측정하는 질량유동 제어기를 포함한다. 독가스가 공정에 사용될 경우, 종래의 배치에 있어 여러 개의 안전 셧-오프 밸브가 각 가스 공급라인에 배치된다.
처리챔버(160)에서 수행된 증착과정은 열처리 또는 플라즈마 향상 처리일 수 있다. 플라즈마 처리에서, 제어된 플라즈마는 통상적으로 (접지된 서셉터(312)를 갖춘)RF 전원장치로부터 분배 다기관(311)으로 인가된 RF 에너지에 의해 기판에 인접하여 형성된다. 또는, RF전력은 다른 주파수로 다른 부품에 제공되거나 서셉터(312)에 제공될 수 있다. RF 전원장치(325)는 고진공 영역(315)으로 유입된 반응종의 분해를 향상하기 위해 단일 주파수 또는 혼성 주파수로 제공될 수 있다.
산화 가스와 같은 처리가스의 추가 분리가 필요한 경우, 마이크로파 챔버(328)가 약 0와트 내지 6000와트로 입력되도록 선택적으로 사용될 수 있다. 전구체 및 산화 가스용 개별 통로를 갖춘 가스 분배 플레이트는, 마이크로파 전력이 산화가스에 첨가될 경우 바람직하다.
통상적으로, 챔버 라이닝, 분배 다기관(311), 서셉터(312) 및 여러 다른 반응 하드웨어의 일부 또는 모두는, 알루미늄 또는 아노다이즈 처리된 알루미늄과 같은 재료로 제조될 수 있다. 이런 CVD 반응기의 실례는 A Thermal CVD/PECVD Reactive and Use for Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step Planarized Process라는 발명의 명칭으로 왕(Wang) 외에 의해 출원되고, 본 발명의 양도인인 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드에 양도된 미국특허 제 5,000,113호에 설명되어 있다.
리프트 모터(314)는 처리위치와, 하부위치, 즉 기판-로딩 위치 사이에서 서셉터(312)를 상승 및 하강시킨다. 모터, 가스혼합 시스템(319) 및 RF 전원장치(325)는 제어라인(336)을 통해 시스템 제어기(334)에 의해 제어된다. 반응기는 표준 또는 펄스된 RF 발생기 및 질량유동 제어기(MFC)와 같은 아날로그 어셈블리를 포함하며, 이는 메모리(338)에 저장된 시스템 제어 소프트웨어를 실행하는 시스템 제어기(334)에 의해 제어되고, 상기 메모리는 바람직한 실시예에서 하드디스크 드라이브이다. 모터와 광학 센서는, 서셉터(312)를 위치시키기 위한 모터와 진공 펌프(332)의 스로틀 밸브와 같은 이동식 기계 어셈블리의 위치를 결정하기 이동시키기 위해 사용된다.
시스템 제어기(334)는 CVD 반응기의 모든 작동상태를 제어하고, 바람직한 제어기(334)의 실시예는 하드디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브와 카드 랙을 포함한다. 카드 랙은 단일 보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디지털 입출력 보드, 인터페이스 보드, 그리고 스텝퍼 모터 제어기 보드를 포함한다. 시스템 제어기는 보드, 카드 케이지 및 커넥터의 치수 및 형태를 규정하는 벌사 모듈 유럽피언(VME) 기준을 따른다. VME 기준은 또한 16-비트 데이터 버스와 24-비트 데이터 버스를갖춘 버스 구조체를 규정한다. 시스템 제어기(334)는 하드디스크 드라이브(338)에 저장된 컴퓨터 프로그램의 제어에 따라 작동한다. 컴퓨터 프로그램은 시간, 가스의 혼합, RF 전력 레벨, 서셉터의 위치, 그리고 특정 처리의 다른 파라미터를 지시한다.
도 2를 참조하면, 펌프 어셈블리(도시 안됨)는 질량유동 제어기(150)와 처리챔버(160) 사이의 유체라인(155)에 배치될 수 있다. 펌프 어셈블리는 퍼지주기동안, 또는 시스템 유지 또는 부품이 교환되는 동안 장치의 분리 전에 유동경로(110)로부터 재료의 제거를 가능하게 한다. 아이솔레이션 밸브 어셈블리(195)는 세방향 밸브이거나, 또는 대안적으로 질량유동 제어기(150)와, 처리챔버(160) 또는 펌프 어셈블리 사이에서 재료의 유동이 가능하도록 포인트(195)에서 "T"자꼴 연결부 주위에 배치된 일련의 아이솔레이션 밸브일 수 있다. 일련의 아이솔레이션 밸브는 유체유동을 제어하도록 유체라인(115, 155, 200)을 따라 유동경로(110)에 배치된다.
장치의 방법
전술된 장치는, 액체성 전구체를 포함하는 액체 공급원을 제공하는 단계, 이를 액체 공급원으로부터 앰플로 전달하는 단계, 앰플 내 액체성 전구체의 일부를 증발하는 단계, 그리고 증발된 전구체를 처리챔버로 흐르게 하는 단계를 포함하는 방법에 의해 액체성 전구체를 증발시키거나 처리챔버로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 여기서 설명된 방법은 액체 공급원(120)으로부터 처리챔버(160)로 전구체 재료를 전달하기 위한 내부 가스 압력 시스템을 유용하게 사용한다.
액체성 전구체원, 또는 액체 공급원(120)은 전술된 바와 같은 액체성 전구체의 콘테이너에 제공되며, 처리챔버(160)와 연결되어 있고, 액체 공급원(120)으로부터 유체라인(125)을 통해 유동경로(110)로 흐르도록 되어 있다.
앰플(140)로의 액체성 전구체의 전달은, 액체 공급원을 가열하여 이에 포함되어 있는 트리메틸실란과 같은 액체성 전구체의 일부를 증발시킴으로써 달성된다. 증발된 전구체는 액체 공급원을 가압하고, 이는 액체 공급원(120)에 배치된 유체라인(125) 내 액체가 앰플(140)로 흐르도록 한다. 통상적으로, 유체라인(125)의 단부는 액체 공급원(120)의 하부 근처에 위치하여, 증발된 전구체의 압력을 유지하면서 액체성 전구체의 전달을 이룬다.
액체 공급원은 일반적으로 약 30℃ 내지 약 40℃의 온도로 가열된다. 액체 공급원(120) 내 증발된 전구체의 압력은, 적절한 전구체의 온도에서 약 15psi 내지 25psi이다. 적절한 액체성 전구체는, 주위 온도, 예를 들면 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도에서 약 1000Torr 또는 그 이상의 증기압을 가진 전구체이며, 본 명세서에서 설명된 액체 전달 시스템(10)과 함께 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 주위 온도에서 약 1200Torr의 증기압을 가진 트리메틸실란의 액체 공급원은, 약 30℃ 내지 약 33℃의 온도로 가열될 경우, 약 17psi 내지 약 19psi의 챔버 압력을 생성하는 것으로 알려져 있다.
그 다음, 유체는 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 액체 공급원(120)으로부터 앰플(140)로 전달되는데, 이는 앰플에서의 증발률과 처리챔버(160)로의 전달률에 따라 변화될 수 있다.
앰플(140)은 대략 주위 온도, 예를 들면 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도로 유지되어 액체성 전구체를 증발시키고 처리챔버(160)로 전달하는 것이 바람직하다. 증발된 전구체는 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 앰플로부터 처리챔버로 흐를 수 있으며, 이는 앰플에서의 증발률과 처리챔버(160)로의 전달률에 따라 변화될 수 있다. 주위 온도 조건하에서 작동될 경우, 앰플(140)은 일반적으로 가열될 필요가 없지만 사용되는 재료와, 재료가 사용될 수 있는 공정에 따라 필요한 경우 가열될 수 있다. 일반적으로, 앰플은 액체 공급원(120) 보다 낮은 온도로 유지되어, 액체 공급원(120) 보다 낮은 작동압력을 제공한다.
앰플 내 증발된 전구체의 압력은 트리메틸실란을 사용하는 공정에 있어, 약 1psi 내지 약 10psi, 바람직하게는 약 8 또는 9 psi의 압력이 바람직하다. 앰플 내에서 주위 온도로 액체성 전구체를 증발시키는 것은, 인젝션 밸브와 같은 종래의 증발기 부품의 필요성을 제거하며, 이에 따라 시스템의 기계적 복잡성을 감소시키고 시스템으로부터 잠재적인 오염물질원을 제거한다.
앰플(140)의 낮은 작동압력은 액체 공급원(120)과 앰플(140) 사이에서 압력차를 제공하여 액체 공급원(120)으로부터 앰플(140)로의 유체유동을 향상시킨다. 예를 들면, 트리메틸실란은, 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도에서 생성된 약 17psi의 액체 공급원 압력과 비교하여, 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도로 가열될 경우 약 9psi의 앰플 압력을 생성하는 것으로 알려져 있다. 이런 압력차, 예컨대 8psi은 액체 공급원으로부터 앰플로의 액체유동을 개선한다. 압력차에 의한 재료의 전달은, 액체 공급원(120)으로부터 앰플(140)로 재료를 전달하는 캐리어 가스 또는 가압 가스를 공급하기 위한 수단을 최소화하거나 제거하며, 시스템의 기계적 복잡성을 추가로 제한한다.
다른 실시예에서, 흡입가스가 액체 공급원으로 유입되어 압력차를 증가시키고, 이에 따라 액체 공급원(120)으로부터 앰플(140)로 액체성 전구체의 전달을 개선한다. 앰플(140)의 용적은, 처리챔버로 전달되기 전에, 증발된 전구체의 불필요한 응축을 억제하기 위해 약 2리터보다 적은 것이 바람직하다. 앰플(140) 내 액체성 전구체의 용적은, 2리터 앰플 내에서 약 1리터 또는 이 보다 적은 것이 바람직하다.
증발된 전구체는, 처리챔버(160)와 앰플(140) 사이의 압력차를 이용하여 처리챔버(160)로 전달된다. 처리챔버(160)는, 앰플(140)로부터 처리챔버(160)로의 유동을 제공하기 위해, 통상적으로 앰플(140)의 압력보다 낮은 압력으로 작동되고 유지되는 것이 바람직하다. 처리챔버(160)는 약 200Torr 또는 이 보다 낮은 챔버 압력으로 유지되는 것이 바람직하다. 약 20Torr 또는 이 보다 낮은 챔버 압력은, 앰플(140)에 진공의 적용과, 앰플(140)로부터 처리챔버(160)로 증발된 전구체를 드로우(draw)하는 것을 가능하게 한다. 증발된 전구체는 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 앰플로부터 처리챔버로 흐른다. 앰플(140)과 처리챔버(160)사이에 배치된 질량유동 제어기(150)는 처리챔버로 향하는 증발된 전구체의 유동을 측정하고 조절한다.
액체 전달 시스템(100)을 통과하는 전구체의 유동은 이하 설명될 것이다. 액체성 전구체의 액체 공급원(120)이 제공되고, 재료의 증발 온도 이상의 온도로가열된다. 가압된 액체성 전구체는 액체 공급원(120)으로부터 밸브(170)를 통과하여 유동경로(110)인 유체라인(125)을 거쳐 밸브(175)를 통과한 다음 증발 어셈블리(130) 내에 배치된 앰플(140)로 흐른다. 아이솔레이션 밸브(180, 185, 190, 195)는, 약 1Torr의 챔버 압력에서 작동하는 처리챔버(160)가 앰플(140)에 진공을 얻도록 개방된다.
증발된 전구체는 앰플(140)로부터 유체라인(145)의 밸브(180)를 통과하고 밸브(185)를 통과하여 질량유동 제어기(150)로 흐른다. 처리챔버(160)로 흐르는 유체 유동은 필요한 경우 질량유동 제어기에 의해 조절된 다음, 질량유동 제어기(150)로부터 아이솔레이션 밸브(190)를 통과하고 유체라인(115)의 밸브(195)를 통과하여 처리챔버(160)로 유입된다. 처리챔버(160)로 증발된 전구체의 전달이 필요하지 않은 경우, 아이솔레이션(190, 195)은 폐쇄되어 처리챔버(160)와 앰플(140) 사이의 압력차에 의해 앰플로부터 유체 유동을 억제할 수 있다. 또한, 증발된 전구체는, 증발된 전구체 진공을 처분하기 위한 펌프 어셈블리로 전달되도록 밸브(195)를 배열함으로써 시스템으로부터 제거될 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명은 생산비와 장치의 유지비를 감소시키며, 액체성 전구체를 기판 처리 시스템 내 처리챔버로 전달하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
전술된 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어남 없이 안출될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하 첨부된 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (31)

  1. 액체 전달 시스템으로서,
    a) 액체 공급원;
    b) 상기 액체 공급원에 유체공학적으로 연결된 증발 어셈블리로서,
    1) 앰플; 그리고
    2) 상기 앰플에 연결된 질량유동 제어기를 기본적으로 포함하는 증발 어셈블리; 그리고
    c) 상기 증발 어셈블리에 유체공학적으로 연결된 처리챔버를 포함하는 액체 전달 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액체 공급원에 인접하여 배치된 제 1 가열요소를 더 포함하는 액체 전달 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가열요소가 물 재킷(water jacket)을 포함하는 액체 전달 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 증발 어셈블리가 상기 앰플과 열적으로 연결되어 있는 제 2 가열요소를 더 포함하는 액체 전달 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 증발 어셈블리가 상기 처리챔버에 인접하여 배치되어 있는 액체 전달 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 앰플이 액체성 전구체를 증발시키는 액체 전달 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 앰플이 커패시턴스 센서 형태의 앰플이거나 플로트 형태의 앰플인 액체 전달 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 앰플이 약 2리터 또는 그 보다 낮은 용적을 가지는 액체 전달 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 앰플이 상기 처리챔버에 유체공학적으로 연결되는 액체 전달 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 질량유동 제어기가 상기 앰플과 상기 처리챔버 사이에 배치되어 상기 앰플로부터 상기 처리챔버로 재료를 선택적으로 전달하는 액체 전달 시스템.
  11. 처리챔버로 전달되도록 액체성 전구체를 증발시키는 방법으로서,
    a. 액체성 전구체를 포함하는 액체 공급원을 제공하는 단계;
    b. 상기 액체성 전구체를 앰플에 전달하는 단계;
    c. 상기 앰플 내 상기 액체성 전구체의 일부를 증발하는 단계; 그리고
    d. 증발된 전구체를 처리챔버로 흐르도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 액체성 전구체를 앰플에 전달하는 단계가, 앰플의 압력보다 높은 압력으로 상기 액체 공급원을 가압하는 단계와 상기 액체성 전구체를 앰플에 흐르도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 액체 공급원을 약 15psi 내지 약 25psi의 압력으로 가압하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 액체성 전구체를 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 전달하는 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 액체성 전구체가 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도에서 약 1000Torr 또는 그 이상의 증기압을 가지는 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 액체 공급원을 약 30℃ 내지 약 40℃의 온도로 가열하는 방법.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 앰플 내 상기 액체성 전구체의 일부를 증발하는 단계가 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도로 상기 앰플을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 앰플 내 증발된 액체성 전구체를 약 1psi 내지 약 10psi의 압력으로 설정하는 방법.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 증발된 전구체를 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 상기 처리챔버로 흐르도록 하는 방법.
  20. 제 13항에 있어서, 상기 처리챔버가 상기 앰플에서 진공을 드로우(draw)하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 처리챔버가 약 20Torr 또는 이 보다 낮은 챔버 압력을 가지는 방법.
  22. 처리챔버로 전달되도록 액체성 전구체를 증발시키는 방법으로서,
    a. 액체성 전구체를 포함하는 액체 공급원을 제공하는 단계;
    b. 상기 액체 공급원을 제 1 온도로 가열하여 제 1 압력을 제공하는 단계;
    c. 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력으로 앰플을 작동하는 단계;
    d. 상기 액체 공급원으로부터 상기 앰플로 상기 액체성 전구체를 흐르도록 하는 단계;
    e. 상기 앰플 내 상기 액체성 전구체의 일부를 증발하는 단계; 그리고
    f. 증발된 전구체를 처리챔버로 흐르도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 압력이 약 15psi 내지 약 25psi인 방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 액체성 전구체가 상기 앰플로 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 흐르는 방법.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 액체성 전구체가 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도에서 약 1000Torr 또는 그 보다 높은 증기압을 가지는 방법.
  26. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 온도가 약 30℃ 내지 약 40℃의 온도인 방법.
  27. 제 22항에 있어서, 상기 앰플 내 상기 액체성 전구체의 일부를 증발시키는 단계가, 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도로 상기 앰플을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  28. 제 22항에 있어서, 상기 제 2 압력이 약 1psi 내지 약 10 psi의 압력인 방법.
  29. 제 22항에 있어서, 상기 증발된 전구체가 상기 처리챔버로 약 65sccm 내지 약 3000sccm의 유동률로 흐르는 방법.
  30. 제 22항에 있어서, 상기 처리챔버가 상기 제 2 압력보다 낮은 제 3 압력을 가지는 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 처리챔버가 약 200Torr보다 낮은 챔버 압력을 가지는 방법.
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