JP5190164B2 - 基板処理システムにおける材料蒸着方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路の製造の分野に関する。特定的には、本発明は、堆積処理システムにおいて材料を蒸着させるための改善された方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、プラグ及びバイアのような相互接続のためにアルミニウムが集積回路内に広く使用されている。しかしながら、デバイスの密度が高くなり、動作周波数が高くなり、そしてダイスサイズが大きくなるにつれて、アルミニウムよりも低い固有抵抗を有する金属を相互接続構造内に使用することが要望されている。銅を堆積させるための、電気めっき、化学蒸着（“ＣＶＤ”）、及び物理蒸着（“ＰＶＤ”）を含む技術が十分に確立されている。ＣＶＤプロセスは、より順応的な堆積層を得ることができることが多いので、望ましいプロセスである。例えば銅の化学蒸着は、Ｃu(hfac)Ｌなる化学式を有するCupraselect（登録商標）として知られる液体銅化合物先駆物質を使用することによって達成することができる。Cupraselectは、カリフォルニア州カールスバッドのSchumacherの登録商標である。Cupraselectは（hfac）のような堆積制御化合物、及び熱安定化化合物（Ｌ）に結合された銅（Ｃu）からなっている。（hfac）はヘキサフルオロアセチルアセトナートを表し、（Ｌ）はトリメチルビニルシラン（“ＴＭＶＳ”）のようなリガンドをベースとする化合物を表している。
【０００３】
Ｃu(hfac)Ｌを使用する銅のＣＶＤ中に、この先駆物質は気化（蒸発）し、ウェーハが配置されている堆積チャンバ内へ流入する。チャンバ内において、先駆物質はウェーハの表面における熱エネルギで浸出される。所望の温度において、以下の反応が発生するものと考えられる。
２Ｃu(hfac)Ｌ Ｃu＋Ｃu(hfac)2＋２Ｌ （式１）
生じた銅（Ｃu）が、ウェーハの上面に堆積する。反応の副産物（即ちＣu(hfac)2及び（２Ｌ））は、ウェーハ処理中に典型的に真空に維持されるチャンバからパージすることができる。
【０００４】
ＣＶＤにCupraselectを使用することに伴う１つの問題は、材料を、その液体貯蔵アンプルからＣＶＤが行われる処理チャンバまで送給する際に発生し得る。典型的には、液体Cupraselectを先ず気化させ、アンプルと処理チャンバとの間のアルゴン、ヘリウム、その他のガス（通常は、不活性ガス）のようなキャリヤーガスと混合させる。送給システム内には複数の蒸発器が組込まれており、典型的には、動作は２つの環境状態（温度または圧力）の一方を変化させることによって遂行される。多くの蒸発器は、先駆物質の温度を上昇させて所望の状態変化を確立する。不幸にも、温度を高くし過ぎると先駆物質が分解し、それ以後にアンプルと処理チャンバとの間の移送ラインにめっき（堆積）を生じさせる可能性がある。公知の蒸発器の１つの例は、先駆物質を気化させるために使用されるオランダのBronkhurst製ＧＥＭ蒸発器である。不幸にもこれらのデバイスは、僅か約50−1500ｇのCupraselectを気化させただけで詰まってしまう。これらの詰まりは堆積レートを変化させ得る。多くのウェーハ製造応用の場合には、気化レートがウェーハ毎に再現可能であることが好ましい。
【０００５】
気化の後、Cupraselectは適切なキャリヤーガスと共に処理チャンバ内へ頻繁にポンプされる。このポンピング動作は、高濃度のＴＭＶＳをCupraselectから引き出し、アンプル、送給システム、及び処理チャンバの間の移送ライン内に安定性の低い銅及び（hfac）を残す。これらの条件の下では、いろいろな位置に望ましくないめっきまたは堆積が発生する恐れもある。例えば、蒸発器、弁、処理チャンバのシャワーヘッドのオリフィス等々の付近にめっきが発生する可能性がある。めっきは、これらのシステム成分の寸法を変化させ、チャンバ及び得られる堆積層の性能を劣化させる恐れがある。更に、堆積プロセス中にめっきが望ましくなく剥落し、被処理ウェーハを欠陥にしたり、または使用できなくしてしまう可能性がある。処理チャンバを交換する、または清浄にするために処理チャンバに対して実行される保守サイクルが、ウェーハのスループットを低下させるようになる。
【０００６】
1998年７月21日付コペンディング米国特許出願第09/120,004号（ドケットNo. 2460）に開示されているように、再現可能な堆積状態を得るためには、送給システム内のいろいろな点に堆積が発生する可能性を低下させるために、及び処理チャンバのパージングの時間及び費用を減少させるために、処理チャンバにできる限り近接した場所において先駆物質蒸気を発生させることが望ましいことが多い。上記特許出願では、蒸発器は処理チャンバの蓋の上に直接配置されており、先駆物質を送給するために使用される成分を短縮し、詰まりの機会を減少させ、そして必要になった時のシステムのパージングを容易にしている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の一面においては、堆積プロセスシステムにおいて堆積材料を気化させる改善された方法及び装置が提供される。例えば、図示実施の形態においては、蒸発器は、出口及び陥凹した入口を有する空洞を限定するボディを含み、空洞出口は陥凹した空洞入口よりも大きくしてある。蒸発器ボディは、入口に結合され且つキャリヤーガスと液体先駆物質との混合流を空洞入口まで運ぶための第１の通路を更に限定している。通路は、小さい液体先駆物質の粒子を形成させ、液体先駆物質が大きい滴に再結合するのを禁止するように比較的短い長さと小さい幅とを有している。空洞は、キャリヤーガスと液体先駆物質との混合流が空洞入口から空洞出口まで流れる際に膨張させることができるような形状である。その結果、液体先駆物質はキャリヤーガスによって分散され、空洞全体に広がる。
【０００８】
図示した実施の形態においては、蒸発器は、化学蒸着チャンバの蓋の上に配置されている。別の面においては、蒸発器は、シャワーヘッドと空洞出口との間に配置されているホットプレートを更に含み、分散された液体先駆物質を気化した材料へ気化させるようになっている。図示の実施の形態では、チャンバの蓋内に配置されているシャワーヘッドは、気化した材料を分配してウェーハまたは他の加工片上に堆積させるようになっている。
【０００９】
図示した実施の形態の１つの面では、蒸発器の詰まりを減少させることができ、パージングまたは他の清浄が必要になるまでの堆積システムのスループットを増加させることができる。
【００１０】
以上の説明は本発明の１実施の形態の単なる要約に過ぎず、以下に開示する実施の形態は本発明の思想または範囲から逸脱することなく多くの変化が可能であることを理解されたい。
【００１１】
理解を容易にするために、全図を通して同一の要素に対しては、可能な限り同一の参照番号を付してある。
【００１２】
【実施の形態】
本発明の図示実施の形態の特色は、堆積システムへ送給するための先駆物質材料（例えば、銅ＣＶＤの場合にはCupraselect）の改善された気化を含む。以下に、本発明の図示した実施の形態をＣＶＤによって成長させる銅の薄いフィルムに関して説明するが、当業者ならば、得られるフィルムを改善し且つシステム内の汚染レベルを低下させるために、プロセス材料の制御された且つ再現可能な送給を維持することが望ましいような、如何なる薄いフィルム堆積プロセスにも適用可能であることが理解されよう。他の液体先駆物質または反応物は、制限するものではないが、ＴＥＯＳ、ホウ酸トリメチル、ホウ酸テトラエチル、燐酸テトラエチル、亜燐酸テトラエチル、テトラキス（ジメチルアミノ）チタンジエチル類似体、及び水を含む。Cupraselect以外の銅化合物先駆物質も使用可能である。
【００１３】
特に図１を参照する。化学蒸着システム１０は、蒸発器１２を使用している。蒸発器１２は、蒸発器の詰まりを減少させるような手法で反応物液体を気化させる。液体の流量は、液体流コントローラ１４と、プログラムされたワークステーションを含むシステムコントローラ１７との間の閉ループシステムによって制御される。システム１０においては、Cupraselectのような液体反応物１１は、液体バルク送給槽１６から熱またはプラズマ強化型のＣＶＤ処理チャンバ１８へ供給される。チャンバ１８は、詳細を後述するように、好ましくは蒸発器１２がチャンバ１８の蓋１９に直接取付けられていることを除いて、普通のものである。適当なチャンバ１８の例は（上述した蓋の変更を除いて）、1991年３月19日付Adamikらの米国特許第5,000,113号、1987年５月26日付Fosterらの米国特許第4,668,365号、1986年４月１日付Benzingらの米国特許第4,579,080号、1985年１月29日付Benzingらの米国特許第4,496,609号、及び1980年11月４日付Eastらの米国特許第4,232,063号を含む。
【００１４】
液体バルク供給槽１６は、槽１６内へ伸びている浸漬環２０、及び液体を槽から駆動するためにヘリウムのような加圧されたガスを液体反応物１１の上の槽１６のトップの“ヘッド”空間２６へ供給する源２４を含んでいる。液体流コントローラ１４は、液体バルク供給槽１６と蒸発器１２の液体入口３０との間に接続されている。制御された量の液体が蒸発器１２へ供給される。蒸発器１２は液体を蒸気に変換し、その蒸気をヘリウム、窒素、またはアルゴンのようなキャリヤーガスによって処理チャンバ１８へ運ぶ。キャリヤーガスを含むガス槽３４が、ガス流量を調整する質量流コントローラ３８を通して蒸発器１２のガス入口３６に接続されている。多くの応用においては、液体１１は有毒及び／または腐食性であり得る。システム１０及びその成分バルブ及び他の要素の点検を容易にするために、ガス槽３４と液体流モニタとの間にパージラインが接続され、オペレータがシステム１０を点検する前に、反応物液体１１及びその蒸気をシステム１０からパージすることができるようになっている。システム内の反応物の量を更に減少させるために、システムから液体及び蒸気を排出する真空ライン４１がパージライン３９と共に使用される。（真空ライン４１は、ＣＶＤ処理チャンバの真空システムに結合されている。）遠隔制御可能な（例えば、空気圧式）バルブ１３が、各ラインに挿入されている。これらのバルブは、正常動作、及びパージ及び排気動作を可能にするように開閉する。安全性と障害許容範囲とを高めるために、遠隔制御バルブ１３を有する各ラインは、遠隔制御バルブが故障した場合に手動で閉じることができる手動バルブ１５をも有することができる。
【００１５】
図２−４に、蒸発器１２の１実施の形態を詳細に示してある。先ず図２を参照する。蒸発器１２は、液体先駆物質１１とキャリヤーガスとを混合する“噴霧器”ステージ２００を含んでいる。キャリヤーガスは、急激に膨張できるようにされている。その結果、液体先駆物質は粉砕されてキャリヤーガス内に小さい粒子即ち小滴として分散され、蒸発器チャンバ２０２へ送られて気化される。用語“噴霧器”は、必ずしも噴霧器ステージ２００が液体先駆物質を原子レベルに分散させることを意図しているものではない。しかしながら、噴霧器ステージ２００は、蒸発器チャンバ２０２へのキャリヤーガスの流れの中に液体先駆物質をエアロゾル状分散体に分散させる。エアロゾル粒子は、例えば10-7から10-4ｃｍまで（４×10-8乃至４×10-5インチ）の範囲の直径であることができ、乱流ガスは100倍大きい粒子を分散させることができる。１応用においては、図示実施の形態による噴霧器ステージは、蒸発器チャンバ２０２へのキャリヤーガスの流れの中に実質的に10ミル（0.010インチ）より小さいサイズ、及びエアロゾルサイズ粒子により近いサイズを有する殆どの液体先駆物質の粒子を分散させるようにCupraselect液体先駆物質を分散させるものと考えられる。勿論、粒子のサイズは応用に依存して変化する。
【００１６】
噴霧器ステージ２００は、液体入口３０を通して液体先駆物質の流れを受け、またガス入口３６を通してキャリヤーガスの流れを受けるバルブボディ２０４を含んでいる。液体入口３０は、液体流コントローラ１４（図１）からの液体先駆物質供給ライン２０８の一方の端を受けるカップラ２０６を含んでいる。ガス入口３６は、制御バルブ１３を介して質量流コントローラ３８からのガス供給ライン２１２の一方の端を受けるカップラ２１０を含んでいる。カップラ２０６及び２１０は、特定の応用に適する公知の如何なるカップラ設計であっても差し支えない。ライン２０８及び２１２は、チャンバの蓋１９を開閉し易いように、前記コペンディング出願に開示されているような柔軟なラインであることができる。
【００１７】
次に図３及び４を参照する。噴霧器ステージ２００のバルブボディ２０４は、流体通路２２０を含んでいる。この流体通路２２０は、第２の流体通路２２２によって液体入口カップラ２０６に結合され、第３の流体通路２２４によってガス入口カップラ２１０に結合されている。図４に示されているように、バルブボディ通路２２０は通路２２４（図３）からキャリヤーガスの流れ２３０を受け、図示した実施の形態では第１の通路２２０と直交するように配列されている通路２２２（図３）から液体先駆物質の流れ２３２を受ける。このような配列により剪断用Ｔ交差２３６が得られる。これにより、交差２３６においてキャリヤーガスの流れ２３０が液体先駆物質の流れ２３２を“剪断”し、（流れ２３２と２３０とが混合される部分２３２ａ及び２３０ａによって表されているように）キャリヤーガスの流れとの混合を促進する。
【００１８】
図示の実施の形態では、混合用通路２２０は、図４にＷで示されているような比較的狭い幅を有している。通路２２０の幅を狭くすると、Ｔ交差２３６において液体先駆物質の流れ２３２がキャリヤーガスの流れ２３０によって剪断された時に、比較的小さい粒子即ち小滴の形成が容易になるものと考えられる。図示の実施の形態では、混合用通路は20−30ミルの範囲内の直径を有しているが、特定の応用に依存してより大きく、またはより小さくすることができる。
【００１９】
混合用通路２２０は、Ｔ交差２３６の箇所に位置している１対の入口２２０ａ及び２２０ｂを有している。一方の入口２２０ａは通路２２２に結合され、通路２２２から液体先駆物質を導入する。他方の入口２２０ｂは通路２２４に結合され、通路２２４からキャリヤーガスを導入する。図示の実施の形態では、図４にＬで示されているように、混合用通路２２０は液体先駆物質入口２２０ａから空洞入口２６２まで比較的短い合計長を有している。混合用通路の幅Ｗに比して混合用通路２２０の長さＬを短くすると、キャリヤーガス及び液体先駆物質の混合流がＴ交差２３６から空洞入口２６２まで流れる際に、液体先駆物質の粒子がより大きい滴に再結合することを阻止するものと考えられる。図示の実施の形態では、混合用通路２２０の長さＬとその幅Ｗとの比は、２：１から20：１までの範囲である。この比は、応用に依存して変化させることができる。
【００２０】
混合用通路２２０の入口２２０ｂは、キャリヤーガス通路２２４の縮小された直径部分２２４ａに結合されている。図示の実施の形態では、縮小された直径部分２２４ａは混合用通路２２０と同一の幅を有している。
【００２１】
ガス通路２２４のより大きい直径の部分２２４ｂから、混合用通路２２０までのキャリヤーガスの流速は、狭められたガス通路２２４ａの前に位置決めされている狭め用ノズル部分２４０（図３）によって加速される。図示の実施の形態では、狭め用ノズル部分２４０は半球形であって、小さくされた直径の通路２２４ａ及び混合用通路２２０内へのガスの流れを滑らかに狭める。ガス流を狭めると、ガス流の速度が“ベンチュリ効果”によって加速されるものと考えられる。図示の実施の形態では、ノズル部分２４０はガス通路２２４の直径をほぼ1/10まで狭めている。混合用通路の前のノズル部分２４０はオプションであり、円筒形及び円錐台形を含む他のいろいろな形状を有することができる。
【００２２】
同様に、液体通路２２２から混合用通路２２０までの液体先駆物質の流速も、混合用通路２２０の前の液体通路２２２内に位置決めされた狭め用ノズルによって加速される。図示の実施の形態では、狭め用ノズルは、図３内に２４４で概示されている“ゼロデッドボリューム（０死容積）”バルブによって実現されている。他の型のバルブを使用することもできる。バルブ２４４は、２４６で概示されているバルブ部材を含み、この部材が弁座に着座すると液体通路２２２が閉じられて混合用通路２２０への液体先駆物質の流れを阻止する。バルブ部材が弁座から変位する開位置では、バルブを通る液体の流れはガス流のそれと同様に狭められ、混合用通路内への液体先駆物質の流れが加速される。液体通路２２２から、開いたバルブ２４４を通って混合用通路２２０までの液体の流れの狭まりは、通路２２２の小さくされた直径のバルブ通路２４４ａによって概示されている。図示の実施の形態では、通路２４４ａはほぼ10ミルの直径を有しており、バルブ２４４は事実上液体通路２２２の直径をほぼ1/10まで狭めている。ゼロデッドボリュームバルブの構造の詳細は当分野においては公知であり、いろいろな形状をとることができる。しかしながら、バルブが閉じた位置にある場合に、混合用通路２２０と、バルブ２４４の弁座内に座しているバルブ部材２４６との間のバルブ２４４の閉じた通路の容積（“デッドレッグ（死脚）”通路２４４ａによって表されている）は可能な限り小さくすることが好ましく、従って“ゼロデッドボリューム”と名付けられていることが理解されよう。バルブ通路のデッドレッグのデッドボリュームを減少させることによって、蒸発器１２の清掃及びパージングが容易になる。図示の実施の形態では、バルブ２４４が閉じている時にパージされるデッドレッグ２４４ａの容積は、0.1ｃｃ（ｃｍ3）より小さく、より好ましくは0.001ｃｃより小さい。
【００２３】
バルブの寸法は、応用に依存して変化させることができる。更に、若干の応用においては、バルブはオプションである。
【００２４】
図３に示されているように、キャリヤーガスと液体先駆物質との混合体は、混合用通路２２０によって、バルブボディ２０４内に形成されている空洞２６０へ送られる。図示の実施の形態では、混合用通路２２０は、剪断用Ｔ２３６から空洞２６０まで比較的一定の直径を有しており、混合体は実質的な付加的な狭めを受けることなく空洞２６０へ送られるようになっている。背圧を低下させるために、若干の応用では小さくされた直径の通路の長さを最小にすることが望ましいかも知れない。しかしながら、キャリヤーガス及び液体先駆物質の混合流を膨張空洞の中心へ導くように、混合用通路は十分に長くすることが好ましい。
【００２５】
空洞２６０は、半球形入口部分２６０ａと、それに続くほぼ円筒形の出口部分２６０ｂを含んでいる。半球形入口部分２６０ａは、空洞壁内へ陥凹していて混合用通路２２０の端に流体的に接続されている空洞入口２６２を限定している。図示の実施の形態では、空洞２６０には注入チップまたは空洞内へ伸びる他の入口部材を設けてない。空洞２６０の反対側の端、即ち円筒形出口部分２６０ｂは、空洞入口２６２の内径より実質的に大きい内径を有する空洞出口２６４を限定している。図３に示すように、空洞の直径は、半球形部分２６０ａから単調に増加している。その結果、空洞入口２６２において混合用通路２２０を出るキャリヤーガスと液体先駆物質との混合体は、それが半球形入口部分２６０ａを通過する際に急激に膨張し、半球形入口部分２６０ａによって狭められない。混合体流のこの急激な膨張が体先駆物質の分散を促進し、急激に膨張するキャリヤーガスの流れによって運ばれる極めて小さいエアロゾル状の流れにすると考えられる。
【００２６】
図示の実施の形態では、空洞２６０の内径は、円筒形出口部分２６０ｂにおいて実質的に一定に留まっている。図示の実施の形態では、出口部分２６０ｂの直径はほぼ1/4乃至1/2インチである。噴霧器ステージの空洞２６０ｂは、図示し、説明した半球形及び円筒形以外のサイズ及び形状を有することができる。例えば、応用に依存して、円錐台形空洞を使用することもできる。しかしながら、空洞を絞ると、空洞の壁上への材料の堆積を増加させる可能性がある。
【００２７】
図２に示すように、蒸発器１２の蒸発器チャンバ２０２は、ほぼ円筒形の蒸発器チャンバ内部２７２を限定するハウジング２７０を含んでいる。液体先駆物質及びキャリヤーガスのエアロゾル状の分散体は、噴霧器出口２６４によって、蒸発器チャンバ２０２のハウジング２７０によって限定される中心入口２７４へ送られる。噴霧器ステージ２００のバルブボディ２０４は、噴霧器２００の出口が蒸発器チャンバ２０２の入口２７４と整列するように、蒸発器チャンバ２０２のハウジング２７０に取付けられている。噴霧器２００と蒸発器チャンバ２０２との間の結合は、適当なシール２７６（図３）を用いて密封されている。
【００２８】
図示の実施の形態では、蒸発器チャンバ入口２７４は、噴霧器空洞出口２６４の円筒形部分２６０ｂと同一の内径を有するほぼ円筒形の部分２７４ａ（図３）と、それに続く円錐台形に広がっているノズル部分２７４ｂとを含んでいる。チャンバ２７２の内部に配置され、蒸発器チャンバ入口２７４と対面しているのはホットプレート２８０である。ホットプレート２８０は、キャリヤーガスによってホットプレート２８０まで運ばれる液体先駆物質の粒子を気化させるのに十分な温度まで加熱されている。
【００２９】
図示の実施の形態では、蒸発器チャンバ入口２７４の内径は、円筒形部分２７４ａでは実質的に一定に保たれ、円錐台形部分２７４ｂでは線形に単調に広がっている。蒸発器チャンバ２０２の入口２７４は、図示し、説明した円筒形及び円錐台形以外の形状を有することができる。例えば、応用に依存して、半球形の入口を使用することもできる。しかしながら、入口において狭めると、入口の壁上への材料の堆積を増加させかねない。
【００３０】
図５に示すように、ホットプレート２８０は、蒸発器チャンバ内部２７２内に配置され、環状外側ゾーン２８０ａを有している。外側ゾーン２８０ａは、外側ゾーン２８０ａの周りに配置されている複数の通路２８２を限定している。各ホットプレート通路２８２はホットプレート２８０を貫通し、気化した材料がホットプレート２８０、及び処理チャンバ１８の蓋１９内の開口２８４を通過して処理チャンバ１８の内部２８６へ流入できるようにしている。通路２８２のサイズ及び数は、応用に依存して変化させることができる。図示の実施の形態では、蒸気がホットプレートを通過する時に圧力が実質的に降下するのを減少乃至は排除するように、通路は十分に大きいサイズ及び十分な数にすることが好ましい。
【００３１】
破線２９０（図２）によって示されている円錐台形部分２７４ｂの側に沿う視線は、ホットプレート２８０の上面の中央のディスク形ゾーンと交差している。その結果、蒸発器チャンバ入口２７４の円錐台形部分２７４ｂの側は、分散した液体先駆物質材料の大部分をホットプレート２８０の中央ゾーン２８０ｂ上に導いて気化させる。応用に依存して、他の角度を選択することができる。
【００３２】
図２及び５に示すように、ホットプレート２８０の中央ゾーン２８０ｂは、噴霧器ステージ２００から液体先駆物質の小滴を受けて蒸気に気化させるための複数の同心の溝２８８を有している。これらの溝は、小滴へ熱エネルギを伝えて小滴を気化させるためのホットプレートの実効表面を増加させる。更に溝は、即時に気化しない小滴を、それらが気化するのに十分なエネルギを受けるまで集める。流れを表す矢印２８９によって示してあるように、気化した材料はホットプレートの通路２８２、及び堆積チャンバ１８の内部への蓋開口２８４を通過する。
【００３３】
図示の実施の形態では、ホットプレート２８０の溝２８８は、1/16乃至1/8インチの範囲の幅と、1/4乃至1/2インチの範囲の深さとを有している。これらの寸法は、応用に依存して変化させることができる。溝は、ホットプレートのトップ表面を過大に冷却することなく、しかも良好な熱伝導を維持するようなサイズであることが好ましい。更に、溝のサイズは、製造コスト及び清浄効率にも影響を及ぼし得る。
【００３４】
バルブボディ２０４、チャンバハウジング２７０、及びホットプレート２８０を含む蒸発器１２は、蒸発器チャンバのハウジング２７０の外側、及びホットプレートの外側ゾーン２８０ａの外側を包囲している加熱用ジャケット２９２によって加熱される。図示の実施の形態では、バルブボディ２０４、蒸発器チャンバハウジング２７０、及びホットプレート２８０を含む蒸発器１２の成分はアルミニウム製である。他の高い熱伝導材料を含む他の材料を使用できることを理解されたい。図示の実施の形態では、液体先駆物質または蒸気と接触する可能性がある噴霧器ステージ２００及びホットプレート２８０を含む蒸発器チャンバの成分の温度は制御されている。これらの温度は、液体先駆物質の気化を促進するように十分に高いが、薬品の劣化を回避するように十分に低いことが好ましい。液体先駆物質がCupraselectである図示の実施の形態では、これらの成分の温度範囲は70−75℃であることが好ましい。勿論、この温度範囲は、応用に依存して変化させることができる。加熱用ジャケットの代替として、限定するものではないが、遠隔加熱された流体との流体交換、ホットプレート２８０、チャンバハウジング２７０またはバルブボディ２０４内に／上に含まれる抵抗加熱素子、及びチャンバ内の加熱ランプ（図示してない）等のような公知の、且つチャンバ成分加熱のために受容される手段によって加熱を達成することができる。もしホットプレートの外側ゾーン２８０ａへ、またはホットプレートの中へ熱を加えてホットプレートを加熱するのであれば、ホットプレートの内側ゾーン２８０ｂへ十分に熱を伝え得るように、ホットプレートの相隣る通路２８２の間の外側ゾーン２８０ａに十分な材料を残すことが好ましい。
【００３５】
蒸発器チャンバハウジング２７０はホットプレート外側ゾーン２８０ｂ上に取付けられ、外側ゾーン２８０ｂ自体は堆積チャンバ蓋１９内の開口２８４と整列して蓋１９に取付けられる。蒸発器ホットプレート２８０と堆積チャンバ蓋１９との間の結合は、蒸発器ハウジング２７０とホットプレート２８０との間の結合のように、適当なシール３００（図２）によって密封されている。堆積チャンバ１８は、側壁３０２、床３０４、及び蓋１９によって限定されている。蓋１９には、堆積させる蒸気を分配する複数のオリフィス３１０を有するシャワーヘッド３０８が組み込まれている。堆積チャンバ１８は、銅を堆積させることが望まれている半導体ウェーハのような基板３１６を保持するための加熱された基板支持体３１２を更に含んでいる。基板支持体３１２は、アルミニウムのような耐久性金属材料、または窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素のようなセラミックで製造される。基板支持体３１２は加熱器またはヒートシンクとしても機能し、ウェーハ３１６を加熱し、またはウェーハ３１６から熱を引き出すための付加的な成分を含んでいる。例えば、基板支持体３１２には、電源に接続されている１つまたはそれ以上の抵抗加熱器コイル３１３を設けることができる。電源からコイル３１３へ供給される電流の流れは基板支持体３１２内に熱を生成し、この熱がウェーハ３１６へ伝えられる。環状の板３１４がチャンバ壁３０２に取付けられており、カバー環３１８のための支持体になっている。蒸発器１２からの気化した先駆物質が加熱されたウェーハと接触すると、ＣＶＤによって基板３１６上に銅が堆積される。カバー環３１８は、堆積が望ましくない基板３１６の周縁部分及び下側チャンバ領域を保護する。圧力制御ユニット３４２（例えば、真空ポンプ）がバルブ３３８（例えば、絞りバルブ）を介して処理チャンバ１８に結合されていて、チャンバ圧力を制御するようになっている。
【００３６】
堆積チャンバのシャワーヘッドはオプションであり、公知のどのようなシャワーヘッドであることもできる。更に、シャワーヘッドは、前記コペンディング出願に記載されているように構成することができる。該出願に記載されているように、シャワーヘッド３０８は、気化した先駆物質及びキャリヤー材料のための分配板としてだけではなく、過剰な処理材料を捕捉して再気化させるための二次“ホットプレート”としても役立っている。シャワーヘッド３０８は、オプションでシャワーヘッド３０８の上面に形成されている複数の凹状セグメント３２６、及びオプションでシャワーヘッド３０８上に配置されているシャドウプレート３２４によってこの機能を遂行する。完全に気化した処理材料の流れは、蒸発器１２からチャンバ１８内へ流入する。流れ３４３は、シャドウプレート３２４内に設けられている複数のオリフィス３４４、及びシャワーヘッド３０８内の複数のオリフィス３１０を通過し続ける。シャドウプレートのオリフィス３４４は、シャワーヘッドのオリフィス３１０からずらされていて、液体先駆物質による汚染を減少させるようになっている。即ち、蒸発器１２からの不完全気化（液体）材料の流れ３４５は、シャワーヘッド３０８のトップ上の凹状部分３２６の１つによって捕捉される。シャワーヘッド３０８及びシャドウプレート３２４は、液体先駆物質材料（即ち、Cupraselect）の気化に適する温度であるほぼ65℃に加熱されている。この加熱は、限定するものではないが、遠隔加熱された流体との流体交換、シャワーヘッド３０８及び／またはシャドウプレート３２４内に／上に含まれる抵抗加熱素子、及びチャンバ内の加熱ランプ等のような公知の、且つチャンバ成分加熱のために受容される手段によって達成される。これにより液体材料は気化し、シャワーヘッド３０８内の複数のオリフィス３１０の１つを通る通路３４７を辿ることになる。不完全気化材料の流れは通路３５０に沿っても発生することがあり得るがシャドウプレート３２４上で気化し始め、気化した流れとして通路３５２に沿って流れ続ける。シャワーヘッド３０８及びシャドウプレート３２４は、このよな液体を捕捉し、二次的に気化させることによって、ウェーハ表面への液体材料の流れを阻止するものと考えられる。
【００３７】
ホットプレート２８０、ハウジング２７０、またはバルブボディ２００のような、上述したいろいろな成分は各々、一体としてまたは単片構造として製造することができる。代替として、特定の応用に依存して、これらの成分は副成分からアセンブルすることができる。
【００３８】
上述した装置及びプロセスは、プロセッサをベースとする制御システム１７（図１）によって制御されるシステム内で遂行することができる。図６は、図１に示すような堆積システム１０のブロック図であり、このような能力に使用することができる制御システム１７を有している。制御システム１７は、プロセッサユニット８０２、メモリ８０４、大容量記憶装置８０６、入力制御ユニット８０８、及びディスプレイユニット８１０を含み、これらは全て制御システムバス８１２に結合されている。
【００３９】
プロセッサユニット８０２は汎用コンピュータを形成しているが、図示の実施の形態の銅のＣＶＤを実施するためのプログラムのようなプログラムを実行する時には専用コンピュータになる。本明細書においてはこの実施の形態を、ソフトウェアで実現して汎用コンピュータ上で実行させるものとして説明するが、当分野に精通していれば、本発明は特定用途向け集積回路ＡＳＩＣまたは他のハードウェア回路のようなハードウェアを使用して動作させることができることは理解されよう。従って、本発明の実施の形態の制御面は、全部または一部を、ソフトウェア、ハードウェア、または両者で実現できることを理解すべきである。
【００４０】
プロセッサユニット８０２は、メモリ内に格納されている命令を実行することができるマイクロプロセッサまたは他のエンジンの何れかである。メモリ８０４は、ハードディスクドライブ、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、読出し専用メモリ（“ＲＯＭ”）、ＲＡＭ及びＲＯＭの組合わせ、または別のプロセッサ可読記憶媒体からなることができる。メモリ８０４は、堆積システム１０の動作を遂行させるためにプロセッサユニット８０２が実行する命令を含んでいる。メモリ８０４内の命令は、プログラムコードの形状である。プログラムコードは、多くの異なるプログラミング言語の何れか１つに従う。例えば、プログラムコードは、Ｃ+、Ｃ++、ベーシック、パスカル、または多くの他の言語で書くことができる。
【００４１】
大容量記憶デバイス８０６は、データ及び命令を格納し、磁気ディスクまたは磁気テープのようなプロセッサ可読記憶媒体からデータ及びプログラムコード命令を検索する。例えば、大容量記憶デバイス８０６は、ハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、テープドライブ、または光ディスクドライブであることができる。大容量記憶デバイス８０６は、それがプロセッサユニット８０２から受けた指令に応答して、命令を格納し、検索する。大容量記憶デバイス８０６によって格納され、検索されたデータ及びプログラムコード命令は、堆積システム１０を動作させるためにプロセッサユニット８０２によって使用される。データ及びプログラムコード命令は、先ず媒体から大容量記憶デバイス８０６によって検索され、次いでプロセッサユニット８０２が使用するためにメモリ８０４へ転送される。
【００４２】
ディスプレイユニット８１０は、プロセッサユニット８０２の制御の下に、図形ディスプレイ及び英数字の形状でチャンバのオペレータに情報を提供する。入力制御ユニット８０８は、キーボード、マウス、または光ペンのようなデータ入力デバイスを、チャンバオペレータの入力を受信させるためにプロセッサユニット８０２に結合する。
【００４３】
制御システムバス８１２は、制御システムバス８１２に結合されている全てのデバイス間にデータ及び制御信号を転送する。制御システムバスは、プロセッサユニット８０２内のデバイスを直接的に接続する単一のバスとして示されているが、制御システムバス８１２はバスの集まりであることもできる。例えば、ディスプレイユニット８１０、入力制御ユニット８０８、及び大容量記憶デバイス８０６は、入力・出力周辺バスに結合することができ、一方プロセッサユニット８０２及びメモリ８０４はローカルプロセッサバスに結合することができる。ローカルプロセッサバス及び入力・出力周辺バスは互いに結合されて、制御システムバス８１２を形成する。
【００４４】
制御システム１７は、図示の実施の形態に従って銅ＣＶＤ内に使用される堆積システム１０の要素に結合されている。これらの各要素は、制御システムバス８１２に結合されていて、制御システム１７と要素との間で通信を行う。これらの要素は、複数のバルブ８１４（図１のバルブ１３及び１５のような）、加熱素子（図２の加熱素子１１３及び加熱用ジャケット２９２のような）、圧力制御ユニット３４２、フローコントローラ（図１のフローコントローラ１４及び３８のような）、蒸発器１２（図３のバルブ２４４を含む）、及び圧力源コントローラ（図１の圧力源２４のような）を含んでいる。制御システム１７は、チャンバ要素に信号を供給し、関連装置内においてこれらの要素に銅層を形成するための動作を遂行させる。
【００４５】
動作を説明する。プロセッサユニット８０２は、メモリ８０４から受信したプログラムコード命令に応答して、チャンバ要素の動作を指令する。例えば、ウェーハが処理チャンバ内に配置されると、プロセッサユニット８０２はメモリ８０４から検索した命令（例えば、加熱素子３１３を付勢する、先駆物質及びキャリヤー材料の所望の流量を発生させるためにバルブ８１４を制御する、基板支持体３１２をＣＶＤのための位置へ移動させる等）を実行する。これらの命令の実行により、堆積システム１０の要素が作動して基板上に材料の層を堆積させる。
【００４６】
以上に説明した新規な堆積システムは、気化した前駆材料をチャンバ内により完全に且つより均一に分散させることによって、改善されたＣＶＤ動作を提供することができる。更に、本堆積システムのさまざまな特色は、潜在的にチャンバ内に粒子を創出する、及び／またはシステム成分の早めの故障または過大な保守をもたらすような望ましくない詰まりまたは過剰、及びめっきを発生させる可能性を低下させることを含む。
【００４７】
以上の説明は、単に本発明の若干の実施の形態を示しているに過ぎず、本発明の思想または範囲から逸脱することなく、以上の開示に従って上記実施の形態に多くの変更を考案できることを理解されたい。従って、以上の説明は本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるＣＶＤ銅堆積システムの概要図である。
【図２】図１の蒸発器及びＣＶＤチャンバの断面図である。
【図３】図２の蒸発器の拡大断面図である。
【図４】図３の蒸発器の通路及び空洞入口の拡大断面図である。
【図５】図２の蒸発器のホットプレートの５−５矢視上面図である。
【図６】堆積システムを作動させるための制御システムの概要図である。
【符号の説明】
１０ ＣＶＤ銅堆積システム
１１ 液体反応物
１２ 蒸発器
１３ 遠隔制御バルブ
１４ 液体フローコントローラ
１５ 手動バルブ
１６ 液体バルク供給槽
１７ システムコントローラ
１８ ＣＶＤ処理チャンバ
１９ チャンバの蓋
２０ 浸漬管
２４ 加圧ガス源
２６ ヘッド空間
３０ 液体入口
３４ ガス槽
３６ ガス入口
３８ 質量フローコントローラ
４１ 真空ライン
２００ 噴霧器
２０２ 蒸発器チャンバ
２０４ バルブボディ
２０６、２１０ カップラ
２０８ 液体先駆物質供給ライン
２１２ ガス供給ライン
２２０、２２２、２２４ 流体通路
２３０ キャリヤーガスの流れ
２３２ 流体先駆物質の流れ
２３６ 剪断Ｔ交差
２４０ 狭め用ノズル部分
２４４ ゼロデッドボリュームバルブ
２４６ バルブ部材
２６０ 空洞
２６２ 空洞入口
２６４ 空洞出口
２７０ ハウジング
２７２ 蒸発器チャンバの内部
２７４ 中心入口
２７６ シール
２８０ ホットプレート
２８２ 通路
２８４ 処理チャンバの開口
２８６ 処理チャンバの内部
２８８ 溝
２８９ 気化した材料の流れ
２９２ 加熱用ジャケット
３００ シール
３０２ 側壁
３０４ 床
３０８ シャワーヘッド
３１０ オリフィス
３１２ サセプタ
３１３ 加熱器コイル
３１４ 環状の板
３１６ ウェーハ
３１８ カバー環
３２４ シャドウプレート
３２６ 凹状セグメント
３３８ 絞りバルブ
３４２ 圧力制御ユニット（真空ポンプ）
３４３ 処理材料の流れ
３４４ オリフィス
３４５、３５０ 不完全気化材料の流れ
３４７、３５２ 再気化した材料の流れ
８０２ プロセッサユニット
８０４ メモリ
８０６ 大容量記憶装置
８０８ 入力制御ユニット
８１０ ディスプレイユニット
８１２ 制御システムバス
８１３ 加熱素子
８１４ バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路の製造の分野に関する。特定的には、本発明は、堆積処理システムにおいて材料を蒸着させるための改善された方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、プラグ及びバイアのような相互接続のためにアルミニウムが集積回路内に広く使用されている。しかしながら、デバイスの密度が高くなり、動作周波数が高くなり、そしてダイスサイズが大きくなるにつれて、アルミニウムよりも低い固有抵抗を有する金属を相互接続構造内に使用することが要望されている。銅を堆積させるための、電気めっき、化学蒸着（“ＣＶＤ”）、及び物理蒸着（“ＰＶＤ”）を含む技術が十分に確立されている。ＣＶＤプロセスは、より順応的な堆積層を得ることができることが多いので、望ましいプロセスである。例えば銅の化学蒸着は、Ｃu(hfac)Ｌなる化学式を有するCupraselect（登録商標）として知られる液体銅化合物先駆物質を使用することによって達成することができる。Cupraselectは、カリフォルニア州カールスバッドのSchumacherの登録商標である。Cupraselectは（hfac）のような堆積制御化合物、及び熱安定化化合物（Ｌ）に結合された銅（Ｃu）からなっている。（hfac）はヘキサフルオロアセチルアセトナートを表し、（Ｌ）はトリメチルビニルシラン（“ＴＭＶＳ”）のようなリガンドをベースとする化合物を表している。
【０００３】
Ｃu(hfac)Ｌを使用する銅のＣＶＤ中に、この先駆物質は気化（蒸発）し、ウェーハが配置されている堆積チャンバ内へ流入する。チャンバ内において、先駆物質はウェーハの表面における熱エネルギで浸出される。所望の温度において、以下の反応が発生するものと考えられる。
２Ｃu(hfac)Ｌ Ｃu＋Ｃu(hfac)2＋２Ｌ （式１）
生じた銅（Ｃu）が、ウェーハの上面に堆積する。反応の副産物（即ちＣu(hfac)2及び（２Ｌ））は、ウェーハ処理中に典型的に真空に維持されるチャンバからパージすることができる。
【０００４】
ＣＶＤにCupraselectを使用することに伴う１つの問題は、材料を、その液体貯蔵アンプルからＣＶＤが行われる処理チャンバまで送給する際に発生し得る。典型的には、液体Cupraselectを先ず気化させ、アンプルと処理チャンバとの間のアルゴン、ヘリウム、その他のガス（通常は、不活性ガス）のようなキャリヤーガスと混合させる。送給システム内には複数の蒸発器が組込まれており、典型的には、動作は２つの環境状態（温度または圧力）の一方を変化させることによって遂行される。多くの蒸発器は、先駆物質の温度を上昇させて所望の状態変化を確立する。不幸にも、温度を高くし過ぎると先駆物質が分解し、それ以後にアンプルと処理チャンバとの間の移送ラインにめっき（堆積）を生じさせる可能性がある。公知の蒸発器の１つの例は、先駆物質を気化させるために使用されるオランダのBronkhurst製ＧＥＭ蒸発器である。不幸にもこれらのデバイスは、僅か約50−1500ｇのCupraselectを気化させただけで詰まってしまう。これらの詰まりは堆積レートを変化させ得る。多くのウェーハ製造応用の場合には、気化レートがウェーハ毎に再現可能であることが好ましい。
【０００５】
気化の後、Cupraselectは適切なキャリヤーガスと共に処理チャンバ内へ頻繁にポンプされる。このポンピング動作は、高濃度のＴＭＶＳをCupraselectから引き出し、アンプル、送給システム、及び処理チャンバの間の移送ライン内に安定性の低い銅及び（hfac）を残す。これらの条件の下では、いろいろな位置に望ましくないめっきまたは堆積が発生する恐れもある。例えば、蒸発器、弁、処理チャンバのシャワーヘッドのオリフィス等々の付近にめっきが発生する可能性がある。めっきは、これらのシステム成分の寸法を変化させ、チャンバ及び得られる堆積層の性能を劣化させる恐れがある。更に、堆積プロセス中にめっきが望ましくなく剥落し、被処理ウェーハを欠陥にしたり、または使用できなくしてしまう可能性がある。処理チャンバを交換する、または清浄にするために処理チャンバに対して実行される保守サイクルが、ウェーハのスループットを低下させるようになる。
【０００６】
1998年７月21日付コペンディング米国特許出願第09/120,004号（ドケットNo. 2460）に開示されているように、再現可能な堆積状態を得るためには、送給システム内のいろいろな点に堆積が発生する可能性を低下させるために、及び処理チャンバのパージングの時間及び費用を減少させるために、処理チャンバにできる限り近接した場所において先駆物質蒸気を発生させることが望ましいことが多い。上記特許出願では、蒸発器は処理チャンバの蓋の上に直接配置されており、先駆物質を送給するために使用される成分を短縮し、詰まりの機会を減少させ、そして必要になった時のシステムのパージングを容易にしている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の一面においては、堆積プロセスシステムにおいて堆積材料を気化させる改善された方法及び装置が提供される。例えば、図示実施の形態においては、蒸発器は、出口及び陥凹した入口を有する空洞を限定するボディを含み、空洞出口は陥凹した空洞入口よりも大きくしてある。蒸発器ボディは、入口に結合され且つキャリヤーガスと液体先駆物質との混合流を空洞入口まで運ぶための第１の通路を更に限定している。通路は、小さい液体先駆物質の粒子を形成させ、液体先駆物質が大きい滴に再結合するのを禁止するように比較的短い長さと小さい幅とを有している。空洞は、キャリヤーガスと液体先駆物質との混合流が空洞入口から空洞出口まで流れる際に膨張させることができるような形状である。その結果、液体先駆物質はキャリヤーガスによって分散され、空洞全体に広がる。
【０００８】
図示した実施の形態においては、蒸発器は、化学蒸着チャンバの蓋の上に配置されている。別の面においては、蒸発器は、シャワーヘッドと空洞出口との間に配置されているホットプレートを更に含み、分散された液体先駆物質を気化した材料へ気化させるようになっている。図示の実施の形態では、チャンバの蓋内に配置されているシャワーヘッドは、気化した材料を分配してウェーハまたは他の加工片上に堆積させるようになっている。
【０００９】
図示した実施の形態の１つの面では、蒸発器の詰まりを減少させることができ、パージングまたは他の清浄が必要になるまでの堆積システムのスループットを増加させることができる。
【００１０】
以上の説明は本発明の１実施の形態の単なる要約に過ぎず、以下に開示する実施の形態は本発明の思想または範囲から逸脱することなく多くの変化が可能であることを理解されたい。
【００１１】
理解を容易にするために、全図を通して同一の要素に対しては、可能な限り同一の参照番号を付してある。
【００１２】
【実施の形態】
本発明の図示実施の形態の特色は、堆積システムへ送給するための先駆物質材料（例えば、銅ＣＶＤの場合にはCupraselect）の改善された気化を含む。以下に、本発明の図示した実施の形態をＣＶＤによって成長させる銅の薄いフィルムに関して説明するが、当業者ならば、得られるフィルムを改善し且つシステム内の汚染レベルを低下させるために、プロセス材料の制御された且つ再現可能な送給を維持することが望ましいような、如何なる薄いフィルム堆積プロセスにも適用可能であることが理解されよう。他の液体先駆物質または反応物は、制限するものではないが、ＴＥＯＳ、ホウ酸トリメチル、ホウ酸テトラエチル、燐酸テトラエチル、亜燐酸テトラエチル、テトラキス（ジメチルアミノ）チタンジエチル類似体、及び水を含む。Cupraselect以外の銅化合物先駆物質も使用可能である。
【００１３】
特に図１を参照する。化学蒸着システム１０は、蒸発器１２を使用している。蒸発器１２は、蒸発器の詰まりを減少させるような手法で反応物液体を気化させる。液体の流量は、液体流コントローラ１４と、プログラムされたワークステーションを含むシステムコントローラ１７との間の閉ループシステムによって制御される。システム１０においては、Cupraselectのような液体反応物１１は、液体バルク送給槽１６から熱またはプラズマ強化型のＣＶＤ処理チャンバ１８へ供給される。チャンバ１８は、詳細を後述するように、好ましくは蒸発器１２がチャンバ１８の蓋１９に直接取付けられていることを除いて、普通のものである。適当なチャンバ１８の例は（上述した蓋の変更を除いて）、1991年３月19日付Adamikらの米国特許第5,000,113号、1987年５月26日付Fosterらの米国特許第4,668,365号、1986年４月１日付Benzingらの米国特許第4,579,080号、1985年１月29日付Benzingらの米国特許第4,496,609号、及び1980年11月４日付Eastらの米国特許第4,232,063号を含む。
【００１４】
液体バルク供給槽１６は、槽１６内へ伸びている浸漬環２０、及び液体を槽から駆動するためにヘリウムのような加圧されたガスを液体反応物１１の上の槽１６のトップの“ヘッド”空間２６へ供給する源２４を含んでいる。液体流コントローラ１４は、液体バルク供給槽１６と蒸発器１２の液体入口３０との間に接続されている。制御された量の液体が蒸発器１２へ供給される。蒸発器１２は液体を蒸気に変換し、その蒸気をヘリウム、窒素、またはアルゴンのようなキャリヤーガスによって処理チャンバ１８へ運ぶ。キャリヤーガスを含むガス槽３４が、ガス流量を調整する質量流コントローラ３８を通して蒸発器１２のガス入口３６に接続されている。多くの応用においては、液体１１は有毒及び／または腐食性であり得る。システム１０及びその成分バルブ及び他の要素の点検を容易にするために、ガス槽３４と液体流モニタとの間にパージラインが接続され、オペレータがシステム１０を点検する前に、反応物液体１１及びその蒸気をシステム１０からパージすることができるようになっている。システム内の反応物の量を更に減少させるために、システムから液体及び蒸気を排出する真空ライン４１がパージライン３９と共に使用される。（真空ライン４１は、ＣＶＤ処理チャンバの真空システムに結合されている。）遠隔制御可能な（例えば、空気圧式）バルブ１３が、各ラインに挿入されている。これらのバルブは、正常動作、及びパージ及び排気動作を可能にするように開閉する。安全性と障害許容範囲とを高めるために、遠隔制御バルブ１３を有する各ラインは、遠隔制御バルブが故障した場合に手動で閉じることができる手動バルブ１５をも有することができる。
【００１５】
図２−４に、蒸発器１２の１実施の形態を詳細に示してある。先ず図２を参照する。蒸発器１２は、液体先駆物質１１とキャリヤーガスとを混合する“噴霧器”ステージ２００を含んでいる。キャリヤーガスは、急激に膨張できるようにされている。その結果、液体先駆物質は粉砕されてキャリヤーガス内に小さい粒子即ち小滴として分散され、蒸発器チャンバ２０２へ送られて気化される。用語“噴霧器”は、必ずしも噴霧器ステージ２００が液体先駆物質を原子レベルに分散させることを意図しているものではない。しかしながら、噴霧器ステージ２００は、蒸発器チャンバ２０２へのキャリヤーガスの流れの中に液体先駆物質をエアロゾル状分散体に分散させる。エアロゾル粒子は、例えば10-7から10-4ｃｍまで（４×10-8乃至４×10-5インチ）の範囲の直径であることができ、乱流ガスは100倍大きい粒子を分散させることができる。１応用においては、図示実施の形態による噴霧器ステージは、蒸発器チャンバ２０２へのキャリヤーガスの流れの中に実質的に10ミル（0.010インチ）より小さいサイズ、及びエアロゾルサイズ粒子により近いサイズを有する殆どの液体先駆物質の粒子を分散させるようにCupraselect液体先駆物質を分散させるものと考えられる。勿論、粒子のサイズは応用に依存して変化する。
【００１６】
噴霧器ステージ２００は、液体入口３０を通して液体先駆物質の流れを受け、またガス入口３６を通してキャリヤーガスの流れを受けるバルブボディ２０４を含んでいる。液体入口３０は、液体流コントローラ１４（図１）からの液体先駆物質供給ライン２０８の一方の端を受けるカップラ２０６を含んでいる。ガス入口３６は、制御バルブ１３を介して質量流コントローラ３８からのガス供給ライン２１２の一方の端を受けるカップラ２１０を含んでいる。カップラ２０６及び２１０は、特定の応用に適する公知の如何なるカップラ設計であっても差し支えない。ライン２０８及び２１２は、チャンバの蓋１９を開閉し易いように、前記コペンディング出願に開示されているような柔軟なラインであることができる。
【００１７】
次に図３及び４を参照する。噴霧器ステージ２００のバルブボディ２０４は、流体通路２２０を含んでいる。この流体通路２２０は、第２の流体通路２２２によって液体入口カップラ２０６に結合され、第３の流体通路２２４によってガス入口カップラ２１０に結合されている。図４に示されているように、バルブボディ通路２２０は通路２２４（図３）からキャリヤーガスの流れ２３０を受け、図示した実施の形態では第１の通路２２０と直交するように配列されている通路２２２（図３）から液体先駆物質の流れ２３２を受ける。このような配列により剪断用Ｔ交差２３６が得られる。これにより、交差２３６においてキャリヤーガスの流れ２３０が液体先駆物質の流れ２３２を“剪断”し、（流れ２３２と２３０とが混合される部分２３２ａ及び２３０ａによって表されているように）キャリヤーガスの流れとの混合を促進する。
【００１８】
図示の実施の形態では、混合用通路２２０は、図４にＷで示されているような比較的狭い幅を有している。通路２２０の幅を狭くすると、Ｔ交差２３６において液体先駆物質の流れ２３２がキャリヤーガスの流れ２３０によって剪断された時に、比較的小さい粒子即ち小滴の形成が容易になるものと考えられる。図示の実施の形態では、混合用通路は20−30ミルの範囲内の直径を有しているが、特定の応用に依存してより大きく、またはより小さくすることができる。
【００１９】
混合用通路２２０は、Ｔ交差２３６の箇所に位置している１対の入口２２０ａ及び２２０ｂを有している。一方の入口２２０ａは通路２２２に結合され、通路２２２から液体先駆物質を導入する。他方の入口２２０ｂは通路２２４に結合され、通路２２４からキャリヤーガスを導入する。図示の実施の形態では、図４にＬで示されているように、混合用通路２２０は液体先駆物質入口２２０ａから空洞入口２６２まで比較的短い合計長を有している。混合用通路の幅Ｗに比して混合用通路２２０の長さＬを短くすると、キャリヤーガス及び液体先駆物質の混合流がＴ交差２３６から空洞入口２６２まで流れる際に、液体先駆物質の粒子がより大きい滴に再結合することを阻止するものと考えられる。図示の実施の形態では、混合用通路２２０の長さＬとその幅Ｗとの比は、２：１から20：１までの範囲である。この比は、応用に依存して変化させることができる。
【００２０】
混合用通路２２０の入口２２０ｂは、キャリヤーガス通路２２４の縮小された直径部分２２４ａに結合されている。図示の実施の形態では、縮小された直径部分２２４ａは混合用通路２２０と同一の幅を有している。
【００２１】
ガス通路２２４のより大きい直径の部分２２４ｂから、混合用通路２２０までのキャリヤーガスの流速は、狭められたガス通路２２４ａの前に位置決めされている狭め用ノズル部分２４０（図３）によって加速される。図示の実施の形態では、狭め用ノズル部分２４０は半球形であって、小さくされた直径の通路２２４ａ及び混合用通路２２０内へのガスの流れを滑らかに狭める。ガス流を狭めると、ガス流の速度が“ベンチュリ効果”によって加速されるものと考えられる。図示の実施の形態では、ノズル部分２４０はガス通路２２４の直径をほぼ1/10まで狭めている。混合用通路の前のノズル部分２４０はオプションであり、円筒形及び円錐台形を含む他のいろいろな形状を有することができる。
【００２２】
同様に、液体通路２２２から混合用通路２２０までの液体先駆物質の流速も、混合用通路２２０の前の液体通路２２２内に位置決めされた狭め用ノズルによって加速される。図示の実施の形態では、狭め用ノズルは、図３内に２４４で概示されている“ゼロデッドボリューム（０死容積）”バルブによって実現されている。他の型のバルブを使用することもできる。バルブ２４４は、２４６で概示されているバルブ部材を含み、この部材が弁座に着座すると液体通路２２２が閉じられて混合用通路２２０への液体先駆物質の流れを阻止する。バルブ部材が弁座から変位する開位置では、バルブを通る液体の流れはガス流のそれと同様に狭められ、混合用通路内への液体先駆物質の流れが加速される。液体通路２２２から、開いたバルブ２４４を通って混合用通路２２０までの液体の流れの狭まりは、通路２２２の小さくされた直径のバルブ通路２４４ａによって概示されている。図示の実施の形態では、通路２４４ａはほぼ10ミルの直径を有しており、バルブ２４４は事実上液体通路２２２の直径をほぼ1/10まで狭めている。ゼロデッドボリュームバルブの構造の詳細は当分野においては公知であり、いろいろな形状をとることができる。しかしながら、バルブが閉じた位置にある場合に、混合用通路２２０と、バルブ２４４の弁座内に座しているバルブ部材２４６との間のバルブ２４４の閉じた通路の容積（“デッドレッグ（死脚）”通路２４４ａによって表されている）は可能な限り小さくすることが好ましく、従って“ゼロデッドボリューム”と名付けられていることが理解されよう。バルブ通路のデッドレッグのデッドボリュームを減少させることによって、蒸発器１２の清掃及びパージングが容易になる。図示の実施の形態では、バルブ２４４が閉じている時にパージされるデッドレッグ２４４ａの容積は、0.1ｃｃ（ｃｍ3）より小さく、より好ましくは0.001ｃｃより小さい。
【００２３】
バルブの寸法は、応用に依存して変化させることができる。更に、若干の応用においては、バルブはオプションである。
【００２４】
図３に示されているように、キャリヤーガスと液体先駆物質との混合体は、混合用通路２２０によって、バルブボディ２０４内に形成されている空洞２６０へ送られる。図示の実施の形態では、混合用通路２２０は、剪断用Ｔ２３６から空洞２６０まで比較的一定の直径を有しており、混合体は実質的な付加的な狭めを受けることなく空洞２６０へ送られるようになっている。背圧を低下させるために、若干の応用では小さくされた直径の通路の長さを最小にすることが望ましいかも知れない。しかしながら、キャリヤーガス及び液体先駆物質の混合流を膨張空洞の中心へ導くように、混合用通路は十分に長くすることが好ましい。
【００２５】
空洞２６０は、半球形入口部分２６０ａと、それに続くほぼ円筒形の出口部分２６０ｂを含んでいる。半球形入口部分２６０ａは、空洞壁内へ陥凹していて混合用通路２２０の端に流体的に接続されている空洞入口２６２を限定している。図示の実施の形態では、空洞２６０には注入チップまたは空洞内へ伸びる他の入口部材を設けてない。空洞２６０の反対側の端、即ち円筒形出口部分２６０ｂは、空洞入口２６２の内径より実質的に大きい内径を有する空洞出口２６４を限定している。図３に示すように、空洞の直径は、半球形部分２６０ａから単調に増加している。その結果、空洞入口２６２において混合用通路２２０を出るキャリヤーガスと液体先駆物質との混合体は、それが半球形入口部分２６０ａを通過する際に急激に膨張し、半球形入口部分２６０ａによって狭められない。混合体流のこの急激な膨張が体先駆物質の分散を促進し、急激に膨張するキャリヤーガスの流れによって運ばれる極めて小さいエアロゾル状の流れにすると考えられる。
【００２６】
図示の実施の形態では、空洞２６０の内径は、円筒形出口部分２６０ｂにおいて実質的に一定に留まっている。図示の実施の形態では、出口部分２６０ｂの直径はほぼ1/4乃至1/2インチである。噴霧器ステージの空洞２６０ｂは、図示し、説明した半球形及び円筒形以外のサイズ及び形状を有することができる。例えば、応用に依存して、円錐台形空洞を使用することもできる。しかしながら、空洞を絞ると、空洞の壁上への材料の堆積を増加させる可能性がある。
【００２７】
図２に示すように、蒸発器１２の蒸発器チャンバ２０２は、ほぼ円筒形の蒸発器チャンバ内部２７２を限定するハウジング２７０を含んでいる。液体先駆物質及びキャリヤーガスのエアロゾル状の分散体は、噴霧器出口２６４によって、蒸発器チャンバ２０２のハウジング２７０によって限定される中心入口２７４へ送られる。噴霧器ステージ２００のバルブボディ２０４は、噴霧器２００の出口が蒸発器チャンバ２０２の入口２７４と整列するように、蒸発器チャンバ２０２のハウジング２７０に取付けられている。噴霧器２００と蒸発器チャンバ２０２との間の結合は、適当なシール２７６（図３）を用いて密封されている。
【００２８】
図示の実施の形態では、蒸発器チャンバ入口２７４は、噴霧器空洞出口２６４の円筒形部分２６０ｂと同一の内径を有するほぼ円筒形の部分２７４ａ（図３）と、それに続く円錐台形に広がっているノズル部分２７４ｂとを含んでいる。チャンバ２７２の内部に配置され、蒸発器チャンバ入口２７４と対面しているのはホットプレート２８０である。ホットプレート２８０は、キャリヤーガスによってホットプレート２８０まで運ばれる液体先駆物質の粒子を気化させるのに十分な温度まで加熱されている。
【００２９】
図示の実施の形態では、蒸発器チャンバ入口２７４の内径は、円筒形部分２７４ａでは実質的に一定に保たれ、円錐台形部分２７４ｂでは線形に単調に広がっている。蒸発器チャンバ２０２の入口２７４は、図示し、説明した円筒形及び円錐台形以外の形状を有することができる。例えば、応用に依存して、半球形の入口を使用することもできる。しかしながら、入口において狭めると、入口の壁上への材料の堆積を増加させかねない。
【００３０】
図５に示すように、ホットプレート２８０は、蒸発器チャンバ内部２７２内に配置され、環状外側ゾーン２８０ａを有している。外側ゾーン２８０ａは、外側ゾーン２８０ａの周りに配置されている複数の通路２８２を限定している。各ホットプレート通路２８２はホットプレート２８０を貫通し、気化した材料がホットプレート２８０、及び処理チャンバ１８の蓋１９内の開口２８４を通過して処理チャンバ１８の内部２８６へ流入できるようにしている。通路２８２のサイズ及び数は、応用に依存して変化させることができる。図示の実施の形態では、蒸気がホットプレートを通過する時に圧力が実質的に降下するのを減少乃至は排除するように、通路は十分に大きいサイズ及び十分な数にすることが好ましい。
【００３１】
破線２９０（図２）によって示されている円錐台形部分２７４ｂの側に沿う視線は、ホットプレート２８０の上面の中央のディスク形ゾーンと交差している。その結果、蒸発器チャンバ入口２７４の円錐台形部分２７４ｂの側は、分散した液体先駆物質材料の大部分をホットプレート２８０の中央ゾーン２８０ｂ上に導いて気化させる。応用に依存して、他の角度を選択することができる。
【００３２】
図２及び５に示すように、ホットプレート２８０の中央ゾーン２８０ｂは、噴霧器ステージ２００から液体先駆物質の小滴を受けて蒸気に気化させるための複数の同心の溝２８８を有している。これらの溝は、小滴へ熱エネルギを伝えて小滴を気化させるためのホットプレートの実効表面を増加させる。更に溝は、即時に気化しない小滴を、それらが気化するのに十分なエネルギを受けるまで集める。流れを表す矢印２８９によって示してあるように、気化した材料はホットプレートの通路２８２、及び堆積チャンバ１８の内部への蓋開口２８４を通過する。
【００３３】
図示の実施の形態では、ホットプレート２８０の溝２８８は、1/16乃至1/8インチの範囲の幅と、1/4乃至1/2インチの範囲の深さとを有している。これらの寸法は、応用に依存して変化させることができる。溝は、ホットプレートのトップ表面を過大に冷却することなく、しかも良好な熱伝導を維持するようなサイズであることが好ましい。更に、溝のサイズは、製造コスト及び清浄効率にも影響を及ぼし得る。
【００３４】
バルブボディ２０４、チャンバハウジング２７０、及びホットプレート２８０を含む蒸発器１２は、蒸発器チャンバのハウジング２７０の外側、及びホットプレートの外側ゾーン２８０ａの外側を包囲している加熱用ジャケット２９２によって加熱される。図示の実施の形態では、バルブボディ２０４、蒸発器チャンバハウジング２７０、及びホットプレート２８０を含む蒸発器１２の成分はアルミニウム製である。他の高い熱伝導材料を含む他の材料を使用できることを理解されたい。図示の実施の形態では、液体先駆物質または蒸気と接触する可能性がある噴霧器ステージ２００及びホットプレート２８０を含む蒸発器チャンバの成分の温度は制御されている。これらの温度は、液体先駆物質の気化を促進するように十分に高いが、薬品の劣化を回避するように十分に低いことが好ましい。液体先駆物質がCupraselectである図示の実施の形態では、これらの成分の温度範囲は70−75℃であることが好ましい。勿論、この温度範囲は、応用に依存して変化させることができる。加熱用ジャケットの代替として、限定するものではないが、遠隔加熱された流体との流体交換、ホットプレート２８０、チャンバハウジング２７０またはバルブボディ２０４内に／上に含まれる抵抗加熱素子、及びチャンバ内の加熱ランプ（図示してない）等のような公知の、且つチャンバ成分加熱のために受容される手段によって加熱を達成することができる。もしホットプレートの外側ゾーン２８０ａへ、またはホットプレートの中へ熱を加えてホットプレートを加熱するのであれば、ホットプレートの内側ゾーン２８０ｂへ十分に熱を伝え得るように、ホットプレートの相隣る通路２８２の間の外側ゾーン２８０ａに十分な材料を残すことが好ましい。
【００３５】
蒸発器チャンバハウジング２７０はホットプレート外側ゾーン２８０ｂ上に取付けられ、外側ゾーン２８０ｂ自体は堆積チャンバ蓋１９内の開口２８４と整列して蓋１９に取付けられる。蒸発器ホットプレート２８０と堆積チャンバ蓋１９との間の結合は、蒸発器ハウジング２７０とホットプレート２８０との間の結合のように、適当なシール３００（図２）によって密封されている。堆積チャンバ１８は、側壁３０２、床３０４、及び蓋１９によって限定されている。蓋１９には、堆積させる蒸気を分配する複数のオリフィス３１０を有するシャワーヘッド３０８が組み込まれている。堆積チャンバ１８は、銅を堆積させることが望まれている半導体ウェーハのような基板３１６を保持するための加熱された基板支持体３１２を更に含んでいる。基板支持体３１２は、アルミニウムのような耐久性金属材料、または窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素のようなセラミックで製造される。基板支持体３１２は加熱器またはヒートシンクとしても機能し、ウェーハ３１６を加熱し、またはウェーハ３１６から熱を引き出すための付加的な成分を含んでいる。例えば、基板支持体３１２には、電源に接続されている１つまたはそれ以上の抵抗加熱器コイル３１３を設けることができる。電源からコイル３１３へ供給される電流の流れは基板支持体３１２内に熱を生成し、この熱がウェーハ３１６へ伝えられる。環状の板３１４がチャンバ壁３０２に取付けられており、カバー環３１８のための支持体になっている。蒸発器１２からの気化した先駆物質が加熱されたウェーハと接触すると、ＣＶＤによって基板３１６上に銅が堆積される。カバー環３１８は、堆積が望ましくない基板３１６の周縁部分及び下側チャンバ領域を保護する。圧力制御ユニット３４２（例えば、真空ポンプ）がバルブ３３８（例えば、絞りバルブ）を介して処理チャンバ１８に結合されていて、チャンバ圧力を制御するようになっている。
【００３６】
堆積チャンバのシャワーヘッドはオプションであり、公知のどのようなシャワーヘッドであることもできる。更に、シャワーヘッドは、前記コペンディング出願に記載されているように構成することができる。該出願に記載されているように、シャワーヘッド３０８は、気化した先駆物質及びキャリヤー材料のための分配板としてだけではなく、過剰な処理材料を捕捉して再気化させるための二次“ホットプレート”としても役立っている。シャワーヘッド３０８は、オプションでシャワーヘッド３０８の上面に形成されている複数の凹状セグメント３２６、及びオプションでシャワーヘッド３０８上に配置されているシャドウプレート３２４によってこの機能を遂行する。完全に気化した処理材料の流れは、蒸発器１２からチャンバ１８内へ流入する。流れ３４３は、シャドウプレート３２４内に設けられている複数のオリフィス３４４、及びシャワーヘッド３０８内の複数のオリフィス３１０を通過し続ける。シャドウプレートのオリフィス３４４は、シャワーヘッドのオリフィス３１０からずらされていて、液体先駆物質による汚染を減少させるようになっている。即ち、蒸発器１２からの不完全気化（液体）材料の流れ３４５は、シャワーヘッド３０８のトップ上の凹状部分３２６の１つによって捕捉される。シャワーヘッド３０８及びシャドウプレート３２４は、液体先駆物質材料（即ち、Cupraselect）の気化に適する温度であるほぼ65℃に加熱されている。この加熱は、限定するものではないが、遠隔加熱された流体との流体交換、シャワーヘッド３０８及び／またはシャドウプレート３２４内に／上に含まれる抵抗加熱素子、及びチャンバ内の加熱ランプ等のような公知の、且つチャンバ成分加熱のために受容される手段によって達成される。これにより液体材料は気化し、シャワーヘッド３０８内の複数のオリフィス３１０の１つを通る通路３４７を辿ることになる。不完全気化材料の流れは通路３５０に沿っても発生することがあり得るがシャドウプレート３２４上で気化し始め、気化した流れとして通路３５２に沿って流れ続ける。シャワーヘッド３０８及びシャドウプレート３２４は、このよな液体を捕捉し、二次的に気化させることによって、ウェーハ表面への液体材料の流れを阻止するものと考えられる。
【００３７】
ホットプレート２８０、ハウジング２７０、またはバルブボディ２００のような、上述したいろいろな成分は各々、一体としてまたは単片構造として製造することができる。代替として、特定の応用に依存して、これらの成分は副成分からアセンブルすることができる。
【００３８】
上述した装置及びプロセスは、プロセッサをベースとする制御システム１７（図１）によって制御されるシステム内で遂行することができる。図６は、図１に示すような堆積システム１０のブロック図であり、このような能力に使用することができる制御システム１７を有している。制御システム１７は、プロセッサユニット８０２、メモリ８０４、大容量記憶装置８０６、入力制御ユニット８０８、及びディスプレイユニット８１０を含み、これらは全て制御システムバス８１２に結合されている。
【００３９】
プロセッサユニット８０２は汎用コンピュータを形成しているが、図示の実施の形態の銅のＣＶＤを実施するためのプログラムのようなプログラムを実行する時には専用コンピュータになる。本明細書においてはこの実施の形態を、ソフトウェアで実現して汎用コンピュータ上で実行させるものとして説明するが、当分野に精通していれば、本発明は特定用途向け集積回路ＡＳＩＣまたは他のハードウェア回路のようなハードウェアを使用して動作させることができることは理解されよう。従って、本発明の実施の形態の制御面は、全部または一部を、ソフトウェア、ハードウェア、または両者で実現できることを理解すべきである。
【００４０】
プロセッサユニット８０２は、メモリ内に格納されている命令を実行することができるマイクロプロセッサまたは他のエンジンの何れかである。メモリ８０４は、ハードディスクドライブ、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、読出し専用メモリ（“ＲＯＭ”）、ＲＡＭ及びＲＯＭの組合わせ、または別のプロセッサ可読記憶媒体からなることができる。メモリ８０４は、堆積システム１０の動作を遂行させるためにプロセッサユニット８０２が実行する命令を含んでいる。メモリ８０４内の命令は、プログラムコードの形状である。プログラムコードは、多くの異なるプログラミング言語の何れか１つに従う。例えば、プログラムコードは、Ｃ+、Ｃ++、ベーシック、パスカル、または多くの他の言語で書くことができる。
【００４１】
大容量記憶デバイス８０６は、データ及び命令を格納し、磁気ディスクまたは磁気テープのようなプロセッサ可読記憶媒体からデータ及びプログラムコード命令を検索する。例えば、大容量記憶デバイス８０６は、ハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、テープドライブ、または光ディスクドライブであることができる。大容量記憶デバイス８０６は、それがプロセッサユニット８０２から受けた指令に応答して、命令を格納し、検索する。大容量記憶デバイス８０６によって格納され、検索されたデータ及びプログラムコード命令は、堆積システム１０を動作させるためにプロセッサユニット８０２によって使用される。データ及びプログラムコード命令は、先ず媒体から大容量記憶デバイス８０６によって検索され、次いでプロセッサユニット８０２が使用するためにメモリ８０４へ転送される。
【００４２】
ディスプレイユニット８１０は、プロセッサユニット８０２の制御の下に、図形ディスプレイ及び英数字の形状でチャンバのオペレータに情報を提供する。入力制御ユニット８０８は、キーボード、マウス、または光ペンのようなデータ入力デバイスを、チャンバオペレータの入力を受信させるためにプロセッサユニット８０２に結合する。
【００４３】
制御システムバス８１２は、制御システムバス８１２に結合されている全てのデバイス間にデータ及び制御信号を転送する。制御システムバスは、プロセッサユニット８０２内のデバイスを直接的に接続する単一のバスとして示されているが、制御システムバス８１２はバスの集まりであることもできる。例えば、ディスプレイユニット８１０、入力制御ユニット８０８、及び大容量記憶デバイス８０６は、入力・出力周辺バスに結合することができ、一方プロセッサユニット８０２及びメモリ８０４はローカルプロセッサバスに結合することができる。ローカルプロセッサバス及び入力・出力周辺バスは互いに結合されて、制御システムバス８１２を形成する。
【００４４】
制御システム１７は、図示の実施の形態に従って銅ＣＶＤ内に使用される堆積システム１０の要素に結合されている。これらの各要素は、制御システムバス８１２に結合されていて、制御システム１７と要素との間で通信を行う。これらの要素は、複数のバルブ８１４（図１のバルブ１３及び１５のような）、加熱素子（図２の加熱素子１１３及び加熱用ジャケット２９２のような）、圧力制御ユニット３４２、フローコントローラ（図１のフローコントローラ１４及び３８のような）、蒸発器１２（図３のバルブ２４４を含む）、及び圧力源コントローラ（図１の圧力源２４のような）を含んでいる。制御システム１７は、チャンバ要素に信号を供給し、関連装置内においてこれらの要素に銅層を形成するための動作を遂行させる。
【００４５】
動作を説明する。プロセッサユニット８０２は、メモリ８０４から受信したプログラムコード命令に応答して、チャンバ要素の動作を指令する。例えば、ウェーハが処理チャンバ内に配置されると、プロセッサユニット８０２はメモリ８０４から検索した命令（例えば、加熱素子３１３を付勢する、先駆物質及びキャリヤー材料の所望の流量を発生させるためにバルブ８１４を制御する、基板支持体３１２をＣＶＤのための位置へ移動させる等）を実行する。これらの命令の実行により、堆積システム１０の要素が作動して基板上に材料の層を堆積させる。
【００４６】
以上に説明した新規な堆積システムは、気化した前駆材料をチャンバ内により完全に且つより均一に分散させることによって、改善されたＣＶＤ動作を提供することができる。更に、本堆積システムのさまざまな特色は、潜在的にチャンバ内に粒子を創出する、及び／またはシステム成分の早めの故障または過大な保守をもたらすような望ましくない詰まりまたは過剰、及びめっきを発生させる可能性を低下させることを含む。
【００４７】
以上の説明は、単に本発明の若干の実施の形態を示しているに過ぎず、本発明の思想または範囲から逸脱することなく、以上の開示に従って上記実施の形態に多くの変更を考案できることを理解されたい。従って、以上の説明は本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるＣＶＤ銅堆積システムの概要図である。
【図２】図１の蒸発器及びＣＶＤチャンバの断面図である。
【図３】図２の蒸発器の拡大断面図である。
【図４】図３の蒸発器の通路及び空洞入口の拡大断面図である。
【図５】図２の蒸発器のホットプレートの５−５矢視上面図である。
【図６】堆積システムを作動させるための制御システムの概要図である。
【符号の説明】
１０ ＣＶＤ銅堆積システム
１１ 液体反応物
１２ 蒸発器
１３ 遠隔制御バルブ
１４ 液体フローコントローラ
１５ 手動バルブ
１６ 液体バルク供給槽
１７ システムコントローラ
１８ ＣＶＤ処理チャンバ
１９ チャンバの蓋
２０ 浸漬管
２４ 加圧ガス源
２６ ヘッド空間
３０ 液体入口
３４ ガス槽
３６ ガス入口
３８ 質量フローコントローラ
４１ 真空ライン
２００ 噴霧器
２０２ 蒸発器チャンバ
２０４ バルブボディ
２０６、２１０ カップラ
２０８ 液体先駆物質供給ライン
２１２ ガス供給ライン
２２０、２２２、２２４ 流体通路
２３０ キャリヤーガスの流れ
２３２ 流体先駆物質の流れ
２３６ 剪断Ｔ交差
２４０ 狭め用ノズル部分
２４４ ゼロデッドボリュームバルブ
２４６ バルブ部材
２６０ 空洞
２６２ 空洞入口
２６４ 空洞出口
２７０ ハウジング
２７２ 蒸発器チャンバの内部
２７４ 中心入口
２７６ シール
２８０ ホットプレート
２８２ 通路
２８４ 処理チャンバの開口
２８６ 処理チャンバの内部
２８８ 溝
２８９ 気化した材料の流れ
２９２ 加熱用ジャケット
３００ シール
３０２ 側壁
３０４ 床
３０８ シャワーヘッド
３１０ オリフィス
３１２ サセプタ
３１３ 加熱器コイル
３１４ 環状の板
３１６ ウェーハ
３１８ カバー環
３２４ シャドウプレート
３２６ 凹状セグメント
３３８ 絞りバルブ
３４２ 圧力制御ユニット（真空ポンプ）
３４３ 処理材料の流れ
３４４ オリフィス
３４５、３５０ 不完全気化材料の流れ
３４７、３５２ 再気化した材料の流れ
８０２ プロセッサユニット
８０４ メモリ
８０６ 大容量記憶装置
８０８ 入力制御ユニット
８１０ ディスプレイユニット
８１２ 制御システムバス
８１３ 加熱素子
８１４ バルブ
Claims (27)
- キャリヤーガス源及び液体先駆物質源と共に使用して化学蒸着を遂行するための装置であって、
蓋を有する堆積チャンバと、
上記蓋によって担持され、出口及び入口を有する空洞を限定しているバルブボディを含む蒸発器と、
を備え、
上記出口は上記入口より大きく、上記バルブボディは、上記入口に結合されていて幅Ｗ及び長さＬを有し且つキャリヤーガス及び液体先駆物質の混合された流れを上記空洞入口へ運ぶための第１の通路を更に限定し、上記空洞入口への上記第１の通路の上記長さＬと上記幅Ｗとの比は20：１を越えることはなく、上記液体先駆物質は上記空洞により膨張する上記キャリヤーガスによって分散され、
上記第１の通路は、上記第１の通路はキャリヤーガス入口と、上記第１の通路長Ｌだけ上記空洞入口から離間している液体先駆物質入口とを有し、上記バルブボディは、上記第１の通路の液体先駆物質入口に結合され且つ液体先駆物質の流れを運ぶための第２の通路と、上記第１の通路のキャリヤーガス入口に結合され且つキャリヤーガスの流れを上記第１の通路へ運ぶための第３の通路とを更に備え、
上記第１の通路は、上記液体先駆物質入口を通過するキャリヤーガスの流れを方向づけて、キャリヤーガスの流れが上記液体前駆物質の流れを剪断して液体前駆物質を小滴にし、上記液体先駆物質の小滴と上記キャリヤーガスの両者が混合した流れが形成されるような形状とされ、上記第１の通路が上記液体前駆物質の小滴及び上記キャリヤーガスの混合した流れを上記長さＬだけ上記空洞入口へ運び、
上記蒸発器は、更に、上記空洞出口に対面し、分散された液体前駆物質を気化した材料に気化するホットプレートを更に備える、
ことを特徴とする装置。 - 上記第１の通路の上記長さＬと上記幅Ｗとの比は、少なくとも２：１であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記第１の通路の長さは、100ミルより短いことを特徴とし、ここで１ミル＝１０００分の１インチであり、１インチは約２．５４ｃｍである、請求項１に記載の装置。
- 上記第１の通路は、30ミルより小さいことを特徴とし、ここで１ミル＝１０００分の１インチであり、１インチは約２．５４ｃｍである、請求項１に記載の装置。
- 上記空洞入口は、陥凹していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- バルブが上記第２の通路内に配置され、上記バルブは開いた位置と閉じた位置とを有し、上記開いた位置にある時には上記第２の通路からの上記液体先駆物質の流れを上記第１の通路へ通過可能にすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記チャンバは、気化した材料を分配するためのシャワーヘッドを備え、上記ホットプレートは、上記シャワーヘッドと上記空洞出口との間に配置され、且つ、上記シャワーヘッドによって分配される前に上記分散された液体先駆物質を上記分散された液体先駆物質を気化した材料に気化させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記第３の通路から上記第１の通路を通るキャリヤーガスの流れが、上記第２の通路からの液体先駆物質の流れと上記第１の通路内を流れる上記キャリヤーガスとを混合させるような角度で、上記第２の通路と上記第１の通路とが結合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記第２の通路は、上記第１の通路に直交して結合されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
- 上記第１の通路は第１の流れ断面積を有し、上記第２の通路は上記第１の流れ断面積より小さい第２の流れ断面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記第１の通路は第１の流れ断面積を有し、上記第３の通路は上記第１の流れ断面積より大きい第３の流れ断面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記バルブは、ゼロデッドボリュームバルブであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 上記第２の通路は、上記バルブが上記閉じた位置にある時に上記バルブと上記第１の通路との間にデッドレッグ部分を限定し、上記デッドレッグ部分は0.1ｃｃまたはそれ以下の容積を有していることを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 上記デッドレッグ部分は0.001ｃｃまたはそれ以下の容積を有していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
- 上記空洞は、上記入口から上記出口まで単調に増加する流れ断面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記バルブボディは、上記空洞の半球形に形作られた部分を限定するように位置決めされている半球形に形作られた壁を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記バルブボディは、上記空洞の円筒形に形作られた部分を限定するように位置決めされている円筒形に形作られた壁を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記バルブボディは、上記空洞の円錐台形に形作られた部分を限定するように位置決めされている円錐台形に形作られた壁を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 上記空洞は、ノズルであることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
- 上記ホットプレートは、上記空洞出口と対面し、且つ複数の溝を限定している表面を有していることを特徴とする請求項７に記載の装置。
- 上記ホットプレートの上記溝は、同心であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
- 上記ホットプレートの上記溝は、1/16乃至1/8インチの範囲内の幅を有していることを特徴とし、ここで１インチは約２．５４ｃｍである請求項２０に記載の装置。
- 上記ホットプレートの上記溝は、1/4乃至1/2インチの範囲内の深さを有していることを特徴とし、ここで、１インチは約２．５４ｃｍである請求項２０に記載の装置。
- キャリヤーガス源及び液体先駆物質源と共に使用して化学蒸着を遂行するための装置であって、
蓋を有する堆積チャンバと、
上記蓋によって担持されている蒸発器と、
を備え、
上記蒸発器は、出口及び陥凹している入口を有するノズル状の空洞を限定しているアルミニウムのバルブボディを備え、上記出口は上記入口より大きく、上記空洞出口は1/4インチを越える幅を有し、ここで、１インチは約２．５４ｃｍであり、上記バルブボディは、上記入口に結合され且つ幅Ｗ及び長さＬを有していてキャリヤーガス及び液体先駆物質の混合された流れを上記空洞入口まで運ぶための第１の通路を更に限定し、上記第１の通路の上記長さは100ミルより短く、上記第１の通路の上記幅は30ミルより小さく、ここで１ミル＝１０００分の１インチであり、上記第１の通路の上記空洞入口までの上記長さＬと上記幅Ｗとの比は２：１乃至20：１の範囲内にあり、上記第１の通路はキャリヤーガス入口と、上記第１の通路長Ｌだけ上記空洞入口から離間している液体先駆物質入口とを有し、上記バルブボディは、上記第１の通路の液体先駆物質入口に結合され且つ液体先駆物質の流れを運ぶための第２の通路と、上記第１の通路のキャリヤーガス入口に結合され且つキャリヤーガスの流れを上記第１の通路へ運ぶための第３の通路とを更に備え、上記第１の通路は、上記液体先駆物質入口を通過するキャリヤーガスの流れを方向づけて、キャリヤーガスの流れが上記液体前駆物質の流れを剪断して液体前駆物質を小滴にし、上記液体先駆物質の小滴と上記キャリヤーガスの両者が混合した流れが上記液体前駆物質入口と上記空洞入口との間で形成されるような形状とされ、上記第１の通路は上記液体先駆物質の小滴及び上記キャリヤーガスの両者の混合流を上記長さＬを通して上記空洞入口まで運び、上記液体先駆物質の小滴は上記空洞により膨張する上記キャリヤーガスによって分散され、上記蒸発器は上記第２の通路内に配置されているバルブを更に備え、上記バルブは開いた位置と閉じた位置とを有し、上記開いた位置にある時には上記第２の通路からの上記液体先駆物質の流れを上記第１の通路へ通過可能にし、上記第２の通路は上記バルブが上記閉じた位置にある時に上記バルブと上記第１の通路との間にデッドレッグ部分を限定し、上記デッドレッグ部分は0.1ｃｃまたはそれ以下の容積を有し、
上記チャンバは、気化した材料を分配するためのシャワーヘッドを有し、上記蒸発器は、上記シャワーヘッドと上記空洞出口との間に配置され且つ上記分散された液体先駆物質が上記シャワーヘッドによって分配される前に上記分散された液体先駆物質の小滴を気化した材料へ気化させるためのアルミニウム製のホットプレートを更に有し、上記ホットプレートは上記空洞出口と対面し且つ複数の同心の溝を限定している表面を有している、
ことを特徴とする装置。 - 化学蒸着を遂行するための方法であって、
化学蒸着チャンバの蓋によって担持されている蒸発器のバルブボディの空洞入口までの第１の混合用通路内においてキャリヤーガスの流れと液体先駆物質とを混合させるステップを含み、上記第１の混合用通路の長さ対幅の比は20：１を越えることはなく、
上記空洞入口から上記バルブボディ内の空洞出口まで流れる上記キャリヤーガスと液体先駆物質との混合された流れを膨張させるステップを更に含み、上記空洞出口は上記入口より大きく、それによって上記液体先駆物質は上記空洞によって膨張される上記キャリヤーガスによって分散され、
上記空洞出口に対面したホットプレートを用いて上記分散された液体先駆物質を気化させて気化した材料として蒸気を発生させるステップと、
シャワーヘッドを用いて上記蒸気を分配するステップと、
上記蒸気を上記堆積チャンバ内の基板上に堆積させるステップと、
を更に含むことを特徴とする方法。 - 化学蒸着に使用するための液体を気化させる方法であって、
化学蒸着チャンバの蓋によって担持された蒸発器のバルブボディの空洞入口までの第１の混合用通路内においてキャリヤーガスの流れと液体銅化合物先駆物質とを混合させるステップを含み、上記第１の混合用通路の長さ対幅の比は20：１を越えることはなく、
上記空洞入口から上記バルブボディ内の空洞出口まで流れる上記キャリヤーガスと液体先駆物質との混合された流れを膨張させるステップを更に含み、上記空洞出口は上記入口より大きく、それによって上記液体先駆物質は上記空洞によって膨張される上記キャリヤーガスによって分散され、
上記空洞出口に対面したホットプレートを用いて上記分散された液体先駆物質を気化させて気化した材料として蒸気を発生させるステップを更に含む、
ことを特徴とする方法。 - 上記蒸気の発生が完了した時にバルブを閉じ、上記第１の通路への上記液体先駆物質の流れを終了させるステップと、
上記閉じたバルブと上記第１の通路との間のデッドレッグ通路をパージするステップと、
を更に含み、
上記バルブは、上記デッドレッグが0.1ｃｃまたはそれ以下の容積を有するように上記第１の通路に十分に近接して離間している、
ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
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