KR20010030324A - 반도체 처리장치에 액체 선구물질을 전달하는 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 처리장치에 액체 선구물질을 전달하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 처리장치에 액체 선구물질을 전달하는 장치 및 방법에 관계한다. 액체 선구물질 전달 시스템(10)은 소스(11), 입력 튜브(12), 2방향 밸브(13), 펌프어셈블리(14), 출력튜브(15), 셧-오프밸브(16) 및 플래쉬 증발기(17)를 포함한다. 펌프어셈블리(14)는 시린지 또는 가변 용적펌프 형태이며 스텝모터(27)와 선형 해독기(30)의 조합에 의해 조절된다. 사용안한 액체 선구물질은 소스로 복귀할 수 있도록 배치된다.

Description

반도체 처리장치에 액체 선구물질을 전달하는 장치 및 방법{Delivery of Liquid Precursors to Semiconductor Processing Reactors}
본 발명은 반도체 처리반응기에 액체 선구물질을 전달하기 위한 장치 및 방법에 관계한다.
미국특허 제 5620524 호에 이러한 선구물질 전달 시스템이 발표된다. 일반적으로 액체 선구물질은 반응기 압력(예, 1토르)과 같은 저압에서 가스이지만 대기압(15토르)에서 액체상태이다. 이것은 선구물질의 고반응성에 의해 악화되는 전달 및 측정물체를 일으키므로 사용될 수 있는 재료 선택을 한정시킨다. 웨이퍼 가공에 사용되는 대부분의 액체 선구물질 전달 시스템은 다음 세가지 형태중 하나이다.
1. 액체 증발과 가스 유량 제어기를 사용한다.
2. 액체 유량 제어기를 사용한다.
3. 캐리어 가스가 "기포기"내 액체를 통과하여 액체의 일부가 캐리어 가스방울로 증발한다.
가스 유량 측정기가 널리 사용되지만 유량 측정을 위해 액체가 증발되어야 할 때 문제가 있다. 큰 증발 액체 저장원이 필요하므로 상승된 온도에서 증발된 액체의 체류시간을 증가시킨다. 유용한 선구물질인 과산화물의 경우에 공정챔버에 도달하기전 분해가 일어날 수 있다. 액체 유량 제어기가 양호하게 유량을 조절할 수 있지만 유휴 상태에 있는 동안 유량 제어기에서 기포를 형성함으로써 초래된 불안정성이 있을 수 있으며 제어기를 냉각시키는 차가운 액체는 보정 에러를 초래할 수 있다. 기포는 캐리어 가스를 필요로 하므로 증가압을 낮추면 기포에 의해 증기로서 포착되는 액체가 적다. 그러므로 저 증기압 액체의 경우 고속 캐리어 가스가 필요하므로 공정에 적합하지 않을 수 있다.
또다른 방법으로서 미국특허 5620524와 유사한 장치, 즉 협소한 구멍의 출력 파이프와 조합으로 양변위 펌프를 포함한 장치가 시도되지만 이러한 펌프와 기타 부품에 대한 적절한 재료 선택의 곤란함 뿐만아니라 협소한 파이프 구멍의 편차로 인해 유량 편차가 나타나므로 펌프로부터 저압 챔버를 완충시킬 필요가 있다. 펌프가 유일한 압력장치일수록 협소한 구멍 파이프의 흐름제한이 지배적이므로 이러한 장치는 변화에 민감하다. 이 방법의 결과는 도 3에서 "표준"으로 언급된다.
사전 설정된 또는 고정된 흐름이 허용된다면 더 단순한 시스템이 사용될 수 있다. 이 시스템은 주변압력이 액체에 미치는 영향에 전적으로 좌우되므로 유량을 제어하는데 펌프 및 유량 제한 튜브의 사용을 대체한다. 이 시스템은 청정실이 대기압보다 약간 높은 압력으로 압력이 조절된 환경이다는 사실을 이용한다. 그러나 이 시스템은 파이프 내경의 정밀도와 양립성 재료에 좌우되며 이것은 항상 이루어지는 것이 아니다. 그러므로 특별한 시스템 보정이 필요하며 실제 구멍 직경에 따라 다른 파이프 길이가 사용될 필요가 있을 수 있다. 이 방법의 결과는 도 3에서 "고정된 유량"으로 언급된다.
미국특허 5620524 호는 아웃-오브-페이스 피스톤 펌프를 사용하는 방법을 발표하지만, 필요한 양의 선구물질 전달을 위해서 선구물질의 온도 및 압력을 모니터링하고 선구물질의 다양한 특성을 알 필요가 있다.
미국특허 5098741 호는 액체 선구물질을 CVD 챔버로 도입하는데 양변위 펌프의 사용을 발표하지만, 이 시스템은 용해안된 가스의 문제를 극복하기 위해서 가변구멍 밸브를 제어하는 압력 측정기 사용을 필요로 한다.
한 측면에서 본 발명은 액체 선구물질원, 입력 경로를 통해 소스로부터 액체 선구물질을 빼내서 출력 경로를 따라 (압력 조절 또는 펄스화 없이) 알려진 부피의 액체 선구물질을 반응기에 전달하는 부피 보정된 양변위 펌프를 포함하는 액체 선구물질을 반도체 처리 반응기에 전달하는 장치이다. 반응기 바로 이전 또는 반응기내에서 액체 선구물질은 플래쉬 증발기에 의해 증발될 수 있다.
도 1 은 액체 선구물질 전달 시스템의 개략도이다.
도 2 는 시스템의 유속을 보여주는 그래프이다.
도 3 은 다양한 액체 선구물질 전달 시스템 사용시 침적률을 보여주는 그래프이다.
* 부호설명
10 ... 액체 선구물질 전달 시스템
11 ... 선구물질 소스 12 ... 입력 튜브
13 ... 2방향 밸브 14 .. 펌프 어셈블리
15 ... 출력 튜브 16 .. 셧 오프 밸브
17 ... 플래쉬 증발기 18,19 ... 병
20 ... 챔버 21 ... 높이 센서
22 ... 밸브 24 ... 시린지
25 ... 튜브 26 ... 피스톤
27 ... 스테퍼 모터 28 ... 리이드 스크류
29 ... 캐리지 30 ... 선형 해독기
31 ... 제어회로
본 장치는 입력 경로 또는 출력 경로에 펌프를 연결시키는 밸브를 포함할 수 있다. 본 장치는 펌프 및 밸브 제어수단을 더욱 포함하여서 펌프가 액체를 빨아들이는 동안 반응기는 선구물질로 가공되지 않는다. 또한 본 장치는 펌프 및 밸브 제어수단을 더욱 포함하여서 펌프가 전달안된 선구물질을 소스에 복귀시킬 수 있다. 이러한 재순환은 필요할때만 충전되는 펌프와 조합될 때 용해된 가스의 존재를 크게 감소시킨다.
펌프는 시린지 펌프 형태일 수 있다.
소스는 또다른 액체 선구물질 저장원을 포함할 수 있으며, 특히 다른 저장원이 빌 때 하나의 저장원을 입력 경로에 자동으로 연결시키는 수단과 두 개이상의 저장원을 포함할 수 있다.
본 장치는 알려진 부피를 전달하도록 펌프를 구동하며 선형 해독기에 의해 조절되는 스테퍼 모터를 포함한다.
또다른 측면에서 본 발명은 액체 선구물질을 반도체 처리 반응기에 전달하는 다음 단계를 포함하는 방법을 제공한다:
1. 입력 경로를 따라 액체 선구물질 소스로부터 부피 보정된 양변위 펌프로 액체 선구물질을 전달하고;
2. 압력 조절 또는 펄스화 없이 출력 경로를 따라 알려진 부피의 액체 선구물질을 반응기에 전달하는 단계.
액체 선구물질은 반응기 직전에 또는 반응기 내에서 증발될 수 있다.
본 발명은 펌프를 입력 경로 및 출력 경로에 영구적으로 연결시키는 과정을 포함한다. 추가로 전달후 펌프는 새로운 충전물을 인출하기전 남아있는 액체를 소스로 복귀시킬 수 있다.
도 1에서 액체 선구물질 전달 시스템(10)은 선구물질 소스(11), 입력 튜브(12), 2방향 밸브(13), 펌프어셈블리(14), 출력 튜브(15), 셧 오프 밸브(160 및 플래쉬 증발기(17)를 포함한다.
액체 선구물질 소스(11)는 온도 조절된 챔버(20)내에 포함된 한쌍의 병(18,19)을 포함한다. 높이 센서(21)는 각 병(18,19)의 액체 높이를 탐지한다. 병(18,19)은 밸브(22) 및 입력 튜브(12)에 연결된다. 밸브(22)는 병(18,19)을 튜브(12)에 연결시킨다.
펌프 어셈블리(14)는 LEE Products 사이에 의해 LPV 시리즈로 제조되는것과 같은 시린지 또는 가변 부피 펌프이다. 이러한 펌프는 튜브(25)와 피스톤(26)을 포함한 시린지(24)이다. 피스톤은 스테퍼 모터(27)에 연결되며 시린지로부터 방출된 액체 부피 측정을 위해서 피스톤 선형운동을 탐지하는 수단이 제공된다.
스테퍼 모터(27)는 피스톤(26)의 자유 단부에 연결된 캐리지(29)를 선형으로 이동시키는 리이드 스크류(28)를 구동시킨다. 캐리지(29)의 선형위치는 선형 해독기(30)에 의해 탐지된다. 선형 해독기(30)에 의해 캐리지(29)의 위치가 정확하게 나타나므로 변위된 액체의 부피가 정밀하게 조절되므로 정확하게 설정된 기간에 걸쳐 작동되는 펌프에 의존하지 않는다. 게다가 고압으로 액체가 방출될 수 있다.
펌프 어셈블리(14)와 밸브(13,16,22)는 선형 해독기(30), 높이 센서(21) 및 기타 관련 반응기에서 나오는 가공 정보에 대해 반응하는 제어회로(31)의 제어하에 있다.
사용시 스테퍼 모터(27)는 초기에 캐리지(29)를 하향으로 안내하여 피스톤을 튜브(25)내에서 후퇴하는 방향으로 이동시킨다. 액체 소스(11)에 펌프(24)를 연결시키는 밸브(13)에 의해 밸브(22)의 위치에 따라 병(18,19)으로부터 액체 선구물질이 인출될 수 있다. 펌프(24)가 채워지면 스테퍼 모터(27)는 정지한다. 이후에 밸브(13)는 시린지 펌프(24)를 출력 튜브(15)에 연결시키고 셧 오프 밸브(16)가 개방되고 스테퍼 모터가 운동을 역전시켜서 피스톤(26)을 튜브(25)내에서 뒤로 이동시켜서 액체 선구물질이 플래쉬 증발기(17)에 전달되게 한다. 방출된 액체의 부피는 피스톤(26) 및 캐리지(29)의 이동에 정비례한다. 이것은 선형 해독기(30)를 경유하여 제어회로(31)에 의해 모니터링되고 필요한 부피가 달성되자마자 스테퍼 모터가 꺼진다. 따라서 다른 시스템 사용시 발생하는 문제없이 정확한 부피의 액체 선구물질이 고압으로 증발기에 전달될 수 있다.
전달시 부족을 막기 위해서 필요한 부피 이상으로 시린지가 충전되는 것이 선호된다. 그러면 방출안된 액체는 밸브(13), 튜브(12) 및 밸브(23)를 경유하여 병(18,19)에 복귀되어서 액체 선구물질이 최상의 가능한 상태에 유지될 수 있다.
두 개의 병을 사용함으로써 가공중단없이 한병이 비어질 때 다른 병이 사용될 수 있다.
따라서 웨이퍼 또는 웨이퍼 배치가 반응기 챔버에 도입되고, 정확한 부피의 액체 선구물질이 플래쉬 증발기(17)를 경유하여 챔버에 전달되고, 이후에 펌프가 비워지고 다음 웨이퍼를 위해 재충전될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 시스템으로 달성되는 유속의 선형성, 즉 부피 전달의 정확도를 보여준다.
도 3 은 재현성 측면에서 침적률을 보여준다. 시린지는 다른 전달 방법에 비해서 과산화수소 전달시스템을 사용할 때 재현성있는 침적률을 가져온다.
본 시스템은 다음 장점을 가진다;
1. 실시 초기에 라인에서 분해된 과산화수소 제거하며 라인 및 시린지로부터 기포를 제거한다.
2. 공정 직전에 시린지가 채워지므로 액체 선구물질 분해가 방지된다.
3. 전달속도를 프로그래밍할 수 있다.
4. 선형 해독기에 의해 전달속도가 모니터링된다.
5. 공정 종료시 과잉 액체 선구물질은 소스에 복귀된다.
6. 병의 자동 교체로 연속 실시가 가능하다.
이러한 장점은 적절한 조건하에 있지 않을 때 분해되는 경향이 있는 과산화수소와 같은 선구물질에서 특히 주목된다. 본 시스템은 분당 1그램 미만으로 과산화수소를 정확히 조절할 수 있다. 펌프 튜브 및 피스톤의 변화로 정확도 큰 희생없이 유속이 쉽게 변화될 수 있다.
시클로헥실디메톡시메틸실란 전달에 전통적인 시스템과 시린지 펌프를 사용하여 "기질상에 필름을 형성하는 장치 및 방법"(영국특허출원 0001179.1에)에 보고된 실험은 적어도 일부 선구물질과 공정의 경우에 시린자 펌프가 사용될때만 허용가능한 결과가 수득됨을 보여준다.

Claims (10)

  1. 액체 선구물질 소스, 입력 경로를 통해 소스로부터 액체 선구물질을 인출해서 출력 경로를 통해 정해진 부피의 액체 선구물질을 반응기에 전달하는 부피 보정된 양변위 펌프를 포함하는 액체 선구물질을 반도체 처리 반응기에 전달하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 펌프를 입력 경로 또는 출력 경로에 연결하는 밸브를 더욱 포함하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 반응기가 선구물질로 처리되지 않는동안 펌프가 액체를 빨아들이도록 펌프 및 밸브를 제어하는 수단을 더욱 포함하는 장치.
  4. 제 2 항 또는 3 항에 있어서, 펌프가 전달안된 선구물질은 소스에 복귀시키도록 펌프 및 밸브를 제어하는 수단을 더욱 포함하는 장치.
  5. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 펌프가 시린지 펌프임을 특징으로 하는 장치.
  6. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 소스가 액체 선구물질 저장원을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 소스가 한 저장원이 비워질 때 다른 한 저장원을 입력 경로에 자동으로 연결시키는 수단과 두 개이상의 저장원을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  8. (ⅰ) 입력 경로를 따라 액체 선구물질 소스로부터 부피 보정된 양변위 펌프로 액체 선구물질을 인출하고;
    (ⅱ) 출력 경로를 따라 정해진 부피의 액체 선구물질을 전달하는 단계를 포함하는 액체 선구물질을 반도체 처리 반응기로 전달하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 펌프를 입력 경로 및 출력 경로에 교대로 연결시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 8 항 또는 9 항에 있어서, 전달후 프래쉬 충전물 인출전 펌프가 남아있는 액체를 소스에 복귀시키는 단계를 포함하는 방법.
KR1020000053247A 1999-09-25 2000-09-08 반도체 처리장치에 액체 선구물질을 전달하는 장치 및 방법 KR20010030324A (ko)

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