KR20010033505A - Ｃｖｄ 장치를 위한 기체 트랩 - Google Patents

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Abstract

고온 트랩은 CVD 공정의 배기 스트림으로부터 반응하지 않은 유기 금속-필름 전구체를 변환시킨다. 상기변환된 전구체는 금속 필름을 고온 트랩의 표면상에 형성하고, 이로 인해 고온의 진공 펌프 표면상에 금속이 형성되는 것을 방지한다. 고온 트랩으로부터 하류쪽에 있는 저온 트랩은 상기 배기 스트림으로부터 유출물을 동결시킨다. 상기 고온 트랩에 의해 포획된 금속 및 상기 저온 트랩에 의해 포획된 유출물은, 환경 배기물로서 유출되기보다는 재사용될 수 있다.

Description

ＣＶＤ 장치를 위한 기체 트랩{GAS TRAP FOR CVD APPARATUS}
통상적인 CVD 공정동안, 가공 챔버 내에 있는 증착 기체 또는 기체들은 가공될 기판의 표면상에 얇은 필름층을 형성한다. 어떤 CVD 공정에서는 두 기체들을 함께 반응시켜 원하는 층을 형성시키는데, 예를 들면 산소를 실란과 반응시켜 산화실리콘(silicone oxide)을 형성시킨다. 다른 CVD 공정은 하나의 반응 기체를 사용하는데, 이 반응기체는 분해되어 원하는 층 및, 통상적으로 부산물을 형성한다. CVD 시스템 내에는, 층-형성 반응의 부산물뿐만 아니라, 또한 전구기체(precursor gas)로 알려진, 반응하지 않은 증착 기체가 있을 수 있다. 어떤 전구기체들은 CVD 시스템의 표면상에서 반응하여 증착물을 형성하거나, 또는 분해되어 입자들을 형성한다. 유사하게, 증착 반응의 부산물들은 쌓여지거나 또는 입자들을 형성할 수 있다. 통상적으로, CVD 시스템은 증착 공정의 유형 및 수에 따라 일정 시점에서 세정될 필요가 있다. 이러한 세정 과정은, 생산물 스트림으로부터 CVD 시스템을 이동시키고, 생산량의 손실에 대한 관점에서 볼 때 매우 비쌀 수 있다.
반도체 시장은 매우 경쟁적이고, 반도체 생산품은 지난 수 십년동안 끊임없이 발전해 왔으며, 그 결과 더 작고 더 빠른 소형회로를 생산해 내었다. 반도체 가공 기술의 발전들 중의 많은 부분은, 소형회로상에 금속화(metallization) 라인과 같은 구조를 더 작게 만들어서 개개의 장치들이 서로 더 가깝게 밀집될 수 있게 하여, 더 많은 장치들이 하나의 칩상에 제조되도록 하는데 중점을 두었다.
반도체 제조 공정에서 도체로서 가장 흔히 쓰이는 물질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이었다. 알루미늄은, 통상적으로 스퍼터링(sputtering)에 의해 상대적으로 적용하기가 용이하며, 실리콘 및 실리콘 이산화물 양쪽에 적합하다. 그러나, 장치가 점점 소형화됨에 따라, 상기 장치들에 사용되는 전도성 알루미늄 흔적들도 또한 줄어들었다. 모양이 축소됨에 따라, 큰 모양의 장치에서는 중요한 문제가 되지 않았던 알루미늄의 특성들이 문제점이 있게 되었다. 구체적으로, 알루미늄은 상대적으로 우수한 도체이지만, 매우 미세한 알루미늄 흔적의 저항은 집적회로의 작용을 저하시킬 수 있다.
알루미늄보다 더 낮은 저항률을 갖는 구리는, 집적회로에 사용되는 다른 종류의 금속이며, 장치들이 소형화되고 더 빨라짐에 따라 경제적으로 보다 매력을 갖게 되었다. 어떠한 신기술에서도, 신기술이 특정 생산물에 적용될 때 예측하지 못한 문제점들이 일어난다. 구리에 있어서도, 현존하는 장치 모양 및 계획된 장치 모양과 유효하게 작용하도록, 금속 필름을 증착시키는 새로운 방법이 개발될 필요가 있다. 구리 필름을 기판상에 증착시키기 위해 개발된 한 가지 방법은, 적절한 조건하에서 분해되어 기판상에 구리 필름을 남기는 유기성 구리 전구체를 사용하는 것이다. 통상적으로, 약간의 구리 전구체는 기판상에서 반응하지 않고, 기판이 가공되는 CVD 시스템의 다른 부분들, 예컨대 가공 챔버를 배출시키기 위해 사용되는 진공 펌프상에서 반응을 일으킬 수도 있다. 진공 펌프는 열을 생성하고, 이 가열된 펌프는 사용되지 않은 구리 전구체를 펌프 표면상에서 반응시켜서, 펌프 효율 및 신뢰도를 저하시킬 수 있다. 게다가, 전구체의 구리-형성 반응은 사람 또는 환경에 해로울 수 있는 부산물을 생성한다.
그래서, 구리 전구체가 펌프 표면상에서 구리를 형성하지 못하도록 하는 방법 및 반응의 부산물이 안전하게 수납되도록 하는 방법이 제공되어, 사람 또는 환경에 위험이 초래되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 반도체 가공 장비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 금속층, 특히 구리층의 화학증착법(CVD)으로부터 부산물을 감소시키고 선택적으로 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 및 감소 시스템의 간소화된 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 트랩의 일부분을 나타내는 간소화된 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 고온 트랩의 일 실시예를 나타내는 간소화된 등각도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라, 배기 스트림으로부터 유출물을 제거하기 위한 공정의 간소화된 흐름도이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CVD 및 감소 시스템의 간소화된 블록도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 배기 스트림으로부터 유출물을 제거하기 위한 공정의 간소화된 흐름도이다.
본 발명은 CVD 공정의 배기 스트림으로부터 금속을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 배기 스트림내에 있는 반응하지 않은 금속-필름 전구체는 고온 트랩의 가열된 표면상에서 변환되어, 휘발성의 금속-유기 화합물 및 금속층을 고온 트랩의 표면상에 형성하고, 따라서 배기 스트림으로부터 금속이 제거된다. 다른 실시예에서는, 저온 트랩의 벽에 존재하는 금속-유기 화합물을 동결시킴으로써, 상기 금속-유기 화합물이 배기 스트림으로부터 제거된다. 고온 트랩에서 회수된 금속 및 저온 트랩에서 회수된 금속-유기 화합물은 모두 재순환될 수 있기 때문에, CVD 공정으로부터 순 배기량(net emissions)을 감소시킨다. 고온 트랩은, 또한 포어라인(foreline) 또는 진공펌프와 같은 하류쪽 구성요소가 금속 필름 또는 응축 전구체로 피복되는 것을 방지한다.
본 발명의 장점 및 특징들 뿐만 아니라 상기 실시예 및 다른 실시예들이 이하의 본문 및 첨가 도면과 관련하여 더 자세히 기술된다.
금속-유기 전구체를 이용하여 기판상에 구리 필름을 형성하는 공정이 개발되었다. 통상적인 공정에서, 액체 전구체는, 일반적으로 잘 반응하지 않는 운반기체(carrier gas)의 스트림내로 증기화되고, 통상적으로 0.5-2 Torr 사이의 감소된 압력으로 유지되는 CVD 반응 챔버내로 유입된다. 상기 전구체는 웨이퍼(wafer)의 표면상에서 분해되어 구리필름 및 부산물을 형성한다. 운반기체, 이용되지 않은 전구체, 및 휘발성 부산물은 챔버의 배출포트를 통해 펌프로 뽑아내진다. 적절한 전구체에는, 캘리포니아주 칼스버드(Carlsbad)의 SCHUMACHER 사에서 제조된 CUPRASELECT, 및 코네티컷주 댄버리(Danbury)의 ATMI 사에서 제조된 MHYCOPPERTM이 포함된다. 이하의 예는 CUPRASELECT가 적용된 경우이지만, 상기 기술은 구리 이외의 금속 증착 화학용 전구체를 포함하는 다른 전구체에도 적용할 수 있다.
CUPRASELECT((트리메틸비닐시릴(Trimethylvinylsilyl))헥사플루오로아세틸아세토네이토(hexafluoroacetylacetonato) 구리 1, 트리메틸비닐실란 (trimethylvinylsilane), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로-2,2,4,4-테트라히드록시펜탄 (Tetrahydroxypentane))은 또한 "Cu+(TMVS)(hfac)"으로 공지되어 있다. 어떤 CVD 공정에서는, 트리메틸비닐실란("TMVS") 및, 헥사플루오로-유기 화합물인 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로-2,2,4,4-테트라히드록시펜탄("hfac")이 부가적으로 혼합되어 사용된다. CUPRASELECT은 다음의 식에 따라 반응하여 구리를 형성한다.
2[Cu+(TMVS)(hfac)]Cu0+ Cu2+(hfac)2+ 2 TMVS
상기 식은 기판상에서 CUPRASELECT의 반응에 의해 두 부산물이 생성됨을 나타낸다. TMVS 는, 진공펌프가 표준방법을 사용하여 배기한 후에도 상대적으로 소진되기 쉬운 휘발성 증기로 남아있는다. 그러나, Cu2+(hfac)2은, 통상적인 주위 온도인 약 20-25℃ 보다 높은 약 80℃ 에서 고체로 동결(freeze)한다. 게다가, 통상적인 증착 공정에서, CUPRASELECT의 상당한 부분이 웨이퍼의 표면상에서 반응하지 않는다. 사실, 몇몇 시스템은 챔버 내로 유입되는 전구체에 포함된 구리의 85% 까지 챔버의 배기 포트를 통해 밖으로 배출됨을 나타낸다. 상기 식에서 보여진 것처럼, 분해 반응은 최대 50%, 즉 전구체에 있는 구리의 절반이 Cu2+(hfac)2으로 변환되는 효율을 가지며, 상기 변환된 Cu2+(hfac)2은 배기 스트림에서 빼앗긴다. 이것은, 만일 증착 챔버내로 들어오는 구리의 85%가 빼앗긴다면, 단지 약 15%만이 챔버내에서 금속 구리로 변환되었음을 의미한다. 이것은 또한, 배기 스트림에 있는 구리의 약 15%가 챔버 반응의 부산물로서 Cu2+(hfac)2의 형태로 있게 되고, 챔버내로 원래 유입된 남아있는 70%의 구리는 변환되지 않은 전구체의 형태일 수 있으며, 반응하여 구리 필름을 형성할 수 있음을 의미한다.
반응하지 않은 전구체는 분해되어 60℃의 표면상에 구리층을 형성할 수도 있다. CVD 시스템과 함께 사용되는, 예컨대 EDWARDS COPORATION 사에서 제조된 QDP80TM과 같은 기계적 진공펌프는 105℃의 고온에서 작동하여, 반응하지 않은 전구체를 분해할 수도 있다. 이로 인해, 구리층이 펌프의 내표면상에 형성될 수 있다. 구리가 형성됨에 따라, 상기 펌프는 펌프 용량에 영향을 미치는 펌프 효율을 잃게 되고, 구리 형성으로 인해 펌프 작용 표면의 기계적 내성이 변화될 때, 상기 펌프는 작동하지 않을 것이다. 1000 gms 의 전구체가 증착 챔버에서 사용된 후에 진공펌프는 작동하지 않았다. 이러한 전구체 소비량은, 예상 제조 레벨에 따르면 약 3 일간의 웨이퍼 제조 생산을 나타낸다. 그러나, 고온의 진공펌프는 반응하지 않은 모든 전구체를 변환시키지 않을 것이며, 그 결과로 펌프로부터의 유출물에 구리의 농도가 높게 된다. 이러한 구리 유출물은, 구리가 환경으로 유출되는 것을 감소시키기 위하여 종종 제어상태에 있게 된다.
구리 CVD 에 대하여 이루어진 작업중 대부분은, 생산 환경에서보다는 연구 및 개발("R＆D") 환경에서 이루어진진 것이었다. R＆D CVD 시스템이 수주동안 단지 수십개의 웨이퍼를 가공할 수 있는 반면, 생산 CVD 시스템은 하루에 수백개의 웨이퍼를 가공할 수 있다. R＆D 시스템에서 구리 형성으로 인한 펌프 고장은 수개월이 걸릴 수도 있지만, 생산 조립 라인에서는 구리 형성으로 인한 펌프 고장이 단지 수일만에 일어날 수도 있다. 적절한 해결책이 없다면, 펌프에서의 구리 형성으로 인해 유지 비용 및 생산시간의 손실이 초래되고, 이것으로 인해 상기 유형의 구리 CVD 시스템이 상업적으로 실용화되는 것이 방해될 수도 있다.
구리 CVD 가 생산 분량으로 수행될 때, 다른 문제점이 중요해진다. 이 문제점은, 약 80℃에서 동결하는 Cu2+(hfac)2의 축적에 관한 것이다. 상기 증착 공정은 높은 온도에서 수행되어 상기 화합물이 증기상(phase)으로 유지되지만, 상기 증기가 저온의 표면, 예컨대 배기 라인과 접촉한다면, 상기 증기는 배기 라인의 벽 표면에서 응축될 것이다. 배기 라인의 벽 표면에서의 Cu2+(hfac)2의 축적은 적어도 3 가지 문제점을 야기시킨다. 첫째로, 상기 축적으로 인해 결과적으로 배기 라인이 압축되어, 유동 저항률(flow resistivity)이 증가되고 펌프의 효율 및 용량이 감소된다. 둘째로, 상기 응축된 Cu2+(hfac)2는, 웨이퍼 가공동안 입자들이 챔버내로 역류하도록 하여 입자-관련 결함을 웨이퍼상에 초래하는 입자 소스(particle source)이다. 세째로, Cu2+(hfac)2는 플루오르를 포함하고, 예민하게 반응하며, 만일 배기 라인이 대기에 노출된다면 노동자에게 해를 끼칠 수 있거나, 환경을 오염시킬 수 있는 매우 해로운 산물이다.
도 1 은 유기-금속 CVD 공정을 이용하기 위한 CVD 시스템(10)의 간소화된 도면이다. 소스(12)는 전구체를 가공 챔버(14)에 공급한다. 고온 트랩(16)은 상기 챔버와 인접하게 배치되어 반응하지 않은 전구체를 구리, Cu2+(hfac)2, 및 TMVS 로 변환한다. 상기 고온 트랩은 상기 챔버와 충분히 가깝기 때문에, 챔버로부터의 공정열로 인해 Cu2+(hfac)2가 도관(18)상에서 동결되는 것이 방지된다. 고온 트랩(16) 및 진공펌프(22) 사이에서 가열된 포어라인(20)으로 인해, Cu2+(hfac)2이 상기 포어라인의 벽 표면상에서 동결되는 것이 방지된다.
상기 펌프(22)는, Cu2+(hfac)2의 동결을 방지하고, 잔류하는 어떠한 hfac-이수산기화합물(dihydrate)의 응축을 방지할 정도의 충분한 온도로 가열된다. 상기 펌프는 그 작용으로부터 자체적으로 가열되거나, 또는 원하는 온도로 펌프를 유지하기 위하여 가열기(24)가 제공된다. 어떤 펌프는 Cu2+(hfac)2를 증기상으로 유지하는데 충분할 만큼 높은 105℃의 온도로 작동한다. 상기 포어라인(20)은, 예컨대 온도-조절식 또는 개방-루프식의 가열 테이프(tape)(26)에 의해 가열될 수 있다.
상기 펌프(22)의 출력부에 부착된 저온 트랩(28)은, 배기 스트림으로부터 Cu2+(hfac)2를 동결시키고 hfac-이수산기화합물("hfac 성분")을 응축시킨다. Hhfac로도 공지된, 상기 hfac-이수산기화합물은 70℃ 주위에서 끓는점을 갖는다. 대기압에 가까운 펌프 출력부 뒤에 저온 트랩을 위치시킴으로써, 저온 트랩이 포어라인에 놓여졌을 때보다 훨씬 더 소형화될 수 있다. 이것은 저온 트랩의 효율이 저온 트랩의 벽 및 기체 분자들 사이에 일어나는 충돌수에 의존하기 때문이다. 이러한 충돌수는 대략 작용 압력에 비례하고, 상기 포어라인은 약 400 mT, 즉 대기압의 약 1/1000 의 압력으로 작용될 수도 있다. 그래서, 저온 트랩을 상기 펌프 뒤에 위치시킴으로써 더 콤팩트한 설계가 가능해진다. 저온 트랩(28)은 상기 펌프(22)와 가깝게 배치되어, 대부분의 hfac 성분들이 펌프 및 저온 트랩 사이의 도관에서가 아니라 저온 트랩에서 동결 또는 응축된다. 이런 배치에서는, 저온 트랩이 제조 시설의 펌프 앨리(alley)에 놓여질 수도 있다. hfac 은 제조하기가 어렵고 비싸기 때문에, 상기 hfac 성분을 재사용하는 것이 매우 바람직하다. 그래서, 전구체 제조자가 상기 hfac 성분을 회수할 수 있도록, 저온 트랩이 밀봉되어 전구체 제조자에게 보내질 수도 있다. 연소 박스(30) 및 습식 스크러버(scrubber)는 부산물 감소 시스템을 완성시킨다.
도 2 는 고온 트랩(16)의 일부분을 나타내는 간소화된 단면도이다. 상기 고온 트랩에는 배플(baffle) 조립체(201)가 포함되는데, 이 배플 조립체는, 약 4"×5"×0.25" 크기를 가지며 열 버스 바(thermal buss bar)(205)에 연결된 일련의 배플, 즉 플레이트(203)로 구성된다. 상기 배플은 버스 바상에서 약 1" 간격으로 이격되어 있다. 상기 간격으로 인해, CVD 시스템의 펌프 용량을 과도하게 감소시키지 않을 정도의 충분한 유체 컨덕턴스가 제공된다. 증착 시스템은 통상적으로 일정량의 부가적인 펌프 용량을 갖는다. 즉, 진공 펌프는 원하는 CVD 공정을 위해 펌프의 최대 정격 출력 하에서, 충분한 배기 흐름 및 챔버 압력을 제공한다. 그래서, 배기 라인의 저항이 고온 트랩에 의해 약간 증가되어도, 상기 펌프는 원하는 작용점에 도달할 수 있다.
고온 트랩에는 4 개의 버스 바 조립체가 포함되며, 고온 트랩의 대향 측부상에 각각 2 개씩 배치되지만, 더 많거나 또는 더 적은 조립체가 상기 고온 트랩에 포함될 수 있다. 고온 트랩에 있는 상기 배플을 섹션(section)으로 분할함으로써 상기 배플이 고온 트랩의 입구와 더 가깝게 되어, 구리 형성의 두께가 더 두꺼워질 수 있으며 상기 배플이 제거 및 대치되어야 하지만, 하류쪽 배플을 그 자리에 남겨두어서 관리 시간 및 비용이 절감된다. 배플의 제거 및 대치를 정당화할 정도로 하류쪽 배플상에 구리가 충분하게 형성되지 않을 수도 있지만, 하류쪽 배플은 배기 스트림으로부터 부가적인 전구체를 제거하는데 중요하다. 게다가, 하류쪽 배플은 배플 조립체 내에서 상류쪽 배플과는 상이한 형상, 예컨대 상이한 높이를 가질 수 있다. 예컨대, 배플 조립체는 다양한 높이의 배플을 가질 수 있으며, 또는 상기 배플의 표면적을 증가시키기 위하여 약간의 또는 모든 배플들은 짜여지거나(textured) 구멍이 뚫릴 수 있다.
구리는 뛰어난 열전도성을 가지며, 배기 스트림에 있는 반응하지 않은 전구체는 구리 표면상에서 용이하게 반응하기 때문에, 상기 배플 조립체는 구리로 만들어 진다. 게다가, 배플 조립체를 구리로 만들고, 순수한 구리로 배플상에 도금함으로써, 재순환용의 구리가 용이하게 회수된다.
전구체의 변환 및 회수를 향상시키기 위하여, 상기 배플은 200℃ 보다 높게, 바람직하게는 약 250-260℃ 로 가열된다. 많은 수단들을 통해 상기 가열이 달성될 수 있지만, 상기 배플 조립체(201)는 볼트(도시되지 않음)로써 상기 고온 트랩 쉘(211)의 가열벽(207)에 고정된다. 전기 저항 가열기(209)는 상기 쉘을 가열하고, 이 쉘은 배플 조립체(201)을 가열한다. 상기 가열벽은 예컨대, 316 또는 304 계열의 스테인리스 스틸로 만들어 지며, 이러한 스테인리스 스틸은 구리와 유사한 열팽창계수를 갖는다. 상기 가열벽은 구리로 만들어질 수 있지만, 스테인리스 스틸이 가공 및 용접에 용이하고, 구리보다 불순물을 덜 흡수한다.
도 3 은 "클램쉘(clamshell)" 모양의 고온 트랩(16)에 대한 간소화된 등각도이다. 볼트(301)는 구리 개스킷(도시되지 않음)에 대하여 클램쉘의 두 절반부(303, 305)를 함께 고정시킨다. 상기 고온 트랩내의 공기가 배출되었을 때, 대기압으로 인해 쉘의 절반부들이 함께 구리 개스킷을 변형시키고 소위 구리-금속 밀봉을 생성한다. 유출물 스트림은 입구(307)로 유입되어 출구(도시되지 않음)로 배출되며, 상기 입구 및 출구는 클램쉘의 일 절반부(305)에 배치된다. 상기 클램쉘 모양으로 인해, 고온 트랩의 입구 및 출구에 연결된 진공 라인을 방해하지 않고서 배플을 제거하고 대치시키는데 용이한 접근이 제공된다.
도 4 는 구리 CVD 공정으로부터 유출물의 감소 및 회수를 위한 방법을 나타내는 간소화된 흐름도이다. 유출물 스트림은 가공 챔버(단계 401)에 의해 생성된다. 유출물 스트림에 존재하는 사용되지 않은 전구체는 고온 트랩에서 반응되어 금속 구리(metallic copper)(단계 403)가 회수된다. 상기 금속 구리는 선택적으로 제거(단계 405) 및 재사용(단계 407)될 수 있다. 배기 스트림은 가열된 포어라인(단계 409) 및 가열된 펌프(단계 411)를 통해 저온 트랩으로 보내진다. 저온 트랩은 Cu2+(hfac)2를 동결시키고(단계 413), 상기 Cu2+(hfac)2는 선택적으로 제거(단계 415) 및 재사용(단계 417)될 수 있다.
도 5 는 고온 트랩 이후에 저온 트랩이 포함되는 구리 CVD 시스템의 사용을 위한 감소-회수 시스템의 간소화된 블록도이다. 이러한 배치에서는 저온 트랩이 고온 트랩과 충분히 가깝게 배치되기 때문에, 도 1 에 도시된 시스템에서처럼, Cu2+(hfac)2의 동결을 방지하기 위해 포어라인을 가열해야할 필요가 없다; 그러나, 통상적으로 저온 트랩은 펌프 앨리보다는 제조 시설의 무진실(clean room)에 배치될 것이다. 무진실 영역은 건설 및 관리하기가 매우 비싸고, 펌프 앨리 영역보다 10 배 정도는 더 비쌀 것이다. 그래서, 무진실에 배치된 어떠한 저온 트랩도 효율적이고 콤팩트해야 함이 중요하다. 또한, 저온 트랩은, 가공 공정동안 또는 저온 트랩이 서비스 받을 때 입자 소스로서 작용하지 않아야 하고, 저온 트랩을 관리하거나 또는 서비스하는 것이 CVD 시스템의 생산량에 가능한한 적게 영향을 끼쳐야 함이 중요하다.
1차 저온 트랩과 평행하게 배열된 보조 저온 트랩은, 관리 또는 다른 목적을 위해, 가공 챔버를 통한 생산 흐름을 과도하게 방해하지 않고 상기 저온 트랩들 중 하나의 저온 트랩이 제거 및 대치되도록 한다. 유사하게, 생산을 과도하게 방해하지 않고서 고온 트랩을 제거하기 위하여, 고온 트랩을 평행하게 배열하는 방법이 사용될 수 있다.
1차 저온 트랩(501)은 1차 입구 밸브(505)를 통해 고온 트랩(16)의 출구(503)에 연결된다. 1차 저온 트랩(501)의 1차 출구(507)는 1차 출구 밸브(511)를 통하여 포어라인(509)에 연결된다. 보조 저온 트랩(513)은, 또한 보조 입구 밸브(515)를 통하여 고온 트랩(16)의 출구(503)에 연결되고, 보조 출구 밸브(517)를 통하여 포어라인(509)에 연결된다.
정상 작동 동안, 1차 저온 밸브의 1차 입구 밸브(505) 및 1차 출구 밸브(511)는 개방되는 반면에, 보조 입구 밸브(515) 및 보조 출구 밸브(517)는 폐쇄된다. 이로인해, 고온 트랩(16)의 출력이 1차 저온 트랩(501)을 통해 보내어진다. 작동시에 1차 저온 트랩을 가로질러 압력 하강을 측정함으로써, 1차 저온 트랩을 통과하는 유동에 대한 저항이 결정된다. 압력차 센서(519)는 고온 트랩의 출구(503) 및 포어라인(509) 사이의 압력차를 측정한다. 1차 저온 트랩이 CVD 반응의 동결된 부산물에 의해 압축됨에 따라, 압력차는 올라갈 것이다. 압력차가 선택된 한계치를 넘게 될 때가, 상기 1차 저온 트랩을 제거 및 대치시킬 때이다. 다른 방법으로는, 동결된 부산물에 의해 상기 1차 저온 트랩이 압축되는 때를 1차 저온 트랩의 유동 저항(flow resistance)에 의해 나타내지도록 결정하기 위해, 펌프의 전력 부하가 감시될 수 있으며, 또는 직렬의 압력 센서가 상기 시스템내에 적절한 위치마다 배치되어, 원하는 압력차 정보를 유도할 수 있다. 유출물 경로는 일반적으로 CVD 웨이퍼 증착 공정동안 전환되지 않지만, 웨이퍼 증착 공정이 끝난 후, 그리고 다음 공정이 시작하기 전에 상기 경로는 전환된다.
CVD 공정의 완결후에 1차 저온 트랩을 제거 및 대치하는 제 1 단계는 1차 입구 밸브(505)를 폐쇄하는 것이다. 정화 밸브(525)가 이때 개방되어, 정화 기체 소스(527)로부터 1차 저온 트랩으로 약 30 초동안 정화 기체, 예컨대 질소를 제공한다. 상기 정화 기체 유량은, 정상 작동시의 배기 유량보다 상당히 높고, 진공 펌프의 용량에 필적하며, 느슨하게 결합된 입자들을 배기 스트림으로부터 운반하기 때문에, 상기 입자들이 무진실로 벗어나거나 사람의 안전에 위험을 생성하지 않을 것이다.
정화후에, 상기 정화 밸브(525) 및 1차 출구 밸브(505)는 폐쇄된다. 보조 입구 밸브(515) 및 보조 출구 밸브(517)가 개방되고, 다음 CVD 공정이 시작될 수 있다. 이때에, 1차 저온 트랩이 CVD 시스템으로부터 제거되고, 새로운 또는 일신된 1차 저온 트랩으로 대치된다. 사용된 상기 1차 저온 트랩은, 귀중하고 위험한 hfac-성분을 수납하기 위하여, 닫힌 플랜지(도시되지 않음)를 저온 트랩의 입구 및 출구에 부착시킴으로써 밀봉되고, 전구체 제조자 또는 다른 재사용 시설로 보내진다.
보조 저온 트랩(513)은, 유동 제한의 증가를 감수하고서라도, 1차 저온 트랩(501)보다 더 콤팩트하고 효율적이도록 설계되지만, 상기 2 개의 저온 트랩은 매우 유사하거나, 또는 서로 똑같을 수 있다. 저온 트랩들 중 하나 또는 두개가, 도 2 및 도 3 과 함께 상술된 고온 트랩과 유사한 방식으로 이행될 수도 있다. 그러나, 배플 조립체를 구리로 만드는 것은 중요하지 않다. 상기 시스템에서, 가두려고 하는 유출물은 상온보다 높은 온도에서 동결 또는 응축하기 때문에, 상기 저온 트랩은 주위의 온도 및, 이 저온 트랩을 통과하는 물질 유량에 따라 냉각 수단을 필요로 하지 않을 수도 있다. 만일 필요하다면, 냉각된 액체 또는 다른 냉각 매체가 상기 저온 트랩 쉘에 제공될 수 있다. 다른 방법으로, 하나 또는 두개의 저온 트랩들이, 냉각 재킷(jacket)에 의해 포위된 포어라인 튜브의 나선형(serpentine) 코일로서 이행될 수 있다. 동결 속도를 결정하여, 튜브를 통하여 동결되는 hfac-성분을 보다 균등하게 분포시키도록, 냉각 재킷 내부의 유체 온도가 선택될 수 있다.
도 6 은 구리 CVD 공정으로부터 발생하는 유출물의 감소 및 회수를 위한 방법을 나타내는 간소화된 흐름도이다. 유출물 스트림은 가공 챔버(단계 601)에 의해 생성된다. 유출물 스트림에 있는 사용되지 않은 전구체는 고온 트랩에서 반응되어 금속 구리가 회수된다(단계 603). 상기 금속 구리는 선택적으로 제거(단계 605)되고 재사용(단계 607)될 수도 있다. 가열된 유출물 스트림은 저온 트랩으로 유입되고, 상기 유출물 스트림으로부터 Cu2+(hfac)2가 상기 저온 트랩의 벽표면상에 동결된다(단계 609). 저온 트랩의 유동 저항은 감시(단계 611)되고, 만일 유동 저항이 선택된 한계(단계 613)를 초과하게 되면, 상기 유출물 스트림은 1차 저온 트랩으로부터 보조 저온 트랩으로 전환(단계 621)된다. 그리고 나서, 상기 1차 저온 트랩은 정화되고(단계 617), 제거(단계 619) 및 대치(단계 615)된다. 제거된 상기 1차 저온 트랩은, hfac 성분을 회수 및 재사용하기 위하여 외부로 보내질 수도 있다(단계 623). 상기 저온 트랩을 대치시킨 후에(단계 621), 유출물 스트림은 보조 저온 트랩으로부터 1차 저온 트랩으로 전환된다(단계 625).
이상으로 본 발명의 특정 실시예가 완전하게 기술되었지만, 다양한 수정, 변화예, 및 다른 방법들이 이용될 수도 있다. 예를 들면, 질소 밸러스트(ballast)를 배기 스트림내로 주입하여 추가로 유출물 또는 입자의 역류를 제한할 수 있으며, 고온 트랩이 코일 모양의 가열된 구리 튜브, 또는 포어라인에 횡방향으로 배치된 그리드(grid)모양의 저항 가열식 구리 와이어 또는 와이어 메쉬(mesh)일 수 있다. 다른 변형예들이 당업자에게 명백할 것이다. 상기 실시예와 상응하는 변형예 및 다른예들이 본 발명의 범위내에 포함되도록 의도된다. 그래서, 본 발명의 범위는 상술된 실시예들에 의해 한정되서는 안되며, 이하의 청구항에 의해 한정되어야 한다.

Claims (11)

  1. 화학증착 공정으로부터 발생하는 유출물 스트림에서, 반응하지 않은 금속-필름 전구체를 변환하기 위한 장치로서,
    도관을 통하여 가공 챔버에 연결되고, 상기 도관을 통하여 상기 가공 챔버로부터 유출물 스트림을 수용하며, 반응하지 않은 상기 금속-필름 전구체의 적어도 일부분을 분해하기에 충분한 제 1 온도로 가열된 제 1 표면이 구비되고, 변환된 유출물 스트림이 그 안에서 제공되는 고온 트랩: 및
    포어라인을 통하여 상기 고온 트랩에 연결되고, 상기 가공 챔버 및 배기 포트 사이에 압력차를 제공할 수 있으며, 상기 고온 트랩으로부터 상기 변환된 유출물 스트림을 수용하고, 상기 배기 포트를 통하여 상기 변환된 유출물 스트림을 배기하는 진공 펌프를 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전구체가 금속으로 분해되고, 이 금속이 상기 고온 트랩의 제 1 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 반응하지 않은 상기 전구체에 구리 및 헥사플루오로-유기 화합물이 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 저온 트랩이 추가로 포함되고, 이 저온 트랩은, 상기 변환된 유출물 스트림을 상기 고온 트랩으로부터 수용하고, 상기 변환된 유출물 스트림으로부터 하나의 성분을 동결시키기에 충분한 제 2 온도의 제 2 표면이 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 진공 펌프가 상기 고온 트랩 및 상기 저온 트랩 사이에 배치되고, 상기 포어라인 및 상기 펌프가 상기 성분의 어는점보다 높은 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 저온 트랩이 상기 고온 트랩 및 진공 펌프 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 제 1 표면이 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 제 1 표면이 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 구리-필름 화학증착 공정으로부터 발생하는 유출물 스트림에서, 반응하지 않은 헥사플루오로-유기 구리 전구체를 변환하기 위한 장치로서,
    도관을 통하여 가공 챔버에 연결되고, 상기 도관을 통하여 상기 가공 챔버로부터 유출물 스트림을 수용하며, 상기 반응하지 않은 전구체를 적어도 구리 필름 및 헥사플루오로-유기 화합물로 분해하기에 충분한 제 1 온도로 가열된 고온의 구리 표면이 구비되어, 상기 구리 필름이 상기 고온의 구리 표면상에 형성되고, 상기 헥사플루오로-유기 화합물이 제 1 온도에서는 휘발성이고 제 2 온도에서는 동결하며, 변환된 유출물 스트림이 제공되는 고온 트랩;
    상기 변환된 유출물 스트림을 수용하고, 제 2 온도 이상으로 유지되는 가열된 포어라인;
    제 2 온도 이상으로 유지되고, 상기 가열된 포어라인을 통해 상기 고온 트랩과 연결되며, 변환된 유출물 스트림을 상기 고온 트랩으로부터 수용하는 가열된 진공 펌프; 및
    상기 가열된 진공 펌프로부터 유출물 스트림을 수용하고, 제 2 온도 이하로 유지되는 저온 표면이 구비되며, 변환된 유출물 스트림으로부터 헥사플루오로-유기 화합물의 적어도 일부분을 동결시키는 저온 트랩이 포함되는 장치.
  10. 유출물 스트림으로부터 반응하지 않은 금속-필름 전구체를 변환시키고, 화학증착용 챔버로부터 배기를 감소시키기 위한 방법으로서,
    (a) 제 1 온도로 유지되는, 고온 트랩의 고온 표면상으로 유출물 스트림을 유동시키는 단계;
    (b) 반응하지 않은 상기 금속-필름 전구체로부터 금속 필름 및 배기물을 형성함에 있어서, 상기 금속 필름이 고온 표면상에 형성되고, 상기 배기물이 제 1 온도에서는 휘발성이고 제 2 온도에서는 동결하는 단계;
    (c) 제 2 온도 이하로 유지되는, 저온 트랩의 저온 표면상으로 상기 유출물 스트림을 유동시키는 단계; 및
    (d) 상기 배기물을 상기 저온 표면상에 동결시키는 단계가 차례대로 포함되는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    (e) 상기 저온 트랩을 통한 유동 저항을 감시하는 단계;
    (f) 상기 유동 저항이 소정의 한계를 충족하거나 초과할 때, 상기 저온 트랩을 통하여 유동하는 상기 유출물 스트림을 정지시키는 단계; 및
    (g) 상기 유출물 스트림을 보조 저온 트랩을 통하여 유동시키는 단계가 그 순서에 따라 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
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