KR20010034942A - 화학기상증착(ｃｖｄ) 장치 - Google Patents

화학기상증착(ｃｖｄ) 장치 Download PDF

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존 슈미트
프랭크 피. 창
신 셍 구오
링 첸
크리스토프 마르카델
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조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 두껑을 가지는 증착챔버와 상기 두껑에 부착된 기화기를 포함하여 화학기상증착을 수행하기 위한 증착 시스템에 관한 것이다. 부가적으로, 하나 이상의 밸브는 챔버로의 선구물질의 흐름을 제한하고 상기 기화기에 부착된 선구물질 재료 전달시스템의 정화를 개선하기 위하여 상기 두껑 및 상기 기화기사이에 배치된다. 전도라인중 하나는 전도라인을 파손 및 분해시키지 않고 챔버로부터 두껑을 분리할 수 있도록 하는 비틀림 탄성을 가진 여러번 감긴 코일의 형태인 가요성 전도라인이다. 바람직하게, 가요성 전도라인은 스테인레스 강 관으로 제조되며 대략 3인치의 직경을 가진 30번 감긴 코일이다. 선택적으로, 가요성 전도라인은 외장에 의해 둘러싸이며 테프론, 다른 테프론, 또는 PFA 440-HP과 같은 삼투성 박막 재료로 만들어진다. 외장은 전도라인 및 외장사이의 전도라인 및 공간에 있는 가스를 제거하는 압력제어유니트에 접속된다.

Description

화학기상증착(ＣＶＤ) 장치 {CVD APPARATUS}
현재, 알루미늄은 플러그 및 비아와 같은 상호접속부로써 집적회로에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 큰 다이를 가지는 고속 및 고밀도 장치는 상호접속 구조물에 사용될 알루미늄보다 낮은 저항을 가진 금속에 대한 필요성을 요구하고 있다. 구리의 낮은 저항은 알루미늄을 대체하는 매력적인 후보로써 제안되었다.
구리를 증착하기 위한 두가지의 기술, 즉 화학기상증착(CVD) 및 물리기상증착(PVD)이 공지되어 있다. CVD 공정은 등각 증착층을 제공하기 때문에 바람직하다. 예컨대, 구리의 화학기상증착은 화학식 Cu(hfac)L을 가지는 Cupraselect®로서 공지된 선구물질을 사용함으로써 이루어진다. Cupraselect®는 캘리포니아 칼스베드에 위치한 Schumacher의 등록상표이다. Cupraselect®는 (hfac) 및 열안정 화합물(L)과 같은 증착제어 화합물에 본딩된 구리(Cu)로 이루어진다. (hfac)는 헥사플루오르아세티레이스토나토를 나타내며, (L)은 트리메틸비닐실란(TMVS)과 같은 리간드 베이스 화합물을 나타낸다.
Cu(hfac)L을 사용한 구리의 CVD동안, 선구물질은 기화되어 물을 포함하는 증착챔버내로 흐른다. 챔버에서, 선구물질은 웨이퍼의 표면에 열 에너지를 제공한다. 적정 온도에서 다음과 같은 반응 결과가 유도된다.
2 Cu(hfac)L → Cu + Cu(hfac)2 + 2L (식 1)
결과적인 구리(Cu)는 웨이퍼의 상부표면상에 증착한다. 반응의 부산물(즉, Cu(hfac)2및 (2L)는 웨이퍼 처리동안 진공으로 유지되는 챔버로부터 제거된다.
CVD에서 Cupraselect®를 사용할 때 발생하는 한 문제점은 액체저장부로부터 CVD가 수행되는 처리챔버내로의 재료의 전달이다. 전형적으로, 액체 Cupraselect®는 우선 기화되고, 저장부와 처리챔버사이에서 아르곤, 헬륨 또는 다른 임의의 불활성 가스와 같은 캐리어 가스와 혼합되어야 한다. 기화기는 전달시스템내에 통합되며 두 개의 환경조건(온도 또는 압력)중 하나를 변경하는 기능을 한다. 대부분의 기화기는 적절한 상태를 얻기 위하여 선구물질의 온도를 상승시킨다. 불행하게도, 온도를 너무 높게 상승시키면, 선구물질이 파손되어 저장부 및 처리챔버사이의 전달라인에 도금된다. 일례는 네델란드의 Bronkhurst에 의해 제조되고 선구물질 액체를 기화시키기 위하여 사용되는 CEM 기화기이다. 불행하게도, 이들 장치는 단지 Cupraselect®의 약 50-1500g만을 기화시킨다. 웨이퍼 제조응용에서, 기화율은 물마다 반복될 수 있어야 한다.
기화후에, Cupraselect®는 아르곤, 헬륨 또는 임의의 다른 불활성 가스와 같은 캐리어 가스와 함께 처리챔버내로 펌핑된다. 이러한 펑핑동작은 저장부, 전달시스템 및 처리챔버사이의 전달라인에서 안정된 구리 및 (hfac)을 적게 남기는 Cupraselect®으로부터 고농도의 TMVS를 뽑아내는 경향이 있다. 이러한 조건하에서, 부적절한 도금 또는 증착은 중요한 위치에서 발생할 수 있다. 예컨대, 도금은 기화기, 밸브, 처리챔버, 샤워헤드 구멍 등 근처에서 발생할 수 있다. 도금은 중요한 시스템 요소의 크기를 변화시켜서 챔버 및 결과적인 증착층의 성능을 감쇠시킨다. 부가적으로, 원하지 않는 도금은 증착공정동안 벗겨져서 처리된 웨이퍼가 손상되거나 또는 불안정하게 만들 수 있다. 그 다음에, 웨이퍼의 스루풋을 감소시키는 챔버를 교환하거나 또는 상기 챔버를 세정하기 위하여 유지 사이클이 처리챔버에서 수행되어야 한다.
반복가능한 증착조건을 제공하기 위하여, 전달 시스템의 임의의 지점에서 증착의 가능성을 최소화하고 처리챔버를 정화시키는 시간 및 비용을 줄이고 또한 증착 시스템내의 압력 기울기를 줄이기 위하여 가능한 처리챔버에 근접한 위치에서 선구물질 증기를 만드는 것이 바람직하다. 압력 기울기는 증기에 부분 힘이 작용할때(즉, 증기가 전달되는 용기 및 도관의 내부 표면을 따라) 발생한다. 낮은 압력은 기화기의 효율(즉, 스루풋)이 압력에 의하여 제한되기 때문에 기화기에서 바람직하다. 부가적으로, 선구물질을 전달하기 위하여 사용되는 성분은 필요한 경우에 저비용으로 시스템을 완전히 정화시키기 위하여 최소화되어야 한다.
부가적으로, 시스템내의 도금 또는 입자 형성 가능성을 줄이고 또한 증착율을 증가시키기 위하여 기판처리시스템내에서 선구물질을 효율적으로 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 집적회로 분야, 특히 증착처리시스템에서 처리 및 정화 재료를 유입시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 CVD 구리증착 시스템의 제 1 실시예에 대한 개략도.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취해진 증착 시스템의 가요성 도전라인의 단면도.
도 3은 증착시스템의 선구물질 전달시스템 부분을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 샤워헤드 및 새도우 플레이트의 상세도.
도 5는 샤워헤드 및 새도우 플레이트위에 있는 주입시스템을 통합한 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6a 및 도 6b는 기화기의 다른 실시예를 도시한 상세도.
도 7은 선구물질 전달시스템의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 증착 시스템을 동작시키는 제어시스템의 개략도.
종래의 기술과 관련된 단점은 선구물질 재료의 전달 및 기화를 효율적으로 수행하는 본 발명의 장치에 의하여 해결된다. 특히, 뚜껑을 가진 증착챔버 상기 뚜껑에 부착된 기화기를 포함하면서 화학기상증착을 수행하는 증착시스템이 제공된다. 더욱이, 하나 이상의 밸브는 챔버로의 선구물질 재료의 흐름을 제한하고 기화기에 부착된 선구물질 재료 전달시스템의 정화를 개선하기 위하여 뚜껑 및 기화기사이에 배치된다. 선구물질 전달시스템은 하나 이상의 전도라인을 가진다. 전도라인중 하나는 선구물질(액체) 도전라인을 파손 또는 분해하지 않고 챔버로부터 두껑 및 기화기를 분리할 수 있는 비틀림 탄력성을 가진 여러번 감긴 코일의 형태인 가요성 전도라인이다. 바람직하게, 가요성 전도라인은 1/8″ 스테인레스강 관(tubing)으로 제조된 대략 3인치 직경을 가진 30번 감긴 코일이다.
선택적으로, 가요성 전도라인은 테프론, 다른 테프론 또는 외장에 집어넣는 PFA 440-HP와 같은 삼투성 박막재료로 만들어진다. 외장은 전도라인 및 외장사이의 도전라인 및 공간에 있는 가스를 제거할 수 있도록 제 1단부에서 기화기에 접속되며 밸브를 통해 제 2단부에서 압력 제어유니트에 접속된다.
증착시스템은 기화기에 도달하기전에 전도라인을 통해 흐르는 선구물질 재료를 가열시키는 사전가열 모듈과 같은 부가적인 구조물, 챔버내의 샤워헤드위에 배치된 새도우 프레이트 및 챔버의 선구물질 재료 주입시스템을 포함할 수 있다. 상기와 같은 모든 구조물은 선구물질 재료의 기화 및 증착율을 개선시키며 챔버내에서 저압력 동작을 수행하도록 한다. 또한, 선구물질 재료가 파손되어 시스템(즉, 처리될 기판이외의 임의의 위치)내에 부적절하게 입자를 증착하거나 형성하는 문제점을 감소시킨다. 그러므로, 시스템 신뢰성 및 반복성이 개선된다.
이하에서는 도면을 참조로하여 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면에서 동일부재는 동일 참조부로를 따른다. 본 발명의 신규한 특징은 시스템을 복잡하게 만들지 않고 선구물질 재료(즉, 구리 CVD를 위한 Cupraselect®)를 제어된 방식으로 증착시스템에 전달하는 것이다. 이러한 특징은 시스템의 저동작 압력, 개선된 증착율 및 스루풋을 제공한다. 본 발명은 선구물질 전달라인 및 챔버의 내부상에의 입자의 형성을 방지한다. 개선된 전달시스템은 처리재료의 전달이 각 증착을 위하여 정확하게 반복되도록 전달라인으로부터 용이하게 제거될 수 있다. 비록 본 발명이 CVD에 의하여 성장된 구리 박막을 기초로하여 설명될지라도, 당업자는 본 발명이 임의의 박막 증착처리에 적용될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 이 증착공정에 있어서, 결과적인 막을 개선하고 시스템의 오염레벨을 감소시키기 위하여 처리재료의 제어 및 반복가능한 전달을 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 장치에 대한 제 1실시예는 도 1에 도시되어 있다. 특히, 증착시스템(90)은 증착챔버(100), 기화기(120), 선구물질 전달시스템(130) 및 제어시스템(140)을 포함한다. 사용될 수 있는 증착챔버의 일례는 어플라이드 머티어리얼스에 의해 제조되고 본 발명에 따라 구리 증착을 수행하기 위하여 변형된 모델 WxZ 챔버이다. 그러나, 이는 CVD의 기술분야에서 널리 알려진 다른 선구물질 및 첨가물의 사용을 배제하지 않는다.
챔버(100)는 측벽(102), 바닥(104) 및 두껑(106)에 의하여 한정된다. 두껑(106)은 다수의 구멍을 가진 샤워헤드(108)를 포함한다. 증착챔버(100)는 구리를 증착하는데 바람직한 반도체 웨이퍼와 같은 기판(116)을 지지하는 가열된 세셉터(112)를 더 포함한다. 서셉터(112)는 알루미늄과 같은 내구성 금속재료 또는 알루미늄 질화물 또는 붕소 질화물과 같은 세라믹으로 제조된다. 서셉터(112)는 히터 또는 히트 싱크로써 기능을 하며 물로(116)로 가열 또는 열을 발생시키는 추가 소자를 포함한다. 예컨대, 서셉터(112)는 전력 공급소스(도시안됨)에 접속된 하나 이상의 저항성 히터 코일(113)을 포함한다. 전력 공급소스는 기판 지지부(112)내에 열을 발생시키는 코일(113)을 통해 전류가 흐르도록 하며, 발생된 열은 웨이퍼(116)에 전도된다. 환상 플레이트(114)는 챔버벽(102)에 접해있으며 커버 링(118)을 지지한다. 구리는 기화된 선구물질이 이하에서 상세히 설명되는 가열된 웨이퍼를 포함할 때 CVD에 의하여 기판(116)상에 증착된다. 커버 링(118)은 기판(116)의 주변부 및 하부 챔버영역이 증착되는 것을 방지한다. 압력 제어유니트(142)(예컨대, 진공 펌프)는 챔버압력을 제어하기 위하여 밸브(138)(예컨대, 스로틀 밸브)를 통해 처리챔버(100)에 결합된다.
선구물질 전달시스템(130)의 일 실시예에서, 액체 Cupraselect®와 같은 선구물질 재료는 처리 재료 소스(150)중 하나로부터 하나 이상의 밸브(148)를 통해 고정된 전도라인(136)에 전달된다. 고정된 전도라인(136)은 가요성 전도라인(134)에 접속되며 이하에서 더 상세히 설명된다. 가요성 전도라인(134)은 기화기(120)에 접속되는 기화기 전도라인(132)에 접속된다. 전도라인(132, 134, 136)의 구조는 액체 선구물질 소스를 기화기 및 챔버에 간단하게 접속할 수 있다는 점에서 매우 실시가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 도전라인(132, 134, 136)은 1/8인치 직경의 스테인레스강(SST) 관의 연속적인 단일 길이이다. 가요성 전도라인(134)의 단면도는 도 2에 도시되어 있다. SST 관의 가요성 전도라인(134) 부분은 바람직하게 3인치 직경을 가진 대략 30번 감긴 코일이다. 결과적인 코일은 이하에서 더 상세히 설명되는 이유 때문에 비틀림 탄성을 유지한다. 비록 3인치 직경을 가진 30번 감긴 코일이 기술될지라도, 감긴수 또는 직경의 다른 결합이 적절한 코일 및 탄성을 얻기 위하여 사용될 수 있다.
도시되고 기술된 선구물질 전달시스템에서, 챔버(100)는 외부 소스로부터의 액체 전달라인을 파손 및 약하게하지 않고 용이하게 유지된다. 특히, 챔버(100)가 개방되고 두껑(106)이 그로부터 분리될 때, 가요성 전도라인(134)의 비틀림 탄성은 액체 전달라인(예컨대, 관)을 절단 및 손상시키지 않고 단일 유니트로써 챔버(100)로부터 두껑(106) 및 기화기(120)( 및 앞서 기술된 결합부재)를 힌지 결합할 수 있도록 한다. 즉, 가요성 전도라인(134)의 코일화는 관이 효율적으로 탄성 변형되도록 한다. 챔버(100)상의 설치가 완료될 때, 두껑(106)은 전달라인을 재접속 또는 재분리할 필요성 없이 챔버(100)에 힌지 결합된다. 또한, 전달라인은 전달라인 및 밸브내의 재료흐름에 영향을 미칠 수 있는 공중 오염물에 직접 노출될 수 있다.
선택적으로, 전도라인(132, 134, 136)은 Dupont에 의해 제조된 Teflon®, 다른 Teflon® 또는 Swagelock에 의해 제조된 PFA 440-HP와 같은 적절한 다른 삼투성 박막재료로 제조될 수 있다. 또한, 전도라인(132, 134, 136)은 가스제거기를 형성할 수 있다. 특히, 푸시 가스(즉 헬륨)의 확산 결과로써 거품이 액체 선구물질에 형성된다면, 도전라인(132, 134, 136)은 선택적인 박막으로써 동작할 수 있으며, 헬륨이 액체 흐름을 통해 확산되어 액체 흐름으로부터 제거되도록 한다.
도 3은 삼투성 재료로 제조된 전도라인(132, 134, 136)이 덮개 또는 외장(146)내에 포함되는 본 발명의 또 다른 실시예를 기술한다. 덮개는 기화기(120)에 의하여 제 1단부(302)에서 시일링되며, 압력 제어유니트(142) 또는 덮개(146) 및 전도라인(132, 134, 136)사이의 공간(306)을 펌핑하는 다른 유사한 장치에 의하여 제 2단부(304)에서 시일링된다. 이러한 방식에서, 공간(306)을 진공상태로 펑핑하면, 전도라인내의 임의의 거품이 삼투성 박막을 통해 그리로 시스템(130)으로부터 가스제거할 수 있도록 한다. 전도라인을 진공상태로 만드는 것은 액체 선구물질의 전달 반복성이 증가하기 때문에 매우 중요하다. 즉, 관에 의해 야기된 간헐적 또는 불안정한 흐름 대신에 전도라인에서 안정한 흐름이 유지된다. 부가적으로, 가스제거동안, 액체라인이 파손되지 않도록 한다. 이는 접속시 형성될 수 있는 입자의 형성을 감소시켜서 전달시스템(103)의 정화능력을 강화시킨다. 소자의 감소 는 신뢰성을 유지하면서 제조비용을 감소시킬 수 있다.
선구물질 전달시스템(130)에 대한 다른 중요한 사항은 선구물질 재료를 미리 가열하는 능력을 포함한다는 것이며, 이는 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 선구물질을 사전가열하면 기화기(120)에서의 기화가 신속하게 이루어지기 때문에 바람직하다. 이러한 조건은 선구물질 전달시스템(130)내에 배치된 사전가열 모듈(700)에 의해 달성된다. 특히, 사전가열 모듈은 하나 이상의 전도라인(132, 134, 136)과 연통하는 가열수단(704)(즉, 코일)을 가진다. 가열수단은 전력 공급소스(702)에 접속된다. 전력 공급소스(702)는 실온(20℃) 이상 그러나 기화기 온도(대략 60-65℃) 이하의 온도로 전도라인(132, 134 또는 136)의 선구물질 재료의 온도를 상승시킬 수 있는 임의의 전력을 AC 또는 DC로 출력할 수 있다. 사전가열 온도가 대략 40℃인 바람직한 실시예에서, 선구물질 재료는 기화기(120)에 입력되기 전에 기화점에 근접하게 화학적으로 안정하게 여기된다. 또한, 선구물질의 분해 및 도금은 선구물질 전달 시스템(130)에서 발생하지 않을 수 있으며 기화기(120)에 입력시 신속하게 기화된다.
도 1를 다시 참조하면, 시스템(90)은 기화기(120) 및 두껑(106)사이에 위치한 밸브(122)를 더 포함한다. 특히, 밸브(122)는 기화기(120)로부터 챔버(100)로의 기화된 선구물질 및 캐리어 재료의 흐름을 제어하기 위한 고전도성 게이트 밸브이다. 즉, 전달시스템(130)을 통해 전달된 액체 선구물질은 기화기(120)에 입력되어 기화된다. 적절한 기화기의 예는 "화학기상증착 기화기"이라는 명칭으로 Frank chang, Charles Dornfest, Xiaoliang Jin, Lee Luo에 의해 고안된 공동양도된 특허출원에 개시되어 있다. 기화된 선구물질 및 캐리어 가스는 밸브(122)를 통해 샤워헤드(108)로 흐른다. 기화기(120) 및 밸브(122)를 챔버에 근접 배치하면, 발생된 증기가 분산전에 매우 먼거리를 이동하여 챔버로 유입될 필요가 없기 때문에 유리하다. 또한, 전달라인이 도금되거나 막히는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 기화기(120)를 챔버(100)에 매우 근접하게 배치시키면, 증착공정에 영향을 미치는 압력 기울기의 가능성이 매우 감소한다. 예컨대, 만일 증착 시스템(80)이 1.5torr의 압력에서 동작한다면, 압력의 0.5torr 강하는 증착된 막의 특성을 충분히 감소시킬 수 있기 때문에 중요하다. 부가적으로, 밸브(122)의 근접 배치는 챔버로부터 밸브와 연관된 시간지체없이 챔버(100)내에 증착재료를 폐쇄함으로써 웨이퍼를 고속으로 처리할 수 있도록 한다. 증착공정의 부산물은 전달시스템의 초과 용량대신에 챔버로부터 펌핑될 수 있다. 웨이퍼 전달동안 챔버부재에 이질적인 증착과 인접 챔버에 교차 오염물을 거의 야기하지 않는 챔버에 처리재료가 과도하게 운반되지 않는다. 밸브(122)의 고전도성 특징은 전도라인(132, 134, 136) 뿐만아니라 챔버(100)가 빠르게 펑핑 또는 정화될 수 있도록 한다. 선택적으로, 고전도성 게이트 밸브는 동일한 결과를 달성하기 위하여 고전도성 절연밸브로 대체될 수 있다. 게다가, 개별 절연밸브(128)는 전달시스템(130)을 고속으로 정화시키기 위하여 기화기(12) 및 밸브(122)사이에 배치된다.
샤워헤드(108)는 주증착 시스템(90)의 다른 신규한 특징을 더 포함한다. 특히, 샤워헤드(108)는 기화된 선구물질 및 캐리어 재료에 대한 분배 플레이트 뿐만아니라 초과 처리재료를 포착하고 재기화하는 2차 "가열 플레이트"로써 사용되도록 제조된다. 샤워헤드(108)는 샤워헤드(108)의 두껑 표면(416) 및 샤워헤드(108)위에 배치된 새도우 플레이트(124)상에 형성된 다수의 오목한 세그먼트(126)에 의하여 상기의 기능을 수행한다. 도 4는 샤워헤드(108)의 상세도이며 증기 및 불완전하게 기화된 액체의 흐름이 도시되어 있다. 특히, 완전하게 기화된 처리재료(402)의 흐름은 기화기(120) 및 밸브(122)(도 1 참조)로부터 챔버(100)로 행해진다. 흐름(402)은 새도우 플레이트(124)에 제공된 다수의 구멍(144)을 통해 그리고 샤워헤드(108)에 제공된 다수의 구멍(110)을 통해 계속된다. 새도우 플레이트 구멍(144)은 액체 선구물질 오염을 감소시키기 위하여 샤워헤드 구멍(110)으로부터 편위된다. 특히, 불안전하게 기화된 (액체) 재료의 제 1흐름(404)은 기화기(120) 및 밸브(122)를 통해 행해지며 샤워헤드(108)의 상부의 오목부분(126)중 하나에 의하여 포착된다. 샤워헤드(108) 및 새도우 플레이트(124)는 액체 선구물질 재료(즉, Cupraselect®)의 기화에 적합한 온도인 대략 65℃로 가열된다. 가열은 원격적으로 가열된 유체와 유체를 교환하여 챔버부재를 가열하는(그러나, 이에 제한되지 않음) 임의의 공지된 수단, 샤워헤드(108)내에 또는 샤워헤드(108)상에 포함된 저항성 가열 엘리먼트(414) 및/또는 챔버(100) 등내에에 배치된 새도우 플레이트(124) 가열램프(도시안됨)에 의하여 달성된다. 또한, 액체 재료는 기화되며, 샤워헤드(108)의 다수의 구멍(110)중 하나를 통해 경로(406)를 따라 흐른다. 불완전하게 기화된 재료의 흐름은 새도우 플레이트(124)상에서 기화되며(412), 경로(410)를 따라, 기화된 흐름으로써 계속된다. 이론적으로, 새선된 샤워헤드(108) 및 새도우 플레이트는 액체를 포착하여 2차적으로 기화함으로써 액체재료가 웨이퍼 표면으로 흐르는 것을 막는다.
도 5는 주입 시스템(502)이 기화된 처리재료의 분산을 용이하게 하기 위하여 챔버내에 통합되는 증착 시스템(90)의 다른 실시예를 도시한다. 특히, 이러한 다른 실시예에서는 하나 이상의 액체 처리재료 소스(150)에 접속된 두껑(106) 아래에 배치된 다수의 주입기(504)가 사용된다. 새도우 플레이트(124)는 가열되며, 따라서 기화기내에서 열플레이트와 같은 개별 열표면에 대한 필요성을 대신한다. 또한, 기화된 처리재료의 균일한 분산 패턴은 샤워헤드(108)위에서 형성된다. 게다가, 주입 시스템(502)의 장점은 선구물질 재료의 흐름율 및 기화율을 증대시킬 수 있다는 점이다.
본 발명의 또 다른 특징은 도 6a 및 도 6b에 더 상세히 도시되는 개선된 기화기(120)를 제공한다. 특히, 기화기(120)는 원자화된 액체 선구물질에 열에너지를 제공하는(전력 소스에의 접속을 통해) 열플레이트(602)를 포함한다. 원자화된 액체 선구물질은 전도라인(132)(도 1 참조)에 접속되는 노즐(603)로부터 기화기(120)에 입력된다. 열 플레이트(602)는 오목하며, 열플레이트가 기능을 수행하도록 전기 및 물리적인 접속부를 포함하는 베이스(604)에 의하여 지지된다. 이들 정밀 엘리먼트는 본 발명의 범위 밖에서 고려된다. 공통으로 할당된 전형적인 기화기는 실시예에서 논의된 개선점을 통합한다. 액체 선구물질 재료가 열플레이트(602)에 충돌할 때, 대부분의 재료는 기화된다. 그러나, 작은 물방울은 이용가능한 순시 열에너지가 적정 상태 변화를 달성하기에 불충분한 경우에 열플레이트(602)상에서 유지될 수 있다. 즉, 선구물질이 기화될 때, 열플레이트의 열 에너지는 선구물질의 운동 에너지로 변환되어 추가 기화를 위한 열 에너지를 감소시킨다.
기화를 개선하기 위하여, 액체의 표면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 표면적을 증가시키는 한 수단은 열플레이트(602)를 진동시키는 것이다. 특히, 열플레이트는 처리환경으로부터 격리되는 진동기(605)에 부착된다. 진동기(605)는 열플레이트(602) 아래에 축장착 다이어그램(606)으로 제조된다. 다이어그램(606)의 축 부분(608)은 코일(612)에 의하여 둘러싸인다. 코일(612)은 AC 전력 소스(610)에 접속된다. AC 전력 소스(610)는 베이스(604)내에 포함될 수 있거나 또는 원격적으로 배치된다. 게다가, 전력 소스(610)는 고주파수 범위, 바람직하게 약 200Hz-6KHz 주파수 범위사이에서 동작한다. 고주파수 엘리먼트(618)는 다이어그램(606)을 열플레이트(602)에 결합한다. 지지 링(616)은 베이스위에 열플레이트(602)를 구부릴 수 있게 유지한다. 또한, 다이어그램(606) 및 열플레이트(602)는 화살표(612)에 의해 표시된 바와같이 수직방향으로 빠르게 발진한다. 이러한 수직 운동은 작은 물방울의 이동성을 증가시키며 기화를 위한 이용가능한 표면적을 증가시킨다.
Cupraselect®의 CVD를 수행하기 위한 개선된 방법은 본 발명의 일부분으로써 기술된다. 특히, 열플레이트(602)를 과도하게 가열하면, 선구물질 재료의 기화를 상당히 증가시킬 수 있다. 즉, 선구물질 재료는 원격 소스로부터 기화기(120)에 입력된다. 열플레이트는 과도하게 가열된다(선구물질의 분해온도보다 적어도 50℃ 높은 온도로 가열된다). 바람직한 실시예에서, 열플레이트 온도는 대략 70-210℃의 범위내에 있다(Cupraselect®의 분해온도는 대략 60-65℃이다). 선구물질 재료에 가해진 결과적인 열 에너지는 선구물질 재료를 기화시키며, 이는 챔버(100)의 액화 또는 작은 물방울 형성의 가능성을 감소시킨다. 선구물질 재료의 일부 도금 또는 증착은 열플레이트 또는 기화기(120)의 내부면상에서 발생할 수 있으며, 기화기(120)는 제조공정 가동 휴지시간에 제공하지 못하는 유용한 부재이다.
전술한 장치 및 방법은 처리기 기본 제어 시스템(140)(도 1)에 의해 제어되는 시스템에서 수행될 수 있다. 도 8은 도 1에 도시되어 있으며 제어시스템(140)을 가진 증착 시스템(90)의 블록도를 도시한다. 제어 시스템(140)은 처리기 유니트(802), 메모리(804), 대용량 저장장치(806), 입력 제어 유니트(808) 및 디스플레이 유니트(810)를 포함하며, 이들은 제어 시스템 버스(810)에 모두 접속된다.
처리기 유니트(802)는 본 발명의 구리 CVD를 실행하는 프로그램과 같은 프로그램을 실행할 때 사용하는 특수목적 컴퓨터인 범용 컴퓨터를 형성한다. 비록 본 발명이 소프트웨어 및 범용 컴퓨터로 실행되는 것으로 기술될 지라도, 당업자는 본 발명이 애플리케이션 특정 집적회로(ASIC) 또는 다른 하드웨어 회로와 같은 하드웨어를 사용하여 동작될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 본 발명은 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들 둘다에서 전체적으로 또는 부분적으로 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
처리기 유니트(802)는 메모리에 저장된 명령을 실행할 수 있는 다른 엔진 또는 마이크로프로세서중 하나이다. 메모리(804)는 하드 디스크 드라이브, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독전용 메모리(ROM), RAM 또는 ROM의 결합 또는 다른 처리기 판독가능 저장매체로 구성될 수 있다. 메모리(804)는 처리기 유니트(802)가 증착 시스템(90)을 수행하도록 하는 명령을 포함한다. 메모리(804)에 저장된 명령은 프로그램 코드의 형태를 가진다. 프로그램 코드는 다수의 다른 프로그래밍 언어중 어느 하나를 따를 수 있다. 예컨대, 프로그램 코드는 C+, C++, 베이직, 파스칼 또는 다수의 다른 언어로 기록될 수 있다.
대용량 저장장치(806)는 데이터 및 명령을 저장하며 자기 디스크 또는 자기 테이프와 같은 처리기 판독가능 저장매체로부터 데이터 및 프로그램 코드 명령을 검색한다. 예컨대, 대용량 저장장치(806)는 처리기 유니트(802)로부터 수신되는 명령에 응답하여 명령을 저장 및 검색한다. 대용량 저장장치(806)에 의해 저장 및 검색되는 데이터 및 프로그램 코드 명령은 증착 시스템(90)을 동작시키기 위한 처리기 유니트(802)에 의해 사용된다. 데이터 및 프로그램 코드 명령은 매체로부터 대용량 저장장치(806)에 의해 우선 검색되며, 그 다음에 처리기 유니트(802)에 의하여 메모리(804)에 전달된다.
디스플레이 유니트(810)는 처리기 유니트(802)의 제어하에서 그래픽 디스플레이 및 영숫자 문자의 형태로 챔버 오퍼레이터에 정보를 제공한다. 입력 제어유니트(808)는 챔버 오퍼레이터의 입력의 수신을 제공하기 위하여 키보드, 마우스 또는 라이트 펜과 같은 데이터 입력장치를 처리 유니트(802)에 접속한다.
제어 시스템 버스(812)는 제어 시스템 버스(812)에 접속되는 모든 장치사이에서 데이터 및 제어 신호를 전송하기 위하여 제공된다. 비록 제어 시스템 버스가 처리기 유니트(802)에 장치를 직접 접속하는 단일 버스로써 디스플레이될지라도, 제어 시스템 버스(812)는 버스의 집합일 수 있다. 예컨대, 디스플레이 유니트(810), 입력 제어 유니트(808) 및 대용량 저장장치(806)는 입력-출력 주변버스에 접속될 수 있으며, 처리기 유니트(802) 및 메모리(804)는 로컬 처리기 버스에 접속된다. 로컬 처리기 버스 및 입력-출력 주변 버스는 제어 시스템 버스(812)를 형성하기 위하여 함께 접속된다.
제어 시스템(140)은 본 발명에 따라 구리 CVD에 사용되는 증착 시스템(90)의 엘리먼트에 접속된다. 각각의 이들 엘리먼트는 제어 시스템(140) 및 엘리먼트사이의 통신을 용이하게 하기 위하여 제어시스템 버스(812)에 접속된다. 이들 엘리먼트는, 다수의 밸브(814)(도 1의 밸브(122, 148)와 같은), 가열 엘리먼트(113), 압력 제어유니트(142), 신호 소스(138), 기화기(120), 및 선택 혼합기 블록(816)(도 1에는 도시되어 있지 않으나 전달시스템(130) 또는 챔버(100)중 하나에 접속될 수 있음)을 포함한다. 제어 시스템(140)은 챔버 엘리먼트가 본 발명의 장치에서 구리층을 형성하는 동작을 수행하도록, 챔버 엘리먼트에 신호를 제공한다.
동작중에, 처리 유니트(802)는 메모리(804)로부터 검색을 수행하는 프로그램 코드 명령에 응답하여 챔버 엘리먼트의 동작을 제어한다. 예컨대, 일단 물이 처리챔버(100)내에 유입되면, 처리 유니트(802)는 메모리(804)로부터 검색되고 가열 엘리먼트 및 선구물질 및 캐리어 재료의 적정 흐름율을 발생시키는 제어 밸브(814)를 동작시키는 명령을 실행하며, CVD 등을 위하여 서셉터를 제위치로 이동시킨다. 이들 명령의 실행은 기판상에 재료층을 증착시키기 위하여 동작되는 증착 시스템(90)의 엘리먼트에서 이루어진다.
앞서 기술된 신규한 증착시스템은 챔버내에서 선구물질을 완전하고 균일하게 기화 및 분산시키는 방식으로 개선된 CVD 동작을 제공한다. 부가적으로, 증착 시스템의 다양한 특징은 잠재적으로 챔버내에 입자를 만드는 막힘 또는 부적절한 초과 도금의 가능성을 감소시키며, 및/또는 시스템 부재의 초기 결함 또는 과도한 보존을 감소시킨다. 선구물질 재료의 기화율을 개선하여 재료의 증착율을 개선할 수 있는 낮은 동작압력에 대한 개선점이 제공된다.
전술한 설명이 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것일지라도, 본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있으며 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 화학기상증착을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    두껑을 가진 증착 챔버와;
    상기 뚜껑에 부착된 기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 뚜껑 및 상기 기화기사이에 배치된 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기화기 및 하나 이상의 처리 재료 소스사이에 접속된 선구물질 전달 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 선구물질 전달 시스템은 가요성 전도라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 가요성 전도라인은 여러번 감긴 코일의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 가요성 전도라인은 대략 3인치의 직경을 가진 30번 감긴 코일인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 가요성 전도라인은 스테인레스 강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 가요성 전도라인은 삼투성 박막 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가요성 전도라인은 외장에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 외장은 제 1 단부에서 상기 기화기에 접속되며, 밸브를 통해 제 2단부에서 압력제어 유니트에 접속되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 삼투성 박막 재료는 테프론, 다른 테프론 및 PFA 440-HP로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 3항에 있어서, 상기 가요성 전도라인에 접속된 하나 이상의 전도라인과 도전라인중 적어도 하나에 부착된 사전가열 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 사전가열 모듈은 상기 전도라인을 통해 흐르는 선구물질 재료를 대략 40℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 증착 챔버는 샤워헤드 및 상기 샤워헤드위에 배치된 새도우 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 샤워헤드의 다수의 구멍 및 상기 새도우 플레이트의 다수의 구멍을 더 포함하며, 상기 샤워헤드 구멍은 새도우 플레이트 구멍으로부터 편위되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 샤워헤드는 상부표면, 및 상기 상부표면상의 다수의 오목 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 화학기상증착을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    두껑을 가진 증착 챔버와;
    상기 두껑아래에 배치된 주입 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 증착챔버내에 새도우 플레이트 및 샤워헤드를 더 포함하며, 상기 주입 시스템은 상기 새도우 플레이트 및 상기 샤워헤드위에 배치된 다수의 주입 헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 화학기상증착(CVD)을 수행하기 위한 증착시스템에 있어서,
    두껑을 가진 증착챔버와;
    상기 두껑에 부착된 고전도성 밸브와;
    상기 고전도성 밸브에 부착된 기화기와;
    적어도 하나의 전도라인을 가지고 상기 기화기에 부착된 선구물질 전달시스템을 포함하며, 상기 증착챔버는 오목 부분을 가진 상부표면을 구비한 샤워헤드 및 상기 새도우 플레이트위에 배치된 새도우 플레이트를 포함하며, 상기 선구물질 전달 시스템은 스테인레스 강 코일로 구성된 가요성 전도라인 및 상기 전도라인중 하나와 연통하는 사전가열 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 선구물질 전달시스템은 삼투성 박막 재료 전도라인을 둘러싸는 외장을 더 포함하며, 상기 외장은 제 1단부에서 상기 기화기에 접속되며 제 2단부에서 상기 전도라인 및 상기 외장사이의 공간에 있는 가스를 제거하는 압력조절유니트에 접속되는 것을 특징으로 하는 장치.
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