KR200480896Y1 - 열전달 유체에 의한 ｔｅｏｓ 적용을 위한 정밀 온도 제어 - Google Patents

열전달 유체에 의한 ｔｅｏｓ 적용을 위한 정밀 온도 제어 Download PDF

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Abstract

본 고안의 실시예들은 일반적으로 기판간 변화를 제거하고 따라서 개선된 프로세스 균일도를 제공하기 위해 온도를 유지하고 전구체들, 세척제 또는 그 혼합물의 혼합 효과를 개선하는 장점을 갖는, 전구체들 및/또는 세척제를 혼합하기 위한 혼합 블럭을 제공한다.

Description

열전달 유체에 의한 ＴＥＯＳ 적용을 위한 정밀 온도 제어{PRECISE TEMPERATURE CONTROL FOR TEOS APPLICATION BY HEAT TRANSFER FLUID}
본 고안은 CVD 프로세스를 위한 혼합 블럭(block)에 관한 것이다.
집적 회로들의 제조에 있어서, 액정 디스플레이들, 플랫(flat) 패널들 및 다른 전자 디바이스들, 복수의 물질층들은 기판들상에 증착되고 그리고 기판들로부터 에칭된다. 기판을 진공 환경으로 유지하기 위해, 상기 디바이스들을 제조하기 위한 프로세싱 시스템들은 전형적으로 중앙 전달 챔버에 연결되는 여러개의 진공 프로세싱 챔버들을 포함한다. 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 에칭, 및 어닐링(annealing)과 같은 여러가지 순차적인 프로세싱 단계들이 상기 진공 프로세싱 챔버들에서 각각 실행될 수 있다.
일부 PECVD 시스템들에 있어서, 실리콘 함유 물질들을 증착하기 위해 TEOS(테트라에톡시실란) 전구체들이 사용된다. 일부 시스템들에 있어서, TEOS 전구체들 및 세척제들은 공통의 공급 도관을 통해 이동한다. 세척 가스들에 의한 반응 활동으로 인한 도관 내의 온도 상승은 TEOS 전구체의 전달에 바람직한 범위를 넘어서 도관을 가열할 수 있다. 따라서, 바람직한 범위 내의 안정된 상태의 온도로 공통의 도관이 냉각되기 전에 세척 후에 프로세스 드리프트(drift)가 발생할 수 있다. 더구나, 도관 내에 배치된 정적인 혼합 요소들은 도관 벽들과의 빈약한 접촉으로 인해 서서히 냉각되며, 따라서 TEOS 증착에 바람직한 안정한 상태의 온도로 도관을 냉각하는데 요구되는 시간을 추가로 증가시킨다.
따라서, 혼합 블럭의 온도를 유지하기 위한 장치 및 방법이 요망되고 있다.
본 고안의 일 양상에 있어서, 전구체들 및/또는 세척제를 혼합하기 위한 혼합 블럭이 제공된다.
일 실시예에서, 본 고안의 혼합 블럭은 단일의 덩어리(mass)의 물질로부터 형성되며, 그리고 일체형 혼합 구조물, 2개의 전구체 전달 포트들, 공통의 출구 포트 및 적어도 하나의 통로를 포함한다. 일체형 혼합 구조물은 제1챔버 및 제2챔버를 갖는다. 제1챔버 및 제2챔버는 혼합 구조물에 의해 분리되며, 상기 혼합 구조물은 혼합 블럭의 단일형 부품이다. 적어도 하나의 미리 결정된 유체를 각각 전달하기 위해, 2개의 전구체 전달 포트들이 제1챔버에 연결된다. 공통의 출구 포트는 제2챔버에 연결된다. 또한, 혼합 블럭을 통해 냉각 유체를 흐르게 하기 위해, 통로가 혼합 블럭에 형성된다. 일부 실시예들에 있어서, 제1챔버 및 제2챔버는 혼합 블럭에 형성되고 그리고 혼합 구조물에 의해 분리되는 동심의 보어(bore)들일 수 있으며, 여기서 상기 혼합 구조물은 제1챔버로부터 제2챔버로 유체가 이동할 때 난류 흐름(turbulent flow)을 생성하는 오프셋(offset) 개구를 갖는 물질의 웹(web)일 수 있다. 2개의 전구체 전달 포트들은 TEOS를 전달하기 위한 TEOS 전달 포트일 수 있고 그리고 산소 및/또는 NF3(3불화질소) 또는 다른 세척제들을 전달하기 위한 산소 전달 포트일 수 있으며, 여기서 상기 TEOS 전달 포트와 산소 전달 포트는 제1챔버 내의 난류 혼합을 촉진하기 위해 오프셋된다.
본 고안의 다른 실시예는 일반적으로 이미 서술한 혼합 블럭, 팬(fan), 및 히터를 포함하는 CVD 시스템을 제공한다. 팬은 혼합 블럭의 외부상에 공기를 취입(blow)하도록 위치된다. 혼합 블럭을 가열하기 위해, 혼합 블럭의 둘레로 히터가 둘러싸인다.
종래 기술과 비교 시, 본 고안은 단일의 덩어리의 물질에 의해 형성되는 혼합 블럭을 제공한다. 혼합 블럭은 제1챔버 및 제2챔버를 갖는 일체형 혼합 구조물을 포함한다. 제1챔버 및 제2챔버는 혼합 요소에 의해 분리되며 상기 혼합 요소는 혼합 블럭의 단일형 부품이다. 또한, 혼합 블럭을 통해 냉각 유체를 흐르게 하기 위해, 적어도 하나의 통로가 혼합 블럭에 형성된다. 따라서, 본 고안의 혼합 블럭은 필요에 따라 혼합 블럭을 가열 또는 냉각함으로써 전구체 전달 및 세척 둘 다 동안 혼합 블럭의 온도를 미리 결정된 범위 내로 유지하기에 적합하다.
본 고안의 목적은 하기의 형상들 및 도면들에 도시된 바람직한 실시예의 하기의 상세한 서술을 읽은 후 본 기술분야의 당업자들에게 의심할 바 없이 명확하게 될 것이다.
본 고안의 상기 지칭된 특징들이 달성되고 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에 간략히 요약된 본 고안의 더욱 구체적인 서술은 첨부된 도면들에서 도시된 본 고안의 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다.
도1은 여기에 서술된 혼합 블럭의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 도1의 선A-A를 따른 횡단면도이다.
도3은 도1의 선B-B를 따른 횡단면도이다.
도4는 여기에 서술된 CVD 시스템의 일 실시예의 기능적인 블럭도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에서 공통적인 동일한 요소들을 나타내기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 예상된다.
그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 고안의 예시적인 실시예들을 도시하며 따라서 본 고안은 동일하게 효과적인 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것에 주의한다.
기판간(substrate to substrate) 변화를 제거하고 따라서 개선된 프로세스 균일도(uniformity)를 제공하기 위해, 본 고안의 실시예들은 일반적으로 전구체들, 세척제 또는 그 혼합물의 혼합 효과를 개선하고 온도를 유지하는 장점을 갖는, 전구체들 및/또는 세척제를 혼합하기 위한 혼합 블럭을 제공한다.
본 고안은 CVD 시스템, 예를 들어 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼즈, 인코포레이티드의 분할회사(division)인 AKT로부터 입수할 수 있는 PECVD 시스템을 참조하여 아래에 예시적으로 서술된다. 그러나, 본 고안은 물리적 기상 증착 시스템들, 이온 임플란트 시스템들, 에칭 시스템들, 화학적 기상 증착 시스템들과 같은 다른 시스템 구성들에서 유용성(utility)을 가지며, 그리고 전구체들의 온도를 유지시킬 수 있는 혼합 블럭을 요구하는 임의의 다른 시스템들이 유익함을 인식해야 한다.
서술의 명확함과 용이함을 위해, 도1 내지 도4를 참조하여 본 고안의 일 실시예의 작동 시퀀스가 아래에 서술된다.
도1은 여기에 서술되는 혼합 블럭의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 고안의 혼합 블럭(1)은 일체형 혼합 구조물(16), 2개의 전구체 전달 포트들(12), 공통의 출구 포트(14) 및 적어도 하나의 통로(168)를 포함한다. 출구 포트(14)에서 혼합 블럭(1)을 빠져나오는 혼합물을 형성하기 위해, 혼합 블럭(1)의 일체형 혼합 구조물(16)은 전구체 전달 포트들(12)로부터 입력된 전구체들 및/또는 세척제들을 혼합하는데 사용된다. 일반적으로, 혼합 블럭(1)은 낮은 제조경비 및 높은 열전도율로 인해 물질, 예를 들어 알루미늄 또는 스틸과 같은 금속의 단일형 블럭으로부터 제조될 수 있는 본체(10)를 갖는다. 폴리머들 및 세라믹들과 같은 다른 물질들이 대안적으로 사용될 수 있다.
도2는 도1의 선A-A를 따른 횡단면도이다. 도3은 도1의 선B-B를 따른 횡단면도이다. 도2 및 도3 둘 다를 참조하면, 일체형 혼합 구조물(16)은 전구체 전달 포트들(12)로부터 입력된 전구체들 또는 세척제를 혼합하기 위한 것이다. 일체형 혼합 구조물(16)은 제1챔버(162) 및 제2챔버(164)를 갖는다. 제1챔버(162) 및 제2챔버(164)는 본체(10)(예를 들어, 그 일부)와 일체인 혼합 요소(166)에 의해 분리된다.
제1챔버(162)는 전구체 전달 포트들(12)로부터 혼합 요소(166)에 이르는 체적으로서 정의(define)된다. 제2챔버(164)는 공통의 출구 포트(14)로부터 혼합 요소(166)에 이르는 체적으로서 정의된다. 공통의 출구 포트(14)는 혼합된 전구체들이 제2챔버(164)를 빠져나가게 한다.
도시된 실시예에 있어서, 제1챔버(162) 및 제2챔버(164)는 혼합 블럭(1)의 본체(10)의 동심의 보어들(169)에 의해 형성되며 또한 혼합 블럭(1)의 혼합 요소(166)에 의해 분리될 수 있다(그러나, 이것으로 한정되지 않음). 혼합 요소(166)는 동심의 보어들(169)의 가장자리(periphery)로부터, 예를 들어 물질의 웹으로부터 형성 및 연장되는 구조물이다. 전구체들 및/또는 세척제의 혼합 효과를 개선하기 위해, 전구체들 및/또는 세척제의 혼합물이 제1챔버(162)로부터 제2챔버(164)로 이동하는 동안, 혼합 요소(166)는 난류 흐름을 생성하기 위한 개구(1662)를 갖는다.
혼합 요소(166)는 혼합 블럭(1)의 본체(10)의 단일형 부품이며, 따라서 양호한 온도 제어에 기여하도록 혼합 블럭(1)과 더불어 용이하게 가열 및 냉각된다. 일 실시예에서, 혼합 요소(166)의 개구(1662)는 난류 흐름을 촉진하기 위하여 제1챔버(162)의 중심선으로부터 오프셋될 수 있다. 전구체들 또는 세척제의 혼합물이 제1챔버(162)로부터 제2챔버(164)로 흐를 때, 전구체들 및/또는 세척제의 양호한 혼합이 실현된다.
TEOS, 산소, NF3 또는 이들의 유체에 의해 형성된 혼합물과 같은 전구체들 또는 세척제를 제1챔버(162)로부터 제2챔버(164)로 흐르게 하기 위해, 개구(1662)는 혼합 요소(166)의 두 표면들을 통해 관통한다.
제1챔버(162) 내로 적어도 하나의 미리 결정된 유체를 각각 입력하기 위해, 전구체 전달 포트들(12)이 제1챔버(162)에 연결된다. 예를 들어, 2개의 전구체 전달 포트들(12)은 TEOS를 전달하기 위한 TEOS 전달 포트(12) 및 산소 및/또는 NF3 또는 다른 세척제들을 전달하기 위한 산소 전달 포트(12)일 수 있다. 제1챔버(162) 내의 난류 혼합을 촉진하기 위하여, 전구체 전달 포트들(12)이 오프셋될 수 있다. 제1챔버(162)에 진입하는 유체 스트림들(즉, 전구체들 또는 세척제)이 충돌하고 그리고 혼합을 촉진하도록 전구체 전달 포트들의 방향이 배치되는 것을 서술하기 위해, "오프셋"이라는 용어가 사용된다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 혼합 블럭의 본체(10)를 통해 냉각 유체를 흐르게 하기 위해 혼합 블럭(1)은 혼합 블럭에 형성되는 적어도 하나의 통로(168)를 포함한다. 냉각 유체를 입력하기 위해, 통로(168)는 혼합 블럭(1) 내에 배치되는 입구를 갖는다. 그 후, 냉각 유체는 혼합 블럭(1)의 본체(10)로부터 열을 흡수하기 위해 통로(168)를 따라 흐른다. 도시된 실시예에서, 냉각 유체의 흐름을 허용하기 위해 혼합 블럭(1)에 형성된 복수의 플러깅된(plugged) 통로 보어들을 수직으로 상호연결함으로써, 통로(168)가 형성된다.
도4는 여기에 서술되는 CVD 시스템의 일 실시예의 기능적인 블럭도이다. 도4를 참조하면, 본 고안의 실시예들은 혼합 블럭(1), 팬(4) 및 하나 또는 그 초과의 히터들(18)을 포함하는 CVD 시스템(9)을 기재하고 있다. 히터들(18)은 밴드(band) 또는 카트릿지 히터들 또는 다른 적절한 히터일 수 있다.
혼합 블럭(1)은 이미 서술한, 일체형 혼합 구조물(16), 2개의 전구체 전달 포트들(12), 공통의 출구 포트(14) 및 적어도 하나의 통로(168)를 포함한다.
전구체 전달 포트들(12)은 혼합 블럭(1) 내로 TEOS를 전달하기 위한 TEOS 전달 포트(12) 및 산소 및/또는 NF3 또는 다른 세척제들을 전달하기 위한 산소 전달 포트(12)일 수 있다. 산소 전달 포트(12)는 혼합 블럭(1)에 세척제 또는 산소 가스 중 어느 하나를 선택적으로 제공하는 가스 패널과 원격 플라즈마 소스(2)에 연결되며, 그 혼합 블럭(1)을 통해서 산소 또는 다른 프로세스 가스들 및/또는 NF3 또는 다른 세척제들이 전달될 수 있다. 원격 플라즈마 소스(2)는 세척 동안 혼합 블럭(1)에 진입하기 전에 NF3 또는 다른 세척제들을 해리(disassociate)하도록 에너자이즈드(energized)된다. 혼합 블럭(1)에 TEOS를 전달하기 위해, TEOS 전달 포트(12)가 TEOS 소스(3)에 연결된다.
혼합 블럭(1)의 일체형 혼합 구조물(16)은 혼합물을 형성하기 위해 전구체 전달 포트들(12)로부터 제공된 전구체들을 혼합하기 위한 것이다. 그 후, 상기 혼합물은 공통의 출구 포트(14)를 통해 프로세싱 챔버(6)로 공급된다. 또한, RF 피드스루(feedthrough)(5)는 프로세싱 챔버(6)에 혼합 블럭(1)을 연결하며, 거기에서 상기 혼합물이 RF 핫(hot) 샤워헤드를 통해 프로세싱 챔버(6) 내로 전달된다. 프로세싱 챔버(6)는 CVD 프로세스를 사용하여 그 내부에 배치되는 기판을 프로세싱하기 위한, 예를 들어 실리콘의 층을 증착하기 위한 챔버이다.
또한, 전구체들은 혼합 블럭(1)의 일체형 혼합 구조물(16) 내에서 혼합된다. 전구체들의 혼합물은 일반적으로 약 100 내지 130℃ 와 같은 약 85 내지 160℃ 로 유지된다. 이것은 전구체의 전달 동안에 히터(18)를 사용하여 혼합 블럭(1)을 가열함으로써 달성된다. 또한, 혼합 블럭(1)의 표면상에 히터들(18)을 배치하거나 또는 전구체 전달 포트들 또는 공통의 출구 포트(14)에 연결되는 파이프들을 배치함으로써, 전구체는 혼합 블럭(1)에 진입하기 전에 또는 혼합 블럭(1)으로부터 출력된 후 가열될 수 있다. 혼합 블럭(1)을 통한 전구체들의 전달 동안, 본체(10)는 냉각되지 않는다[즉, 통로(168)를 통해 냉각제가 제공되지 않는다]. 대안적으로, 통로(168)를 통해 고온 유체를 흘림으로써 본체(10)가 가열될 수도 있다.
세척 동안, 세척제에 의해 발생된 열을 제거하기 위해 통로(168)를 통해 냉각제를 흘림으로써 본체(10)가 냉각될 동안, 필요하다면 히터들(18)이 꺼진다. 본체(10)를 냉각하는 것을 추가로 돕기 위해, 혼합 블럭(1)의 외부상에 공기를 불어 넣도록 하기 위해 팬(4)이 사용될 수 있다. 세척 동안 냉각 및/또는 가열의 양은, 전구체 전달 동안에 사용된 온도 범위 내로 본체(10)를 유지하도록 선택된다. 따라서, 세척이 완료될 때, 혼합 블럭을 빠져나오는 전구체의 온도는 세척 직전에 전달된 전구체의 온도와 실질적으로 동일하며, 따라서 기판간 프로세스 편차들을 최소화시킨다.
종래 기술과 비교 시, 본 고안은 단일의 덩어리의 물질에 의해 형성되는 혼합 블럭(1)을 제공한다. 혼합 블럭(1)은 제1챔버(162) 및 제2챔버(164)를 갖는 일체형 혼합 구조물(16)을 포함한다. 제1챔버(162)와 제2챔버(164)는 혼합 요소에 의해 분리되며, 상기 혼합 요소는 혼합 블럭의 단일형 부품이다. 또한, 혼합 블럭(1)을 통해 냉각 유체를 흐르게 하기 위해, 적어도 하나의 통로(168)가 혼합 블럭에 형성된다. 따라서, 본 고안의 혼합 블럭(1)은 각각 가열 및 냉각될 필요가 있는 전구체 전달 및 세척 둘 다 동안에 혼합 블럭(1)의 일정한 온도를 유지할 수 있다. 또한, 본 고안의 혼합 블럭(1)은 입력된 전구체들의 혼합 효과를 개선할 수 있다.
위의 예 및 설명에 의해, 본 고안의 실시예들의 특징들 및 사상들이 서술되었다. 본 기술분야의 당업자들은 본 고안의 교시를 유지하면서 디바이스의 많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 용이하게 관찰할 것이다. 따라서, 위의 개시는 첨부된 청구범위들의 경계 및 한계에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 혼합 블럭으로서:
    단일의 덩어리의 물질(single mass of material)로서 형성되는 본체;
    제1보어(bore) 및 제2보어를 갖는 일체형 혼합 구조물 ― 상기 제1보어와 상기 제2보어는 상기 본체 내에 형성되고 그리고 혼합 요소에 의해 분리되며, 상기 혼합 요소는 상기 본체의 단일형 부품임 ―;
    상기 본체의 단일의 덩어리의 물질 내에 형성되고 상기 제1보어에 연결되는 2개의 전구체 전달 포트들;
    상기 본체에 형성되고 상기 제2보어에 연결되는 공통의 출구 포트; 및
    상기 본체를 통해 온도 제어 유체를 흐르게 하기 위해 상기 본체에 형성되는 하나 이상의 통로를 포함하는,
    혼합 블럭.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1보어 및 상기 제2보어는 동심이고(concentric) 그리고 상기 혼합 요소에 의해 분리되는,
    혼합 블럭.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합 요소는 동심의 상기 보어들의 가장자리(periphery)로부터 연장되어 형성되는 구조물인,
    혼합 블럭.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 요소는 오프셋 개구를 갖는,
    혼합 블럭.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 히터들을 더 포함하는,
    혼합 블럭.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전달 포트들은 상기 제1보어 내의 난류 혼합(turbulent mixing)을 촉진하도록 오프셋되는,
    혼합 블럭.
  7. CVD 시스템으로서:
    프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버에 연결되는 혼합 블럭; 및
    상기 혼합 블럭을 냉각하도록 위치될 수 있는 팬을 포함하며,
    상기 혼합 블럭은,
    단일의 덩어리의 물질을 구비하는 단일의 고체 블럭으로서 형성되는 본체;
    제1보어 및 제2보어를 갖는 상기 본체와 일체형인 혼합 구조물 ― 상기 제1보어 및 상기 제2보어는 혼합 요소에 의해 분리되며, 상기 혼합 요소는 상기 본체의 단일의 고체 블럭의 일체부임 ―;
    상기 본체의 단일의 고체 블럭을 관통하여 형성되고 하나 이상의 미리 결정된 유체를 각각 전달하기 위해 상기 제1보어에 연결되는 2개의 전구체 전달 포트들;
    상기 본체를 통해 형성되고 상기 제2보어에 연결되는 공통의 출구 포트; 및
    상기 혼합 블럭을 통해 냉각 유체를 흐르게 하기 위해 상기 본체에 형성되는 하나 이상의 통로를 포함하는,
    CVD 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1보어 및 상기 제2보어는 동심이고 그리고 상기 혼합 요소에 의해 분리되는,
    CVD 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혼합 요소는 동심의 상기 보어들의 가장자리로부터 연장되어 형성되는 구조물인,
    CVD 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼합 요소는 오프셋 개구를 갖는,
    CVD 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    2개의 전구체 전달 포트들은 TEOS(테트라에톡시실란) 소스 및 산소 소스에 연결되는,
    CVD 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전달 포트들은 상기 제1보어 내의 난류 혼합을 촉진하도록 오프셋되는,
    CVD 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 혼합 블럭은 하나 또는 둘 이상의 히터들을 더 포함하는,
    CVD 시스템.
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