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KR20080031473A - 입자 형성을 방지하기 위한 ｃｖｄ 차단 플레이트용 부동화기술 - Google Patents

입자 형성을 방지하기 위한 ｃｖｄ 차단 플레이트용 부동화기술 Download PDF

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KR20080031473A
KR20080031473A KR1020087004697A KR20087004697A KR20080031473A KR 20080031473 A KR20080031473 A KR 20080031473A KR 1020087004697 A KR1020087004697 A KR 1020087004697A KR 20087004697 A KR20087004697 A KR 20087004697A KR 20080031473 A KR20080031473 A KR 20080031473A
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KR
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aluminum
chamber
coating
vapor deposition
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KR1020087004697A
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알란 에이. 리트치
웨이 티 리
테드 구오
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

화학 증기 증착 챔버용 차단 플레이트 및 차단 플레이트 처리 방법이 제공된다. 차단 플레이트는 이를 관통하는 다수의 구멍을 형성하고 순도가 약 99.5% 이상인 차단 플레이트 상에 오염 입자의 결정핵생성을 최소화하는 하부면 및 상부면을 가진다. 알루미늄 물리적 증기 증착 코팅과 같은, 물리적 증기 증착 코팅은 차단 플레이트의 상부 및 하부면에 형성될 수 있다. 물리적 증기 증착 코팅을 가지는 차단 플레이트를 포함하는 화학적 증기 증착 챔버도 제공된다.

Description

입자 형성을 방지하기 위한 ＣＶＤ 차단 플레이트용 부동화 기술 {UNIQUE PASSIVATION TECHNIQUE FOR A CVD BLOCKER PLATE TO PREVENT PARTICLE FORMATION}
본 발명의 실시예는 일반적으로 화학적 증기 증착 챔버용 가스 분배 조립체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 실시예는 증착을 억제하는 차단 플레이트에 관한 것이다.
서브-쿼터 미크론 다중레벨 금속화(sub-quarter micron multilevel metallization)는 최대규모 집적회로(VLSI)의 차세대를 위한 중요 기술 중 하나이다. 이러한 기술의 중심에 있는 다중레벨 인터커넥트(multilevel interconnect)는 콘택, 비아, 라인 또는 0. 25㎛ 보다 작은 통공 폭 및 통공 폭 보다 큰 통공 깊이를 가지는 다른 피쳐(feature)를 포함하는, 높은 종횡비 통공의 평탄화를 요구한다. 이러한 인터커넥트의 확실한 형성은 VLSI의 성공 및 계속된 노력에 매우 중요하여, 개별 기판 및 다이 상의 회로 밀도 및 품질을 증가시킨다.
금속 인터커넥트는 통상적으로 물리적 증기 증착(PVD), 화학적 증기 증착(CVD), 전기화학적 증착 및/또는 연속하는 이들의 조합에 의해 형성된다. CVD 알루미늄 필름과 같은, CVD 금속 필름은 피쳐의 우수한 컨포멀 커버리지(conformal coverage)를 제공한다. 알루미늄 필름의 CVD는 통상적으로 반응기 내로 캐리어 가 스에 의해 운반되는, 버블형 전구체가 제공된다. 버블형 전구체는 통상적으로 챔버의 상부 근처에 위치하는 차단 플레이트 및 샤워헤드를 포함하는 가스 분배 조립체를 통하여 지향된다. 전구체는 챔버 내의 기판 지지부로 위치설정되는 기판의 표면 상에 재료의 층을 형성하도록 반응한다. 그러나, 전구체 부산물의 일부는 오염 증착물을 형성하는, 챔버의 내부 표면상에 재료를 증착하도록 반응할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 오염 증착물은 벗겨져서 프로세싱 동안 기판을 손상시켜, 챔버가 용이하게 수행할 수 없는 정도로 챔버 성능에 영향을 미친다. 오염 입자의 발생은 CVD 전구체 가스의 선택에 따라 가속화될 수 있다.
차단 플레이트와 같은, 가스 분배 조립체의 부품상에 증착의 형성은 특히 문제가 된다. 차단 플레이트의 대형 표면적 및 기판에 대한 차단 플레이트의 근접도 때문에, 차단 플레이트 상에 형성되는 증착물은 분리되어 기판상에 랜딩(landing)할 수 있다.
화학적으로 순수한 차단 플레이트가 시도되었다. 그러나, 차단 플레이트를 세정하기 위해 이용되는 화학 용액은 종종 차단 플레이트로부터 제거되어야 하는 오염 잔류물을 남긴다.
따라서, 차단 플레이트와 같은 챔버 부품 상의 오염 증착물의 형성을 감소시키는 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명은 일반적으로 가스 분배를 위한 차단 플레이트 및 상기 차단 플레이트 제조 방법을 제공한다. 차단 플레이트는 적어도 상부면 및 하부면에 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 순도가 약 99.5% 이상인 재료이며, 차단 플레이트는 상부면과 하부면 사이로 연장하는 다수의 구멍을 형성한다. 일 실시예에서, 재료는 물리적 증기 증착에 의해 증착되고 약 99.5% 알루미늄 및 약 0.5% 구리를 포함한다. 추가 실시예에서, 알루미늄 코팅은 약 1㎛의 두께로 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착하고, 차단 플레이트를 탈가스하고, 이어서 약 1㎛의 제 2 두께에 대해 알루미늄 코팅을 증착함으로써 차단 플레이트 상에 형성된다.
다른 실시예에서, 화학 증기 증착 챔버가 제공된다. 화학 증기 증착 챔버는 상부면 및 하부면을 포함하는 차단 플레이트를 포함하며, 상부면 및 하부면은 순도가 약 99.5% 이상이고 화학 증기 증착을 증진하는 오염물이 없는 재료를 포함하며, 차단 플레이트는 상부면과 하부면 사이로 연장하는 다수의 구멍을 형성한다.
추가 실시예에서, 가스 공급원을 화학적 증기 증착 챔버로 연결하는 가스 라인에 입자의 형성을 최소화함으로써 화학적 증기 증착 챔버 내의 입자 오염물을 감소시키는 방법은 3방 밸브 및 용이하게 전해연마되는 세그먼트를 이용함으로써 제공된다.
본 발명의 상술된 특징이 상세하게 이해할 수 있는 방식으로, 위에서 간단하게 요약된 본 발명의 더욱 특별한 상세한 설명이 실시예를 참조할 수 있으며, 이 실시예들 중 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 통상적인 실시예를 도시하며 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않으며, 다른 동등한 효과의 실시예를 인정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 증기 증착 시스템의 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 플레이트의 평면도이고,
도 3은 도 2의 차단 플레이트의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 플레이트의 SEM의 스케치이고,
도 5는 종래 기술에 따른 가스 라인 디자인의 스케치이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 라인 디자인이다.
본 발명의 실시예는 화학적 증기 증착 챔버용 차단 플레이트를 제공한다. 차단 플레이트는 상부면 및 하부면을 가지며 각각 순도가 약 99.5% 이상인, 바람직하게는 화학적 증기 증착을 증진하는 어떠한 재료도 없는, 재료를 포함한다. 예를 들면, 상부 및 하부면은 약 99.5% 알루미늄 및 약 0.5% 구리일 수 있다. 주요 차단 플레이트 재료는 알루미늄, 알루미늄 산화물, 텅스텐, 티타늄, 탄탈, 실리콘 또는 실리콘 산화물일 수 있다. 소정의 실시예에서, 차단 플레이트는 순도가 약 98% 보다 적으며 순도가 약 99.5% 이상인 재료의 코팅을 가지는 베이스 재료로 이루어진다. 차단 플레이트는 철, 망간 및 니켈과 같은 성분의 최소(가능한 경우) 양을 가지며, 이는 차단 플레이트 상에 오염 입자의 성장이 핵생성(nucleate)되는 것으로 믿어 왔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 차단 플레이트(136)를 포함하는 화학적 증기 증착 시스템(100)의 단면도이다. 시스템(100)은 일반적으로 가스 라인(141) 을 경유하여 가스 소스(104)로 결합되는 챔버(102)를 포함한다. 가스 소스(104)는 앰풀일 수 있다. 챔버(102)는 벽(106), 바닥(108) 및 리드(110)를 가져서 프로세스 볼륨(112)을 형성한다. 벽(106) 및 바닥(108)은 통상적으로 알루미늄의 블록과 같은, 단일 블록으로 제조된다. 챔버(102)는 또한 챔버의 벽(106) 상에 재료의 증착을 방지하는 하나 또는 그 이상의 실드(도시안됨)를 포함할 수 있다. 챔버(102)는 프로세스 볼륨(112)이 배기 포트(116)로 결합되는 펌핑 링(114)을 포함한다. 배기 포트(116)는 다양한 펌핑 부품(도시안됨)에 결합되어 프로세스 볼륨(112) 내의 압력을 배출 및 제어한다.
리드(110)는 벽(106)에 의해 지지되어 챔버(102)를 수리하기 위해 제거될 수 있다. 리드(110)는 일반적으로 알루미늄을 포함하고 그 사이에 열 전달 유체를 유동시킴으로써 리드(110)의 온도를 조절하기 위해 열 전달 유체 패널을 부가적으로 포함할 수 있다.
샤워헤드(118)는 리드(110)의 내측부(120)에 결합된다. 샤워헤드(118)는 통상적으로 알루미늄으로 제조된다. 샤워헤드(118)는 일반적으로 "접시형" 중앙 섹션(124)을 둘러싸는 주변 장착 링(122)을 포함한다. 장착 링(122)은 다수의 장착 구멍(126)을 포함하고 이 장착 구멍을 통과하여 각각 리드(110) 내의 정합 구멍(130) 내로 나사결합되는 벤팅 장착 스크류(128)를 수용한다. 중앙 섹션(124)은 이를 통하여 가스의 통과를 용이하게 하는 천공 영역(132)을 포함한다. 샤워헤드(118)는 플라즈마 강화 챔버 세정을 위해 RF 전원(도시안됨)으로 결합될 수 있다.
가스 관통공급부(134)는 리드(110)에 배치된다. 가스 관통공급부(134)는 가스 소스(104)에 결합되어, 프로세스 및 다른 가스가 관통공급부(134) 및 샤워헤드(118)를 관통함으로써 프로세스 볼륨(112)으로 유입될 수 있도록 한다. 통상적으로, 소스(도시안됨)로부터 세정 또는 부동화 가스는 또한 가스 관통공급부(134)를 통하여 프로세스 볼륨(112)으로 도입된다. 천공된 차단 플레이트(136)는 샤워헤드(118)와 가스 관통공급부(134) 사이에 배치되어 샤워헤드(118)를 통하여 챔버(102) 내로 가스의 균일한 분배를 강화하도록 한다. 차단 플레이트(136)는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 차단 플레이트(136)는 상부면(137) 및 하부면(139)을 가져서 각각 순도가 약 99.5% 이상인 재료를 포함한다. 차단 플레이트(136)의 상부면 및 하부면은 추가로 도시되어 도 2 및 도 3에 대해 설명된다.
기판 지지 조립체(138)는 샤워헤드(118) 아래 배치된다. 기판 지지 조립체(138)는 이에 결합되는 샤프트(142)를 포함하고 프로세싱 동안 기판(140)을 지지한다. 기판 지지 조립체는 통상적으로 벽(106) 내의 포트(도시안됨)를 통하여 기판(140)에 의해 출입된다. 샤프트(142)는 기판 지지 조립체(138)와 리프트 기구(144) 사이에 결합된다. 리프트 기구(144)는 도시된 바와 같은 상승 위치와 하강 위치 사이로 기판 지지 조립체(138)를 이동시킨다. 기판 지지 조립체(138) 또는 샤프트(142)와 챔버 바닥(108) 사이에 배치되는 벨로우즈(146)는 프로세스 볼륨(112)과 챔버(102) 외부의 대기 사이에 진공 밀봉부를 제공하며 기판 지지 조립체(138)의 이동을 용이하게 한다. 리프트 핀(도시안됨)은 챔버 내로 및 챔버로부터 이송하기 위해 기판을 상승시켜 기판 지지 조립체(138)를 통과하여 배치된다.
작동 중, 반도체 기판(140)은 그 사이에 진공을 제공함으로써 기판 지지 조립체(138)에 고정된다. 기판의 온도는 지지 조립체에 배치되는 가열 요소(도시안됨)에 의해 기판 조립체로의 열 전달을 제어함으로써 미리결정된 프로세스 온도로 상승된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 차단 플레이트를 포함하도록 변형될 수 있다. 미국 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼즈, 아이엔씨로부터 입수가능한 이용될 수 있는 화학적 증기 증착 챔버는 AxZ 챔버이다.
상부 및 하부면 상에 코팅을 가지는 차단 플레이트의 일 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된다. 코팅 및 코팅을 증착하는 방법은 아래 추가로 상세하게 설명된다.
도 2는 차단 플레이트의 상부면 상에 코팅(202)을 가지는 차단 플레이트(200)의 평면도이다. 차단 플레이트(200)는 이를 통과하는 다수의 구멍(204)을 형성한다. 예를 들면, 차단 플레이트는 약 1400 구멍을 가질 수 있다. 구멍의 직경은 약 14 mils와 같이 약 10 mils 내지 약 30 mils일 수 있다.
도 3은 차단 플레이트(200)의 측부 단면도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 차단 플레이트는 상부면(210)에 코팅(202) 및 하부면(212)에 코팅(208)을 가진다. 선택적으로, 코팅(202) 및/또는 코팅(208)은 구멍(204) 내로 연장할 수 있어 코팅(207)이 구멍의 측벽(206)의 적어도 일 부분 상에 존재할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 코팅은 구멍 내로 연장하지 않는다.
차단 플레이트의 상부 및 하부면을 위한 코팅의 전형적인 실시예 및 코팅을 형성하는 방법이 지금부터 설명된다. 일 실시예에서, 차단 플레이트의 상부 및 하부면을 위한 코팅은 물리적 증기 증착에 의해 증착되는 알루미늄 코팅이다. 물리적 증기 증착은 물리적 증기 증착을 수행하고 증착 프로세스를 위해 내부에 차단 플레이트를 지지할 수 있는 소정의 챔버에서 수행될 수 있다. 미국 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼즈, 아이엔씨로부터 입수가능한, 물리적 증기 증착 챔버의 일 예는 300 mm 엔듀라(Endura)(등록상표)PVD 챔버에 이용될 수 있다. 아래에서 설명되는 실시예에서 챔버가 베이킹되어서(bake out) PVD 프로세스가 통합형 프로세스 툴 상의 두 개의 상이한 PVD 챔버와 같은, 상이한 챔버에서 수행될 수 있다.
차단 플레이트의 상부면 및 하부면 상에 알루미늄 코팅의 물리적 증기 증착 방법의 일 실시예에서, 차단 플레이트는 물리적 증기 증착 챔버 내로 도입되어 챔버 내의 기판 지지부 상에 셔터 디스크(shutter disk) 또는 더미 웨이퍼(dummy wafer) 상에 배치된다. 셔터 디스크 및 더미 웨이퍼 상에 차단 플레이트를 배치함으로써 기판 지지부 상에 코팅의 원하지 않는 증착을 방지한다. 셔터 디스크가 차단 플레이트 보다 작을 때, 차단 플레이트는 셔터 디스크 상의 중앙에 위치설정되어 차단 플레이트가 커버 링과 같은, 챔버의 다른 부품과 접촉하지 않도록 한다.
바람직하게는, 챔버가 챔버의 표면으로부터 물 또는 소정의 다른 원하지 않는 가스 종을 제거하는데 도움이 되도록 베이킹된다. 일 실시예에서, 챔버는 약 150℃의 기판 지지 온도로 약 30 내지 60분 동안 베이킹된다. 기판 지지부로의 열은 계속되고 챔버 내의 적외선 램프는 약 60분 동안 50% 전력으로 턴온되어 약 200 ℃의 개략적인 차단 플레이트 온도를 제공하도록 한다. 이어서 챔버는 냉각되어 약 90분과 같은 시간의 주기 동안, 약 20℃와 같은 온도로 유지된다. 이어서 챔버는 약 8 x 10-8 Torr 또는 그 미만의 챔버 압력 및 약 3000 nT/분 보다 작은 챔버 누출율을 제공하기에 충분한, 약 30 내지 60분과 같은, 일정한 시간의 주기 동안 유지될 수 있다.
차단 플레이트가 물리적 증기 증착 챔버에 위치설정되고 챔버가 선택적으로 베이킹된 후, 불활성 가스, 예를 들면, 아로곤과 같은 가스가 챔버 내로 도입된다. 가스는 약 100 sccm과 같은, 약 10 sccm 내지 약 200 sccm의 속도로 챔버 내로 유동할 수 있다. 약 0.3 mTorr와 약 4mTorr 사이, 예를 들면 2.7Torr의 압력으로와 같이, 챔버 압력이 안정화된 후, 플라즈마는 타깃으로 DC 전압을 인가함으로써 챔버 내에 남아 있게 된다. 전압은 약 1000 watts의 DC 전력을 인가함으로써 조절된다. 이어서 DC 전력은 약 5kW와 약 40kW 사이, 예를 들면 22 kW로와 같이, 증가한다. 챔버 온도는 예를 들면, 20 내지 50 ℃, 또는 20 ℃ 내지 250 ℃의 상온 근처일 수 있다.
PVD 챔버 내의 타깃은 차단 플레이트 상에 물리적으로 증기 증착되는 코팅과 실질적으로 유사하거나 동일할 수 있는 복합물을 가질 수 있다. 예를 들면, 타깃은 99.5% 또는 그 이상의 알루미늄 및 약 0.5% 구리일 수 있다.
일 실시예에서, DC 전력은 99.5% 알루미늄 및 0.5% 구리를 포함하는 타깃으로부터 재료를 스퍼터링하여 약 0.5 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 두께를 가지는 알루미늄 코팅을 증착하기에 충분한 시간의 주기 동안 유지된다. 예를 들면, DC 전력은 1 ㎛의 알루미늄 코팅을 증착하기 위해 60초 동안 유지될 수 있다. 선택적인 일 실시예에서, DC 전력은 차단 플레이트의 상부 또는 하부면 중 어느 하나에 제 1의 알루미늄 코팅 량을 증착하기 위하여 시간의 주기 동안 유지된다. 이어서, DC 전력은 턴오프된다. 챔버 내로의 가스 유동은 약 1 x 10-7 Torr 보다 작은 챔버 압력을 형성하여 차단 플레이트가 탈가스되어 오염물 가스 종이 챔버로부터 배출되는 것을 보장하는 것을 허용하기에 충분한 시간의 주기 동안 중단된다. 이어서 가스 유동이 재개되고, 플라즈마는 약 1000 와트의 DC 전력과 같은, 타깃으로 DC 전력을 인가함으로써 챔버 내에 유지된다. 이어서 DC 전력은 약 5 kW 내지 약 40kW, 예를 들면 22 kW로와 같이, 증가되고, 제 2의 알루미늄 코팅 량이 증착된다. 따라서, 알루미늄 코팅은 두 개의 단계로 증착된다. 추가 실시예에서, 알루미늄 코팅은 상술된 단계를 더 반복함으로써 두 개의 단계 보다 많은 단계로 증착될 수 있다. 두 개 또는 그 이상의 단계에서 증착되는 알루미늄 코팅의 최종 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다.
차단 플레이트의 상부 또는 하부면 중 어느 하나에 원하는 양의 알루미늄 코팅의 증착 후, 챔버 내에서의 가스의 유동 및 DC 전력이 중단된다. 약 1 x 10-7 Torr 보다 작은 압력으로 복귀된 후, 차단 플레이트는 55℃ 보다 작은 것과 같이, 적절한 취급 온도로 냉각되는 것이 허용된다. 차단 플레이트는 약 10분과 같이, 시간의 주기 동안 건조한 질소 대기 하에서 폐쇄된 챔버로부터 나옴으로써 냉각될 수 있다. 이어서, 챔버가 개방되고, 차단 플레이트는 플립(flip)되어 알루미늄 코팅이 차단 플레이트의 마주하는 표면상에 증착될 수 있다. 마주하는 표면상의 알루미늄 코팅의 증착은 상술된 실시예에 따라 수행될 수 있다.
차단 플레이트의 상부 및 하부면 상에 알루미늄 코팅의 증착 후, 차단 플레이트는 화학적 증기 증착 챔버에 설치되거나 저장을 위해 패키징될 수 있다.
본 발명의 실시예가 주로 상부 및 하부면 상의 물리적 증기 증착 알루미늄 코팅을 가지는 차단 플레이트에 대해 설명되었지만, 각각 순도가 약 99.5% 이상이 되는 재료를 포함하는 상부면 및 하부면을 가지는 차단 플레이트를 제공하는 다른 방법이 있다는 것이 인정된다. 예를 들면, 알루미늄 산화물 코팅은 상온 또는 상승된 온도 중 어느 하나로 대기 또는 산소에 알루미늄 차단 플레이트를 노출함으로써 차단 플레이트의 상부 및 하부면을 형성할 수 있다. 순도가 약 99.5% 이상인 알루미늄 코팅은 또한 열 증발 공정에 의해 형성될 수 있다. 이와 달리, 전도성 재료 또는 합금으로 제조되는 차단 플레이트는 순도가 약 99.5% 이상인 상부면 및 하부면을 제공함으로써 전해되어 폴리싱될 수 있다. 일반적으로, 차단 플레이트를 화학적 및/또는 기계적으로 처리하는 방법이 이용될 수 있다.
예
알루미늄을 포함하는 차단 플레이트는 300 mm 엔두라(등록상표) PVD 챔버에서 기판 지지부 상의 셔터 디스크 상에 배치된다. 챔버는 챔버 온도를 60분 동안 150℃로 설정하고 이어서 약 200℃로 차단 플레이트를 가열하기 위하여 60분 동안 50% 전력으로 챔버 내에 IR 램프를 턴온함으로써 베이킹된다. 차단 플레이트는 이 어서 추가 60분 동안 20℃의 온도로 냉각된다. 알루미늄 코팅(99.5% Al 및 0.5% Cu)은 이어서 챔버 내로 100 sccm의 아르곤을 유동하고, 챔버 내에서 1000 W DC 전력으로 플라즈마를 발생시키고, 이이서 차단 플레이트의 상부면에 1㎛의 알루미늄 코팅을 증착하기 위하여 60초 동안 22 kW DC 전력으로 동력을 증가시킴으로써 차단 플레이트의 상부면 상에 증착된다. DC 전력이 턴 오프되고, 아르곤 유동이 종료된다. 챔버 압력이 1 x 10-7 Torr에 도달할 때, 챔버 내로의 아르곤의 유동이 재개된다. 플라즈마가 1000 W의 DC 전력을 인가함으로서 챔버 내에 발생된다. DC 전력은 22kW로 증가되고, 1㎛의 알루미늄 코팅이 증착된다. DC 전력 및 아르곤의 유동이 중단된다. 차단 플레이트는 55℃ 보다 작은 온도로 냉각되도록 한다. 이어서 챔버는 개방되고 플로커 플레이트가 플립된다(flip). 2㎛의 두께를 가지는 알루미늄 코팅은 차단 플레이트의 상부면에 2㎛ 알루미늄 코팅을 증착하기 위하여 상술된 방법을 이용하여 차단 플레이트의 하부면 상에 증착된다. 이어서 차단 플레이트는 화학적 증기 증착 챔버에 설치된다.
예의 처리된 차단 플레이트는 세정되어 오염 입자가 없다. 차단 플레이트는 유사하게 처리되지 않은 차단 플레이트에 대한 통상적인 18 Ra의 거칠기에 비해, 13 Ra의 거칠기(roughness)를 가진다. 챔버가 베이킹된 후 및 알루미늄 코팅이 증착되기 전 잔류 가스 분석(RGA)이 차단 플레이트 상에 수행된다. 비정상 가스 종이 감지된다. 그러나, 알루미늄 코팅의 증착 후, 비정상 가스 종의 높은 부분 압력이 RGA에 의해 감지된다. 예를 들면, 메탄 및 수 개의 높은 원자 질량 유닛 탄 화수소가 감지된다. 표시된 RGA는 챔버로부터 신속히 배기된다. 따라서, 알루미늄 코팅의 PVD 증착은 베이킹 동안 제거되지 않는 차단 플레이트로부터 오염 입자를 유리시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 알루미늄 차단 플레이트 상에 알루미늄 코팅(1) 및 알루미늄 코팅(2)에 도시된 바와 같이, 두 개의 층을 포함하는 물리적 증기 증착 알루미늄 코팅의 SEM의 스케치이다. 차단 플레이트가 그 위에 오염 입자를 가지는 동안, 입자의 존재를 마스크(mask)하기에 충분한 두께, 즉 약 0.5㎛ 이상으로 증착될 때 알루미늄 코팅은 차단 플레이트에 대해 실질적으로 부드러운 상부면을 제공한다. 도 4는 코팅의 제 1 층이 양 입자를 마스크하기에 충분한 두께가 아닌 반면, 코팅의 총 량이 양 입자를 마스크하기에 충분한 것을 보여준다. 따라서, 알루미늄 코팅은 알루미늄을 포함하는 차단 플레이트 상에서 통상적으로 발견되어 입자가 벗겨지는 것을 방지하는, 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 입자와 같은, 오염 입자를 밀봉한다. 알루미늄 코팅은 또한 철, 망간, 및 니켈과 같은, 차단 플레이트 침전물을 마스크하는 배리어 또는 부동화 층으로서 기능한다. 이러한 침전물은 입자 성장 또는 원하지 않는 불연속 자연 산화물 층의 형성을 위한 핵화 자리를 제공한다. 알루미늄 화학적 증기 증착 동안 발생되는 입자의 60% 감소가 알루미늄 전구체 메틸 피롤리딘 알란(methyl pyrrolidine alane) 및 AxZ 챔버에서 본 발명의 알루미늄 코팅을 가지는 차단 플레이트로 수행되는 알루미늄 화학적 증기 증착 프로세스가 얻어진다. A 3x 수명 개선은 예방 유지 보수 각각의 사이의 시간을 증가시키는 것으로 판명되었다.
또 다른 양상에서, 차단 플레이트의 표면 거칠기를 개선하는 것에 부가하여, 알루미늄 코팅은 자연 사화물이 차단 플레이트 상에 형성되는 경우, 실질적으로 순수하고, 균일한 밀봉 층을 제공한다.
본 발명의 추가 실시예는 화학적 증기 증착 챔버로 가스 공급원을 연결하는 가스 라인 내의 증착물의 형성을 최소화함으로써 화학적 증기 증착 챔버 내에 입자 오염물을 감소시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 예를 들면, 전구체 1-메틸 피롤리딘 알란(MPA)로부터 알루미늄을 증착하기 위해 이용되는, AxZ 챔버와 같은 알루미늄 CVD 챔버에서 입자를 감소시킨다.
도 5는 CVD 챔버로 가스 공급원을 연결하기 위한 플랜지 커넥터를 가지는 종래 기술의 가스 라인 다지인(500)을 도시한다. 플랜지 커넥터(502)는 가스 라인을 질소 퍼지 가스 공급원(도시안됨)으로 연결한다. 플랜지 커넥터(504)는 가스 라인을 전구체 앰풀(도시안됨)로 연결한다. 플랜지 커넥터(506)는 가스 라인을 CVD 챔버(도시안됨)로 연결한다. 플랜지 커넥터(508)는 가스 라인을 우회 라인(도시안됨)으로 연결한다. 플랜지 커넥터(510)는 가스 라인을 압력 게이지(도시안됨)로 연결한다. 종래 기술의 가스 라인 디자인은 재료가 바람직하지 않게 가스 라인에 증착되도록 가스 공급원으로부터 전구체를 걸러내는 3개의 차단 밸브(514) 및 3 티형-피팅(3 tee-fitting; 512)을 포함한다. 종래 기술의 가스 라인 디자인은 또한 20 용접물(516)을 포함하며, 이 용접물은 입자 형성이 결정핵생성될 수 있는(nucleate) 가스 라인 내부 표면을 제공한다. 종래 기술의 가스 라인 디자인은 플랜지 커넥터(520, 522, 524, 526, 528 및 530)를 더 포함한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 CVD 챔버로 가스 공급원을 연결하기 위한 가스 라인 디자인(600)을 도시한다. 가스 라인 디자인(600)은 또한 플랜지 커넥터를 포함한다. 플랜지 커넥터(602)는 가스 라인을 질소 퍼지 가스 공급원(도시안됨)으로 연결한다. 플랜지 커넥터(604)는 가스 라인을 전구체 앰풀(도시안됨)로 연결한다. 플랜지 커넥터(606)는 가스 라인을 CVD 챔버(도시안됨)로 연결한다. 플랜지 커넥터(608)는 가스 라인을 우회 라인(도시안됨)으로 연결한다. 플랜지 커넥터(610)는 가스 라인을 압력 게이지(도시안됨)로 연결한다. 3방 밸브(612)는 티형 피팅 대신 가스 라인을 연결하기 위하여 사용되어, 전구체를 걸러낼 수 있는 "사공간(dead space)"의 양을 감소시키고, 3방 밸브는 라인 내에서 걸러지는 소정의 전구체의 더욱 효과적인 퍼징을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 4방 밸브가 이용될 수 있다. 가스 라인 디자인(600)은 플랜지 커넥터(620, 624, 626, 628, 630, 632 및 634)를 더 포함한다. 플랜지 커넥터(620, 622, 624, 626, 628, 630, 632, 및 634)는 탈착가능하거나 가역적인 연결을 제공한다. 플랜지 커넥터는 서로 볼트결합되고 이어서 그 사이의 가스 라인을 분리하도록 볼트해체된다. 따라서, 예를 들면, 플랜지 커넥터들(626 및 628) 사이의 가스 라인(640)은 용이하고 전해연마방식으로 제거될 수 있다. 종래 기술의 가스 라인 디자인(500)에서의 유사한 가스 라인(540)은 용접물(516) 사이에 위치할 때 용이하게 제거 및 전해연마될 수 없다.
도 6의 실시예에서, 단지 직선형 가스 라인이 이용된다. 직선형 가스 라인은 라인의 내부면의 전해연마를 용이하게 하며, 이는 가스 라인의 중앙에 전극을 삽입하는 것을 필요로 한다.
가스 라인이 도시된 바와 같이 가스 라인 디자인을 형성하도록 용접된 후, 라인의 내부면은 그 위의 입자 형성에 대해 더 많은 내성을 가지는 더 부드러운 내부면을 형성하도록 전해연마 및 부동화된다. 하나의 양태에서, 전해연마 및 부동화는 가스 라인의 내부면에 크롬 산화물 코팅을 제공한다. 크롬 산화물 코팅 다음에 질산 처리가 후속된다.
상술된 것은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 본 발명의 다른 및 추가 실시예는 본원 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 이의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (24)

  1. 가스를 분배하기 위한 차단 플레이트로서,
    상부면 및 하부면을 포함하며,
    상기 상부면 및 상기 하부면은 각각 순도가 99.5% 이상인 재료를 포함하고, 상기 차단 플레이트는 상기 상부면과 상기 하부면 사이로 관통하여 연장하는 다수의 구멍를 형성하는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 알루미늄 코팅인,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅은 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛의 두께를 가지는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 알루미늄, 알루미늄 산화물, 텅스텐, 티타늄, 탄탈, 실리콘 및 실리콘 산화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 차단 플레이트의 상부 및 하부면에 증착되는 코팅의 형태인,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 화학적, 기계적, 또는 화학적 및 기계적 둘다로 상기 차단 플레이트의 상부 및 하부면을 처리함으로써 형성되는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  7. 가스 분배를 위한 차단 플레이트로서,
    상부면 및 하부면으로서, 상기 차단 플레이트는 상기 상부면과 상기 하부면 사이로 관통하여 연장하는 다수의 구멍을 형성하는, 상부면 및 하부면, 및
    상기 상부면 및 상기 하부면 상의 알루미늄 코팅으로서, 상기 알루미늄 코팅은 프로세싱 챔버 내에서 상기 차단 플레이트 상에 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착 또는 열적 증발에 의해 형성되는, 알루미늄 코팅을 포함하는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅은 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛의 두께를 가지는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착 중에,
    상기 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 유동하고 시간의 제 1 주기 동안 상기 차단 플레이트 상에 알루미늄을 물리적 증기 증착하고,
    약 1x10-7 Torr 보다 작은 챔버 압력을 생성하기에 충분한 시간의 주기 동안 상기 챔버 내로 상기 프로세스 가스의 유동을 중단하고,
    상기 챔버 내로 상기 프로세스 가스의 유동을 재시작하고, 그리고
    시간의 제 2 주기 동안 상기 차단 플레이트 상에 알루미늄을 물리적 증기 증 착하는 것을 포함하는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착 중에,
    상기 차단 플레이트의 상기 상부 및 하부면 중 하나에 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착하고,
    상기 차단 플레이트를 냉각하고, 그리고, 이어서
    상기 차단 플레이트의 상부 및 하부면 중 다른 하나에 알루미늄 코팅을 증착하는 것을 포함하는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  11. 제 7 항에 있어서,
    알루미늄 코팅은 약 18 Ra 보다 작은 거칠기를 가지는,
    가스 분배용 차단 플레이트.
  12. 프로세싱 챔버에서 차단 플레이트를 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 차단 플레이트의 상부면 및 하부면에 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착하는 단계를 포함하는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅은 약 5kW 내지 약 40kW의 DC 전력을 이용하여 물리적 증기 증착되는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 물리적 증기 증착은 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛의 두께를 가지는 알루미늄 코팅을 형성하기에 충분한 시간의 주기 동안 수행되는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착하는 단계는,
    상기 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 유동시키고 시간의 제 1 주기 동 안 상기 차단 플레이트 상에 알루미늄을 물리적 증기 증착하는 단계,
    약 1x10-7 Torr 보다 작은 챔버 압력을 생성하기에 충분한 시간의 주기 동안 상기 챔버 내로 상기 프로세스 가스의 유동을 중단하는 단계,
    상기 챔버 내로 상기 프로세스 가스의 유동을 재시작하는 단계, 및
    시간의 제 2 주기 동안 상기 차단 플레이트 상에 알루미늄을 물리적 증기 증착하는 단계를 포함하는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착하는 단계는,
    상기 차단 플레이트의 상기 상부 및 하부면 중 하나에 알루미늄 코팅을 물리적 증기 증착하는 단계,
    상기 차단 플레이트를 냉각하는 단계, 및 이어서
    상기 차단 플레이트의 상기 상부 및 하부면 중 다른 하나에 알루미늄 코팅을 증기 증착하는 단계를 포함하는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  17. 차단 플레이트를 포함하는 화학적 증기 증착 챔버로서,
    상기 차단 플레이트는 상부면 및 하부면을 포함하며,
    상기 상부면 및 상기 하부면은 각각 순도가 약 99.5% 이상인 재료를 포함하며, 상기 차단 플레이트는 상기 상부면과 상기 하부면 사이로 관통 연장하는 다수의 구멍을 형성하는,
    화학적 증기 증착 챔버.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 재료는 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛의 두께를 가지는 알루미늄 코팅인,
    화학적 증기 증착 챔버.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 알루미늄 코팅은 물리적 증기 증착 알루미늄 코팅인,
    화학적 증기 증착 챔버.
  20. 제 17 항에 있어서,
    리드,
    벽,
    바닥,
    상기 바닥을 통하여 배치되는 기판 지지 조립체, 및
    상기 리드에 결합되는 샤워헤드를 더 포함하며,
    상기 차단 플레이트는 상기 샤워헤드와 상기 리드 사이에 배치되는,
    화학적 증기 증착 챔버.
  21. 차단 플레이트를 처리하는 방법으로서,
    시간의 제 1 주기 동안 상기 차단 플레이트의 상부면 및 하부면에 코팅을 물리적 증기 증착하는 단계,
    시간의 주기 동안 상기 차단 플레이트를 탈가스하는 단계, 및 이어서
    시간의 제 2 주기 동안 상기 차단 플레이트의 상부면 및 하부면에 상기 코팅을 물리적 증기 증착하는 단계를 포함하는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 코팅은 99.5% 이상의 알루미늄을 포함하는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 코팅은 약 99.5% 알루미늄 및 약 0.5% 구리를 포함하는,
    차단 플레이트 처리 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 시간의 제 1 주기 동안 증착되는 상기 코팅 및 상기 시간의 제 2 주기 동안 증착된 상기 코팅의 총 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛인,
    차단 플레이트 처리 방법.
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