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Dokumentenidentifikation DE69214811T2 20.02.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0587724
Titel INTEGRIERTER VERTEILERAPPARAT FÜR CHEMISCHEN DAMPF VON EINER NICHTGASFÖRMIGEN QUELLE FÜR DIE HALBLEITERHERSTELLUNG
Anmelder Stauffer, Craig M., Santa Clara, Calif., US
Erfinder Stauffer, Craig M., Santa Clara, Calif., US
Vertreter H. Weickmann und Kollegen, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69214811
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.05.1992
EP-Aktenzeichen 929126043
WO-Anmeldetag 29.05.1992
PCT-Aktenzeichen US9204466
WO-Veröffentlichungsnummer 9221789
WO-Veröffentlichungsdatum 10.12.1992
EP-Offenlegungsdatum 23.03.1994
EP date of grant 23.10.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.02.1997
IPC-Hauptklasse C23C 16/46
IPC-Nebenklasse C23C 16/44   B01J 4/02   F17C 7/02   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haibleiter-Wafer- Fertigungseinrichtung und insbesondere Zufuhrsysteme für chemische Dämpfe von Flüssigkeits-Quellen.

Bei der Verarbeitung von Haibleiter-Wafern erfordern viele Verfahren die Zufuhr von Gasen in eine Verarbeitungskammer, in der ein oder mehrere Haibleiter-Wafer plaziert sind. Typischerweise liegen diese Gase an ihren Quellen in Druckbehältern in der Form von Gasen vor, wie etwa Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Arsin usw. Einige Verfahren verwenden jedoch Gase, die an ihren Quellen flüssig sind. Die Flüssigkeit wird zu Dampf erhitzt, welcher in die Verarbeitungskammer eingeführt wird.

Um einen chemischen Dampf aus flüssigen Quellen zu erzeugen, haben die Zufuhrsysteme für flüssige Quellen bisher eine Blubbereinheit oder ein beheiztes Reservoir verwendet. In einer Blubbereinheit wird ein inertes Gas, wie etwa Stickstoff, durch die flüssige Quelle durchgeblubbert, um die Moleküle der Chemikalie zusammen mit dem Inertgas mitzuführen. In beheizten Reservoiren wird die Flüssigkeit erhitzt, um die Ausgangschemikalie zur Zufuhr zu verdampfen.

In diesen Systemen sind andere diskrete Einheiten, wie etwa Ventile, Druck- und Massenfluß-Regeleinheiten, und die Zufuhrleitung, durch die der chemische Dampf gelangt, zwischen der Blubber- oder Reservoireinheit und der Verarbeitungskammer eingebunden. Jede dieser diskreten Einheiten kann erwärmt werden. Auf jeden Fall ergeben sich Probleme mit diesen komplizierten Zufuhrsystemen. Kondensation bildet sich an den nicht erwärmten oder nicht ausreichend erwärmten Punkten des Systems. Die Zuverlässigkeit ist gering, und die Leistungskonsistenz ist problematisch.

Weiterhin haben die Massenfluß-Regeleinheiten dieser Systeme eine begrenzte Leistung. Diese Massenfluß-Regeleinheiten sind bei Temperaturen über 70ºC schwierig zu betreiben, da sie einen erwärmten Bypass-Sensor verwenden, um den Fluß festzustellen. Dieser Sensor hat zwei Abschnitte. Der erste Abschnitt weist durch (elektrischen) Widerstand erwärmte Wände auf, um das Gas zu erwärmen. Der zweite Abschnitt ist nicht beheizt und mißt die Temperatur des erwärmten Gases von dem ersten Abschnitt. Die Differenz der Temperatur des in den Bypass eintretenden Gases und des den Bypass verlassenden Gases wird gemessen, um die Rate des Gasstroms zu bestimmen. Bei Gastemperaturen von 70ºC und darüber wird die Differenz der Temperaturen so gering, daß es für diese gegenwärtigen Massenfluß-Regeleinheiten schwierig ist, die Rate des Gasstroms zu bestimmen. Zusätzlich stellt der zweite nicht beheizte Abschnitt eine Quelle von Kondensationsproblemen dar.

US-A-4583372 beschreibt eine Vorrichtung zur Lagerung und Lieferung eines verdampfbaren Fluids, wie etwa Dichlorsilan, zu einer chemischen Abscheidungskammer.

US-A-4460221 offenbart eine Abscheidevorrichtung für chemischen Dampf, in der eine verdampfte Flüssigkeit aus einer Quelle entnommen wird und zu einem Reaktor über Dosierventile geleitet wird. Sie offenbart nicht ein Dampf zufuhrmodul, welches Aufheizmittel und Regelmittel aufweist, die zwischen einer Quelle und einer Verarbeitungskammer gelegen sind.

EP-A-0310802 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußformen aus Sand und einem Bindemittel- Material. Die Vorrichtung umfaßt ein Reservoir, um ein Reagenz aufzunehmen und um es einem den Sand enthaltenden Gehäuse zuzuführen.

Die vorliegende Erfindung löst oder mildert im wesentlichen viele dieser Probleme des Zuführens eines chemischen Dampfes zu einer Verarbeitungskammer von einer flüssigen Quelle. Die vorliegende Erfindung ist integriert und die Probleme der Komplexität der gegenwärtigen Systeme werden vermieden. Leistungskonsistenz und Zuverlässigkeit sind gegenüber gegenwärtigen Systemen deutlich verbessert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein integriertes chemisches Dampf-Zufuhrmodul zur Zufuhr von Dampf von einer flüssigen Quelle zu einer Verarbeitungseinheit mit einer Verarbeitungskammer darin für Halbleiter-Wafer bereit, wobei das Modul umfaßt:

ein Gehäuse mit Wänden (41A, 41B) und Mittel zum Anbringen des Gehäuses an der Verarbeitungseinheit;

ein Reservoir (44), festgelegt durch das Gehäuse zum Aufnehmen einer Flüssigkeit von der Quelle, wobei das Reservoir mit der Quelle und mit der Verarbeitungskammer verbunden ist, wenn das Gehäuse an der Verarbeitungseinheit angebracht ist;

Mittel (42) in den Gehäusewänden zum Erwärmen des Reservoirs, so daß Flüssigkeit in dem Reservoir in Dampf überführt wird; und

Steuer/Regelmittel in dem Gehäuse zum Steuern/Regeln der Zufuhr des Dampfes von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer; wobei das Modul steuerbar/regelbar Dampf von dem flüssigen Vorrat zu der Prozeßkammer liefert.

In einer bevorzugten Ausführungsform stellen Sensoren für die Eigenschaften des Dampfstroms von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer, wie etwa den Druck in der Verarbeitungskammer oder den Massenfluß des Dampfes von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer, einen Rückkopplungs-Kontrollweg zur Regelung der Dampfzufuhr bereit. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiter-Wafers mit einem Behandlungsmittel in Dampfform bereit, worin der Halbleiter-Wafer in einer Verarbeitungskammer gehalten wird und das Behandlungsmittel von einer Flüssigkeits-Quelle geliefert wird und erhitzt wird, um vor der Einführung in die Verarbeitungskammer Dampf zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel in einem zwischen der Flüssigkeits-Quelle und der Verarbeitungskammer gelegenen und benachbart zu der Verarbeitungskammer befestigten Reservoir erwärmt wird, wobei das Verfahren umfaßt Verdampfen des Behandlungsmittels innerhalb des Reservoirs und Steuern/Regeln des Stroms und Drucks des von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer gelieferten Dampfes über eine Vielzahl von Gaskanälen und individuelles Steuern/Regeln der Zufuhr von Dampf von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer über jeden Kanal

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein klares Verständnis der vorliegenden Erfindung kann durch Durchlesen der folgenden detaillierten Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen unter Hinweis auf die folgenden zeichnungen erhalten werden:

Figur 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Zufuhrsystems für chemischen Dampf gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 2A ist eine Querschnitts-Seitenansicht des integrierten Zufuhrmoduls für chemischen Dampf gemäß der vorliegenden Erfindung; Figur 2B ist eine weitere Querschnitts- Seitenansicht des Moduls von Figur 2A.

Figur 3A ist eine schematische Seitenansicht des Kapazitäts-Druckmessers und seines Anschlußstückes montiert auf dem Modul von Figur 2A und Figur 2B; Figur 3B ist eine Untenansicht des Druckmessers von Figur 3A; und Figur 3C ist eine flachgedrückte Ansicht des Heizelements für den Druckmesser von Figur 3A.

Figur 4 ist eine Seitenansicht der Verarbeitungskammer des Zufuhrsystems für chemischen Dampf von Figur 1.

Figur 5 veranschaulicht die Aufsicht der Gaszufuhrkanäle für die Verarbeitungskammer von Figur 2.

Figur 6 veranschaulicht in einer vertikalen Ansicht, wie das Modul an die Verarbeitungseinheit in dem Zufuhrsystem für chemischen Dampf von Figur 1 angebracht ist.

Figur 7 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des Moduls mit drei Gaskanälen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 8 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des Moduls mit einem Gasstromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figur 1 ist eine schematische Gesamtveranschaulichung eines Halbleiter-Verarbeitungssystems mit einer Ausführungsform eines Zufuhrsystems für chemischen Dampf gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem System in Figur 1 ist die gelieferte Chemikalie ein Silylierungsmittel.

Silylierungsmittel sind eine Klasse von Flüssigkeits-Quellen in der Halbleiterverarbeitung. Es wird begonnen, diese Mittel in fortgeschrittenen Halbleiterverfahren, welche eine sehr hohe Auflösung erfordern, zu verwenden. Bei der Halbleiterbearbeitung muß, nachdem eine Schicht eines photoresistenten Stoffes auf einen Halbleiter-Wafer aufgebracht wurde und einem Lichtmuster ausgesetzt wurde, der photoresistente Stoff entwickelt werden. Bei einem Silylierungsverfahren bei der Photoresistententwicklung braucht die photoresistente Schicht nur an der äußersten Oberschicht ausgesetzt werden. Dieses erlaubt eine Photolithographie mit Licht bei kurzen Wellenlängen und großen numerischen Öffnungen ohne eine große Fokustiefe. Hohe Auflösung von auf den Halbleiter-Wafer "aufgedruckten" Merkmalen während der Verarbeitung ist sichergestellt.

Zur Silylierung müssen die Mittel erwärmt und der resultierende Dampf der Verarbeitungskammer bei präzisen Drücken und Temperaturen zugeführt werden. Wie oben erklärt, werden die gegenwärtigen Zufuhrsysteme für Silylierungsmittel durch ein mit einer Flüssigkeits-Quelle der Mittel verbundenes Reservoir gebildet. Das Reservoir wird erhitzt und der Dampf in die Verarbeitungskammer über eine Zufuhrleitung geführt.

Dieses Systeme sind während des Betriebs sehr schwierig aufrechtzuerhalten. Um Kondensation eines Mittels zu vermeiden, muß die Zufuhrleitung zusammen mit den verschiedenen Verbindungen zwischen der Verarbeitungskammer und dem Reservoir erhitzt werden. Trotzdem bleibt Kondensation ein ständiges Problem. Darüber hinaus führt ungleiches Erwärmen an verschiedenen Punkten des Systems zu Schwierigkeiten bei der Zufuhr des Silylierungsmittel-Dampfes zu der Verarbeitungskammer bei präzisen Temperaturen und Drücken.

Um diese Probleme für Silylierungsmittel zu lösen, weist das Zufuhrsystem in Figur 1 ein integriertes chemisches Zufuhrmodul 11 auf, welches an eine Verarbeitungseinheit 10 angebracht ist, die eine Verarbeitungskammer enthält, in die ein Halbleiter- Wafer während der Verarbeitung plaziert wird. Das Modul 11 liefert chemischen Dampf in die Verarbeitungskammer aus einem Vorrat 12 von Chemikalien in flüssiger Form.

Eine Vakuumpumpe 14 entfernt Gas von der Verarbeitungskammer durch die Ventile 23 und 24, welche ein Vakuum in der Verarbeitungskammer aufrechterhalten. Die Vakuumpumpe 14 ist auch mit einer Effluenten-Handhabungseinheit (nicht gezeigt) und einer Ölfiltrationssystem-Einheit 15 zur Entfernung von Verunreinigungen von dem Pumpenöl verbunden.

Die Stickstoffquelle 13 liefert auch Stickstoff für die Verarbeitungskammer durch ein Ventil 25 und einen Durchflußmesser 27. Das Ventil 25 hilft beim Wiederauffüllen der Verarbeitungskammer mit N&sub2;, wenn die Verarbeitungskammer von Vakuum auf Atmosphärendruck gebracht wird. Die Stickstoffquelle 13 ist auch mit der Pumpe 14 durch ein Ventil 26 verbunden. Der Stickstoff der Pumpe 14 spült das Pumpenöl, um die Absorption von Verunreinigungen, wie etwa Silylierungsmittel, in das Öl zu verringern. Schließlich ist die Stickstoffquelle 13 mit der Flüssigkeits-Quelle 12 verbunden, um die Quelle 12 unter Druck zu setzen, um Flüssigkeit an das Modul 11 zu liefern. Ein Kontrollventil 28 verhindert Rückströmen der Flüssigkeit in die Stickstoffquelle 13.

Um den Druck in der Verarbeitungskammer zu beobachten, ist ein Kapazitäts-Druckmesser 18 an der Verarbeitungseinheit 10 angebracht und mit der Verarbeitungskammer gekoppelt. Der Druckmesser 18 ist an eine elektronische Steuer/Regeleinheit 17 gekoppelt, welche mit einem Druckverhältnisventil 20 in dem Modul 11 verbunden ist.

Das Modul 11 hat ein Reservoir, welches die chemische Flüssigkeit von dem flüssigen Vorrat 12 durch ein Flüssigkeits- Auffüllventil 22, ein Absperrventil enthält, welches integriert an Modul 11 angebracht ist. Das Reservoir wird erwärmt, um die Flüssigkeit in einen chemischen Dampf zu überführen, der dann durch ein Kammerzufuhrventil 20, ein Absperrventil und das Druckverhältnisventil 21 geleitet wird. Die zwei Ventile 21 und 22 sind ebenfalls integriert an das Modul 11 angebracht. Antwortend auf die Signale von der Einheit 17 regelt das Ventil 21 den Druck in der Verarbeitungskammer durch Zuführen von mehr oder weniger chemischem Dampf zu der Kammer. Das Modul 11 hat auch einen Kapazitäts-Druckmesser 19 für genaues Beobachten des Druckes des chemischen Dampfes innerhalb des Reservoirs.

Die Figuren 2A und 2B zeigen die Einzelheiten der Struktur des Moduls 11 deutlicher. Wie in Figur 2A gezeigt, hat das Modul 11 eine obere Gehäuseeinheit 41A und eine untere Gehäuseeinheit 41B, welche beide aus rostfreiem Stahl gemacht sind. Für den Betrieb werden die Einheiten 41A und 41B mit Bolzen 45 zuammengeklemmt, wie in Figur 2B gezeigt.

In der unteren Gehäuseeinheit 41B befindet sich das Flüssigkeits-Reservoir 44, angedeutet durch eine gestrichelte Linie. Verbunden mit dem Reservoir 44 ist eine Vakuumverbindung 52, angebracht an das untere Gehäuse 41B. Als Nebenbemerkung sollte bemerkt werden, daß alle Verbindungen vakuumdicht sind, um Ausströmen von Flüssigkeit oder Dampf zu verhindern. Die Verbindung 52 ist mit dem Flüssigkeits-Auffüllventil 22, Modell 4V1P4K11ACSS, hergestellt von Parker Hannafin in Huntsville, Alabama, verbunden, welches mit der Flüssigkeits-Quelle 12 durch eine Auffülleitung verbunden ist. Das Ventil 22 ist mit dem Modul 11 integriert und bildet einen Flüssigkeits Zufuhrkanal mit der Verbindung 52 und der Auffülleitung.

Angebracht an das obere Gehäuse 41A ist das Druckverhältnisventil 21, das Kammerzufuhrventil 20, der Kapazitäts-Druckmesser 19 und der Flüssigkeitsstand-Sensor 43. Der Sensor 43 ist an das Gehäuse 41A über einen Gewindeanschluß 53 (NPT) angeracht. Der Sensor 43, Modell 511S, hergestellt von Galneco in Port Huron, Michigan, bestimmt den Flüssigkeitsstand in dem Reservoir 44, so daß das Ventil 22 das Reservoir 44 mit Flüssigkeit gefüllt halten kann.

Der Druckmesser 19, Modell 622B von Edwards High Vacuum in Wilmington, Massachusetts, ist an die Gehäuseeinheit 41A durch ein Anschlußstück 59, Modell 8BVSS von Parker Hannafin in Huntsville, Alabama, angebracht, angebracht an die Einheit 41A. Der Kapazitäts-Druckmesser 19 mißt genau den Druck der verdampften Flüssigkeit von dem Reservoir 44 als Kontrolle für den Druck.

Das Druckverhältnisventil 21, hergestellt von PFD in San Jose, Kalifornien, ist ein auf Bestellung gefertigtes Modell mit chemisch beständigen Dichtungen und einer bei hohen Temperaturen arbeitenden Spule. Das Ventil 21 ist an dem Gehäuse 41A über ein Anschlußstück 61 angebracht, so daß das Ventil 21 den Durchfluß des Dampfes von dem Reservoir 44 steuert. Das Anschlußstück 61 ist auch mit einem Anschlußstück 60 verbunden, welches ebenfalls an dem Gehäuse 41A angebracht ist. Das Anschlußstück 60 hält das Kammerzufuhrventil 21, Modell KIT2173 von Parker Hannafin, so daß der Durchfluß des Dampfes von dem Reservoir 44 aus- und angeschaltet werden kann. Der Anschluß 61 hat einen Auslaß 62, der direkt mit einem Gaseinlaß zu der Verarbeitungskammer der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist, wenn das Modul 11 an der Einheit 10 angebracht ist. Die Anschlüsse 61 und 60 bilden einen Gaskanal von dem Reservoir 44 zum Einlaß der Verarbeitungskammer.

Ebenfalls der Länge nach sind in dem oberen Gehäuse 41A zwei Widerstandsstabheizer 42 angebracht, im Querschnitt in Figur 2B gezeigt. Die Stabheizer, hergestellt von W.W. Grainger in Chicago, Illinois, sind in Löcher mit einem Durchmesser von einem viertel Zoll, die der Länge nach in das Gehäuse 41A gebohrt sind, eingeführt. Mit elektrischem Strom heizen die Heizelemente 42 die Einheiten 41A und 41B und die Flüssigkeit in dem Reservoir 44.

Für zusätzliches Erwärmen, um die thermische Energie von den Stäben 42 zu vergrößern, können auch piezoelektrische Transduzer an das Gehäuse 41A, 41B angebracht werden. Die Schallenergie von den Transduzern, arbeitend im Bereich von 600 bis 1800 kHz, stellt eine andere Heizquelle für das Reservoir 44 und die Flüssigkeit und den Dampf in und aus dem Reservoir 44 dar.

Da die Ventile 20, 21, welche in dem Gehäuse 41 eng eingepaßt sind, und der Druckmesser 19 direkt an das Gehäuse 41A angebracht sind, werden sie durch Leitung erwärmt. Diese Anordnung vermeidet Kühlkörper, welche die unerwünschte Kondensation des erwärmten Dampfes von dem Reservoir 44 verursachen können. Weiterhin sind auch der Druckmesser 19 und der Druckmesser 18 so ausgelegt, daß sie wirksam erwärmt werden. Typischerweise haben diese Druckmesser einen Schaft, der den Meßbereich des Manometers und seinen Anschluß trennt. In der vorliegenden Erfindung ist der Schaft eliminiert, so daß der Meßbereich des Druckmessers 19 direkt mit dem Anschluß 59 wie in Figur 3A und 3B gezeigt, verbunden ist. Zwei Heizelemente, ein Element 64A um den Meßbereich (schraffiert in Figur 3A) des zylindrisch geformten Druckmessers 19 gewickelt und das andere Element 64B an den zirkulär geformten Meßbereich 63 um den Anschluß 59 (zu sehen in der Untenansicht des Druckmessers in Figur 3B) angebracht, erwärmen den Druckmesser 19. Diese Heizelemente sind aus Heizfolien gebildet, die in Isoliermaterial aus Silikonkautschuk eingebettet sind. Sie sind wie in Figur 3C gezeigt geformt, aber flexibel, so daß das Element 62A um die Abdeckung der Druckmesser 19 und 18 gewickelt werden kann. Solche Heizelemente werden von Watlow Electric in St. Louis, Missouri hergestellt.

Wie in vielen gegenwärtigen Halbleiter-Fertigungseinrichtungen weist die Steuer/Regeleinheit 17 von Figur 1 einen Mikroprozessor auf, einen 80386SX von Intel Corporation in Santa Clara, Kalifornien, welche die Funktionen des Moduls 11 durch gutbekannte Programmiertechniken steuert. Weiterhin sind nicht alle elektrischen Verbindungen von den Ventilen und Sensoren in den Zeichnungen gezeigt.

Von den Rückkopplungssignalen des Druckmessers 18 regelt der Mikroprozessor das Druckverhältnisventil 20 (und seine Beheizung), um die Verarbeitungkammer 39 bei dem gewünschten Druck zu halten. Der Mikroprozessor steuert auch die Temperatur des Reservoirs 44 durch die Heizstäbe 42, um den Dampf in dem Modul 11 bei gewünschter Temperatur und gewünschtem Druck zu halten, und regelt die Flüssigkeitszufuhr des Reservoirs 44 durch das Auffüllventil 22 unter den Rückkopplungs- Steuersignalen von dem Flüssigkeitsstand-Sensor 43. Es sollte bemerkt werden, daß die Steuer/Regeleinheit 17 mit anderen Sensoren verbunden werden kann, wie unten beschrieben, um den Dampfstrom von dem Modul 11 zu der Verarbeitungskammer zu regeln.

Figur 4 ist eine Querschnitts-Seitenansicht einer Verarbeitungskammer 39 in der Verarbeitungseinheit 10 von Figur 1. Die Verarbeitungskammer 39 ist im allgemeinen geformt und von einer Größe, um einen Halbleiter-Wafer 35 aufzunehmen. Die Kammer 39 wird durch eine obere Gehäuseplatte 31A und eine untere Gehäuseplatte 31B gebildet. Typischerweise werden diese Platten 31A und 31B aus rostfreiem Stahl gebildet.

Die Verarbeitungskammer 39 ist zwischen den zwei Gehäuseplatten 31A und 31B festgelegt, wenn sie zusammengeklemmt sind. In dem Bereich, wo ein Halbleiter-Wafer zur Verarbeitung angeracht ist, hat die Verarbeitungskammer eine Höhe von 1 bis 2 Zoll. Die Länge (und Weite) der Kammer 39 beträgt ungefähr 279 mm (11 Zoll) für 203 mm (8 Zoll) Wafer, d.h. Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm. Folglich ist das Gesamtvolumen der Kammer 39 gering, ungefähr 81,9 bis 164 cm³ (5 bis 10 Kubikzoll). Eine Gummihülse 38 um die obere Kante der unteren Gehäuseplatte 31B stellt sicher, daß die Verarbeitungskammer 39 verschlossen ist, wenn die Platten 31A und 31B während des Betriebs zusammengeklemmt sind.

Die obere Gehäuseplatte 31A hat mehrere Gaskanäle 36, welche Teil eines Vakuum-Festspanners für die Wafer in der Verarbeitungskammer 39 sind. Die Kanäle 36 sind mit einer Vakuumquelle verbunden, um die Wafer fest an ihrem Platz für den Wärmetransfer während des Betriebs zu halten. Eine Heizeinheit 32A ist ebenfalls an der Oberseite des Gehäuses 31A angebracht. Diese Einheit 32A wird durch Widerstands-Heizspulen gebildet.

Das untere Gehäuse 31B hat Gaszufuhrkanäle 33, welche alle mit einem Gaseinlaß 40 durch einen Zufuhrkanal 51 verbunden sind. Die Kanäle 33 bilden ein zirkuläres Muster um eine Mittelachse 50, wie unten beschrieben. An der Unterseite der Gehäuseplatte 31B ist eine weitere Heizeinheit 32B angebracht, gebildet durch Widerstands-Heizspulen.

Es ist sehr wichtig, daß jedes Reaktantgas einem Halbleiter- Wafer während der Verarbeitung gleichmäßig zugeführt wird. Von oben gesehen, wie in Figur 5 gezeigt, sind die offenen Gas- Zufuhrkanäle 33 radial in der unteren Gehäuseplatte 31B um die Mittelachse 50 verteilt. Die Kanäle 33 weisen vier radiale Kanäle 33A von der Mittelachse 50 auf, welche zirkuläre Kanäle 33B, die um die Achse 50 zentriert sind, in gleichmäßigen Abständen kreuzen. Während des Betriebs der Verarbeitungseinheit 10 tritt der zugeführte Dampf in den Gaseinlaß 40 von dem Auslaß 62 des Moduls 11 ein. Durch den Zufuhrkanal 51 tritt der Dampf in die radialen Kanäle 33A von der Mittelachse 50 ein und wird an die zirkulären Kanäle 33B verteilt.

Für verdampfte Silylierungsmittel arbeiten Kanäle mit Querschnitten von ungefähr 6,35 mm (0,25 Zoll) Tiefe x 10,16 mm (0,40 Zoll) Breite für die radialen Kanäle 33A und radiale Abstände von 25,4 mm (1,0 Zoll) für die zirkulären Kanäle sehr gut beim Verteilen des Dampfes.

Zwischen den Gaszufuhrkanälen 33 und der Kammer 39 sind zwei zirkuläre Platten 34A und 34B, welche in einen zirkulären Schlitz 51 über den offenen Kanälen 33 passen. In Figur 4 sind die zwei Platten 34A und 34B als eine einzige Platte 34 gezeigt. Die Platten 34A und 34B erfüllen eine Gasdispersionsfunktion. Die Platte 34A, welche direkt über die Kanäle 33 plaziert wird, hat zahlreiche Öffnungen von 0,76 mm (0,030 Zoll) Durchmesser, gebohrt in einem Muster, das die Außenseite begünstigt, d.h. weg von der Mittelachse 50. Auf diese Weise wird einem Einheitsvolumen der Verarbeitungskammer 39 die gleiche Menge Gas zugeführt. Typischerweise wird diese Platte aus rostfreiem Stahl gebildet.

Über der ersten Gasverteilungsplatte 34A ist die zweite Gasdispersionsplatte 34B. Die Platte 34B dispergiert die Gase von den Kanälen 33 feiner als die Platte 34A. Die Platte 34B wird aus gepreßtem Metall, rostfreiem Stahl oder porösem Graphit gebildet und hat keine sichtbaren Öffnungen. Trotzdem kann Gas durch die Platte 34B durchtreten. Somit wird der ankommende Gasdampf von den Kanälen 33 durch die Platte 34A verteilt und sickert durch die Dispersionsplatte 34B in die Verarbeitungskammer 39.

Um einen Halbleiter-Wafer 35 in der Kammer am Platz zu halten, wird ein Wafer-Halter 37 verwendet. Während der Verarbeitung wird der Wafer 35A mit der Vorderseite nach unten zu den Gasverteilungskanälen 33 plaziert. Sobald die obere Gehäuseplatte 31A geschlossen ist, wird der Wafer durch die Vakuumkanäle 36 an der Stelle und in Kontakt mit der Platte 31A gehalten.

Figur 6 ist eine Aufsicht der Verarbeitungskammer 39 mit einem Wafer 35 und veranschaulicht schematisch, wie ein Modul 11 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist. Das Gehäuse des Moduls 11 wird an das Gehäuse der Verarbeitungseinheit 10 geschraubt, so daß der Auslaß 62 dicht mit dem Gaseinlaß 40 der Verarbeitungskammer verbunden ist.

Der Druckmesser 18 beobachtet den Druck in der Verarbeitungskammer 39 mit einem Wafer 35, ein Abgasventil 23 entfernt die Dämpfe von der Kammer 39, und ein Ventil 25 steuert den Stickstoffstrom von der Stickstoffzufuhr 13. Weiterhin ist in dieser Zeichnung die Verarbeitungskammer 39 mit zwei Modulen 11 verbunden. Die zwei Module 11 sind jeweils mit einem unterschiedlichen Flüssigkeits-Vorrat verbunden, so daß vielfältige Verfahren in der Verarbeitungskammer 39 durchgeführt werden können.

Im Betrieb arbeitet das in Figur 1 gezeigte Zufuhrsystem für chemischen Dampf sehr wirksam mit Silylierungsmitteln, wie etwa (Hexamethyldisilazan) HMDS, (Hexamethylcyclotrisilazan) HMCTS, Trimethylsilyldimethylamin ) TMSDMA, (Trimethylsilyldiethylamin) TMSDEA, (Dimethylsilyldimethylamin) DMSDMA, (Bis(dimethylsilyl)dimethylamin) B (DMS) DMA und (Bis(Dimethylsilyl)methylamin) B (DMS)MA. Die Massenfluß- Regeleinheit 11 heizt die Silylierungsmittel auf Temperaturen im Bereich von 25 bis 200ºC auf.

Mit dem Modul 11 integriert an der Verarbeitungseinheit 10 und seiner Verarbeitungskammer 39 angebracht wird eine Zufuhrleitung eliminiert. Kondensation ist kein Problem und die Silylierungsmittel können der Verarbeitungskammer 39 bei genauen Temperaturen und Drücken zugeführt werden. Unter anderen Vorteilen vermeidet die vorliegende Erfindung die Schwierigkeiten, die von den Erfordernissen von Erwärmen der Zufuhrleitung und Halten der Zufuhrleitung bei einer genauen Temperatur oder von Verbinden von einzelnen Komponenten und Erwärmenmüssen jeder Komponente resultieren.

Darüber hinaus werden die Mittel gleichmäßig auf den Wafer in der Verarbeitungskammer 39 verteilt.

Außer für Silylierungsmittel kann die vorliegende Erfindung für andere flüssige Organosilane und auch für andere beim Ätzen und zur Diffusion verwendete Flüssigkeits-Quellen verwendet werden. Ein Beispiel ist (Tetraethyloxysilan) TEOS, welches zum Abscheiden von Silikatglas auf einen Halbleiter-Wafer verwendet wird. TEOS-Dampf wird der Verarbeitungskammer 39 und einem Halbleiter-Wafer bei einer viel höheren Rate als die Dämpfe von Silylierungsmitteln zugeführt. Z.B. sind typische Flußraten für TEOS 1 bis 60 cm³/sec, während Silylierungsmittel Flüsse 0,1 bis 1 cm³/sec betragen. Deshalb werden die Dampf-Flußraten in TEOS-Operationen kritischer.

Für TEOS wird das Modul 11 von der Betriebsweise als Druckregeleinheit wie beschrieben zu einer Betriebsweise als Massenfluß-Regeleinheit modifiziert. Das Modul 11 bleibt das gleiche wie oben beschrieben mit einem zusätzlichen Flußsensor 65 zwischen dem Druckverhältnisventil 21 und dem Anschluß und Auslaß 62, wie symbolisch in Figur 8 gezeigt, zu einem Gaszufuhreinlaß zu einer Verarbeitungskammer. Der Steuerungsblock 17 von Figur 1 wird modifiziert. Wie zuvor, regelt der Mikroprozessor in der Einheit 17 die Temperatur des Moduls 11, die Temperatur des Druckmessers 19 und den Wiederauffüll-Vorgang des Reservoirs 44. Anstelle der Rückkopplungssignale von dem Druckmesser 18 regelt jedoch der Mikroprozessor auch den Fluß des verdampften TEOS mit dem Druckverhältnisventil 21 in Antwort auf die Rückkopplungssignale von dem Flußsensor 65.

Massenfluß-Regeleinheiten (und ihre Sensoren) haben jedoch, wie oben erklärt, typischerweise Schwierigkeiten beim Betrieb bei Temperaturen über 70ºC. Im Betrieb heizt das Modul 11 das Reservoir 44 auf eine maximale Temperatur von 185ºC, um das flüssige TEOS in einen dampfförmigen Zustand zu bekommen. Andere Mittel können höhere Temperaturen erfordern. Als bessere Betriebsweise als eine Massenfluß-Regeleinheit zusätzlich zu dem Druckmesser 19 kann ein zweiter Druckmesser zwischen dem Ventil 21 und dem Auslaß 62 eingebunden sein. Mit dem Mikroprozessor in der Regeleinheit 17 wird der Fluß von dem Reservoir 44 durch den Auslaß 62 durch die Differenz der Druckablesewerte von den zwei Druckmessern berechnet. Basierend auf dem berechneten Wert wird das Ventil 21 durch ein Signal von der Einheit 17 eingestellt, um den Dampffluß zu regeln.

Figur 7 veranschaulicht eine Modifikation des Moduls 11 für einen erweiterten Bereich von Massenfluß-Regelung. In der Modifikation werden drei Gaskanäle zwischen dem erwärmten Reservoir in dem Modul und dem Gasauslaß zu einer Verarbeitungskammer gebildet. In Figur 7 helfen ein Absperrventil 72 und ein Füllstand-Sensor 73, den Flüssigkeitsstand in dem Reservoir in dem modifizierten Modul 81, wie zuvor beschrieben, zu regeln. Ein Kapazitäts- Druckmesser 79 mißt den Druck an dem Reservoir. Verbunden mit dem Reservoir sind drei Gaskanäle, wobei jeder durch ein Druckverhältnisventil, 70A bis 70C, zwischen zwei Absperrventilen 71A bis 71C und 72A bis 72C und ihre jeweiligen Anschlüsse (nicht gezeigt) gebildet wird. Die Auslässe der Anschlüsse für die Absperrventile 72A bis 72C sind mit einem zweiten Druckmesser 78 und seinem Anschluß (nicht gezeigt) verbunden, welcher seinerseits mit einem Auslaßanschluß 83 mit einem Auslaß 82 zur direkten Verbindung mit einem Gaseinlaß mit einer Verarbeitungskammer verbunden ist.

Die Absperrventile 71A bis 71C und 72A bis 72C werden betrieben, um zum Betrieb jeweils einen Gaskanal zu öffnen. Jeder Kanal hat zwei Absperrventile, um jeden nicht betätigten Kanal zu isolieren, so daß jeder Rückfluß des Dampfes in den Kanal verhindert wird.

Die drei Kanäle erlauben drei verschiedene Flußbereiche für das modifizierte Modul. Typischerweise kann ein einzelner Kanal unter der Regelung des Druckverhältnisventils betrieben werden, so daß der Dampfstrom über eine Dekade betrieben werden kann, d.h. die Flußrate kann von einer Flußeinheit zu beispielsweise 20 Flußeinheiten variiert werden. Mit den drei Kanälen kann jedes der Druckverhältnisventile 70A bis 70C kalibriert werden, so daß der Dampfstrom-Betrieb über drei Größenordnungen oder mehr erstreckt werden kann. Wie zuvor beschrieben, stellen die zwei Druckmesser das Druckdifferential bereit, um die Bestimmung der Flußrate des ausgewählten Kanals zu ermöglichen. Bemerkenswert ist, daß das modifizierte Modul nicht als Massenfluß-Regeleinheit betrieben werden muß, sondern auch als Druck-Regelleinheit mit einem erweiterten Betriebsbereich.

Wenn die Kanäle bei so verschiedenen Drücken betrieben werden, daß die Druckmesser 78 und 79 den Druck nicht für alle Betriebsbedingungen messen können, kann das Modul 81 modifiziert werden, so daß ein Paar von Druckmessern an jeder Seite eines Dosierventils 70A bis 70C in jedem Kanal plaziert wird. Die Druckmesser werden kalibriert, um bei den Bedingungen für jeden Kanal wirksam zu sein.

Eine andere Modifikation ist die Addition einer Entlüftung an ein Modul, das als Massenfluß-Regeleinheit betrieben wird. Im Kanal gelegen, bevor der Auslaß erreicht wird, steuert ein Verteilerventil den Dampfstrom von dem beheizten Reservoir des Ventils entweder durch den Auslaß in die Verarbeitungskammer oder durch die Entlüftung. Ohne die Entlüftung strömt der Dampf in die Verarbeitungskammer, sobald das Kammerzufuhrventil 21 geöffnet ist. Unter diesen anfänglichen Bedingungen kann die Massenflußrate nicht wünschenswert sein. Die Entlüftung und das Verteilerventil erlauben es, die anfängliche Dampf-Flußrate durch die Entlüftung zu stabilisieren und an die gewünschte Flußrate anzupassen. Dann wird das Verteilerventil betrieben und der Dampffluß durch den Auslaß des Moduls und in die Verarbeitungskammer umgelenkt.

Mit dieser Flexibilität von Betriebsbedingungen kann die vorliegende Erfindung für viele chemische Verfahren mit Flüssigkeits-Quellen verwendet werden. Tetrachlorkohlenstoff in Ätzprozessen kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und Dotierungsverfahren können durch die vorliegende Erfindung ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung kann sogar Chemikalien-Quellen, die ursprünglich fest sind, handhaben. Die Feststoff-Quelle kann selbst erwärmt werden, so daß der chemische Feststoff verflüssigt wird, so daß die chemische Flüssigkeit zu dem integrierten Modul der vorliegenden Erfindung geschickt werden kann.

Während das obige eine vollständige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung darstellt, können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden. Es sollte offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung genauso anwendbar ist, wenn geeignete Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden. Deshalb sollte die obige Beschreibung nicht als den Bereich der Erfindung beschränkend angesehen werden, welche durch Maße und Ziele der beigefügten Ansprüche festgelegt ist.


Anspruch[de]

1. Integriertes Zufuhrmodul für chemischen Dampf zur Zufuhr von chemischem Dampf von einer Flüssigkeits-Quelle (12) zu einer Verarbeitungseinheit (10) mit einer Verarbeitungskammer (30) darin für Halbleiter-Wafer, wobei das Modul umfaßt:

ein Gehäuse mit Wänden (41A, 41B) und Mittel zum Anbringen des Gehäuses an der Verarbeitungseinheit;

ein Reservoir (44), festgelegt durch das Gehäuse zum Aufnehmen einer Flüssigkeit von der Quelle (12), wobei das Reservoir mit der Quelle und der Verarbeitungskammer verbunden ist, wenn das Gehäuse an der Verarbeitungseinheit angebracht ist;

Mittel (42) in den Gehäusewänden zum Aufheizen des Reservoirs, so daß Flüssigkeit in dem Reservoir in Dampf überführt wird; und

Steuer/Regelmittel in dem Gehäuse zum Steuern/Regeln der Zufuhr des Dampfes von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer;

wobei das Modul steuerbar/regelbar Dampf von dem flüssigen Vorrat zu der Verarbeitungskammer liefert.

2. Modul nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Sensormittel (43) in dem Gehäuse zum Abtasten einer Eigenschaft des Dampfes in der Zufuhr des Dampfes von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer; und worin das Steuer/Regelmittel mit dem Sensormittel gekoppelt ist, so daß die Zufuhr des Dampfes zu der Verarbeitungskammer durch die abgetastete Eigenschaft geregelt wird, wobei das Regelmittel ein erstes Ventil (21), eingebunden zwischen dem Reservoir und der Verarbeitungskammer aufweist, wobei das erste Ventil den Dampfstrom von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer reguliert.

3. Modul nach Anspruch 2, worin das erste Ventil ein Dosierventil (21) umfaßt.

4. Modul nach Anspruch 2 oder 3, worin das Sensormittel Mittel (19) zum Abtasten des Druckes in der Verarbeitungskammer umfaßt.

5. Modul nach Anspruch 2, worin das Regelmittel Fluß- Sensormittel zum Abtasten des Dampfstromes von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer umfaßt.

6. Modul nach Anspruch 5, worin das Fluß-Sensormittel Mittel (78, 79) zur Bestimmung eines Druckdifferentials zwischen zwei Orten entlang des Dampfstroms von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer zur Bestimmung der Flußrate des Dampfes umfaßt.

7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend Mengen-Sensormittel (43) in dem Gehäuse zum Abtasten der Flüssigkeitsmenge in dem Reservoir.

8. Modul nach Anspruch 7, weiterin umfassend ein zweites Ventil (20) in dem Gehäuse, wobei das Ventil zwischen der Flüssigkeits-Vorratsquelle und dem Reservoir eingebunden ist und mit dem Sensormittel gekoppelt ist, wobei das Ventil auf die Flüssigkeitsmenge in dem Reservoir antwortet, so daß die Flüssigkeit in dem Reservoir von der Quelle aufrechterhalten wird.

9. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein drittes Ventil in dem Gehäuse, wobei das Ventil zwischen dem Reservoir und der Verarbeitungskammer eingebunden ist, wobei das Ventil in der Lage ist, den Dampf von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer abzuschalten.

10. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Reservoir-Heizmittel Widerstandsheizstäbe (42) umfaßt, welche in dem Gehäuse angebracht sind.

11. Verfahren zur Behandlung eines Halbleiter-Wafers mit einem Behandlungsmittel in Dampfform, worin der Halbleiter-Wafer in einer Verarbeitungskammer gehalten wird und das Behandlungsmittel von einer Flüssigkeits-Quelle geliefert wird und aufgeheizt wird, um vor der Einführung in die Verarbeitungskammer Dampf zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel in einem Reservoir, welches zwischen der Flüssigkeits-Quelle und der Verarbeitungskammer gelegen und benachbart zu der Verarbeitungskammer angebracht ist, erwärmt wird, wobei das Verfahren umfaßt Verdampfen des Behandlungsmittels in dem Reservoir und Steuern/Regeln des Flusses und des Druckes des von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer gelieferten Dampfes über eine Vielzahl von Gaskanälen und individuelles Steuern/Regeln der Zufuhr von Dampf von dem Reservoir zu der Verarbeitungskammer über jeden Kanal.







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