DE112021000121T5

DE112021000121T5 - Abscheidungssystem und Prozesssystem

Info

Publication number: DE112021000121T5
Application number: DE112021000121.3T
Authority: DE
Inventors: Suhwan Kim; Hyunjun Kim; Younglim Park; Dongkwan Baek; HyungSuk Jung
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-07-21
Also published as: TW202206631A; JP2023536018A; KR102300561B1; US20240209495A1; CN114729448A; WO2022025588A1; US20220033962A1

Abstract

Ein Abscheidungssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Reaktionskammer; eine Gaszuführeinheit, die einen gasförmigen Präkursor der Reaktionskammer zuführt; eine Reaktantzuführeinheit, die einen Reaktant, der mit dem Präkursor reagiert, der Reaktionskammer zuführt; und eine Abgaseinheit zum Entladen von Emissionen aus der Reaktionskammer, wobei: die Gaszuführeinheit einen Teiltank, einen Flüssigkeits-Flusswächter und einen ersten Verdampfer aufweist, die sequenziell verbunden sind; der Präkursor mittels eines automatischen Füllsystems in einem flüssigen Zustand in den Teiltank der Gaszuführeinheit gefüllt wird und mittels des Teiltanks, des Flüssigkeits-Flusswächters und des Verdampfers der Reaktionskammer sequenziell zugeführt wird; und die Abgaseinheit eine Behandlungsverarbeitungskammer, auf die ein Plasmavorbehandlungssystem angewandt wird, eine Pumpe und einen Wäscher enthält, wodurch der Präkursor stabil zugeführt wird, ohne einen Kanister zu ersetzen, die Haltbarkeit der Pumpe verbessert wird und die Effizienz des Wäschers erhöht wird. Somit kann durch Verwenden des Abscheidungssystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die einfache Instandhaltung und Handhabung der Einrichtung vom Standpunkt einer Massenproduktion aus verbessert werden.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende erfinderische Konzept bezieht sich auf ein Abscheidungssystem und ein Prozesssystem.
Hintergrund
Ein typisches Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht auf einem Substrat umfasst eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und eine Atomlagenabscheidung (ALD). In CVD- und ALD-Prozessen können verschiedene Reaktanten zum Ausbilden einer dünnen Schicht auf einer Oberfläche des Substrats verwendet werden. In diesem Prozess werden Flüssigkeitsreaktanten im Allgemeinen zu einem gasförmigen Zustand phasenverändert und einer Reaktionskammer zugeführt. Nachdem ein Abscheidungsprozess abgeschlossen ist, werden Abgasmaterialien des Prozesses bei einer Abgasstufe abgelassen. Wenn jedoch ein Verdampfer zum Erhöhen der Zufuhr von Flüssigkeitsreaktanten verwendet wird, kann der Austauschzyklus eines Kanisters bzw. Behälters, der die Flüssigkeitsreaktanten zuführt, verkürzt werden, und der Austauschzyklus einer Pumpe kann aufgrund des Anstiegs von Abgasmaterialien des Prozesses verkürzt werden. Zusätzlich, da die Einrichtung, die das Abscheidungssystem betreibt, gestoppt werden muss, wenn der Kanister und die Pumpe ausgetauscht werden, ist es nötig, das Abscheidungssystem zu verbessern, um eine Instandhaltung und Handhabung der Abscheidungseinrichtung vom Standpunkt einer Massenproduktion aus zu erleichtern.
Offenbarung
Technisches Problem
Ein Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts stellt ein Abscheidungssystem bereit, das eine Instandhaltung und Handhabung von Abscheidungseinrichtungen von einem Standpunkt einer Massenproduktion aus erleichtert.
Technische Lösung
Nach einem Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts enthält ein Abscheidungssystem: eine Reaktionskammer; eine erste Gaszuführeinheit, die konfiguriert ist, einen ersten Flüssigkeits-Präkursor bzw. flüssigen Präkursor, der in einem ersten Haupttank gespeichert ist, der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; eine Reaktantzuführeinheit, die konfiguriert ist, einen Reaktant, der mit dem ersten Präkursor reagiert, der Reaktionskammer zuzuführen; und eine Abgaseinheit, die konfiguriert ist, ein erzeugtes Abgasmaterial aus der Reaktionskammer abzulassen, wobei die erste Gaszuführeinheit einen ersten Teiltank, einen ersten Flüssigkeits-Massenflusswächter und einen ersten Verdampfer aufweist, wobei der erste Präkursor, der durch ein erstes automatisches Nachfüllsystem in den ersten Teiltank gefüllt wird, durch Passieren des ersten Teiltanks, des ersten Flüssigkeits-Massenflusswächters und des ersten Verdampfers der Reaktionskammer zugeführt wird, das erste automatische Nachfüllsystem derart operiert, dass es den ersten Teiltank mit dem erste Präkursor, der in einem flüssigen Zustand im ersten Haupttank gespeichert ist, periodisch füllt, und die Abgaseinheit eine Plasmavorbehandlungssystemkammer, auf die ein Plasmavorbehandlungssystem zum Erhöhen einer Dekompositionsrate des Abgasmaterials angewandt wird, eine Pumpe und einen Wäscher aufweist.
Nach einem Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts enthält ein Abscheidungssystem: eine Reaktionskammer; eine oder mehrere Gaszuführeinheiten, die konfiguriert sind, mindestens einen Präkursor der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; eine Reaktantzuführeinheit, die konfiguriert ist, einen Reaktant, der mit dem Präkursor reagiert, der Reaktionskammer zuzuführen; und eine Abgaseinheit, die konfiguriert ist, ein erzeugtes Abgasmaterial aus der Reaktionskammer abzulassen, wobei die eine oder die mehreren Gaszuführeinheiten aufweisen: einen Teiltank, in dem der Präkursor gespeichert ist; einen Verdampfer, um den Präkursor der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; und einen Flüssigkeits-Massenflusswächter, der eine Menge des dem Verdampfer zugeführten Präkursors steuert, wobei die Abgaseinheit eine Plasmavorbehandlungssystemkammer, eine Pumpe und einen Wäscher aufweist, und wobei die Plasmavorbehandlungssystemkammer das Abgasmaterial durch die Pumpe entweichen lässt, nachdem eine chemische Struktur des Abgasmaterials unter Verwendung des Plasmavorbehandlungssystems verändert worden ist.
Nach einem Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts enthält ein Prozesssystem: mindestens ein automatisches Nachfüllsystem, das konfiguriert ist, einen Teiltank automatisch mit einem Prozessmaterial in einem flüssigen Zustand zu füllen, ein Gaszuführsystem, das konfiguriert ist, das im Teiltank gespeicherte Prozessmaterial der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; und ein Plasmavorbehandlungssystem, das konfiguriert ist, eine Plasmaentladung zu induzieren, um eine chemische Struktur eines Abgasmaterials zu verändern, das aus der Reaktionskammer abgelassen wird, wobei das Gaszuführsystem konfiguriert ist, einen Flüssigkeits-Massenflusswächter und einen Verdampfer, die zwischen den Teiltank und die Reaktionskammer geschaltet sind, zu betreiben, und wobei der Flüssigkeits-Massenflusswächter konfiguriert ist, eine Menge des dem Verdampfer zugeführten Prozessmaterials zu steuern.
Vorteilhafte Wirkungen
Nach einem Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann ein Abscheidungssystem ein automatisches Nachfüllsystem (ARS) verwenden, das auf einen Teiltank angewandt wird, anstatt einen Kanister periodisch auszutauschen, wodurch eine Flüssigkeits-Reaktantlösung in einem Zustand aufrechterhalten wird, der ohne Unterbrechung zugeführt werden kann. Zusätzlich kann durch Anwenden eines Plasmavorbehandlungssystems (PPS) auf eine Abgaseinheit eine Haltbarkeit einer Pumpe erhöht werden und eine Effizienz eines Wäschers kann erhöht werden.
Diese verschiedenen Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die obige Beschreibung beschränkt und können im Prozess des Beschreibens einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einfacher verstanden werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Abscheidungssystems nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts;
2A bis 2C sind Diagramme, die Typen von Reaktionskammern im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellen;
3 ist ein Diagramm, das einen Betrieb eines Bubblers im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt;
4 ist ein Diagramm, das einen Betrieb eines Verdampfers in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt;
5 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen Betrieb eines automatischen Nachfüllsystems in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt;
6 ist ein schematisches Diagramm, das einen Prozess zum Ablassen eines Abgasmaterials in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt;
7 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Plasmavorbehandlungssystems in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt; und
8 bis 10 sind schematische Blockdiagramme eines Abscheidungssystems nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts.

Bester Modus
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des vorliegenden erfinderischen Konzepts mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wie folgt ausführlich beschrieben.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Abscheidungssystems nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
Bezugnehmend auf 1 kann ein Abscheidungssystem 1 eine Reaktionskammer 10, eine Gaszuführeinheit 20, eine Abgaseinheit 30, einen Haupttank 40 und eine Reaktantzuführeinheit 50 enthalten.
Ein Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann ein System sein, in dem ein chemischer Gasphasenabscheidungs(CVD)-Prozess und/oder ein Atomlagenabscheidungs(ALD)-Prozess durchgeführt werden. Der CVD-Prozess und der ALD-Prozess können ein Teil eines Prozesses zum Abscheiden einer dünnen Schicht auf einem Substrat durch Zuführen und Reagieren eines Präkursors und eines Reaktanten in die Reaktionskammer 10 sein.
Ein Präkursor kann bei Raumtemperatur in einem flüssigen oder festen Zustand existieren und kann durch eine in der Gaszuführeinheit 20 enthaltene Komponente verdampft und der Reaktionskammer 10 in einem gasförmigen Zustand zugeführt werden. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Präkursor kann bei Raumtemperatur in einem gasförmigen Zustand existieren. Im Abscheidungssystem 1 kann der Präkursor ein Flüssigkeits-Reaktant sein. Zum Beispiel kann der Präkursor ein metallorganischer Präkursor sein und kann aus einem Element der Gruppe 3, 4 oder 5 bestehen. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Präkursor kann aus anderen Elementen bestehen.
In einem allgemeinen Abscheidungsprozess kann es notwendig sein, den Flüssigkeits-Präkursor unter Verwendung eines Verdampfers in einen gasförmigen Zustand zu phasenverändern. Zum Beispiel können ein Bubbler und/oder ein Verdampfer als eine Verdampfungsvorrichtung zum Phasenverändern eines Präkursors in einen gasförmigen Zustand verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Präkursor unter Verwendung eines Einbrennprozesses in einen gasförmigen Zustand phasenverändert werden und ein gasförmiger Präkursor kann der Reaktionskammer 10 unter Verwendung eines Trägergases zugeführt werden. Währenddessen kann ein Flüssigkeits-Präkursor durch eine Bläschenbildung des Präkursors mit einem Trägergas verdampft werden und der Gas-Präkursor kann der Reaktionskammer 10 zugeführt werden.
Die oben beschriebenen Verdampfungsvorrichtungen, die im Abscheidungsprozess verwendet werden, können abhängig von einem Verdampfungsdruck des Flüssigkeits-Präkursors variieren. Zum Beispiel kann es in dem Fall, in dem ein Präkursor einen niedrigen Verdampfungsdruck aufweist, schwierig sein, einen Flüssigkeits-Präkursor unter Verwendung eines Bubblers zu verdampfen, und ein Verdampfer kann erforderlich sein. In dem Fall, in dem ein Präkursor einen hohen Verdampfungsdruck aufweist, kann der Präkursor durch einen Einbrennprozess verdampft werden.
Wenn der Flüssigkeits-Präkursor unter Verwendung eines Verdampfers in einen gasförmigen Zustand phasenverändert wird, kann der Reaktionskammer 10 eine größere Menge des Präkursors zugeführt werden als wenn ein Bubbler verwendet wird. Die der Reaktionskammer 10 zugeführte Menge des Präkursors kann durch einen Flüssigkeits-Massenflusswächter (LMFC) gesteuert werden.
Der der Reaktionskammer 10 zugeführte Präkursor kann in einem Kanister gespeichert werden. In einigen Fällen, wenn der Präkursor im Laufe des Prozesses geringer ist als eine vorbestimmte Menge im Kanister, muss der Kanister womöglich ausgetauscht werden, um mit dem Prozess erneut fortzufahren. Dementsprechend kann es notwendig sein, eine Prozesseinrichtung zu stoppen, um den Kanister auszutauschen. Zum Beispiel kann es notwendig sein, die Prozesseinheit herunterzufahren, um Verunreinigen aus dem Inneren einer Leitung, die mit dem Kanister verbunden ist, zu entfernen oder den Kanister auszutauschen.
Während der Abscheidungsprozess ausgeführt wird und/oder nachdem der Abscheidungsprozess abgeschlossen ist, können Abgasmaterialien aus einem Abgasende der Reaktionskammer 10 abgelassen werden. Zum Beispiel können die Abgasmaterialien gasförmige Reaktanten, die während des Abscheidungsprozesses nicht reagiert haben, oder Nebenerzeugnisse der Reaktion enthalten. Abgasmaterialien können in einen festen Zustand verändert und in einer Pumpe 32, die mit dem Abgasende der Reaktionskammer 10 verbunden ist, akkumuliert werden, was die Pumpe beeinträchtigen kann. Dementsprechend, um die verbrauchte Pumpe auszutauschen, kann es notwendig sein, die Prozesseinrichtung zu stoppen.
Im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann die Reaktionskammer 10 eine Abscheidungskammer enthalten, in der ein Abscheidungsprozess durchgeführt wird. Zum Beispiel kann der Abscheidungsprozess ein chemischer Gasphasenabscheidungs(CVD)- und/oder ein Atomlagenabscheidungs(ALD)-Prozess sein. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Reaktionskammer 10 des Abscheidungssystems 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann eine Kammer enthalten, in der ein weiterer Prozess unter Verwendung einer Gasinjektion durchgeführt wird. Zum Beispiel kann die Reaktionskammer 10 eine Polierprozesskammer, in der eine Säuberung durch Versprühen eines Säuberungsgases nach einem chemisch-mechanischen Polier(CMP)-Prozess durchgeführt wird, eine Ätzprozesskammer, die mindestens einen Abschnitt eines Bereichs eines Wafers und/oder von Elementschichten, die auf dem Wafer ausgebildet sind, durch Verwenden eines Plasmas, das Radikale und Ionen eines Quellengases enthält, entfernt, oder dergleichen enthalten. Wenn ein anderer Prozess als der Abscheidungsprozess durchgeführt wird, ist das der Reaktionskammer 10 zugeführte Gas womöglich nicht auf einen Präkursor beschränkt.
Im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann ein Flüssigkeits-Präkursor, welcher der Reaktionskammer 10 zugeführt wird, in einem Haupttank 40 gespeichert werden. Der im Haupttank 40 gespeicherte Flüssigkeits-Präkursor kann durch ein automatisches Nachfüllsystem (ARS) in der Gaszuführeinheit 20 gefüllt werden. Zum Beispiel kann das automatische Nachfüllsystem (ARS) kontinuierlich über Prozesse hinweg operieren. Zum Beispiel kann, wenn das automatische Nachfüllsystem ARS betrieben wird, durch eine Vakuumpumpe, die mit einer Leitung verbunden ist, ein negativer Druck in der Leitung zwischen dem Haupttank 40 und der Gaszuführeinheit 20 ausgebildet werden. Eine angemessene Menge eines Flüssigkeits-Präkursors kann durch den ausgebildeten negativen Druck in die Gaseinführeinheit 20 gefüllt werden. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und eine Betriebszeit und ein Verfahren des automatischen Nachfüllsystems ARS können sich nach Ausführungsbeispielen unterscheiden.
Im Abscheidungssystem 1 kann die Gaszuführeinheit 20 einen Teiltank 22, einen Flüssigkeits-Massenflusswächter 23 und einen Verdampfer 24 enthalten. Zum Beispiel kann die Gaszuführeinheit 20 ferner einen Filter 25 zum Herausfiltern von Flüssigkeits-Präkursoren enthalten, die im Verdampfer 24 nicht vollständig verdampft sind. Zusätzlich kann eine Mehrzahl an Ventilen zum Steuern einer Zufuhr des Präkursors zwischen den und/oder innerhalb der Komponenten der Gaszuführeinheit 20 angeordnet sein. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Anzahl und Position der Ventile kann nach Bedarf bestimmt werden.
Der Teiltank 22 kann aus dem Haupttank 40 befüllt werden, um einen Flüssigkeits-Präkursor zu speichern, der in einem entsprechenden Prozess verwendet werden soll. Zum Beispiel kann der Teiltank 22 ein Kanister sein. Der Flüssigkeits-Massenflusswächter 23 kann den im Teiltank 22 gespeicherten Flüssigkeits-Präkursor in einer konstanten Menge pro Einheitszeit dem Verdampfer 24 zuführen. Zum Beispiel kann die konstante Menge pro Einheitszeit einem Bereich von ungefähr 1g bis 10g pro Minute entsprechen. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Menge an zugeführtem Flüssigkeits-Präkursor kann sich abhängig vom Typ des Flüssigkeits-Präkursors, der zum Fortfahren des Prozesses erforderlichen Menge und der Anzahl an Substraten, auf denen eine Abscheidung in einem Prozess auftritt, unterscheiden.
Der Verdampfer 24 kann den Flüssigkeits-Präkursor in einen gasförmigen Zustand phasenverändern, um den Präkursor der Reaktionskammer 10 zuzuführen. Der Betrieb des Verdampfers 24 ist nicht auf ein Verfahren beschränkt und der Flüssigkeits-Präkursor kann durch einen Betrieb in verschiedenen Verfahren nach Ausführungsbeispielen verdampft werden. Der gasförmige Präkursor kann der Reaktionskammer 10 durch den Filter 25 zugeführt werden.
Die in 1 dargestellte Konfiguration der Gaszuführeinheit 20 kann einem Beispiel für eine Verdampfung eines Flüssigkeits-Präkursors unter Verwendung des Verdampfers 24 und des Flüssigkeits-Massenflusswächters 23 entsprechen. Im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann die Gaszuführeinheit 20 einen Bubbler anstatt des Verdampfers 24 und des Flüssigkeits-Massenflusswächters 23 enthalten. Der Bubbler kann in einer separaten Konfiguration enthalten sein, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und kann im Teiltank 22 enthalten sein. Der Betrieb der Gaszuführeinheit 20 nach Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfinderischen Konzepts wird später beschrieben.
Die im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts enthaltene Reaktantzuführeinheit 50 kann der Reaktionskammer 10 einen Reaktant zum Ausbilden einer dünnen Schicht durch Reagieren mit einem Präkursor zuführen. Zum Beispiel kann der zugeführte Reaktant mindestens eines von H2O, H2O2, O3, NH3 und dergleichen enthalten. Dies ist jedoch ein Beispiel und ist nicht darauf beschränkt, und die nach den Ausführungsbeispielen zugeführten Reaktanten können sich unterscheiden.
Im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts können Abgasmaterialen während des Abscheidungsprozesses und/oder nachdem der Abscheidungsprozess abgeschlossen worden ist zu einem Abgasende der Reaktionskammer 10 abgelassen werden. Die abgelassenen Abgasmaterialien können durch die Abgaseinheit 30 aus dem Abscheidungssystem 1 abgelassen werden. Die Abgaseinheit 30 kann eine Plasmavorbehandlungssystem(PPS)-Kammer 31, eine Pumpe 32 und einen Wäscher 33 enthalten.
Abgasmaterialien aus dem Abscheidungsprozess können durch die Pumpe 32 und den Wäscher 33 abgelassen werden, nachdem sie ein Plasmavorbehandlungssystem (PPS) in der PPS-Kammer 31 durchdrungen haben. Die Abscheidung der PPS-Kammer 31 ist jedoch nicht auf das beschränkt, was in 1 dargestellt ist, und die PPS-Kammer 31 kann zwischen der Pumpe 32 und dem Wäscher 33 angeordnet sein. In der Zwischenzeit kann eine Mehrzahl an Prozesskammern derart eingebaut werden, dass das Plasmavorbehandlungssystem PPS wiederholt mehrfach angewandt werden kann.
Ein auf das Abgasmaterial in der PPS-Kammer 31 angewandtes Plasmavorbehandlungssystem (PPS) kann dem Abgasmaterial ein Reaktionsgas zuführen. Zum Beispiel kann das Reaktionsgas O2 sein. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und andere Reaktionsgase können nach Ausführungsbeispielen zugeführt werden. Metallische Nebenerzeugnisse, die im Abgasmaterial enthalten sind, und Reaktionsgase können reagieren, um Produkte wie Zirkonium (ZrO2) zu erzeugen. Zum Beispiel kann Zirkonium in einer Pulverform vorliegen. Produkte wie Zirkonium und dergleichen können jedoch auf einer inneren Wand der Leitung gestapelt werden und das Ablassen von Abgasmaterial behindern.
Im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann das Plasmavorbehandlungssystem PPS eine Plasmaentladung in der PPS-Kammer 31 induzieren. In der Zwischenzeit kann das Abgasmaterial des Abscheidungsprozesses durch eine Plasmaentladung durch ein Material mit einer erhöhten Dekompositionsperformance und/oder einer erhöhten Fließfähigkeit und Sicherheit ersetzt werden. Dementsprechend kann das Plasmavorbehandlungssystem PPS eine Haltbarkeit der Pumpe 32 verlängern und eine Effizienz des Wäschers 33 erhöhen.
Wenn zum Beispiel das Plasmavorbehandlungssystem (PPS) angewandt wird, kann die Haltbarkeit der Pumpe zwei- oder dreimal jene der Pumpe ohne das Plasmavorbehandlungssystem sein. Wenn zum Beispiel das Plasmavorbehandlungssystem (PPS) nicht angewandt wird, kann ein Austauschzyklus der Pumpe 1 Monat sein, und wenn das Plasmavorbehandlungssystem (PPS) angewandt wird, kann ein Austauschzyklus der Pumpe 2 oder 3 Monate sein. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Austauschzyklus der Pumpe kann sich abhängig von der Prozessumgebung, der Performance des Plasmavorbehandlungssystems (PPS), der Performance der Pumpe und dergleichen unterscheiden. Zusätzlich, wenn das Plasmavorbehandlungssystem (PPS) angewandt wird, kann die Haltbarkeit der Pumpe geringer oder gleich zweimal oder mehr als dreimal die Haltbarkeit der Pumpe sein, wenn das Plasmavorbehandlungssystem PPS nicht angewandt wird.
Im Abscheidungssystem 1 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann das Abgasmaterial, das zum Ablassende der Reaktionskammer 10 abgelassen wird, Materialien in verschiedenen Zuständen enthalten. Die Pumpe 32 kann ein Abgasmaterial unter Verwendung von negativem Druck ablassen. Der Wäscher 33 kann zum Auflösen und Absorbieren der Abgasmaterialien in einem gasförmigen Zustand dienen. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und verschiedene Verfahren zum sicheren Ablassen und Ablassen des Abgasmaterials können auf die Abgaseinheit 30 angewandt werden und dafür notwendige zusätzliche Komponenten können ferner enthalten sein.
2A bis 2C sind Diagramme zum Erläutern von Typen von Reaktionskammern im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
Bezugnehmend auf 2A bis 2C kann im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts eine Reaktionskammer eine Abscheidungskammer sein, in der ein Abscheidungsprozess zum Abscheiden einer dünnen Schicht auf der oberen Oberfläche eines Substrats durchgeführt wird. Die Abscheidungskammer kann in einen Batch-Typ, einen Teil-Batch-Typ und/oder einen Einzel-Typ gemäß der Anzahl an Substraten, auf denen Prozesse gleichzeitig durchgeführt werden, unterteilt werden. Zum Beispiel kann das Substrat, auf dem der Abscheidungsprozess durchgeführt wird, Wafer Wa, Wb und Wc sein. Ein Prozessziel ist jedoch womöglich nicht auf die Wafer Wa, Wb und Wc nach Ausführungsbeispielen beschränkt. Zum Beispiel können verschiedene andere Substrate als die Wafer Wa, Wb und Wc, wie ein Muttersubstrat für eine Anzeige, ein Prozessziel sein.
Das Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann unabhängig von einem Reaktionskammertyp angewandt werden. Zum Beispiel wurde in der Vergangenheit die Batch-Typ-Reaktionskammer hauptsächlich zum Erhöhen einer Prozessgeschwindigkeit verwendet, in jüngster Zeit jedoch werden vermehrt Einzel-Typ-Reaktionskammern zum Erhöhen einer Prozessgenauigkeit verwendet und dementsprechend werden Instandhaltung und Handhabung von Einrichtungen wichtiger. Das Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts macht es einfacher, die Einrichtung instand zu halten und handzuhaben, und kann eine Prozesseffizienz erhöhen.
Bezugnehmend auf 2A kann eine Reaktionskammer 10a, in der ein Prozess durchgeführt wird, einen Batch-Typ aufweisen. Zum Beispiel kann die Batch-Typ-Reaktionskammer 10a eine Mehrzahl an Wafern Wa gleichzeitig verarbeiten. Zum Beispiel kann ein Präkursor, welcher der Reaktionskammer 10a in einem gasförmigen Zustand zugeführt wird, eine dünne Schicht auf oberen Oberflächen der in einer spezifischen Anordnung angeordneten Wafer Wa abscheiden. Die Reaktionskammer und zugehörige Prozesse sind jedoch nicht auf das in 2A gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt und die interne Form der Batch-Typ-Reaktionskammer 10a kann sich nach einem Ausführungsbeispiel unterscheiden.
Bezugnehmend auf 2B kann eine Reaktionskammer 10b, in der ein Prozess durchgeführt wird, einen Teil-Batch-Typ aufweisen. Zum Beispiel kann die Teil-Batch-Typ-Reaktionskammer 10b eine Mehrzahl an Wafern Wb gleichzeitig verarbeiten. Zum Beispiel kann ein Präkursor, welcher der Reaktionskammer 10b in einem gasförmigen Zustand zugeführt wird, eine dünne Schicht auf oberen Oberflächen der in einer spezifischen Anordnung angeordneten Wafer Wb abscheiden. Die Reaktionskammer und zugehörige Prozesse sind jedoch nicht auf das in 2B gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt und die interne Form der Teil-Batch-Typ-Reaktionskammer 10b kann sich nach einem Ausführungsbeispiel unterscheiden.
Zum Beispiel kann die Anzahl an Wafern Wb, die in der Teil-Batch-Typ-Reaktionskammer 10b gleichzeitig verarbeitet werden können, geringer sein als die Anzahl an Wafern Wa, die in der in 2A gezeigten Batch-Typ-Reaktionskammer gleichzeitig verarbeitet werden können. Verglichen mit der Batch-Typ-Reaktionskammer 10a kann die Teil-Batch-Typ-Reaktionskammer 10b jedoch die Genauigkeit des Präzisionsprozesses erhöhen.
Bezugnehmend auf 2C kann eine Reaktionskammer 10c, in der ein Prozess durchgeführt wird, einen Typ aufweisen, der als ein „Einzel-Typ“ bezeichnet wird. Zum Beispiel kann die Einzel-Typ-Reaktionskammer 10c einen Wafer Wc nach dem anderen verarbeiten. Obwohl die Einzel-Typ-Reaktionskammer 10c verglichen mit der Batch-Typ-Reaktionskammer 10a eine langsamere Prozessgeschwindigkeit aufweist, kann eine dünne Schicht unter Verwendung eines hohen Grades an Präzision gleichmäßig auf einer oberen Oberfläche des Wafers Wc abgeschieden werden. Die Reaktionskammer und zugehörige Prozesse sind jedoch nicht auf das in 2C gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt und die interne Form der Einzel-Typ-Reaktionskammer 10b kann sich nach einem Ausführungsbeispiel unterscheiden.
3 ist ein Diagramm, das einen Betrieb eines Bubblers im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
Bezugnehmend auf 3 kann im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts ein in der Gaszuführeinheit 120 enthaltener Teiltank 122 einen Bubbler B zum Verdampfen eines Flüssigkeits-Präkursors LP und Zuführen des Flüssigkeits-Präkursors LP in einem gasförmigen Zustand an die Reaktionskammer enthalten. Der Bubbler B kann in der Gaszuführeinheit 120 als eine vom Teiltank 122 getrennte Vorrichtung enthalten sein.
Zum Beispiel kann der Teiltank 122 bis zu einer vorbestimmten Höhe H mit einem Flüssigkeits-Präkursor LP gefüllt werden. Der Bubbler B kann ein Trägergas G bei einer ersten Höhe h1 injizieren. Zum Beispiel kann die erste Höhe h1 niedriger sein als eine mit dem Flüssigkeits-Präkursor LP gefüllte vorbestimmte Höhe H. Dementsprechend kann das Trägergas G direkt in den Flüssigkeits-Präkursor LP injiziert werden. Zum Beispiel kann das Trägergas G ein Gas wie N2 mit niedrigem Reaktionsvermögen sein. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und verschiedene Trägergase G können nach Ausführungsbeispielen verwendet werden.
In der Zwischenzeit kann durch die Injektion des Trägergases G eine Bläschenbildung im Flüssigkeits-Präkursor LP auftreten und der Flüssigkeits-Präkursor LP kann zu einem Gas-Präkursor GP verdampft werden. Der Gas-Präkursor GP kann der Reaktionskammer durch eine Leitung zugeführt werden. Zum Beispiel kann ein Einlass der Leitung, durch den der Gas-Präkursor GP austritt, über einer Oberfläche des Flüssigkeits-Präkursors LP angeordnet sein. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Einlass der Leitung kann nahe der Oberfläche des Flüssigkeits-Präkursors LP angeordnet sein oder er kann auf verschiedene Weisen angeordnet sein, durch die der Gas-Präkursor GP entweichen kann.
Der Flüssigkeits-Präkursor LP, in dem die Bläschenbildung auftreten kann, kann ein Material mit einem vorbestimmten Verdampfungsdruck sein. In dem Fall eines Abscheidungsprozesses unter Verwendung eines Flüssigkeits-Präkursors LP mit einem Verdampfungsdruck von ungefähr 1 Torr oder mehr bei 100 °C kann der Flüssigkeits-Präkursor LP zum Beispiel unter Verwendung des Bubblers B verdampft werden. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und selbst in einem Abscheidungssystem unter Verwendung eines Flüssigkeits-Präkursors LP mit einem hohen Verdampfungsdruck kann ein Verdampfer, der später beschrieben wird, anstatt des Bubblers B verwendet werden, um die zugeführte Menge des Präkursors zu erhöhen.
4 ist ein Diagramm, das einen Betrieb eines Verdampfers in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
Bezugnehmend auf 4 kann im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts die Gaszuführeinheit 220 einen Flüssigkeits-Massenflusswächter 223, einen Verdampfer 224 und einen Teiltank 222 enthalten. Der Flüssigkeits-Massenflusswächter 223 kann eine dem Verdampfer 224 zugeführte Menge des Flüssigkeits-Präkursors LP einstellen. Der Verdampfer kann den vom Flüssigkeits-Massenflusswächter 223 zugeführten Flüssigkeits-Präkursor LP verdampfen und ihn der Reaktionskammer in einem Gas-Präkursor(GP)-Zustand zuführen.
Zum Beispiel kann der Teiltank 222 bis zu einer bestimmten Höhe H mit einem Flüssigkeits-Präkursor LP gefüllt werden. Um den Flüssigkeits-Präkursor LP dem Flüssigkeits-Massenflusswächter 223 zuzuführen, kann ein Trägergas G bei einer zweiten Höhe h2 des Teiltanks 222 injiziert werden. Zum Beispiel kann die zweite Höhe h2 höher sein als eine mit dem Flüssigkeits-Präkursor LP gefüllte vorbestimmte Höhe H. Dementsprechend kann das Trägergas G auf die Oberfläche des Flüssigkeits-Präkursors LP injiziert werden.
Ein Teil des Flüssigkeits-Präkursors LP kann durch Injektion des Trägergases G dem Flüssigkeits-Massenflusswächter 223 entlang einer Leitung L1 zugeführt werden. Zum Beispiel kann ein Einlass der ersten Leitung L 1 bei einer dritten Höhe h3 angeordnet sein, die geringer ist als eine mit dem Flüssigkeits-Präkursor LP gefüllte vorbestimmte Höhe H. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die Anordnung der ersten Leitung L1 ist womöglich nicht darauf beschränkt.
Der Flüssigkeits-Präkursor LP kann dem Verdampfer 224 bei einer Menge, die vom Flüssigkeits-Massenflusswächter 223 gesteuert wird, entlang einer zweiten Leitung L2 zugeführt werden. Der Gas-Präkursor GP, der unter Verwendung des Verdampfers 224 in einen gasförmigen Zustand phasenverändert wurde, kann der Reaktionskammer entlang der dritten Leitung L3 zugeführt werden. Dementsprechend kann der Präkursor, der die erste Leitung L1 und die zweite Leitung L2 durchströmt, ein Flüssigkeits-Präkursor bzw. flüssiger Präkursor LP sein und der Präkursor, der die dritte Leitung L3 durchströmt, kann ein Gas-Präkursor bzw. gasförmiger Präkursor GP sein.
Im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann der Flüssigkeits-Präkursor LP unter Verwendung des Verdampfers 224 ein Material mit einem niedrigen Verdampfungsdruck sein. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, der Verdampfer 224 kann zum Erhöhen der Zufuhr des Gas-Präkursors GP unabhängig vom Verdampfungsdruck des Präkursors verwendet werden.
Bezugnehmend auf 3 und 4 können im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts ein Bubbler oder Verdampfer zum Verdampfen eines Präkursors mit anderen Komponenten arbeiten, um als ein gesamtes System zu operieren. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Bubbler oder Verdampfer können durch ein separates System unabhängig vom Betrieb anderer Komponenten betrieben werden. Zum Beispiel können der Bubbler oder Verdampfer durch ein separates Gaszuführsystem betrieben werden.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen Betrieb eines automatischen Nachfüllsystems in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
Bezugnehmend auf 5 kann im Abscheidungssystem ein Flüssigkeits-Präkursor durch Anwenden eines automatischen Nachfüllsystems von einem Haupttank in einen Teiltank gefüllt werden. Zum Beispiel kann das automatische Nachfüllsystem bestimmen, ob der in den Teiltank gefüllte Flüssigkeits-Präkursor größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist (S100). Die vorbestimmte Menge kann eine Menge des Flüssigkeits-Präkursors sein, die zum Fortfahren mit dem nächsten Prozess erforderlich ist. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Teiltank kann ferner bis zu einer Menge mit einem Flüssigkeits-Präkursor gefüllt werden, welche die für den Prozess erforderliche Menge überschreitet.
Wenn der in den Teiltank gefüllte Flüssigkeits-Präkursor geringer ist als eine vorbestimmte Menge, kann ein automatisches Nachfüllsystem derart betrieben werden, dass es den im Haupttank gespeicherten Flüssigkeits-Präkursor in den Teiltank füllt (S110). Zum Beispiel kann eine Vakuumpumpe wischen dem Haupttank und dem Teiltank angeordnet werden und der Flüssigkeits-Präkursor kann unter Verwendung eines durch die Vakuumpumpe ausgebildeten negativen Drucks automatisch gefüllt werden. Wenn der in den Teiltank gefüllte Flüssigkeits-Präkursor größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, kann der oben beschriebene Abscheidungsprozess durchgeführt werden (S120).
Nachdem der Abscheidungsprozess abgeschlossen ist (S130), wird bestimmt, ob der Abscheidungsprozess fortgesetzt werden soll (S140), und wenn ja, kann der Abscheidungsprozess von Schritt S100 weg erneut wiederholt werden.
In dem auf das Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts angewandten automatischen Nachfüllsystem kann ein Abscheidungsprozess durch Füllen der Flüssigkeit in einen Teiltank anstelle eines kontinuierlichen Austausches des Kanisters durchgeführt werden. Dadurch kann eine Prozesseffizienz durch Verwenden eines Zeitraums eines Herunterfahrens der Einrichtung, der ansonsten mit Austauschen des Kanisters verbracht worden wäre, als ein Betriebszeitraum erhöht werden.
6 ist ein schematisches Diagramm, das einen Prozess zum Ablassen eines Abgasmaterials in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
Bezugnehmend auf 6 können im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts Abgasmaterialien WP, die im Abscheidungsprozess erzeugt werden, durch ein Abgasende der Reaktionskammer zu der Abgaseinheit 30 abgelassen werden.
Zum Beispiel kann eine Abgaseinheit 30 eine PPS-Kammer 31, eine Pumpe 32 und einen Wäscher 33, der ein Plasmavorbehandlungssystem (PPS) zum Verändern der chemischen Struktur des Abgasmaterials WP anwendet, enthalten.
Im Abscheidungssystem kann das Plasmavorbehandlungssystem ein Ablassen durch Zersetzen und/oder Austauschen des aus der Reaktionskammer abgelassenen Abgasmaterials WP erleichtern. Zum Beispiel kann das Plasmavorbehandlungssystem auf das Abgasmaterial WP in der PPS-Kammer 31 angewandt werden. Das Plasmavorbehandlungssystem ist jedoch nicht darauf beschränkt, auf das Abscheidungssystem angewandt zu werden, und kann nicht nur auf den Abscheidungsprozess, sondern auch auf andere Prozesse zum Ablassen des Abgasmaterials WP angewandt werden. Zum Beispiel kann das Plasmavorbehandlungssystem auf Prozesse wie Veraschen, Ätzen, Glühen und Säubern angewandt werden.
Das Abgasmaterial WP vor dem Anwenden des Plasmavorbehandlungssystems kann ein Präkursor sein, der noch nicht reagiert hat, und/oder ein Nebenerzeugnis sein, das nach der Reaktion verbleibt. Zum Beispiel kann das Abgasmaterial WP ein Material mit einer relativ komplexen Struktur sein, wie Zirkonium. Dementsprechend, wenn das Abgasmaterial ohne die Anwendung des Plasmavorbehandlungssystems abgelassen wird, kann eine Haltbarkeit der Pumpe 32 aufgrund von Problemen, wie einer exzessiven Kraft auf der Pumpe 32 oder einer Akkumulation des Abgasmaterials WP in der Leitung, verkürzt werden.
Ein Plasmavorbehandlungssystem kann auf die PPS-Kammer 31 angewandt werden. Das Plasmavorbehandlungssystem kann ein Zuführen eines Reaktionsgases (RG) und Induzieren einer Plasmaentladung enthalten. Zum Beispiel kann das Reaktionsgas RG O2 sein. Abgasmaterialien mit erhöhten Dekompositionsraten aufgrund der Plasmaentladung können in Ionen mit Ladungen zersetzt werden. Zum Beispiel können die Abgasmaterialien, auf die das Plasmavorbehandlungssystem angewandt wird, N3-, O2-, H+, Mx+, C, e- (Elektronen) und dergleichen enthalten. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und der Betrieb des Plasmavorbehandlungssystems und die zersetzten Abgasmaterialien unterscheiden sich nach den Ausführungsbeispielen.
Die Abgasmaterialien in einem Ionenzustand, die zu der Pumpe 32 bewegt werden, können rekombiniert werden, um ein neues Material auszubilden. Zum Beispiel kann die Pumpe 32 gemischte Oxide (MOX), NO2, H2O, CO2 und dergleichen enthalten. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und zusätzlich können verschiedene Materialien enthalten sein. Zum Beispiel kann die Pumpe 32 H+ (Kationen) enthalten, die nicht rekombiniert werden.
Der Wäscher 33 kann mindestens einige der verbleibenden Abgasmaterialien auflösen und ablassen. Währenddessen, da die Abgasmaterialien, auf die das Plasmavorbehandlungssystem angewandt wird, zersetzt und/oder mit einem Material mit einer relativ einfachen Struktur, verglichen mit dem ursprünglichen Abgasmaterial WP, ersetzt werden, kann die Effizienz des Wäschers 33 erhöht werden. Zum Beispiel kann das durch den Wäscher 33 zu der Außenseite abgelassene Abgasmaterial in der Form von MOX, NO2, H2O, CO2, H2 oder dergleichen sein. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegenden erfinderischen Konzepte sind nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und verschiedene Materialien können enthalten sein.
7 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Plasmavorbehandlungssystems in einem Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts darstellt.
Bezugnehmend auf 7 wird die Plasmavorbehandlungssystemoperation womöglich nicht immer in jedem Prozess durchgeführt. Somit kann das Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts bestimmen, ob ein Plasmavorbehandlungssystem in Schritt S200 betrieben werden soll. Das Plasmavorbehandlungssystem kann während und/oder zwischen Prozessen operieren. Wenn das Plasmavorbehandlungssystem nicht betrieben wird, kann ein aus der Reaktionskammer abgelassenes Abgasmaterial durch eine Pumpe und einen Wäscher zu der Außenseite abgelassen werden.
Wenn das Plasmavorbehandlungssystem betrieben wird, kann ein Reaktionsgas in die Prozesskammer injiziert werden (S210). Zum Beispiel, wie oben beschrieben, kann ein Reaktionsgas O2 sein. Das Reaktionsgas kann durch Reagieren mit dem aus der Reaktionskammer abgelassenen Abgasmaterial zersetzt werden.
Da ein Abgasmaterial in Form eines Pulvers, das nicht vollständig zersetzt worden ist, jedoch in der Pumpe akkumulieren kann und die Haltbarkeit der Pumpe verkürzen kann, kann eine Plasmaentladung verwendet werden, um eine Dekompositionsperformance zu erhöhen (S220). Zum Beispiel kann die Plasmaentladung in der Form einer RF-Plasmaentladung erzeugt werden. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und kann in einer Form einer DC-Glühentladung oder dergleichen nach Ausführungsbeispielen erzeugt werden.
Im Abscheidungssystem kann das Plasmavorbehandlungssystem nach einem Ausführungsbeispiel mehrfach betrieben werden. Somit kann ein Schritt S230 zum Bestimmen, ob das Plasmavorbehandlungssystem wiederholt betrieben werden soll, durchgeführt werden. Dementsprechend können Schritte S210 und S220 mehrfach wiederholt werden. Das Abgasmaterial mit erhöhter Dekompositionsperformance durch die oben beschriebenen Schritte kann durch eine Pumpe und einen Wäscher abgelassen werden (S240). Wie oben beschrieben, ist dies ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Konfiguration der Abgaseinheit und die Abscheidung einer jeden Komponente kann nach einem Ausführungsbeispiel variieren.
Das auf das Abscheidungssystem angewandte Plasmavorbehandlungssystem kann derart operieren, dass es das Abgasmaterial mit erhöhter Dekompositionsperformance ablässt. Dementsprechend ist es möglich, die Haltbarkeit der Pumpe durch Reduzieren der Menge an in der Pumpe akkumuliertem Abgasmaterial zu verlängern. Zusätzlich kann die Abgaseffizienz durch Erhöhen der Effizienz des Wäschers erhöht werden.
8 bis 10 sind schematische Blockdiagramme eines Abscheidungssystems nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
Bezugnehmend auf 8 kann ein Abscheidungssystem 300 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts ein Abscheidungssystem sein, wenn eine abzuscheidende dünne Schicht aus einem Binärmaterial oder einem Ternärmaterial besteht. Dementsprechend kann zusätzlich zu der ersten Gaszuführeinheit 320a, die der Gaszuführeinheit 20 entspricht, eine zweite Gaszuführeinheit 320b ferner enthalten sein. Das Abscheidungssystem 300 kann Komponenten enthalten, die den jeweiligen Komponenten entsprechen, die im Abscheidungssystem 1 aus 1 dargestellt sind.
Der erste Präkursor, der eine Komponente der abzuscheidenden dünnen Schicht ist, kann durch das erste automatische Nachfüllsystem ARS_a aus dem ersten Haupttank 340a in die erste Gaszuführeinheit 320a gefüllt werden. Die erste Gaszuführeinheit 320a kann der Reaktionskammer 310 einen ersten Präkursor in einem gasförmigen Zustand zuführen und die zweite Gaszuführeinheit 320b kann der Reaktionskammer 310 einen zweiten Präkursor, der sich vom ersten Präkursor unterscheidet, in einem gasförmigen Zustand zuführen.
Im Abscheidungssystem 300 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann die zweite Gaszuführeinheit 320b Komponenten enthalten, die der ersten Gaszuführeinheit 320a entsprechen. Zum Beispiel kann die zweite Gaszuführeinheit 320b einen zweiten Teiltank 322b, einen zweiten Flüssigkeits-Massenflusswächter 323b, einen zweiten Verdampfer 324b und einen zweiten Filter 325b enthalten. Der zweite Teiltank 322b kann den durch das zweite automatische Nachfüllsystem ARS_b aus dem zweiten Haupttank 340b gefüllten zweiten Präkursor speichern.
Der erste Präkursor und der zweite Präkursor können mit einem von der Reaktantzuführeinheit 350 zugeführten Reaktant in der Reaktionskammer 310 reagieren, um eine dünne Schicht auf einem Substrat auszubilden. Durch den Abscheidungsprozess abgelassene Abgasmaterialien können zu der Außenseite abgelassen werden, nachdem das in 6 gezeigte Plasmavorbehandlungssystem angewandt worden ist. Andere Merkmale und Operationen der Konfiguration können die gleichen sein wie das in der Figur gezeigte Abscheidungssystem 1. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Konfigurationen der ersten Gaszuführeinheit 320a und der zweiten Gaszuführeinheit 320b können gemäß Unterschieden in Bezug auf physikalische Eigenschaften zwischen dem ersten Präkursor und dem zweiten Präkursor variieren.
Bezugnehmend auf 9 kann das Abscheidungssystem 400 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts ein Abscheidungssystem sein, wenn eine abzuscheidende dünne Schicht aus einem Binärmaterial oder einem Ternärmaterial besteht. Zum Beispiel kann das Abscheidungssystem 400 ferner eine zweite Gaszuführeinheit 420b zusammen mit einer ersten Gaszuführeinheit 420a enthalten, die der im Abscheidungssystem 1 aus 1 dargestellten Gaszuführeinheit 20 entspricht.
Der erste Präkursor, der eine Komponente der abzuscheidenden dünnen Schicht ist, kann durch das erste automatische Nachfüllsystem ARS_a aus dem ersten Haupttank 440a in die erste Gaszuführeinheit 420a gefüllt werden. Die erste Gaszuführeinheit 420a kann der Reaktionskammer 410 einen ersten Präkursor in einem gasförmigen Zustand zuführen. Der zweite Präkursor, der sich vom ersten Präkursor unterscheidet, kann durch das zweite automatische Nachfüllsystem ARS_b aus dem zweiten Haupttank 440b in den zweiten Teiltank 422b gefüllt werden. Die zweite Gaszuführeinheit 420b kann der Reaktionskammer 410 einen zweiten Präkursor in einem gasförmigen Zustand zuführen.
Im Gegensatz zu der zweiten Gaszuführeinheit 320b, die im in 8 gezeigten Abscheidungssystem 300 enthalten ist, kann die im Abscheidungssystem 400 enthaltene zweite Gaszuführeinheit 420b einen zweiten Verdampfer durch Verwenden eines Bubblers verdampfen. Zum Beispiel kann die Trägergaszuführeinheit 421b dem zweiten Teiltank 422b ein Trägergas zuführen. Zum Beispiel kann das Trägergas ein Gas wie N2 mit niedrigem Reaktionsvermögen sein. Der im zweiten Teiltank 422b gespeicherte zweite Flüssigkeits-Präkursor kann durch einen Einbrennprozess und/oder eine Bläschenbildung verdampft und der Reaktionskammer 410 zugeführt werden.
Der erste Präkursor und der zweite Präkursor können mit dem von der Reaktantzuführeinheit 450 zugeführten Reaktant in der Reaktionskammer 410 reagieren, um eine dünne Schicht auf dem Substrat auszubilden. Durch den Abscheidungsprozess abgelassene Abgasmaterialien können an die Außenseite abgelassen werden, nachdem das in 6 gezeigte Plasmavorbehandlungssystem angewandt worden ist. Andere Merkmale und Operationen der Konfiguration können die gleichen sein wie das in der Figur gezeigte Abscheidungssystem 1. Dies ist jedoch ein Beispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Konfigurationen der ersten Gaszuführeinheit 420a und der zweiten Gaszuführeinheit 420b können gemäß Unterschieden in Bezug auf physikalische Eigenschaften zwischen dem ersten Präkursor und dem zweiten Präkursor unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Bezugnehmend auf 10 kann ein Abscheidungssystem 500 nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts ferner eine Mehrzahl an Gaszuführeinheiten (520b, 520c, ... 520n) zusammen mit der ersten Gaszuführeinheit 520, die der im Abscheidungssystem 1 aus 1 dargestellten Gaszuführeinheit 20 entspricht, enthalten. Der Einfachheit der Beschreibung halber kann mindestens ein Abschnitt des in 10 gezeigten Abscheidungssystems 500 derselbe sein wie das in 8 gezeigte Abscheidungssystem 300 und/oder das in 9 gezeigte Abscheidungssystem 400.
Die erste Gaszuführeinheit 520a kann der Reaktionskammer 510 einen ersten Präkursor in einem gasförmigen Zustand zuführen. Die n-te Gaszuführeinheit 520n kann der Reaktionskammer 510 einen n-ten Präkursor in einem gasförmigen Zustand zuführen.
Die Anzahl an Gaszuführeinheiten 520a, 520b, ... 520n und eine Reaktantzuführeinheit 550 können durch die Zusammensetzung der auf dem Substrat abgeschiedenen dünnen Schicht bestimmt werden. In dem Fall einer dünnen Schicht, die aus einem Binärmaterial besteht, kann zum Beispiel ein Abscheidungsprozess von einem Abscheidungssystem durchgeführt werden, das eine Gaszuführeinheit 520a und eine Reaktantzuführeinheit 550 enthält. Zusätzlich, in dem Fall einer dünnen Schicht, die aus einem Ternärmaterial besteht, kann ein Abscheidungsprozess von einem Abscheidungssystem durchgeführt werden, das zwei Gaszuführeinheiten 520a und 520b und eine Reaktantzuführeinheit 550 enthält. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Anzahl an Bildungselementen der dünnen Schicht, die Anzahl an Gaszuführeinheiten 520a, 520b, ... 520n und die Anzahl an Reaktantzuführeinheiten 550 können sich abhängig vom Abscheidungsprozessverfahren unterscheiden.
Jede der Mehrzahl an Gaszuführeinheiten 520a, 520b, ... 520n kann jeweils unabhängige Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann die Mehrzahl an Gaszuführeinheiten 520a, 520b, ... 520n Gaszuführeinheiten sein, die einen Verdampfer enthalten, ähnlich dem in 1 dargestellten Abscheidungssystem. Das vorliegende erfinderische Konzept ist jedoch nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und eine oder mehrere der Gaszuführeinheiten der Mehrzahl an Gaszuführeinheiten 520a, 520b, ... 520n kann/können eine Gaszuführeinheit sein, die einen Bubbler enthält.
Im Abscheidungssystem nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden erfinderischen Konzepts können der von der n Gaszuführeinheiten 520a, 520b, ... 520n zugeführte erste bis n-te Präkursor mit den von der Reaktantzuführeinheit 550 zugeführten Reaktanten reagieren, um eine dünne Schicht auf einem Substrat auszubilden.
Die durch den Abscheidungsprozess abgelassenen Abgasmaterialien können zu der Außenseite abgelassen werden, nachdem das in 6 gezeigte Plasmavorbehandlungssystem angewandt worden ist. Andere Merkmale und Operationen der Konfiguration können die gleichen sein wie das in 1 gezeigte Abscheidungssystem 1. Dies ist jedoch ein Ausführungsbeispiel und die vorliegende Offenbarung ist nicht zwangsläufig darauf beschränkt, und die Konfigurationen der ersten Gaszuführeinheit 520a bis n-ten Gaszuführeinheit 520n können gemäß Unterschieden in Bezug auf physikalische Eigenschaften des ersten bis n-ten Präkursors unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Wie oben dargelegt, kann ein Abscheidungssystem ein auf einen Teiltank angewandtes automatisches Nachfüllsystem (ARS) verwenden, anstatt einen Kanister bzw. Behälter periodisch auszutauschen, wodurch eine Flüssigkeits-Reaktantlösung in einem Zustand aufrechterhalten wird, der ohne Unterbrechung zugeführt werden kann. Zusätzlich kann eine Haltbarkeit der Pumpe durch Anwenden eines Plasmavorbehandlungssystems (PPS) auf eine Abgaseinheit erhöht werden und eine Effizienz eines Wäschers kann erhöht werden.

Claims

Abscheidungssystem, aufweisend: eine Reaktionskammer; eine erste Gaszuführeinheit, die konfiguriert ist, einen ersten Präkursor in einem flüssigen Zustand, der in einem ersten Haupttank gespeichert ist, der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; eine Reaktantzuführeinheit, die konfiguriert ist, einen Reaktant, der mit dem ersten Präkursor reagiert, der Reaktionskammer zuzuführen; und eine Abgaseinheit, die konfiguriert ist, ein Abgasmaterial aus der Reaktionskammer abzulassen, wobei die erste Gaszuführeinheit einen ersten Teiltank, einen ersten Flüssigkeits-Massenflusswächter und einen ersten Verdampfer aufweist, wobei der erste Präkursor, der durch ein erstes automatisches Nachfüllsystem in den ersten Teiltank gefüllt wird, durch Passieren des ersten Teiltanks, des ersten Flüssigkeits-Massenflusswächters und des ersten Verdampfers der Reaktionskammer zugeführt wird, wobei das erste automatische Nachfüllsystem einen negativen Druck in einer Leitung zwischen dem ersten Haupttank und der ersten Gaszuführeinheit ausbildet und den ersten Teiltank mit dem ersten Präkursor in einem flüssigen Zustand, der im ersten Haupttank gespeichert ist, füllt, um einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem der erste Präkursor der Reaktionskammer zugeführt werden kann, und wobei die Abgaseinheit eine Plasmavorbehandlungssystemkammer, auf die ein Plasmavorbehandlungssystem zum Erhöhen einer Dekompositionsrate des Abgasmaterials angewandt wird, eine Pumpe und einen Wäscher aufweist.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Flüssigkeits-Massenflusswächter konfiguriert ist, den ersten Präkursor in einer konstanten Menge pro Einheitszeit dem ersten Verdampfer zuzuführen.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine zweite Gaszuführeinheit, die einen zweiten Präkursor, der in einem flüssigen Zustand in einem zweiten Haupttank gespeichert ist, der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuführt, wobei die zweite Gaszuführeinheit einen zweiten Teiltank aufweist, der den zweiten Präkursor speichert, und wobei der zweite Präkursor ein anderes Element als der erste Präkursor aufweist.
Abscheidungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Gaszuführeinheit, anders als die erste Gaszuführeinheit, konfiguriert ist, den zweiten Präkursor durch einen separaten Pfad der Reaktionskammer zuzuführen.
Abscheidungssystem nach Anspruch 3, wobei ein zweites automatisches Nachfüllsystem, das getrennt vom ersten automatischen Nachfüllsystem operiert, auf die zweite Gaszuführeinheit angewandt wird, und wobei das zweite automatische Nachfüllsystem den zweiten Teiltank periodisch mit dem zweiten Präkursor in einem flüssigen Zustand, der im zweiten Haupttank gespeichert ist, füllt.
Abscheidungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Gaszuführeinheit ferner eine Verdampfungsvorrichtung aufweist, wobei die Verdampfungsvorrichtung entweder ein Bubbler oder ein Verdampfer ist, wobei die Verdampfungsvorrichtung gemäß einem Verdampfungsdruck des zweiten Präkursors und einer erforderlichen Zuführmenge des zweiten Präkursors bestimmt wird, und wobei der zweite Präkursor, der durch die bestimmte Verdampfungsvorrichtung verdampft wird, der Reaktionskammer zugeführt wird.
Abscheidungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Gaszuführeinheit ferner einen zweiten Flüssigkeits-Massenflusswächter und einen zweiten Verdampfer aufweist, die sequenziell zwischen den zweiten Teiltank und die Reaktionskammer geschalten sind, wobei der zweite Flüssigkeits-Massenflusswächter konfiguriert ist, eine Strömungsrate des zweiten Präkursors einzustellen und den zweiten Präkursor dem zweiten Verdampfer zuzuführen, und der zweite Verdampfer konfiguriert ist, den zweiten Präkursor zu verdampfen und den zweiten Präkursor der Reaktionskammer zuzuführen.
Abscheidungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Gaszuführeinheit ferner eine Trägergaszuführeinheit und einen Bubbler aufweist, wobei die Trägergaszuführeinheit konfiguriert ist, ein Trägergas in den zweiten Teiltank zu injizieren, wobei der Bubbler konfiguriert ist, eine Bläschenbildung unter Verwendung des Trägergases zu erzeugen, und wobei der zweite Präkursor, der durch die Bläschenbildung verdampft wird, der Reaktionskammer zugeführt wird.
Abscheidungssystem nach Anspruch 8, wobei der Verdampfungsdruck des zweiten Präkursors bei 100 °C 1 Torr oder mehr ist.
Abscheidungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Gaszuführeinheit ferner eine Trägergaszuführeinheit aufweist, wobei die Trägergaszuführeinheit konfiguriert ist, ein Trägergas in den zweiten Teiltank zu injizieren, und wobei der zweite Präkursor, der durch einen Einbrennprozess verdampft wird, der Reaktionskammer zugeführt wird.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Gaszuführeinheit ferner einen Filter aufweist, der zwischen dem ersten Verdampfer und der Reaktionskammer angeordnet ist.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1, wobei die Reaktionskammer von einem Batch-Typ, einem Teil-Batch-Typ oder einem Einzel-Typ ist.
Abscheidungssystem nach Anspruch 1, wobei das Plasmavorbehandlungssystem konfiguriert ist, dem Abgasmaterial ein Reaktionsgas zuzuführen und dann eine Plasmaentladung zu induzieren.
Abscheidungssystem, aufweisend: eine Reaktionskammer; eine oder mehrere Gaszuführeinheiten, die jeweils konfiguriert sind, einen oder mehrere Präkursoren der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; eine Reaktantzuführeinheit, die konfiguriert ist, einen Reaktant, der mit dem einen oder den mehreren Präkursoren reagiert, der Reaktionskammer zuzuführen; und eine Abgaseinheit, die konfiguriert ist, ein Abgasmaterial aus der Reaktionskammer abzulassen, wobei die eine oder die mehreren Gaszuführeinheiten aufweisen: einen Teiltank, auf den ein automatisches Nachfüllsystem angewandt wird, das einen negativen Druck in einer Leitung zwischen dem ersten Haupttank und der ersten Gaszuführeinheit ausbildet und den Präkursor periodisch füllt, um einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem der erste Präkursor der Reaktionskammer zugeführt werden kann; einen Verdampfer, um den Präkursor der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen; und einen Flüssigkeits-Massenflusswächter, der eine Menge des dem Verdampfer zugeführten Präkursors steuert, wobei die Abgaseinheit eine Plasmavorbehandlungssystemkammer, eine Pumpe und einen Wäscher aufweist, und wobei die Plasmavorbehandlungssystemkammer das Abgasmaterial durch die Pumpe entweichen lässt, nachdem ein Plasmavorbehandlungssystem angewandt wird, wobei das Plasmavorbehandlungssystem die chemische Struktur des Abgasmaterials verändert.
Abscheidungssystem nach Anspruch 14, wobei das automatische Nachfüllsystem konfiguriert ist, den Teiltank automatisch mit dem Präkursor zu füllen, zwischen einem ersten Prozess, der den Präkursor verwendet, und einem zweiten Prozess, der nach dem ersten Prozess durchgeführt wird.
Abscheidungssystem nach Anspruch 14, wobei das Plasmavorbehandlungssystem derart gesteuert wird, dass es unabhängig von dem Prozess in der Reaktionskammer nach Bedarf selektiv operiert.
Prozesssystem, aufweisend: mindestens ein automatisches Nachfüllsystem, das konfiguriert ist, einen negativen Druck in einer Leitung auszubilden, die mit einem Haupttank verbunden ist, der ein Prozessmaterial in einem flüssigen Zustand speichert, um einen Teiltank mit dem Prozessmaterial automatisch zu füllen, und um das im Teiltank gespeicherte Prozessmaterial über einer bestimmten Menge aufrechtzuerhalten; ein Gaszuführsystem, das konfiguriert ist, das im Teiltank gespeicherte Prozessmaterial der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand zuzuführen, ein Plasmavorbehandlungssystem, das konfiguriert ist, eine Plasmaentladung zu induzieren, um eine chemische Struktur eines Abgasmaterials zu verändern, das aus der Reaktionskammer abgelassen wird, wobei das Gaszuführsystem konfiguriert ist, einen Flüssigkeits-Massenflusswächter und einen Verdampfer, die zwischen den Teiltank und die Reaktionskammer geschaltet sind, zu betreiben, und wobei der Flüssigkeits-Massenflusswächter konfiguriert ist, eine Menge des dem Verdampfer zugeführten Prozessmaterials zu steuern.
Prozesssystem nach Anspruch 17, wobei das Prozessmaterial in einem von einem Abscheidungsprozess, einem Ätzprozess, einem Veraschungsprozess, einem Glühprozess und einem Säuberungsprozess verwendet wird, und wobei das Gaszuführsystem konfiguriert ist, das Prozessmaterial der Reaktionskammer in einem gasförmigen Zustand periodisch zuzuführen.
Prozesssystem nach Anspruch 17, wobei das Gaszuführsystem eine Mehrzahl an Gaszuführeinheiten aufweist, und wobei die Mehrzahl an Gaszuführeinheiten konfiguriert sind, jeweils eine Mehrzahl an Prozessmaterialien der Reaktionskammer zuzuführen.
Prozesssystem nach Anspruch 19, wobei mindestens zwei der Mehrzahl an Gaszuführeinheiten konfiguriert sind, durch unterschiedliche Mechanismen zu operieren.