KR20100126423A - 다중 앰풀 전달 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 용기 및 복수의 운반 기체 또는 불활성 기체 공급/증기상 또는 액상 시약 전달 매니폴드를 구비한 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 관한 것으로서, 반도체 물질 및 장치의 제조 시 물질의 증착을 위하여 전구체와 같은 증기상 또는 액상 시약을 연속적으로 분배하는 데 사용할 수도 있다.
Description
본 발명은 복수의 용기와 복수의 운반 기체 또는 불활성 기체 공급/증기상 또는 액상 시약 전달 매니폴드를 구비하고, 증기상 또는 액상 시약, 예컨대 반도체 물질 및 장치의 제조 시 물질의 침착을 위한 전구체를 연속적으로 분배하기 위하여 사용할 수도 있는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 관한 것이다.
반도체 및 제약 산업에 사용하는 고순도 화학물질은 보관중에 순도를 유지하기 위하여 특수 포장이 필요하다. 이는 공기 및/또는 공기 중의 수분과 반응하는 화학물질에 대해 특히 적용된다. 이러한 고순도 화학물질은 일반적으로 버블러(bubbler) 또는 앰풀(ampoule)과 같은 용기에 공급된다.
최신 화학 증착 설비 및 원자층 증착 설비는 버블러 또는 앰풀을 활용하여 전구체 화학물질을 증착 챔버에 전달한다. 이러한 버블러 또는 앰풀은, 운반 기체를 고순도 전구체 화학물질의 용기를 통해 통과시켜 운반 기체와 함께 전구체 증기를 증착 챔버에 운반하는 기능을 한다.
집적회로의 크기가 감소함에 따라 내부 성분 또는 특징부의 치수도 작아진다. 크기가 감소함에 따라, 이에 상응하여 필름 품질과 장치 성능에 대한 불순물의 영향을 최소화하도록 더 순수한 화학물질에 대한 필요성이 증가한다. 그러므로 공급자들은 고순도 화학물질을 제조할 수 있어야할 뿐만 아니라 고순도를 유지하는 용기에 이를 전달할 수 있어야 한다.
전구체 화학물질의 물리적 특성 및 앰풀과 밸브의 구성 물질의 물리적 특성은 이용할 수 있는 최대 허용 전달 온도를 좌우한다. 취급 및 전달에 문제를 일으키는 전구체 화학 특성 중 일부로는 예를 들어 공기 중의 수분 및 산소와의 발열 반응성이 있다. 이는, 대용량 유출의 경우에는 가연성 부산물 및 화재를 야기할 수 있고, 전달 라인 내 잔류 공기의 경우에는 전달 라인을 오염시키고 이어서 공정 동안 웨이퍼 표면으로 전달되어 전자 장치를 망가뜨릴 수 있는 미립자를 생성할 수 있다. 가열된 앰풀에서의 전구체 화학물질의 제한된 열 안정성은 증기압을 감소시킬 수 있고/거나 공정을 오염시킬 수 있는, 앰풀 내 불순물(힐(heel))의 점진적인 축적, 및 공정을 오염시키는 입자를 생성하는, 전구체 화학물질 전달 매니폴드의 기체 라인 및 밸브의 분해를 야기한다.
다음 화학 증착 또는 원자층 증착에 앞서 앰풀을 교체할 수 있도록 앰풀 내 전구체 화학물질이 거의 소모되는 시기를 아는 것이 또한 중요하다. 앰풀이 사이클 도중 말라버리면, 전체 웨이퍼 배치가 손상되어 수백만 달러의 잠재적인 손실을 초래할 것이다. 그러므로 값비싼 액체 전구체 화학물질의 낭비를 방지하도록 앰풀 내에 가능한 적은 양으로 전구체 화학물질을 남기는 것이 바람직하다. 화학 전구체의 가격이 상승함에 따라, 가능한 적은 양으로 화학물질을 낭비하는 것이 더욱 중요해진다.
증착 공정의 소모 속도 및 앰풀의 크기는 앰풀 교체 빈도의 결정적인 요인이다. 교체 단계는 매우 시간 소모적일 수 있고, (ⅰ) 앰풀을 폐쇄하고, 잔류 전구체 화학물질을 제거하기 충분한 온도에서 라인을 사이클 퍼징(purging)하고; (ⅱ) 앰풀을 실온으로 냉각하고, 사용한 앰플을 제거하고, 새로운 앰플로 교체하고; (ⅲ) 연결 레그(leg) 내 잔류 공기를 제거하도록 시스템을 실온에서 사이클 퍼징하고; (ⅳ) 원하는 온도까지 앰풀(및 앰풀의 밸브)을 천천히 가열하고(물질의 분해를 방지하도록 느린 가열이 중요함); 전구체 화학물질의 용융점 바로 위까지 앰풀을 가열하고; 용융 온도로부터 동작 온도까지 천천히 앰풀을 램핑하고; 새로운 물질을 정성분석하는 것을 포함할 수 있다.
낮은 열 안정성 및/또는 실온에서 고체인 특성을 갖는 전구체 화학물질의 경우, 대용량 전달 시스템의 구현은 곤란한 과제일 수 있다. 예를 들어, 저장소에서 다량의 물질을 가열 및 용융시키고, 전구체 화학물질이 액체로 유리되도록 전구체 화학물질 분배 라인의 광범위한 길이; 충전이 반복될수록 불순물이 용기에 점차 농축됨에 따른 앰풀 내 불순물의 축적; 및 유휴 가열된 분배 라인에서의 전구체 화학물질의 열 분해를 열 추적해야 하는 과제가 있다.
본 기술분야에서는 앰풀의 교체와 관련하여 최소 정지 시간으로 동작할 수 있는, 증기상 또는 액상 시약 분배 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 본 기술분야에서는 전구체 화학물질의 고순도를 유지하고, 또한 장치에서의 전구체 화학물질의 활용을 증가시키고, 이에 상응하여 전구체 화학물질의 낭비를 줄일 수 있는, 증기상 또는 액상 시약 분배 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 본 기술분야에서는 장치가 설치되는 공정 설비에 투명한 증기상 또는 액상 시약 분배 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 설비 운용자는 증기상 또는 액상 시약 분배 장치가 적절하게 동작하도록 설비를 수정하면 안 된다.
본 발명은 부분적으로 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드;
복수의 소싱 기체 매니폴드로서, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브, 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는, 복수의 소싱 기체 매니폴드; 및
각각의 상기 소싱 기체 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법에 관한 것으로서,
(a) 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약과 운반 기체를 인출하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성할 수 있고, 상기 버블러 튜브는 상벽 부재에 인접한 유입 단부 및 하벽 부재에 인접한 배출 단부를 구비하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기; 및
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성할 수 있고, 상기 버블러 튜브는 상벽 부재에 인접한 유입 단부 및 하벽 부재에 인접한 배출 단부를 구비하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드;
복수의 소싱 기체 매니폴드로서, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브, 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는, 복수의 소싱 기체 매니폴드; 및
각각의 상기 소싱 기체 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법에 관한 것으로서,
(a) 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성할 수 있고, 상기 버블러 튜브는 상벽 부재에 인접한 유입 단부 및 하벽 부재에 인접한 배출 단부를 구비하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기; 및
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인 및 상기 버블러 튜브를 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약과 운반 기체를 인출하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 액상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 불활성 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 액상 시약 배출 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질로 연장되는 딥튜브를 포함하고, 딥튜브를 통해 액상 시약이 상기 장치로부터 분배될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비하는, 복수의 용기;
복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 불활성 기체 공급 라인 및 액상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 액상 시약 방출 라인은 액상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 액상 시약 방출 라인은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 액상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 액상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 불활성 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 액상 시약 배출 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질로 연장되는 딥튜브를 포함하고, 딥튜브를 통해 액상 시약이 상기 장치로부터 분배될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비하는, 복수의 용기;
복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 불활성 기체 공급 라인 및 액상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 액상 시약 방출 라인은 액상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 액상 시약 방출 라인은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 액상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드;
복수의 소싱 기체 매니폴드로서, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 불활성 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 불활성 기체 공급 라인과 연속하는 불활성 기체 공급 라인을 포함하고; 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브, 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는, 복수의 소싱 기체 매니폴드; 및
각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법에 관한 것으로서,
(a) 통합 액상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 불활성 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 액상 시약 배출 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질로 연장되는 딥튜브를 포함하고, 딥튜브를 통해 액상 시약이 상기 장치로부터 분배될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비하는, 복수의 용기;
복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 불활성 기체 공급 라인 및 액상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 액상 시약 방출 라인은 액상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 액상 시약 방출 라인은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 액상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 액상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
임의로 고체 소스 화학물질을 용융시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 고체 소스 화학물질을 가열하여 액상 시약을 제공하는 단계;
불활성 기체를 상기 불활성 기체 공급 라인을 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 딥튜브 및 상기 액상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 액상 시약을 인출하는 단계;
기화 장치를 제공하는 단계로서,
내부 용기 칸을 형성하여 액상 시약을 기화시키도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하는 용기;
통합 액상 시약 분배 장치를 상기 기화 장치에 연결하는 상기 액상 시약 방출 라인;
기화 장치의 일부로서, 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체가 상기 기화 장치로 공급되어 상기 액상 시약의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있는, 기화 장치의 일부;
기화 장치의 일부로서, 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 기화 장치로부터 분배될 수 있는, 기화 장치의 일부;
운반 기체를 상기 기화 장치에 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인으로서, 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하는, 운반 기체 공급 라인;
증기상 시약을 상기 기화 장치로부터 상기 증착 챔버로 방출하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인으로서, 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 증기상 시약 방출 라인
을 포함하는 기화 장치를 제공하는 단계;
액상 시약을 상기 기화 장치에 공급하는 단계;
액상 시약을 기화시키기 충분한 온도까지 상기 기화 장치 내 액상 시약을 가열하여 상기 증기상 시약을 제공하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 상기 기화 장치에 공급하는 단계;
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 기화 장치로부터 인출하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 소스 화학물질을 보유하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 증기상 시약 전달 매니폴드는 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 상기 용기로부터 증기상 시약을 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브을 포함하는, 복수의 증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 부분적으로 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 소스 화학물질을 보유하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 증기상 시약 전달 매니폴드는 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 상기 용기로부터 증기상 시약을 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브을 포함하는, 복수의 증기상 시약 전달 매니폴드;
복수의 운반 기체 공급 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급 매니폴드는 운반 기체 공급 라인을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브, 및 운반 기체 공급 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함한다.
본 발명은 또한 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법에 관한 것으로서,
(a) 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 소스 화학물질을 보유하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 증기상 시약 전달 매니폴드는 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 상기 용기로부터 증기상 시약을 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브을 포함하는, 복수의 증기상 시약 전달 매니폴드;
복수의 운반 기체 공급 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급 매니폴드는 운반 기체 공급 라인을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브, 및 운반 기체 공급 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
임의로 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약을 인출하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 상기 증기상 시약 전달 매니폴드에 공급하여 상기 증기상 시약과 혼합하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치 또는 조립체는, 공급 용기로부터의 증기상 시약이 화학 증착 챔버에 이동하여 공급 증기로부터 증착 챔버 내 기재상에 물질층을 증착하기 위한, 예를 들어 화학 증착 시스템을 포함하는 다양한 범위의 공정 시스템에 사용할 수도 있다.
본 발명의 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 앰풀의 교체와 관련된 최소 정지 시간으로 연속적으로 동작할 수 있고, 고순도의 전구체 화학물질을 유지할 수 있고, 또한 장치 내 전구체 화학물질의 사용량을 증가시킬 수 있고, 이에 상응하여 전구체 화학물질의 낭비를 줄일 수 있다. 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 상기 장치가 연결되는 프로세스 설비에 투명하다. 설비 운영자는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치가 적절하게 동작하도록 설비를 변경할 필요가 없다. 본 발명의 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치 또는 조립체는 액체 전구체 화학물질의 순도를 유지하고, 액체 또는 고체 전구체 화학물질의 사용률을 증가시켜 낭비를 줄이고 설비 사용을 증가시킨다.
본 발명의 다른 양상, 특징 및 실시양태는 다음의 상세한 설명 및 첨부한 특허청구범위로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 밸브 도면이다.
도 2는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치를 제어하는 프로그램가능 로직 컨트롤러로의/로부터의 입력 및 출력을 도시한다.
도 3은 본원에 사용된 밸브 표기법을 도시한다. 3-포트 밸브에 대한 흑색 레그는 작동된 레그를 나타낸다. 흐름 경로는 백색 레그 사이에서 항상 개방이다.
도 4는 밸브(V-1 내지 V-6)와 가열 존(Z-1 내지 Z-5)을 도시하는 단일 앰풀의 도면이다.
도 5는 밸브(V-1 내지 V-16), 압력 변환기(PTA 및 PTB) 및 가열 존(Z-1 내지 Z-16)을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 배관 및 기기의 도면이다.
도 6은 운용자가 각 매니폴드에 대한 모드를 바꾸는 경우 PLC가 취하는 일반적인 기본 단계 및 선택을 나타내는 예시적인 PLC 논리 흐름도이다.
도 7은 설비로부터의 공압(pneumatic) 신호를 활성 매니폴드 중 어느 하나상의 적당한 밸브에 릴레이할 수 있으면서 프로그램가능 로직 컨트롤러가 유휴 매니폴드상의 유사한 밸브를 또한 제어하게 하는 방법의 예를 도시하는 프로그램가능 로직 컨트롤러의 단순화된 공압 레이아웃이다. 이러한 구성으로 인해 최종 사용자는 설비의 한 위치에서 모든 공압 밸브를 폐쇄할 수 있다.
도 8은 단일 앰풀의 장전 플랫폼을 도시한다.
도 9는 통합 스프링 플레이트를 도시하는 앰풀 활주 선반의 측면도이다.
도 10은 정렬과 제거의 이슈를 완화시키는 앰풀 장전 선반의 도면이다.
도 11은 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 매니폴드 레이아웃을 도시한다.
도 12는 매니폴드에서의 90°만곡부, 라인 길이 및 앰풀들 간의 간격을 감소시키는, 45°각도로 회전된 앰풀을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 매니폴드 레이아웃을 도시한다.
도 13은 전방(상) 및 45°(하) 대면하는 옆에 있는 특정 앰풀들의 경우에 대한 앰풀 배출구들 사이의 짧은 직선 샷 거리를 도시하는 평면도이다.
도 14는 옆에 있는 특정 앰풀들을 구비한 밸브 레이아웃을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 배관 및 기기의 도면이다.
도 15는 다중 앰풀 전달 시스템으로부터 방출되는 운반 기체와 전구체의 한 실시양태 및 다중 앰풀 전달 시스템으로부터 방출되는 순수 전구체의 또 다른 실시양태(순수한 전달)를 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 단순화된 도면이다.
도 16은 순수 전구체 전달 시스템에 대한 밸브 레이아웃을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 배관 및 기기의 도면이다.
도 17은 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 사용된 PLC 스크린의 예시적인 스크린 샷이다.
도 2는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치를 제어하는 프로그램가능 로직 컨트롤러로의/로부터의 입력 및 출력을 도시한다.
도 3은 본원에 사용된 밸브 표기법을 도시한다. 3-포트 밸브에 대한 흑색 레그는 작동된 레그를 나타낸다. 흐름 경로는 백색 레그 사이에서 항상 개방이다.
도 4는 밸브(V-1 내지 V-6)와 가열 존(Z-1 내지 Z-5)을 도시하는 단일 앰풀의 도면이다.
도 5는 밸브(V-1 내지 V-16), 압력 변환기(PTA 및 PTB) 및 가열 존(Z-1 내지 Z-16)을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 배관 및 기기의 도면이다.
도 6은 운용자가 각 매니폴드에 대한 모드를 바꾸는 경우 PLC가 취하는 일반적인 기본 단계 및 선택을 나타내는 예시적인 PLC 논리 흐름도이다.
도 7은 설비로부터의 공압(pneumatic) 신호를 활성 매니폴드 중 어느 하나상의 적당한 밸브에 릴레이할 수 있으면서 프로그램가능 로직 컨트롤러가 유휴 매니폴드상의 유사한 밸브를 또한 제어하게 하는 방법의 예를 도시하는 프로그램가능 로직 컨트롤러의 단순화된 공압 레이아웃이다. 이러한 구성으로 인해 최종 사용자는 설비의 한 위치에서 모든 공압 밸브를 폐쇄할 수 있다.
도 8은 단일 앰풀의 장전 플랫폼을 도시한다.
도 9는 통합 스프링 플레이트를 도시하는 앰풀 활주 선반의 측면도이다.
도 10은 정렬과 제거의 이슈를 완화시키는 앰풀 장전 선반의 도면이다.
도 11은 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 매니폴드 레이아웃을 도시한다.
도 12는 매니폴드에서의 90°만곡부, 라인 길이 및 앰풀들 간의 간격을 감소시키는, 45°각도로 회전된 앰풀을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 매니폴드 레이아웃을 도시한다.
도 13은 전방(상) 및 45°(하) 대면하는 옆에 있는 특정 앰풀들의 경우에 대한 앰풀 배출구들 사이의 짧은 직선 샷 거리를 도시하는 평면도이다.
도 14는 옆에 있는 특정 앰풀들을 구비한 밸브 레이아웃을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 배관 및 기기의 도면이다.
도 15는 다중 앰풀 전달 시스템으로부터 방출되는 운반 기체와 전구체의 한 실시양태 및 다중 앰풀 전달 시스템으로부터 방출되는 순수 전구체의 또 다른 실시양태(순수한 전달)를 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 단순화된 도면이다.
도 16은 순수 전구체 전달 시스템에 대한 밸브 레이아웃을 도시하는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 배관 및 기기의 도면이다.
도 17은 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 사용된 PLC 스크린의 예시적인 스크린 샷이다.
소량의 유기금속 전구체는 일반적으로 화학 증착 또는 원자층 증착 설비에 사용하는 1일-용기, 앰풀 또는 버블러에 저장한다. 웨이퍼가 더 커지고, 유기금속 전구체의 사용 속도가 증가함에 따라, 주어진 양의 전구체가 지속되는 시간은 감소한다. 이는 더욱 잦은 앰풀 교체를 필요로 하고, 더 낮은 설비 활용을 야기한다. 지금까지의 표준 접근법은 1) 더 큰 앰풀을 사용하고, 2) 서브-팹(sub-fab)에 저장된 큰 저장소로부터 액체로서 전구체를 인출하여 설비의 더 작은 앰풀에 보내는 벌크 재충전 시스템을 사용하는 것이다.
본 발명은, 벌크 충전 해결책이 광범위하게 사용되고 있는 TMA 또는 TMG와 같은 특정 전구체에 대하여 작용하지만, 수많은 새로운 전구체는 고체일 수도 있거나 낮은 열 안정성을 가질 수도 있어 벌크 충전 시스템이 새로운 전구체에 대하여 작용하기 어렵게 하거나 불가능하게 한다는 점에서 특유하다. 한 실시양태에서, 본 발명은 동일하거나 상이한 타입이고, 동일하거나 상이한 유기금속 전구체의 2개의 앰풀(예컨대, 2개의 버블러 앰플 또는 1개의 버블러 앰풀과 1개의 딥튜브(diptube) 앰풀)을 시스템상에 나란히 배치할 수 있다. 하나의 앰풀이 라이브(live)인 동안 다른 하나의 앰풀은 오프라인(offline)이고 활성 앰풀이 거의 비게 될 때 온라인(online)이 되도록 준비한다.
또한, 본 발명의 다중 앰풀 전달 시스템은, 반도체 설비가 단일 앰풀 시스템을 "알게(see)"하는 프로그램가능 로직 컨트롤러로 제어하도록 설계한다. 이는 현재 시스템을 설비 회사에 대하여 드롭-인 교체(drop-in replacement)하게 한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 동일하거나 상이한 타입이고, 동일하거나 상이한 전구체를 함유하는 복수 개, 예컨대 2개의 앰풀(예컨대, 2개의 버블러 앰플 또는 1개의 버블러 앰풀과 1개의 딥튜브 앰풀)과, 평행하게 배관되고, 통상의 공정 및 덤프 라인을 공유하는 가열된 매니폴드들을 포함한다. 매니폴드들은 하나의 앰풀이 라이브(전구체를 설비에 전달하는 온도에서)이고 다른 매니폴드는 대기 또는 오프라인 상태일 수 있도록 한다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 매니폴드 밸브와 열 추적을 제어하고, 여분의 밸브를 활성 매니폴드상에 정확하게 설정하고 설비로부터의 공압 밸브 신호를 활성 앰풀 매니폴드상의 적절한 밸브에 다시 전송함으로써 설비가 시스템상의 하나의 앰풀만 "알게" 한다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 다른 하나의 앰풀은 동작중인 동안 비활성 앰풀에 대한 사이클 퍼징 및 앰풀 교환 단계를 제어할 수 있다. 설비는 하나의 앰풀만 알기 때문에, 이는 기존 설비에 대한 플러그 앤 플레이 해결책이다.
본 발명의 다중 앰풀 전달 시스템의 장점은 반도체 설비 플랫폼이 단일 앰풀 전구체 전달 시스템용으로 이미 설계되어 있다는 점이다. 전구체 교환이 필요한 경우(액체에서 고체 또는 열적으로 불안정한 액체), 설비 회사는 설비가 다중 앰풀을 제어할 수 있도록 플랫폼을 재설계할 필요가 없다.
앰풀들이 상주하는 캐비닛은 임으로 앰풀들을 벽으로 분리한다. 안전성 요건에 따라, 하나의 문이 있고, 분리 벽이 없는 캐비닛이 본 발명에서 사용하기 적합할 수도 있다. 각 앰풀은 온라인 앰풀과의 간섭을 방지하도록 프로그램가능 로직 컨트롤러와 연동할 수 있는 각 앰풀의 문을 통해 접근할 수 있다. 앰풀은 캐비닛 내부와 외부에서 그리고 매니폴드와의 정렬을 위한 앰플의 축 약간 위와 아래 및 주위에서 앰풀이 조작되게 하는 선반상에 장착된다.
벌크 충전 시스템에 비해 다중 앰풀 시스템의 장점은, 예를 들어 단일 앰풀에 비해 다중 앰풀 시스템은 앰풀 교체중 0인 설비 정지 시간을 갖고; 벌크 충전에 비해 다중 앰풀 시스템은 사용자가 가득한 잠재적으로 위험한 유기금속 전구체 액체 충전된 라인이 팹(fab)을 통과하는 것을 피하게 하고; 벌크 시스템은 새로운 전구체를 사용된 전구체의 위에 충전하여 앰풀 내 불순물을 농축시키는 반면 2중 앰풀 시스템은 사용된 전구체를 새로운 전구체로 교체하도록 사용된 앰풀을 제거하는 것을 포함한다.
높은 동작 온도까지 가열된 전구체의 경우, 벌크 충전 시스템은 여전히 앰풀을 냉각시켜 온도를 낮출 필요가 있는 반면 2중 앰풀 시스템은 다른 앰풀이 계속해서 전구체를 설비에 제공하는 동안 새로운 앰풀을 설치하고 그 온도가 되게 한다. 모든 경우에서, 설비는 공정 책임자에 좌우되는 재-정성분석을 필요로 할 수도 있고, 시스템 및 전구체 공급이 얼마나 반복될 수 있는지를 결정한다. 활성 앰풀이 거의 비게 되면, 제2 앰풀을 정성분석하기 전에 재충전 또는 온도 안정화를 대기할 필요가 없다. 벌크 충전 용기 내 사양에서 벗어난 유기금속 전구체는 다중 설비상의 다중 앰풀에 영향을 준다. 다중 앰풀 시스템을 사용하면 한 설비상의 한 앰풀로 영향이 제한된다.
다른 장점도 분명하다. 수많은 벌크 충전 시스템은 용매를 사용하여 액체 라인을 세척한다. 따라서 전구체와 용매의 폐기물 혼합물은 고객에게 화학적 처리 비용을 부가한다. 2중 앰풀 시스템은 액체 또는 고체로서 라인을 통해 전달되기 적합하지 않은 금속 클로라이드와 같은 높은 용융점 고체 전구체에 대하여 용이하게 사용할 수 있다. 2중 앰풀 시스템은, 입자 또는 오염 문제가 존재하는 경우 교체하기 쉬운 작은 매니폴드를 구비하며 단지 하나의 설비에 영향을 미친다. 벌크 충전 탱크에 대한 유사한 문제는 다양한 길이의 라인을 교체할 필요가 있을 수도 있고, 복수의 설비에 영향을 미칠 수도 있다. 2중 앰풀 시스템은 동일한 단일 앰풀을 단일 앰풀 시스템으로서 사용하므로, (일체형 흐름) 화학 재고품 관리에 의지하는 데 적합하다.
또한, 복수의 웨이퍼가 있는 대용량 배치 설비의 경우, 본 발명의 다중 앰풀 시스템은 사용자의 앰풀 교체를 위한 정지 시간을 일반적으로 약 24시간 이상으로부터 약 4시간 이하로 또는 새로운 물질을 정성분석하는 시간 정도로 줄일 수 있다. 이는 약 80% 초과의 정지 시간 감소에 상당할 수 있다.
도 1은 본 발명의 2중 앰풀 전달 시스템을 위한 도식적인 밸브를 도시한다. 도 1을 참조하면, 2중 앰풀 전달 시스템은 유기금속 전구체 증기를 통상의 공정 설비에 전달할 수 있는 각각의 평행한 기체 매니폴드(22 및 23)에 연결된 2개의 앰풀(20 및 21)을 포함한다. 각 매니폴드에 공급되는 기체는 퍼지/프로세스 매니폴드(24 및 25)를 사용하여 선택되고, 주어진 매니폴드가 유휴인 경우 매니폴드는 통상의 덤프 라인으로 퍼지될 수 있다. 앰풀과 매니폴드는 각 앰풀을 위한 개별 문과 섹션이 있는 통기형 캐비닛(26)에 포함된다. 퍼지/프로세스 매니폴드에 위치한 압력 변환기(PTA 및 PTB)를 사용하여 유동 상황 또는 비유동 상황에 대하여 기체 라인을 모니터한다. 앰풀과 매니폴드는 또한 온도 제어할 수 있다.
이러한 2중 앰풀 전달 시스템의 동작은 프로그램가능 로직 컨트롤러를 통해 수행된다. 이러한 2중 앰풀 전달 시스템을 제어하는 프로그램가능 로직 컨트롤러로의/로부터의 일반적인 입력 및 출력은 도 2에 도시한다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 매니폴드로부터 다양한 디지털 및 아날로그 입력을 취하고, 이를 이용하여 온도 및 성능 동작을 제어한다. 또한, 프로그램가능 로직 컨트롤러는 공정 설비로부터 입력을 취하고, 이러한 입력을 활성 매니폴드에 보낸다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 공정 설비 및 최종 사용자가 요청한 대로 경보음을 또한 송신할 수 있다. 터치스크린과 같은 인간 머신 인터페이스로 인해 사용자는 시스템 및 성능 동작을 수동으로 구성할 수 있다.
본 발명을 실시하기 위한 바람직한 모드는 프로그램가능 로직 컨트롤러로 제어되는 2중 앰풀 전달 시스템이다. 도 3은 본원에서 사용하는 밸브 표기법을 기술한다. 일반적인 원자층 증착 또는 화학 증착 공정 설비를 위한 표준 단일 앰풀 훅업(hook-up)은 도 4에 도시된다. 이러한 구성에서, 앰풀 및 앰풀 위의 매니폴드가 가열된다. 사실상, 앰풀 위의 매니폴드(Z-4 및 Z-5)는 라인에서의 전구체 응축을 방지하도록 앰풀의 온도 설정(Z-1, Z-2 및 Z-3)점보다 5℃ 초과의 온도로 유지된다. 밸브(V-3 및 V-4)는 앰플에 있는 수동 밸브이다.
도 4에서 도식적인 모든 밸브는 통상 폐쇄된 밸브이다. 밸브(V-5 및 V-6)는 공정 설비가 매니폴드로부터 앰풀을 단리시키도록 하는 3-포트 공압식 구동 밸브이다. 전구체 전달 동안, V-2는 폐쇄되는 반면 다른 밸브는 개방되어 아르곤 또는 헬륨과 같은 건조 불활성 운반 기체가 앰풀로 이동하게 하여, 유기금속 전구체, 예컨대 TDMAH의 앰풀로부터 공정 챔버로의 전달을 돕는다. 일반적으로, 원자층 증착 응용의 경우, 최종 단리 지점으로서 챔버에 가능한 가깝게 위치한 V-6의 하류에 최종 밸브(도시하지 않음)가 존재한다. 이러한 최종 밸브는 설비에 통합된다.
2중 앰풀 전달 시스템에 대한 바람직한 배관 및 기기는 도 5에 도시된다. 도 5는 밸브, 압력 변환기 및 핫 존을 도시한다. 기체 전달 산업에서의 통상의 실시는 상류와 하류 위치 둘 다에 압력 변환기를 사용하는 것이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 이러한 시스템은 앰풀의 상류에 압력 변환기(PTA 및 PTB)를 구비할 뿐이다. 유기금속 전구체의 하류의 압력 변환기는 데드 레그(dead leg), 히트 싱크 및 누출에 대한 또 다른 연결점으로서 작용한다. 이들은 모두 매니폴드에 미립자 형성을 야기할 수 있다. 또한, 밸브가 개방되지 않거나, 라인에서 누출이 존재하는지 여부를 결정하는 데 필요한 모든 정보는 매니폴드당 하나의 압력 변환기를 사용하여 얻을 수 있다.
도 5에서, 표준 앰풀 훅업에서 CVD 설비에 의해 제어되는 밸브와 유사한 밸브는 앰풀 A에 대한 V-1, V-2, V-8 및 V-9와 앰풀 B에 대한 V-5, V-10, V-11 및 V-12이다.
프로그램가능 로직 컨트롤러가 기여하는 입력과 출력은 도 2에 도식적으로 도시된다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 매니폴드로부터의 다양한 아날로그 및 디지털 신호와 함께 운영자 머신 인터페이스(HMI)를 통해 설비 또는 운영자로부터의 명령을 취하도록 설계된다. 도 5를 참조하면, 프로그램가능 로직 컨트롤러는 모두 16개의 온도 존과 14개의 매니폴드 밸브를 제어하고, 피드백을 위하여 각각의 열전쌍 및 밸브 위치 표시기를 모니터한다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 설비로부터의 공압식 또는 전기식 밸브 개방 명령을 활성 매니폴드에 릴레이하고, 설비가 비상시에 정지하는 경우(EMO - 비상 오프(emergency off))에는 안전 상태로 정지할 것이다.
프로그램가능 로직 컨트롤러는, 각각의 소싱 기체 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로, 각각의 소싱 기체 매니폴드, 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 용기 및 증착 챔버와의 통신을 지시하기 위한 알고리즘을 구비한다.
프로그램가능 로직 컨트롤러는 각각의 소싱 기체 매니폴드, 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 용기로부터 디지털 및 아날로그 입력을 수신할 수 있고, 디지털 및 아날로그 입력을 이용하여 동작을 수행한다. 컨트롤러는 증착 챔버로부터 명령 입력을 또한 수신할 수 있고, 명령 입력을 이용하여 동작을 수행한다.
각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 용기 및 각각의 소싱 기체 매니폴드로부터의 디지털 및 아날로그 입력은, 항온 존으로부터의 열전쌍 및 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 소싱 기체 매니폴드에 대한 압력 측정이 관여하는 아날로그 입력 및 밸브 위치 표시기, 덤프 펌프 온/오프 및 각각의 용기에 대한 레벨 센서가 관여하는 디지털 입력을 포함한다. 증착 챔버로부터의 명령 입력은 공압식 및 전기식 밸브 구동 신호, 상기 증착 챔버로부터의 비상 오프(EMO) 및 경보 상태를 포함한다.
위에서 수신된 디지털 및 아날로그 입력에 관하여, 수행되는 동작은 개별 온도 존, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 용기 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드에서의 온도 제어; 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드에서 밸브 제어; 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 용기 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드에서의 피드백을 위하여 열전쌍 및 밸브 위치 표시기의 모니터링; 증착 챔버로부터의 전기식 및 공압식 밸브 구동 신호를 각각의 상기 활성 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 활성 소싱 기체 매니폴드에 릴레이; 및 캐비닛의 비상 기체 오프(EGO), 온도 경고, 온도 경보, 밸브 위치 정보, 레벨 센서 정보 및 다른 경보를 상기 증착 챔버와 통신하는 것을 포함한다.
위에서 수신된 명령 입력에 관하여, 수행되는 동작은 개별 온도 존, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드 및 각각의 상기 용기에서의 온도 제어; 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드에서의 밸브의 제어; 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 용기 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드에서의 피드백을 위하여 열전쌍 및 밸브 위치 표시기의 모니터링; 증착 챔버로부터의 전기식 및 공압식 밸브 구동 신호를 각각의 상기 활성 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 활성 소싱 기체 매니폴드에 릴레이; 및 캐비닛의 비상 기체 오프(EGO), 온도 경고, 온도 경보, 밸브 위치 정보, 레벨 센서 정보 및 다른 경보를 상기 증착 챔버와 통신하는 것을 포함한다.
상술한 디지털 및 아날로그 입력을 수신하는 것으로부터 수행되는 동작은 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 소싱 기체 매니폴드 및 각각의 용기에서의 온도 상태 및 밸브 상태를 개별적으로 제어하는 것을 포함할 수 있다. 온도 상태 및 밸브 상태는 오프라인, 수동, 앰풀 교체 및 프로세스를 포함한다. 프로세스는 대기, 기체를 위한 버튼 누름 또는 호출, 및 온라인을 포함한다.
상술한 명령 입력을 수신하는 것으로부터 수행되는 동작은 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 소싱 기체 매니폴드 및 각각의 용기에서의 온도 상태 및 밸브 상태를 개별적으로 제어하는 것을 포함할 수 있다. 온도 상태 및 밸브 상태는 오프라인, 수동, 앰풀 교체 및 프로세스를 포함한다. 프로세스는 대기, 기체를 위한 버튼 누름 또는 호출, 및 온라인을 포함한다.
한 실시양태에서, 컨트롤러는 디지털 및 아날로그 입력을 컴퓨터에 릴레이하여 사용자가 상기 동작을 모니터하게 하고, 명령 입력을 컴퓨터에 릴레이하여 사용자가 상기 동작을 모니터하게 한다.
각각의 용기는 적어도 하나의 소스 화학물질 레벨 센서 및 적어도 하나의 온도 센서를 포함할 수 있다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 각각의 소싱 기체 매니폴드를 서로 독립적으로, 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드를 서로 독립적으로, 각각의 용기를 상기 용기들 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 동작하도록 각각의 소스 화학물질 레벨 센서 및 각각의 온도 센서와의 통신을 지시할 수 있다.
프로그램가능 로직 컨트롤러는 유동이 없거나 설비 말단의 히터 고장이 있는 경우 원하는 조치를 또한 취할 수 있다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 덤프 펌프로부터의 신호를 모니터하여 매니폴드를 개방하기 전에 온 상태인지 확인하여 덤프하고, 각 앰풀에 대한 레벨 센서를 모니터하여 낮은 전구체 상태 여부를 설비에 경고할 수 있다. 또한, 프로그램가능 로직 컨트롤러는 존 중 하나에서의 범위 밖의 온도 이벤트 또는 비상 정지를 설비에 경고할 수 있다. 프로그램가능 로직 컨트롤러는 활성 밸브로부터의 적절한 밸브 위치 표시기를 필요하다면 설비에 또한 릴레이할 것이다. 프로그램가능 로직 컨트롤러가 수신하는 모든 데이터는 이더넷 연결을 통해 재방송할 수 있어 최종 사용자는 SPC 또는 개발 목적을 위하여 온도, 압력 등을 모니터할 수 있다.
통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 또 다른 고유한 양상은 프로그램가능 로직 컨트롤러(PLC)가 통상의 프로세스 설비를 공급하는 2개의 개별 매니폴드의 온도 상태와 밸브 상태 둘 다를 제어한다는 점이다. PLC에 의해 요구되는 일반적인 흐름과 결정을 도시하는 흐름 시트가 도 6에 도시된다. 모든 단계 동안, PLC는 시스템이 지정된 동작 한도 내에 있다는 점을 보장하도록 라인 압력, 온도, 밸브 상태 등과 같은 입력을 모니터한다. 또한, PLC는 특정 밸브들을 동시에 개방하지 않아 매니폴드 간의 "혼선(cross-talk)"을 방지할 수 있도록 프로그램된다. 예를 들어, 프로세스 밸브에 대한 배출구 또는 덤프 밸브에 대한 배출구 모두는 동시에 개방될 수 없다. 한 실시양태에서, 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 소싱 기체 매니폴드의 온도는 각각의 용기의 온도보다 적어도 5℃ 초과한다.
도 6의 도식적인 다이어그램의 상부 왼쪽에서 시작하면, 앰풀은 "앰풀 활성" 상태일 수 있다. 이 상태에서, 앰풀은 온도 상태이고, PLC는 활성 앰풀 및 앰풀의 개별 매니폴드의 온도를 모니터한다. 앰풀은 설비로부터의 신호를 적절한 활성 매니폴드에 또한 전달한다. 이 활성 상태에서 설비는 앰풀로부터의 프로세스를 운영할 수 있다.
"앰풀 활성" 상태로부터, 앰풀 및 앰풀의 개별 매니폴드는 "대기" 상태가 될 수 있다. 이 상태에서, 앰풀은 온도 상태이고, 오프라인을 취하거나 활성 상태가 될 준비가 된다. "대기" 상태 동안, 설비는 개별 매니폴드상의 임의의 밸브를 제어하지 않는다. "온도에서 앰풀 대기"로부터, 운영자는 수동 모드로 활성으로 다시 진행할 수 있거나 다시 앰풀 교체를 시작할 수 있다.
대기로부터 "할성"으로 다시 진행하기 위하여, 컨트롤러는 사용자 지정된 양의 시간 동안 매니폴드를 퍼지하고, 이어서 그 매니폴드상의 적절한 밸브의 제어를 설비에 넘긴다.
"앰풀 교체 개시"로 진행 시, PLC는 다른 매니폴드가 퍼지 기체를 사용하지 않는지 또는 이어서 덤프 라인이 앰풀 수동 밸브를 폐쇄하도록 운영자에게 촉구할 것인지를 확신하도록 검사하므로 매니폴드 퍼지가 수행될 수 있다. 이러한 퍼지는 매니폴드로부터 그리고 앰풀 밸브와 매니폴드 밸브 사이를 배관하는 레그로부터 잔류 유기금속을 제거하도록 이루어지므로, 앰풀이 제거되는 경우, 레그에는 공기 또는 공기 중의 수분과 반응하는 잔류 전구체가 없다.
매니폴드를 사이클 퍼징한 후, PLC는 앰풀 밸브가 폐쇄되는지를 보장하도록 검사한다. 이는 매니폴드가 베이스 압력으로 펌핑되고 단리되는 리크-업(leak-up)을 통해 이루어지고, 이어서 압력 상승이 관찰된다. 앰풀이 폐쇄되고, 잔류 화학물질이 라인으로부터 퍼징되면, 매니폴드는 유의한 압력 상승을 나타내지 않을 것이다. 누출 검사가 실패하면, 운영자는 조사하도록 유도된다.
성공적인 누출 검사 후, 컨트롤러는 히터를 정지시킬 것이고, 앰풀이 안전 온도에 도달하는 경우 운영자에게 앰풀을 교체하도록 유도할 것이다.
새로운 앰풀이 설치되고, 운영자가 이를 알면, PLC는 앰풀이 정확하게 훅업되었는지를 보장하도록 또 다른 누출 검사를 수행할 것이고, 이어서 앰풀 훅업 동안 흡수할 수도 있는 잔류 공기 및 수분을 제거하도록 매니폴드를 퍼징하기 시작할 것이다. PLC는 앰풀 밸브의 개방을 운영자에 알릴 것이고, 이어서 가온하기 전에 앰풀 헤드-공간(head-space)을 비우거나, 퍼징하거나 가압할 수도 있다. 이는 사용자에 좌우된다. 이어서 앰풀은 인간 머신 인터페이스(HMI)를 통해 운영자로부터 또는 더욱 일체형인 시스템의 경우에는 설비로부터 가열 신호를 대기할 것이다.
앰풀, 앰풀의 밸브 및 매니폴드가 설정 온도에서 안정되면, 앰풀은 "온도에서 앰풀 대기" 상태로 진입하여 필요한 경우에는 "활성"으로 진행할 준비가 될 것이다.
PLC는 숙련자 또는 엔지니어가 헬륨 누출 검사, 매니폴드 교체, 시스템 검사 등의 목적으로 밸브를 수동으로 구동하게 하는 암호 보호된 수동 모드를 또한 포함할 수 있다. 추가된 안전 조치로서, 활성 매니폴드와 비활성 매니폴드 간의 혼선을 방지하도록 밸브 배제가 프로그램가능 로직 컨트롤러에 프로그램된다. 앰풀은 배타적으로 자동 밸브로 설계될 수 있지만, 이는 수동 밸브는 운영자에게 친밀한 밀봉을 보장할 수 있으므로 표준 관행이 아니다.
PLC는 어떤 매니폴드가 활성인지 결정한다. 이는 1) 설비 운영자가 앰풀의 실행 한계에 도달하였는지를 알고 전환(switch-over)을 명령하는, 수동 버튼; 또는 2) 레벨 센서로부터의 데이터 또는 설비로부터의 카운터를 이용하여 하나의 앰풀의 양이 적고, 다른 하나의 앰풀이 온라인되어야 하는 시점을 결정하는 자동-전환 기능에 의해 개시될 수 있다. 또 다른 경우, PLC는 전환이 필요할 것이라는 점을 운영자에게 알리지만 실행을 위하여 사용자 입력을 대기한다.
통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 사용한 PLC 스크린의 예시적인 스크린 샷은 도 17에 도시된다.
통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 고유한 양상 중 하나는, 프로그램가능 로직 컨트롤러가 프로세스 설비로부터의 밸브-개방 공압 신호를 적절한 활성 매니폴드에 재전송하면서, 매니폴드가 비활성 상태이었을 때도 프로그램가능 로직 컨트롤러가 그러한 밸브를 제어하게 하는 안전한 방식의 설계이다. 또한, 안전을 위하여, 설비에 대한 공압이 폐쇄되는 경우 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치 밸브가 또한 폐쇄되는 것이 바람직하다. 이러한 해결책의 예는 도 7에 도식적으로 도시된다.
통상의 공압 밸브를 제어하기 위하여, 프로그램가능 로직 컨트롤러는 24볼트 DC 신호를 통상의 메인 공압 공급부에 고정된 솔레노이드 밸브의 뱅크에 공급한다. 이 경우, 캐비닛을 공급하는 메인 공압 라인이 설비로부터 인출되어 있다. 이는, 설비 공압이 폐쇄되면 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치 공압도 폐쇄된다는 점을 의미한다. 추가로, 통상적인 밸브의 2중 제어를 위하여, 설비로부터의 각 공압 신호는 공압 신호를 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 어느 하나의 매니폴드상의 적절한 밸브에 송신하도록 활성화될 수 있는 특수 솔레노이드(또는 균등물)에 전송된다. "OR" 검사 밸브(예컨대, 3 포트형 셔틀 밸브)는 나머지 것들의 배기가스를 배출하지 않으면서, 그러한 공유된 밸브에 대한 공압 신호가 메인 솔레노이드 패널로부터 발생하게 하거나 독립형 A 또는 B 솔레노이드, 예컨대 4 위치 3-포트 밸브로부터 발생하게 한다.
앰풀은 작은 통기된 캐비닛의 내부에 위치할 수 있다. 앰풀은 일반적으로 선반상에 있고, 앰풀 위의 매니폴드는 앰풀의 설계 특성에 의해 상당히 단단한 구조체이다. 일반적인 앰풀 장착은 도 8에 도시된다. 앰풀은 고정식 또는 활주식(페이지의 안 및 밖으로) 선반의 위 반-가요성 가열 맨틀 내부에 위치할 수 있다. 높은 진공 VCR 연결부의 사용은 앰풀 밸브와 매니폴드 간의 0-공차 맞물림을 또한 초래한다. 한 실시양태는 가열 맨트의 플레이(play)를 사용하여 앰풀 높이의 변화를 설명한다. 이는 캐비닛에서의 빌딩(building) 공차 또는 히팅(hitting) 공차를 어렵게 한다. 선반이 너무 높으면 앰풀은 매니폴드 아래에서 맞물리지 않을 것이다. 선반이 너무 낮으면, 연결부가 정확하게 조여지지 않을 수도 있거나 앰풀의 전체 중량(35 내지 40 lbs)은 매니폴드에 의해 지지될 수도 있어 용접 부위 및 피팅에 변형력을 가한다. 앰풀 적재의 용이성을 위하여, 통합 스프링-적재된 플레이트를 구비한 활주식 선반이 도 9에 도시한 바와 같이 사용될 수 있다. 선반은 도 10에 도시한 바와 같이 중심 핀 및 회전 테이블을 포함할 수 있다. 이러한 특징부 모두는 운영자가 앰풀을 중심에 오도록 조정하고, 연결부를 정렬하고, 앰풀을 단단한 매니폴드하에서 쉽게 활주하게 할 수 있다.
앰풀의 레이아웃은 상술한 매니폴드에서의 만곡부의 수 및 라인 길이에 영향을 미칠 수 있다. 실제로, 전구체 전달 라인상의 "데드 레그" 및 불필요한 만곡부를 최소화하는 것이 최상이다. 이는, 응축의 기회를 최소화하고, 입자성 물질을 최소화하는 것으로 이루어지고, 퍼징 동안 잔류 전구체의 제거를 통해 가능한 것이다. 예를 들어, 전방을 향한 동일한 앰풀을 구비하는 한 실시양태는 도 11에 도시되지만 도 12의 또 다른 실시양태는 앰풀의 중심축에 대하여 45도 만큼 앰풀을 시계 방향으로 회전시켜 유입 아르곤 레그에서의 2개의 만곡부를 제거할 수 있고, 매니폴드 사이의 통상의 배출 라인의 길이를 줄일 수 있는 방법을 도시한다. 또한, 사이드 특정 앰풀의 경우를 고려할 수 있는데, 하나의 앰풀(A)은 좌측에 유입구를 구비하고, 다른 하나의 앰플(B)은 우측에 유입구를 구비한다. 이 경우, 앰풀(A)은 앰풀의 수직축에 대하여 시계 방향으로 회전될 수 있고, 앰풀(B)은 앰풀의 수직축에 대하여 시계 반대방향으로 회전될 수 있어, 도 13에 도시한 바와 같이 통상의 매니폴드 티(tee)에 대하여 매우 짧은 배출구 대 배출구 거리를 초래한다. 사이드 특정 앰풀 경우의 레이아웃은 도 14에 도시된다. 도 14에 도시한 바와 같이, 앰풀 유입구(V-6 및 V-18)는 대향 측에 있고, 배출구 밸브(V-7 및 V-17)는 중심을 향한다. 이러한 방향은 2개의 앰풀을 통상의 매니폴드에 연결하는 라인의 길이가 최소화되게 하고, 데드-레그 볼륨을 줄이기 위하여 중요하다.
때때로, 용기에는 생성물 액체 전구체가 거의 없다. 거의 빈 상태는 액체 레벨 센서를 통해 검출될 수 있다. 본원에서 교시하는 것과 일치하는 통상적인 레벨 센서가 유용할 수 있다. 센서는 예를 들어 용기가 교체되거나 재충전될 필요가 있을 수도 있지만 바로 수행될 필요는 없다는 점을 나타낼 수도 있다. 필요하다면, 설비의 공정은 용기에 남아있는 적은 전구체 공급량으로 완료될 수도 있다. 센서는 용기가 적당한 전구체 공급량을 함유하지 않기 때문에 설비의 공정을 중지해야한다는 점을 또한 나타낼 수도 있다. 센세는 용기가 가득하다는 점을 또한 나타낼 수도 있다.
용기를 재충전하고/거나 교체할 경우 전환 절차가 발생하는데, 여기서 용기는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치로부터 제거된다. 시스템을 주변 조건에 개방하는 것은 시스템의 반응성 전구체 잔류물을 대기 성분, 특히 산소 및 수분에 노출하는 것이다. 그러므로 잔류물은 시스템을 개방하기 전에 라인으로부터 퍼징되어야 한다. 대부분의 퍼징은 기체 및/또는 진공을 이용하여 이루어질 수 있다. 이러한 방법에 의해 제거되지 않은 그러한 전구체 잔류물의 경우, 용매를 사용하여 라인을 충분하게 씻어낼 수 있다. 반응성 전구체에 노출된 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 특정 부품은 덤프를 야기하는 출구 라인을 통해 퍼징되는 적당한 용매로 씻어낼 수 있다. 용매 세척은 용매 탱크 및 매니폴드에 의해 지원될 수 있다. 별법으로, 퍼지 기체가 밸브를 통해 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 삽입되고, 폐기물은 통기 라인을 통해 덤프로 이동한다. 이러한 배출 공정 동안 잔류 전구체는 압력 센서에 의해 모니터할 수 있다.
통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 다양한 부품 및 동작은 컨트롤러가 제어한다. 컨트롤러는 각각의 용기-매니폴드 조합을 다른 용기-매니폴드 조합과 독립적으로 제어하도록 구성된다. 따라서, 하나의 용기에 있는 전구체는 다른 용기에 있는 전구체와는 독립적으로 관리 및 분배되고, 제조 설비에 전구체를 제공하는 전체 공정은 유연하다. 예를 들어, 하나의 전구체가 한 번에 공급될 수도 있거나 복수의 전구체가 한 번에 공급될 수도 있다. 또한, 하나 이상의 용기가 교체될 수도 있는 반면 다른 용기는 전구체 물질을 공급한다.
통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 용기, 매니폴드 및 각종 다른 부품에서의/간의 연결 라인은 본원에서 기술하는 화학물질을 보유하도록 설계한다. 예를 들어 라인은 고순도 스테인리스강 배관으로 제조할 수도 있다. 본원에서 기술하는 셧-오프(shut-off) 밸브는 스프링 없는 격판 고순도 밸브일 수도 있다.
동작 시, 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 알고리즘을 구비한 컨트롤러가 제어하는데, 컨트롤러는 복수의 유닛 간의 통신을 전송하고, 통합 시스템을 완전하게 한다. 시스템의 복수의 유닛은 다양한 공유 성분을 통해 통신한다. 임의의 조합에서 공유 성분을 구비하는 컨트롤러 및 상이한 유닛은 통합 시스템이 모듈식 설비로서 수행하게 한다. 컨트롤러는 본원에서 교시하는 것과 일치하는 다양한 컨트롤러 중 임의의 컨트롤러일 수도 있고, 다양한 장소에 위치할 수도 있다. 컨트롤러는 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 다양한 시스템과 통신하도록 구성가능하여, 용기는 서로 독립적으로 동작가능하다. 별법으로, 개별 컨트롤러가 설비 및 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 사용되는 경우, 컨트롤러는 서로 통신하므로 설비는 화학물질 탱크가 교체되는 시점을 알고, 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 설비가 전구체를 필요로 하는 시점을 안다.
용기에 남아있는 전구체의 양은 컨트롤러 알고리즘을 통해 또한 모니터한다. 용기는 연속적으로 또는 이산적으로 모니터할 수도 있다. 용기는 예를 들어 중량 측정장치와 같은 외부 센서 및 초음파 센서를 포함할 수도 있다. 용기는 예를 들어 전술한 것과 같은 내부 센서를 또한 포함할 수도 있다. 용기 센서가 낮은 레벨의 신호를 송신하는 경우 탱크 교체 절차는 본원에 기술하는 바와 같이 개시된다.
본원에 기술한 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 실시양태는 전구체를 타겟 공정 설비에 연속적으로 공급하기 위한 모듈식 통합 프로세서를 제공한다. 또한, 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 다른 모듈과 조합되어 전구체를 저장하고 설비에 전달하기 위한 시스템을 제공할 수도 있어, 제조 설비는 증착용 전구체를 성공적으로 그리고 연속적으로 수용할 수 있다.
상술한 논의는 본 발명의 원리 및 다양한 실시양태의 예시적인 것을 의미한다. 본 발명의 실시양태를 도시하였지만 본 기술분야의 숙련자는 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 본 발명을 변경할 수 있다. 본원에 기술한 실시양태는 예시적일 뿐이고, 제한적이지 않다. 본원에 기술한 본 발명의 장치 및 방법의 다양한 변형과 변경이 가능하고, 이는 본 발명의 범위 내에 존재한다. 따라서, 보호 범위는 상술한 기재에 의해 제한되지 않고, 그 범위가 특허청구범위 대상의 모든 균등물을 포함하는, 이하의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
용기, 매니폴드, 압력 조절기, 밸브 및 오리피스의 다양한 조합은 본 발명의 실시양태에 이용할 수도 있음을 이해하게 된다. 본 발명은 본원에 기술한 장치의 조합에 제한되지 않아야 하고, 당업자라면 본 발명은 본원에 기술한 것과 일치하는 다른 조합을 포함한다는 점을 인식할 것이다.
도 1, 5, 14 및 16을 참조하면, 프로세스 기체는 운반 기체이다. 프로세스 기체는 앰풀에 유입되거나 전구체와 혼합되어 "프로세스"에 전달 동안 전구체를 희석시킬 기체이다. 퍼지 기체는 앰풀이 사용된 후 또는 새로운 앰풀의 훅업 동안 매니폴드를 퍼징하는 데만 사용한다. 예를 들어, 고객은 전자 등급 아르곤을 운반 기체로서 사용하지만 저렴하기 때문에 퍼지 기체용으로 전자 등급 질소를 고수할 수도 있다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 용기(예컨대, 20 및 21)는 운반 기체 공급 유입 개구가 있는 상벽 부재의 일부 - 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성함 - ; 및 증기상 시약 배출 개구가 있는 상벽 부재의 일부 - 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약은 상기 장치로부터 분배될 수 있음 - 를 포함할 수 있다.
용기(예컨대, 20 및 21)는 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위한 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) - 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)은 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰플(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰플(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18) 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함함 - ; 및 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 증기상 시약을 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44) - 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함함 - 을 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 용기(예컨대, 20 및 21)는 운반 기체 공급 유입 개구가 있고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하는 상벽 부재의 일부 - 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성함 - ; 및 증기상 시약 배출 개구가 있는 상벽 부재의 일부 - 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약은 상기 장치로부터 분배될 수 있음 - 를 포함할 수 있다.
버블러 튜브가 있는 용기는 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 운반 기체를 상기 소스 화학물질에 전달하기 위한 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) - 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)은 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰플(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰플(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18) 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함함 - ; 및 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 증기상 시약을 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44) - 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함함 - 을 포함할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 용기(예컨대, 20 및 21)는 불활성 기체 공급 유입 개구가 있는 상벽 부재의 일부 - 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있음 - ; 및 액상 시약 배출 개구가 있고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 딥튜브(diptube)를 포함하는 상벽 부재의 일부 - 액상 시약 배출 개구를 통해 액상 시약은 상기 장치로부터 전달될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비함 - 를 포함할 수 있다.
딥튜브가 있는 용기(예컨대, 20 및 21)는 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 전달하기 위한 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) - 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)은 불활성 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰플(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰플(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18) 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함함 - ; 및 상기 용기로부터 액상 시약을 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44) - 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위한 액상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함함 - 을 포함할 수 있다.
용기 또는 앰풀은 일반적으로 스테인리스강, 예컨대 316L로부터 기계가공되고, 전구체 액체 또는 고체 소스 화학물질의 오염을 방지하도록 전기연마된다. 커버 또는 상벽 부재는 세정 및 재사용을 용이하게 하도록 비-착탈식 또는 착탈식일 수 있다. 용기는 원통형으로 형상화된 측벽 부재 또는 비-원통형 형상을 형성하는 측벽 부재를 포함할 수 있다. 착탈식 상벽 부재를 구비한 용기는 상벽 부재를 측벽 부재에 고정하기 위한 고정 수단을 포함할 수 있다. 예시적인 고정 수단으로는 예를 들어 용접 부재, 볼트 또는 밀봉재가 있다.
앰풀은 화학물질이 최종 사용 장비에 전달되게 하는 유입 및 배출 밸브, 예컨대 온/오프 밸브 및 질량 제어 밸브를 포함할 수 있다. 임의적 앰풀 장비는 충전 포트 및 앰풀이 거의 빌 때를 판정하는 소스 화학물질 레벨 센서를 포함한다. 용기 내 물질은 낮은 증기압 화학물질의 경우에는 진공하에서 또는 증기를 스윕하는 불활성 기체를 사용하여 전달된다. 별법으로, 물질은 딥 튜브를 통해 최종 사용 장비까지 액체로서 전달될 수도 있는데, 여기서 물질은 필요에 따라 기화되거나 분배될 수 있다.
온도 센서는 균일한 열전도를 보장하도록 바람직하게는 앰풀에 포함된다. 소스 화학물질 레벨 센서는 소스 화학물질의 효과적인 사용을 보장하도록 바람직하게는 앰풀에 포함된다. 밸브 및 소스 화학물질 레벨 센서는 깨끗한 누출 방지 밀봉을 보장하도록 면 밀봉 연결부를 통해 부착된다. 청정실에서 조립되면, 앰풀은 흡착된 물을 제거하도록 컨디셔닝되고, 헬륨 누출 검출기를 사용하여 누출 검사한다. 앰풀은 수 토르(torr)부터 주변압 약간 위의 압력에서 사용하도록 설계한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 온도 센서는 용기의 상단부 외부로부터 상벽 부재의 일부를 통해 일반적으로 수직 아래로 용기의 내부 공간으로 연장되고, 온도 센서의 하단부는 하벽의 표면 부근에서 방해하지 않게 위치한다. 소스 화학물질 레벨 센서는 용기의 상단부 외부로부터 상벽 부재의 일부를 통해 일반적으로 수직 아래로 용기의 내부 공간으로 연장되고, 소스 화학물질 레벨 센서의 하단부는 하벽의 표면 부근에서 방해하지 않게 위치한다. 온도 센서는 용기에 동작가능하게 배열되어 용기 내 소스 화학물질의 온도를 판정하고, 소스 화학물질 레벨 센서는 용기에 동작가능하게 배열되어 용기 내 소스 화학물질의 레벨을 판정하고, 온도 센서와 소스 화학물질 레벨 센서는 용기에서 서로 방해하지 않게 가깝게 위치하고, 온도 센서의 하단부는 소스 화학물질 레벨 센서의 하단부와 비교해 용기의 표면에 대하여 동일하게 위치하거나 더 가깝게 위치하고, 온도 센서와 소스 화학물질 레벨 센서는 용기 내 소스 화학물질 흐름과 소통한다. 소스 화학물질 레벨 센서는 초음파 센서, 광학 센서, 용량성 센서 및 플로트-타입 센서로부터 선택하고, 상기 온도 센서는 써모웰(thermowell) 및 열전쌍을 포함한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 하벽 부재는 임의로 온도 센서의 하단부, 소스 화학물질 레벨 센서, 딥 튜브 및/또는 버블러 튜브가 배치될 수도 있는 섬프 캐비티(sump cavity)를 제공한다. 이러한 구성은 최초 공급된 액체 또는 고체 소스 화학물질의 높은 비율, 예컨대 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상이 소스 화학물질이 선택적으로 전달되는 응용에 사용되게 할 수 있다. 이러한 구성은 소스 화학물질 공급 및 분배 시스템의 경제성 및 분배된 소스 화학물질이 사용되는 프로세스를 또한 개선할 수 있다.
본 발명은 소스 화학물질 레벨 센서가 내용물의 끝을 신호로 보낼 때 최소량의 반도체 전구체 화학물질이 앰풀 또는 버블러에 남아있게 한다. 이는 반도체 전구체의 복잡도와 비용이 상승함에 따라 매우 중요하다. 비용을 최소화하기 위하여, 반도체 제조자는 전구체를 가능한 적게 낭비하는 것을 원할 것이다. 또한, 본 발명은 소스 화학물질 레벨 센서처럼 온도 센서를 동일한 오목형 섬프 캐비티에 배치한다. 이는, 전구체가 존재하고 있음을 소스 화학물질 레벨 센서가 나타내는 한, 소스 화학물질 반도체 전구체의 진정한 온도가 판독될 것이라는 점을 보장한다. 이는 안전 관점에서 매우 중요하다. 온도 센서가 반도체 전구체의 외부에 있는 경우 온도 센서는 잘못된 낮은 온도 신호를 가열 장치에 송신한다. 이는 불안전한 상황과 반도체 전구체의 분해를 야기할 수 있는 과도한 열을 앰풀에 적용할 수 있다.
용기 또는 앰풀을 다시 참조하면, 용기는 용기의 상부 외부로부터 아래로 용기의 상벽 부재의 비-중심에 위치한 부분을 통해 바닥 플로어 부재상의 비-중심에, 임의로 용기의 섬프 캐비티의 표면 부근에 위치한 하단부까지 연장되어, 소스 화학물질 시약이 용기에 보유되어 있는 경우 소스 화학물질 시약의 적어도 95%의 사용을 가능하게 하는 소스 화학물질 레벨 센서를 구비할 수 있다. 시스템의 동작 동안 소스 화학물질 레벨 센서로부터 감지된 소스 화학물질 레벨 신호를 중앙 처리 유닛에 전송하기 위하여 소스 화학물질 레벨 센서의 상부는 소스 화학물질 레벨 감지 신호 전송 라인에 의해 연결될 수도 있다.
유사한 방식으로, 용기는 용기의 상부 외부로부터 아래로 용기의 상벽 부재의 중심에 위치한 부분을 통해 하벽 부재상의 중심에, 임의로 용기의 하벽의 표면 부근에 위치한 하단부까지 연장되는 온도 센서, 즉 써모웰과 열전쌍을 구비할 수 있다. 시스템의 동작 동안 온도 센서로부터 감지된 온도 신호를 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛에 전송하기 위하여 온도 센서의 상부는 온도 감시 신호 전송 라인에 의해 연결될 수도 있다.
적합한 마이크로프로세서, 컴퓨터, 또는 다른 적당한 제어 수단을 포함할 수도 있는 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 제어 신호 전송 라인에 의해 흐름 제어 밸브에 또한 연결되어 (예컨대, 적합한 밸브 구동 요소를 통해) 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 선택적으로 조정하고, 운반 기체의 용기로의 흐름을 제어할 수도 있다. 중앙 처리 유닛은 제어 신호 전송 라인에 의해 다른 흐름 제어 밸브에 또한 연결되어 (예컨대, 적합한 밸브 구동 요소를 통해) 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 선택적으로 조정하고, 증기상 또는 액상 시약의 용기로부터의 방출을 제어할 수도 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 흐름 제어 밸브는 격리 밸브, 계측 밸브 등을 포함할 것이다.
본 발명은 반도체 제조자가 최대량의 전구체를 사용하게 하면서 앰풀의 교환 전에 거의 낭비하지 않게 한다. 이는 폐기물을 최소화하고, 반도체 전구체와 특정 응용의 투자에 대한 수익을 최대화한다.
일반적인 앰풀은 약 5 내지 6 인치 직경 및 5 내지 7 인치 높이의 용기 또는 원통으로 이루어지고, 316 스테인리스강(316SS)으로 구성된다. 상벽 부재는 약 ½ 인치의 두께이고, 8개 내지 12개의 볼트로 측벽 부재에 부착되거나 용접될 수도 있다. 앰풀에는 이덕터(또는 딥) 튜브가 설치될 수도 있다. 충전 포트가 또한 포함될 수도 있다. 한 밸브는 생성물을 배출 밸브 밖으로 스윕하는 불활성 기체를 위한 유입구로서 사용할 수도 있다. 앰풀은 또한 버블러 튜브를 구비할 수도 있다. 버블러 튜브는 불활성 기체를 생성물 전체에 버블링하여 물질을 증기로서 전달하는 것을 돕는 데 사용할 수 있다.
본 발명에 유용한 예시적인 소스 화학물질은 광범위하게 다양할 수 있고, 예를 들어 주기율표의 2족(예컨대, 칼슘, 스트론튬 및 바륨), 3족(예컨대, 이트륨 및 란타늄), 4족(예컨대, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄), 5족(예컨대, 바나듐, 니오븀 및 탄탈), 6족(예컨대, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐), 7족(예컨대, 망간), 8, 9 및 10족(예컨대, 코발트, 니켈, 루테늄, 로듐, 팔라듐 및 백금), 11족(예컨대, 구리, 은 및 금), 12족(예컨대, 아연 및 카드뮴), 13족(예컨대, 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 탈륨), 14족(예컨대, 규소, 게르마늄 및 납), 15족(예컨대, 안티몬 및 비스무트), 16족(예컨대, 텔루륨 및 폴로늄), 란탄 계열 및 악티니드 계열의 금속을 위한 액체 또는 고체 전구체를 포함할 수 있다. 본 발명에 유용한 바람직한 소스 화학물질은 루테늄, 하프늄, 탄탈, 몰리브덴, 백금, 금, 티타늄, 납, 팔라듐, 지르코늄, 비스무트, 스트론튬, 바륨, 칼슘, 안티몬, 탈륨, 알루미늄 및 로듐으로부터 선택된 금속을 위한 액체 또는 고체 전구체, 또는 규소 및 게르마늄으로부터 선택된 준금속을 위한 전구체를 포함한다. 바람직한 유기금속 전구체 화합물로는 루테늄-함유, 하프늄-함유, 탄탈-함유 및/또는 몰리브덴-함유 유기금속 전구체 화합물이 있다.
소스 화학물질은 용기가 시스템으로부터 제거되고 새로운 용기로 교체되는 동안 용기에 추가될 수 있다. 용기에 추가된 소스 화학물질의 온도는 중요하지 않고 광범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 소스 화학물질은 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 가열되어 증기상 시약을 적절한 유속으로 프로세스에 제공할 수 있다. 모든 물질은 실온에서 약간의 증기압을 갖고, 진공하에서 기화될 것이다. 열의 추가는 요구되는 양의 화학물질을 적정한 시간에 공급하기에 충분하도록 기화 속도를 높인다.
승화하는 고체 소스 화학물질 및 가열 시 용융되는 고체 소스 화학물질이 본 발명에 사용될 수 있다. 예를 들어, 승화하는 고체 소스 화학물질은 도 1, 5, 14 및 16에 도시한 증기상 시약 분배 장치에 사용할 수 있다. 가열 시 용융되는 고체 소스 화학물질은 도 1, 5, 14 및 16에 도시한 증기상 또는 액상 시약 분배 장치에 사용할 수 있다. 마찬가지로, 액체 소스 화학물질은 도 1, 5 및 14에 도시한 증기상 시약 분배 장치에 사용할 수 있다. 승화하는 고체 소스 화학물질을 사용하는 경우, 먼지 포획 장비를 사용하는 것이 필요할 수도 있다.
본 발명에 유용한 예시적인 증기상 또는 액상 시약은 광범위하게 다양할 수 있고, 예를 들어 주기율표의 2족(예컨대, 칼슘, 스트론튬 및 바륨), 3족(예컨대, 이트륨 및 란타늄), 4족(예컨대, 티타늄, 지르코늄 및 하프늄), 5족(예컨대, 바나듐, 니오븀 및 탄탈), 6족(예컨대, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐), 7족(예컨대, 망간), 8, 9 및 10족(예컨대, 코발트, 니켈, 루테늄, 로듐, 팔라듐 및 백금), 11족(예컨대, 구리, 은 및 금), 12족(예컨대, 아연 및 카드뮴), 13족(예컨대, 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 탈륨), 14족(예컨대, 규소, 게르마늄 및 납), 15족(예컨대, 안티몬 및 비스무트), 16족(예컨대, 텔루륨 및 폴로늄), 란탄 계열 및 악티니드 계열의 금속을 위한 증기상 또는 액상 전구체를 포함할 수 있다. 본 발명에 유용한 바람직한 증기상 또는 액상 시약은 루테늄, 하프늄, 탄탈, 몰리브덴, 백금, 금, 티타늄, 납, 팔라듐, 지르코늄, 비스무트, 스트론튬, 바륨, 칼슘, 안티몬, 탈륨, 알루미늄 및 로듐으로부터 선택된 금속을 위한 증기상 또는 액상 전구체, 또는 규소 및 게르마늄으로부터 선택된 준금속을 위한 전구체를 포함한다. 바람직한 유기금속 전구체 화합물로는 루테늄-함유, 하프늄-함유, 탄탈-함유 및/또는 몰리브덴-함유 유기금속 전구체 화합물이 있다.
증착 챔버는 화학 증착 챔버 또는 원자층 증착 챔버일 수 있다. 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)은 용기를 증착 챔버에 연결한다. 가열가능한 서셉터(susceptor) 또는 기재(예컨대, 웨이퍼는 수직 로(furnace) 튜브 내 석영 보트(boat)상에 수직으로 유지될 수도 있고, 외부의 히터는 웨이퍼를 방사상으로 가열함)는 증착 챔버 내에 포함되고, 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)에 대하여 수용 관계에 위치한다. 유출물 방출 라인은 증착 챔버에 연결한다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 통과해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 나머지 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
도 16을 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 소스 화학물질을 보유하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 증기상 시약 전달 매니폴드는 증기상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 34 및 44)을 포함하고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)을 포함하는, 복수의 증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함한다.
통합 증기상 시약 분배 장치는 복수의 운반 기체 공급 매니폴드(예컨대, 24 및 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급 매니폴드는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 32 및 42)을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1; 및 앰풀(21)을 위한 V-5), 및 운반 기체 공급 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
다중 앰풀 전달 시스템으로부터 방출되는 운반 기체 및 전구체의 한 실시양태 및 다중 앰풀 전달 시스템(순수 전달)으로부터 방출되는 순수 전구체의 또 다른 실시양태를 도시하는, 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치의 단순화된 도식적인 표현은 도 15에 도시된다.
도 16을 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(a) 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 소스 화학물질을 보유하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 증기상 시약 전달 매니폴드는 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 34 및 44)을 포함하고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)을 포함하는, 복수의 증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21)에 부가하는 단계;
임의로 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약을 인출하는 단계;
운반 기체를 운반 기체 공급 라인(예컨대, 32 또는 42)를 통해 상기 증기상 시약 전달 매니폴드에 공급하여 상기 증기상 시약과 혼합하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
상술한 방법은,
증기상 시약을 증착 챔버 내 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉시키는 단계; 및
임의의 남아있는 유출물을 증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인을 통해 방출하는 단계
를 더 포함한다.
상술한 방법에 사용하는 통합 증기상 시약 분배 장치는 복수의 운반 기체 공급 매니폴드(예컨대, 24 또는 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급 매니폴드는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 32 및 42)을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1; 및 앰풀(21)을 위한 V-5), 및 운반 기체 공급 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 16에 도시한 통합 증기상 시약 분배 장치의 동작 시, 소스 화학물질(예컨대, AlCl3)은 용기(예컨대, 20 또는 21)에 배치되고, 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 가열된다. 증기상 시약은 증기상 시약 배출 개구 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 34 또는 44)을 통해 용기로부터 방출된다. 순수 전구체 증기는 제어 밸브 또는 다른 기기(예컨대, I-1)를 통해 이동한 다음, (라인 56으로부터의) 불활성 프로세스 운반 기체로 희석되어 증착 챔버로 진행한다. 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)는 증착 챔버로 흐르는 증기상 시약의 흐름을 제어한다. 증착 챔버에서, 증기상 시약은 가열가능한 기재 또는 다른 장착 구조체상에 장착되는 웨이퍼(들) 또는 다른 기재 요소(들)상에 증착된다. 증착 챔버로부터의 유출물 증기는 유출물 방출 라인에서 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다. 이러한 실시양태에서, 불활성 기체 퍼지 라인(32 및 42)은 앰풀 교체 전 및 후에 라인으로부터 잔류 전구체 또는 공기를 퍼징하는 데 사용할 수 있다.
이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질 충전 레벨은 소스 화학물질 레벨 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질이 거의 소모되는 시점을 알아 그 다음 화학 증착 또는 원자층 증착 운행 전에 용기를 교체하는 것이 중요하다. 소스 화학물질 레벨은 꾸준하게 감소하고 결국에는 섬프 캐비티에서 최소 액면(예컨대, 섬브 캐비티에서의 액체의 높이)까지 낮아지고, 이 지점에서 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 소스 화학물질 레벨 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 소스 화학물질 레벨 신호를 수신한다. 이에 반응하여 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 특정 운반 기체 흐름 제어 밸브에 전송하여 밸브를 폐쇄하고 운반 기체의 용기로의 흐름을 차단하고, 또한 동시에 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 전송하여 특정 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 폐쇄하고, 증기상 시약의 용기로부터의 흐름을 차단한다.
또한, 이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질의 온도는 온도 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질의 온도를 모니터하여 증기압을 제어하는 것이 중요하다. 용기 내 소스 화학물질의 온도가 너무 높아지면, 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 온도 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 온도 신호를 수신한다. 이에 반응하여 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 가열 수단에 전송하여 온도를 낮춘다.
증착 챔버는 화학 증착 챔버 또는 원자층 증착 챔버일 수 있다. 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 34 또는 44)은 증기상 시약 분배 장치를 증착 챔버에 연결한다. 가열가능한 서셉터는 증착 챔버 내에 포함될 수도 있고, 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 34 또는 44)에 대하여 수용하는 관계에 있다. 유출물 방출 라인은 증착 챔버에 연결된다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 34 또는 44)을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
본 발명의 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 액체 및 고체 물질, 예컨대 화학 증착, 원자층 증착 및 이온 주입 프로세스에 사용하는 액체 및 고체 소스 시약의 기화에 유용할 수도 있다. 예를 들어, 그 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 6,921,062 B2; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/898,121; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,720; 2004년 12월 17일 출원된 미국특허 출원번호 11/013,434; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/897,947; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,579를 참조한다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함한다.
통합 증기상 시약 분배 장치는 복수의 소싱 기체 매니폴드(예컨대, 24 및 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18), 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(b) 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21)에 부가하는 단계;
소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 또는 42)을 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 중 하나로부터 증기상 시약과 운반 기체를 인출하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
상술한 방법은,
증기상 시약을 증착 챔버 내 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉시키는 단계; 및
임의의 남아있는 유출물을 증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인을 통해 방출하는 단계
를 더 포함한다.
상술한 방법에 사용하는 통합 증기상 시약 분배 장치는 복수의 소싱 기체 매니폴드(예컨대, 24 또는 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18), 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 1, 5 및 14에 도시한 통합 증기상 시약 분배 장치의 동작 시, 소스 화학물질은 용기(예컨대, 20 또는 21)에 배치되고, 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 가열된다. 운반 기체는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 또는 42)을 통해 운반 기체 공급 유입 개구로 흐르게 되고 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 방출된다. 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)는 내부 기체 공간으로 방출되는 운반 기체의 흐름을 제어한다. 소스 화학물질의 증기는 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성한다.
증기상 시약은 증기상 시약 배출 개구 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 내부 기체 공간으로부터 방출된다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 증착 챔버로 흐른다. 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)는 증착 챔버로 흐르는 증기상 시약의 흐름을 제어한다. 증착 챔버에서, 증기상 시약은 가열가능한 기재 또는 다른 장착 구조체상에 장착되는 웨이퍼(들) 또는 다른 기재 요소(들)상에 증착된다. 증착 챔버로부터의 유출물 증기는 유출물 방출 라인에서 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질 충전 레벨은 소스 화학물질 레벨 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질이 거의 소모되는 시점을 알아 그 다음 화학 증착 또는 원자층 증착 운행 전에 용기를 교체할 수 있는 것이 중요하다. 소스 화학물질 레벨은 꾸준하게 감소하고 결국에는 섬프 캐비티에서 최소 액면(예컨대, 섬브 캐비티에서의 액체의 높이)까지 낮아지고, 이 지점에서 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 소스 화학물질 레벨 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 소스 화학물질 레벨 신호를 수신한다. 이에 반응하여 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 특정 운반 기체 흐름 제어 밸브에 전송하여 밸브를 폐쇄하고 운반 기체의 용기로의 흐름을 차단하고, 또한 동시에 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 전송하여 특정 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 폐쇄하고, 증기상 시약의 용기로부터의 흐름을 차단한다.
하나의 앰풀로부터 또 다른 앰풀로 자동-전환할 수 있는 경우, 시스템은 앰풀에 남아있는 물질의 양에 관한 정보, 운행당 사용량 및 설비로부터의 운행중 신호를 요구하여 운행중에는 전환할 수 없게 하지만 웨이퍼들 또는 웨이퍼들의 배치 처리 사이에는 약간 가능하다. 표준 산업 관행은 일반적으로 전환 후 재-정성분석 실행을 수행하는 것을 포함하고, 시스템은 자동-전환이 발생하였음을 운영자에게 알린다.
또한, 이러한 동작 동안, 용기의 온도는 온도 센서가 검출할 수 있다. 용기의 온도를 모니터하여(예컨대, 고체-소스 앰풀상의 액체 또는 대표 스팟을 위한 써모웰) 증기압을 제어하는 것이 중요하다. 용기 내 소스 화학물질의 온도가 너무 높아지면, 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 온도 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 온도 신호를 수신한다. 이에 반응하여 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 가열 수단에 전송하여 온도를 낮춘다.
증착 챔버는 화학 증착 챔버 또는 원자층 증착 챔버일 수 있다. 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)은 증기상 시약 분배 장치를 증착 챔버에 연결한다. 가열가능한 서셉터 또는 증착 기재는 증착 챔버 내에 포함될 수도 있고, 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)에 대하여 수용하는 관계에 있다. 유출물 방출 라인은 증착 챔버에 연결된다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
본 발명의 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치는 액체 및 고체 물질, 예컨대 화학 증착, 원자층 증착 및 이온 주입 프로세스에 사용하는 액체 및 고체 소스 시약의 기화에 유용할 수도 있다. 예를 들어, 그 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 6,921,062 B2; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/898,121; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,720; 2004년 12월 17일 출원된 미국특허 출원번호 11/013,434; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/897,947; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,579를 참조한다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 통합 증기상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성할 수 있고, 상기 버블러 튜브는 상벽 부재에 인접한 유입 단부 및 하벽 부재에 인접한 배출 단부를 구비하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기; 및
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함한다.
통합 증기상 시약 분배 장치는 복수의 소싱 기체 매니폴드(예컨대, 24 및 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18), 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(c) 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성할 수 있고, 상기 버블러 튜브는 상벽 부재에 인접한 유입 단부 및 하벽 부재에 인접한 배출 단부를 구비하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기; 및
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21)에 부가하는 단계;
소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 또는 42) 및 상기 버블러 튜브를 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 중 하나로부터 증기상 시약과 운반 기체를 인출하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
상술한 방법은,
증기상 시약을 증착 챔버 내 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉시키는 단계; 및
임의의 남아있는 유출물을 증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인을 통해 방출하는 단계
를 더 포함한다.
상술한 방법에 사용하는 통합 증기상 시약 분배 장치는 복수의 소싱 기체 매니폴드(예컨대, 24 또는 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18), 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 1, 5 및 18에 도시한 통합 증기상 시약 분배 장치의 동작 시, 소스 화학물질은 용기(예컨대, 20 또는 21)에 배치되고, 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 가열된다. 운반 기체는 운반 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 또는 42)을 통해 운반 기체 공급 유입 개구로 흐르게 되고 버블러 튜브를 통해 소스 화학물질에 버블링된다. 운반 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)는 소스 화학물질로 방출되는 운반 기체의 흐름을 제어한다. 소스 화학물질로부터의 증기는 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성한다.
증기상 시약은 증기상 시약 배출 개구 및 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 내부 기체 공간으로부터 방출된다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 증착 챔버로 흐른다. 증기상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)는 증착 챔버로 흐르는 증기상 시약의 흐름을 제어한다. 증착 챔버에서, 증기상 시약은 가열가능한 기재 또는 다른 장착 구조체상에 장착되는 웨이퍼(들) 또는 다른 기재 요소(들)상에 증착된다. 증착 챔버로부터의 유출물 증기는 유출물 방출 라인에서 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질 충전 레벨은 소스 화학물질 레벨 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질이 거의 소모되는 시점을 알아 그 다음 화학 증착 또는 원자층 증착 운행 전에 용기를 교체할 수 있는 것이 중요하다. 소스 화학물질 레벨은 꾸준하게 감소하고 결국에는 섬프 캐비티에서 최소 액면(예컨대, 섬브 캐비티에서의 액체의 높이)까지 낮아지고, 이 지점에서 중앙 처리 유닛은 소스 화학물질 레벨 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 소스 화학물질 레벨 신호를 수신한다. 이에 반응하여 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 운반 기체 흐름 제어 밸브에 전송하여 밸브를 폐쇄하고 운반 기체의 용기로의 흐름을 차단하고, 또한 동시에 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 전송하여 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 폐쇄하고, 증기상 시약의 용기로부터의 흐름을 차단한다.
또한, 이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질의 온도는 온도 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질의 온도를 모니터하여 증기압을 제어하는 것이 중요하다. 용기 내 소스 화학물질의 온도가 너무 높아지면, 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 온도 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 온도 신호를 수신한다. 이에 반응하여 컨트롤러 또는 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 가열 수단에 전송하여 온도를 낮춘다.
증착 챔버는 화학 증착 챔버 또는 원자층 증착 챔버일 수 있다. 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)은 증기상 시약 분배 장치를 증착 챔버에 연결한다. 가열가능한 서셉터는 증착 챔버 내에 포함될 수도 있고, 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)에 대하여 수용하는 관계에 있다. 유출물 방출 라인은 증착 챔버에 연결된다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
본 발명의 통합 증기상 또는 액상 시약 분배 장치, 즉 버블러는 액체 및 고체 물질, 예컨대 화학 증착, 원자층 증착 및 이온 주입 프로세스에 사용하는 액체 및 고체 소스 시약의 기화에 유용할 수도 있다. 예를 들어, 그 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 6,921,062 B2; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/898,121; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,720; 2004년 12월 17일 출원된 미국특허 출원번호 11/013,434; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/897,947; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,579를 참조한다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 통합 액상 시약 분배 장치에 관한 것으로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 불활성 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 액상 시약 배출 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질로 연장되는 딥튜브를 포함하고, 딥튜브를 통해 액상 시약이 상기 장치로부터 분배될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비하는, 복수의 용기;
복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) 및 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 포함하고; 상기 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 포함하고; 상기 액상 시약 방출 라인은 액상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 액상 시약 방출 라인은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 액상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함하는, 복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함한다.
통합 액상 시약 분배 장치는 복수의 소싱 기체 매니폴드(예컨대, 24 및 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드의 상기 불활성 기체 공급 라인과 연속하는 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)을 포함하고; 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18), 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 1, 5 및 14를 참조하면, 본 발명은 부분적으로는 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(d) 통합 액상 시약 분배 장치를 제공하는 단계로서,
복수의 용기(예컨대, 20 및 21)로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 불활성 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 액상 시약 배출 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질로 연장되는 딥튜브를 포함하고, 딥튜브를 통해 액상 시약이 상기 장치로부터 분배될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비하는, 복수의 용기;
복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 매니폴드 22 및 23)로서, 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42) 및 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 및 44)을 포함하고; 상기 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)를 포함하고; 상기 액상 시약 방출 라인은 액상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 액상 시약 방출 라인은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 액상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)를 포함하는, 복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23) 및 각각의 상기 용기(예컨대, 20 및 21)와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)
를 포함하는 통합 액상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21)에 부가하는 단계;
임의로 고체 소스 화학물질을 용융시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 내 고체 소스 화학물질을 가열하여 액상 시약을 제공하는 단계;
불활성 기체를 상기 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 또는 42)을 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
상기 용기(예컨대, 20 또는 21) 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 딥튜브 및 상기 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 상기 용기 중 하나로부터 액상 시약을 인출하는 단계;
기화 장치를 제공하는 단계로서,
내부 용기 칸을 형성하여 액상 시약을 기화시키도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하는 용기;
통합 액상 시약 분배 장치를 상기 기화 장치에 연결하는 상기 액상 시약 방출 라인;
기화 장치의 일부로서, 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 상기 기화 장치로 공급되어 상기 액상 시약의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있는, 기화 장치의 일부;
기화 장치의 일부로서, 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약은 상기 기화 장치로부터 분배될 수 있는, 기화 장치의 일부;
운반 기체를 상기 기화 장치에 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인으로서, 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하는, 운반 기체 공급 라인;
증기상 시약을 상기 기화 장치로부터 상기 증착 챔버로 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인으로서, 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 증기상 시약 방출 라인
을 포함하는 기화 장치를 제공하는 단계;
액상 시약을 상기 기화 장치에 공급하는 단계;
액상 시약을 기화시키기 충분한 온도까지 상기 기화 장치 내 액상 시약을 가열하여 상기 증기상 시약을 제공하는 단계;
운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 상기 기화 장치에 공급하는 단계;
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 기화 장치로부터 인출하는 단계; 및
증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함한다.
상술한 방법은,
증기상 시약을 증착 챔버 내 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉시키는 단계; 및
임의의 남아있는 유출물을 증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인을 통해 방출하는 단계
를 더 포함한다.
상술한 방법에 사용하는 통합 액상 시약 분배 장치는 복수의 소싱 기체 매니폴드(예컨대, 24 또는 25)를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드(예컨대, 22 및 23)에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드의 상기 불활성 기체 공급 라인과 연속하는 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 및 42)을 포함하고; 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18), 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기(예컨대, PTA 및 PTB)를 포함한다.
도 1, 5 및 18에 도시한 통합 액상 시약 분배 장치의 동작 시, 소스 화학물질은 용기(예컨대, 20 또는 21)에 배치되고, 불활성 기체는 불활성 기체 공급 라인(예컨대, 도 14에서 32 또는 42)을 통해 불활성 기체 공급 유입 개구 및 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 흐르게 되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압한다. 불활성 기체 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-1, V-3, V-6 및 V-8; 및 앰풀(21)을 위한 V-4, V-5, V-11 및 V-18)는 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 방출되는 불활성 기체의 흐름을 제어한다.
액상 시약은 용기(예컨대, 20 또는 21)로부터 액상 시약 배출 개구(예컨대, 딥튜브) 및 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 방출된다. 액상 시약은 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)을 통해 증착 챔버로 흐른다. 액상 시약 흐름 제어 밸브(예컨대, 앰풀(20)을 위한 V-7, V-9, V-15 및 V-16; 및 앰풀(21)을 위한 V-12, V-13, V-14 및 V-17)는 기화 장치로 흐르는 액상 시약의 흐름을 제어한다.
기화 장치에서, 액상 시약이 기화되어 그 다음 기상 증착 동작을 위한 소스 증기를 형성한다. 기화 장치는 또한 액상 시약의 기화에 의해 생성된 소스 증기와 조합하거나 이를 시라우딩(shrouding)하기 위한 운반 기체를 수용할 수도 있다. 별법으로, 소스 증기는 순수한 형태로 하류의 증착 동작으로 진행할 수도 있다. 어쨌든, 기화 장치로부터의 소스 증기는 증기상 시약 방출 라인을 통해 증착 챔버로 흐른다. 증착 챔버에서, 증기상 시약은 가열가능한 기재 또는 다른 장착 구조체상에 장착되는 웨이퍼(들) 또는 다른 기재 요소(들)상에 증착된다. 증착 챔버로부터의 유출물 증기는 유출물 방출 라인에서 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질 충전 레벨은 소스 화학물질 레벨 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질이 거의 소모되는 시점을 알아 그 다음 화학 증착 또는 원자층 증착 운행 전에 용기를 교체할 수 있는 것이 중요하다. 소스 화학물질 레벨은 꾸준하게 감소하고 결국에는 섬프 캐비티에서 최소 액면(예컨대, 섬브 캐비티에서의 액체의 높이)까지 낮아지고, 이 지점에서 중앙 처리 유닛은 소스 화학물질 레벨 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 소스 화학물질 레벨 신호를 수신한다. 이에 반응하여 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 운반 기체 흐름 제어 밸브에 전송하여 밸브를 폐쇄하고 운반 기체의 용기로의 흐름을 차단하고, 또한 동시에 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 전송하여 액상 시약 흐름 제어 밸브를 폐쇄하고, 액상 시약의 용기로부터의 흐름을 차단한다.
또한, 이러한 동작 동안, 용기 내 소스 화학물질의 온도는 온도 센서가 검출할 수 있다. 용기 내부의 액체 전구체 화학물질의 온도를 모니터하여 증기압을 제어하는 것이 중요하다. 용기 내 소스 화학물질의 온도가 너무 높아지면, 중앙 처리 유닛은 온도 감지 신호 전송 라인을 통해 대응하는 감지된 온도 신호를 수신한다. 이에 반응하여 중앙 처리 유닛은 제어 신호를 제어 신호 전송 라인을 통해 가열 수단에 전송하여 온도를 낮춘다.
본 발명의 통합 액상 시약 분배 장치는 화학 증착, 원자층 증착 및 이온 주입 프로세스에 사용하는 전구체와 같은 시약의 분배에 유용할 수도 있고, 용기로부터 액체 시약의 높은 수준의 인출을 달성할 수 있다. 예를 들어, 그 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 6,077,356; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/898,121; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,720; 2004년 12월 17일 출원된 미국특허 출원번호 11/013,434; 2007년 1월 29일 출원된 미국특허 출원번호 60/897,947; 2007년 2월 27일 출원된 미국특허 출원번호 60/903,579를 참조한다.
증착 챔버는 화학 증착 챔버 또는 원자층 증착 챔버일 수 있다. 액상 시약 방출 라인(예컨대, 도 14에서 34 또는 44)은 액상 시약 분배 장치를 기화 장치에 연결한다. 기화 장치는 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인을 구비하고, 운반 기체 공급 라인을 통해 운반 기체는 기화 장치로 공급되어 상기 액상 시약의 증기가 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 제조할 수 있다. 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함한다. 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급원에 연결된다. 운반 기체 공급원은 운반 기체, 예컨대 질소, 아르곤, 헬륨 등을 운반 기체 공급 라인에 공급하는 임의의 적합한 타입, 예를 들어 고압 기체 실린더, 극저온 공기 분리 플랜트, 또는 압력 스윙 공기 분리 유닛일 수 있다.
기화 장치는 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인을 구비하고, 증기상 시약 방출 라인을 통해 증기상 시약은 기화 장치로부터 증착 챔버로 분배될 수 있다. 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함한다.
가열가능한 서셉터는 증착 챔버 내에 포함될 수도 있고, 증기상 시약 방출 라인에 대하여 수용하는 관계에 있다. 유출물 방출 라인은 증착 챔버에 연결된다. 증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출된다. 유출물은 재순환, 회수, 폐기물 처리, 제거 처리, 또는 다른 처리 수단으로 이동할 수도 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 유기금속 화합물은 분말, 필름 또는 코팅을 형성하기 위하여 증기상 증착 기법에 사용된다. 화합물은 단일 소스 전구체로서 사용할 수 있거나 하나 이상의 다른 전구체, 예를 들어 적어도 하나의 다른 유기금속 화합물 또는 금속 착물을 가열함으로써 생성된 증기와 함께 사용할 수 있다.
증착은 다른 증기상 성분의 존재하에 수행될 수 있다. 본 발명의 한 실시양태에서, 필름 증착은 적어도 하나의 비-반응성 운반 기체의 존재하에 수행된다. 비-반응성 기체의 예는 불활성 기체, 예컨대 질소, 아르곤, 헬륨뿐만 아니라 프로세스 조건하에서 유기금속 화합물 전구체와 반응하지 않는 다른 기체를 포함한다. 다른 실시양태에서, 필름 증착은 적어도 하나의 반응성 기체의 존재하에 수행된다. 사용될 수 있는 반응성 기체 중 몇몇은 히드라진, 산소, 수소, 공기, 산소-농후 공기, 오존(O3), 아산화질소(N2O), 수증기, 유기 증기, 암모니아 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 예를 들어 공기, 산소, 산소-농후 공기, O3, N2O 또는 산화 유기 화합물의 증기와 같은 산화 기체의 존재는 금속 산화물 필름의 형성에 유리하다.
본원에서 기술한 증착 방법은 단일 금속을 포함하는 필름, 분말 또는 코팅을 형성하거나 단일 금속 산화물을 포함하는 필름, 분말 또는 코팅을 형성하도록 수행할 수 있다. 혼합된 필름, 분말 또는 코팅, 예를 들어 혼합된 금속 산화물 필름도 증착될 수 있다. 혼합된 금속 산화물 필름은 예를 들어 복수의 유기금속 전구체를 사용함으로써 형성할 수 있는데, 복수의 유기금속 전구체 중 적어도 하나는 상술한 유기금속 화합물로부터 선택된다.
증기상 필름 증착은 원하는 두께, 예를 들어 1㎚ 미만 내지 1㎜ 초과 범위의 필름층을 형성하도록 수행할 수 있다. 본원에서 기술한 전구체는 특히 얇은 필름, 예컨대 약 10㎚ 내지 약 100㎚ 범위의 두께를 갖는 필름을 제조하는 데 특히 유용하다. 본 발명의 필름은 예를 들어 금속 전극을, 특히 로직에서의 n-채널 금속 전극, DRAM 애플리케이션용 커패시터 전극, 및 유전체 재료로서 제조하기 위하여 고려할 수 있다.
증착 방법은 또한 층형 필름 제조에 적합한데, 층들 중 적어도 2개 층은 상 또는 조성이 상이하다. 층형 필름의 예로는 금속-절연체-반도체 및 금속-절연체-금속이 있다.
유기금속 화합물 전구체는 본 기술분야에 알려진 원자층 증착 프로세스, 화학 증착 프로세스 또는 더욱 구체적으로는 유기금속 화학 증착 프로세스에 사용할 수 있다. 예를 들어, 상술한 유기금속 화합물 전구체는 대기압뿐만 아니라 낮은 압력으로 화학 증착 프로세스에 사용할 수 있다. 화합물은 전체 반응 챔버가 가열되는 방법인 고온 벽 화학 증착뿐만 아니라 기재만이 가열되는 기법인 저온 또는 가온 벽 타입 화학 증착에서 사용할 수 있다.
상술한 유기금속 화합물 전구체는 플라스마 또는 광-보조 화학 증착 프로세스에서 사용할 수 있는데, 플라스마로부터의 에너지 또는 전자기 에너지는 개별적으로 화학 증착 전구체를 활성화하는 데 사용한다. 화합물은 또한 이온 빔, 전자 빔-보조 화학 증착 프로세스에서 사용할 수 있는데, 이온 빔 또는 전자 빔은 개별적으로 기재에 전달되어 화학 증착 전구체를 분해하기 위한 에너지를 공급한다. 레이저-보조 화학 증착 프로세스가 또한 사용될 수 있는데, 레이저 광은 기재에 전달되어 화학 증착 전구체의 광촉매 반응에 영향을 미친다.
증착 방법은 예를 들어 본 기술분야에 알려진 고온 또는 저온 벽 반응기, 플라스마-보조, 빔-보조 또는 레이저-보조 반응기와 같은 다양한 화학 증착 반응기에서 수행할 수 있다.
증착 챔버에 유용한 예시적인 기재는 예를 들어 금속, 금속 실리사이드, 반도체, 절연체, 배리어재, 세라믹 및 흑연으로부터 선택된 물질을 포함한다. 바람직한 기재는 패터닝된 웨이퍼이다. 증착 방법을 이용하여 코팅될 수 있는 기재의 예로는, 금속 기재, 예컨대, Al, Ni, Ti, Co, Pt, Ta; 금속 실리사이드, 예컨대 TiSi2, CoSi2, NiSi2; 반도체 물질, 예컨대 Si, SiGe, GaAs, InP, 다이아몬드, GaN, SiC; 절연체, 예컨대, SiO2, Si3N4, HfO2, Ta2O5, Al2O3, 바륨 스트론튬 티타네이트(BST); 배리어재, 예컨대, TiN, TaN과 같은 기재; 또는 이들 물질의 조합을 포함하는 기재가 있다. 또한, 필름 또는 코팅은 유리, 세라믹, 플라스틱, 열경화성 중합체 물질, 및 다른 코팅 또는 필름층상에 형성될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 필름 증착은 전자 컴포넌트의 제조 또는 가공에 사용되는 기재상에 수행된다. 다른 실시양태에서, 기재는 산화제의 존재하에 고온에서 안정적인 낮은 비저항 도체 증착 또는 광학적으로 투과성인 필름을 지지하는 데 사용한다.
증착 방법은 매끄럽고 평평한 표면을 갖는 기재상에 필름을 증착하도록 수행할 수 있다. 한 실시양태에서, 증착 방법은 웨이퍼 제조 또는 가공에 사용되는 기재상에 필름을 증착하도록 수행한다. 예를 들어, 증착 방법은 트렌치, 홀 또는 비아와 같은 특징부를 구비하는 패터닝된 기재상에 필름을 증착하도록 수행할 수 있다. 또한, 증착 방법은 웨이퍼 제조 또는 가공의 다른 단계, 예를 들어 마스킹 단계, 에칭 단계 등과 또한 통합할 수 있다.
화학 증착 필름은 원하는 두께로 증착할 수 있다. 예를 들어, 형성된 필름은 1 마이크로미터 미만, 바람직하게는 500 나노미터 미만, 더욱 바람직하게는 200 나노미터 미만의 두께일 수 있다. 50 나노미터 미만의 두께인 필름, 예를 들어 약 0.1 나노미터 내지 약 20 나노미터의 두께를 갖는 필름이 또한 제조될 수 있다.
상술한 유기금속 화합물 전구체는 원자층 증착 또는 원자층 핵형성 기법으로 필름을 형성하도록 본 발명의 방법에 또한 사용할 수 있는데, 필름 형성 동안 기재는 전구체, 산화제 및 불활성 기체 스트림의 펄스에 교대로 노출된다. 연속 층 증착 기법은 예를 들어 미국특허번호 6,287,965 및 미국특허번호 6,342,277에 기술되어 있다. 두 특허문헌의 내용은 본원에 참조로서 포함된다.
예를 들어, 한 원자층 증착 사이클에서, 기재는 단계적인 방식으로 a) 불활성 기체; b) 전구체 증기를 갖는 불활성 기체; c) 불활성 기체; 및 d) 산화제 단독 또는 불활성 기체와 함께 산화제에 노출된다. 일반적으로, 각 단계는 장비가 허용하는 만큼 짧을 수 있고(예컨대, 밀리초) 프로세스가 요구하는 만큼 길 수 있다(예컨대, 수 초 또는 분). 한 사이클의 기간은 밀리초만큼 짧을 수 있고 분만큼 길 수 있다. 사이클은 수 분부터 수 시간까지 일 수 있는 주기에 걸쳐 반복된다. 제조된 필름은 수 나노미터만큼 얇거나 예컨대 1 밀리미터(㎜)만큼 두꺼울 수 있다.
그러므로 본 발명의 수단 및 방법은 최초 공급된 소스 화학물질 부피의 95% 내지 98%를 증기상 또는 액상 시약을 선택적으로 분배하는 응용에 사용하게 하는, 증기상 또는 액상 시약의 공급 및 분배를 위한 시스템을 제공한다는 점에서 본 기술분야에서 실질적인 진보를 이룬다. 2-부분 앰풀의 세정 용이성은 1-부분 앰풀로 얻을 수도 있는 것 이상으로 이러한 앰풀의 재사용을 가능하게 한다.
상응하게도, 반도체 및 초전도체 제품의 제조와 같은 동작 시, 본 발명의 수단 및 방법을 이용하여 소스 화학물질의 낭비를 최초 분배 용기에 적재된 부피의 2% 내지 5% 만큼 낮은 수준으로 낮출 수 있고, 앰풀을 복수 회에 걸쳐 재사용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시는 소스 화학물질 공급 및 증기상 또는 액상 시약 분배 시스템 및 분배된 증기상 또는 액상 시약이 사용되는 프로세스의 경제성을 현저하게 개선한다. 몇몇 예에서 본 발명은 종래기술 실시의 낭비 수준 특성에 의해 불가능했던 실질적인 문제이었던 소스 화학물질의 비용 효과적인 사용을 가능하게 할 수도 있다.
본 발명의 다른 이점인 증기상 또는 액상 시약 분배 동작의 말미에 용기 내 소스 화학물질 재고 감소는, 고갈된 공급 용기를 프로세스 시스템으로부터 교체하고, 다른 가공을 위한 또 다른 용기로 대체하는 전환 시간을, 종래의 실시에 비해, 공급 용기로부터의 최초 충전된 액체의 사용량 증가로 인한 공급 용기에 대한 더 긴 가동 시간의 결과로서 최소화할 수 있다.
본 발명의 다양한 변경 및 변형은 당업자에게 명백할 것이고, 이러한 변경 및 변형은 본원의 범위 및 특허청구범위의 사상과 범위 내에 포함된다는 점을 이해하게 된다.
본 발명의 특정 실시양태로서 간주되는 것을 도시하고 기술하였지만, 형태 또는 세부사항의 다양한 변경 및 변형은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 쉽게 이루어질 수 있음을 또한 이해하게 될 것이다. 그러므로 본 발명은 본원에서 도시하고 기술한 정확한 형태와 세부사항에 제한되지 않고, 본원과 특허청구범위에서 기술한 본 발명의 전반적인 내용이 아닌 임의의 것에도 제한되지 않도록 의도된다.
Claims (20)
- 통합 증기상 시약 분배 장치로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체는 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 공급되어 상기 소스 화학물질의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 통합 증기상 시약 분배 장치로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질에 연장되는 버블러 튜브를 포함하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 운반 기체가 소스 화학물질에 버블링되어 소스 화학물질 증기의 적어도 일부가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약의 흐름을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간에 생성할 수 있고, 상기 버블러 튜브는 상벽 부재에 인접한 유입 단부 및 하벽 부재에 인접한 배출 단부를 구비하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기; 및
복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드는 운반 기체 공급 라인 및 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 운반 기체 공급 라인은 운반 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약을 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로부터 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 소싱 기체 매니폴드를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 운반 기체 공급 라인과 연속하는 운반 기체 공급 라인을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브, 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제3항에 있어서,
화학 증착 챔버 및 원자층 증착 챔버로부터 선택되는 증착 챔버;
통합 증기상 시약 분배 장치를 증착 챔버에 연결하는 증기상 시약 방출 라인;
임의로 증착 챔버 내에 포함되고 증기상 시약 방출 라인에 대하여 수용하는 관계에 있는 가열가능한 서셉터; 및
증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인
을 더 포함하고,
증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출되는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제4항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 용기 및 상기 증착 챔버와의 통신을 지시하기 위한 알고리즘을 구비하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제4항에 있어서,
(ⅰ) 상기 컨트롤러는 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드, 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기로부터 디지털 및 아날로그 입력을 수신하고, 상기 디지털 및 아날로그 입력을 이용하여 동작을 수행하고, (ⅱ) 상기 컨트롤러는 상기 증착 챔버로부터 명령 입력을 수신하고, 상기 명령 입력을 이용하여 동작을 수행하고; 상기 동작은 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 용기 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드의 개별 온도 지대의 온도를 제어하고; 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드의 밸브를 제어하고; 각각의 상기 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드, 각각의 상기 용기 및 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드에서의 피드백을 위하여 열전쌍 및 밸브 위치 표시기를 모니터하고; 증착 챔버로부터의 전기식 및 공압식 밸브 구동 신호를 각각의 상기 활성 운반 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 활성 소싱 기체 매니폴드에 릴레이하고; 캐비닛의 비상 기체 오프(EGO), 온도 경고, 온도 경보, 밸브 위치 정보, 레벨 센서 정보 및 다른 경보를 상기 증착 챔버와 통신하는 것을 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제6항에 있어서,
상기 컨트롤러는 프로그램가능 로직 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 디지털 및 아날로그 입력 및 상기 명령 입력을 컴퓨터에 릴레이하여 사용자가 상기 동작을 모니터하게 하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(a) 제1항의 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
(b) 소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
(c) 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
(d) 운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
(e) 상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약과 운반 기체를 인출하는 단계; 및
(f) 증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함하는 방법. - 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(a) 제2항의 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
(b) 소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
(c) 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
(d) 운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인 및 상기 버블러 튜브를 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
(e) 상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약과 운반 기체를 인출하는 단계; 및
(f) 증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함하는 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 용기 중 하나로부터 상기 증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 전달함과 동시에, 낮은 레벨의 소스 화학물질을 함유하는 또 다른 용기를 상기 통합 증기상 시약 분배 장치로부터 연결해제하고, 상기 용기를 재충전하고, 상기 통합 증기상 시약 분배 장치 내 상기 용기를 대체하는 것을 더 포함하는 방법. - 통합 액상 시약 분배 장치로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 충전 레벨까지 소스 화학물질을 보유하고, 추가로 충전 레벨 위에 내부 기체 공간을 형성하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 불활성 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 불활성 기체 공급 유입 개구를 통해 상기 불활성 기체가 충전 레벨 위 내부 기체 공간으로 공급되어 충전 레벨 위 내부 기체 공간을 가압할 수 있고; 상벽 부재의 일부는 액상 시약 배출 개구를 구비하고, 내부 기체 공간을 통과해 소스 화학물질로 연장되는 딥튜브를 포함하고, 딥튜브를 통해 액상 시약이 상기 장치로부터 분배될 수 있고, 상기 딥튜브는 상벽 부재에 인접한 배출 단부 및 하벽 부재에 인접한 유입 단부를 구비하는, 복수의 용기;
복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드는 불활성 기체 공급 라인 및 액상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체를 충전 레벨 위 상기 내부 기체 공간으로 전달하기 위하여 불활성 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위하여 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브를 포함하고; 상기 액상 시약 방출 라인은 액상 시약을 상기 용기로부터 제거하기 위하여 액상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 액상 시약 방출 라인은 액상 시약 방출 라인을 통과하는 액상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 액상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 복수의 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 불활성 기체 공급/액상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 액상 시약 분배 장치. - 제11항에 있어서,
복수의 소싱 기체 매니폴드를 더 포함하고, 각각의 상기 소싱 기체 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 적어도 하나의 불활성 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 소싱 기체 매니폴드는 상기 불활성 기체 공급/증기상 시약 전달 매니폴드의 상기 불활성 기체 공급 라인과 연속하는 불활성 기체 공급 라인을 포함하고; 불활성 기체 공급 라인은 불활성 기체 공급 라인을 통과하는 불활성 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 불활성 기체 흐름 제어 밸브, 및 소싱 기체 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는 통합 액상 시약 분배 장치. - 제12항에 있어서,
화학 증착 챔버 및 원자층 증착 챔버로부터 선택되는 증착 챔버;
통합 액상 시약 분배 장치를 기화 장치에 연결하는 액상 시약 방출 라인;
기화 장치의 일부로서, 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체가 상기 기화 장치로 공급되어 상기 액상 시약의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있는, 기화 장치의 일부;
기화 장치의 일부로서, 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 기화 장치로부터 분배될 수 있는, 기화 장치의 일부;
운반 기체를 상기 기화 장치에 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인으로서, 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하는, 운반 기체 공급 라인;
증기상 시약을 상기 기화 장치로부터 상기 증착 챔버에 방출하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인으로서, 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 증기상 시약 방출 라인;
임의로 증착 챔버 내에 포함되고 증기상 시약 방출 라인에 대하여 수용하는 관계에 있는 가열가능한 서셉터; 및
증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인
을 더 포함하고,
증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출되는 통합 액상 시약 분배 장치. - 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(a) 제11항의 통합 액상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
(b) 소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
(c) 임의로 고체 소스 화학물질을 용융시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 고체 소스 화학물질을 가열하여 액상 시약을 제공하는 단계;
(d) 불활성 기체를 상기 불활성 기체 공급 라인을 통해 하나 이상의 상기 용기에 공급하는 단계;
(e) 상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 딥튜브 및 상기 액상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 액상 시약을 인출하는 단계;
(f) 기화 장치를 제공하는 단계로서,
내부 용기 칸을 형성하여 액상 시약을 기화시키도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하는 용기;
통합 액상 시약 분배 장치를 상기 기화 장치에 연결하는 상기 액상 시약 방출 라인;
기화 장치의 일부로서, 운반 기체 공급 유입 개구를 구비하고, 운반 기체 공급 유입 개구를 통해 운반 기체가 상기 기화 장치로 공급되어 상기 액상 시약의 증기가 상기 운반 기체중에 비말 동반되어 증기상 시약을 생성할 수 있는, 기화 장치의 일부;
기화 장치의 일부로서, 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 기화 장치로부터 분배될 수 있는, 기화 장치의 일부;
운반 기체를 상기 기화 장치에 전달하기 위하여 운반 기체 공급 유입 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 운반 기체 공급 라인으로서, 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브를 포함하는, 운반 기체 공급 라인;
증기상 시약을 상기 기화 장치로부터 상기 증착 챔버로 방출하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 기화 장치로부터 외부로 연장되는 증기상 시약 방출 라인으로서, 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브를 포함하는, 증기상 시약 방출 라인
을 포함하는 기화 장치를 제공하는 단계;
(g) 액상 시약을 상기 기화 장치에 공급하는 단계;
(h) 액상 시약을 기화시키기 충분한 온도까지 상기 기화 장치 내 액상 시약을 가열하여 상기 증기상 시약을 제공하는 단계;
(i) 운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 상기 기화 장치에 공급하는 단계;
(j) 증기상 시약과 운반 기체를 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 기화 장치로부터 인출하는 단계; 및
(k) 증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 용기 중 하나로부터 상기 액상 시약을 상기 기화 장치에 전달함과 동시에, 낮은 레벨의 소스 화학물질을 함유하는 또 다른 용기를 상기 통합 액상 시약 분배 장치로부터 연결해제하고, 상기 용기를 재충전하고, 상기 통합 액상 시약 분배 장치 내 상기 용기를 대체하는 것을 더 포함하는 방법. - 통합 증기상 시약 분배 장치로서,
복수의 용기로서, 각 용기는 내부 용기 칸을 형성하여 소스 화학물질을 보유하도록 구성된 상벽 부재, 측벽 부재 및 하벽 부재를 포함하고; 상벽 부재의 일부는 증기상 시약 배출 개구를 구비하고, 증기상 시약 배출 개구를 통해 상기 증기상 시약이 상기 용기로부터 분배될 수 있는, 복수의 용기;
복수의 증기상 시약 전달 매니폴드로서, 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드는 서로 상호연결되고; 각각의 용기는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 증기상 시약 전달 매니폴드는 증기상 시약 방출 라인을 포함하고; 상기 증기상 시약 방출 라인은 상기 용기로부터 증기상 시약을 제거하기 위하여 증기상 시약 배출 개구로부터 위로 그리고 상벽 부재로부터 외부로 연장되고, 증기상 시약 방출 라인은 증기상 시약 방출 라인을 통과하는 증기상 시약의 흐름을 제어하기 위하여 임의로 하나 이상의 증기상 시약 흐름 제어 밸브을 포함하는, 복수의 증기상 시약 전달 매니폴드; 및
각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드가 서로 독립적으로 동작할 수 있고, 각각의 상기 용기가 서로 독립적으로 동작할 수 있는 방식으로 각각의 상기 증기상 시약 전달 매니폴드 및 각각의 상기 용기와의 통신을 지시하기 위한 하나 이상의 컨트롤러
를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제16항에 있어서,
복수의 운반 기체 공급 매니폴드를 더 포함하고, 각각의 상기 운반 기체 공급 매니폴드는 적어도 하나의 증기상 시약 전달 매니폴드에 연결되고; 각각의 운반 기체 공급 매니폴드는 운반 기체 공급 라인을 포함하고; 운반 기체 공급 라인은 운반 기체 공급 라인을 통과하는 운반 기체의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 운반 기체 흐름 제어 밸브, 및 운반 기체 공급 매니폴드의 압력을 모니터 및 제어하기 위한 압력 변환기를 포함하는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 제17항에 있어서,
화학 증착 챔버 및 원자층 증착 챔버로부터 선택되는 증착 챔버;
통합 증기상 시약 분배 장치를 증착 챔버에 연결하는 증기상 시약 방출 라인;
임의로 증착 챔버 내에 포함되고 증기상 시약 방출 라인에 대하여 수용하는 관계에 있는 가열가능한 서셉터; 및
증착 챔버에 연결된 유출물 방출 라인
을 더 포함하고,
증기상 시약은 증기상 시약 방출 라인을 통해 증착 챔버로 이동하여 임의로 가열가능한 서셉터상의 기재와 접촉하고, 임의의 남아있는 유출물은 유출물 방출 라인을 통해 방출되는 통합 증기상 시약 분배 장치. - 증기상 시약을 증착 챔버에 전달하기 위한 방법으로서,
(a) 제16항의 통합 증기상 시약 분배 장치를 제공하는 단계;
(b) 소스 화학물질을 하나 이상의 상기 용기에 부가하는 단계;
(c) 임의로 소스 화학물질을 기화시키기 충분한 온도까지 하나 이상의 상기 용기 내 소스 화학물질을 가열하여 증기상 시약을 제공하는 단계;
(d) 상기 용기 중 임의의 다른 용기와 독립적으로 상기 증기상 시약 방출 라인을 통해 상기 용기 중 하나로부터 증기상 시약을 인출하는 단계;
(e) 운반 기체를 상기 운반 기체 공급 라인을 통해 상기 증기상 시약 전달 매니폴드에 공급하여 상기 증기상 시약과 혼합하는 단계; 및
(f) 증기상 시약과 운반 기체를 상기 증착 챔버에 공급하는 단계
를 포함하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 용기 중 하나로부터의 상기 증기상 시약과 상기 운반 기체 공급 매니폴드 중 하나로부터의 운반 기체를 상기 증착 챔버에 전달함과 동시에, 낮은 레벨의 소스 화학물질을 함유하는 또 다른 용기를 상기 통합 증기상 시약 분배 장치로부터 연결해제하고, 상기 용기를 재충전하고, 상기 통합 증기상 시약 분배 장치 내 상기 용기를 대체하는 것을 더 포함하는 방법.
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