KR20170131259A - 고체 전구체 및 액체 전구체를 위한 증기 전달 방법 및 장치 - Google Patents

고체 전구체 및 액체 전구체를 위한 증기 전달 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기화된 반응물질 및 캐리어 가스의 일정한 전체 플로우 레이트를 유지하면서 기화된 반응물질의 플로우 레이트의 신속한 시프트들을 허용하는 기화기 시스템이 제공된다.

Description

고체 전구체 및 액체 전구체를 위한 증기 전달 방법 및 장치{VAPOR DELIVERY METHOD AND APPARATUS FOR SOLID AND LIQUID PRECURSORS}
반도체 프로세싱 동작들 동안, 하나 이상의 반응물질들 (또한 본 명세서에서 "전구체들"로서 지칭됨) 은 에칭, 디포지션, 세정, 또는 다른 동작들을 수행하도록 반도체 웨이퍼에 걸쳐 분배될 수도 있다. 일부 이러한 반도체 동작들에서, 반응물질 또는 반응물질들은 반도체 웨이퍼에 걸쳐 흐르기 전에, 캐리어 가스, 예를 들어, 다른 반응물질들 사용에 대해 화학적으로 불활성일 수도 있는 가스 내에서 부유되는 기화된 형태로 제공될 수도 있다.
이러한 기화된 반응물질들을 제공하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에서 논의된다.
이 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현예들의 상세들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술에 제시된다. 다른 특징들, 양태들, 및 이점들은 기술, 도면들, 및 청구항들로부터 분명해질 것이다.
일부 구현예들에서, 반도체 프로세싱 툴의 컴포넌트로 증기를 공급하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 제 1 앰플의 제 1 내부 볼륨 내에 제 1 양의 반응물질을 수용하도록 구성된 제 1 앰플, 제 1 내부 볼륨과 유체로 연통하는 제 1 캐리어 가스 유입부, 제 1 내부 볼륨과 또한 유체로 연통하는 제 1 증기 유출부, 제 1 음속 플로우 제한기, 및 제 1 증기 유출부와 유체로 연통하는 제 1 희석 가스 유입부를 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 제 1 음속 플로우 제한기는 제 1 캐리어 가스 유입부 및 제 1 앰플의 다운스트림에 위치될 수도 있다. 제 1 희석 가스 유입부는 제 1 앰플과 제 1 음속 플로우 제한기 사이의 위치에서 제 1 증기 유출부와 연결될 수도 있다.
일부 이러한 구현예들에서, 제 1 양의 반응물질은 고상일 수도 있고, 반면에 다른 이러한 구현예들에서, 제 1 양의 반응물질은 액상일 수도 있다.
일부 추가의 구현예들에서, 제 1 음속 플로우 제한기는 반도체 프로세싱 툴의 정상 동작 상태들 동안 제 1 음속 플로우 제한기를 통해 흐르는 캐리어 가스 및 증기가 쵸크 플로우 (choked flow) 를 겪도록 사이징될 수도 있다.
일부 추가의 구현예들에서, 장치는 제 1 캐리어 가스 유입부를 통해 흐르는 캐리어 가스의 양을 제어하도록 구성된 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기, 제 1 희석 가스 유입부를 통해 흐르는 희석 가스의 양을 제어하도록 구성된 제 1 희석 가스 플로우 제어기, 및 제어기를 더 포함할 수도 있다. 제어기는, 하나 이상의 프로세서들, 및 메모리를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 프로세서들은 메모리, 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기, 및 제 1 희석 가스 플로우 제어기와 통신 가능하게 연결될 수도 있고, 그리고 메모리는 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기 및 제 1 희석 가스 플로우 제어기로 하여금 일정한 결합된 플로우 레이트를 유지하게 하도록 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 컴퓨터-실행가능한 인스트럭션들을 저장할 수도 있다.
일부 추가의 구현예들에서, 장치는 제 1 앰플과 제 1 음속 플로우 제한기 사이에 위치된 압력 센서를 더 포함할 수도 있고, 그리고 메모리는, 압력 센서가 결합된 캐리어 가스 플로우, 희석 가스 플로우, 및 제 1 양의 반응물질로부터의 임의의 기화된 반응물질의 압력이 제 1 문턱값 미만임을 나타낼 때, 캐리어 가스 및 희석 가스의 총 플로우가 결합된 플로우 레이트를 일정하게 유지하는 동안, 캐리어 가스 대 희석 가스의 비를 증가시키도록 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기 및 제 1 희석 가스 플로우 제어기를 제어하고, 그리고 압력 센서가 결합된 캐리어 가스 플로우, 희석 가스 플로우, 및 제 1 양의 반응물질로부터의 임의의 기화된 반응물질의 압력이 제 2 문턱값 초과임을 나타낼 때, 캐리어 가스 및 희석 가스의 총 플로우가 결합된 플로우 레이트를 일정하게 유지하는 동안, 캐리어 가스 대 희석 가스의 비를 감소시키도록 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기 및 제 1 희석 가스 플로우 제어기를 제어하게 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 더 저장할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 내부 볼륨 내에 제 1 양의 반응물질을 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 반응물질은 텅스텐 펜타클로라이드 및 텅스텐 헥사클로라이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 고상 반응물질일 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 제 1 캐리어 가스 유입부 상의 제 1 앰플의 업스트림에 위치되는 제 1 캐리어 가스 유입부 질량 유량 제어기를 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 제 1 앰플과 제 1 음속 플로우 제한기 사이에 위치된 압력 센서, 및 메모리 및 압력 센서, 제 1 캐리어 가스 유입부 질량 유량 제어기, 및 메모리와 통신 가능하게 커플링된 하나 이상의 프로세서들을 포함한 제어기를 더 포함할 수도 있고, 메모리는 압력 센서로부터 압력 데이터를 수신하도록 그리고 압력 데이터의 변화들에 응답하여 제 1 앰플에 대한 캐리어 가스의 플로우를 조정하도록 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 저장한다.
일부 이러한 구현예들에서, 메모리는, 제 1 시간 기간 동안, 제 1 앰플이 어떠한 반응물질도 담지 않을 때 또는 어떤 반응물질이 제 1 앰플 내에 있을지라도 증발하지 않거나 증기를 공급하지 않을 때 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스, 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스, 또는 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스와 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스의 특정한 플로우와 연관된 압력 측정값들을 압력 센서로부터 획득하고; 제 2 시간 기간 동안, 제 1 앰플이 제 1 양의 반응물질을 담을 때 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스, 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스, 또는 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스와 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스의 동일한 특정한 플로우와 연관된 압력 측정값들을 압력 센서로부터 획득하고; 그리고 적어도 부분적으로, 제 1 시간 기간 동안 획득된 압력 측정값들과 제 2 시간 기간 동안 획득된 압력 측정값들의 차에 기초하여, 제 2 시간 기간 동안 제 1 음속 플로우 제한기를 통해 흐르는 기화된 반응물질의 양을 결정하도록 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 더 저장할 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 제 1 앰플 내의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템을 더 포함할 수도 있고, 그리고 메모리는, 압력 측정값들의 차가 제 1 타깃 양 미만으로 감소할 때 제 1 앰플 내의 온도를 증가시키도록 온도 제어 시스템을 제어하고, 그리고 압력 측정값들의 차가 제 2 타깃 양 초과로 증가할 때 제 1 앰플 내의 온도를 감소시키도록 온도 제어 시스템을 제어하게 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 더 저장한다.
일부 구현예들에서, 장치는 제 1 캐리어 가스 유입부와 연결되고 그리고 캐리어 가스를 제 1 앰플에 공급하도록 구성되는 캐리어 가스 소스를 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 제 1 희석 가스 유입부와 연결되고 그리고 희석 가스를 제 1 앰플에 공급하도록 구성되는 희석 가스 소스를 더 포함할 수도 있다. 일부 이러한 구현예들에서, 희석 가스 및 캐리어 가스는 동일한 가스일 수도 있다. 일부 추가의 이러한 구현예들에서, 희석 가스 소스 및 캐리어 가스 소스는 동일한 가스 소스일 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 제 1 앰플의 다운스트림 그리고 제 1 음속 플로우 제한기의 업스트림의 제 1 증기 유출부와 합류할 수도 있는 제 1 진공 유출부를 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 또한 제 2 앰플의 제 2 내부 볼륨 내에 제 2 양의 반응물질을 수용하도록 구성된 제 2 앰플, 제 2 내부 볼륨과 유체로 연통하는 제 2 캐리어 가스 유입부, 제 2 내부 볼륨과 또한 유체로 연통하는 제 2 증기 유출부, 제 2 음속 플로우 제한기, 및 제 2 증기 유출부와 유체로 연통하는 제 2 희석 가스 유입부를 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 제 2 음속 플로우 제한기는 제 2 캐리어 가스 유입부 및 제 2 앰플의 다운스트림에 위치될 수도 있고, 그리고 제 2 희석 가스 유입부는 제 2 앰플과 제 2 음속 플로우 제한기 사이의 위치에서 제 2 증기 유출부와 연결될 수도 있다.
일부 추가의 이러한 구현예들에서, 제 1 증기 유출부 및 제 2 증기 유출부는 제 1 음속 플로우 제한기 및 제 2 음속 플로우 제한기 각각의 다운스트림의 공통 증기 유출부와 합류할 수도 있다.
일부 부가적인 또는 대안적인 이러한 구현예들에서, 제 1 캐리어 가스 유입부 및 제 2 캐리어 가스 유입부는 제 1 앰플 및 제 2 앰플의 업스트림의 공통 캐리어 가스 유입부로부터 분기할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 제 1 희석 가스 유입부 및 제 2 희석 가스 유입부는 제 1 증기 유출부 및 제 2 증기 유출부의 업스트림의 공통 희석 가스 유입부로부터 분기할 수도 있다. 일부 추가의 이러한 구현예들에서, 장치는 공통 희석 가스 유입부 상에 위치된 희석 가스 질량 유량 제어기를 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 장치는 증기 축적 저장소 및 복수의 반도체 프로세싱 스테이션들을 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 반도체 프로세싱 스테이션 각각은 마이크로볼륨을 포함할 수도 있고, 증기 축적 저장소는 적어도 반도체 프로세싱 스테이션들의 수 곱하기 마이크로볼륨 볼륨만큼 큰 증기 축적 볼륨을 가질 수도 있고, 증기 축적 저장소는 증기를 제 1 증기 유출부로부터 반도체 프로세싱 스테이션 각각으로 공급하도록 구성될 수도 있고, 제 1 증기 유출부는 제 1 음속 플로우 제한기의 다운스트림의 증기 축적 저장소 내로 비워질 (empty) 수도 있고, 그리고 증기 축적 저장소는 제 1 음속 플로우 제한기의 다운스트림에 있을 수도 있다.
첨부된 도면들은 예시적이고 그리고 본 명세서에서 논의된 개념들은 도시된 구현예들에만 한정되지 않는다.
도 1은 고체 반응물질 기화기의 고 레벨 개략도를 도시한다.
도 2는 증기 축적 저장소를 포함하는 반도체 프로세싱 툴의 고 레벨 개략도를 도시한다.
이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들이 제시된 개념들의 전체적인 이해를 제공하기 위해 언급된다. 제시된 개념들은 이들 구체적인 상세들 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 일부 개념들이 구체적인 실시예들과 함께 기술될 것이지만, 이는 이들 실시예들을 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에 기술되고 예시된 많은 개념들 및 구현예들이 있다. 본 명세서에 논의된 구현예들의 특정한 특징들, 속성들 및 이점들이 기술되고 예시되지만, 본 개시의 많은 다른 것들, 뿐만 아니라 상이한 그리고/또는 유사한 구현예들, 특징들, 속성들 및 이점들이 기술 및 예시들로부터 분명하다는 것이 이해되어야 한다. 이와 같이, 이하의 구현예들은 단지 예시적이다. 구현예들은 총망라한 것으로 또는 개시된 정확한 형태들, 기법들, 재료들 및/또는 구성들에 본 개시를 제한하도록 의도되지 않는다. 많은 수정들 및 변동들이 이 개시를 고려하여 가능하다. 다른 구현예들이 활용될 수도 있고 그리고 동작 상의 변화들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 행해질 수도 있다는 것이 이해된다. 이와 같이, 본 개시의 범위는 이하의 구현예들의 기술이 예시 및 기술의 목적들을 위해 제공되기 때문에 이하의 기술에만 제한되지 않는다.
본 개시는 임의의 단일의 양태 또는 구현예에, 또는 이러한 양태들 및/또는 구현예들의 임의의 단일의 조합 및/또는 치환에 제한되지 않는다. 게다가, 본 개시의 양태들, 및/또는 본 개시의 구현예들 각각은, 단독으로 또는 본 개시의 다른 양태들 및/또는 구현예들의 하나 이상의 조합으로 채용될 수도 있다. 간결성을 위해, 많은 이러한 치환들 및 조합들이 본 명세서에 별도로 논의되지 않고 그리고/또는 예시되지 않을 것이다.
본 개시는 기화기 시스템들 및 기법들에 관한 것이고, 그리고 시스템의 정상 동작 동안 이러한 컴포넌트들과 연관된 가스 플로우의 방향에 대하여 컴포넌트들의 상대적인 위치를 지칭하도록 용어들 "다운스트림" 및 "업스트림"을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 가스가 정상 동작들 동안 2 개의 컴포넌트들을 통해 흐를 때, "업스트림" 컴포넌트는 "다운스트림" 컴포넌트 전에 가스를 수용할 것이고, 그 역도 그러하다.
하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들로의 전달을 위해 기화된 전구체 또는 반응물질을 생성하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 개시된다. 본 명세서에 개시된 개념들은 ALD 또는 ALE 프로세스들과 같은 순환적인, 멀티-페이즈 반도체 프로세싱 동작들에서 특히 적용 가능할 수도 있고, 그리고 또한 멀티-스테이션 반도체 프로세싱 툴들, 즉, 복수의 반도체 웨이퍼들이 동일한 챔버 또는 하나 이상의 툴 서브시스템들, 예를 들어, 제어기, 가스 분배 시스템, 진공 펌핑 시스템, 등을 공유하는 별개의 챔버들 내에서 동시에 프로세싱될 수도 있는 툴들에서의 사용에 잘 맞을 수도 있다. 본 명세서에 개시된 개념들은 또한 원한다면, 수반된 순환적인, 멀티-페이즈 반도체 프로세싱 동작들이 없는 시나리오들에서 그리고/또는 단일의-스테이션 반도체 프로세싱 툴들에서 구현될 수도 있다.
새로운 반도체 프로세싱 툴을 개발하는 성과의 일부로서, 본 발명자들은 새로운 타입의 기화기 시스템을 개발하였다. 이러한 기화기 시스템에서, 고체 반응물질 또는 전구체는 본 명세서에서 "앰플"로서 지칭되는, 챔버 또는 용기 내에 배치될 수도 있다. 앰플은 기화된 반응물질과 화학적으로 양립 가능한 임의의 적합한 재료로 이루어질 수도 있고, 예를 들어, 스테인리스 강 앰플은 텅스텐 펜타클로라이드 또는 텅스텐 헥사클로라이드에 사용될 수도 있다. 앰플은 목표된 온도로 가열될 수도 있고 그리고 캐리어 가스는 기화기로부터 목표된 증기 플로우 레이트를 유지하도록 상기 온도의 앰플을 통해 흐를 수도 있다. 그러므로 기화된 반응물질은 캐리어 가스 플로우에 동반되게 될 수도 있고 그리고 앰플로부터 흐를 수도 있다. 앰플에 더하여, 본 발명자들은 또한 기화기 시스템으로부터 증기/캐리어 가스 혼합물을 전달하기 전에, 앰플의 다운스트림에 2 개의 컴포넌트들 - 음속 플로우 제한기 및 희석 가스 유입부 - 을 추가하는 것이 이롭다는 것을 알아냈다. 희석 가스 유입부는 음속 플로우 제한기의 업스트림에 위치된다.
본 명세서에 기술된 기화기 개념들이 고체 반응물질 또는 전구체에 대하여 논의되지만, 동일한 기화기 개념들이 또한 액상 반응물질들 또는 전구체들용으로 구현될 수도 있다는 것이 이해된다. 이러한 구현예들에서, 캐리어 가스가 액체 반응물질 또는 전구체를 통해 버블 업되도록 (bubble up) 캐리어 가스는 액상 반응물질 또는 전구체에 잠기는 앰플의 하나 이상의 포트들로부터 도입될 수도 있다. 이는 캐리어 가스와 반응물질 사이에 보다 큰 표면적 콘택트를 제공하고, 이는 액상 반응물질 또는 전구체의 증발 레이트를 증가시킨다. 고체 반응물질 기화기 시스템들에서, 고체 반응물질은 캐리어 가스와 콘택트하는 표면적의 양을 증가시키도록 앰플 내에서 트레이들 또는 랙들 (rack) 상에 지지되는 복수의 작은 피스들의 형태로 제공될 수도 있고; 캐리어 가스는 트레이들/랙들을 지나 흐를 수도 있고 그리고 고체 반응물질들은 이러한 트레이들/랙들 상에 위치된다. 간결성 및 가독성을 위해, 용어들 "기화" 또는 "증발"은 액체 상태로부터 가스 상태로의 전이를 지칭할 뿐만 아니라 기술적으로 "승화"로서 지칭될 수도 있는, 고체 상태로부터 가스 상태로의 전이를 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다는 것이 또한 이해된다. 예를 들어, 물질의 "증기압"에 대한 언급은 물질이 고상이라면 물질의 "승화압"과 같다는 것이 이해된다.
음속 플로우 제한기는 정상 동작 사용 동안 기화기 시스템에 대해 예상되는 모든 플로우 레이트들, 즉, 증기가 사용되는 반도체 프로세싱 동작들 동안 발생하는 플로우 레이트들에서, 음속 플로우 제한기를 통한 플로우가 쵸크 플로우, 즉, 음속 플로우이도록 사이징될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 즉, 정상 동작 사용 동안 기화기 시스템에 대해 예상되는 모든 플로우 레이트들에서, 음속 플로우 제한기를 통한 플로우가 쵸크 플로우가 아닐 수도 있지만, 일부 상황들에서 다운스트림 압력 변동들로부터 충분한 격리를 여전히 제공할 수도 있는, 0.7만큼 낮은 마하 수 (Mach number) 를 가진 플로우일 수도 있도록, 음속 플로우 제한기는 실제로 상기에 기술된 사이즈보다 크게 사이징될 수도 있다. 이는 음속 플로우 제한기의 다운스트림의 잠재적인 압력 변동들로부터 기화기 시스템을 격리한다. 예를 들어, 증기/캐리어 가스 플로우들이 단속적으로 제공되는 반도체 프로세싱 툴에서, 증기/캐리어 가스가 반도체 프로세싱 챔버에 제공되거나 (음속 플로우 제한기의 다운스트림의 압력의 감소를 발생시킴) 어떠한 반도체 프로세싱 챔버에도 제공되지 않는지 (음속 플로우 제한기의 다운스트림의 압력의 증가를 발생시킴) 여부에 기초하여 시변 압력이 증가 및 감소할 수도 있다. 앰플의 다운스트림에 음속 플로우 제한기를 배치함으로써, 음속 플로우 제한기의 다운스트림에서 발생할 수도 있는 압력 변동들은 앰플 내의 압력 환경에 영향을 주는 것이 방지될 수도 있다. 희석 가스 유입부는 앰플로부터 나오는 캐리어 가스/증기 플로우에 부가적인 캐리어 가스를 첨가하도록 사용될 수도 있고, 이에 따라 음속 플로우 제한기를 통한 총 플로우 및 앰플 압력 양자가 일정하게 유지될 수도 있는 메커니즘을 제공하고, 따라서 기화기 시스템으로부터 기화된 전구체의 일정한 플로우 레이트를 보장한다. 희석 가스 소스 및 캐리어 가스 소스는 동일한 타입의 가스를 공급하고, 그리고 일부 구현예들에서, 실제로 동일한, 공통 가스 소스, 예를 들어, 설비 가스 소스에 의해 제공될 수도 있다. 캐리어 및 희석 가스들은 예를 들어, 임의의 적합한, 화학적으로 불활성 가스, 예컨대, 아르곤, 질소, 네온, 또는 헬륨일 수도 있다.
도 1은 본 명세서에서 논의된 개념들에 따른 기화기 시스템의 예를 도시한다. 기화기 시스템 (100) 은 고상 반응물질 (104), 예컨대, 텅스텐 헥사클로라이드, 텅스텐 펜타클로라이드, 또는 임의의 다양한 다른 고체 반응물질들을 담는 내부 볼륨을 가진 앰플 (102) 을 포함할 수도 있다. 앰플 (102) 은 예를 들어, 가열 자켓들 (jackets) 또는 다른 가열 소스들 (미도시) 을 사용하여 목표된 온도, 예를 들어, 150 ℃로 가열될 수도 있다. 캐리어 가스 소스 (106) 로부터의 캐리어 가스, 예를 들어, 적어도 반응물질에 대하여 화학적으로 불활성인 가스가 캐리어 가스 유입부 (108) 를 통해 흐를 수도 있다. 캐리어 가스 소스 (106) 는 예를 들어, 이러한 캐리어 가스를 복수의 기화기들로, 뿐만 아니라 반도체 프로세싱 장비의 복수의 다른 피스들로 공급하는 설비 가스 소스일 수도 있다. 캐리어 가스 유입부 (108) 를 통한 캐리어 가스의 플로우는 예를 들어, MFC (mass flow controller) (128) 또는 다른 적합한 플로우 제어 디바이스에 의해 조절될 수도 있다.
기화기 시스템 (100) 을 사용하여 실시된 정상 반도체 프로세싱 동작들 동안 보통 겪는 모든 캐리어 가스 플로우 조건들 동안 쵸크 또는 음속 플로우가 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기에 존재하도록 사이징될 수도 있는 선택 가능한 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기 (126) 는 MFC (128) 와 앰플 (102) 사이에 배치될 수도 있다. 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기 (126) 에서의 쵸크 플로우는 이러한 컴포넌트들에 손상을 줄 수도 있는, 앰플 (102) 로부터의 기화된 반응물질이 MFC (128) 또는 캐리어 가스 소스 (106) 내로 이동하는 것을 방지하도록 사용될 수도 있다. 기화된 반응물질 및 기화된 반응물질과 혼합되는 캐리어 가스는 가스/증기 혼합물의 온도가 기화기 내의 국부적 압력 조건들 하에서 증기에 대한 응결 온도 미만으로 떨어진다면 응결할 수도 있고; 게다가, 기화된 반응물질/캐리어 가스 혼합물의 압력은 기화기의 다운스트림에서 감소될 수도 있고, 이는 또한 혼합물의 응결 온도로 하여금 하락되게 할 수도 있다. 따라서 캐리어 가스 유입부 (108) 는 앰플 (102) 의 업스트림으로 이동하는 임의의 기화된 반응물질의 응결을 방지하도록 가열될 수도 있다. 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기 (126) 는 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기 (126) 를 지나 기화된 반응물질의 모든 역류를 효과적으로 방지하는, 반응물질 이동 배리어로서 기능할 수도 있다. 이는 캐리어 가스 유입부 (108) 로 하여금 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기 (126) 의 업스트림에서 가열되지 않고 유지되게 할 수도 있는데, 이는 이들 구역들에서 반응물질 응결의 위험이 없기 때문이다.
앰플 (102) 내로 도입되는 캐리어 가스는 고체 반응물질 (104) 로부터 기화된 반응물질을 수용할 수도 있다. 캐리어 가스 소스 (106) 로부터의 캐리어 가스의 플로우 레이트 및 압력은, (앰플 온도에서) 고체 반응물질 (104) 의 기화에 도움이 되는 압력이 앰플 내에 존재하도록, 즉, 기화된 반응물질의 분압이 앰플 (102) 내에 존재하는 국부적 온도 조건들에서 반응물질의 증기압으로 유지되도록, 유지될 수도 있다. 예를 들어, 98.5 % 캐리어 가스/1.5 % 기화된 반응물질 혼합물과 기화된 반응물질의 타깃 가스 몰 비가 대략 1 Torr의 증기압을 갖는다면, 그러면 앰플 내의 캐리어 가스/기화된 반응물질 혼합물의 총 압력은 기화된 반응물질의 분압을 증기압으로 유지하도록 대략 66 Torr로 유지될 수도 있다. 그러면 캐리어 가스/증기 혼합물은 앰플 (102) 의 다운스트림에 있는 음속 플로우 제한기 (110) 와 연결될 수도 있는 증기 유출부 (130) 를 통해 앰플 (102) 을 나갈 수도 있다. T-교차점 (112) 또는 다른 유입부는 부가적인 캐리어 가스로 하여금 희석 캐리어 가스 소스 (114) 로부터의 캐리어 가스/증기 플로우 내로 도입되게 할 수도 있고, 이에 따라 기화된 반응물질을 더 희석한다.
앞서 논의된 바와 같이, 음속 플로우 제한기 (110) 는 가압계 아이솔레이터 (barometric isolator) 로서 기능할 수도 있고, 즉, 음속 플로우 제한기 (110) 는 음속 플로우 제한기 (110) 의 다운스트림의 압력 변동들이 음속 플로우 제한기 (110) 의 업스트림의 압력에 영향을 주지 않도록 기화기 시스템 (100) 의 모든 정상 동작 상태들 동안 쵸크 또는 음속 플로우를 유지하도록 사이징될 수도 있다. 예를 들어, 대략 165 ℃의 온도에서 대략 200 sccm (standard cubic centimeters per minute) 의 총 캐리어 가스 플로우 레이트를 나타내는 기화기에 대해, 이러한 음속 플로우 제한기 (110) 는 대략 0.03 인치의 직경, 예를 들어, 0.033 인치의 직경을 가진 최소 오리피스를 가질 수도 있다. 이러한 조건들 하에서, 앰플 압력은 보통 음속 플로우 제한기 (110) 를 통한 증기 및 캐리어 가스의 총 플로우에 비례할 것이다. 그러나, 앰플 압력이 상승함에 따라, 고체 반응물질의 기화 레이트는 감소한다 - 결과는 증기의 순 (net) 플로우 레이트가 캐리어 가스 플로우 레이트에 상관없이 비교적 일정하게 유지되고, 증기 플로우 레이트의 조정을 매우 어렵게 만든다는 것이다 -.
본 발명자들은 부가적인 캐리어 가스로 하여금 앰플 (102) 의 다운스트림 그리고 음속 플로우 제한기 (110) 의 업스트림의 증기 플로우 경로 내로 도입되게 할 수도 있는, 희석 가스 도입 지점 또는 유입부, 예컨대, T-교차점 (112) 을 포함함으로써, 증기의 플로우 레이트가 다양한 증기 플로우 레이트들을 통해 쉽게 그리고 신속하게 조정될 수 있다는 것을 인지하였다. 앰플의 다운스트림에 희석 가스 도입 지점을 제공함으로써, 기화기 시스템 (100) 은 캐리어 가스의 총 플로우를 2 개의 플로우들 - 앰플 (102) 을 통과하는 일 플로우, 및 앰플 (102) 을 바이패싱하는 일 플로우 - 로 분할되게 한다. 캐리어 가스들 양자의 플로우 레이트들은 2 개의 캐리어 가스 플로우들이 전체적으로, 일정한 결합된 캐리어 가스 플로우 레이트를 유지하는 것을 보장하도록, 예를 들어, 캐리어 가스 MFC (128) 및 희석 가스 MFC (116) 를 사용하여 조절될 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 이는 앰플 (102) 내에서 일정한 압력 및 온도를 유지하는 동안 증기 전달 레이트로 하여금 동작 가능한 증기 전달 레이트들의 범위 내에서 임의의 목표된 값으로 신속하게 설정되게 하고, 이에 따라 안정한 기화 레이트를 보장한다.
일부 구현예들에서, 압력 센서 (134) 는 음속 플로우 제한기 (110) 와 앰플 (102) 사이의 라인 내에서 압력을 모니터링하도록 구성될 수도 있다. 캐리어 가스 소스 (106) 로부터의 캐리어 가스 및 희석 가스 소스 (114) 로부터의 희석 가스는 상이한 특정한 총 플로우들로 (예를 들어, MFC들 (128 및 116) 에 의해 설정된 바와 같음) 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 흐를 수도 있고 그리고 압력 측정값들은 캘리브레이션 활동 (exercise) 의 일부로서 특정한 플로우 상태들 각각 동안 측정될 수도 있다. 앰플 (102) 내에 실제 전구체를 갖는 차후의 동작 동안 (캘리브레이션 동안, 전구체는 부재할 것임), 압력 센서 (134) 에서 압력이 모니터링될 수도 있고 그리고 미리 결정된 플로우 조건 동안 증발된 전구체의 첨가에 의해 유발되는 임의의 압력 증가는 현재의 압력을 참조하고 그리고 동일한 캐리어 및 희석 가스 플로우 조건 동안 캘리브레이팅된 압력에 대해 현재의 압력을 비교함으로써 확립될 수도 있다. 캘리브레이션 압력에 대한 압력 증가량은 캐리어/희석 가스 플로우 내에 있는 증발된 전구체의 양에 정비례한다. 그러므로, 압력 센서 (134) 로부터의 압력은 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 흐르는 전구체의 양을 모니터링하도록 사용될 수도 있다. 이하에 더 기술되는 바와 같은 제어기는 압력 센서의 출력을 모니터링하도록 그리고 이러한 캘리브레이션 프로세스들 및 정상 사용 동안 캐리어/희석/전구체 가스 플로우의 인시츄 (in-situ) 압력 모니터링을 용이하게 하도록 구성될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 제어기는 또한 앰플 온도를 모니터링하도록 구성되는 온도 센서와 통신 가능하게 연결될 수도 있고 그리고 제어기는 또한 앰플 온도 또는 전구체 증발 레이트 (이하에 언급되는 바와 같이, 전구체 증발 레이트는 압력/온도 조건들이 일정하게 유지될지라도 변화할 수도 있음) 의 변화들을 보상하도록, 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 동일한 총 결합된 가스 플로우를 유지하는 동안, 희석 가스 소스 (114) 및 캐리어 가스 소스 (106) 로부터의 플로우를 가변하게 할 수도 있다. 일부 이러한 구현예들에서, 앰플의 온도는 모니터링되지 않을 수도 있고 그리고 온도의 변화들에 기인한 전구체 플로우의 변화들은 일정한 전구체 플로우 레이트를 유지하도록 캐리어 가스/희석 가스 플로우 비를 변경함으로써 보상될 수도 있다 (그러므로 앰플 온도를 직접적으로 측정하는 일 없이 온도 보상을 허용함). 일부 구현예들에서, 제어기는 또한 앰플 온도로 하여금 예를 들어, 앰플 (102) 의 온도를 조정하기 위해 구성된 가열기 또는 다른 온도 제어 시스템을 제어함으로써, 변화하게 하도록, 전구체 농도를 일정하게 유지하게 하기 위해 압력을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 흐르는 가스 내에 존재하는 전구체의 양이 목표된 타깃 양 또는 플로우 레이트를 넘어 증가하기 시작한다면, 앰플 (102) 의 온도는 증발 레이트를 하향으로 조정하고 그리고 목표된 전구체 플로우 레이트를 유지하도록 하락될 수도 있다. 정반대로, 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 흐르는 가스 내에 존재하는 전구체의 양이 목표된 타깃 양 또는 플로우 레이트 미만으로 감소하기 시작한다면, 앰플 (102) 의 온도는 증발 레이트를 상향으로 조정하고 그리고 목표된 전구체 플로우 레이트를 유지하도록 상승될 수도 있다. 일반적으로 말하면, 캐리어 가스 및 희석 가스의 질량 유량 레이트를 조정하는 것은 앰플의 온도를 변화시키는 것과 비교할 때 매우 빠르게 행해질 수도 있고, 그래서 전구체 플로우 레이트의 양을 변화시키도록 압력을 제어하는 것은 일부 상황들에서 바람직할 수도 있다.
이러한 압력 조정 제어는 앰플 (102) 내의 전구체를 다 사용하였을 때 유용할 수도 있고 그리고 예를 들어, 고체 전구체가 증발함에 따라 고체 전구체의 노출된 표면적은 축소된다. 고체 전구체의 노출된 표면적이 축소되기 때문에, 증발하는 전구체의 양도 줄어든다 (압력 및 온도가 일정하게 유지된다고 가정하면). 그러므로, 제어기는 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 동일한 전구체 농도를 유지하도록 변화하는 고체 전구체 표면적을 보상하기 위해 온도 또는 캐리어 가스 플로우 레이트로 하여금 변화하게 할 수도 있다. 예를 들어, 음속 플로우 제한기 (110) 에서의 전구체의 양이 음속 플로우 제한기 (110) 를 통한 미리 결정된 플로우 레이트에 대해 목표된 양보다 낮다면, 캐리어 가스 플로우의 양은 증가된 캐리어 가스 플로우에 대응하는 양만큼 희석 가스 플로우의 양을 동시에 감소시키면서 가스 플로우 내의 전구체의 양을 증가시키도록 증가될 수도 있다. 음속 플로우 제한기 (110) 에서의 전구체의 양이 음속 플로우 제한기를 통한 미리 결정된 플로우 레이트에 대해 목표된 양보다 높다면, 캐리어 가스 플로우의 양은 가스 플로우 내의 전구체의 양을 감소시키도록 감소될 수도 있다 (음속 플로우 제한기 (110) 를 통한 캐리어 가스 + 희석 가스 플로우의 동일한 총 양을 유지하도록 희석 가스 플로우의 대응하는 증가와 함께). 압력 센서 (134) 에 의해 측정된 압력이, 전구체 가스의 목표된 양 또는 플로우가 캐리어/희석 가스의 공지된 양과 혼합된다면 예상될 압력 증가와 매칭하는 부가적인 양의 압력 더하기 캐리어 가스 및 희석 가스의 결합된 플로우 레이트들에 대한 캘리브레이션 압력과 매칭한다면, 제어기는 적절한 양의 전구체 가스 플로우가 발생한다는 것을 결정할 수도 있다.
증기 전달 또는 플로우 레이트는 방정식에 따라 결정될 수도 있다:
Figure pat00001
여기서 flowvapor = 증기 유출부로부터 기화된 반응물질의 플로우 레이트, pvapor = (미리 결정된 앰플 온도에서의) 고체 반응물질의 증기압, pampoule = 앰플 내의 압력, flowcarrier = 앰플을 통한 캐리어의 플로우 레이트. 그러므로, 앰플 압력 및 온도가 일정하게 유지된다면, 증기 플로우 레이트는 캐리어 가스의 플로우 레이트에 정비례한다. 음속 플로우 제한기 (110) 를 통한 총 캐리어 가스 플로우를 앰플 (102) 과 희석 가스 유입부/T-교차점 (112) 사이에서 스플릿함으로써, 앰플을 통해 흐르는 캐리어 가스의 양은 음속 플로우 제한기 (110) 를 통한 0과 최대 총 캐리어 가스 플로우 사이의 임의의 값으로 조정될 수도 있다. 희석 가스 플로우는 최대 총 캐리어 가스 플로우의 나머지로 이루어질 수도 있고, 즉, 최대 총 캐리어 가스 플로우 (앰플이 캐리어 가스 플로우를 수용하지 않을 때) 와 0 (앰플이 최대 허용 가능한 캐리어 가스 플로우를 수용할 때) 사이의 임의의 값으로부터의 범위일 수도 있다. 그러므로 음속 플로우 제한기를 통해 흐르는 캐리어 가스 및 증기의 총 양이 일정하게 유지될 수도 있기 때문에, 앰플 내의 압력은 또한 일정한 레벨로 유지될 수도 있고, 따라서 증기의 플로우를 앰플 (102) 및 T-교차점 (112) 을 통해 흐르는 캐리어 가스의 비들에 직접적으로 의존하게 만든다. 이러한 캐리어 가스 및 희석 가스 플로우 비들은 질량 유량 제어기들, 예컨대, 희석 가스 MFC (116) 및 캐리어 가스 MFC (128), 또는 가스 플로우 각각에 대한 다른 적합한 가스 플로우 제어기들의 사용을 통해 제어될 수도 있다. 가스 플로우 제어기들은 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들 및 메모리를 가진 제어기에 의해 제어될 수도 있고; 메모리는 캐리어 가스 유입부 및 희석 가스 유입부 각각을 통한 캐리어 가스 및 희석 가스의 총 결합된 플로우가 증기 전달 동안 일정하게 유지되도록 가스 플로우 제어기들을 제어하기 위한 컴퓨터-실행가능한 인스트럭션들을 저장할 수도 있다.
기화기 시스템 (100) 에 선택 가능하게 더해질 수도 있는 부가적인 서브시스템은 배기 라인 (120) (또한 본 명세서에서 진공 유출부로서 지칭됨) 에 의해 증기 유출부 (130) 에 연결되는 진공 펌프 (124) (또는 적합한 진공 소스) 를 포함하는 배기 시스템이다. 배기 라인 (120) 은 증기 유출부 (130) 내의 증기/캐리어 가스 혼합물로 하여금 배기 라인 (120) 내로 들어가게 하도록 개방될 수도 있는 3-방향 밸브 (118) 를 통해 증기 유출부 (130) 와 연결될 수도 있다. 배기 시스템은 앰플로부터 원치 않은 증기를 제거하거나 다른 바람직하지 않은 가스들을 퍼지하도록 사용될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 배기 시스템은 기화기로 하여금 기화된 반응물질 또는 캐리어 가스를 음속 플로우 제한기 (110) 를 통해 프로세스 챔버로 제공하는 일 없이 정상 상태로 계속해서 동작하게 하도록 방향전환 또는 션트 시스템으로서 사용될 수도 있고; 이러한 증기/캐리어 가스 혼합물은 대신에 3-방향 밸브 (118) 를 통해 배기 라인 (120) 으로 방향전환될 것이고 그리고 시스템으로부터 배출될 것이다. 배기 라인 (120) 은 음속 플로우 제한기 (110) 에 의해 제공된 플로우 제한에 매칭하도록 작용하는 배기 음속 플로우 제한기를 선택 가능하게 포함할 수도 있다. 이는 증기 유출부 (130)/음속 플로우 제한기 (110) 및 배기 라인 (120)/배기 음속 플로우 제한기 (122) 를 통해 플로우 임피던스로 하여금 동일하게 유지되게 하고, 이에 따라 2 개의 플로우 경로들 사이에서 스위칭할 때 설정 시간을 감소시킨다.
상기에 논의된 기화기 시스템은 모두 병렬로 배치되는 복수의 기화기 시스템들을 포함하는 한 벌 (ganged) 구성으로 구현될 수도 있다. 기화기 시스템 각각에 대한 캐리어 가스 유입부 라인들에 캐리어 가스가 별도로 제공될 수도 있거나, 캐리어 가스 유입부 라인들은 일반적으로 공통 트렁크 라인 또는 공통 캐리어 가스 유입부로부터 공급될 수도 있다. 기화기 시스템 각각에 대한 캐리어 가스 유입부는 캐리어 가스 MFC에 의해 (선택 가능한 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기, 예컨대, 캐리어 가스 유입부 플로우 제한기 (126) 를 사용하여) 또는 단일의, 공통 MFC에 의해 별도로 제어될 수도 있다. 복수의 앰플들로 캐리어 가스 플로우를 제어하는 단일의 MFC의 후자의 경우에, 캐리어 가스 유입부 (또는 캐리어 가스 유입부들 자체) 로 이어지는 캐리어 가스 라인들은 MFC로부터 앰플들 각각으로 계량된 캐리어 가스 플로우의 고른 분배를 보장하도록 동일한 플로우 제한 또는 다른 오리피스를 각각 구비할 수도 있다. 이에 부응하여, 기화기 시스템 각각에 대한 희석 가스는, 기화기 시스템으로 이동하는 희석 가스 라인 각각 상에 위치된 희석 가스 MFC들에 의해, 또는 일부 구현예들에서, 모든 기화기 시스템들의 업스트림, 예를 들어, 별개의 희석 가스 유입부 각각으로 나중에 브랜치되는 공통 희석 가스 유입부 상에 위치된 일 희석 MFC에 의해 제어될 때, 공통 희석 가스 소스에 의해 또는 별개의 희석 가스 소스들에 의해 제공될 수도 있다. 유사하게, 이러한 기화기 시스템들의 증기 유출부들은 또한 기화된 반응물질을 최종 목적지로 전달하기 전, 예를 들어, 증기를 복수의 프로세스 챔버들 또는 스테이션들로 분배할 수도 있는 프로세스 챔버 또는 증기 축적기 또는 매니폴드로의 전달 전에, 그 각각의 음속 플로우 제한기들의 다운스트림에서, 예를 들어, 공통 증기 유출부와 함께 합류될 수도 있다. 이러한 한 벌 구성은 예를 들어, 단 하나의 이러한 기화기와 비교할 때 달성될 수도 있는 증기 플로우 레이트들의 가능한 범위를 증대할 수도 있을 뿐만 아니라, 하나 이상의 기화기 시스템들로 하여금 예비로 홀딩되게 할 수도 있다. 활성 기화기 시스템이 예를 들어, 수리 또는 전구체/반응물질 재충진을 위해 오프라인 상태를 취해야만 할 때 예비 기화기 시스템들이 온라인 상태를 취해야할 수도 있고, 이에 따라 이러한 유지보수로 하여금 반도체 프로세싱 툴 상에서 수행될 프로세싱을 위해 증기를 제공하기 위한 기화기 시스템들의 능력에 영향을 주는 일 없이 수행되게 한다. 이는 반도체 프로세싱 툴 상의 잠재적인 다운시간을 방지한다.
상술된 기화기 시스템은 예를 들어, ALD (atomic layer deposition) 툴들을 포함한 다양한 상이한 반도체 프로세싱 툴들에서 사용될 수도 있다. ALD에서, 짧은, 대략 1 초 이하의 지속기간에, 반응물질들의 펄스들은 신속히 연속적으로 반도체 웨이퍼에 전달된다. 이러한 펄싱은 보통 이러한 반응물질들을 공급하도록 사용된 기화기 내에서 업스트림 압력 섭동들 (perturbation) 을 유발할 것이다 - 그러나 상술된 시스템 내의 음속 플로우 제한기는 이러한 섭동들이 기화기 시스템에 도달하는 것을 방지할 수도 있다 -. 이러한 툴들은 또한 다양한 시간들에, 내부에 로딩된 상이한 수의 웨이퍼들을 가질 수도 있는 복수의 프로세싱 스테이션들을 포함할 수도 있고, 이에 따라 상이한 시간들에 기화된 반응물질의 상이한 총 양들을 요구한다 (4 개의 웨이퍼들이 2 개의 웨이퍼들 대신 로딩된다면, 그러면 2 배의 기화된 반응물질 플로우가 필요할 것임). 전달된 증기의 총 양이 신속하게 변화하게 할 수도 있는 상술된 기화기 시스템들은 상술된 기화기 시스템들이 증기 전달 레이트로 하여금 캐리어 가스 플로우 대 희석 가스 플로우의 비를 단순히 변화시킴으로써 쉽게 그리고 신속하게 변화되게 하기 때문에 이러한 시나리오들에 이상적으로 맞을 수도 있다 - 이러한 증기 플로우 변화들을 달성하기 위해 기화기 시스템 내의 온도 또는 압력 변화들 (양자는 시간 소모적임) 이 요구되지 않는다 -.
도 2는 상기에 기술된 바와 같이 기화기 시스템들의 한 벌 집합을 포함하는 반도체 프로세싱 툴의 고 레벨 개략도를 도시한다. 도 2의 반도체 프로세싱 툴은 멀티-스테이션 ALD-타입 툴이다. 도 2에서, 2 개의 반도체 프로세싱 챔버들 (또한 어쩌면 본 명세서에서 "반응기들," "반응 챔버들," 또는 "프로세스 챔버들"로서 지칭됨) (250) 이 도시된다 - 상이한 프로세싱 스테이션을 나타낼 수도 있는 프로세스 챔버 (250) 각각은 반도체 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼 (253) 를 지지하는 페데스탈 (251) 을 포함할 수도 있다 -. 페데스탈 (251) 은 반도체 웨이퍼 (253) 의 로딩/언로딩 또는 프로세싱을 용이하게 하도록 복수의 수직 높이들 사이에서 이동 가능할 수도 있고; 최우측 프로세스 챔버 (250) 내의 페데스탈 (251) 은 하강된 포지션에 있고, 반면에 최좌측 프로세스 챔버 (250) 내의 페데스탈 (251) 은 상승된 포지션에 있다.
프로세스 챔버 (250) 각각은 반도체 웨이퍼 (253) 에 걸쳐 프로세스 가스들을 분배하는 복수의 가스 분배 통로들을 포함할 수도 있는 챔버 리드 (239) 를 포함할 수도 있다. 이 예에서, 챔버 리드 (239) 각각은 별개의 가스 분배 통로들의 2 개의 세트들을 포함하고, 가스 분배 통로들 각각은 상이한 전구체 가스를 분배하기 위한 것이다. 이는 전구체들 양자가 동일한 통로들을 통해 흐른다면 발생할 바와 같이, 일 전구체가 다른 전구체의 잔여물과 혼합하는 것을 방지한다 - 이러한 혼합은 반도체 웨이퍼 (253) 상과 다른 위치들에서 발생하는 화학적 반응들을 발생시킬 수도 있고, 이는 바람직하지 않을 수도 있다 -. 일부 구현예들에서, 가스 분배 통로들은 챔버 리드 (239) 로부터 분리된 구조일 수도 있고; 본 명세서에 기술된 개념들은 챔버 리드 (239) 또는 가스 분배기의 어느 하나의 타입을 사용하여 활용될 수도 있다는 것이 이해된다.
ALD 또는 ALE 프로세싱 툴들과 같은 시스템들에서, "마이크로볼륨" (252) 은 반도체 프로세싱 동작들 동안 프로세스 챔버 내에 형성될 수도 있다. 페데스탈 (251) 이 웨이퍼 프로세싱을 위해 요구되는 포지션에 있을 때 마이크로볼륨 (252) 은 페데스탈 (251) 과 챔버 리드 (239)/가스 분배기 사이에 형성되고; 챔버 리드 (239) 또는 가스 분배기는 또한 페데스탈 (251) 의 외측 원주 둘레에서 하향으로 연장하는 환형 벽을 가질 수도 있고, 이에 따라 마이크로볼륨에 대한 원주 경계를 형성한다. 마이크로볼륨은 프로세스 챔버 (250) 의 전체 볼륨보다 훨씬 보다 작은 볼륨을 갖고, 이에 따라 보다 작은 양의 전구체가 사용되게 하고 - 이는 보다 신속한 도즈 전달, 보다 신속한 퍼지들, 보다 적은 반응물질 폐기, 및 다양한 다른 이득들을 허용한다 -. 마이크로볼륨 (252) 은 가스가 반도체 웨이퍼 (253) 에 걸쳐 분배되는 표면과 페데스탈 (251) 사이의 연속된 볼륨으로서 고려될 수도 있고, 반도체 웨이퍼 (253) 가 지지되는 곳을 넘어 제 1 주 플로우 제한부로 종결될 수도 있다 (여기서 제 1 주 플로우 제한부는 정상 반도체 프로세싱 동작들 동안 마이크로볼륨 내로의 프로세스 가스들의 역류를 방지하기에 충분히 큰 플로우 제한부를 지칭함).
프로세스 가스들은 프로세스 챔버들 (250) 로부터 진공 전방 라인들 (240) 을 통해 배출될 수도 있다. 진공 전방 라인들 (240) 은 별개의 진공 유입부 포트들을 통해 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 과 유체로 연통할 수도 있다. 도시된 구현예에서, 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 은 증기 축적 볼륨 (203) 을 둘러싼다.
챔버 리드들 (239) 각각에 증기 축적 볼륨 (203) 으로부터 증기를 함유한 제 1 프로세스 가스가 공급될 수도 있다. 제 1 프로세스 가스는 증기 축적 볼륨 (203) 으로부터 대응하는 증기 유출부 (207) 를 통해 프로세스 챔버 (250) 각각에 공급될 수도 있다. 증기 유출부 (207) 각각을 통한 제 1 프로세스 가스의 플로우는 앞서 논의된 바와 같이, 증기 유출부 (207) 를 통한 유체 플로우가 제한기에 걸쳐 완전히 쵸크된 또는 음속 플로우로 제한되도록, 플로우 제한기를 또한 포함할 수도 있는 대응하는 제 1 프로세스 가스 도즈 밸브 (254) (또는 제어 밸브 어셈블리) 에 의해 제어될 수도 있다. 대안적으로, 플로우 제한기는 증기 유출부 (207) 상의 다른 곳에 위치될 수도 있다.
증기 축적 볼륨은 프로세스 챔버 각각으로 하여금 단일의 도즈들을 다른 프로세스 챔버들로 제공하도록 증기 축적 저장소의 능력에 영향을 주지 않고 증기의 단일의 도즈로 공급되게 하기에 충분히 큰 볼륨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 증기 축적 볼륨은 적어도 프로세싱 스테이션들의 모든 마이크로볼륨들의 총 볼륨보다 클 수도 있다.
챔버 리드들에 또한 제 2 프로세스 가스 소스 (269) 로부터 제 2 프로세스 가스, 예컨대, 수소, 뿐만 아니라 다른 가스들, 예컨대, 화학적으로 불활성 퍼지 가스 (미도시되지만, 제 2 프로세스 가스를 위해 사용된 시스템과 유사한 시스템을 사용하여 전달될 수도 있음) 가 각각 공급될 수도 있다. 챔버 리드 (239) 각각 내로의 제 2 프로세스 가스의 플로우는 대응하는 제 2 프로세스 가스 도즈 밸브 (255) 에 의해 제어될 수도 있다.
알 수 있는 바와 같이, 증기 축적 볼륨 (203) 은 빔 이미터 (219) 에 의해 방출되는 선택 가능한 빔 (220) 을 가질 수도 있다. 선택 가능한 빔 (220) 은 증기 축적 볼륨 (203) 을 통과할 수도 있고 그리고 광센서 (221) 에 의해 수신될 수도 있고, 이에 따라 증기 농도 센서를 형성하고, 증기 농도 센서는 증기 축적 볼륨 (203) 의 증기 농도에 기인하여 선택 가능한 빔 (220) 의 감쇠량을 측정할 수도 있고 이에 따라 증기 축적 볼륨 (203) 의 증기 농도의 결정을 허용한다.
증기 축적 볼륨은, 일부 구현예들에서 그리고 앞서 논의된 바와 같이, 저장소 희석 가스 소스 (268) (이는 상기에 기술된 기화기 시스템들의 음속 플로우 제한기들과 앰플들 사이에 제공되는 희석 가스에 더해진 희석 가스 시스템임) 와 연결되는 희석 가스 유입부 (213) 와 유체로 연통할 수도 있다. 희석 가스 유입부 (213) 를 통한 희석 가스의 플로우는 예를 들어, 저장소 희석 가스 밸브 (270) 또는 다른 적합한 제어 디바이스에 의해 제어될 수도 있다. 희석 가스는 수행될 특정한 반도체 프로세싱의 필요조건들 및 증기 농도 센서를 사용하여 획득된 증기 농도 판독값들에 따라, 증기 축적 볼륨 (203) 내의 증기 농도를 감소시키도록 원한다면, 첨가될 수도 있다.
증기 축적 볼륨 (203) 은 하나 이상의 기화기들 (256), 예컨대, 기화기들 (256a/256b/256c/256d) 로부터 공급된 증기로 연속적으로 보충될 수도 있다. 각각 상기에 기술된 바와 같은 기화기 시스템일 수도 있는 기화기들 (256a/256b/256c/256d) 은 고체 반응물질 (267) 을 함유할 수도 있는 앰플 (257) 을 각각 포함할 수도 있고; 캐리어 가스 소스 (259) 로부터의 캐리어 가스는 캐리어 가스가 대응하는 앰플 (257) 에 공급되는지 여부 및 만일 그렇다면 몇 플로우 레이트로 공급되는지를 제어할 수도 있는 대응하는 캐리어 가스 플로우 제어기 (260) 를 통해 앰플 (257) 각각으로 선택적으로 제공될 수도 있다. 캐리어 가스가 명시된 압력 및 온도로 유지될 수도 있는 앰플들 중 일 앰플을 통해 흐르기 때문에, 반응물질 (267) 은 캐리어 가스 내로 증발할 수도 있고 그리고 플로우 제한기 (262) 를 향하여 앰플의 외부로 운반될 수도 있다. 플로우 제한기 (262) 에 도달하기 전에, 반응물질 증기 및 캐리어 가스 혼합물은 앰플 희석 가스 소스 (263) 로부터 공급된 부가적인 캐리어 가스에 의해 증가될 수도 있고; 앰플 (257) 각각에 대한 부가적인 캐리어 가스 플로우는 대응하는 앰플 희석 가스 플로우 제어기 (271) 에 의해 조절될 수도 있다. 이어서 캐리어 가스와 증기의 이 결합된 플로우는 반도체 프로세싱 동작들과 연관된 정상 동작 상태들 동안 캐리어 가스/증기 플로우 내에 음속 플로우를 유도하도록 사이징될 수도 있는 플로우 제한기 (262) 를 통과할 수도 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 캐리어 가스 및 희석 가스의 플로우는 플로우 제한기 (262) 를 통한 이러한 가스들의 결합된 총 플로우가 일정하게 유지되도록 제어될 수도 있다. 이러한 음속 플로우는 증기 축적 저장소 내의 압력 변동들이 앰플들 (257) 내의 압력 환경에 영향을 주는 것을 방지하는 버퍼로서 기능할 수도 있다.
이 개시의 맥락이 달리 명확히 요구되지 않더라도, 기술 및 실시예들 전반에 걸쳐, 단어들 "포함하다", "포함하는", 등은 배제적이거나 총망라한 의미와 반대되는 것으로서 포괄적인 의미로; 즉, "이로 제한되지 않지만 포함하는"의 의미로 해석된다. 단수 또는 복수를 사용한 단어들은 또한 일반적으로 단수 또는 복수를 각각 포함한다. 부가적으로, 단어들 "본 명세서에", "아래에", "상기에", "이하에", 및 유사한 의미의 단어들은 이 출원의 임의의 특정한 부분들이 아닌 이 출원의 전체를 지칭한다. 단어 "또는"이 2 이상의 아이템들의 리스트에 관하여 사용될 때, 상기 단어는 단어의 모든 다음의 해석들을 포함한다: 리스트 내의 임의의 아이템들, 리스트 내의 모든 아이템들, 및 리스트 내의 아이템들의 임의의 조합. 용어 "구현예"는 본 명세서에 기술된 기법들 및 방법들의 구현예들뿐만 아니라 본 명세서에 기술된 기법들 및/또는 방법들을 포함하고 그리고/또는 구조들을 구현하는 물리적 객체들을 지칭한다. 달리 명시되지 않는다면, 용어 "실질적으로"는 명시된 값의 +/- 5 % 이내를 지칭한다.

Claims (23)

  1. 반도체 프로세싱 툴의 컴포넌트 (component) 로 증기를 공급하기 위한 장치에 있어서,
    제 1 앰플의 제 1 내부 볼륨 내에 제 1 양의 반응물질을 수용하도록 구성된 상기 제 1 앰플;
    상기 제 1 내부 볼륨과 유체로 연통하는 제 1 캐리어 가스 유입부;
    상기 제 1 내부 볼륨과 또한 유체로 연통하는 제 1 증기 유출부;
    제 1 음속 플로우 제한기; 및
    상기 제 1 증기 유출부와 유체로 연통하는 제 1 희석 가스 유입부를 포함하고,
    상기 제 1 음속 플로우 제한기는 상기 제 1 캐리어 가스 유입부 및 상기 제 1 앰플의 다운스트림에 위치되고, 그리고
    상기 제 1 희석 가스 유입부는 상기 제 1 앰플과 상기 제 1 음속 플로우 제한기 사이의 위치에서 상기 제 1 증기 유출부와 연결되는, 증기 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 양의 반응물질은 고상인, 증기 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 양의 반응물질은 액상인, 증기 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 음속 플로우 제한기는 상기 반도체 프로세싱 툴의 정상 동작 상태들 동안 상기 제 1 음속 플로우 제한기를 통해 흐르는 캐리어 가스 및 증기가 쵸크 플로우 (choked flow) 를 겪도록 사이징되는, 증기 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐리어 가스 유입부를 통해 흐르는 캐리어 가스의 양을 제어하도록 구성된 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기;
    상기 제 1 희석 가스 유입부를 통해 흐르는 희석 가스의 양을 제어하도록 구성된 제 1 희석 가스 플로우 제어기; 및
    제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    하나 이상의 프로세서들; 및
    메모리를 포함하고,
    상기 하나 이상의 프로세서들은 상기 메모리, 상기 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기, 및 상기 제 1 희석 가스 플로우 제어기와 통신 가능하게 연결되고, 그리고
    상기 메모리는 상기 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기 및 상기 제 1 희석 가스 플로우 제어기로 하여금 일정한 결합된 플로우 레이트를 유지하게 하도록 상기 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 컴퓨터-실행가능한 인스트럭션들을 저장하는, 증기 공급 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 앰플과 상기 제 1 음속 플로우 제한기 사이에 위치된 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 메모리는,
    상기 압력 센서가 결합된 캐리어 가스 플로우, 희석 가스 플로우, 및 상기 제 1 양의 반응물질로부터의 임의의 기화된 반응물질의 압력이 제 1 문턱값 미만임을 나타낼 때, 상기 캐리어 가스 및 상기 희석 가스의 총 플로우가 결합된 플로우 레이트를 일정하게 유지하는 동안, 상기 캐리어 가스 대 상기 희석 가스의 비를 증가시키도록 상기 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기 및 상기 제 1 희석 가스 플로우 제어기를 제어하고, 그리고
    상기 압력 센서가 결합된 캐리어 가스 플로우, 희석 가스 플로우, 및 상기 제 1 양의 반응물질로부터의 임의의 기화된 반응물질의 압력이 제 2 문턱값 초과임을 나타낼 때, 상기 캐리어 가스 및 상기 희석 가스의 총 플로우가 결합된 플로우 레이트를 일정하게 유지하는 동안, 상기 캐리어 가스 대 상기 희석 가스의 비를 감소시키도록 상기 제 1 캐리어 가스 플로우 제어기 및 상기 제 1 희석 가스 플로우 제어기를 제어하게 상기 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 더 저장하는, 증기 공급 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 양의 반응물질을 더 포함하고, 상기 제 1 양의 반응물질은 상기 내부 볼륨 내에 위치되는, 증기 공급 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응물질은 텅스텐 펜타클로라이드 및 텅스텐 헥사클로라이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 고상 반응물질인, 증기 공급 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐리어 가스 유입부 질량 유량 제어기를 더 포함하고, 상기 제 1 캐리어 가스 유입부 질량 유량 제어기는 상기 제 1 캐리어 가스 유입부 상의 상기 제 1 앰플의 업스트림에 위치되는, 증기 공급 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 앰플과 상기 제 1 음속 플로우 제한기 사이에 위치된 압력 센서; 및
    메모리 및 상기 압력 센서, 상기 제 1 캐리어 가스 유입부 질량 유량 제어기, 및 상기 메모리와 통신 가능하게 커플링된 하나 이상의 프로세서들을 포함한 제어기를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 압력 센서로부터 압력 데이터를 수신하도록 그리고 상기 압력 데이터의 변화들에 응답하여 상기 제 1 앰플에 대한 상기 캐리어 가스의 플로우를 조정하도록 상기 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 저장하는, 증기 공급 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 메모리는,
    제 1 시간 기간 동안, 상기 제 1 앰플이 어떠한 반응물질도 담지 않을 때 또는 어떤 반응물질이 상기 제 1 앰플 내에 있을지라도 증발하지 않을 때 상기 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스, 상기 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스, 또는 상기 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스와 상기 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스의 특정한 플로우와 연관된 압력 측정값들을 상기 압력 센서로부터 획득하고,
    제 2 시간 기간 동안, 상기 제 1 앰플이 상기 제 1 양의 반응물질을 담을 때 상기 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스, 상기 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스, 또는 상기 캐리어 가스 유입부로부터의 캐리어 가스와 상기 희석 가스 유입부로부터의 희석 가스의 상기 동일한 특정한 플로우와 연관된 압력 측정값들을 상기 압력 센서로부터 획득하고, 그리고
    적어도 부분적으로, 상기 제 1 시간 기간 동안 획득된 상기 압력 측정값들과 상기 제 2 시간 기간 동안 획득된 상기 압력 측정값들의 차에 기초하여, 상기 제 2 시간 기간 동안 상기 제 1 음속 플로우 제한기를 통해 흐르는 기화된 반응물질의 양을 결정하도록 상기 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 더 저장하는, 증기 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 앰플 내의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템을 더 포함하고,
    상기 메모리는,
    상기 압력 측정값들의 차가 제 1 타깃 양 미만으로 감소할 때 상기 제 1 앰플 내의 상기 온도를 증가시키도록 상기 온도 제어 시스템을 제어하고, 그리고
    상기 압력 측정값들의 차가 제 2 타깃 양 초과로 증가할 때 상기 제 1 앰플 내의 상기 온도를 감소시키도록 상기 온도 제어 시스템을 제어하게 상기 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 더 저장하는, 증기 공급 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    캐리어 가스 소스를 더 포함하고, 상기 캐리어 가스 소스는 상기 제 1 캐리어 가스 유입부와 연결되고 그리고 캐리어 가스를 상기 제 1 앰플에 공급하도록 구성되는, 증기 공급 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    희석 가스 소스를 더 포함하고, 상기 희석 가스 소스는 상기 제 1 희석 가스 유입부와 연결되고 그리고 희석 가스를 상기 제 1 앰플에 공급하도록 구성되는, 증기 공급 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 희석 가스 및 상기 캐리어 가스는 동일한 가스인, 증기 공급 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 희석 가스 소스 및 상기 캐리어 가스 소스는 동일한, 증기 공급 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    제 1 진공 유출부를 더 포함하고, 상기 제 1 진공 유출부는 상기 제 1 앰플의 다운스트림 그리고 상기 제 1 음속 플로우 제한기의 업스트림의 상기 제 1 증기 유출부와 합류하는, 증기 공급 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    제 2 앰플의 제 2 내부 볼륨 내에 제 2 양의 반응물질을 수용하도록 구성된 상기 제 2 앰플;
    상기 제 2 내부 볼륨과 유체로 연통하는 제 2 캐리어 가스 유입부;
    상기 제 2 내부 볼륨과 또한 유체로 연통하는 제 2 증기 유출부;
    제 2 음속 플로우 제한기; 및
    상기 제 2 증기 유출부와 유체로 연통하는 제 2 희석 가스 유입부를 더 포함하고,
    상기 제 2 음속 플로우 제한기는 상기 제 2 캐리어 가스 유입부 및 상기 제 2 앰플의 다운스트림에 위치되고, 그리고
    상기 제 2 희석 가스 유입부는 상기 제 2 앰플과 상기 제 2 음속 플로우 제한기 사이의 위치에서 상기 제 2 증기 유출부와 연결되는, 증기 공급 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 증기 유출부 및 상기 제 2 증기 유출부는 상기 제 1 음속 플로우 제한기 및 상기 제 2 음속 플로우 제한기 각각의 다운스트림의 공통 증기 유출부와 합류하는, 증기 공급 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 캐리어 가스 유입부 및 상기 제 2 캐리어 가스 유입부는 상기 제 1 앰플 및 상기 제 2 앰플의 업스트림의 공통 캐리어 가스 유입부로부터 분기하는, 증기 공급 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 희석 가스 유입부 및 상기 제 2 희석 가스 유입부는 상기 제 1 증기 유출부 및 상기 제 2 증기 유출부의 업스트림의 공통 희석 가스 유입부로부터 분기하는, 증기 공급 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 공통 희석 가스 유입부 상에 위치된 희석 가스 질량 유량 제어기를 더 포함하는, 증기 공급 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    증기 축적 저장소; 및
    복수의 반도체 프로세싱 스테이션들을 더 포함하고,
    상기 반도체 프로세싱 스테이션 각각은 마이크로볼륨을 포함하고,
    상기 증기 축적 저장소는 적어도 상기 반도체 프로세싱 스테이션들의 수 곱하기 상기 마이크로볼륨 볼륨만큼 큰 증기 축적 볼륨을 갖고,
    상기 증기 축적 저장소는 증기를 상기 제 1 증기 유출부로부터 상기 반도체 프로세싱 스테이션 각각으로 공급하도록 구성되고,
    상기 제 1 증기 유출부는 상기 제 1 음속 플로우 제한기의 다운스트림의 상기 증기 축적 저장소 내로 비워지고 (empty), 그리고
    상기 증기 축적 저장소는 상기 제 1 음속 플로우 제한기의 다운스트림에 있는, 증기 공급 장치.
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