KR20170135701A - 통합된 증기 농도 센서를 가진 증기 매니폴드 - Google Patents

통합된 증기 농도 센서를 가진 증기 매니폴드 Download PDF

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KR20170135701A
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개리 브리저 린드
판야 웡세나쿰
에릭 에이치. 렌즈
조슈아 콜린스
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

ALD (atomic layer deposition) 동작들과 같은 반도체 프로세싱 동작들을 위한 증기 어큐뮬레이터 (accumulator) 저장소들이 제공된다. 이러한 증기 어큐뮬레이터 저장소들은 광학 빔으로 하여금 증기를 통해 이동하게 하고 그리고 저장소 내의 증기 농도의 측정을 허용하도록 광학적 빔 포트를 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 저장소는 진공 펌핑 매니폴드와 통합될 수도 있고 그리고 저장소 및 매니폴드는 증기의 응결을 방지하도록 공통 가열 시스템에 의해 가열될 수도 있다.

Description

통합된 증기 농도 센서를 가진 증기 매니폴드{VAPOR MANIFOLD WITH INTEGRATED VAPOR CONCENTRATION SENSOR}
반도체 프로세싱 동작들 동안, 하나 이상의 반응물질들은 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, 사용되는 다른 반응물질들에 대하여 화학적으로 불활성이거나 비-반응성인 가스 내에 부유되는 기화된 형태로 제공될 수도 있다.
일부 반도체 프로세싱 동작들, 예컨대, ALD (atomic layer deposition) 또는 ALE (atomic layer etching) 는 반도체 웨이퍼에 걸쳐 교번하는 방식으로 2 개 또는 보다 많은 상이한 반응물질들의 매우 짧은 플로우들을 적용하는 것을 수반할 수도 있다. 이러한 반도체 프로세싱 동작들에서 사용되는, 본 명세서에서 전구체들로서 또한 지칭될 수도 있는, 반응물질들은 특정한 환경들 하에서 반도체 웨이퍼와의 화학적으로 자기-제한적인 반응을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 제 1 반응물질은 반도체 웨이퍼에 걸쳐 흐를 수도 있다. 제 1 반응물질은 제 2, 상이한 반응물질과의 반응에 대해 특정한 수용성을 갖도록 반도체 웨이퍼의 표면을 준비할 수도 있다. 제 1 반응물질 플로우가 중지될 수도 있고 그리고 남아 있는 제 1 반응물질은 반응 챔버를 통해 퍼지 가스를 흘림으로써 퍼지되고, 그리고 이어서 제 2 반응물질은 반도체 웨이퍼에 걸쳐 흐를 수도 있고, 여기서 제 2 반응물질은 준비된 표면과 반응할 수도 있고, 이에 따라 단일 분자의 두꺼운 디포지션 층을 생성하거나 재료의 단일 분자 층을 제거한다. 이어서 제 2 반응물질의 플로우가 중지될 수도 있고 그리고 추가의 퍼지 사이클은 반응 챔버로부터 제 2 반응물질을 제거하도록 수행될 수도 있다. 퍼지 가스 플로우들이 간간이 끼어드는 (punctuated), 복수의 상이한 반응물질들의 이 순차적인 플로우는 "사이클", 예를 들어, ALD 사이클 또는 ALE 사이클로서 지칭될 수도 있다. 통상적인 ALD 또는 ALE 사이클은 대략 1 초 미만 내지 수초, 예를 들어, 2 내지 3 초의 총 지속기간을 가질 수도 있고, 그리고 수백 또는 수천의 이러한 사이클들은 사이클 각각이 단지 일 분자 두께인 서브-층에 영향을 줄 수도 있기 때문에 목표된 층 두께 또는 에칭 제거량을 달성하도록 수행될 필요가 있을 수도 있다.
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 툴에서 사용되는 장치가 제공될 수도 있다. 장치는 증기 축적 볼륨을 가진 증기 축적 저장소, 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는 증기 유입부, 하나 이상의 증기 유출부들, 제 1 광학 빔 포트, 및 광학 증기 농도 센서를 포함할 수도 있다. 증기 유출부 각각은 증기 축적 볼륨과 유체로 연통할 수도 있다. 제 1 광학 빔 포트는 증기 축적 볼륨 내로 광학 경로를 제공할 수도 있고, 그리고 광학 증기 농도 센서는 제 1 광학 빔 포트를 통해 그리고 증기 축적 볼륨을 통해 광선의 빔을 지향시키도록 구성될 수도 있다.
일부 이러한 구현예들에서, 장치는 제 1 광학 빔 포트로부터 증기 축적 저장소의 반대 측에 위치된 제 2 광학 빔 포트를 더 포함할 수도 있다. 광학 증기 농도 센서는 제 1 광학 빔 포트를 통해 광선의 빔을 투사하도록 포지셔닝된 빔 이미터 (emitter) 및 제 2 광학 빔 포트를 통해 광선의 빔을 수용하도록 포지셔닝된 광센서를 포함할 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 광학 증기 농도 센서는 대부분 자외선 스펙트럼의 광선으로 구성되는 광선의 빔을 생성하도록 구성될 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 증기 유입부와 유체로 연통하는 하나 이상의 기화기들, 및 증기 유입부와 하나 이상의 기화기들 사이에 개재된 음속 플로우 오리피스를 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 음속 플로우 오리피스는 장치를 사용하여 수행된 반도체 프로세싱 동작들 동안 초킹된 (choked) 플로우를 발현시키도록 (develop) 사이징될 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 화학적으로 불활성인 희석 가스 소스와 연결되도록 구성되는 희석 가스 유입부를 더 포함할 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 증기 축적 볼륨의 대부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 포함하는 진공 펌핑 매니폴드를 더 포함할 수도 있다. 이러한 장치는 하나 이상의 진공 유입부 포트들로서, 진공 유입부 포트 각각은 진공 펌핑 플레넘 볼륨과 유체로 연통하는, 하나 이상의 진공 유입부 포트들, 및 진공 펌핑 플레넘 볼륨과 유체로 연통하는 진공 유출부 포트를 더 포함할 수도 있다.
장치의 일부 이러한 구현예들에서, 진공 펌핑 플레넘 볼륨은 적어도 부분적으로 내벽 및 외벽에 의해 규정될 수도 있고, 그리고 증기 축적 플레넘 볼륨은 적어도 부분적으로 내벽에 의해 규정될 수도 있다.
장치의 일부 추가의 이러한 구현예들에서, 증기 축적 저장소의 전체 형상은 원통형일 수도 있고 그리고 진공 펌핑 매니폴드의 전체 형상은 환형일 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 2 개의 진공 유입부 포트들의 제 1 세트 및 2 개의 진공 유입부 포트들의 제 2 세트를 형성하는 4 개의 진공 유입부 포트들이 있을 수도 있고, 진공 펌핑 매니폴드는 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 상부 환형 펌핑 플레넘 볼륨과 하부 환형 펌핑 플레넘 볼륨으로 분할하는 환형 파티션 벽을 가질 수도 있고, 환형 파티션 벽은 진공 유출부 포트와 진공 유입부 포트들 사이에 개재될 수도 있고, 환형 파티션 벽은 하나 이상의 파티션 개구부들의 2 개의 세트들을 포함할 수도 있고, 하나 이상의 파티션 개구부들의 세트 각각은 진공 유출부 포트로부터 등거리에 위치될 수도 있고, 진공 유입부 포트들의 제 1 세트에서 진공 유입부 포트 각각은 하나 이상의 파티션 개구부들의 세트들 중 일 세트로부터 등거리에 위치될 수도 있고, 그리고 진공 유입부 포트들의 제 2 세트에서 진공 유입부 포트 각각은 하나 이상의 파티션 개구부들의 다른 세트로부터 등거리에 위치될 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 증기 축적 저장소의 상부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들, 증기 축적 저장소의 하부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들, 진공 펌핑 매니폴드의 상부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들, 진공 펌핑 매니폴드의 하부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들, 및 진공 펌핑 매니폴드의 외벽에 인접한 하나 이상의 부분들을 포함하는 가열 자켓 (heating jacket) 을 더 포함할 수도 있고, 부분들 각각은 부분이 인접한 벽으로 열을 공급하도록 구성된 하나 이상의 가열 엘리먼트들 (elements) 을 포함한다.
일부 구현예들에서, 장치는, 제 1 광학 빔 포트로 종결되고, 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 통해 연장하고, 증기 축적 저장소의 부분이고, 그리고 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는, 제 1 광학 터널을 더 포함할 수도 있다.
일부 추가의 이러한 구현예들에서, 장치는 또한 제 1 광학 빔 포트로부터 증기 축적 저장소의 반대 측에 위치된 제 2 광학 빔 포트, 및 제 2 광학 빔 포트로 종결되고, 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 통해 연장하고, 증기 축적 저장소의 부분이고, 그리고 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는, 제 2 광학 터널을 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 광학 증기 농도 센서는 제 1 광학 빔 포트를 통해 광선의 빔을 투사하도록 포지셔닝된 빔 이미터 및 제 2 광학 빔 포트를 통해 광선의 빔을 수용하도록 포지셔닝된 광센서를 포함할 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 또한 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들을 포함할 수도 있고, 반도체 프로세싱 챔버 각각은 증기 유출부들 중 일 증기 유출부와 유체로 연통하는 제어 밸브 어셈블리를 포함한다. 이러한 구현예들에서, 반도체 프로세싱 챔버 각각에 대한 제어 밸브 어셈블리는 증기 축적 볼륨으로부터 반도체 프로세싱 챔버로 증기 유출부들 중 일 증기 유출부를 통한 증기 플로우를 조절하도록 구성될 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 캐리어 가스 소스, 및 하나 이상의 앰플들을 더 포함할 수도 있고, 앰플 각각은 고체 또는 액체 전구체를 포함하고 그리고 증기 유입부와 유체로 연통한다. 이러한 구현예들에서, 캐리어 가스 소스는 캐리어 가스를 하나 이상의 앰플들 각각을 통해 그리고 증기 유입부 내로 흘리도록 구성될 수도 있다.
일부 추가의 또는 대안적인 이러한 구현예들에서, 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들 각각은 ALD (atomic layer deposition) 를 위해 구성될 수도 있고 그리고 웨이퍼 프로세싱 동작들 동안 반도체 프로세싱 챔버의 페데스탈과 반도체 프로세싱 챔버의 가스 분배기 사이에 형성되는 마이크로볼륨을 가질 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 증기 축적 볼륨은 다음의 관계를 충족하는 체적 Vp를 가질 수도 있다:
Figure pat00001
여기서: n = 증기 축적 저장소에 의해 서빙된 (served) 반도체 프로세싱 챔버들의 수, Pc = ALD 동작들 동안 이들 반도체 프로세싱 챔버들의 마이크로볼륨들 내의 평균 챔버 압력, Vm = 이들 반도체 프로세싱 챔버들 각각의 마이크로볼륨의 체적, q = 단일의 증기 도즈 동안 프로세싱 챔버들의 마이크로볼륨 중 일 프로세싱 챔버의 마이크로볼륨으로 전달된 마이크로볼륨들의 수만큼의 증기, 그리고 Pp = 마이크로볼륨들 중 일 마이크로볼륨으로 증기 도즈의 전달 동안 증기 축적 저장소 내의 피크 압력.
일부 이러한 구현예들에서, 장치는 증기 유입부 상에 위치되고 그리고 완전히 초킹된 플로우가 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들 내의 ALD 동작들의 모든 페이즈들 동안 음속 플로우 오리피스를 통해 발현되도록 사이징되는 음속 플로우 오리피스를 더 포함할 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 복수의 반도체 프로세싱 챔버들이 있을 수도 있고 그리고 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들 내에서 실시되는 반도체 프로세싱 동작들 동안 반도체 프로세싱 챔버들 중 일 반도체 프로세싱 챔버로 증기 축적 볼륨 내에 담긴 증기의 단일의 도즈를 제공하는 것이 다른 반도체 프로세싱 챔버들에 단일의 도즈들을 동시에 제공하는 증기 축적 저장소의 능력에 영향을 주지 않도록 증기 축적 볼륨이 사이징될 수도 있고, 도즈 각각은 반도체 프로세싱 동작들의 수행 동안 반도체 프로세싱 챔버들 중 일 반도체 프로세싱 챔버로 정상적으로 전달되는 증기의 양을 나타낸다.
일부 구현예들에서, 장치는 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하고 그리고 희석 가스 소스와 연결되도록 구성되는 희석 가스 유입부를 더 포함할 수도 있다.
첨부된 도면들은 예시적이고 그리고 본 명세서에서 논의된 개념들은 도시된 구현예들에만 제한되지 않는다.
도 1은 증기 축적 저장소를 포함하는 반도체 프로세싱 툴의 고-레벨 개략도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에서 논의된 바와 같이 증기 축적 저장소의 예를 도시한다.
도 3은 도 2의 증기 축적 저장소가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝될 수도 있을 때의 증기 축적 저장소를 도시하지만, 가열 자켓 및 다양한 다른 컴포넌트들 (component) 대부분은 부재하다.
도 4는 도 2의 장치의 또 다른 뷰 (view) 를 도시한다.
도 5는 도 2의 장치의 컷어웨이 (cutaway) 뷰를 도시한다.
도 6은 도 2의 장치의 또 다른 컷어웨이 뷰를 도시한다.
도 7은 도 2의 장치의 추가의 컷어웨이 뷰를 도시한다.
도 2 내지 도 7은 도면 각각에서 축척대로 도시되지만, 도면들은 서로 축척대로 도시되지 않을 수도 있다.
다음의 기술에서, 수많은 구체적인 상세들이 제공된 개념들의 완전한 이해를 제공하도록 제시된다. 제공된 개념들은 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 일부 개념들은 구체적인 실시예들과 함께 기술될 것이지만, 이들 실시예들을 제한하도록 의도되지 않음이 이해될 것이다.
본 명세서에 기술되고 예시된 많은 개념들 및 구현예들이 있다. 본 명세서에 논의된 구현예들의 특정한 특징들, 속성들 및 이점들이 기술되고 예시되지만, 본 발명들의 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 구현예로, 또는 이러한 양태들 및/또는 구현예들의 임의의 단일의 조합 및/또는 치환으로 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 논의되고 그리고/또는 예시되지 않을 것이다.
기화된 전구체를 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들로 전달하기 위한 방법들, 기법들, 시스템들, 및 장치들이 본 명세서에 개시된다. 본 명세서에 개시된 개념들은 순환적인, 멀티-페이즈 반도체 프로세싱 동작들, 예컨대, ALD 또는 ALE 프로세스들에서 특히 적용 가능할 수도 있고, 그리고 또한 멀티-스테이션 반도체 프로세싱 툴들, 즉, 복수의 반도체 웨이퍼들이 동일한 챔버 내에서 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 원하는 경우, 순환적인, 멀티-페이즈 반도체 프로세싱 동작들이 수반되지 않는 시나리오들에서 그리고/또는 단일의-스테이션 반도체 프로세싱 툴들에서 구현될 수도 있다.
본 발명자들은 예를 들어, ALD 동작들을 수행하도록 사용된 반도체 프로세싱 시스템들과 같은, 기존의 반도체 프로세싱 시스템들이 어떤 점들에서 바람직하지 않은 성능을 제공할 수도 있다는 것을 인지하였다. 예를 들어, 많은 ALD 시스템들은 ALD 프로세싱을 겪을 반도체 웨이퍼로의 전구체의 플로우 레이트를 제어하도록 MFC (mass flow controller) 를 활용한다. 그러나, 상기에 주지된 바와 같이, ALD 전구체 도징 사이클들은 실제로 꽤 짧고, 예를 들어, 대략 1 초 미만 또는 일반적으로 2 내지 3 초 이하이다. 대조적으로, MFC들은 예를 들어, 전구체 도징 시간보다 긴, 매우 느린 반응 시간들을 갖는다. 따라서, 전구체 도징을 조절하도록 MFC들을 사용하는 ALD 시스템들은 통상적으로 MFC의 다운스트림에 방향전환 또는 션트 밸브를 포함한다 - 그러므로 전구체 플로우는 프로세싱 챔버로 전달될 수도 있고, 여기서 전구체는 반도체 웨이퍼에 걸쳐 흐르거나, 배기 시스템 내로 방향전환된다 -. MFC를 통한 전구체의 플로우 레이트는 전구체가 결국 전달되는 목적지에 상관없이, 상대적으로 정상 상태로 유지될 수도 있다. 이러한 시스템들에서, 프로세싱 챔버에 전달되는 전구체의 양은 때때로 MFC에 의해 제공된 질량 플로우 레이트에 기초하여 방향전환 밸브 (MFC보다 훨씬 보다 신속한 반응 시간을 가짐) 를 작동시킴으로써 제어된다. 그러나, 전구체가 소모되는 경우에, 전구체는 MFC를 통해 연속적으로 흘러야 하고 그리고 반도체 웨이퍼로 전달되지 않은 전구체는 따라서 배기 시스템 내로 방향전환되어야 하기 때문에, 이 해결책은 매우 비경제적이다. MFC들은 또한 고가의 컴포넌트들이고, 그리고 멀티-스테이션 반도체 프로세싱 툴들에서, 스테이션 각각은 이러한 목적들을 위해 스테이션 자체의 MFC 및 방향전환 밸브를 필요로 할 것이다.
본 발명자들은 툴 내에서 프로세싱될 반도체 웨이퍼들에 저-증기 압력 전구체의 펄싱된 디포지션을 사용하는 멀티-스테이션 ALD 툴의 개발에 몰두하였다. 예를 들어, 이러한 툴은 불활성이거나 그렇지 않으면 비-반응성인 캐리어 가스 내에 기화된 형태로 부유될 수도 있는, 텅스텐 펜타클로라이드 또는 텅스텐 헥사클로라이드와 같은 전구체를 활용할 수도 있다. 종래의 MFC/방향전환 밸브 방식을 활용하기 보다는, 본 발명자들은 기화된 전구체를 상대적으로 큰 증기 축적 저장소로 공급하고 그리고 이어서 하나 이상의 프로세싱 챔버들로 소량의 기화된 전구체를 미터아웃하는 것 (metering out) 이 필요에 따라, 유리할 것임을 인지하였다. 이러한 증기 축적 저장소는 하나 이상의 기화기들로부터 증기 유입부를 통해 기화된 전구체를 공급받을 수도 있고 그리고 대응하는 증기 유출부들에 의해 하나 이상의 프로세싱 챔버들에 연결될 수도 있다. 본 명세서에서 논의된 증기 축적 저장소들이 기화기들 자체의 작용 볼륨들과 혼돈되지 않는다는 것, 즉, 작용 볼륨들에서 고체 상 또는 액체 상의 기화가 실제로 발생한다는 것이 이해된다 (고체 상의 가스 상으로의 전이는 기술적으로 승화로서 지칭되지만, 이 출원의 목적들을 위해, 용어 "기화" 등은 고체 상 또는 액체 상 재료의 가스 상으로의 전이를 지칭하는 것으로 이해됨). 증기 축적 저장소는, 용어가 본 명세서에서 사용될 때, 캐리어 가스에 이미 동반되지만 증발될 고체 상 또는 액체 상 물질을 증기 자체가 함유하지 않은 증기를 수용하는 저장소를 지칭한다. 예를 들어, 액체 또는 고체 전구체는 볼륨을 가진 앰플 내에 하우징될 수도 있고; 전구체는 상기 앰플 볼륨 내에서 증발하게 될 수도 있고, 이에 따라 증기를 생성하고 - 이어서 이 증기는 튜브, 파이프, 또는 다른 상대적으로 작은 단면의 플로우 영역 도관 (앰플 자체의 단면의 플로우 영역과 비교하여) 에 의해 증기 축적 저장소로 다운스트림으로 전달될 수도 있음 - 앰플 자체는 앰플이 증발될 고체 상 또는 액체 상 반응물질을 함유하기 때문에 증기 축적 저장소로 간주되지 않을 것이다. 본 명세서에서 논의된 구현예들에서 사용될 수도 있는 일부 기화기들의 예들은 2016년 5월 20일 출원되었고, 그리고 전체가 참조로서 본 명세서에서 인용되는, 미국 특허 가출원 번호 제 62/339,696 호에서 찾을 수도 있다.
증기 축적 저장소로부터 개별적인 프로세싱 챔버 각각으로의 기화된 전구체의 플로우는 매우 짧은 펄스들, 예를 들어, 수초, 500 ms 이하, 50 ms 이하, 등의 펄스 폭들의 기화된 전구체를 상기 프로세싱 챔버로 전달하도록 작동될 수도 있는 대응하는 밸브에 의해 조절될 수도 있다. 증기 축적 저장소로부터 증기 축적 저장소에 연결될 수도 있는 프로세싱 챔버들 중 임의의 프로세싱 챔버로 단일의 전구체 도즈를 제공하는 것이 증기 축적 저장소에 연결되는 다른 프로세싱 챔버들로 정확한 도즈들을 동시에 전달하기 위해 (프로세싱 동안, 이러한 도즈들은 비동기로 전달될 수도 있지만) 증기 축적 저장소의 능력에 부정적으로 영향을 주지 않게 증기 축적 저장소의 볼륨이 충분한 전구체를 담도록 증기 축적 저장소의 볼륨이 사이징될 수도 있다.
전구체를 증기 상태로 유지하고, 정확한 도징을 허용하고, 그리고 프로세싱 챔버 내의 압력과 양립 가능한 압력이도록, 증기 축적 저장소는 상대적으로 저압, 예를 들어, 중진공으로, 예컨대, 10 내지 15 Torr 범위 내 압력으로 홀딩될 수도 있다 (대조적으로, 프로세싱 챔버는 예를 들어, 대략 5 Torr의 압력으로 홀딩될 수도 있음). 그러므로, 증기 축적 저장소 내에 상주하는 가스 (기화된 전구체 및 캐리어 가스 양자) 의 양은 볼륨 측정상 꽤 희박할 수도 있다. 본 발명자들은 증기 축적 저장소 내의 전구체의 농도가 증기 축적 저장소 내의 하나 이상의 광학 빔 포트들을 포함함으로써 그리고 증기 축적 저장소 내로 광학 빔을 투사하도록 광센서 및 빔 이미터를 포함하는 광학 증기 농도 센서를 사용함으로써 효과적으로 측정될 수 있다는 것을 인지했다. 광학 빔은 광센서에 의해 수신되기 전에 증기 축적 저장소 내에서 기화된 전구체를 1 회 이상 통과할 수도 있다. 그러므로, 광학 빔의 감쇠량은, 광센서에 의해 측정된 바와 같이, 증기 축적 저장소 내에 존재하는 기화된 전구체의 농도를 결정하도록 사용될 수도 있다. 광학 빔이 전구체 또는 반응물질 증기에 의해 흡수되지만 캐리어 가스에 의해 흡수되지 않도록 (또는 훨씬 보다 적은 정도로 흡수됨) 광학 빔 스펙트럼이 선택될 수도 있다. 텅스텐 헥사클로라이드 또는 텅스텐 펜타클로라이드 증기 시스템에서, 예를 들어, 자외선 파장들이 텅스텐 헥사클로라이드 또는 텅스텐 펜타클로라이드에 의해 용이하게 흡수되지만 캐리어 가스로서 사용될 수도 있는 아르곤에 의해 흡수되지 않기 때문에 광학 빔은 주로 자외선으로 구성될 수도 있다. 다른 반응물질들 또는 전구체들이 사용된다면, 그러면 광학 빔은 상이한 스펙트럼, 예를 들어, 적외선 파장들 및/또는 가시광선 파장들이 주를 이루는 스펙트럼을 갖도록 구성될 수도 있다. 증기 축적 저장소 내의 저 동작 압력에 기인하여, 증기 및 캐리어 가스는 일반적으로 꽤 신속하게 확산할 수도 있고, 증기 축적 저장소 내에 매우 균일한 압력 분배 (따라서 증기 농도) 를 발생시킨다. 일단 증기 축적 저장소 내의 증기 농도가 공지된다면, 정확한 양의 증기가 적절한 시간 기간 동안 증기 유출부 상의 밸브를 개방함으로써 개별적인 프로세스 챔버로 전달될 수도 있다. 이러한 미터링은 증기 축적 저장소로부터 프로세싱 챔버로의 플로우 경로 내의 적절하게 사이징된 계량 오리피스, 예를 들어, 프로세싱 챔버로의 기화된 전구체의 전달 동안 음속 또는 완전히 초킹된 플로우가 오리피스를 가로질러 발현되도록 사이징된 오리피스의 포함에 의해 더 조장될 수도 있다.
증기 농도 센서의 포함은 또한 예를 들어, 증기 농도를 더 감소시키도록 증기 축적 저장소에 부가적인 캐리어 가스를 부가함으로써, 증기 축적 저장소 내의 증기 농도의 정밀한 튜닝을 허용할 수도 있다 - 실제 농도는 부가적인 캐리어 가스가 부가되기 때문에 실시간으로 모니터링될 수도 있고, 그리고 부가적인 캐리어 가스는 목표된 농도에 도달될 때 부가되는 것을 중지할 수도 있다 -. 이는 기화된 반응물질이 전달되는 증기의 농도의 관점에서 적은 융통성을 갖는 기화기로부터 제공되는 시나리오들에서 특히 유용할 수도 있다.
본 발명자들은 증기 축적 저장소의 사용이 또한 광학 증기 농도 센서의 사용을 보다 쉽게 할 수도 있다는 것을 알아냈다. 광학 증기 농도 센서들은, 상기에 설명된 바와 같이, 가스 매체를 통해 광학 빔 (또한 광선의 빔) 을 투사함으로써 동작한다. 상기 광학 빔이 겪은 감쇠량은 가스 매체를 통한 광학 빔의 경로 길이뿐만 아니라 가스 매체 내의 증기 (및 캐리어 가스) 의 농도에 정비례한다. 증기 축적 저장소 내의 중진공 분위기와 같은 매우 저압 분위기들이 가스들의 매우 저 농도를 발생시키기 때문에, 증기를 통해 횡단하는 단위 길이당 광학 빔의 감쇠량은 꽤 낮을 수도 있다 - 매우 낮아서 예를 들어, 큰 증기 축적 저장소 없이 시스템들 내에서 이용할 수도 있는 바와 같이, 전력 길이 빔 경로들에서 만족스러운 증기 농도 판독값을 획득하기가 어려울 수도 있다 -. 그러나, 증기 축적 저장소가 사용된다면, 증기 축적 저장소는 증기에 기인하여 증가된 광학 빔의 감쇠량들을 허용할 수도 있는, 증기를 통하는 상대적으로 긴, 가로막는 것이 없는 광학 경로를 제공할 수도 있다. 이는 결국 발생하는 증기 농도 측정을 보다 정확하게 만든다.
프로세싱 동작들 동안 반도체 프로세싱 챔버 내로 도입되는 프로세스 가스들은 일반적으로 프로세스 챔버로부터 하나 이상의 진공 펌프들과 연결될 수도 있는 하나 이상의 진공 전방선들 (foreline) 을 통해 배기된다. 본 발명자들은 이러한 배기 기능을 제공하기 위해 증기 축적 저장소를 진공 펌핑 매니폴드와 통합하는 것이 또한 유리할 수도 있다는 것을 인지하였다. 예를 들어, 기화된 반응물질들 또는 전구체들, 예컨대, 텅스텐 헥사클로라이드 또는 텅스텐 펜타클로라이드는, 기화된 반응물질들 또는 전구체들이 동반되는 가스의 온도가 특정한 문턱값 이하로 떨어진다면 프로세스 챔버 표면들 상에 디포짓될 수도 있거나 막을 형성할 수도 있고; 이것은 증기 축적 저장소 내, 프로세스 챔버 내, 그리고 배기 시스템 내의 이러한 반응물질들에 대해 유효하다. 이러한 응결 또는 디포지션의 가능성을 방지 또는 경감하기 위해서, 증기 축적 저장소 및/또는 증기가 증기 축적 저장소로 또는 증기 축적 저장소로부터 이동할 수도 있는 가스 공급 라인들은 하나 이상의 가열 자켓들, 예를 들어, 내부에 임베딩된 (embedded) 내열 엘리먼트들을 가진 몰딩된 또는 가요성 가열기들을 사용하여 가열될 수도 있다. 본 발명자들은 진공 펌핑 매니폴드와 같은 진공 펌핑 시스템의 부분 또는 부분들을 증기 축적 저장소와 동일한 구조체와 통합함으로써, 증기 축적 저장소 및 진공 펌핑 시스템의 부분 또는 부분들 양자가 동일한 가열 자켓 또는 자켓들에 의해 가열될 수 있고, 이에 따라 공통 가열 시스템을 사용하여, 반응물질 플로우, 즉, 프로세스 챔버의 업스트림 및 다운스트림 양자에 있는 반응물질들의 2 개의 완전히 상이한 스테이지들에서 응결 또는 디포지션에 대한 가능성을 방지 또는 경감한다.
상기에 논의된 개념은 이하의 다양한 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 기술된다; 이들 도면들은 단지 1 개 또는 2 개의 특정한 구현예들을 상세히 도시할 수도 있지만, 본 명세서에 개시된 개념들은 이들 도시된 구현예들로 제한되지 않음이 이해된다.
도 1은 증기 축적 저장소를 포함하는 반도체 프로세싱 툴의 고-레벨 개략도를 도시한다. 도 1의 반도체 프로세싱 툴은 멀티-스테이션 ALD-타입 툴이다. 도 1에서, 2 개의 반도체 프로세싱 챔버들 (또한 본 명세서에서 잠재적으로 "반응기들", "반응 챔버들", 또는 "프로세스 챔버들"로서 지칭됨) (150) 이 도시된다 - 프로세스 챔버 (150) 각각은 반도체 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼 (153) 를 지지하는 페데스탈 (151) 을 포함할 수도 있다 -. 페데스탈 (151) 은 반도체 웨이퍼 (153) 의 로딩/언로딩 또는 프로세싱을 가능하게 하도록 복수의 수직 높이들 사이에서 이동 가능할 수도 있다; 최우측 프로세스 챔버 (150) 에서 페데스탈 (151) 은 하강된 포지션에 있지만, 최좌측 프로세스 챔버 (150) 에서 페데스탈 (151) 은 상승된 포지션에 있다.
프로세스 챔버 (150) 각각은 반도체 웨이퍼 (153) 에 걸쳐 프로세스 가스들을 분배하는 복수의 가스 분배 통로들을 포함할 수도 있는 챔버 리드 (139) 를 포함할 수도 있다. 이 예에서, 챔버 리드 (139) 각각은 별개의 가스 분배 통로들의 2 개의 세트들을 포함하고, 가스 분배 통로 각각은 상이한 전구체 가스를 분배하기 위한 통로이다. 이는 전구체들 양자가 동일한 통로들을 통해 흐른다면 발생할 바와 같이, 일 전구체가 다른 전구체의 잔여물과 혼합되는 것을 방지하고 - 이러한 혼합은 반도체 웨이퍼 (153) 상 외의 다른 위치들에서 화학 반응들을 발생시킬 수도 있고, 이는 바람직하지 않을 수도 있다 -. 일부 구현예들에서, 가스 분배 통로들은 챔버 리드 (139) 로부터 분리되는 구조체 내에 있을 수도 있고; 본 명세서에서 기술된 개념들은 어떤 타입의 챔버 리드 (139) 또는 가스 분배기를 사용하여 활용될 수도 있다는 것이 이해된다.
ALD 또는 ALE 프로세싱 툴들과 같은 시스템들에서, "마이크로볼륨" (152) 이 반도체 프로세싱 동작들 동안 프로세스 챔버 내에 형성될 수도 있다. 페데스탈 (151) 이 웨이퍼 프로세싱을 위해 요구된 포지션에 있을 때 마이크로볼륨 (152) 은 페데스탈 (151) 과 챔버 리드 (139)/가스 분배기 사이에 형성되고; 챔버 리드 (139) 또는 가스 분배기는 또한 페데스탈 (151) 의 외측 원주 주위에서 하향으로 연장하는 환형 벽을 가질 수도 있어서, 마이크로볼륨에 대한 원주 경계를 규정한다. 마이크로볼륨은 프로세스 챔버 (150) 의 전체 볼륨보다 훨씬 보다 작은 볼륨을 가져서, 보다 적은 양의 전구체가 사용되게 한다 - 이는 보다 신속한 도즈 전달, 보다 신속한 퍼지들, 보다 적은 반응물질 낭비, 및 다양한 다른 이득들을 허용한다 -. 마이크로볼륨 (152) 은 가스가 반도체 웨이퍼 (153) 를 걸쳐 분배되는 표면과 페데스탈 (151) 사이의 연속된 볼륨으로서 고려될 수도 있고, 그리고 반도체 웨이퍼 (153) 가 지지되는 장소를 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 (150) 로부터 진공 전방선들 (140) 을 통해 배기될 수도 있다. 진공 전방선들 (140) 은 별개의 진공 유입부 포트들을 통해 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (105) 과 유체로 연통할 수도 있다. 도시된 구현예에서, 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (105) 은 증기 축적 볼륨 (103) 을 둘러싼다.
증기 축적 볼륨 (103) 으로부터 증기를 함유한 제 1 프로세스 가스가 챔버 리드들 (139) 각각에 공급될 수도 있다. 제 1 프로세스 가스는 증기 축적 볼륨 (103) 으로부터 대응하는 증기 유출부 (107) 를 통해 프로세스 챔버 (150) 각각으로 공급될 수도 있다. 증기 유출부 (107) 각각을 통한 제 1 프로세스 가스의 플로우는, 상기 증기 유출부 (107) 를 통한 유체 플로우가 제한기에 걸쳐 완전히 초킹된 또는 음속 플로우로 제한되도록, 앞서 논의된 바와 같이, 유량 제한기를 또한 포함할 수도 있는, 대응하는 제 1 프로세스 가스 도즈 밸브 (154) (또는 제어 밸브 어셈블리) 에 의해 제어될 수도 있다. 대안적으로, 유량 제한기는 증기 유출부 (107) 상의 다른 곳에 위치될 수도 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 증기 축적 볼륨은 다른 프로세스 챔버들로 단일의 도즈들을 제공하도록 증기 축적 저장소의 능력에 영향을 주지 않고 프로세스 챔버 각각으로 하여금 증기의 단일의 도즈로 공급되게 하기에 충분히 큰 볼륨을 가질 수도 있다. 일부 구현예들에서, 증기 축적 볼륨의 체적은 다음의 관계를 충족하도록 규정될 수도 있다:
Figure pat00002
여기서: n = 증기 축적 저장소에 의해 서빙된 (served) 반도체 프로세싱 챔버들의 수, Pc = ALD 동작들 동안 이들 반도체 프로세싱 챔버들의 마이크로볼륨들 내의 평균 압력, Vm = 반도체 프로세싱 챔버 각각의 마이크로볼륨의 체적 (모든 반도체 프로세싱 챔버들은 유사하게 설계된다고 가정함), q = 단일의 도즈 동안 프로세싱 챔버들의 마이크로볼륨으로 전달된 마이크로볼륨들의 수만큼의 증기, 그리고 Pp = 반도체 프로세싱 챔버로 펄스 전달 동안 증기 축적 저장소 내의 피크 압력. 많은 이들 파라미터들은 증기 축적 저장소가 지원하도록 의도되는 반도체 제작 프로세스의 상세사항들에 따라 가변할 수도 있고, 따라서 증기 축적 저장소들은 이들 파라미터들에 따라 사이즈가 가변할 수도 있다.
제 2 프로세스 가스 소스 (169) 로부터, 수소와 같은, 제 2 프로세스 가스, 뿐만 아니라 화학적으로 불활성 퍼지 가스와 같은, 다른 가스들 (미도시되지만, 제 2 프로세스 가스를 위해 사용된 시스템과 유사한 시스템을 사용하여 전달될 수도 있음) 이 또한 챔버 리드들 각각에 공급될 수도 있다. 챔버 리드 (139) 각각 내로의 제 2 프로세스 가스의 플로우는 대응하는 제 2 프로세스 가스 도즈 밸브 (155) 에 의해 제어될 수도 있다.
보이는 바와 같이, 증기 축적 볼륨 (103) 은 빔 이미터 (119) 에 의해 방출되는 광학 빔 (120) 을 가질 수도 있다. 광학 빔 (120) 은 증기 축적 볼륨 (103) 을 통과할 수도 있고 그리고 광센서 (121) 에 의해 수신될 수도 있고, 이에 따라 증기 축적 볼륨 (103) 내의 증기 농도에 기인하여 광학 빔 (120) 의 감쇠량을 측정할 수도 있어서 증기 축적 볼륨 (103) 내의 증기 농도를 결정할 수도 있는 증기 농도 센서를 형성한다.
증기 축적 볼륨은, 일부 구현예들에서 그리고 앞서 논의된 바와 같이, 저장소 희석 가스 소스 (168) 와 연결되는 희석 가스 유입부 (113) 와 유체로 연통할 수도 있다. 희석 가스 유입부 (113) 를 통한 희석 가스의 플로우는 예를 들어, 저장소 희석 가스 밸브 (170) 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 (103) 내의 증기 농도를 감소시키도록, 원하는 경우, 부가될 수도 있다.
증기 축적 볼륨 (103) 은 하나 이상의 기화기들 (156), 예컨대, 기화기들 (156a/156b/156c/156d) 로부터 공급된 증기로 연속적으로 보충될 수도 있다. 기화기들 (156a/156b/156c/156d) 각각은 반응물질 (167) 을 함유할 수도 있는 앰플 (157) 을 포함할 수도 있고; 캐리어 가스 소스 (159) 로부터 캐리어 가스는 캐리어 가스가 대응하는 앰플 (157) 로 공급되는지, 만약 그러하다면 어느 정도의 플로우 레이트로 공급되어야 하는지를 제어할 수도 있는 대응하는 캐리어 가스 플로우 제어기 (160) 를 통해 앰플 (157) 각각으로 선택적으로 제공될 수도 있다. 캐리어 가스가 명시된 압력 및 온도로 유지될 수도 있는 앰플들 중 일 앰플을 통해 흐를 때, 반응물질 (167) 은 캐리어 가스로 증발할 수도 있고 그리고 앰플로부터 유량 제한기 (162) 를 향해 운반될 수도 있다. 유량 제한기 (162) 에 도달하기 전에, 반응물질 증기 및 캐리어 가스 혼합물은 앰플 희석 가스 소스 (163) 로부터 공급된 부가적인 캐리어 가스에 의해 증가될 수도 있고; 앰플 (157) 각각의 부가적인 캐리어 가스 플로우는 대응하는 앰플 희석 가스 플로우 제어기 (171) 에 의해 조절될 수도 있다. 이어서 캐리어 가스 및 증기의 이 결합된 플로우는 반도체 프로세싱 동작들과 관련된 정상 동작 조건들 동안 캐리어 가스/증기 플로우에 음속 플로우를 유발하도록 사이징될 수도 있는 유량 제한기 (162) 를 통과할 수도 있다. 이러한 음속 플로우는 증기 축적 저장소 내의 압력 변동들이, 심지어 상대적으로 아주 작을지라도 (예컨대, 대략 1 내지 5 Torr), 앰플들 (157) 내의 압력 분위기의 영향을 받지 않는 버퍼로서 기능할 수도 있다. 다른 타입들의 기화기들이 또한 증기 축적 저장소와 함께 사용될 수도 있다 - 증기 축적 저장소에 의해 제공된 기능은 사용되는 기화기의 타입에 따라 결정됨 - 는 것이 이해된다. 소수의 앰플 희석 가스 플로우 제어기들 (171) 을 가진 다른 스킴들 (schemes) 이 또한 사용될 수도 있고, 예를 들어, 일 앰플 희석 가스 플로우 제어기 (171) 는 복수의 앰플들 (157) 로의 희석 가스의 플로우를 제어하도록 사용될 수도 있다.
도 2는 본 명세서에서 논의된 바와 같은 증기 축적 저장소의 예를 도시한다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 증기 축적 저장소는 모두 증기 축적 저장소의 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는, 하나 이상의 증기 유출부들 (207), 증기 유입부 (206), 증기 압력 포트 (210), 및 방향전환 포트 (212) 를 가질 수도 있는 장치 (201) 의 일부일 수도 있다 (이들 포트들/유입부들/유출부들 중 일부는 선택 가능할 수도 있고, 예를 들어, 증기 압력 포트, 진공 압력 포트, 등일 수도 있다 - 이러한 인터페이스들은 모니터링 센서들 또는 다른 기능 향상 장비로 하여금 저장소의 동작을 더 잘 제어하도록 사용되게 할 수도 있다 -). 이 특정한 구현예에서, 장치는 또한 진공 유출부 포트 (208), 뿐만 아니라 진공 압력 포트 (211) 와 유체로 연통하는 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 가진 진공 펌핑 매니폴드를 포함한다. 도 2에서, 가열 자켓 (224) 이 증기 축적 저장소 및 진공 펌핑 매니폴드를 둘러싸기 때문에, 증기 축적 저장소 및 진공 펌핑 매니폴드는 바로 보이지 않는다. 가열 자켓 (224) 은 가열 자켓 (224) 으로 어셈블될 수도 있는 하나 이상의 가열 자켓 부분들 (225) 을 가질 수도 있고; 가열 자켓 부분 각각은 장치의 벽에 인접할 수도 있다.
도 3은 도 2의 증기 축적 저장소가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝될 수도 있을 때의 증기 축적 저장소를 도시하지만, 가열 자켓 및 다양한 다른 컴포넌트들 대부분은 부재하다. 도시된 반도체 프로세싱 툴 (238) 이 전체적으로 도시되진 않는다 - 예를 들어, 프로세스 챔버들은 미도시되지만, 챔버 리드들 (239) 은 도시된다 -. 이 특정한 예에서, 반도체 프로세싱 툴 (238) 은 4 개의 프로세스 챔버들을 포함하지만, 보다 적거나 보다 많은 수의 프로세스 챔버들이 이러한 툴 내에 포함될 수도 있고 그리고 동일한 증기 축적 저장소에 의해 서비스될 (serviced) 수도 있다.
도 3에서 보이는 바와 같이, 장치 (201) 는 챔버 리드들 (239) 위에 포지셔닝된다. 이 구현예에서, 장치 (201) 는 증기 축적 저장소 (202) 및 진공 펌핑 매니폴드 (204) 를 포함한다. 진공 펌핑 매니폴드 (204) 는 챔버 리드들 (239) 에 연결되는 진공 전방선들 (240) 을 통해 프로세스 챔버들 각각과 유체로 연통하는 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 가질 수도 있다. 진공 펌핑 매니폴드 (204) 는 진공 밸브 (217) 와 연결될 수도 있는 진공 유출부 포트 (이 뷰에서 보이지 않음) 와 유체로 연통할 수도 있고; 진공 밸브 (217) 는 진공 플로우로 하여금 조절되게 하는, 플로우 컨덕턴스 밸브, 예를 들어, 쓰로틀 (throttle) 밸브일 수도 있다.
증기는 증기 유입부 (206) 를 통해 증기 축적 저장소 (202) 에 공급될 수도 있고 그리고 이어서 증기 유출부들 (207) 을 통해 챔버 리드 (239) 각각에 공급될 수도 있다. 앞서 주지된 바와 같이, 증기 축적 저장소 (202) 내의 증기는 기화기들로부터 증기를 운반하는 캐리어 가스와 동일한 타입의 가스일 수도 있는 희석 가스를 부가함으로써 희석될 수도 있다. 이러한 희석 가스는 증기 축적 저장소 내로 바로 도입될 수도 있거나, 도시된 바와 같이, 증기 유입부 (206) 와 이어지는 (tees into) 희석 가스 유입부 (213) 로부터 공급될 수도 있다 (이 후자의 옵션은 희석 가스와 증기의 보다 양호한 혼합을 촉진할 수도 있음). 앞서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 기화기들 (미도시) 로부터 가스가 증기 유입부 (206) 에 공급될 수도 있다.
증기 압력 포트 (210) 및 진공 압력 포트 (211) 는, 증기 축적 저장소 (202) 및 진공 펌핑 매니폴드 (204) 내의 압력 조건들로 하여금 모니터링되게 하도록, 압력 센서들, 예컨대, 압력 센서 (214) 에 연결될 수도 있다 (진공 압력 포트 (211) 는 또한 본 명세서에 도시되지 않은 유사한 센서에 연결될 수도 있음).
일부 구현예들에서, 증기 축적 저장소 (202) 는 증기 축적 저장소 (202) 로부터 진공 펌핑 매니폴드 (204) 또는 반도체 프로세싱 툴 (238) 의 배기 시스템의 일부인 다른 위치로 과잉의 증기를 방향전환하도록 사용될 수도 있는 방향전환 밸브 (216) 에 연결될 수도 있는 방향전환 포트 (212) 를 구비할 수도 있다.
도 4는 장치 (201) 의 또 다른 뷰를 도시한다. 도 4에서, 증기 축적 저장소 (202) 및 진공 펌핑 매니폴드 (204) 가 보인다. 앞서 언급된 광학 빔으로 하여금 증기 축적 저장소를 통해 투사되게 하는 석영 또는 다른 투명한 재료로 이루어진 윈도우들을 포함할 수도 있는 제 1 광학 빔 포트 (222) 및 제 2 광학 빔 포트 (223) 가 또한 보인다.
진공 펌핑 매니폴드 (204) 는 도시된 바와 같이, 전반적으로 환형 형상을 가질 수도 있고 그리고 진공 유출부 포트 (208) 와 유체로 연통할 수도 있다. 증기 축적 저장소 (202) 는 도시된 바와 같이, 실질적으로 원형 형상일 수도 있다. 증기 축적 저장소 (202) 및 진공 펌핑 매니폴드 (204) 의 다른 형상들 및 구성들이 만약 포함된다면, 또한 사용될 수도 있다는 것이 이해된다.
도 5는 장치 (201) 의 컷어웨이 뷰를 도시한다. 보이는 바와 같이, 증기 축적 저장소 (202) 는 적어도 부분적으로, 대응하는 상부 벽 (229), 하부 벽 (230), 및 외벽 (231) 에 의해 규정되는 증기 축적 볼륨 (203) 을 포함할 수도 있다. 유사하게, 진공 펌핑 매니폴드 (204) 는 적어도 부분적으로, 대응하는 상부 벽 (232), 하부 벽 (233), 외벽 (234), 및 내벽 (235) 에 의해 규정되는 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 을 포함할 수도 있다. 진공 펌핑 매니폴드 (204) 가 실질적으로 환형 형상인 이 구현예에서, 진공 펌핑 매니폴드 (204) 의 내벽 (235) 및 증기 축적 저장소 (202) 의 외벽 (231) 은, 상기에 논의된 다른 벽들, 예를 들어, 상부 벽 및 하부 벽의 경우일 수도 있는 바와 같이, 동일한 구조체/벽에 의해 제공될 수도 있다.
보이는 바와 같이, 증기 축적 저장소 (202) 는 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 을 통과하고 그리고 제 1 광학 빔 포트 (222) 로 종결되는 제 1 광학 터널 (227) 을 선택 가능하게 포함할 수도 있다. 이 구현예에서, 지지 칼럼을 통한 증기의 자유로운 플로우를 허용하도록, 뿐만 아니라 광학 빔으로 하여금 지지 칼럼 (226) 을 통과하게 하도록 복수의 컷아웃들 (cutouts) 을 가진 원형 튜브에 의해 제공되는 지지 칼럼 (226) 이 증기 축적 저장소 (202) 내에서 또한 보인다. 온도 센서 (215) 및 증기 압력 포트 (210) 가 또한 증기 축적 볼륨 내부의 온도 및 압력을 모니터링하도록 포함될 수도 있다. 증기 축적 볼륨 내의 기화된 반응물질의 밀도를 결정하도록 광센서 그리고 증기 축적 볼륨 (증기 및 캐리어 가스 양자) 내의 총 가스량을 알아내도록 압력 및 온도 센서를 사용함으로써, 캐리어 가스 대 증기의 비가 결정 및 모니터링될 수도 있다.
진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 은 또한 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 상부 부분 (205a) 과 하부 부분 (205b) 으로 분할하는 파티션 벽 (236) 을 포함할 수도 있고; 파티션 벽은 어떤 점들에서, 배플의 형태로서 고려될 수도 있다.
도 6은 장치 (201) 의 또 다른 컷어웨이 뷰를 도시한다. 도 6에서, 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 의 환형 특성이 분명히 보일 수 있다. 광학 빔 (220) 이 제 1 광학 터널 (227) 및 제 2 광학 터널 (228) 을 통과하여, 제 1 광학 빔 포트 (222) 로부터 제 2 광학 빔 포트 (223) 로 통과할 때 증기 축적 볼륨 (203) 을 횡단하는 광학 빔 (220) 이 또한 도시되고; 광학 터널들은 광학 빔이 증기 축적 볼륨을 통과할 때 광학 빔이 통과할 수도 있는 경로 길이를 더 증가시키도록 작용한다 (이 경우에, 광학 터널들은 광학 빔 포트들 (222/23) 이 광학 터널들 (227/28) 의 끝 대신에 증기 축적 저장소 (202) 의 외벽 (231) 에 위치되는 구현예와 비교하여 대략 25 %만큼 광학 빔 통과 길이를 증가시킴). 일부 구현예들에서, 광학 빔 (220) 이 제 1 광학 빔 포트 (222) 를 통해 다시 반사될 수도 있도록 반사기는 제 1 광학 빔 포트 (222) 반대편에 증기 축적 볼륨 내에 포지셔닝될 수 있고; 이러한 구현예들에서, 빔 이미터는 반사된 광학 빔 (220) 을 검출하도록 광센서와 나란히 놓일 수도 있다. 이는 광학 빔 (220) 으로 하여금 광센서에 도달하기 전에 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 을 2 회 통과하게 할 수도 있어서, 광학 증기 농도 센서의 민감도를 더 증가시킨다. 일부 이러한 구현예들에서, 제 2 광학 빔 포트 (223) 가 또한 포함될 수도 있고, 그리고 반사기는 제 2 광학 빔 포트 (223) 뒤에서 증기 축적 볼륨 (203) 외부에 포지셔닝된다.
2 개의 파티션 개구부들 (237) 을 포함할 수도 있는 파티션 벽 (236) 이 또한 도 6에서 보이고; 파티션 개구부들 각각은 예를 들어, 단일의 개구부들일 수도 있거나 함께 클러스터된 복수의 개구부들, 예를 들어, 원형 어레이의 복수의 작은 개구부들을 포함할 수도 있다. 그러므로, 파티션 개구부 위치 각각은 하나 이상의 파티션 개구부들 (237) 의 세트를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 파티션 개구부들 (237) 의 세트 각각과 진공 유출부 포트 (208) 사이의 플로우 저항이 일반적으로 밸런싱되도록 하나 이상의 파티션 개구부들 (237) 의 세트 각각은 진공 유출부 포트 (208) 로부터 등거리에 포지셔닝될 수도 있다.
도 7은 장치 (201) 의 추가의 컷어웨이를 도시한다. 이 컷어웨이에서 보이는 바와 같이, 진공 펌핑 플레넘 볼륨 (205) 의 하부 부분은 진공 전방선들 (240) 중 일 진공 전방선과 각각 유체로 연통할 수도 있는 진공 유입부 포트들 (209) 을 포함할 수도 있다. 진공 유입부 포트들 (209) 은 쌍들로 배치될 수도 있고, 진공 유입부 포트들 (209) 의 쌍 각각은 하나 이상의 파티션 개구부들 (237) 의 세트들 중 일 세트로부터 등거리에 이격된다. 그러므로, 진공 유입부 포트들 (209) 각각과 진공 유출부 포트 (208) 사이의 플로우 경로 길이는 일반적으로 동일한 길이일 수도 있고 그리고 유사한 플로우 저항을 가질 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. 예를 들어, "실질적으로 평행한"은 0° 내지 90°의 각 범위의 +/- 5 %를 의미한다.

Claims (18)

  1. 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치에 있어서,
    상기 장치는,
    증기 축적 볼륨을 가진 증기 축적 저장소;
    상기 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는 증기 유입부;
    하나 이상의 증기 유출부들로서, 상기 증기 유출부 각각은 상기 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는, 상기 하나 이상의 증기 유출부들;
    상기 증기 축적 볼륨 내로 광학 경로를 제공하는 제 1 광학 빔 포트; 및
    상기 제 1 광학 빔 포트를 통해 그리고 상기 증기 축적 볼륨을 통해 광선의 빔을 지향시키도록 구성된 광학 증기 농도 센서를 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 빔 포트로부터 상기 증기 축적 저장소의 반대 측에 위치된 제 2 광학 빔 포트를 더 포함하고, 상기 광학 증기 농도 센서는 상기 제 1 광학 빔 포트를 통해 상기 광선의 빔을 투사하도록 포지셔닝된 빔 이미터 (emitter) 및 상기 제 2 광학 빔 포트를 통해 상기 광선의 빔을 수용하도록 포지셔닝된 광센서를 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광선의 빔은 대부분 자외선 스펙트럼의 광선으로 구성되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 유입부와 유체로 연통하는 하나 이상의 기화기들; 및
    상기 증기 유입부와 상기 하나 이상의 기화기들 사이에 개재된 음속 플로우 오리피스로서, 상기 음속 플로우 오리피스는 상기 장치를 사용하여 수행된 반도체 프로세싱 동작들 동안 초킹된 (choked) 플로우를 발현시키도록 (develop) 사이징되는, 상기 음속 플로우 오리피스를 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    정상 사용 동안 상기 증기 축적 저장소 내에 담긴 증기들과 화학적으로 비-반응성인 희석 가스 소스와 연결되도록 구성된 희석 가스 유입부를 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 축적 볼륨의 대부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 포함하는 진공 펌핑 매니폴드;
    하나 이상의 진공 유입부 포트들로서, 상기 진공 유입부 포트 각각은 상기 진공 펌핑 플레넘 볼륨과 유체로 연통하는, 상기 하나 이상의 진공 유입부 포트들; 및
    상기 진공 펌핑 플레넘 볼륨과 유체로 연통하는 진공 유출부 포트를 더 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 진공 펌핑 플레넘 볼륨은 적어도 부분적으로 내벽 및 외벽에 의해 규정되고, 그리고
    상기 증기 축적 볼륨은 적어도 부분적으로 상기 내벽에 의해 규정되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 증기 축적 저장소의 전체 형상은 원통형이고, 그리고
    상기 진공 펌핑 매니폴드의 전체 형상은 환형인, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    2 개의 진공 유입부 포트들의 제 1 세트 및 2 개의 진공 유입부 포트들의 제 2 세트를 형성하는 4 개의 진공 유입부 포트들이 있고,
    상기 진공 펌핑 매니폴드는 상기 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 상부 환형 펌핑 플레넘 볼륨과 하부 환형 펌핑 플레넘 볼륨으로 분할하는 환형 파티션 벽을 갖고,
    상기 환형 파티션 벽은 상기 진공 유출부 포트와 상기 진공 유입부 포트들 사이에 개재되고,
    상기 환형 파티션 벽은 하나 이상의 파티션 개구부들의 2 개의 세트들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 파티션 개구부들의 세트 각각은 상기 진공 유출부 포트로부터 등거리에 위치되고,
    상기 유입부 진공 포트들의 상기 제 1 세트에서 상기 진공 유입부 포트 각각은 상기 하나 이상의 파티션 개구부들의 상기 세트들 중 일 세트로부터 등거리에 위치되고, 그리고
    상기 유입부 진공 포트들의 상기 제 2 세트에서 상기 진공 유입부 포트 각각은 상기 하나 이상의 파티션 개구부들의 다른 세트로부터 등거리에 위치되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    가열 자켓 (heating jacket) 을 더 포함하고,
    상기 가열 자켓은,
    상기 증기 축적 저장소의 상부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들,
    상기 증기 축적 저장소의 하부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들,
    상기 진공 펌핑 매니폴드의 상부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들,
    상기 진공 펌핑 매니폴드의 하부 벽에 인접한 하나 이상의 부분들, 및
    상기 진공 펌핑 매니폴드의 외벽에 인접한 하나 이상의 부분들을 포함하고,
    상기 부분들 각각은 상기 부분이 인접한 상기 벽으로 열을 공급하도록 구성된 하나 이상의 가열 엘리먼트들 (elements) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    제 1 광학 터널을 더 포함하고, 상기 제 1 광학 터널은 상기 제 1 광학 빔 포트로 종결되고, 상기 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 통해 연장하고, 상기 증기 축적 저장소의 부분이고, 그리고 상기 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 빔 포트로부터 상기 증기 축적 저장소의 반대 측에 위치된 제 2 광학 빔 포트; 및
    제 2 광학 터널을 더 포함하고,
    상기 제 2 광학 터널은 상기 제 2 광학 빔 포트로 종결되고, 상기 진공 펌핑 플레넘 볼륨을 통해 연장하고, 상기 증기 축적 저장소의 부분이고, 그리고 상기 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하고, 상기 광학 증기 농도 센서는 상기 제 1 광학 빔 포트를 통해 상기 광선의 빔을 투사하도록 포지셔닝된 빔 이미터 및 상기 제 2 광학 빔 포트를 통해 상기 광선의 빔을 수용하도록 포지셔닝된 광센서를 포함하는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들을 더 포함하고, 상기 반도체 프로세싱 챔버 각각은 상기 증기 유출부들 중 일 증기 유출부와 유체로 연통하는 제어 밸브 어셈블리를 포함하고, 상기 반도체 프로세싱 챔버 각각에 대한 상기 제어 밸브 어셈블리는 상기 증기 축적 볼륨으로부터 상기 반도체 프로세싱 챔버로 상기 증기 유출부들 중 일 증기 유출부를 통한 증기 플로우를 조절하도록 구성되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    캐리어 가스 소스; 및
    하나 이상의 앰플들을 더 포함하고,
    상기 앰플 각각은 고체 또는 액체 전구체를 포함하고 그리고 상기 증기 유입부와 유체로 연통하고, 상기 캐리어 가스 소스는 캐리어 가스를 상기 하나 이상의 앰플들 각각을 통해 그리고 상기 증기 유입부 내로 흘리도록 구성되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들 각각은 ALD (atomic layer deposition) 를 위해 구성되고 그리고 웨이퍼 프로세싱 동작들 동안 상기 반도체 프로세싱 챔버의 페데스탈과 상기 반도체 프로세싱 챔버의 가스 분배기 사이에 형성되는 마이크로볼륨을 갖고; 그리고
    상기 증기 축적 볼륨은 다음의 관계를 충족하는 체적 Vp를 갖고,
    Figure pat00003

    여기서: n = 상기 증기 축적 저장소에 의해 서빙된 (served) 반도체 프로세싱 챔버들의 수, Pc = ALD 동작들 동안 이들 반도체 프로세싱 챔버들의 상기 마이크로볼륨들 내의 평균 챔버 압력, Vm = 이들 반도체 프로세싱 챔버들 각각의 마이크로볼륨의 체적, q = 단일의 증기 도즈 동안 상기 프로세싱 챔버들의 마이크로볼륨 중 일 프로세싱 챔버의 마이크로볼륨으로 전달된 마이크로볼륨들의 수만큼의 증기, 그리고 Pp = 상기 마이크로볼륨들 중 일 마이크로볼륨으로 증기 도즈의 전달 동안 상기 증기 축적 저장소 내의 피크 압력인, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 증기 유입부 상에 위치된 음속 플로우 오리피스를 더 포함하고, 상기 음속 플로우 오리피스는 완전히 초킹된 플로우가 상기 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들 내의 ALD 동작들의 모든 페이즈들 동안 상기 음속 플로우 오리피스를 통해 발현되도록 사이징되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    복수의 반도체 프로세싱 챔버들이 있고 그리고 상기 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들 내에서 실시되는 반도체 프로세싱 동작들 동안 상기 반도체 프로세싱 챔버들 중 일 반도체 프로세싱 챔버로 상기 증기 축적 볼륨 내에 담긴 증기의 단일의 도즈를 제공하는 것이 다른 반도체 프로세싱 챔버들에 단일의 도즈들을 동시에 제공하는 상기 증기 축적 저장소의 능력에 영향을 주지 않도록 상기 증기 축적 볼륨이 사이징되고, 상기 도즈 각각은 반도체 프로세싱 동작들의 수행 동안 상기 반도체 프로세싱 챔버들 중 일 반도체 프로세싱 챔버로 정상적으로 전달되는 증기의 양을 나타내는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
  18. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    희석 가스 유입부를 더 포함하고, 상기 희석 가스 유입부는 상기 증기 축적 볼륨과 유체로 연통하고 그리고 희석 가스 소스와 연결되도록 구성되는, 반도체 프로세싱 툴에서 사용되는 장치.
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