KR20190042755A - Ald/cvd 프로세스들을 위한 반응물 전달 시스템 - Google Patents
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Abstract
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치 및 방법들이 제공된다. 장치는 앰플에 연결되도록 구성된 입구 라인과 앰플에 연결되도록 구성된 출구 라인을 포함한다. 입구 라인은 캐리어 가스의 앰플 내로의 유동을 제어하는 입구 밸브를 갖고, 출구 라인은 앰플을 빠져나가는 유동을 제어하는 출구 밸브를 갖는다. 바이패스 밸브는, 캐리어 가스를 앰플로 유동시키지 않으면서, 캐리어 가스가 앰플을 바이패싱하여 출구 밸브를 퍼징할 수 있도록 한다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 물질들을 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 선형 왕복 운동(linear reciprocal motion)하는 원자 층 증착 챔버들에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들은 회전 왕복 운동 및 고정식 증착 챔버들에 적용된다.
집적 회로들은 단일의 칩 상에 수백만 개의 트랜지스터들, 커패시터들 및 레지스터들을 포함하는 복잡한 디바이스들로 진화하였다. 칩 설계의 진화는, 점점 더 정밀한 제조 프로세스들을 요구하는 더 큰 회로 밀도 및 더 빠른 회로를 계속적으로 필요로 한다. 기판들의 정밀한 프로세싱은, 프로세싱 동안에 사용되는 유체들의 전달에서, 온도, 속도(rate) 및 압력의 정밀한 제어를 필요로 한다.
화학 기상 증착(CVD)과 원자 층 증착(ALD)은 기판 상에 다양한 물질들을 형성하거나 증착하기 위해 사용되는 기상 증착 프로세스들이다. 일반적으로, CVD 및 ALD 프로세스들은 가스상 반응물들(gaseous reactants)의 기판 표면으로의 전달을 수반하며, 기판 표면에서는 반응 열역학에 유리한 온도 및 압력 조건들 하에서 화학 반응이 일어난다. CVD 프로세스 또는 ALD 프로세스를 이용하여 형성될 수 있는 층들의 유형과 조성은 화학 반응물 또는 전구체를 기판 표면으로 전달할 수 있는 능력에 의해 제한된다. 캐리어 가스 내의 액체 전구체들을 전달함으로써, CVD 및 ALD 적용예들 동안에, 다양한 액체 전구체들이 성공적으로 사용되어 왔다.
캐리어 가스는, 일부 경우들에서, 전구체를 기화(vaporize)시키는데 도움이 되는 조건들 하에서 휘발성 액체 전구체를 수용하는 가열된 용기 또는 캐니스터(canister), 예컨대, 앰플(ampoule) 또는 버블러(bubbler)를 통과한다. 고증기압 액체 전구체들에 있어서, 캐리어 가스는 실온보다 낮은 온도로 유지되는 앰플 또는 버블러를 통과할 수 있다. 다른 경우들에서, 캐리어 가스는 고체 전구체를 승화시키는데 도움이 되는 조건들 하에서 고체 전구체를 수용하는 가열된 용기를 통과한다. 승화 프로세스는 통상적으로 고체 전구체로 채워지거나(filled) 장입된(loaded) 용기 내에서 실시되며, 용기 벽체들은 가스상 전구체를 생산하면서 고체 전구체 물질을 승화시키기 위해 가열된다. 어느 경우에도, 캐리어 가스는 기화된 전구체와 결합하여 프로세스 가스를 형성하며, 프로세스 가스는 용기로부터 전용 도관들 또는 가스 라인들을 통해 반응 챔버로 인출된다(drawn).
고체 전구체를 사용하는 기상 증착 프로세스는 몇 가지 문제점들을 겪을 수 있다. 고체 전구체가 가스 상태로 승화하기 위해서는 충분한 열이 제공되어야 하지만, 너무 많은 열에 노출되면, 고체 전구체는 분해되거나 응집(agglomerate)될 수 있다. 일반적으로 매우 고가인 금속-유기 고체 전구체들은 열분해에 특히 민감하고, 일반적으로, 승화 프로세스 동안에 좁은 온도 및 압력 범위 내에 유지되어야 한다. 고체 전구체들은, 일단 분해되면, 용기 내에 남아 있는 전구체, 도관들과 밸브들로 이루어진 전달 시스템, 프로세싱 챔버 뿐만 아니라, 기판을 오염시킬 수 있다. 또한, 고체 전구체를 과열시키는 것은 프로세스 가스 내에서 너무 높은 전구체 농도를 제공할 수 있으며, 이는 결코 사용되지 않는 낭비된(wasted) 전구체, 또는 기판 상에서의 또는 전달 라인들 내에서의 전구체의 응축으로 이어질 수 있다.
대안적으로, 고체 전구체는 너무 적은 열에 노출되면 승화하지 않을 수 있다. 캐리어 가스가 용기를 통과하고 고체 전구체에 충격을 줄 때(impact), 고체 전구체로부터의 미립자들(particulates)이 캐리어 가스 내에 혼입되어(entrained) 프로세싱 챔버로 전달될 수 있다. 이러한 바람직하지 않은 고체 또는 액체 미립자들은 전달 시스템, 프로세싱 챔버 또는 기판에 대한 오염원이 될 수 있다. 미립자 오염 문제는 당업계에서 고체 전구체와 혼합되는 액체 캐리어 물질을 포함함으로써 해결되어 왔다. 그러나, 액체 캐리어 물질이 증발되어(evaporated) 전달 시스템이나 프로세싱 챔버 내부 또는 기판 상에서 오염 물질이 될 수 있기 때문에, 액체 캐리어 물질과 고체 전구체의 혼합은 제한된 온도 및 압력 범위들 내에서만 이루어질 수 있다.
따라서, 앰플 또는 버블러 내부에서 프로세스 가스를 형성하고 프로세스 가스를 프로세싱 챔버로 제공하기 위한 개선된 장치 및 방법들에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 입구 라인, 출구 라인 및 퍼지 라인을 포함한다. 입구 라인은 캐리어 가스와 유체 소통하며, 캐리어 가스의 앰플 내로의 유동을 제어하는 앰플 입구 밸브를 갖는다. 출구 라인은 앰플을 빠져나가는 전구체 증기와 캐리어 가스의 유동을 제어하는 출구 밸브를 갖는다. 앰플 출구 밸브의 하류에는 바이패스 밸브가 배치된다. 바이패스 밸브는, 캐리어 가스를 앰플로 유동시키지 않으면서, 캐리어 가스가 입구 라인으로부터 유동하여 출구 라인을 퍼징할 수 있도록 한다. 퍼지 라인은, 퍼지 가스를 프로세싱 챔버로 유동시키기 위해 퍼지 라인과 유체 소통하는 제 2 출구 밸브를 포함한다. 장치는 화학 전구체를 앰플로부터 포어라인으로 유동시키는 제 3 출구 밸브를 더 포함하고, 포어라인은 프로세싱 챔버를 바이패싱한다.
일부 실시예들에서, 바이패스 밸브는 앰플 입구 밸브의 상류에 배치된다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 바이패스 밸브는 앰플 입구 밸브의 하류에 배치된다.
일부 실시예들에서, 제 2 출구 밸브는 퍼지 라인과 유체 소통하는 제 1 입력부와, 출구 라인과 유체 소통하는 제 2 입력부를 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 제 2 밸브는, 출구 라인으로부터의 유동만, 또는 퍼지 라인으로부터의 유동만, 또는 퍼지 라인과 출구 라인으로부터의 유동들의 혼합 유동을 프로세싱 챔버로 전달할 수 있는 삼방향 밸브이다.
일부 실시예들은 내부 용적을 정의하는 상부, 하부 및 본체를 갖는 앰플을 더 포함하며, 앰플은 입구 도관과 출구 도관을 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 앰플은 격리 밸브를 구비한 적어도 하나의 추가적인 도관을 더 포함하며, 추가적인 도관은 앰플의 내부와 유체 소통한다. 일부 실시예들에서, 앰플은 고체 전구체, 액체 전구체 및 가스 전구체 중 하나 또는 둘 이상을 수용한다.
일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 화학 기상 증착 챔버 또는 원자 층 증착 챔버이다.
일부 실시예들에서, 입구 라인과 퍼지 라인 중 하나 또는 둘 이상은 히터를 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들은 각각의 히터의 상류에 배치된 압력계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 입구 라인은 앰플의 상류에 배치된 배기 라인을 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 배기 라인은 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 배압 제어기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 배기 라인은 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 수동 오리피스를 포함한다.
*본 발명의 실시예들은 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 입구 라인, 출구 라인, 퍼지 라인 및 바이패스 라인을 포함한다. 입구 라인은 제 1 히터 및 제 1 밸브를 포함한다. 입구 라인은 앰플의 입구 도관에 연결되도록 구성된다. 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브 및 제 2 삼방향 밸브를 포함한다. 제 1 삼방향 밸브는 1개의 입구와 2개의 출구들을 가지며, 2개의 출구들 중 하나는 배기부에 연결되고, 다른 출구는 제 2 삼방향 밸브와 유체 소통한다. 제 2 삼방향 밸브는 2개의 입구들과 1개의 출구를 가지며, 제 1 입구는 제 1 삼방향 밸브의 출구와 유체 소통하고, 제 2 입구는 퍼지 라인과 유체 소통한다. 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 앰플의 출구 도관에 연결되도록 구성된다. 퍼지 라인은 제 2 히터 및 제 2 밸브를 포함하며, 제 2 삼방향 밸브의 하나의 입구와 유체 소통한다. 바이패스 라인은 바이패스 밸브를 포함하며, 제 1 히터 및 제 1 밸브의 하류에 배치된 입구 라인 및 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 출구 라인과 유체 소통한다. 바이패스 라인은 가스가 앰플을 통과하지 않으면서 입구 라인으로부터 출구 라인으로 유동할 수 있도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 제 1 히터는 제 1 밸브의 상류에 배치되어 제 1 밸브와 유체 소통한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 제 2 히터는 제 2 밸브의 상류에 배치되어 제 2 밸브와 유체 소통한다. 일부 실시예들에서, 제 1 히터는 제 1 밸브의 하류에 배치되어 제 1 밸브와 유체 소통한다.
일부 실시예들에서, 장치는 제 1 히터의 상류에 배치되어 입구 라인과 유체 소통하는 배기 라인을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 배기 라인은, 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 배압 제어기를 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 배기 라인은, 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 수동 오리피스를 포함한다.
일부 실시예들에서, 장치는 내부 용적을 정의하는 상부, 하부 및 본체를 갖는 앰플을 더 포함하며, 앰플은 입구 도관과 출구 도관을 포함한다. 일부 실시예들에서, 앰플은 격리 밸브를 구비한 적어도 하나의 추가적인 도관을 더 포함하며, 추가적인 도관은 앰플의 내부와 유체 소통한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 앰플은 고체 전구체를 수용한다.
일부 실시예들에서, 장치는 제 1 히터와 제 1 밸브의 상류에 배치된 제 1 압력계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 장치는 제 2 히터와 제 2 밸브의 상류에 배치된 제 2 압력계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 제 2 삼방향 밸브의 출구는 프로세싱 챔버와 유체 소통한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 화학 기상 증착 챔버 또는 원자 층 증착 챔버이다.
본 발명의 추가적 실시예들은 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 입구 라인, 출구 라인, 퍼지 라인 및 바이패스 라인을 포함한다. 입구 라인은 제 1 밸브의 상류에 배치되어 제 1 밸브와 유체 소통하는 제 1 히터를 포함한다. 입구 라인은 앰플의 입구 도관에 연결되도록 구성된다. 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브 및 제 2 삼방향 밸브를 포함한다. 제 1 삼방향 밸브는 1개의 입구와 2개의 출구들을 가지며, 2개의 출구들 중 하나는 배기부에 연결되고, 다른 출구는 제 2 삼방향 밸브와 유체 소통한다. 제 2 삼방향 밸브는 2개의 입구들과 1개의 출구를 가지며, 제 1 입구는 제 1 삼방향 밸브의 출구와 유체 소통하고, 제 2 입구는 퍼지 라인과 유체 소통한다. 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 앰플의 출구 도관에 연결되도록 구성된다. 퍼지 라인은 제 2 히터 및 제 2 밸브를 포함한다. 퍼지 라인은 제 2 삼방향 밸브의 하나의 입구와 유체 소통한다. 바이패스 라인은 바이패스 밸브를 포함하며, 제 1 히터 및 제 1 밸브의 하류에 배치된 입구 라인과 유체 소통한다. 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된다. 바이패스 라인은 가스가 앰플을 통과하지 않으면서 입구 라인으로부터 출구 라인으로 유동할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예들은 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 입구 라인, 출구 라인, 바이패스 라인, 퍼지 라인 및 배기 라인을 포함한다. 입구 라인은 제 1 밸브를 포함하며, 제 1 밸브의 하류에 배치된 앰플의 입구 도관에 연결되도록 구성된다. 출구 라인은 앰플의 출구 도관에 연결되도록 구성되며, 삼방향 밸브와 유체 소통한다. 바이패스 라인은 바이패스 밸브를 포함하며, 출구 라인 및 제 1 밸브의 하류에 배치된 입구 라인과 유체 소통한다. 바이패스 라인은 가스가 앰플을 통과하지 않으면서 입구 라인으로부터 출구 라인으로 유동할 수 있도록 구성된다. 퍼지 라인은 히터를 포함하며, 히터의 하류에 배치된 삼방향 밸브와 소통한다. 배기 라인은 제 1 밸브의 상류에 배치된 입구 라인 및 삼방향 밸브의 상류에 배치된 출구 라인과 유체 소통한다. 배기 라인은 적어도 2개의 밸브들을 포함한다.
장치의 일부 실시예들은 퍼지 라인과 입구 라인 중 하나 또는 둘 이상에 연결된 적어도 하나의 압력계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 앰플은 액체 증기 소스를 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 삼방향 밸브는 프로세싱 챔버와 유체 소통한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 화학 기상 증착 챔버 또는 원자 층 증착 챔버이다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다;
도 2는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다;
도 3은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다;
도 4는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다; 그리고
도 5는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다;
도 2는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다;
도 3은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다;
도 4는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다; 그리고
도 5는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 반응물 전달 시스템의 개략도를 도시한다.
본 발명의 실시예들은 캐리어/푸시(push) 가스(예컨대, 질소 또는 아르곤)를 앰플로 유동시키기 전에 캐리어/푸시 가스의 압력을 안정화시킴으로써 전구체 전달 시스템들을 개선하는 장치 및 방법들에 관한 것이다. 압력을 안정화시키면, 전구체의 혼입을 최소화하고 잠재적으로 제거할 수 있으며, 프로세싱 챔버에 대해 더 일관된 투입량(dose)을 제공할 수 있다. 또한, 압력을 안정화시키는 것은 전구체를 폐기(dump)할 필요를 없애고 이는 소유 비용을 줄이는 데 도움이 될 것이다. 본 발명의 실시예들은 버블러 또는 증기 인출 모드에서 사용되는 고체 전구체들 또는 액체들과 함께 사용될 수 있다. 더 높은 증기압의 전구체들(예컨대, SiCl4, TiCl4, TMA)을 사용하는 액체 전달 시스템들에서는, 일관되고 반복가능한 투입을 보장하기 위해 앰플 내 압력의 안정화가 중요할 수 있다.
도 2은 화학 전구체를 함유한 프로세스 가스를 생산하는 데 적합한 통상적인 프로세스 가스 전달 시스템(102)의 단순화된 개략도를 도시하고, 일반적으로 시스템은 가스 패널(104)에 커플링된 캐리어 가스 소스(105)와 프로세싱 챔버(106)를 포함하며, 가스 패널의 구성 요소들은 제어기(150)에 의해 제어된다. 가스 패널(104)은 일반적으로 다양한 프로세스 및 캐리어 가스들이 프로세싱 챔버(106)로 전달되는 속도와 압력을 제어한다. 프로세싱 챔버(106)는, 액체, 가스 또는 플라즈마 상태로 기화된 화학 전구체를 수용하는 기상 증착 프로세스 또는 열 프로세스를 수행하는 챔버일 수 있다. 프로세싱 챔버(106)는 일반적으로 화학 기상 증착(CVD) 챔버, 원자 층 증착(ALD) 챔버, 또는 이들의 파생물이다.
도 1은 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치(10)의 광범위한 양태를 도시한다. 장치는 점선으로 앰플(20)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 앰플(20)은 장치(10)와 함께 사용하기 위한 것이지만, 장치(10)의 일부는 아니다. 앰플(20)은 내부 용적(23)을 정의하는 상부(21), 하부(22) 및 본체(23)를 갖는다. 앰플(20)은 입구(25)와 출구(26)를 포함하며, 앰플의 내부 용적(24)과 유체 소통하는 적어도 하나의 추가적인 도관(27)을 또한 포함할 수 있다. 추가적인 도관(27)은 격리 밸브(27a)를 포함할 수 있으며, 앰플(20)을 가압 또는 감압하기 위해 사용될 수 있다. 입구(25)는 앰플이 연결되지 않을 때 주변 환경으로부터 입구를 격리하기 위해 입구 격리 밸브(25a)를 포함할 수 있다. 출구(26)는 앰플이 연결되지 않을 때 주변 환경으로부터 출구를 격리하기 위해 출구 격리 밸브(26a)를 포함할 수 있다. 발생 장치(10)에 앰플(20)을 연결한 후에, 앰플(20)의 내부 용적(24)과 유체 소통을 허용하기 위해 입구 격리 밸브(25a)와 출구 격리 밸브(26a)가 개방될 수 있다.
앰플은 의도한 증착 프로세스에서 사용하기에 적당한 임의의 유형의 전구체를 수용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 앰플(20)은 고체 전구체와 액체 전구체 중 하나 또는 둘 이상을 수용한다. 고체 전구체 또는 액체 전구체는, 본체(23)로부터 상부(21)를 분리하는 것에 의해서, 또는 추가적인 도관(27)을 통해서 앰플에 추가될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 앰플(20)은 고체 전구체를 포함한다.
장치(10)는 캐리어 가스 또는 캐리어 가스 소스와 유체 소통하는 입구 라인(30)을 포함한다. 앰플(20)이 존재할 때, 입구 라인(30)은 캐리어 가스의 앰플(20) 내로의 유동을 제어하는 앰플 입구 밸브(31)를 갖는다. 장치(10)는, 앰플(20)이 존재할 때, 앰플(20)을 빠져나가는 전구체 증기와 캐리어 가스의 유동을 제어하는 출구 밸브(41)를 포함한 출구 라인(40)을 또한 포함한다.
바이패스 라인(50)은 입구 라인(30)과 출구 라인(40)을 연결한다. 앰플(20)이 존재할 때, 바이패스 라인(50)은 앰플 출구 밸브(26a)의 하류에 배치되는 바이패스 밸브(51)를 포함한다. 바이패스 밸브(51)는, 캐리어 가스를 앰플(20)로 유동시키지 않으면서, 캐리어 가스가 입구 라인(30)으로부터 유동하여 출구 라인(40)을 퍼징할 수 있도록 한다. 예컨대, 앰플(20)이 존재하지 않을 때, 바이패스 밸브(51)는 캐리어 가스의 유동을 허용하도록 개방될 수 있다. 일부 실시예들의 바이패스 라인(50)과 바이패스 밸브(51)는 앰플 입구 밸브(31)의 상류에 배치된다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 바이패스 라인(50)은 앰플 입구 밸브(31)의 하류에 배치된 입구 라인(30)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 바이패스 라인(50)과 바이패스 밸브(51)는 앰플 출구 밸브(41)의 하류에 배치된 출구 라인(40)과 소통한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 바이패스 라인(50)은 앰플 출구 밸브(41)의 상류에 배치된 출구 라인(40)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 바이패스 라인(50)은 앰플 입구 밸브(31)의 상류에 배치된 입구 라인(30)에 연결되어 입구 라인과 유체 소통하고, 그리고 앰플 출구 밸브(41)의 하류에 배치된 출구 라인(40)에 연결되어 출구 라인과 유체 소통한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 바이패스 라인(50)은 앰플 입구 밸브(31)의 하류에 배치된 입구 라인(30)에 연결되어 입구 라인과 유체 소통하고, 그리고 앰플 출구 밸브(41)의 상류에 배치된 출구 라인(40)에 연결되어 출구 라인과 유체 소통한다.
퍼지 라인(60)은 퍼지 가스 또는 퍼지 가스 소스와 유체 소통한다. 퍼지 라인(60)은 프로세싱 챔버(70)에 대한 퍼지 가스의 유동을 허용하기 위해 퍼지 라인(60)과 유체 소통하는 제 2 출구 밸브(61)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 2 출구 밸브(61)는 퍼지 라인(60)과 유체 소통하는 제 1 입력부(61a)와, 출구 라인(40)과 유체 소통하는 제 2 입력부(61b)를 포함한다. 그리고, 제 2 출구 밸브(61)는 프로세싱 챔버(70)를 향하여 유동을 지향시키는 제 1 출구(61c)를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 밸브(61)는, 출구 라인(40)과 퍼지 라인(60) 중 오직 하나로부터의 유동을 프로세싱 챔버(70)로 전달할 수 있거나 출구 라인(40)과 퍼지 라인(60)으로부터의 유동을 혼합할 수 있는 삼방향 밸브 또는 비례 밸브이다. 혼합된 유동은 전체 출구 라인(40)으로부터 전체 퍼지 라인(60)까지 다양할 수 있으며, 중간(in between)의 모든 상태를 포함할 수 있다.
제 3 출구 밸브(80)는 출구 라인(40)과 유체 소통하고, 앰플(20)로부터의 캐리어 가스 및/또는 화학 전구체의 유동이 배기 라인(포어라인)으로 지향될 수 있게 하며, 배기 라인(포어라인)은 프로세싱 챔버(70)를 바이패싱한다. 일부 실시예들에서, 제 3 출구 밸브(80)는 출구 라인(40)과 유체 소통하는 바이패스 라인(50)의 하류에 배치된다. 이러한 구성은, 앰플(20)이 존재하지 않을 때, 가스가 포어라인으로 지향될 수 있도록 한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 제 3 출구 밸브(80)는 바이패스 라인(50)의 상류에 배치되어, 출구 라인(40)과 유체 소통한다.
일부 실시예들에서, 입구 라인(30)은, 앰플(20)이 존재할 때, 앰플(20)의 상류에 배치된 배기 라인(90)을 포함한다. 배기 라인은 배기 라인과 유체 소통하는 배기 디바이스(91)를 포함한다. 일부 실시예들의 배기 디바이스(91)는 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 배압 제어기이다(도 3 참조). 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 배기 디바이스(91)는 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 수동 오리피스를 포함한다(도 4 참조).
도 2에 도시된 구성에서, 제어기(150)는 중앙 처리 장치(CPU)(152), 메모리(154) 및 지원 회로들(156)을 포함한다. 중앙 처리 장치(152)는, 서브 프로세서들과 다양한 챔버들을 제어하기 위해 산업 분야에 이용될 수 있는 컴퓨터 프로세서의 임의의 형태 중 하나일 수 있다. 메모리(154)는 CPU(152)에 커플링되고, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플래시 메모리, 컴팩트 디스크, 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 스토리지와 같은, 쉽게 입수할 수 있는 메모리 중 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 지원 회로들(156)은 통상의 방식으로 CPU(152)를 지원하기 위해 CPU(152)에 커플링된다. 이 회로들은 캐시, 전력 공급 장치들, 클록 회로들, 입력/출력 회로, 및 서브 시스템들 등을 포함한다.
유체 전달 회로(136)는, 일반적으로, 프로세싱 챔버(106)의 작동을 위해 필요한 경우, 캐리어 가스 소스(105), 앰플(100) 및 프로세싱 챔버(106)를 유체적으로 커플링하도록 의도된다. 캐리어 가스 소스(105)는 로컬 용기, 원격 용기, 또는 설비를 통해 캐리어 가스를 공급하는 집중화된 설비 소스(예컨대, 옥내(in-house) 가스 공급원)일 수 있다. 캐리어 가스 소스(105)는 통상적으로 캐리어 가스, 예컨대, 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 조합들을 공급한다. 퍼지 액체와 같은 특수한 퍼지 유체들의 사용이 필요한 경우, 유체 전달 회로(136)에 추가적인 퍼지 유체 소스들(도시되지 않음)이 또한 유체적으로 커플링될 수 있다. 유체 전달 회로(136)는 통상적으로 캐리어 가스 소스(105)와 접합부(130) 사이에 배치되어 유체 전달 회로(136)를 통과하는 캐리어 가스 또는 다른 유체들의 유량(flow rate)을 조절하도록 이루어진 유동 제어기(120)를 포함한다. 유동 제어기(120)는 비례 밸브, 조절 밸브, 니들 밸브, 조절기, 질량 유량 제어기(MFC) 등일 수 있다. 접합부(130)는 유체 전달 회로(136)를 가스 발생 라인(138)과 바이패스 라인(140)으로 분리한다. 접합부(132)는 가스 발생 라인(138)과 바이패스 라인(140)을 프로세싱 챔버(106)에 연결하기 전에 재결합한다.
가스 발생 라인(138)은 앰플 입구 구간(138a), 앰플 출구 구간(138b), 밸브들(108, 110, 112), 센서들(126, 128), 연결해제 피팅들(disconnect fittings)(162, 163), 및 히터(122)를 포함한다. 앰플 입구 구간(138a)은 앰플(100)의 입구를 캐리어 가스 소스(105)와 바이패스 라인(140)에 유체적으로 커플링한다. 앰플 출구 구간(138b)은 앰플 조립체(100)의 출구를 프로세싱 챔버(106)와 바이패스 라인(140)에 유체적으로 커플링한다. 밸브들(108, 110, 및 112)은 통상적으로 원격으로 제어가능한 차단 밸브들이며, 유체 전달 회로(136) 내에서 유체들의 유동을 전환시키는(divert) 역할을 하고 그리고/또는 센서들(126, 128), 히터(122) 및 앰플 조립체(100)를 포함하는 격리된 구성 요소의 제거, 교체 및/또는 서비스를 용이하게 하기 위해 유체 전달 회로(136) 내의 다양한 구성 요소들을 선택적으로 격리시키는데 사용된다. (바이패스 라인(140)과 관련하여 후술하는) 밸브들(114, 116, 118)과 아울러, 밸브들(108, 110, 112)은 일반적으로 공압적으로 또는 전자적으로 제어되며, 습윤화되는 내부 표면들은 유체 전달 회로(136)에 의해 취급되는 다른 유체들 및 프로세스들과 호환가능한 물질로 제조된다. 통상적으로, 밸브들(108, 110, 112, 114, 116, 및 118)은 제어기(150)로부터의 신호에 따라 작동되어 유체 전달 회로(136)를 통한 가스들의 전달을 조정한다. 가스 발생 라인(138)의 도관에 대향하여 배치된 열전대와 같은 센서들(126, 128)은 일반적으로, 가스 발생 라인(138)을 통해 유동하는 프로세스, 캐리어 및/또는 퍼지 유체의 온도를 검출하도록 이루어진다. 앰플의 출구에 있는 유동 센서(127)는 챔버로 전달되는 유량(flux)을 결정하기 위해 사용된다.
바이패스 라인(140)은 일반적으로 밸브들(114, 116)과 히터(124)를 포함하고, 가스 발생 라인(138)이나 앰플 조립체(100)를 사용하지 않으면서, 프로세싱 챔버(106)와 캐리어 가스 소스(105)를 유체적으로 커플링하는 역할을 한다. 밸브(118)는 일반적으로 접합부(132)와 프로세싱 챔버(106) 사이에 커플링되며, 유체 전달 회로(136)로부터 프로세싱 챔버(106)를 격리시키기 위해 사용될 수 있다. 히터들(122, 124)은 가스 발생 라인(138)과 바이패스 라인(140)을 각각 통해서 유동하는, 캐리어 가스와 같은 유체의 유동을 가열하도록 구성된 저항 가열 요소들 또는 다른 열원들이다.
앰플 조립체(100)는 일반적으로 앰플 또는 본체(170), 입구 라인(164), 출구 라인(165), 연결해제 피팅들(162b, 163b), 및 입구 라인(164, 165)에 각각 배치된 수동 차단 밸브들, 수동 밸브들(160, 161)을 포함한다. 불용 구간 도관 세그먼트(dead leg conduit segment; 171b)가 수동 밸브(160)와 연결해제 피팅(162) 사이의 입구 라인(164)에 배치되고, 불용 구간 도관 세그먼트(172b)가 수동 밸브(161)와 연결해제 피팅(163) 사이의 출구 라인(165)에 배치된다. 또한, 앰플 조립체(100)는, 화학 전구체들을 저장, 전송 및 분배하기 위해 설계되어 사용되는 용기들을 설명하기 위해, 버블러, 캐니스터 및 당업계에 공지된 다른 용어들로 호칭될 수 있다. 입구 라인(164)은 연결해제 피팅(162)에서 앰플 입구 구간(138a)에 커플링되며, 출구 라인(165)은 연결해제 피팅(163)에서 앰플 출구 구간(138b)에 커플링된다. 연결해제 피팅들(162, 163)은, 통상적으로, 가스 발생 라인(138)과 그 구성 부분들과 같은 가스 패널(104)의 모든 다른 구성 요소들을 제 위치에 유지하면서, 가스 패널(104)에서 앰플 조립체(100)의 제거 및 교체를 용이하게 하도록 구성된다. 이를 위해, 연결해제 피팅들(162, 163)은, 통상적으로, 메이팅(mating) 연결해제 피팅들(162a, 162b 및 163a, 163b)을 각각 포함하며, 연결해제 피팅들(162b, 163b)은 앰플 조립체(100)에 속하고, 대응하는 연결해제 피팅들(162a, 163a)은 유체 전달 회로(136)에 포함된다. 적용예에 따라, 연결해제 피팅들(162a, 162b 및 163a, 163b)은 신속 연결해제형 피팅들, VCR 피팅들과 같은 재밀봉가능한 진공 밀봉 피팅들, 또는 다른 적당한 연결해제 피팅들일 수 있다.
앰플 조립체(100)는 다양한 크기들과 형태들을 가질 수 있다. 앰플 조립체(100)는 약 0.5 L 내지 약 10 L 범위, 더 전형적으로는, 약 1.2 L 내지 약 4 L 범위 이내의 화학 전구체 용적 용량을 가질 수 있다. 일례로, 앰플 조립체(100)는 약 2.5 L의 화학 전구체 용적 용량을 갖는다. 앰플 조립체(100) 내에 있을 수 있는 화학 전구체들은, 바람직하게는, 미리 정해진 온도들 및/또는 압력들에서 액체 또는 유체와 같은 상태인, 액체, 고체 및 가스 전구체들을 포함한다. 예컨대, 화학 전구체는 실온에서는 고체 상태로 존재할 수 있지만, 앰플 내에서 미리 정해진 온도로 가열되는 경우 액체 상태로 용융된다. 다른 예에서, 대부분의 화학 전구체는 앰플 내에서 고체 상태로 남을 수 있지만, 프로세싱 동안에 승온된 온도로 가열됨으로써, 소량의 고체 전구체가 증기로 직접 승화하게 된다. 다른 예에서, 화학 전구체는 대기압에서 가스 상태로 존재할 수 있지만, 앰플 내에서 미리 정해진 압력으로 가압되는 경우 액체 상태로 응축된다.
프로세싱 동안에, 캐리어 가스는 캐리어 가스 소스(105)로부터 유체 전달 회로(136)를 통해 앰플 조립체(100)로 유동한다. 캐리어 가스가 히터(122)에 의해 가열될 수 있거나, 앰플 조립체(100)가 원하는 온도로 가열될 수 있거나, 일부 적용예에서, 캐리어 가스와 앰플 조립체(100)가 모두 가열될 수 있다. 프로세싱 동안에, 밸브들(114 및 116)이 폐쇄되어, 모든 캐리어 가스 유동을 가스 발생 라인(138)과 앰플 조립체(100)를 통해 프로세싱 챔버(106)로 지향시킬 수 있다.
앰플 조립체(100)를 제거 및 교체하기 전에 실시되는 초기 펌프-퍼지 절차 동안에, 수동 밸브들(160, 161) 또는 공압 밸브들(110, 112)이 폐쇄된다. 이는 본체(170)를 가스 발생 라인(138)으로부터 격리시킨다. 펌프-퍼지 절차의 펌프 다운 세그먼트 동안에, 또한 캐리어 가스 소스(105)는, 캐리어 가스 소스(105)와 유체 전달 회로(136) 사이에 배치된 차단 밸브(도시되지 않음)에 의해 유체 전달 회로(136)로부터 격리된다. 통상적으로, 앰플 조립체(100)의 불용 구간 도관 세그먼트들(171b, 172b)과 유체 전달 회로(136)를 펌프 다운하기 위해 프로세싱 챔버(106)의 진공 소스가 사용된다. 대안적으로, 유체 전달 회로(136)에 유체적으로 커플링된 진공 펌프와 같은 전용 진공 소스가 사용될 수 있다. 어느 경우에나, 진공 소스로부터 격리되지 않은 유체 전달 회로(136)의 모든 구성 요소들은, 가스 패널(104)에서 필요한 밸브들을 개방함으로써, 원하는 진공 레벨, 예컨대, 저(rough)진공, 중(medium)진공, 또는 고(high)진공으로 펌프 다운된다. 예컨대, 프로세싱 챔버(106)의 진공 소스가 유체 전달 회로(136)의 펌프 다운을 위해 사용되는 경우, 밸브(118)가 개방되어 프로세싱 챔버(106)를 유체 전달 회로(136)에 유체적으로 커플링하고, 밸브들(114 및 116)이 개방됨으로써 바이패스 라인(140)이 앰플 입구 구간(138a)을 진공에 유체적으로 커플링하며, 밸브들(110 및 112)이 개방되어 도관 세그먼트들(171, 172)과 불용 구간 도관 세그먼트들(171b, 172b)을 진공에 유체적으로 커플링한다. 펌프 다운 세그먼트 동안에 목표화된 원하는 진공 레벨은 각각의 특정 CVD 또는 ALD 적용예에 따라 좌우되며, 이 진공 레벨은 전구체들의 증기압, 제거되는 다른 잔여물들 및 유체 전달 라인의 길이와 같은 변수들의 함수이다. 일 실시예에서, 퍼징되지 않은 유체 전달 라인들이 존재함에도 불구하고, 앰플 조립체(100)의 수동 밸브들(160, 161)을 폐쇄하기 위해, 사람이 가스 패널(104)에 들어갈 수 있다.
펌프-퍼지 절차의 퍼지 세그먼트에서, 캐리어 가스 소스(105)와 같은 퍼지 유체 소스가 유체 전달 회로(136)에 유체적으로 커플링되며, 원하는 퍼지 유체가 그 내부로 도입된다. 원하는 퍼지 유체는 불활성 가스 또는 다른 캐리어 가스와 같은 가스, 또는 테트라히드로푸란(THF) 또는 트리글림 또는 옥탄과 같은 용매들을 포함한 액체일 수 있다. 퍼지 유체의 조성은 종종 하나 또는 둘 이상의 액체 용매 퍼지들을 필요로 하는 저증기압 액체들, 고체 입자들, 및 퍼징될 화학 잔여물들의 화학적 구성(chemical make-up) 및 물리적 상태에 따라 좌우된다. 게다가, 또한, 퍼지 유체는 히터들(122, 124)에 의해 또는 유체 전달 회로(136)로 도입되기 전에 원하지 않는 화학 잔여물의 제거를 돕기 위해 퍼지 세그먼트 동안에 가열될 수 있다. 일례로, 프로세싱 챔버(106)와 같은 진공 소스는 퍼지 세그먼트 동안에 유체 전달 회로(136)로부터 격리될 수 있으며, 또는 퍼지 세그먼트 전체에 걸쳐 퍼지 유체를 연속적으로 제거하기 위해 유체 전달 회로에 유체적으로 커플링될 수 있다. 퍼지 유체의 활성 유동은 퍼지 절차 동안에 바이패스 라인(140)을 따라 주로 발생할 수 있다. 앰플 입구 구간(138a)과 앰플 출구 구간(138b)으로의 퍼지 유체의 유일한 활성 유동은, 유체 전달 회로의 이 두 섹션들이 퍼지 세그먼트의 시작시에 퍼지 유체로 백-필될 때(back-filled) 발생한다. 따라서, 앰플 입구 구간(138a)과 앰플 출구 구간(138b)은 상당한 길이의 광범위한 불용 구간의 역할을 하며, 잠재적으로 다수의 유동 제한 엘보우들을 포함한다. 또한, 앰플 교체시 대기에 노출될 유체 전달 회로(136)의 영역들, 즉, 도관 세그먼트들(171, 172)과 불용 구간 도관 세그먼트들(171b, 172b)이 오염될 가능성이 있으며, 준비하는 과정에서 철저하게 퍼징될 수 있다. 그러나, 도관 세그먼트들(171, 172)과 불용 구간 도관 세그먼트들(171b, 172b)은 상술한 불용 구간의 원위 단부들에 배치되며, 효과적으로 퍼징하기 어려운 유체 전달 회로(136)의 영역들이다.
제거 동안에, 유체 전달 회로(136)로부터 도관 세그먼트들(171, 172)을 유체적으로 격리하기 위해 밸브들(110 및 112)이 폐쇄되고, 앰플 조립체(100)의 제거가 가능하도록 연결해제 피팅들(162, 163)이 분리되는데, 여기에서 앰플 조립체(100)에 속한 메이팅 연결해제 피팅들(162b, 163b)은 앰플 조립체(100)와 함께 제거된다. 전술한 바와 같이, 앰플 차단 밸브들, 즉, 수동 밸브들(160, 161)은, 앰플 조립체(100) 내에 수용된 전구체 화학 물질들에 장기간 노출된 후, 항상 완전하게 누설 밀봉될 수는 없다는 것이 당업계에 공지되어 있다. 입구 라인(164)과 출구 라인(165)에서 앰플 조립체(100)를 위해 단일의 격리 지점이 사용되기 때문에, 즉, 수동 밸브들(160, 161)이 각각 사용되기 때문에, 가스 패널(104)로부터 소진된 앰플을 제거하는 동안 앰플 조립체(100) 내외로 누설될 가능성이 있다. 갓-충전된(freshly-charged) 앰플은 연결해제 피팅들(162, 163)에서 유체 전달 회로(136)에 재연결된다.
새로운 앰플 조립체(100)를 설치한 후, 앰플 제거/교체 동안에 파손된 어떤 유체 전달 연결 지점들 또는 다른 시일들에 대해 누설 검사가 실시되며, 이 예에서는 연결해제 피팅들(162, 163)에 대해 누설 검사가 실시된다. 누설 검사는 오염 물질들이 유체 전달 회로(136)로 인출되지 않고, 독성 화학 전구체들이 프로세싱 동안에 앰플 조립체(100) 밖으로 누설되지 않도록 보장한다. 연결해제 피팅들(162, 163) 중 어느 하나가 진공 밀봉되지 않으면, 앰플 조립체(100)의 화학적 내용물들과 불용 구간 도관 세그먼트들(171b, 172b)로 누설되었을 수 있는 어떤 오염 물질들 간에 오직 하나의 격리 지점이 존재하게 된다.
도 3은 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따른 가스 전달 시스템(202)을 도시한다. 앰플(200)은 앰플(200)의 상부 또는 앰플(200)의 측부들에 일련의 밸브들(260, 261)을 갖는다. 밸브들(260, 261)은 앰플(200) 밖으로 그리고 프로세스 반응기 내로 전구체 증기의 이동을 용이하게 한다. 입구 밸브(260)는 불활성 캐리어/푸시 가스의 앰플(200)로의 유동을 제어하고, 출구 밸브(261)는 전구체 증기를 제어한다. 상술한 밸브들은 공압 밸브들 및 수동 밸브들을 포함하여 임의의 적당한 밸브 기구일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공압 밸브로 상술한 밸브는 다른 유형들의 밸브들로 대체될 수 있으며, 특정 밸브 기구들에 대한 설명이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 당업자라면 이해할 것이다.
입구 밸브(260)의 상류에 바이패스 라인(240)이 배치된다. 바이패스 라인(240)은 입구 밸브(260)의 상류와 앰플(200)의 출구 밸브(261)의 하류를 연결한다. 캐리어 가스의 유동을 제어하고 캐리어 가스가 앰플(200)을 바이패싱할 수 있도록 하는 바이패스 밸브(262)가 바이패스 라인(240)을 따라 배치된다. 바이패스 밸브(262)는 사용자가 캐리어 가스를 앰플(200)로 유동시키지 않으면서 출구 밸브(261)를 퍼징할 수 있게 한다. 바이패스 밸브(262)는, 앰플(200)을 제거하기 전에, 앰플(200)의 하류에 배치된 출구 라인(265)이 비어 있는지 확인하는 데 도움이 된다. 입구 밸브(260)의 상류와 출구 밸브(261)의 하류에 바로 인접하여 수동 밸브들(도시되지 않음)이 배치된다. 이 수동 밸브들은 앰플(200)을 격리하는 이차 수단을 제공한다. 즉, 앰플(200)은 입구 도관(260a)과 출구 도관(261a)을 포함할 수 있으며, 바이패스 라인(240)은, 입구 도관(260a)과 출구 도관(261a)을 유체 연결하는, 원격으로 제어되는 바이패스 밸브(262)를 포함한다.
출구 밸브(261), 바이패스 라인(240) 및 수동 밸브(도시되지 않음)의 하류에는 1개의 입구와 2개의 출구들을 갖는 삼방향 밸브(218)가 배치된다. 삼방향 밸브(218)의 출구들 중 하나는 유동을 프로세싱 챔버(206)를 향하여 지향시키고, 다른 출구는 유동을 포어라인으로 지향시켜서 챔버(206)를 바이패싱한다.
도 3에 도시된 실시예는 삼방향 밸브(218)와 챔버(206) 사이에 제 2 삼방향 밸브(219)를 포함한다. 제 2 삼방향 밸브(219)는 퍼지 가스(예컨대, 질소)를 유동시키는 데 사용될 수 있는 퍼지 라인(280)에 연결된다. 퍼지 가스는 앰플(200) 밖으로 증기를 신속하게 인출하기 위한 희석 가스 및 벤츄리(Venturi)로서 사용될 수 있다. 퍼지 라인(280) 상의 삼방향 밸브(219)의 상류에는, 앰플(200)이 순수 증기 인출 모드로 사용될 수 있도록, 퍼지 라인(280)을 격리시키는 데 사용되는 밸브(281)가 배치된다. 입구 라인(238) 상의 밸브(260)의 상류에는 앰플(200) 주변의 라인들을 펌핑 및 퍼징하는 데 사용되는 밸브(264)가 배치된다. 퍼지 라인(280) 상의 밸브(281)와 입구 라인(238) 상의 밸브(264) 중 하나 또는 양쪽 모두의 상류에는 가스 히터들(222, 224)이 배치되며, 이 가스 히터들은 개별 라인을 통해 유동하는 가스의 온도를 승온하여 전구체가 라인들 내에서 응축되지 않도록 하는 데 사용된다.
입구 라인(238) 상의 제 1 히터(224)의 더 상류에는 배압 제어기(290)를 포함한 배기 라인(289)이 배치된다. 배압 제어기(290)의 목적은 입구 라인(238) 내의 가스가 앰플(200)로 유동되기 전에 압력이 안정화될 수 있도록 하는 것이다. 이는 손상을 유발하거나 예측불가한 전구체 농축을 초래할 수 있는 앰플(200)에 대한 급격한 압력 증가를 방지하는 데 도움이 될 수 있으며, 전구체의 혼입을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 임의의 특정 작동 이론에 얽매이지 않고, 유동에 대한 설정점이 있을 때, MFC의 하류에 배치된 격리 밸브(291) 및 질량 유량 제어기(도시되지 않음)가 개방되면, 약간의 압력 급등이 앰플(200)에 들어간다. 이러한 급등을 완화하기 위해, 가스는 배압 조절기(290)로 유동하고, 이어서 포어라인으로 유동한다. 배압 조절기(290)는 이 가스의 압력을 설정하여 특정 압력으로 유지되도록 하는 데 사용된다.
도 3의 실시예는 압력계들(227, 228)이 포함된 폐루프 구성에서 사용될 수 있다. 폐루프 구성은, 앰플(200)로 캐리어 가스가 도입될 때, 입구 라인(238) 내의 캐리어 가스의 압력이 앰플(200)의 압력과 일치할 수 있게 할 것이다. 프로세싱 후에, 앰플의 임의의 변동들이 포착될 것이며, 그에 따라 배압이 설정될 것이다. 또한 캐리어 가스를 전환시키는 것은, 유동을 안정화시키기 위해 전구체를 폐기할 필요를 없앤다.
앰플(200)을 감압하기 위해 앰플(200) 덮개 또는 측벽들 상의 격리 밸브(295)를 구비한 제 3 포트가 사용될 수 있다. 이 포트의 목적은 사용자가 앰플(200) 내의 압력을 작동 설정점으로 완화할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 특징은 전달 라인 내의 전구체가 챔버로 혼입될 가능성을 완화하고 버핑(burping) 프로세스로부터 발생된 입자들을 제거하는 데 도움이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는, 밸브(264)가 제거되었고, 배압 제어기(290)가 수동으로 조정가능한 오리피스(293)로 대체되었다. 수동으로 조정가능한 오리피스(293)는 배압 제어기(290)와 유사한 효과를 가지며, 배압 제어기는 피드백 제어를 갖는다. 밸브(264)의 위치는 도 3에 도시된 바와 같이 가스 히터(224)의 하류이거나, 도 4에 밸브(294)로 도시된 바와 같이 가스 히터의 상류일 수 있다. 압력 제어기의 압력 설정점은 퍼지 라인(280) 상의 밸브(281)로부터 삼방향 밸브(219)를 통해 나오는 퍼지 가스에 의해 결정된다. 설정점 압력은 벤츄리 효과에 따라 퍼지 가스보다 낮거나 높을 수 있다.
도 5는 도 3 및 도 4와 유사한 메커니즘을 도시하지만, 액체 증기 전달 시스템에 유용하도록 변형되어 있다. 도 5의 실시예들에서, 제어기들(493, 494)은 도 4의 밸브들(293, 294)의 기능과 유사한 기능을 제공하고, 여기에서 캐리어 가스의 유동은 앰플(400)의 상류에서 전환될 수 있다. 격리 밸브(496)는 챔버(206)로 들어가기 전의 가스 유동들을 밸브(208)로부터 격리시키는 역할을 한다.
도 5의 액체 전달 시스템에 있어서, TiCl4, TMA 또는 SiCl4와 같은 일부 전구체들의 증기압이 더 높은 경우, 앰플(400) 하류에서 압력 안정화가 중요할 수 있다. 따라서, 수동으로 조정가능한 오리피스(460) 또는 압력 제어기가 펄싱 밸브(260)의 상류에 직접 배치되며, 앰플(400) 내의 압력을 유지하는 데 사용된다. 조정가능한 오리피스(460)는 펄싱 밸브(260)와 오리피스(460) 사이에 있는 임의의 불용 용적을 제거하기 위해 펄싱 밸브(260)에 근접하여 배치되어야 한다. 액체 하드웨어에 대한 설정은 고체의 경우와 동일하다. 고체 전달을 위하여, 전달 라인 내의 압력은 퍼지 가스의 압력에 의해 조절된다. 액체 전달을 위하여, 전달 시스템 내의 압력을 더 조절하기 위해 니들 밸브들이 사용된다. 니들 밸브(496)는 챔버(206)로의 유동을 제어하고, 니들 밸브(498)는 배기부(207)로의 유동을 제어한다.
일부 실시예들에서, 도 3을 다시 참조하면, 앰플(200)은 격리 밸브(251)를 구비한 추가적인 도관(250)을 더 포함한다. 이러한 추가적인 도관(250)과 격리 밸브(251)는 He와 같은 불활성 가스로 전구체 앰플의 일부 또는 모든 구성 요소들을 충전하거나 또는 백-필하기 위해 사용될 수 있다. 앰플(200)은 오염 물질들이 앰플(200)로 들어가는 것을 방지하기 위해 대기압을 초과하는 압력으로 불활성 가스로 충전될 수 있다. 또한 앰플(200)은 하나 또는 둘 이상의 열전도성 코팅 층들을 통해 그 내용물을 더 균일하게 가열할 수 있는 가열 기구(도시되지 않음) 내에 봉입될 수 있다.
화학적 호환성과 기계적 강도 때문에, 본체(170)는 통상적으로 316 스테인리스 스틸(316 SST)과 같은 스테인리스 스틸로 제조된다. 다양한 유형들의 화학 전구체들, 예컨대, 반응성이 높은 물질들이 본체(170) 내에 저장될 수 있기 때문에, 본체(170)의 물질은 화학적으로 상당히 불활성이어야 한다. 상당한 기계적 강도가 앰플 조립체(100)의 본체(170)를 위한 바람직한 특성이 된다. 일부 실시예들에서, 본체(170)는 프로세스들 동안에 대기압보다 낮은 압력에서 작동할 수 있으며, 운반과 저장을 위해 대기압을 초과하도록 가압될 수 있다. 따라서, 본체(170)는 진공 챔버나 압력 용기로서 사용될 때 독성 화학 전구체를 위한 신뢰할 수 있는 수용 용기로서의 역할을 하여야 한다.
316 SST는 열전도율이 불량한 매체이기 때문에, 사용 동안에 본체(100) 내부에서 바람직하지 않은 열 구배들이 나타날 수 있다. 예컨대, 액체 화학 전구체가 본체(100) 내부에 수용되는 경우, 액체 전구체가 소진됨에 따라 본체(100)의 더 많은 용적이 증기로 채워지며, 본체(100)의 불량한 열전도율은 앰플 수명의 후반부에서 액체 전구체 내부에 불균일한 가열(예컨대, 핫 스팟들)을 초래할 수 있다. 본체(100)가 고체 화학 전구체를 수용하는 경우와 같은 다른 예에서, 본체(100)의 불량한 열전도율은 앰플 수명 전체에 걸쳐 핫 스팟들을 생성할 수 있다. 어느 경우에나, CVD 프로세스 또는 ALD 프로세스는 이러한 온도 불균일들에 의해 영향을 받을 수 있다.
프로세스 가스들을 형성하기 위해 사용될 수 있는 고체 화학 전구체들은 펜타키스(디메틸아미도)탄탈륨(PDMAT; Ta(NMe2)5), 펜타키스(디에틸아미도)테르티아리아미리미도-트리스(디메틸아미도)탄탈륨(TAIMATA,(tAmylN)Ta(NMe2)3)과 같은 탄탈륨 전구체들을 포함하며, 여기서, tAmyl은 테르티아리아밀기(C5H11 또는 -CH3CH2C(CH3)2-) 또는 그 유도체들이다. 일 실시예에서, PDMAT는 낮은 할로겐 함량(예컨대, Cl, F, l 또는 Br)을 갖는다. PDMAT는 약 100 ppm 미만의 할로겐 농도를 가질 수 있다. 예컨대, PDMAT는 약 100 ppm 미만, 바람직하게는, 약 20 ppm 미만, 더 바람직하게는, 약 5 ppm 미만, 그리고, 더 바람직하게는, 약 1 ppm 미만, 예컨대, 약 100 ppb 또는 그 미만의 염소 농도를 가질 수 있다.
승화 프로세스를 통해 프로세스 가스들을 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 고체 화학 전구체들은 하프늄 테트라클로라이드(HfCl4), 제논 디플루오라이드, 니켈 카르보닐, 및 텅스텐 헥사카르보닐 또는 이들의 유도체들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 본원에 개시된 앰플들 내에서 프로세스 가스들을 형성하기 위해 액체 화학 전구체들이 증발될 수 있다. 프로세스 가스들을 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 화학 전구체들은 텅스텐 헥사플루오라이드(WF6)와 같은 텡스텐 전구체들, 탄탈륨(PDEAT; Ta(NEt2)5), 펜타키스(메틸에틸아미도)탄탈륨(PMEAT; Ta(NMeEt)5), 테르트부틸이미노트리스(디메틸아미노)탄탈륨(TBTDMT, tBuNTa(NMe2)3), 테르트부틸이미노트리스(디에틸아미노)탄탈륨(TBTDET, tBuNTa(NEt2)3), 테르트부틸이미노트리스(메틸에틸아미노)탄탈륨(TBTMET, tBuNTa(NMeEt)3) 또는 이들의 유도체들과 같은 탄탈륨 전구체들, 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4), 테트라키스(디메틸아미노)티타늄(TDMAT,(Me2N)4Ti)), 테트라키스(디에틸아미노)티타늄(TEMAT, (Et2N)4Ti)) 또는 이들의 유도체들과 같은 티타늄 전구체들, 비스(에틸시클로펜타디에닐)루테늄((EtCp)2Ru)과 같은 루테늄 전구체들, 테트라키스(디메틸아미노)하프늄(TDMAH, (Me2N)4Hf)), 테트라키스(디에틸아미노)하프늄(TDEAH, (Et2N)4Hf)), 테트라키스(메틸에틸아미노)하프늄(TMEAH, (MeEtN)4Hf)) 또는 이들의 유도체들과 같은 하프늄 전구체들, 및 1-메틸파이로리드라진:알란(MPA, MeC4H3N:AlH3), 피리딘:알란(C4H4N:AlH3), 알킬아민 알란 착체들(예컨대, 트리메틸아민:알란(Me3N:AlH3), 트리에틸아민:알란(Et3N: AlH3), 디메틸에틸아민:알란(Me2EtN:AlH3)), 트리메틸알루미늄(TMA, Me3Al), 트리에틸알루미늄(TEA, Et3l), 트리부틸알루미늄(Bu3Al), 디메틸알루미늄 클로라이드(Me2AlCl), 디에틸알루미늄 클로라이드(Et2AlCl), 디부틸알루미늄 하이드라이드(Bu2AlH), 디부틸알루미늄 클로라이드(Bu2AlCl) 또는 이들의 유도체들과 같은 알루미늄 전구체들을 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 전구체는 하프늄 테트라클로라이드이다.
퍼지 가스는 당업계에 공지된 임의의 적당한 퍼지 기체일 수 있다. 적당한 퍼지 가스들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤 및 제논을 포함한다. 일부 실시예들에서, 퍼지 가스는 질소이다.
본원에서는 특정 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이 실시예들은 본 발명의 원리들과 적용예들을 단지 예시하고 있음을 이해하여야 한다. 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 방법 및 장치에 대한 다양한 변형들 및 변경들이 이루어질 수 있음이 당업자들에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 내에 속하는 변형들 및 변경들과 그들의 등가물들을 포함하도록 의도된다.
Claims (15)
- 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치로서,
캐리어 가스와 유체 소통하며, 앰플에 대한 캐리어 가스의 흐름을 제어하는 앰플 입구 밸브를 가진 입구 라인;
앰플을 빠져나가는 전구체 증기와 캐리어 가스의 흐름을 제어하는 출구 밸브를 가진 출구 라인;
상기 앰플 출구 밸브의 하류에 배치되고, 캐리어 가스를 앰플로 흐르게 하지 않고, 캐리어 가스가 입구 라인으로부터 흘러 출구 라인을 퍼징할 수 있도록 하는 바이패스 밸브;
퍼지 가스가 프로세싱 챔버로 흐르도록 당해 퍼지 라인과 유체 소통하는 제 2 출구 밸브를 포함하는 퍼지 라인; 및
화학 전구체가 앰플로부터 프로세싱 챔버를 우회하여 포어라인으로 흐르게 하는 제 3 출구 밸브를 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 바이패스 밸브는 앰플 입구 밸브의 상류에 배치되는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 출구 밸브는 퍼지 라인과 유체 소통하는 제 1 입력부와, 출구 라인과 유체 소통하는 제 2 입력부를 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 밸브는 출구 라인으로부터의 흐름만, 또는 퍼지 라인으로부터의 흐름만, 또는 퍼지 라인과 출구 라인으로부터의 흐름들의 혼합 흐름을 프로세싱 챔버로 전달할 수 있는 삼방향 밸브인,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
내부 체적을 형성하는 상부, 하부 및 본체를 가진 앰플을 더 포함하며, 상기 앰플은 입구 도관과 출구 도관을 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 앰플은 격리 밸브를 구비한 적어도 하나의 추가적인 도관을 더 포함하며, 상기 추가적인 도관은 앰플의 내부와 유체 소통하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입구 라인과 상기 퍼지 라인 중 하나 이상은 히터를 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 7 항에 있어서,
각각의 히터의 상류에 배치된 압력계를 더 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입구 라인은 앰플의 상류에 배치된 배기 라인을 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치로서,
제 1 히터 및 제 1 밸브를 포함하며, 앰플의 입구 도관에 연결되도록 구성된 입구 라인;
제 1 삼방향 밸브 및 제 2 삼방향 밸브를 포함하는 출구 라인으로서, 상기 제 1 삼방향 밸브는 1개의 입구와 2개의 출구들을 가지며, 2개의 출구들 중 하나는 배기관에 연결되고, 다른 출구는 제 2 삼방향 밸브와 유체 소통하며, 상기 제 2 삼방향 밸브는 2개의 입구들과 1개의 출구를 갖고, 제 1 입구는 제 1 삼방향 밸브의 출구와 유체 소통하며, 제 2 입구는 퍼지 라인과 유체 소통하고, 상기 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 앰플의 출구 도관에 연결되도록 구성된, 출구 라인;
제 2 히터 및 제 2 밸브를 포함하며, 제 2 삼방향 밸브의 하나의 입구와 유체 소통하는 퍼지 라인; 및
바이패스 밸브를 포함하는 바이패스 라인으로서, 상기 제 1 히터 및 제 1 밸브의 하류에 배치된 입구 라인 및 상기 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 출구 라인과 유체 소통하고, 가스가 앰플을 통과하지 않고 입구 라인으로부터 출구 라인으로 흐를 수 있도록 구성된, 바이패스 라인을 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 히터는 제 2 밸브의 상류에 배치되어 제 2 밸브와 유체 소통하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 히터의 상류에 배치되어 입구 라인과 유체 소통하는 배기 라인을 더 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 9 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 배기 라인은 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 배압 제어기를 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 제 9 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 배기 라인은 격리 밸브의 상류에 배치되어 격리 밸브와 유체 소통하는 수동 오리피스를 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치. - 화학 전구체를 발생시키기 위한 장치로서,
제 1 밸브의 상류에 배치되어 제 1 밸브와 유체 소통하는 제 1 히터를 포함하며, 앰플의 입구 도관에 연결되도록 구성된 입구 라인;
제 1 삼방향 밸브 및 제 2 삼방향 밸브를 포함하는 출구 라인으로서, 상기 제 1 삼방향 밸브는 1개의 입구와 2개의 출구들을 가지며, 2개의 출구들 중 하나는 배기관에 연결되고, 다른 출구는 제 2 삼방향 밸브와 유체 소통하고, 상기 제 2 삼방향 밸브는 2개의 입구들과 1개의 출구를 가지며, 제 1 입구는 제 1 삼방향 밸브의 출구와 유체 소통하고, 제 2 입구는 퍼지 라인과 유체 소통하며, 상기 출구 라인은 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 앰플의 출구 도관에 연결되도록 구성된, 출구 라인;
제 2 히터 및 제 2 밸브를 포함하며, 제 2 삼방향 밸브의 하나의 입구와 유체 소통하는 퍼지 라인; 및
바이패스 밸브를 포함하는 바이패스 라인으로서, 상기 제 1 히터 및 제 1 밸브의 하류에 배치된 입구 라인 및 상기 제 1 삼방향 밸브의 상류에 배치된 출구 라인과 유체 소통하고, 가스가 앰플을 통과하지 않고 입구 라인으로부터 출구 라인으로 흐를 수 있도록 구성된, 바이패스 라인을 포함하는,
화학 전구체를 발생시키기 위한 장치.
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