KR20200070318A

KR20200070318A - 박막 제조를 위한 공급원 화학물질의 통합된 합성, 전달 및 처리 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20200070318A
Application number: KR1020207013559A
Authority: KR
Inventors: 베리 씨. 아클스; 알랭 이. 칼로예로스; 에릭 앤서니 로버트슨
Original assignee: 젤리스트 테크놀로지스, 인코퍼레이티드
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2020-06-17
Also published as: WO2019074553A1; JP2020537036A; TW201915214A; EP3695026A1; TWI833697B; US20190112709A1; JP2023085279A; JP7298979B2; KR20230038596A; CN111295462A

Abstract

본 발명은 필름 형성 전구체의 합성, 상기 전구체의 소비 및 기판 상에 박막의 형성을 위한 통합 시스템을 제공한다. 통합 시스템은 원재료 공급원, 원재료 공급원과 커뮤니케이션하는 전구체 합성 챔버, 전구체의 소비가 기판 상에 박막을 형성하는데 제어된 방식으로 전구체 합성 챔버로부터 박막 처리 챔버에 전구체를 공급하기 위해 전구체 합성 챔버와 커뮤니케이션하는 박막 처리 챔버, 박막 처리 챔버 내의 박막 형성 및/또는 전구체 합성 챔버 내의 전구체 합성을 모니터링하는 모니터링 시스템과 전구체 합성, 전구체 소비 및/또는 박막 형성을 제어하는 제어 장치를 포함한다. 전구체 합성 속도는 박막 형성을 위해 전구체 소비 속도와 동기화된다(synchronized).

Description

박막 제조를 위한 공급원 화학물질의 통합된 합성, 전달 및 처리 방법 및 시스템

본 출원은 2017년 10월 12일자로 출원된 미국 가출원(U.S. Provisional Patent Application) No. 62/571,439 에 대한 우선권을 주장하며, 가출원은 본 출원에 참조로 포함된다.

본 발명은, 예를 들어 증착, 에칭 및 패터닝을 포함하는, 박막 제조에서 공급원 화학 물질을 합성, 운송 및 전달, 및 처리하는 방법 및 통합 시스템을 포함한다.

집적 회로 (IC) 장치 및 미세전자기계시스템(MEMS)를 포함하는 다수의 산업 분야에서, 화학 기상증착(CVD), 원자층 증착 (ALD), 액상 플레이팅, 에칭(원자층 에칭 그리고 부분 및 완전한 재료의 제거 공정을 포함한다), 주입(예를 들어, 이온 주입), 패터닝(즉, 실리콘 기재 상의 트랜지스터 패턴과 같은 이미 증착된 층에 미리 정의된 구조를 형성)을 포함하면서 이에 제한되지 않은 종래의 박막 제조 방법론은, 주로 다음과 같은 5 단계를 포함한다: (1) 화학 제조 공장과 같은 제 1 위치에서 전구체를 제조 또는 합성한다; (2) 그 후 소비자에게 배송될 준비가 될 때까지 전구체를 누출 및 유출-방지 맞춤형 용기(leakage and spill-proof customized vessels) 또는 맞춤형 보관 시설에 저장한다; (3) 그리고 나서 전구체를 누출 및 유출-방지 맞춤형 용기 또는 맞춤형 보관 시설에서 육상, 항공 또는 해상을 통해 제 2 위치, 일반적으로 소비자의 산업 공장으로 운송하고, 여기에서 전구체는 기기 또는 시스템 생산에 사용될 예정이다; (4) 전구체는 사용 준비될 때까지, 누출 및 유출-방지 맞춤형 용기 또는 맞춤형 보관 시설에 보관된 채로 있다; (5) 마지막으로, 전구체는 제 2 위치에서 수행되는 제조 공정에 도입되어, 박막의 성장, 시공 또는 형성에 기기 또는 시스템 제조 기술의 일부로 적용되거나 소비될 수 있다.

그러나, 상기에 언급된 종래의 제조 방법론은 기술의 다양성, 안전, 환경적 및 경제적 비효율성 및 결함으로 고통받고 있다. 종래의 제조 방법론은, 예를 들어 위험한 흡입 독성을 갖거나/갖고 충격-민감성 때문에 불안정한 화학물질을 운반할 수 없거나, 대량 저장의 위험성으로 인해, 또는 사용전에 완전한 상태를 유지시키기 위하여 상당한 냉각이 요구되는 화학물질을 운반할 수 없다는 점에 의해 제약이 된다. 또 다른 주요한 단점은 전구체의 합성과 전구체의 실제 사용 사이에 경과된 불필요하게 연장된 시간대와 긴 지속 시간이다. 이러한 단점은 전구체가 판매되고 소비자가 사용하는 시설에 배송되기 전에, 화학 합성 공장에 값비싼 전구체를 비축하고 보관해야 할 필요성과 관련된 자본 비용 때문에 상당한 재정적 부담을 가져온다. 또한 현재 프로토콜은 전구체가 사용될 때까지 전구체의 완전한 상태를 보존하기 위한 특수 용기를 사용해야 하며, 이는 비용이 추가로 든다. 중복성(Redundancies)은 전구체 합성 및 소비 시설 모두에서 보관 및 운송에 내재되어 있다. 전구체 합성 설비에서 전구체의 합성으로부터 발생된 부산물의 이중 취급, 저장, 처리 및 처분, 및 소비자 시설에서 전구체 소비는 상당한 추가 비용을 발생시킨다. 또한, 시간에 따른 제품 품질의 변화에 대한 우려는 제품이 제조시점으로부터 소비시점까지 목표하는 기술 사양에서 벗어나지 않도록 추가 비용을 발생시킬 수 있다.

항공, 해상 또는 육상에 의한 화학 물질의 운송과 관련된 환경, 안전 및 건강의 위험성과, 예를 들어, 인간의 실수, 품질 관리 실패 및/또는 운송과 취급 단계에서 발생할 수 있는 기타 예상치 못한 사고로 인해 화학 물질의 유출로부터 발생될 수 있는 인간 및 환경에 미치는 파괴적인 영향은, 마찬가지로 중요하다.

이러한 결함 및 단점은 반도체(즉, 컴퓨터 칩)와 이종소자직접회로(hetero-device integrated circuitry (IC))의 산업에서 예시되며, 이러한 종래의 제조 방법 중 다수는 일반적으로 배치, 독립 및 클러스터 툴 제조 또는 프로세싱 장치로 지칭되는 것을 사용한다. 배치 툴 프로세싱(batch tool processing)은 단일 제조 장치에서 동시에 다수의 웨이퍼의 제조 기술을 적용하는 것을 포함한다. 대조적으로, 독립 툴 프로세싱(stand-alone tool processing)은 웨이퍼를 다른 배치, 독립 또는 클러스터 툴 제조 장치로 운송하기 전에, 개별 장치에서 단일 웨이퍼의 제조 기술을 적용하는 것을 포함한다. 반면, 클러스터 툴 프로세싱(cluster tool processing) 은 여러 개의 단일-웨이퍼 프로세싱 챔버와 웨이퍼-처리 로봇을 포함한다.

반도체 제조 국제 심포지엄(International Symposium on Semiconductor Manufacturing (A. Bowling, Int'l. Symposium on Semiconductor Mfg., (June 21-22, 1994, IEEE))에서 공개된 “Single-Wafer Processing And Real-Time Process Control For Semiconductor Integrated Circuit Manufacturing,”라는 제목의 A. Bowling 논문에 기술된 바와 같이, 클러스터 툴 프로세싱은 최근 수년간 다양한 웨이퍼 제조 공정에서 점점 더 많이 사용되고 있다. Applied Materials 에 따르면 1980년대 중반에 단일-웨이퍼 클러스터 툴을 도입한 것은 IC 업계에서 상당히 새로운 제조 장비 방법론이 성공적으로 도입된 마지막 사례이다. 당시 널리 사용되었던 배치 프로세싱 프로토콜의 대부분을 클러스터 툴 기반 제조로 대체함으로써 IC 업계는 다음과 같은 것들이 가능해졌다: 총 공장 비용의 절감; 실시간 진단을 제공하기 위해 컴퓨터-제어 센서를 제조 시설에 내장; 서로 다른 제조 방법을 동시에 구현할 수 있는 다중성의 달성; 신속한 제조 사이클 시간의 보장; 재료 및 생산 공정 혁신을 테스트하기 위해 짧은 루프 제조 사이클(short-loop manufacturing cycles)을 이행; 및 다양한 IC 제품을 동시에 제작하는데 유연성을 실현. 이러한 성과는 예를 들어, Applied Materials' 웹사이트, 및 M.M. Moslehi et al. 와 S.M. George et al.의 논문(M.M. Moslehi et al., “Single-Wafer Integrated Semiconductor Device Processing,” IEEE Transactions on Electron Devices,V. 39, pp. 4-31 (1992); S.M. George, “Atomic Layer Deposition: An Overview,” Chem. Rev., V. 110, pp. 111-131 (2010))에 기재되어 있다.

클러스터 툴 제조 방법론의 수용은 노출 시간, 압력, 온도 및 다른 파라미터를 포함하는 프로세싱 파라미터의 엄격한 통제를 요구하는 순차적 공정(예를 들어 CVD 및 ALD 공정)에 대한 요구사항을 전제로 한다. 예를 들어, 일반적으로 각각의 처리소(예를 들어 증착 챔버)에 공급되는 전구체의 고정된 투입을 갖는 중앙 자동 처리 유닛의 주위에 배치된 다수의 웨이퍼 처리소에서 클러스터 툴이 형성된다. 투입은 일반적으로 가스 또는 휘발성 물질의 안정적인 저장소이다. 1차 증착 챔버에서 처리된 웨이퍼는 지정된 제한 시간 내에 1차 증착 챔버를 떠나, 일반적으로 In-situ, 높은 진공 조건 하에서 진공 파단 없이 클러스터 툴 내의 다른 증착 챔버로 이동한다.

In-situ, 높은 진공 조건이 없다면, 웨이퍼 상에 구축된 장치 구조는 잔류 전구체 가스 및 부산물, 초기 증착 챔버 내의 열, 다른 증착 전구체 또는 전구체 부산물과의 교차 오염 문제, 웨이퍼가 한 챔버에서 다른 챔버로 이동시 공기에 노출되었을 경우 외부 오염물의 산화 및 함유 때문에 품질 문제를 겪을 것이다. 진공 상태의 처리소 사이에서 In-situ 운송은 대기 또는 환경을 엄격하게 관리할 수 있게 하여 제어를 보장하고, 처리 단계에서의 오염을 실질적으로 제거한다.

그러나, 전구체의 생성 및 공급은 클러스터 툴과 무관하다. 따라서, 클러스터 툴에서 이용되는 높은 수준의 자동화 및 제어는 전구체 그 자체의 생성으로 확장되지 않고, 단지 증착 챔버로의 전구체의 제어된 전달 또는 공급으로만 확장된다. 또한, 이러한 방식은 사용 시간까지 보관 조건하에서 전구체의 열 안정성 및 화학적으로 완전한 상태를 유지하는 것에 본질적으로 의존한다.

게다가, 보다 복잡하고 더 작은 반도체 및 이종 소자 구조에 대한 확립된 경향은 확립된 박막 증착 방법론에서 한계를 증가시키고 있다. 특히, 장치 구조를 제조하는 동안 낮은 열노출은 장치 구조의 복잡성 및 열적으로 취약한 본질 때문에 필수가 되고 있고, 이 때의 온도 변화는 하부 구조에서 바람직하지 않은 반응을 야기시킬 수 있다. 이러한 위험성은, 예를 들어, M. Badaroglu 의 논문 (M. Badaroglu, ITRS Summer Conference, Roadmap Meeting, Stanford University, July 11-12, 2015; and International Technology Roadmap for Semiconductors 2.0, 2015 Edition, Interconnect)에 기재되어 있다. 또한, 막의 두께가 원자 크기에 근접함에 따라, 열-유도 이동은 전자이동에 더불어 필름 속성 및 성능을 변화시킬 수 있다.

또 다른 고려사항은 플라스틱 또는 고분자 기판과 같은 유연한 기판으로 나아가고자 하는 것이며, 이러한 기판은 일반적으로 실리콘 또는 질화갈륨과 같은 기존의 기판과 동일한 공정 온도를 견디지 못한다. 이에 대해 예를 들어, S. Majee et al., “barrier performance of Hot Wire-CVD grown silicon-nitride films treated by argon plasma,”Thin Solid Films, V.575, pp. 72-75 (2015) 를 참고한다.

하지만, 더 복잡하고 더 작은 제조 구조를 향해 노력한 또 다른 결과물은 새로운 재료와 공정 기술을 통합하고자 한 것이다. 1990년대의 반도체는 최대 대략 12개의 원자를 사용하였지만, 반도체의 국제 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors) 은 2015년에 반도체를 제조하는데 거의 50개의 원자가 사용된다고 예상하였다. 이에 대해 예를 들어, B. Bottoms et al., ITRS Summer Conference, Roadmap Meeting, Stanford University, July 11-12, 2015; R. Allen et al., ITRS Summer Conference, Roadmap Meeting, Stanford University, July 11-12, 2015; S. Das, ITRS Architecture Workshop, February 26-27, 2015 를 참고한다. 이러한 상이한 원자들의 가능한 조합에서 발생하는 화합물을 고려할 때, 재료(예를 들어, 금속, 반도체, 절연체, 유전체 및 이와 유사한 것)의 다양성 및 복잡성의 성장이 거의 기하급수적인 속도로 확장되고 있다. 하지만, 이러한 성장은 제조 장비의 처리소 내에서 관리 가능하고 신뢰성 있게 반응하여 높은 품질의 필름을 형성할 수 있는 휘발성 전구체의 저장 안정성 및 운반 가능한 공급원을 개발하지 못하여 심각하게 제한되고 있다.

더 복잡하고 작은 제조 구조를 달성하기 위한 추진력에 따른 추가 결과는 이들의 복잡성, 새로운 재료 및 공정 기술의 통합, 및 극도로 얇은 필름(예를 들어, 원자층만큼 얇음)의 형성에서 극도의 정밀성 및 엄격한 통제성의 필요성 때문에, 이러한 구조물의 제조와 관련된 비용이 증가한 것이다.

따라서, 불필요한 단계를 제거하거나 제조 공정의 단계 수를 줄여 기존과 새로운 물질 및 공정 모두에 대한 제조 비용을 낮춘, 박막 제조를 위한 전구체를 합성, 전달 및 처리하는 방법 및 시스템이 바람직할 것이다. 또한, 전구체의 열적 및 화학적 안정성의 문제를 없애는 방법은 기존의 방법 및 시스템으로 현재로선 얻을 수 없는 새로운 바람직한 박막 조성물을 증착시키는 능력을 확장시킬 수 있다. 더욱이, 이러한 방법 및 시스템은 반도체(예를 들어, 컴퓨터 칩), 항공기, 에너지, 센서, 의료, 생물학, 화학 및 국방 산업 분야를 포함한 다양한 산업 분야에서 매우 바람직할 것이다.

하나의 실시 양태에서, 본 발명은 필름 형성 전구체를 합성하고 상기 전구체를 소비하며 기판 상에 박막을 형성하는 통합 시스템에 관한 것으로서, 전구체의 합성 속도는 박막을 형성하기 위해 전구체가 소비되는 속도와 동기화(synchronized)된다.

또 다른 실시 양태에서, 본 발명은, 필름 형성 전구체를 합성하고 상기 전구체를 소비하며 기판 상에 박막을 형성하는 통합 시스템에 관한 것이다. 상기 통합 시스템은 하나 이상의 원재료를 포함하는 원재료 공급원; 입구와 출구를 포함하는 전구체 합성 챔버로서, 전구체 합성 챔버의 입구는 전구체를 합성하기 위해 반응되는 곳인 전구체 합성 챔버에 원재료를 공급하는 원재료 공급원과 커뮤니케이션하는 전구체 합성 챔버; 전구체 합성 챔버와 연결되어 있는 박막 처리 챔버로서, 전구체 합성 챔버의 출구와 직접적으로 커뮤니케이션하고 연결되어 있는 입구를 포함하여 전구체의 소비가 박막 처리 챔버 내의 기판 상에 박막을 형성하는데 제어된 방식으로 전구체 합성 챔버로부터 박막 처리 챔버에 전구체를 공급하는 박막 처리 챔버; 박막 처리 챔버 내에서 박막 형성 및/또는 전구체 합성 챔버 내에서 전구체 합성의 종점(end-point), 실시간(real-time), 모니터링 및 감지하는 모니터링 시스템; 및 하기의 제어장치를 포함한다: (i) 모니터링 시스템으로부터 전구체 소비 및 박막 형성과 관련된 데이터를 받고, 전구체 합성 속도가 전구체 소비와 박막 형성의 수요와 일치되도록 전구체 합성 속도를 제어하기 위해 그 데이터를 전구체 합성 챔버로 전송하고/하거나 (ii) 모니터링 시스템으로부터 전구체 합성과 관련된 데이터를 받고, 전구체 소비 및 박막 형성 속도가 전구체 합성 속도와 일치되도록 전구체 소비 및 박막 형성 속도를 제어하기 위해 그 데이터를 박막 처리 챔버로 전송한다. 상기 전구체 합성 속도는 박막을 형성하기 위해 전구체 소비 속도와 동기화(synchronized)된다.

또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 필름 형성 전구체를 합성하고 상기 전구체를 소비하며 기판 상에 박막을 형성하는 통합 방법에 관한 것이다. 상기 통합 방법은 제 1 위치에 하나 이상의 원재료를 포함하는 원재료 공급원을 제공하는 단계; 제 1 위치에서 하나 이상의 원재료를 원재료 공급원으로부터 전구체 합성 챔버에 공급하는 단계; 전구체 합성 챔버에서 하나 이상의 원재료를 반응시켜 제 1 위치에서 전구체를 형성하는 단계; 제 1 위치에서 전구체를 전구체 합성 챔버로부터 제어된 방식으로 박막 처리 챔버에 공급하고, 이 때 박막 처리 챔버는 전구체 합성 챔버와 연결되고 함께 작동되는 단계; 제 1 위치에서 전구체의 소비로 박막 처리 챔버에 위치한 기판상에 박막을 형성하도록 제조 기술을 적용하는 단계; 박막 처리 챔버에서 전구체 소비 및 박막 형성의 종점(end-point), 실시간(real-time), 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및 전구체 합성을 제어하기 위해 전구체 소비 및 박막 형성과 관련된 피드백을 전구체 합성 챔버에 전달하는 단계를 포함하고, 이 경우 (i) 전구체 합성은 박막 형성과 함께 또는 동시에 발생하며, (ii) 전구체 합성의 속도는 전구체 소비 및 박막 형성의 수요와 일치하고, (iii) 전구체 합성 속도는 박막을 형성하기 위해 전구체 소비 속도와 동기화(synchronized)된다.

또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 니켈 카르보닐 전구체를 생성하고 기판상에 니켈 박막을 형성하는 통합 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제 1 위치에서 벌크 금속 니켈(bulk metallic nickel) 을 전구체 생성 챔버에 공급하는 단계, 전구체 생성 챔버를 밀봉하는 단계, 흡착되고 잔류된 가스를 배출하도록 전구체 생성 챔버를 퍼지(purging)하는 단계, 벌크 금속 니켈에 80℃ 내지 120℃의 온도로 열을 가하는 단계, 일산화탄소를 전구체 생성 챔버에 공급하고 동시에 전구체 생성 시스템과 다운스트림 및 상호 연결된 박막 처리 챔버 간의 유동 커뮤니케이션을 가능하게 하여 니켈 카보닐 전구체를 생성하고 니켈 카보닐 전구체를 전구체 생성 챔버로부터 박막 처리 챔버로 직접적으로 공급하는 단계, 박막 처리 챔버의 기판을 180℃ 내지 250℃의 온도로 가열하여 니켈 카보닐 전구체가 기판 상에서 분해되어 니켈 박막을 형성하는 단계, 박막 처리 챔버에서 니켈 박막 형성의 종점(end-point), 실시간(real-time), in-situ 모니터링 및 감지를 수행하는 단계, 니켈 카보닐 전구체의 생성이 니켈 박막 형성과 동시에 또는 함께 발생하도록 니켈 카보닐 전구체의 생성 속도를 제어하기 위해 니켈 박막 형성에 관한 피드백을 전구체 생성 챔버에 전달하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 히드라조산 전구체을 생성하고 실리콘 기판 상에 질화규소 박막을 형성하는 통합 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전구체 생성 챔버에 고비점 히드로실릭 액체(hydroxylic liquid)를 제공하는 단계를 포함한다. 전구체 생성 챔버는 액체 레벨 아래에 챔버의 하단부에 근접한 가스 입구 및 액체 레벨 위의 가스 출구를 갖는다. 이 방법은 추가로 히드로실릭 액체를 40℃ 내지 65℃ 의 온도로 가열하여 히드로실화 액체(hydroxylated liquid)를 형성하는 단계; 운반 가스에 혼입되어 있는 트리메틸실릴아지드의 제 1 스트림을 가스 입구를 통해 전구체 생성 챔버로 도입하는 단계로서, 이 때 트리메틸실릴아지드는 히드록실화 액체와 반응하고 히드라조산 전구체를 생성하는 단계; 운반 가스에 혼입되어 있는 히드라조산의 제 2 스트림을 전구체 생성 챔버에서 박막 처리 챔버로 직접 공급하는 단계로서, 박막 처리 챔버는 전구체 생성 챔버와 연결되고 함께 작동되는 단계; 박막 처리 챔버에서 실리콘 기판을 325℃ 내지 500℃ 의 온도로 가열하여 히드라조산이 실리콘 기판과 반응하여 질화규소 박막을 형성하는 단계; 박막 처리 챔버에서 질화규소 박막 형성의 종점, 실시간, in-situ 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및 히드라조산 전구체 생성이 질화규소 박막 형성과 동시에 또는 함께 발생하도록 히드라조산 전구체의 생성을 제어하기 위해 질화규소 박막 형성에 관한 피드백을 전구체 생성 챔버에 전달하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 모노실릴아민 전구체를 생성하고 실리콘 기판상에 질화규소 박막을 형성하는 통합 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제 1 운반 가스에 혼입된 암모니아의 제 1 스트림을 전구체 생성 챔버에 공급하는 단계; 제 2 운반 가스 내의 모노클로로실란의 제 2 스트림을 전구체 생성 챔버에 공급하여 제 1 스트림과 반응하고 모노실릴아민 전구체를 생성하는 단계; 제 1 및 제 2 운반가스에 혼입된 모노실릴아민 전구체를 전구체 생성 챔버에서 박막 처리 챔버로 공급하는 단계로서, 박막 처리 챔버는 전구체 생성 챔버와 연결되고 함께 작동되는 단계; 모노실릴아민 전구체의 소비로 박막 처리 챔버에 위치한 실리콘 기판상에 질화규소 박막을 형성하도록 제조 기술을 적용하는 단계; 박막 처리 챔버에서 질화규소 박막 형성의 종점, 실시간, in-situ 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및 모노실릴아민 전구체 생성이 질화규소 박막 형성과 동시에 또는 함께 발생하도록 모노실릴아민 전구체의 생성을 제어하기 위해 질화규소 박막 형성에 관한 피드백을 전구체 생성 챔버에 전달하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 양태는 원자층 증착(ALD) 펄스 요구 조건과 매치되도록 맞춰진 펄스에서 금속 할로겐 전구체를 형성하는 통합 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 박막 형성 요구 조건과 전구체의 생성 및 소비의 신규한 통합은, 완전한 제조를 위한 비실용적이라고 여겨졌던 조건 하에서 박막 조성물을 실용적으로 증착할 수 있게 한다. 예를 들어, 매우 독성이 있거나 잠재적으로 폭발성이 있는 전구체의 경우, 전구체의 물리적 존재를 독성 또는 자체 가속 분해 위험 한계 미만으로 제어할 수 있고, 이들을 즉시 제조 공정에서 사용될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 챔버는 엄격하게 제어된 밸빙(valving)과 펌핑 시스템을 사용하여 함께 연결되어 있고 서로 커뮤니케이션하고 있기 때문에 각각 챔버의 내부 공기의 완전한 상태는 보존되고 고립되어 있으며, 챔버들 사이에서 가스, 화학물질, 및 전구체의 정밀한 흐름은 여전히 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 박막 형성 요구 조건과 전구체의 생성 및 소비의 신규한 통합은 또한, 상온에서 아주 불안정한 화학 물질 및 전구체의 사용 또는 사용되기 전에 이들의 완전한 상태를 유지하기 위한 상당한 냉각을 요구하는 화학 물질 및 전구체의 사용을 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 제조 공정에서 아직 시판되지 않고 현재 사용되지 않는 새롭고 이례적인 전구체 및 화학 물질을 형성하거나 휘발시킬 수 있게 한다. 또한 본 발명은 다르게는 상업용 박막 제조 및 변형 공정에서 사용되기에 너무 독성이 강하거나, 너무 불안정하거나 위험하다고 여겨졌던 이상적이고 알려진 전구체 및 화학물질을 형성하거나 휘발시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 기존의 제조 공정에서 불필요한 단계를 제거하는데, 상기 단계는 제 1 위치에서, 가장 보편적으로는 화학 제조 공장에서 전구체 또는 화학 물질을 합성하는 단계 및 제조 공정에서 전구체들이 소비되는 제 2 위치에서 장치 또는 시스템 제조 공장으로 전구체를 전달하는 단계가 요구된다. 특히, 본 발명은 합성된 전구체를 장치 또는 시스템 제조 공장에 전달하는 단계를 제거한다. 다시 말해, 본 발명은 또한, 화학물질이 사용되기까지 이의 완전한 상태를 보존하기 위해 비용이 많이 드는 특수 용기가 필요하지 않고; 화학 물질의 합성 및 소비자 시설 모두에서 보관과 운송에 내재된 불필요한 중복을 제거하고; 화학 공장에서 전구체의 합성 및 제조 공장에서 전구체의 화학적 소비로부터의 부산물의 이중 취급, 보관, 처리 및 폐기를 제조 공장에서 단일 부산물 폐기 단계로 통합한다.

본 발명은 또한, 전구체의 사용 시점 생성 개념(concept of point-of-use generation)과 구별된다. 일반적으로, 사용 시점 전구체 생성에는 두 가지 부류가 있다. 하나의 부류는 박막 제조가 일어나는 동일한 챔버에서, 보통은 기판 위의 증기 공간에서 전구체의 in-situ 형성을 포함한다. 이러한 부류는 “in-situ 사용 시점 전구체 생성(in-situ point-of-use precursor generation)”이라고 지칭될 수 있다. 두번째 부류는 박막 처리 또는 제조 챔버와 유사한 용기 내에 전구체의 생성을 포함하고, 이러한 전구체는 제조 챔버에 즉시 전달되거나 나중에 사용될 때까지 격리/저장된다. 이 부류는 “ex-situ” 또는 “근접(in proximity)” 사용 시점 전구체 생성으로 지칭될 수 있다.

In-situ 및 ex-situ 사용 시점 전구체 생성(point-of-use precursor generation) 은 내재하는 한계 및 단점을 많이 가지고 있다. In-situ 전구체 생성의 예는 미국 특허 No. 6,730,367 와 미국 특허 No. 5,478,435 에 기재되어 있다. in-situ 전구체 생성(in-situ precursor generation) 의 내재된 한계 중 하나는 전구체 합성과 관련된 화학 반응이 종종 박막 제조와 관련된 화학 반응을 방해하는 것이다. 또한, 전구체를 합성하는 화학 반응의 고유한 특성 때문에 in-situ 사용 시점 전구체 생성에서 처리 조건의 정확한 관리를 달성하기 어려우며, 이는 시작 물질의 존재, 부산물의 생성 및 전구체를 합성하는데 필요한 다양한 기초 화학 성분의 반응에서의 열 또는 빛을 포함할 수 있다. 전구체의 합성시 이러한 부작용은 필름 형성에 직접 영향을 미치고, 처리 챔버에 부정적인 영항을 줄 수 있으며, 챔버 벽 및 기판 작용 파라미터에 역효과, 예를 들어, 반응 벽 및/또는 기판 온도의 바람직하지 않고 통제되지 않은 증가, 및 플라스틱 및 폴리머와 같이 부서지기 쉬운 기판에 열 또는 빛으로 유도된 손상을 나타내는 것을 포함한다.

본 발명은, 기초 화학 성분이 실제로 화학 반응이 일어나는 곳과는 별도의 합성 챔버에 주입되고 제조된 전구체만이 처리 반응기에 도입되기 때문에, 훨씬 더 신뢰할 수 있고 매우 재현성이 높은 접근 방식을 제공한다.

전구체의 in-situ 사용 시점 생성(point-of-use generation)의 또 다른 한계는 관련된 합성 및 처리 단계의 단계적인 성질이다. 첫번째 단계에서, 공급원 전구체를 형성하기 위해 다양한 기초 성분이 챔버 내부 또는 챔버와 가까이 근접하여 반응할 수 있도록 처리 챔버는 특정 전구체 합성 파라미터로 설정되어야 한다. 다음으로, 모든 합성 부산물을 제거하기 위해 처리 챔버는 퍼지되고(purge), 마지막으로 처리 챔버는 실제 기판 처리 파라미터(기판의 도입을 포함)로 설정되어 전구체 분해와 필름 형성을 가능하게 한다. 하지만, 이러한 접근은 처리 챔버의 파라미터의 제 1 세트 하에서 전구체 형성의 연속적인 단계로 인해 웨이퍼 처리량의 바람직하지 않은 지연을 일으키며(따라서 제조 비용을 더 높인다), 이러한 파라미터들이 분해 및 필름 형성을 할 수 있게 변경되기를 기다려야 한다.

본 발명은 별도의 합성 챔버에서 공급원 전구체를 지속적으로 합성하고, 제어가능하고 신뢰성있게 끊임없이 공급원 전구체를 처리 챔버에 공급함으로써 이러한 문제를 해결하며, 상기 처리 챔버는 바람직한 처리 파라미터로 사전 설정되어 있으며 이는 제조 또는 증착 과정에서 동시에 소비된다.

전구체의 in-situ 사용 시점 생성의 추가 한계는 처리 챔버와 기판의 오염 없이 전구체 합성 부산물과 관련하여 당면한 과제들이다. 본 발명은 필요에 따라 전구체를 처리 챔버에 도입하기 전에 전구체 합성 부산물을 전구체 합성 챔버로부터 제거함으로써 이러한 문제를 해결하고 있다.

한편, 전구체의 in-situ 사용 시점 생성의 또 다른 한계는 전구체 합성을 위한 기초 화학 성분 및 이러한 합성의 부산물은 이들이 제조 챔버의 바람직하지 않은 에칭, 부식, 또는 산화를 일으킬 수 있기 때문에 처리 챔버에 유해하거나 손상을 줄 수 있다는 우려가 있다. 본 발명은 부식, 산화 또는 다른 방해 기초 화학 물질 및 반응 부산물을 처리하도록 특별히 설계되고 제작된 분리된 합성 챔버에서 공급원 전구체를 합성하고, 전구체를 처리 챔버에 도입하기 전에 전구체 합성 부산물을 제거함으로써 이러한 문제를 해결하고 있다.

전구체의 in-situ 사용 시점 생성의 추가 한계는 제조 공정에서 전구체 합성이 전구체 소비와 상호 연동되지 않는다는 것이고, 이는 박막의 정확한 두께와 조성과 같은 정확한 증착 결과물을 산출하도록 제조 공정을 정확하게 제어하는 능력을 제한한다. 기계 피드백 루프(instrumental feedback loop) 에 의한 전구체 생성과 증착 공정의 정밀한 연동성은 본 명세서에 기재된 바와 같이 본 발명의 중요한 측면이다.

ex-situ 또는 이와 근접한 사용 시점 전구체 생성의 예는 J. P. ven der Ziel, Applied Physics Letters, Vol. 71:6, pp. 791-793 (1997); D.N. Buckley et al., Applied Physics Letters, Vol. 57:16, pp. 1684-1686 (1990); U.S. 특허 No. 5,158,656; 및 U.S. 특허 출원 공개공보 No. 2011/0136347 에 기재되어 있다. 전구체의 ex-situ 사용 시점 생성의 가장 큰 한계는 전구체 합성이 제조 공정에서 전구체 소비와 밀접하게 결합되거나 동기화되어 있지 않고, 이는 박막의 정확한 두께, 바람직한 형태, 물리적이고 화학적인 성질 및 조성과 같은 정확한 증착 결과물을 산출하도록 제조 공정을 정확히 제어하는 능력을 심각하게 제한한다. 최근의 제조 공정에서 점점 더 중요해지는 제어와 관련하여 mami-Naeini et al., Proceedings of the Symposium to honor W. Wolovich, the 47th IEEE Conference on Decision and Control, Cancun, Mexico (December 9-11, 2008)를 참고한다. 기계적 피드백 루프(instrumental feedback loop)에 의한 전구체 생성과 증착 공정의 정밀한 연결은 본 명세서에 기재된 바와 같이 본 발명의 중요한 측면이다.

기계적 피드백 루프(instrumental feedback loop) 는 전구체 합성 공정과 필름 제조 공정의 다양한 파라미터를 동시에 모니터하고, 동시에 제어하며 동시간대에 관리 및 페어링하기 위한 in-situ 와 ex-situ 모니터링 및 감지 기술, 분광기, 및 분광계를 포함할 수 있다. 이러한 파라미터는 온도, 압력, 원재료 및 전구체의 흐름 속도 및 화학 합성 생성 그 자체 및 박막 제조 공정의 모든 작동 조건을 포함할 수 있으며 이에 국한되지 않는다. in-situ 및 ex-situ 감지 기술, 분광기 및 분광계는 또한 종점, 실시간, in-situ 모니터링 및 감지를 가능하게 한다. 또한 이러한 시설은 전구체 합성 파라미터, 박막 처리 파라미터 및 반응 부산물 및 배출물 파라미터 사이의 상호작용, 이들의 커플링 및 이들 사이의 폐쇄 피드백 루프를 가능하게 한다.

ex-situ 또는 이와 근접한 사용 시점 전구체 생성의 또 다른 한계는 원하는 박막 타겟을 달성하는데 있어 박막 제조 공정을 성공할 수 있게 전구체 생성 및 전달이 일어나기 위하여 필요한 핵심 피드백 요소 및 정보를 제공하지 못하는 점에 있다.

기존의 ex-situ 또는 이와 근접한 사용 시점 전구체 생성은 양질(순도) 및 흐름(제조 챔버에 전달되는 양)과 같이 전구체의 성질 및 특성을 평가하는 것에만 초점을 두고 있다. 하지만, 본 발명은 기판상에 실시간으로 측정된 특정 필름 특성에 의해 결정되는 매우 바람직한 피드백이 가능하게 한다. 예를 들어, 제조 공정이 전구체 생성 및 전달에 대한 실시간 피드백을 제공하는 것이 일어나는 동안 in-situ 시트 저항 및/또는 두께 측정 값을 수집할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 양태에 따라, 박막 처리 챔버와 연결된 전구체 합성 챔버의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 양태에 따라, 매니폴드 시스템을 통해 기체상 전구체를 박막 처리 챔버에 공급하는 전구체 합성 챔버를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 양태에 따라, 매니폴드 시스템을 통해 액체상 전구체를 박막 처리 챔버에 공급하는 전구체 합성 챔버를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 양태에 따라, 단일 박막 제조 유닛에 연결되어 있는 다수의 전구체 합성 챔버를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 양태에 따라, 다수의 박막 처리 챔버와 유체 커뮤니케이션하는 다수의 전구체 합성 챔버를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 양태에 따라, 다수의 통합된 전구체 합성 챔버 및 박막 처리 챔버를 포함하는 클러스터 툴(cluster tool)의 개략도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 양태에 따라, 연속 롤 또는 코일 형태의 유연한 기판을 포함하는 제조 기술의 도식 처리 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 양태에 대한 하기와 같은 설명은 첨부된 도면과 함께 볼 때 더 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 발명을 설명하기 위한 목적으로 현재 바람직한 도면 실시 양태가 개시되어 있다. 하지만, 본 발명은 본 명세서에 나타나 있는 자세한 방식 및 장치에 국한되지 않는다.

본 발명의 실시 양태에 따라, 본 발명의 방법과 시스템은 반응성이 있거나 다루기 힘든 전구체를 생성 및 소비하고, 실시간 및 in-situ 분석 및 제어를 활용하여, 전구체 합성 공정/시스템과 박막 형성 공정/시스템의 완전한 커플링 및 통합을 가능하게 함으로써 박막 구조를 제조하는 완전하고 밀접한 제어된 공정 및 시스템을 제공한다. 이러한 공급원 화학물질의 통합된 합성, 전달 및 처리는 재생가능하고 신뢰할 수 있는 박막 제조를 가능하게 하는 실시 양태이다

본 발명의 실시 양태는 반도체(컴퓨터 칩), 항공, 에너지, 센서, 의학, 생물, 화학 및 방위 산업 분야를 포함하는, 하지만 이에 국한되지 않는 임의의 산업 환경에서 임의의 제조 공정에 적용될 수 있다.

도 1을 참고하면, 제 2 챔버 102와 연결되어 있는 제 1 챔버 101, 특히, 박막 처리 챔버 102에 제어된 조건 하에 연결된 전구체 형성 챔버 101을 포함하는 통합된 박막 증착 시스템 100 과 전구체 합성 (즉, 생성)의 개략도가 나타나 있다. 하나의 실시 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 전구체 형성 챔버 또는 모듈 101을 하나 이상의 공정 (예를 들어, 증착, 에칭, 패터닝, 주입 등) 챔버 또는 모듈 102와 통합하는 것에 관한 것이다. 또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 박막 형성, 에칭, 주입 또는 패터닝의 공정과 함께 수행되는 전구체 형성 공정에 관한 것이다. 또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 물리적으로 처리 챔버 102와 인터페이스된 전구체 형성 챔버 101(또는 전구체 합성 용기 또는 전구체 합성 챔버, 또는 이러한 용어들은 본 명세서에서 혼용된다)의 텐덤 (tandem) 배치와 관련된 것으로, 상기 처리 챔버 102는 독립형 처리 챔버 또는 처리 챔버 전체의 일부인 것이다. 전구체 형성 챔버 101의 배출물 또는 생성물은 직접 도관 또는 매니폴드 시스템 (manifold system) 을 통해 탠덤 처리 챔버 102에 전달된다. 이와 같이, 전구체의 생성은 합성을 최적화할 뿐만 아니라 처리 챔버에서 기판상에 효율적인 전구체의 증착을 조절하기 위해 제어된다. 본 발명은, 새로운 박막 구조의 신뢰성있는 제조를 가능하게 하고, 기존 박막이 제조될 수 있는 조건을 확장시킨다.

전구체 형성 챔버 101은 원재료 104, 전력과 같은 유틸리티 109, 전구체 형성 챔버 101의 작동을 관리하고 제어하기 위한 전기 모니터링 및 제어 기기의 입력값을 포함하는, 그의 작동에 영향을 주는데 필요한 입력값(inputs) 을 하나 이상 가질 수 있다. 특히, 통합 시스템 100 은 추가로 원재료 공급원 104 및 관련된 공급 시스템을 포함하고, 이는 전구체 형성 챔버 101에서 전구체의 합성을 위해 전구체의 기초 또는 원재료를 제어된 방식(다양한 제어 유틸리티 109 (예를 들어 전력, 진공, 열, 냉각, 방사능 등)의 사용) 으로 제 1 도관 105(즉, 원재료 공급 도관) 및 원재료 입구 106 를 통해 전구체 형성 챔버 101에 전달한다. 전구체 형성 챔버 101은 따라서, 단지 전구체의 저장 용기가 아니라 공급되는 원재료로부터 전구체 물질이 생성되는 반응 용기이다.

전구체 형성 챔버 101은 전구체 출구 107을 추가로 포함하고, 전구체 출구 107을 통해 생성된 전구체가 공급되거나 전구체 합성 챔버 101에서 처리 챔버 102로 운반된다. 특히, 전구체는 출구 107을 통해 전구체 형성 챔버 101을 빠져나가고 완전히 제어된 방식(전력과 같은 다양한 제어 유틸리티 109을 사용함)으로 제 2 도관 108(즉, 전구체 운송 도관)을 통해 고체, 액체 또는 기체 형태로 처리 챔버 102로 운반되고, 합성된 전구체는 전구체로부터 박막을 성장, 에칭, 주입 또는 패턴화하도록 처리된다. 이와 같이 전구체 형성 챔버 101과 처리 챔버 102는 연결되어 있고 서로 직접 커뮤니케이션하고 있다.

또 다른 실시 양태에서(나타나 있지 않음), 도관으로 분리된 별개의 개별 챔버 대신에, 전구체 형성 챔버와 처리 챔버는 단일 탱크의 상이한 챔버, 구역 또는 영역을 구성할 수 있고, 탱크 안에서 공통의 벽 또는 칸막이에 의해 서로 분리될 수 있다. 이러한 실시 양태에서, 벽 또는 칸막이는 바람직하게는 챔버를 서로 선택적으로 고립시키거나 전구체 합성 챔버에서 처리 챔버로 전구체가 흐를 수 있도록, 밸브와 제어장치를 갖춘 관통 조리개(through-aperture)를 포함한다. 따라서, 전구체 운송 도관이 없음에도 불구하고, 전구체 합성 챔버와 처리 챔버는 여전히 서로 연결되어 있고 직접 커뮤니케이션하고 있는 것이다.

하나의 실시 양태에서, 전구체 형성 챔버 101은 바람직하게는 전구체 합성 챔버이다. 전구체 형성 챔버 101은 이하, 대안적으로, 전구체 형성 챔버라고 한다.

하나의 실시 양태에서, 원재료 공급 도관 105, 전구체 운송 도관 108, 전구체 합성 챔버 101 및/또는 처리 챔버 102는 하나 이상의 밸브 조립체 103 및 원재료 전달, 전구체 전달, 박막 처리 및 부산물 처리의 종점, 실시간, in-situ 모니터링 및 감지하는 전자 센서(나타나 있지 않음) 를 구비하고 있다. 예를 들어, 이러한 밸브 103과 센서는 전구체가 신뢰할 수 있고 제어되며 일관된 방식으로 전구체 합성 챔버 101에서 박막 처리 챔버 102로 흐를 수 있게 한다. 밸브 시스템은 또한 효율적으로 전구체 합성 챔버 101을 처리 챔버 102로부터 고립시킨다. 특히, 하나의 실시 양태에서, 밸브 시스템은 효율적으로 두 챔버 101 및 102의 환경을 분리시키기 위해 O-링 또는 금속 개스킷(metal gaskets)과 같은 장치를 사용하는 하나 이상의 밸브 103을 포함한다.

전구체 합성 챔버 101은 또한, 전구체 합성에 필요하지 않거나 심지어 유해한 물질을 배출하기 위한 설비, 시스템 또는 매니폴드 110 을 가질 수 있다. 이러한 물질은 챔버 101을 퍼지하는데 사용되는 유체, 챔버 101의 시작 동안 생성될 수 있거나 공정 방해의 결과로의 합성 반응 부산물 및/또는 제어 한계 또는 박막 제조 또는 개조 요구 밖의 품질을 가지는 제조된 전구체를 포함할 수 있다.

전구체 합성 챔버 101은 또한, 전구체 합성 공정의 다양한 파라미터를 모니터링하고 제어하는 in-situ 및 ex-situ 모니터링과 감지 기술, 분광기 및 분광계를 구비할 수 있다. 이러한 파라미터는 온도, 압력, 원재료와 전구체의 유량 및 화학 합성 생성 그 자체의 모든 작동 조건을 포함할 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 전자 센서와 in-situ 및 ex-situ 모니터링 및 감지 기술, 분광기 및 분광계는 또한, 종점, 실시간, in-situ 모니터링과 감지를 가능하게 한다. 이러한 시설은 또한, 전구체 합성 파라미터, 박막 처리 파라미터 및 반응 부산물 및 배출물 파라미터 사이의 상호작용, 이들의 커플링 및 이들 사이의 폐쇄 피드백 루프를 가능하게 한다. 특히, 본 발명은 in-situ 및/또는 ex-situ 에 내장된 센서를 사용함으로써 폐쇄 루프 전구체 합성 및 박막 처리 공정이 전구체 생성/합성, 전구체 소비 및 박막 처리 사이의 연결을 제어 및 관리할 수 있게 한다. 일부 실시 양태에서, 센서는 광학, 음향, 전기(예를 들어, 시트 저항), 전자, 자기, 기계식, 전자-기계식(electro-mechanical) 및 전자기 센서를 포함하고, 이에 국한되지 않는다.

또한, 그러므로, 본 발명은, 처리 챔버 102 로의 생성 및 공급 속도와 같은 전구체 특성; 두께 및 조성과 같은 박막 형성 특성; 화학 조성 및 유량과 같은 반응 부산물 및 처리 챔버 배출물 특성의 정확하고 통제된 관리를 보장한다. 일부 실시 양태에서, 모니터링과 감지 기술은 타원편광 반사법 및 질량분광법, 및 적외선, 근적외선, 광학 및 자외선 분광법을 포함하고, 이에 국한되지 않는다. 하나의 실시 양태에서, 박막 처리 또는 형성 챔버 102에서 나오는 전구체의 양 또는 농도 대 전구체 합성 챔버 101에서 나오는 전구체의 양 또는 농도에 대한 비교 평가가 수행될 수 있고, 그 차이값은 전구체 형성 챔버 101에서의 전구체 생성 속도 및/또는 박막 제조 챔버 102 로의 운송 및 전달을 제어하는 알고리즘에 통합된다. 바람직한 실시 양태에서, 전구체 형성/합성 챔버 101에서의 전구체 생성량은 타원편광 반사법의 두께 또는 시트 저항과 같은 박막 특성을 고려한 알고리즘에 의해 제어된다.

전구체 합성 및 박막 증착 공정은 함께 또는 동시에 수행될 수 있고, 챔버 101, 102 중 하나로부터의 피드백은 다른 챔버 101, 102의 작동을 제어한다. 예를 들어, 제 2 챔버 102(예를 들어, 처리 챔버 또는 증착 챔버, 이러한 용어들은 본 명세서에서 혼용된다)에서의 박막 형성은 모니터링되고, 바람직하게는 지속적으로 모니터링되며, 피드백은 전구체의 형성/합성을 제어하기 위해 전구체 합성 챔버 101과 서로 커뮤니케이션한다. 가장 간단한 경우에는, 증착 챔버 102에서 전구체 수요가 없다면, 전구체 합성 챔버 101에서의 전구체 생성은 중단된다. 즉, 전구체 생성은 박막 형성 수요와 연결되며, 증착 챔버 102에 들어가는 공동 반응물의 도입과 매치된다. 따라서, 전구체 합성 챔버 101과 증착 챔버 102 사이에는 양방향 커뮤니케이션이 있으며, 두 챔버 101, 102 의 작동은 각 챔버 101, 102의 모니터링되는 파라미터에 기초하여 제어 장치에 의해 제어된다.

일부 실시 양태에서, 제조기술은 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD), 액상 도금, 에칭(원자층 에칭 및 부분 및 완전한 재료 제거 공정을 포함한다), 또는 패터닝(즉, 트랜지스터 패턴을 실리콘 기판에 형성하는 것과 같은 사전에 정의된 구조를 이미 증착된 층에 형성한다) 중 하나이다.

일부 실시 양태에서, 제어된 환경 하에서 전구체 합성 챔버 101은 처리 챔버 102에 연결되어 있고, 제어된 환경은 진공, 불활성 기체, 수소, 반응 기체, 및 그러한 기체들의 조합 중 하나이다.

일부 실시 양태에서, 처리 챔버 102는 배치 툴(batch tool)이고, 여기에서 제조 기술은 단일한 제조 장치에서 복수의 웨이퍼에 동시에 적용된다. 또 다른 실시 양태에서, 처리 챔버 102는 독립 툴이고, 여기에서 제조 기술은 개별 장비에서 단일한 웨이퍼에 적용된다.

일부 실시 양태에서, 전구체 분자는 휘발 또는 증발하고 자체 증기압을 사용하여 처리 챔버 102에 운송되는 한편, 다른 실시 양태에서, 전구체 분자는 불활성 또는 반응성 운반 기체를 사용하여 운송된다. 이러한 전구체는 액체, 고체 또는 기체 형태일 수 있다.

일부 실시 양태에서, 전구체 합성 챔버는 증기 운송 스트림으로부터 부산물을 제거하는, 활성 탄소, 분자체 또는 금속-유기체와 같은 선택적 흡착 베드와 같은 부산물 화학 물질을 분리하는 방법을 포함한다.

특히 바람직한 실시 양태에서, 본 발명은 금속 증착 챔버와 연결된 전구체 합성 반응기 내에서 통합 방법으로 독성 물질을 텐덤 생성 및 소비하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 니켈 카보닐은 니켈 박막의 전구체이고, 텐덤 전구체 생성 클러스터 툴(tandem precursor generation cluster tool)에서 수행될 수 있는 금속화 공정의 대표적인 것이다.

니켈 카보닐은 매우 독성이 강하고, ppm 수준에서 발암성이 있다. 현지 규정에 따라, 니켈 카보닐의 운송 및 저장은 매우 제한적이거나 완전히 금지되어 있다. 게다가 니켈 카보닐은 안정성이 제한되어 있어 상온에서도 서서히 분해되어 니켈 및 일산화탄소를 형성한다.

본 발명의 실시 양태에서, 벌크 금속 니켈은 전구체 합성 챔버 101에 넣어진다. 니켈의 바람직한 형태는 다공성을 유지하는 부분적으로 소결된 니켈 단층석이다. 챔버 101은 밀봉된 후 적절하게 퍼지 및 배출하여 흡착 및 잔류 가스를 제거한다. 그 후 니켈 단층석은 80℃ 내지 120℃ 의 온도로 가열된다. 이 단계에서, 전구체 운송 도관 108에서 밸브의 개방과 수반하여 일산화탄소의 흐름이 시작되고, 전구체 합성 챔버 101에서 증착 챔버 102로 흐를 수 있게 한다. 증착 챔버 102에 의 연결부는 증착 챔버 102에서 전구체의 존재(즉, 니켈 카보닐)를 감지하고 정량화할 수 있는 감지 시스템(예를 들어, 근적외선)을 갖는다.

증착 챔버 102에서, 기판(나타나 있지 않음)은 180℃ 내지 250℃ 범위의 온도로 가열된다. 니켈 카보닐은 기판상에서 분해되어 높은 순도의 니켈 필름을 형성한다. 니켈 카보닐 관측창 및 증착 챔버 제어로부터의 데이터는 소결된 니켈 단층석의 온도 및/또는 일산화탄소의 유량을 조정하기 위해(바람직하게는 제어 장치에 의해) 니켈 카보닐 형성 속도에 사용된다. 증착 챔버 102로 들어오고/들어오거나 나가는 초과 일산화탄소의 비율은 공정 제어에 의해 측정될 수 있고, 최적의 증착 속도와 최적의 필름 특성을 얻도록 조정될 수 있다.

유사한 조건 하에서, 코발트 필름을 형성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 양태는 히드라조산을 이용한 저온에서의 질화규소 형성에 관한 것이다. 또한, 수소 아지드(hydrogen azide) 로 알려진 히드라조산은 대량으로 저장될 때 폭발적으로 분해될 수 있으며, 시안화물과 유사한 독성을 가진다. 히드라조산은 상대적으로 낮은 온도에서 분해되어 Si-H 결합에 삽입될 수 있는 니트렌을 포함하는 라디칼 질소 생성물을 형성한다. 증착 챔버 102 내에서 비정질 수소화 실리콘을 질화하거나 히드라조산과 실란(또는 더 높은 폴리실란) 모두를 기판과 반응시킴으로써 질화규소 필름을 증착 챔버 102 에서 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서, 히드라조산은 텐뎀 증착 챔버 102에서 적절한 불활성 운반 기체와 함께 저농도의 기체로 형성된다. 히드라조산을 생성하는 한가지 바람직한 방법은 전구체 합성 챔버 101 내에 고비등 히드로실릭 액체를 갖는데, 액체 레벨 아래에 하단 기체 입구(bottom gas inlet), 액체 위에 기체 출구가 있다. 트리메틸실릴아지드는 40-65℃ 의 온도로 가열된 히드로실릭 액체로 유입되는 기체 스트림에 혼입된다. 트리메틸실릴아지드는 히드로실릭 액체와 반응하여, 히드라조산을 생성함에 따라 예를 들어, 위험하지 않은 트리메틸실릴스테아릴 알코올을 형성한다. 운반 기체에 혼입된 히드라조산은 증착 챔버 102로 유입되고, 여기서 질화규소를 형성하기 위해 325℃-500℃ 에서 비정질 수산화 실리콘 기판과 반응할 수 있다. 이전 실시 양태와 마찬가지로, 전구체 합성 챔버 101에서의 히드라조산의 생성 속도는 적절한 제어 메커니즘에 의해 증착 챔버 102에서의 소비 속도와 매치된다. 히드라조산을 생성하는 다른 방법은 4,7-메타노-3a,4,5,6,7,7a-헥사히드로벤조트리아졸과 같은 화합물의 열로 구동되는 retro Diels Alder 반응에 의해 높은 온도에서 지속적으로 물질을 생성하는 것이다.

추가로, 니켈 카보닐 또는 히드라조산을 이용한 실시예들의 상기 기재되어 있는 하나 이상의 단계는 임의의 공지된 전구체 및 본 발명의 시스템/방법과 함께 다루어질 수 있다고 통상의 기술자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 또한, 전구체 반응물질의 안정성의 시간 척도가 훨씬 더 짧고, 이의 이용률이 독성이 아닌 오로지 이러한 요인에 의해 제한되는 경우 큰 효용을 가지고 있다. 예를 들면, 그래핀 필름은 성장 및 변형되기 어렵다. 이러한 방법 중 하나는 벤자인을 형성하는 것이다. 100℃ 이상의 온도에서 적절한 농도에서 벤자인의 안정성은 몇 초 정도이다. 벤자인은 2-(트리메틸실리)페닐트리플루오로메탄술포네이트와 같은 중간생성물로부터 형성될 수 있다. 이러한 실시 양태에서, 불활성 기체 혼입된 화합물은 텐덤 전구체 생성 챔버 101에서의 높아지는 온도에서 가열된 블록을 통과하여 벤자인과 부산물 트리메티실릴트리플루오로메탄술포네이트를 형성한다. 부산물은 그래핀과 반응하지 않는 반면, 벤자인은 그래핀과 반응하고, 이에 따라 폴리시클릭 구조를 확장한다.

또 다른 실시 양태에서, 전구체의 합성은 전기화학적 합성과 연결된 소비에 의해 생성될 수 있다. 생성될 수 있는 독성 전구체의 예는 아르신, 포스핀, 저메인 및 셀렌화 수소를 포함한다. 스태난(stannane)과 같은 상대적으로 불안정한 전구체도 소비에 따라 유사하게 생성될 수 있다.

열 안정성에 관한 또 다른 실시 양태는 질화규소의 형성이다. t-부틸아미노클로로실란은 상온에서 며칠 범위의 반감기를 가진다. 하지만, -40℃의 온도에서 수개월동안 안정적이다. 이 경우, 텐덤 전구체 챔버 101은 적절한 운송 온도에서 액체를 운반 가스의 흐름 스트림으로 분사할 수 있는 냉장 용기로 형성된다. 300℃ 내지 350℃ 의 기판 온도와 암모니아의 공-반응물로 SiN 필름이 형성될 수 있다.

한편, 증착과 함께 전구체 생성의 장점의 또 다른 실시 양태는 모노실릴아민으로부터 질화규소의 저온 증착이다. ~2% 보다 높은 기체 농도에서 모노실릴아민은 자가 반응하여 디실릴아민 및 궁극적으로 트리실릴아민을 형성한다. 모노실릴아민은 200℃ 범위의 온도에서 질소가 풍부한 비정질 수소화 실리콘 필름을 형성할 수 있지만, 현재까지 모노실릴아민을 저장하고 이용하는 실용적인 방법은 없었다. 이러한 예에서, 텐덤 전구체 챔버 101은 일련의 정적 흐름 혼합기(나타나 있지 않음)를 포함하는 연속흐름반응기(plug-flow reactor)이다. 암모니아 및 모노클로로실란은 적절한 불활성 운반 기체에 별도의 기체 스트림으로 도입된다. 유량과 농도는 모노실릴아민의 생성을 최적화할 뿐만 아니라 비반응의 모노클로로실란과 디실릴아민 및 트리실릴아민 분해 생성물을 최소화하도록 조절된다. 본 발명의 이러한 실시 양태에서 기체 스트림은 처음에는 증착 챔버 102로부터 우회하여 질량 스펙트라(RGA) 에 의해 분석되며, 기체 스트림이 제어 파라미터 내에 있을 때에만, 증착 챔버 102에 들어갈 수 있다.

또 다른 실시 양태에서, 전구체 합성 챔버는 금속의 중질 할로겐화물(heavy halides)의 제어된 합성을 위한 것이다. 실리콘, 티타늄 또는 탄탈륨과 같은 과립 또는 반응성 금속으로 채워진 석영관은 유도 가열로 내에 위치한다. 석영관은 중질 할로겐화물, 브롬 또는 요오드의 증기가 과립 덩어리를 통과하도록 구성된다. 할로겐과의 반응성을 허용하는 온도로 금속의 유도 가열은 증착 챔버에서 ALD 에 대한 소비 펄스와 함께 요동친다. 특정 실시 양태에서, 다결정 실리콘 과립은 석영관에 패킹되고, 200℃ 초과로 가열된 요오드 증기는 실리콘 충전층에 들어간다. 1분간의 ALD 펄스 시간에 맞춰, 실리콘 금속의 온도는 650℃ 내지 1000℃로 1분간 유도 가열되고, 증기 형태의 요오드의 양은 사아이오딘화규소의 형성 속도를 제어하기 위해 이용되며, 이는 차례로 필름 형성 챔버 내의 ALD 펄스에 대한 요구조건과 매치하도록 제어된다. 유도 가열 펄스는 사아이오딘화규소의 형성 속도 및 지속 시간을 제어하는 반면, 할로겐 증기의 양은 형성된 사아이오딘화규소의 양을 제어한다. 사아이오딘화규소의 운송은 고체 사아이오딘화규소의 형성을 피하여 사아이오딘화규소 기체의 온도를 바람직하게는 125° 및 350℃ 사이의 온도로 제어하는 열 교환 구역을 통과한다. 필름 형성 챔버 내에서 사아이오딘화규소 챔버로부터의 펄스는 불활성 기체 퍼지, 이어서 암모니아 퍼지, 이어서 불활성 기체 퍼지로 번갈아 일어난다. 이에 의해, 질화규소 필름이 형성된다. 마찬가지로 금속을 대체함으로써 다른 금속 할로겐화물이 형성될 수 있다. 필름 형성 챔버 내의 조건 및 교체된 반응물에 따라, 특히, 질화물, 산화물, 금속성(0 원자가) 필름이 형성될 수 있다.

또 다른 실시 양태에서, 2개의 반응 기체 및 임의의 하나의 운반 기체는 전구체 합성 챔버 101에 도입되고, 그 배출물은 박막 처리 챔버 102로 진행된다. 전구체 합성 챔버는 혼합할 수 있는 여러 챔버를 포함하고, 잠재적으로 정적 혼합기를 포함할 수 있으며, 열 또는 냉각 메커니즘이 제공될 수 있다. 적절한 압력 하에서, 운반 기체, 및 반응 기체 중 하나는 질량 유량계의 제어 하에서 정적 혼합 챔버의 제 1 단계로 도입된다. 다음의 정적 혼합 요소 전에, 제 2 반응성 기체는 다시 질량 유량계의 제어 하에서 합성 스트림으로 도입된다. 반응이 발열이 심할 경우, 제 2 단계로 냉각의 제공이 필요할 수 있다. 하지만, 최소한 두 단계는 순환 액체가 있는 재킷 또는 다른 알려진 열 제어 방법에 의해 열 제어 하에 있다. 정적 혼합 요소를 떠날 때, 잔류 기체 분석(RGA), 질량 스펙트라, NIR(근적외선) 또는 UV 분석이 생성물 스트림을 분석한다.

적절한 밸브를 통해, 스트림은 먼저 저감 프로세스로 전환된다. 하지만, 전구체 대비 적절한 비율이 달성되자마자 스트림의 통로는 활성 성분의 이용이 모니터링되는 처리 챔버 102로 직접 이동된다. 타원편광 반사법, 시트 저항, 또는 기타 적절한 파라미터로 측정된 바와 같이 필름 공정이 완료되면, 전구체 합성 챔버 101로 반응성 기체의 도입은 질량 유량계 전에 위치한 밸브를 닫는 제어 루프에 의해 중단된다. 바람직하게는, 부산물 제거 단계는 처리 스트림에 전구체 합성 챔버 101의 일부로 포함된다. 부산물 제거 요소는 예를 들어, 저온 트랩, 흡착 단계 또는 부산물 특정 별개의 화학 반응 공정을 포함할 수 있다.

또 다른 실시 양태에서, 특히 모노실릴아민이 실리콘 질화물 증착에 이용되는 경우, 모노실릴아민 및 암모니아 반응물(운반 기체로도 작용할 수 있음) 또는 대안적으로 질소(별도의 운반 기체로도 작용할 수 있음)가 제 1 단계의 정적 혼합기에 도입된다. 제 1 단계를 균질 혼합물로 떠날 때, 모노클로로실란은 제 2 정적 혼합 요소 전에 스트림으로 도입된다. 질량 유량계는 RGA 에 의해 수득된 분석 정보를 이용하여 제 2 정적 혼합 요소에 형성된 모노실릴아민의 양 및 농도를 제어한다. 분석 전 또는 후에, 바람직하게는 -10℃ 이하의 온도로 냉각되는 펠릿화 숯의 충전층을 통해 프로세스 스트림을 통과함으로써 부산물 염화암모늄은 제거될 수 있다. 하지만, 일부 경우, 염화암모늄은 증착 공정에 영향을 주지 않고 직접적으로 박막 처리 챔버 102를 통과할 수 있기 때문에 이러한 단계가 필요하지 않다.

또 다른 실시 양태에서, 상호 연결된 두개의 서브-챔버는 하나의 전구체 합성 챔버 101로 작동한다. 제 1 서브-챔버의 목적은 제어 하에서 반응물을 제 2 서브-챔버로 전달하는 기체 스트림에 액체 반응물을 혼입시키는 것이고, 상대적으로 휘발성이 없는 물질과 반응함으로써 반응이 일어나고, 따라서 제어된 조건 하에서 박막 처리 챔버 102로 진행되는 휘발성의 전구체를 형성한다. 부산물은 제 2 서브-챔버 내에 유지된다. 제 1 서브-챔버의 반응 부피는 고갈되지만 제 2 서브-챔버는 부산물을 포함하기 때문에 반드시 고갈되는 것이 아님을 유의해야 한다. 제 1 서브-챔버는 용기가 휘발성 액체 및 액체 반응물의 표면 아래로 기체를 도입할 수 있게 하는 딥 튜브(dip tube)로 채워진 버블러(bubbler)라고 하는 것과 유사하다고 고려될 수 있으며, 기체가 액체상을 통해 진행됨에 따라 액체 레벨 위로 챔버를 빠져나가는 증기 스트림 내의 액체에 혼입(entrain)시킨다. 혼입된 반응물의 양은 버블러를 통과하는 운반 기체의 속도와 서브-챔버 내의 액체의 온도에 의해 제어된다. 혼입된 반응물은 딥 튜브를 통해 반응기 역할을 하는 제 2 서브-챔버로 이동한다. 반응 챔버는 딥 튜브로 구성되며, 일반적으로 교반으로 가열되며, 박막 처리 챔버 102와 연결되어 있는 증기상 출구를 포함한다. 반응 챔버는 제 2 비휘발성 반응물로 채워진다. 바람직한 실시 양태에서, 혼입된 반응물과의 접촉 시간은 휘발성 반응물의 완전한 소비가 이루어졌는지 반응 챔버를 나가는 기체 스트림이 박막 합성을 위한 운반 기체 및 휘발성 전구체를 포함하는지 확실하게 하기 위해 충분한 것이다.

본 명세서에 제시된 바와 같이, 운반 기체에 의해 혼입된 질량을 제외한 하전된 반응물과 부산물은 전구체 합성 챔버 101을 떠나는 유일한 물질이다. 하지만, 이러한 개념의 명백한 확장은 제어된 프로세스로 전구체 합성 챔버에 반응성 물질과 부산물을 보충하고 대체하는 것이다.

이러한 실시 양태 중 하나는 히드라조산(수소 아지드)을 포함하며, 여기서 트리메틸실릴아지드는 버블러에 충전된다. 제 2 서브-챔버는 스테아릴 알코올(옥타데칸올)로 충전되어 >60℃ 의 온도(스테아릴 알코올의 녹는점보다 높은 온도)로 가열되고 교반된다. 질소 스트림은 트리메틸실릴아지드을 동반하고, 이는 스테아릴알코올과 반응하여 휘발성 전구체 히드라조산을 형성하고, 이는 질소 운반 기체와 함께 박막 처리 챔버 102로 동반된다. 부산물 스테아릴옥시트리메틸실란은 휘발성이 아니며 반응 챔버에 남아있다.

도 1에 관한 상기 설명 및 관련된 바람직한 실시 양태는 하기에 설명된 바와 같이 도 2-7에 동일하게 적용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 기체 또는 증기 형태의 기체, 액체 또는 고체 전구체를 전달하도록 적절하게 구비된 매니폴드 시스템 206을 통해, 기체상 전구체를 공급하고 박막 처리 챔버 202와 연결되어 있는 전구체 합성 챔버 201을 포함하는 시스템의 개략도가 나타나 있다. 전구체의 원재료 또는 기초 재료(들)은 원재료 공급원으로부터 공급된다(나타나 있지 않음). 매니폴드 시스템 206은 전자 질량 유량계 또는 고체 또는 액체 전달 시스템을 포함할 수 있다. 매니폴드 시스템 206은 또한 전구체 합성 챔버 201과 박막 처리 챔버 202를 연결하는 도관 또는 배관 207의 퍼징 및/또는 배출에 영향을 미치는 퍼지 가스 시스템 203 및 대응되는 배출구 시스템 205와 같은 추가의 장비 및 제어장치를 포함할 수 있다.

하나의 실시 양태에서, 매니폴드 시스템 206은 또한 예를 들어, 전구체 합성 챔버 201에서 처리 챔버 202로의 운송에서 일어날 수 있는 전구체 공급에서의 변화, 미립자의 여과 또는 불순물의 흡착을 제거하기 위해 전자식 안정기(electronic ballast) 를 포함함으로써 기체를 컨디셔닝하는, 일반적으로 204로 식별되는 다양한 메커니즘 및 제어 장치를 포함할 수 있다. 상기 전달 공정은 또한 온도, 압력 및 유량과 같은 전달 요소를 모니터링하고 제어하는 추가적인 메커니즘을 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 액체상 전구체를 전달하도록 적절하게 구비된 매니폴드 시스템 306을 통해, 액체상 전구체를 박막 처리 챔버 302에 공급하거나 전달하는 전구체 합성 챔버 301의 개략도가 나타나 있다. 상기 전구체는 고체상 또는 액체상일 수 있고, 원재료 공급원으로부터 공급될 수 있으며(나타나 있지 않음), 고체 전구체는 박막 처리 챔버 302에 전달되기 전에 액화 또는 용해 과정을 거치거나 적절한 액체 또는 용매에 용해된다. 매니폴드 시스템 306 의 추가 장비 및 제어장치는 라인(즉, 운송 도관) 307 로부터 잔류 전구체를 깨끗이 하거나 제거하는 용매 시스템 303, 운송 도관 307 로부터 잔류 용매를 제거하는 퍼지 시스템(purge system) 304, 운송 도관 307 의 퍼징 및/또는 배출에 영향을 미치는 대응되는 배출구 시스템 308 및 용매 폐기물 성분 309을 포함한다. 다양한 장비와 제어 장치 305는 또한 처리 챔버 302에 적절한 순도로 적절한 양의 전구체의 전달을 관리하고 제어하기 위해 포함될 수 있다. 이러한 장비는 온도, 압력 및 흐름을 모니터링하거나, 전구체를 처리하여 미립자 또는 다른 불순물을 제거하거나, 액체 전구체를 박막 처리 챔버 302에 도입하기 전에 즉시 증발시키는 장비를 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 제어된 환경 하에 단일의 박막 제조 스테이션 또는 처리 챔버 403에 연결되어 있는 복수의 전구체 합성 챔버 404a, 404b, 404c 을 포함하는 시스템의 개략도가 나타나 있다. 다수의 전구체는 전구체 합성 챔버 404a - 404c 에서 합성되고, 그리고 나서 동시에 또는 순차적으로 처리 챔버 403에 전달되며, 이는 제조(예를 들어, 증착) 기술로 소비된다. 전구체 합성 챔버 404 는 도 1-3과 관련하여 상술한 바와 같이, 시스템의 전반적인 작동에 필요할 수 있는, 기체 또는 액체 각각의 전달 시스템, 또는 다른 서브 시스템으로 구성될 수 있다.

전구체 합성 챔버 404a-404c 는 다양한 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 전구체 합성 챔버 404a-404c 의 일부 또는 전부는 병렬로 배열될 수 있다(도 4의 챔버 404a 및 404b 를 참고한다). 단일 또는 다수의 전구체가 동시에 각 챔버 404a-404c 에서 동시에 증착 챔버 403 으로 전달될 수 있다. 또는 전구체 합성 챔버 404a-404c 의 일부 또는 전부가 탠덤(tandem) 또는 직렬로 배열될 수 있으며(도 4의 챔버 404b 및 404c 를 참고한다). 단일 또는 다수의 전구체는 하나의 합성 챔버(즉, 도 4의 챔버 404c)로부터 제 2 합성 챔버(즉, 도 4의 챔버 404b)로 순차적으로 전달되고, 생성된 전구체의 혼합물은 처리 챔버 403으로 전달된다. 또한 상기 구성은 병렬 및 탠덤 배열의 조합으로 구성될 수 있는 임의의 다른 배열도 포함할 수 있다. 또한 챔버의 병렬 배열은 박막 처리 챔버 403 에 원하는 효과를 생성하기 위해 순차적으로, 동시에 또는 필요에 따라 임의의 다른 조합으로 작동될 수 있다. 웨이퍼 핸들링 시스템 401은 또한 저장 카세트 402 및 박막 처리 챔버 403 사이에 기판 웨이퍼를 이동시키기 위해 제공된다.

도 5를 참조하면, 복수의 박막 처리 챔버 (TPC) 505a, 505b와 유체 소통하는 복수의 전구체 합성 챔버 (PSC) 504a, 504b 를 포함하는 시스템의 구체예의 개략도가 나타나있다. 전구체 합성 챔버 504a, 504b의 각각에는 도 1-3 과 관련하여 상술한 바와 같이, 기체 또는 액체 전달 시스템이 갖춰져 있다. 도 5의 웨이퍼 핸들링 시스템 501은 메커니즘 502(본 실시예에서는 로봇 팔)을 포함하고, 이는 저장 카세트 503, 다양한 박막 처리 챔버 505a, 505b, 그리고 처리 챔버 505a, 505b 를 통해 진행될 때 각 기판 웨이퍼의 특성을 모니터하는데 사용되는 하나 이상의 계측 (M) 챔버 506 사이에 기판 웨이퍼를 운송하기 위한 것이다. 전구체 합성 챔버 504a, 504b 는 동일한 전구체, 상이한 전구체 또는 이들의 조합을 생성하도록 구성되어 있다. 시스템의 작동 모드는 전체 공정 최적화에 필요할 수 있거나 단일 또는 다층 필름 또는 구조를 제조하는데 필요할 수 있는 만큼 기판 웨이퍼가 박막 처리 챔버 505a, 505b 중 하나 또는 박막처리 챔버 505a, 505b 의 임의의 조합만에 들어갈 수 있도록 설정된다. 제조 공정은 필름 증착, 에칭, 이온 주입 또는 패터닝과 같은 단일 처리 단계를 포함하거나 증착, 에칭, 이온 주입 및 패터닝 공정의 전체 세트 또는 서브 세트와 같은 처리 단계의 조합으로 구성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 복수의 통합된 전구체 합성 챔버 또는 생성기 603a, 603b, 603c, 603d, 603e, 및 박막 처리 챔버 602a, 602b, 602c, 602d, 602e 을 포함하는 클러스터 툴의 실시 양태가 나타나 있으며, 이들은 중앙의 자동화된 핸들링 유닛 주위에 위치하고, 각 처리 챔버 602a, 602b, 602c, 602d, 602e 에 공급되는 고정된 전구체의 입력값을 포함한다. 전구체 합성 챔버 603a, 603b, 603c, 603d, 603e로부터의 배출물은 박막 처리 챔버 602a, 602b, 602c, 602d, 602e 가 완전히 컨디셔닝되어 전구체의 도입이 준비가 되고 전구체가 박막 제조 공정에 필요한 사양 및 특성을 나타내는 것으로 결정되는 그러한 시간까지, 박막 처리 챔버 602a, 602b, 602c, 602d, 602e 로부터 안전한 위치(예를 들어, 세정기(scrubber)) 609로 멀어질 수 있다.

기판 웨이퍼는 로봇팔 608 또는 다른 자동화 시스템을 통해 저장 카세트 601로부터 박막 처리 챔버 602a, 602b, 602c, 602d, 602e (또는 클러스터 툴의 전체 유틸리티를 위해 포함될 수 있는 다른 챔버)까지 운송될 수 있다. 전구체 합성 챔버 603a, 603b, 603c, 603d, 603e 는 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 각각 원재료 공급원과 연결되어 있고, 예를 들어, 박막 처리 챔버 602a, 602b, 602c, 602d, 602e 에 대한 특정 전구체 순도 및 유량을 유지하기 위해 전구체 합성을 제어하는 고급 기술로 구성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 이러한 제어 루프의 개념은 하나의 전구체 합성 챔버 603c 에 제공되지만, 이러한 제어 루프는 상이한 전구체 또는 박막 제조 공정에 대한 다양한 제어 목적을 충족시키기 위해 동일한 방식 또는 변형된 프로토콜로 다른 전구체 합성 챔버 603a, 603b, 603d, 603e, 중 어느 하나 또는 복수에 적용될 수 있다고 이해될 것이다. 구체적으로, 도 6에 나타나 있는 제어 루프에는 하나의 신호 또는 신호들이 박막 처리 챔버 602c, 전구체 합성 챔버 603c 또는 둘 다에서의 하나 또는 복수의 기계 604, 605 에서 판독된다. 예를 들어, 박막 처리 챔버 602c 는 처리 챔버 센서 604 가 구비될 수 있고, 전구체 합성 챔버 603c 는 화학적 생성기 센서(chemical generator sensor) 605가 구비될 수 있다. 이러한 센서 604, 605 로부터의 신호는 기능 블록(function block) 606 을 통해 처리되어 입력값을 제어 장치 607(그리고 특히 화학적 생성기 제어 장치)에 제공하고 제어 장치 607은 생산 목표를 충족시키기 위해 전구체 합성 챔버 603c의 작동을 조절한다. 이러한 기계들은 전구체 합성 공정의 다양한 파라미터를 모니터하고 제어하기 위해 정점, 실시간, in-situ의 모니터링 및 감지 및/또는 in-situ 및 ex-situ의 모니터링 및 감지 기술의 전자 센서, 분광기 및 분광계를 포함할 수 있다.

일부 실시 양태에서, 시스템은 하나 이상의 상호 연결된 제조 또는 처리 챔버 또는 순차적으로 또는 직렬로 설정된 챔버들을 포함하고, 여기서 제조 기술은 연속적인 기판에 적용되며, 기판은 하나의 챔버를 통해 다음 챔버로 순차적으로 이동하며, 여기서 하나 이상의 제조 기술이 적용된다. 이러한 실시 양태 중 일례는 플렉시블 기판 상에 연속 필름의 롤-투-롤(roll-to-roll) 코팅이다. 이러한 실시 양태 중 하나는 하나 이상의 전구체 합성 모듈 또는 챔버는 제조 또는 처리 챔버와 연결되어 있고, 전구체 또는 전구체들은 플렉시블 기판에 전달되거나 플렉시블 기판에 증기 또는 액체 형태로 분무되며, 이들은 플렉시블 기판 상에 필름이 생성되도록 분해되거나 처리된다.

보다 구체적으로, 도 7 을 참조하면, 개별 또는 분리된 유닛(예를 들어, 웨이퍼)의 형태가 아니라 연속 롤 또는 코일 형태(예를 들어, 리본, 롤 또는 실감개(spool))로 플렉시블 기판에 제조 기술을 적용한 개략도가 나타나 있다. 플렉시블 기판의 스톡 롤(stock roll) 701 이 풀리거나 펼쳐지고, 제어된 방식으로 하나 이상의 상호연결된 제조 또는 처리 챔버 또는 순차적으로 또는 직렬로 배열된 처리 챔버들 703a, 703b 내로 공급되며, 플렉시블 기판 상에 타겟 박막 구조를 생성하도록 설계된 일련의 하나 이상의 제조 기술에 노출된다. 제조 기술은 필름 증착, 에칭, 이온 주입, 또는 패터닝과 같은 동일한 처리 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제조 기술은 고유의 처리 또는 제조 챔버 내에 각각 있는 증착, 에칭, 이온 주입 및 패터닝 공정의 서브 세트의 전체 세트와 같은 처리 단계의 조합을 포함할 수 있다.

제조 기술은 바람직하게는 서로 독립되어 있고, 각각 고유의 처리 챔버 703a, 703b 내에 둘러싸여 있다. 하나 이상의 중재 챔버 704 (예를 들어, 계측 챔버)은 바람직하게는 독립 및/또는 프로세스 제어를 향상시키기 위해 제공된다. 각 처리 챔버 703a, 703b 는 하나 이상의 전구체 합성 챔버 705a, 705b와 관련이 있다. 전구체 합성 챔버 705a, 705b는 동일한 전구체를 증기 또는 액체 형태로 개별의 제조 또는 처리 챔버 703a, 703b에 모두 전달할 수 있으며, 전구체는 플렉시블 기판 상에 필름을 생성하기 위해 완전히 또는 부분적으로 분해되거나 처리되거나 소비된다. 대안적으로, 전구체 합성 챔버 705a, 705b 각각은 상이한 전구체를 증기 또는 액체 형태로 대응되는 제조 또는 처리 챔버 703a, 703b에 전달할 수 있으며, 각각의 전구체는 플렉시블 기판 상에 다층 필름 층을 생성하기 위해 완전히 또는 부분적으로 분해되거나 처리되거나 소비된다.

측정 기구 707a, 707b 및 708 와 라인 또는 도관 711a, 711b 을 통해 공정 제어 장치 706a, 706b 와 커뮤니케이션하는 변환기 공정 모델 709a, 709b 을 포함하는 제어 매니폴드는 소정의 사전 설정 처리 세트 포인트 710a, 710b 를 충족시키기 위해 개별의 전구체 합성 챔버 705a, 705 에 피드백 및 피드포워드 제어를 제공하도록 통합된다. 생성한 처리된 플렉시블 기판은 엔드롤 702에서 스풀링된다. 하나의 실시 양태에서, 기계 707a, 707b 는 in-situ 센서이고, 기계 708 은 ex-situ 센서이다. 하나의 실시 양태에서, 프로세스 제어 장치 706a, 706b 는 화학적 공급원(즉, 전구체) 제어 장치이고, 변환기 프로세스 모델 709a, 709b 는 신호 변환기이다.

일부 실시 양태에서, 전구체 또는 전구체들은 졸-겔(sol-gel) 또는 도금 기술을 사용하여 플렉시블 기판 상에 분해되거나 처리되어 층 또는 필름을 형성한다. 다른 실시 양태에서, 전구체는 CVD 또는 ALD 기술을 사용하여 플렉시블 기판 상에 분해되거나 처리된다. 다른 실시 양태에서, 생성된 필름은 사용된 상이한 전구체의 수에 따라 단일 균일층 또는 다중층을 포함한다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자라면 본 발명의 개념을 벗어나지 않고 상기 기재되어 있는 실시 양태를 변경할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명은 개시된 발명의 사상 및 범위 내에서의 변형을 포함하는 것으로 이해된다.

Claims

필름 형성 전구체의 합성, 상기 전구체의 소비 및 기판상에 박막의 형성을 위한 통합 시스템에 관한 것으로서,
전구체 합성 속도는 박막을 형성하기 위해 전구체 소비 속도와 동기화되는 (synchronized) 통합 시스템.
필름 형성 전구체의 합성, 상기 전구체의 소비 및 기판상에 박막의 형성을 위한 통합 시스템에 관한 것으로서,
상기 시스템은 하기를 포함하고:
하나 이상의 원재료를 포함하는 원재료 공급원;
입구와 출구를 포함하는 전구체 합성 챔버로서, 전구체 합성 챔버의 입구는 전구체를 합성하기 위해 반응되는 곳인 전구체 합성 챔버에 원재료를 공급하도록 원재료 공급원과 커뮤니케이션하는 전구체 합성 챔버;
전구체 합성 챔버와 연결되어 있는 박막 처리 챔버로서, 전구체의 소비가 박막 처리 챔버 내의 기판 상에 박막을 형성하는데 제어된 방식으로 전구체 합성 챔버로부터 박막 처리 챔버에 전구체를 공급하기 위해 전구체 합성 챔버의 출구와 직접적으로 커뮤니케이션하고 연결되어 있는 입구를 포함하는 박막 처리 챔버;
박막 처리 챔버 내에서 박막 형성 및/또는 전구체 합성 챔버 내에서 전구체 합성의 종점(end-point), 실시간(real-time), 모니터링과 감지를 위한 모니터링 시스템; 및
하기의 제어장치: (i) 모니터링 시스템으로부터 전구체 소비 및 박막 형성과 관련된 데이터를 받고, 전구체 합성 속도가 전구체 소비와 박막 형성의 수요와 일치되도록 전구체 합성 속도를 제어하기 위해 그 데이터를 전구체 합성 챔버로 전송하고/하거나 (ii) 모니터링 시스템으로부터 전구체 합성과 관련된 데이터를 받고, 전구체 소비 및 박막 형성 속도가 전구체 합성 속도와 일치되도록 전구체 소비 및 박막 형성 속도를 제어하기 위해 그 데이터를 박막 처리 챔버로 전송함;
전구체 합성 속도는 박막 형성을 위해 전구체 소비 속도와 동기화되는(synchronized) 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는 박막 처리 챔버에 들어가는 전구체의 양 또는 농도를 전구체 합성 챔버를 빠져 나가는 전구체의 양 또는 농도와 비교하여 차이값을 계산하고, 전구체 합성 챔버에서 전구체 합성 속도를 제어하기 위해 차이값을 알고리즘의 일부로 이용하는 것으로 구성되어 있는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 시스템은 전구체 합성 챔버 및 이에 연결된 박막 처리 챔버를 포함하는 폐쇄 루프 시스템이고, 상기 모니터링 시스템과 제어 장치는 박막 처리 챔버에서 박막의 형성을 형성하기 위해 전구체 합성 챔버 내의 전구체 합성과 전구체 소비 사이의 커뮤니케이션을 제어 및 관리하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는 전구체 소비 속도를 기준으로 전구체 합성 속도를 조절하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 모니터링 시스템은 하나 이상의 in-situ 모니터링 및 감지 기술, ex-situ 모니터링 및 감지 기술, 분광기 및 분광계를 포함하여 전구체 합성 챔버와 박막 처리 챔버의 하나 이상의 파라미터를 모니터하는 통합 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는 온도, 압력, 하나 이상의 원재료의 유량, 전구체의 유량 및 전구체 합성의 반응 조건으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 통합 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 in-situ 및 ex-situ 모니터링 및 감지 기술은 타원편광 반사법, 질량 분광법, 및 적외선 분광법, 근적외선 분광법, 광학 분광법 및 자외선 분광법으로 이루어지는 군으로부터 선택된 기술을 포함하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 모니터링 시스템은 하나 이상의 파라미터에 대한 실시간 모니터링 및 감지를 위해 하나 이상의 in-situ 매입형 센서와 하나 이상의 ex-situ 매입형 센서 중 하나 이상을 포함하는 통합 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 하나 이상의 in-situ 매입형 센서 및/또는 하나 이상의 ex-situ 매입형 센서는 광학 센서, 음향 센서, 전기 센서, 전자 센서, 자기 센서, 기계식 센서, 전자-기계식 센서 및 전자기 센서로 이루어지는 군으로부터 선택되는 통합 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는 온도, 압력 하나 이상의 원재료의 유량, 전구체의 유량 및 전구체 합성의 반응 조건으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 전구체 합성 챔버와 박막 처리 챔버는 분리된 별개의 챔버이고,
상기 전구체 합성 챔버와 박막 처리 챔버의 내부 환경은 밸브 조립체에 의해 서로 분리되는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 전구체 합성 챔버는 퍼지 유체 또는 반응 부산물을 배출하는 배출구를 포함하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
기체상 전구체의 흐름을 위해 전구체 합성 챔버의 출구를 박막 처리 챔버의 입구와 연결하는 매니폴드 시스템을 추가로 포함하는 통합 시스템.
제 14 항에 있어서,
매니폴드 시스템의 도관을 퍼지하고 배출하는 퍼지 기체 시스템 및 배출구 시스템을 추가로 포함하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
액상 전구체의 흐름을 위해 전구체 합성 챔버의 출구를 박막 처리 챔버의 입구와 연결하는 매니폴드 시스템을 추가로 포함하는 통합 시스템.
제 16 항에 있어서,
도관을 세정하기 위해 매니폴드 시스템의 도관에 용매 용액을 공급하도록 구성된 세정 시스템 및 매니폴드 시스템의 도관으로부터 잔류 용매 용액을 제거하는 퍼지 시스템을 추가로 포함하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
단일 박막 처리 챔버와 연결된 복수의 전구체 합성 챔버를 포함하는 통합 시스템.
제 18 항에 있어서,
복수의 전구체 합성 챔버 중 2개 이상이 병렬 배열로 구성되어, 전구체가 병렬 배열 내의 각각의 전구체 합성 챔버로부터 단일 박막 처리 챔버로 동시에 전달되는 통합 시스템.
제 18 항에 있어서,
복수의 전구체 합성 챔버 중 2개 이상이 직렬 또는 탠덤 배열로 구성되어, 업스트림 전구체 합성 챔버로부터의 전구체가 다운스트림 전구체 합성 챔버로 전달되어 전구체 혼합물을 형성하고, 이어서 전구체의 혼합물은 다운 스트림 전구체 합성 챔버로부터 단일 박막 처리 챔버로 전달되는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
복수의 박막 처리 챔버와 연결된 복수의 전구체 합성 챔버를 포함하는 통합 시스템.
제 21 항에 있어서,
하나 이상의 기판을 저장하는 저장 카세트(storage cassette), 기판의 하나 이상의 특성을 모니터링하는 복수의 계측 챔버, 및 저장 카세트, 복수의 박막 처리 챔버 및 복수의 계측 챔버 사이에서 기판을 운송하는 운송 메커니즘을 추가로 포함하는 통합 시스템.
제 21 항에 있어서,
복수의 전구체 합성 챔버 및 복수의 박막 처리 챔버와 통합된 클러스터 툴을 추가로 포함하는 통합 시스템.
제 21 항에 있어서,
각각의 전구체 합성 챔버는, 대응되는 박막 처리 챔버에 동일한 전구체를 증기 또는 액체 형태로 전달하기 위해, 대응되는 박막 처리 챔버와 연결되는 통합 시스템.
제 21 항에 있어서,
각각의 전구체 합성 챔버는, 대응되는 박막 처리 챔버에 상이한 전구체를 증기 또는 액체 형태로 전달하기 위해, 대응되는 박막 처리 챔버와 연결되는 통합 시스템.
제 21 항에 있어서,
상기 기판은 리본, 롤, 테이프 또는 실감개(spool))와 같은 연속 롤 또는 코일 형태의 플렉시블 기판인 통합 시스템.
제 26 항에 있어서,
상기 플렉시블 기판은 풀리거나 펼쳐지고, 서로 연결된 복수의 박막 처리 챔버 중 하나 이상에 제어된 방식으로 공급되는 스톡 롤(stock roll) 을 포함하는 통합 시스템.
제 27 항에 있어서,
상호 연결된 박막 처리 챔버는 동일한 제조 기술을 상기 기판에 적용하는 통합 시스템.
제 27 항에 있어서,
상호 연결된 박막 처리 챔버 각각은 상이한 제조 기술을 상기 기판에 적용하는 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 전구체는 상온에서 불안정한 화학 물질 군으로부터 선택되는 통합 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 전구체는 니켈 카르보닐 및 히드라조산 중 하나인 통합 시스템.
제 2 항에 있어서,
박막 처리 챔버는 배치 툴, 독립 툴, 및 클러스터 툴 중 하나인 통합 시스템.
필름-형성 전구체의 합성, 전구체의 소비 및 기판 상 박막의 형성을 위한 통합 방법으로서,
상기 통합 방법은 하기를 포함하는 통합 방법:
제 1 위치에 하나 이상의 원재료를 포함하는 원재료 공급원을 제공하는 단계;
제 1 위치에서 하나 이상의 원재료를 원재료 공급원으로부터 전구체 합성 챔버에 공급하는 단계;
전구체 합성 챔버에서 하나 이상의 원재료를 반응시켜 제 1 위치에서 전구체를 형성하는 단계;
제 1 위치에서 전구체를 전구체 합성 챔버로부터 제어된 방식으로 박막 처리 챔버에 공급하고, 이 때 박막 처리 챔버는 전구체 합성 챔버와 연결되고 함께 작동되는 단계;
제 1 위치에서 전구체의 소비로 박막 처리 챔버에 위치한 기판상에 박막을 형성하도록 제조 기술을 적용하는 단계;
박막 처리 챔버에서 전구체 소비 및 박막 형성의 종점(end-point), 실시간(real-time), 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및
전구체 합성을 제어하기 위해 전구체 소비 및 박막 형성과 관련된 피드백을 전구체 합성 챔버에 전달하는 단계, 이 경우 (i) 전구체 합성은 박막 형성과 함께 또는 동시에 발생하며, (ii) 전구체 합성의 속도는 전구체 소비 및 박막 형성의 수요와 일치하고, (iii) 전구체 합성 속도는 박막을 형성하기 위해 전구체 소비 속도와 동기화(synchronized)된다.
제 33 항에 있어서,
박막 처리 챔버에 들어가는 전구체의 양 또는 농도를 전구체 합성 챔버를 빠져나가는 전구체의 양 또는 농도와 비교하여 차이값을 계산하는 단계, 및 전구체 합성 챔버에서 전구체 합성 속도를 제어하기 위해 차이값을 알고리즘의 일부로 이용하는 단계를 추가로 포함하는 통합 방법.
제 33 항에 있어서,
상기 제조 기술은 화학 기상 증착(CVD), 원자층 증착 (ALD), 액상 플레이팅, 에칭, 원자층 에칭, 이온 주입, 및 패터닝으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나인 통합 방법.
제 33 항에 있어서,
전구체 합성 챔버로부터 박막 처리 챔버로 전구체를 공급하는 단계는 진공, 불활성 기체, 수소, 반응성 기체, 또는 불활성 기체 및 수소 반응성 기체의 조합 중 하나 이상을 사용하여 수행되는 통합 방법.
제 33 항에 있어서,
상기 전구체는 불활성 또는 반응성 운반 기체를 사용하여 박막 처리 챔버로 운송되는 통합 방법.
제 33 항에 있어서,
상기 전구체는 자체 증기압을 사용하여 휘발되거나 증발되고 박막 처리 챔버로 운송되는 통합 방법.
니켈 카보닐 전구체의 생성 및 기판상에 니켈 박막의 형성을 위한 통합 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 통합 방법:
제 1 위치에서 벌크 금속 니켈을 전구체 생성 챔버에 공급하는 단계;
전구체 생성 챔버를 밀봉하는 단계;
흡착되고 잔류된 가스를 배출하도록 전구체 생성 챔버를 퍼징하는 단계;
벌크 금속 니켈에 80℃ 내지 120℃ 의 온도로 열을 가하는 단계;
일산화탄소를 전구체 생성 챔버에 공급하고 동시에 전구체 생성 시스템과 다운스트림 및 상호 연결된 박막 처리 챔버 간의 유동 커뮤니케이션을 가능하게 하여 니켈 카보닐 전구체를 생성하고 니켈 카보닐 전구체를 전구체 생성 챔버로부터 박막 처리 챔버로 직접 공급하는 단계;
니켈 카보닐 전구체가 기판 상에서 분해되어 니켈 박막을 형성하도록 박막 처리 챔버의 기판을 180℃ 내지 250℃의 온도로 가열하는 단계;
박막 처리 챔버에서 니켈 박막 형성의 종점(end-point), 실시간(real-time), in-situ 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및
니켈 카보닐 전구체의 생성이 니켈 박막 형성과 동시에 또는 함께 발생하도록 니켈 카보닐 전구체의 생성 속도를 제어하기 위해 니켈 박막 형성에 관한 피드백을 전구체 생성 챔버에 전달하는 단계.
히드라조산 전구체의 생성 및 실리콘 기판 상에 질화규소 박막의 형성을 위한 통합 방법으로서,
하기 단계를 포함하는 통합 방법:
고비점 히드로실릭 액체를 전구체 생성 챔버에 공급하는 단계로서, 전구체 생성 챔버는 액체 레벨 아래 챔버의 하단부에 근접한 기체 입구 및 액체 레벨 위의 기체 출구를 가지는 단계;
히드로실릭 액체를 40℃ 내지 65℃ 의 온도로 가열하여 히드로실화 액체를 형성하는 단계;
운반 기체에 혼입된 트리메틸실릴아지드의 제 1 스트림을 기체 입구를 통해 전구체 생성 챔버에 도입하는 단계로서, 여기서 트리메틸실릴아지드는 히드록실화 액체와 반응하고 히드라조산 전구체를 생성하는 단계;
운반 기체에 혼입된 히드라조산의 제 2 스트림을 전구체 생성 챔버에서 박막 처리 챔버로 직접 공급하는 단계로서, 박막 처리 챔버는 전구체 생성 챔버와 연결되고 함께 작동되는 단계;
박막 처리 챔버에서 실리콘 기판을 325℃ 내지 500℃ 의 온도로 가열하여 히드라조산이 실리콘 기판과 반응하여 질화규소 박막을 형성하는 단계;
박막 처리 챔버에서 질화규소 박막 형성의 종점, 실시간, in-situ 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및
히드라조산 전구체의 생성을 제어하기 위해 질화 규소 박막 형성에 관한 피드백을 전구체 생성 챔버에 전달하여 히드라조산 전구체 생성이 질화규소 박막 형성과 동시에 또는 함께 발생하는 단계.
모노실릴아민 전구체의 생성 및 실리콘 기판상에 질화규소 박막의 형성을 위한 통합 방법으로서,
하기 단계를 포함하는 통합 방법:
제 1 운반 기체에 혼입된 암모니아의 제 1 스트림을 전구체 생성 챔버에 공급하는 단계;
제 2 운반 기체 내의 모노클로로실란의 제 2 스트림을 전구체 생성 챔버에 공급하여 제 1 스트림과 반응하고 모노실릴아민 전구체를 생성하는 단계;
제 1 및 제 2 기체에 혼입된 모노실릴아민 전구체를 전구체 생성 챔버에서 박막 처리 챔버로 공급하는 단계로서, 박막 처리 챔버는 전구체 생성 챔버와 연결되고 함께 작동되는 단계;
모노실릴아민 전구체의 소비로 박막 처리 챔버에 위치한 실리콘 기판상에 질화규소 박막을 형성하도록 제조 기술을 적용하는 단계;
박막 처리 챔버에서 질화규소 박막 형성의 종점, 실시간, in-situ 모니터링 및 감지를 수행하는 단계; 및
모노실릴아민 전구체의 생성을 제어하기 위해 질화규소 박막 형성에 관한 피드백을 전구체 생성 챔버에 전달하여 모노실릴아민 전구체 생성이 질화규소 박막 형성과 동시에 또는 함께 발생하는 단계.
제 41 항에 있어서,
상기 전구체 생성 챔버는 일련의 정적 흐름 혼합기를 포함하는 연속흐름반응기(plug-flow reactor)인 통합 방법.
제 41 항에 있어서,
제 1 및 제 2 운반 기체에 혼입된 모노실릴아민 전구체를 박막 처리 챔버에 공급하기 전에 하나 이상의 파라미터를 모니터링 및 감지하기 위해 제1 및 제 2 운반 기체에 혼입된 모노실릴아민 전구체를 전구체 생성 챔버로부터 계측 챔버에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 통합 방법.
원자층 증착(ALD) 펄스 요구 조건과 매치되도록 맞춰진 펄스에서 금속 할로겐 전구체를 형성하는 통합 방법.