KR20220127830A - 농도 측정을 이용한 펄스 가스 운반 방법 및 장치 - Google Patents

농도 측정을 이용한 펄스 가스 운반 방법 및 장치 Download PDF

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비디 사프타리
준후아 딩
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Abstract

시스템 및 방법은, 공정 가스의 농도를 측정하며, 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어함으로써, 펄스 가스 운반의 각각의 펄스에 대해, 보다 정확한 몰 운반량의 공정 가스를 제공한다. 각각의 펄스에 대한 몰 운반량의 제어는 유동 설정점, 펄스 듀레이션, 또는 둘 다를 조정함으로써 달성될 수 있다.

Description

농도 측정을 이용한 펄스 가스 운반 방법 및 장치
관련 출원
본 출원은 2020년 1월 14일에 출원된 미국 출원 번호 16/742,172의 부분 계속 출원이다. 상기 출원의 전체 교시가 본원에 참조로 포함된다.
원자 층 증착(ALD) 공정 및 원자 층 식각(ALE) 공정과 같은 펄스형 가스 운반을 수반하는 많은 공정에서, 전구체 또는 다른 공정 가스가 캐리어 가스와 혼합된다. 공정 가스가 통상적으로 발생되는 방식으로 인해, 예를 들어 공정 가스를 발생시키는 화학 반응의 출력이 시간의 경과에 따라 달라질 때, 공정 가스의 농도가 공정 동안 달라질 수 있다. 그럼에도, 공정 챔버에 정확한 몰 운반량의 공정 가스를 제공하는 것이 중요하다.
그러나, 기존 펄스 가스 운반 장치는 각각의 펄스에서 총 몰량만을 보장할 수 있고, 총 몰량은 공정 가스와 캐리어 가스를 모두 포함하므로, 각각의 펄스에서 공정 가스의 몰량이 달라질 수 있다. 따라서, 펄스형 가스 혼합물 내의 보다 정확한 몰 운반량의 공정 가스에 대한 지속적인 필요성이 있다.
농도 측정을 이용한 펄스 가스 운반 방법 및 장치가 개시된다. 방법 및 장치는, 공정 가스의 농도를 측정하며, 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어함으로써, 펄스 가스 운반의 각각의 펄스에 대해, 보다 정확한 몰 운반량의 공정 가스를 제공한다. 각각의 펄스에 대한 몰 운반량의 제어는 유동 설정점, 펄스 듀레이션, 또는 둘 다를 조정함으로써 달성될 수 있다.
펄스 가스 제어 시스템은 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 측정하도록 구성되는 가스 농도 측정 시스템을 포함한다. 펄스 가스 운반 시스템은 가스 혼합물의 유동을 감지하며 가스 혼합물의 유동을 제어하도록 구성된다. 시스템은 가스 농도 측정 시스템에 의해 측정되는 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 수신하며, 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어하여, 각각의 펄스에서 공정 챔버에 운반되는 공정 가스의 몰량을 제어한다.
펄스 가스 운반 시스템은 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하도록 구성될 수 있고, 조정은 수신된 공정 가스 농도에 기반할 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템은 수신된 공정 가스 농도에 반비례하여 가스 혼합물의 초기 목표 유동 설정점을 설정할 수 있다. 초기 목표 유동 설정점은 수신된 공정 가스 농도와 펄스 듀레이션 기간의 곱으로 나눈 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점에 비례하여 설정될 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템은 펄스 듀레이션 기간 동안 공정 가스 농도의 변화된 측정에 기반하여 펄스 듀레이션 기간 동안 유동 설정점을 조정할 수 있다. 유동 설정점은 수식
Figure pct00001
에 기반하여 조정될 수 있고, 여기서 Qsp(t)는 유동 설정점, k는 몰-유동 단위 변환 상수, Msp는 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점, Qm(t)는 펄스 가스 운반 시스템의 측정된 유량, C(t)는 수신된 공정 가스 농도, Δt는 펄스 듀레이션 기간, t는 현재 시간, t0은 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간이다. 펄스 가스 운반 시스템은 펄스 듀레이션 기간이 완료될 때까지 펄스 듀레이션 기간 동안 시간의 경과에 따라 유동 설정점을 조정할 수 있다. 유동 설정점이 조정되는 동안 일정한 펄스 듀레이션이 유지될 수 있다.
가스 농도 측정 시스템은 광학 가스 센서, 표면 탄성파 장치, 초음파 센서, 질량 분석기, 또는 열전도 검출기를 포함할 수 있다. 가스 농도 측정 시스템은 가스 혼합물의 공급원으로부터 가스 혼합물을 공급받고 펄스 가스 운반 시스템으로 가스 혼합물을 제공하기 위해, 공급원과 펄스 가스 운반 시스템 사이에 직렬로 배치될 수 있다. 이는 공급원으로부터 펄스 가스 운반 시스템으로 가스 혼합물의 가스 유동을 샘플링하는 샘플 라인으로부터 가스 혼합물의 샘플을 공급받도록 배치될 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템이 공정 가스를 운반하도록 구성되는 공정 챔버는 원자 층 증착(ALD) 공정, 원자 층 식각(ALE) 공정, 관통 실리콘 비아(TSV) 공정, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) 공정, 및 플라즈마 강화 식각 공정 중 하나일 수 있다.
펄스 가스 운반 시스템은 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하도록 구성될 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템은 공정 챔버에 가스 혼합물을 운반하기 위해 사용되는 펄스 듀레이션을 조정하도록 구성될 수 있고; 운반되는 공정 가스의 총 몰량이 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점보다 크거나 같을 때 펄스 듀레이션을 종료함으로써 펄스 듀레이션을 조정하도록 구성될 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템은 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점과 펄스 듀레이션을 모두 조정하도록 구성될 수 있다.
펄스 가스 운반 시스템은 펄스 가스 운반 시스템의 펄스 듀레이션 기간에 대응하는 펄스 주파수의 10배 이상인 업데이트 속도로 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 수신하도록 구성될 수 있다. 시스템은 상승된 온도로 공정 가스를 포함하는 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 유지하도록 구성되는 히터를 포함할 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템은 공급원과 공정 챔버 사이의 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 따라 공정 가스의 실질적으로 일정한 상승된 온도를 유지하기 위해 히터를 제어하도록 구성될 수 있다.
펄스 가스 운반 시스템의 제어 방법은, 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 측정하는 단계; 펄스 가스 운반 시스템으로, 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 수신하는 단계; 및 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 펄스 가스 운반 시스템에 의해 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어하여, 각각의 펄스에서 공정 챔버에 운반되는 공정 가스의 몰량을 제어하는 단계를 포함한다.
방법은 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 가스 혼합물의 유동 설정점은 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 조정될 수 있다. 가스 혼합물의 초기 목표 유동 설정점이 수신된 공정 가스 농도에 반비례하여 설정될 수 있다. 초기 목표 유동 설정점은 수신된 공정 가스 농도와 펄스 듀레이션 기간의 곱으로 나눈 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점에 비례하여 설정될 수 있다. 방법은 펄스 듀레이션 기간 동안 공정 가스 농도의 변화된 측정에 기반하여 펄스 듀레이션 기간 동안 유동 설점점을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 수식
Figure pct00002
에 기반하여 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 Qsp(t)는 유동 설정점, k는 몰-유동 단위 변환 상수, Msp는 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점, Qm(t)는 펄스 가스 운반 시스템의 측정된 유량, C(t)는 수신된 공정 가스 농도, Δt는 펄스 듀레이션 기간, t는 현재 시간, t0은 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간이다. 방법은 펄스 듀레이션 기간이 완료될 때까지 펄스 듀레이션 기간 동안 시간의 경과에 따라 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 유동 설정점을 조정하는 동안 일정한 펄스 듀레이션을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 광학 가스 센서, 표면 탄성파 장치, 초음파 센서, 질량 분석기, 또는 열전도 검출기를 사용하여 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 펄스 가스 운반 시스템은 원자 층 증착(ALD) 공정, 원자 층 식각(ALE) 공정, 관통 실리콘 비아(TSV) 공정, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) 공정, 및 플라즈마 강화 식각 공정 중 하나에 공정 가스를 운반하기 위해 사용될 수 있다. 방법은 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 공정 챔버에 가스 혼합물을 운반하기 위해 사용되는 펄스 듀레이션을 조정하는 단계를 포함할 수 있고; 운반되는 공정 가스의 총 몰량이 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점보다 크거나 같을 때 펄스 듀레이션을 종료함으로써 펄스 듀레이션을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하고 펄스 듀레이션을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 펄스 가스 운반 시스템의 펄스 듀레이션 기간에 대응하는 펄스 주파수의 10배 이상인 업데이트 속도로 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 상승된 온도로 공정 가스를 포함하는 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 유지하기 위해 히터를 사용하는 단계를 포함할 수 있고; 공급원과 공정 챔버 사이의 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 따라 공정 가스의 실질적으로 일정한 상승된 온도를 유지하기 위해 히터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 설명은 첨부 도면에 도시된 바와 같이 예시적인 구현예들의 하기 보다 구체적인 설명으로부터 명확해질 것이며, 상이한 도면들 전체에 걸쳐 유사한 참조 번호는 동일한 부분을 가리킨다. 도면은 반드시 정확한 비율로 그려진 것이 아니라, 구현예들을 예시하는 데에 중점을 둔 것이다.
도 1a는 본 발명의 구현예에 따른, 인라인 배치의, 농도 측정을 이용한 펄스 가스 제어 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 구현예에 따른, 샘플 라인 배치의, 농도 측정을 이용한 펄스 가스 제어 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 구현예에 따른 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정함으로써 펄스 가스 운반 시스템을 제어하는 공정의 개략적인 블록도들이다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 추가 캐리어 가스 라인을 사용하는 펄스 가스 제어 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 펄스 가스 운반 시스템과 상호작용하는 호스트 제어기의 개략적인 블록도이다.
도 6은 예를 들어 도 5의 펄스 몰량 제어 처리기와 같은 구성요소로 사용될 수 있는 제어기의 단순화된 개략적인 블록도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 구현예에 따른 공정 챔버에 가스 혼합물을 운반하기 위해 사용되는 펄스 듀레이션을 조정함으로써 펄스 가스 운반 시스템을 제어하는 공정의 개략적인 블록도들이다.
이하에서, 예시적인 구현예들이 설명된다.
기존 가스 운반 시스템에서, 전구체 가스 또는 다른 공정 가스는, 예를 들어 액체 또는 고체를 증발시킴으로써, 가스 운반 동안 진행되는 화학 또는 물리 공정에 의해 통상적으로 발생된다. 예를 들어, 질소와 같은 캐리어 가스를 전구체 물질을 포함하는 앰풀을 통해 흐르게 하여 증기를 발생시킬 수 있고, 이의 거품이 앰풀 밖으로 나오며 캐리어 가스와 전구체 가스의 혼합물을 포함한다. 앰풀은 고체 또는 액체 전구체를 기화시키기 위해 높은 온도까지 가열되고, 그에 따라 기화율은 종종 반응에 수반되는 압력, 온도, 및 표면적에 따라 좌우된다. 공정 가스를 발생시키기 위해 사용되는 화학 반응 또는 물리 공정의 속도는 공정 가스의 발생 동안 크게 달라질 수 있다.
공정 가스의 이러한 가변 발생 속도로 인해, 기존 펄스 가스 운반 시스템은, 공정 가스와 캐리어 가스의 조합의 총량이 비교적 일정하게 유지된 경우에도, 펄스별로 크게 달라진 몰량의 공정 가스를 종종 운반할 수 있었다. 그러나, 공정 가스량의 이와 같은 변화는, 예를 들어 원자 층 증착(ALD) 공정에서 표면 상에 증착되는 가변 두께의 층들을 형성함으로써, 공정 가스가 사용되는 제조 공정의 결과를 현저히 변화시킬 수 있다.
기존 시스템의 이러한 단점 및 다른 단점을 해결하기 위해, 농도 측정이 펄스 가스 운반 시스템 내의 가스 혼합물의 정확한 몰 운반을 제공하기 위해 사용되고, 이는 본원에 추가로 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명의 구현예에 따른, 인라인 배치의, 농도 측정을 이용한 펄스 가스 제어 시스템(100a)의 개략적인 블록도이다. 가스 공급원(101a)이 시스템 내로 공정 가스와 캐리어 가스의 가스 혼합물을 흐르게 하고, 가스 혼합물은 가스 농도 측정 시스템(104a) 및 펄스 가스 운반 시스템(106a)을 통해 흐른다. 도 1a의 구현예에서, 가스 농도 측정 시스템(104a) 및 펄스 가스 운반 시스템(106a)은 "인-라인" 또는 직렬 유동 배치된다. 이러한 구현예에서, 가스 농도 측정 시스템(104a)은 가스 혼합물의 공급원(101a)으로부터 가스 혼합물을 공급받고 펄스 가스 운반 시스템(106a)으로 가스 혼합물을 제공하기 위해, 공급원(101a)과 펄스 가스 운반 시스템(106a) 사이에 직렬로 배치된다. 예를 들어 도 1b에서와 같은 다른 유동 배치도 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 1a에서, 펄스 가스 운반 시스템(106a)은 가스 혼합물의 유동을 감지 및 제어한다. 가스 농도 측정 시스템(104a)은 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도(108a)를 측정한다. 펄스 가스 운반 시스템(106a)은 가스 농도 측정 시스템(104a)에 의해 측정되는 공정 가스의 농도(108a)를 수신하며, 수신된 공정 가스 농도(108a)에 기반하여 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어하여, 각각의 펄스에서 공정 챔버에 운반되는 공정 가스의 몰량(110a)을 제어한다.
도 1b는 본 발명의 구현예에 따른, 샘플 라인 배치의, 농도 측정을 이용한 펄스 가스 제어 시스템의 개략적인 블록도이다. 이러한 구현예에서, 가스 농도 측정 시스템(104b)은 공급원(101b)으로부터 펄스 가스 운반 시스템(106b)으로 가스 혼합물의 가스 유동을 샘플링하는 샘플 라인(107b)으로부터 가스 혼합물의 샘플을 공급받도록 배치된다. 가스 공급원(101b)은 펄스 가스 운반 시스템(106b) 내로 가스 혼합물을 흐르게 하며, 가스 농도 측정 시스템(104b)은 유동 라인(109b)으로부터 분기되는 샘플 라인(107b)으로부터 가스 혼합물의 샘플을 공급받고, 가스 공급원(101b)은 유동 라인에 의해 펄스 가스 운반 시스템(106b) 내로 가스 혼합물을 흐르게 한다. 따라서, 가스 농도 측정 시스템(104b)은 가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도(108b)를 측정할 수 있고, 이를 펄스 가스 운반 시스템(106b)에 제공할 수 있다. 시스템은 그 이외엔 도 1a의 시스템과 유사하다.
가스 농도 측정 시스템(104a/104b)을 이용하여, 도 1a 및 도 1b의 시스템은 펄스 가스 운반 시스템(106a/106b) 내로 공급되는 가스 혼합물 내의 전구체 또는 다른 공정 가스의 농도(108a/108b)를 획득한다. 펄스 가스 몰 운반 장치(106a/106b)는 각각의 펄스 가스 몰 운반에 대해 (공정 가스와 캐리어 가스를 모두 포함하는) 가스 혼합물의 총 몰량을 조정하고, 그에 따라 공정 가스의 몰량은 상수로 유지된다. 가스 혼합물의 총 몰량 조정은 유동 설정점, 펄스 듀레이션, 또는 둘 다를 조정함으로써 달성될 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템은 펄스 듀레이션을 변화시킴 없이 유동 설정점만을 변화시킬 수 있고, 그에 따라 펄스 가스 운반은 예를 들어 공정 챔버 내의 고주파(RF) 발생으로 제조 공정 내의 다른 기기와 동기화된다.
펄스 가스 운반 시스템(106a/106b)은 예를 들어 펄스 질량 유량 제어기(MFC) 또는 몰 운반 장치일 수 있다. 예를 들어, 펄스 가스 운반 시스템(106a/106b)은 Ding 등의 미국 특허 10,353,408 B2, Shajii 등의 미국 특허 7,628,860 B2, Shajii 등의 미국 특허 7,615,120 B2, Shajii 등의 미국 특허 7,829,353 B2, 및 Ding 등의 미국 특허출원 공개번호 2014/0190571, 및 Ding 등의 미국 특허출원 공개번호 2019/0243392 A1에 교시된 펄스 가스 운반 시스템들 중 임의의 것일 수 있고, 이들 각각의 교시는 전체가 참조로 포함된다.
가스 농도 측정 시스템(104a/104b)은 예를 들어 광학 가스 센서, 표면 탄성파 장치, 초음파 센서, 질량 분석기, 또는 열전도 검출기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 튜너블 필터 분광기(TFS), 비분산 적외선(NDIR) 센서, 또는 푸리에-변환 적외선 분광기(FTIR) 센서와 같은 적외선(IR) 흡수 기반 가스 센서가 사용될 수 있다. 적외선 흡수 기반 가스 센서는 탁월한 감도 및 선택성을 가지고, 비침습적으로 측정하며, 운반 시스템에 인-라인 배치될 수 있다. 그러나, 다른 광학 가스 센서, 표면 탄성파(SAW) 센서, 초음파 센서, 질량 분석, 및 열전도 검출기와 같은 다른 농도 측정 방법이 또한 사용될 수 있다.
펄스 가스 운반 시스템이 공정 가스(110a)를 운반하도록 구성되는 공정 챔버는 예를 들어 원자 층 증착(ALD) 공정, 원자 층 식각(ALE) 공정, 관통 실리콘 비아(TSV) 공정, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 강화 식각 공정, 또는 펄스형 가스 혼합물을 요구하는 임의의 공정 중 하나일 수 있다. 공정은 예를 들어 반도체 제조 공정의 일부일 수 있지만, 다른 공정에도 사용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정은 예를 들어, 통상적으로 높은 종횡비로, 웨이퍼 및 다른 기판에 고침투 급경사 홀들 및 트렌치들을 형성하기 위해 사용되는 고이방성 식각 공정이다. 일 예에서, DRIE 공정은 Laermer 등의 미국 특허 5,501,893 A, Laermer 등의 미국 특허 6,531,068 B2, 및 Laermer 등의 미국 특허 6,284,148 B1에 교시된 임의의 공정과 같은 펄스형 또는 시간-다중화 식각 공정이며, 이들 각각의 교시는 전체가 참조로 포함된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 구현예에 따른 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정함으로써 펄스 가스 운반 시스템을 제어하는 공정의 개략적인 블록도들이다. 도 2 및 도 3의 구현예에서, 펄스 가스 운반 시스템은 각각의 펄스에서 정확한 몰량의 공정 가스를 달성하기 위해 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정한다. 펄스 가스 운반 시스템은 유동 설정점을 조정하는 동안 일정한 펄스 듀레이션을 유지할 수 있다. 그러나, 펄스 가스 운반 시스템은 또한 공정 챔버에 가스 혼합물을 운반하기 위해 사용되는 펄스 듀레이션을 조정할 수 있거나; 펄스 동안 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하고 펄스 듀레이션을 조정할 수 있음을 이해할 것이다(예를 들어, 도 7 및 도 8 참조).
도 2의 공정에서, (예를 들어 펄스 가스 운반 시스템이 사용되는 툴의 호스트 처리기로 구현될 수 있는) 호스트 제어기(도 5의 505 참조)는 펄스 질량 유량 제어기(MFC)와 같은 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)에 전구체(또는 다른 공정 가스) 몰 설정점(Msp) 및 펄스 듀레이션 기간(Δt)을 전송한다(단계(220)). (몰 설정점 및 펄스 듀레이션은 도 5의 호스트 제어기(505)로/로부터 전송되는 신호(515) 내에 있을 수 있다.) 몰 설정점은 예를 들어 펄스당 약 100마이크로몰 정도일 수 있지만, 다른 몰량도 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 펄스 가스 운반 시스템은 수신된 공정 가스 농도에 반비례하여 가스 혼합물의 초기 목표 유동 설정점을 설정할 수 있다(단계(230)). 예를 들어, 도 2의 단계(230)에 도시된 바와 같이, 펄스 가스 운반 시스템은 가스 농도 측정 장치(도 1a 및 도 1b의 104a/104b 참조)로부터 수신되는 수신된 공정 가스 농도(C(t))와 펄스 듀레이션 기간(Δt)의 곱으로 나눈 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점(Msp)에 비례하여(예를 들어, 비례 상수(k)에 기반하여) 초기 목표 유동 설정점(Qsp(t))을 설정할 수 있다. 이후, 호스트 제어기(도 5의 505 참조)는 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간(t0)에 운반을 개시하기 위해 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)에 (도 5의 호스트 제어기(505)로/로부터 전송되는 신호(515) 내에 있을 수 있는) 펄스 가스 운반 트리거 신호를 전송한다(단계(240)). 공정은 도 3에 도시된 바와 같이 계속된다(단계(242)).
도 2 및 도 3의 기술에서, 펄스 가스 운반 시스템은 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정한다. 도 3의 단계(242)에서 도 2의 공정으로부터 계속하여, 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)은 (예를 들어, 도 5의 내부 제어 밸브(513)를 제어함으로써) 이의 유동을 초기 유동 설정점(Qsp(t))으로 조절한다(단계(350)). 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)은 펄스 듀레이션 기간 동안 공정 가스 농도의 변화된 측정에 기반하여 펄스 듀레이션 기간 동안 유동 설정점(Qsp(t))을 조정한다. 예를 들어, 도 3의 단계(360)에서, 펄스 가스 운반 시스템은 운반 동안 가스 농도 측정 장치(도 1a 및 도 1b의 104a/104b 참조)로부터 업데이트된 전구체 가스(또는 다른 공정 가스) 농도 정보(C(t))를 획득한다. 농도 정보(C(t))는 호스트 처리기(도 5의 505) 또는 펄스 몰량 제어 처리기(도 5의 511 참조) 또는 둘 다의 클럭 주기(일 예에서, 약 5밀리세컨드일 수 있음) 또는 다른 클럭 주기에 기반하여 실시간으로 업데이트될 수 있다. 농도 정보(C(t))의 업데이트 속도는 이하에서 도 5와 관련하여 논의된 방식으로 설정될 수 있다. 그리고 다음으로, 예를 들어 도 3의 단계(370)에서, 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b)은 수식
Figure pct00003
에 기반하여 유동 설정점을 조정할 수 있고, 여기서 Qsp(t)는 유동 설정점, k는 몰-유동 단위 변환 상수, Msp는 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점, Qm(t)는 펄스 가스 운반 시스템의 측정된 유량, C(t)는 수신된 공정 가스 농도, Δt는 펄스 듀레이션 기간, t는 현재 시간, t0은 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간이다. 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b)은 펄스 듀레이션 기간이 완료될 때까지 펄스 듀레이션 기간 동안 시간의 경과에 따라 유동 설정점을 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 단계(380)에서, 시스템(106a/106b)은 운반 시간(t)이 초기 시간에서 멀어진 펄스 듀레이션 기간(Δt)보다 큰지, 즉 (t - t0)이 Δt보다 큰지 확인할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 공정은 유동을 초기 유동 설정점(Qsp(t))으로 조절함으로써(단계(350)) 반복된다. 그러한 경우, 공정은 단계(390)에서 예를 들어 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b)이 내부 제어 밸브(도 5의 513 참조)를 폐쇄하게 하고 가스 펄스의 운반을 마감하게 함으로써 펄스 가스 운반을 완료한다. 이를 통해, 도 2 및 도 3의 구현예는 펄스 동안 업데이트된 공정 가스 농도 정보에 기반하여 유동 설정점을 규칙적으로 업데이트하고, 그에 따라 유동은 공정 가스 농도가 떨어질 때 증가하며, 유동은 공정 가스 농도가 올라갈 때 감소한다. 이는, 전체 유동이 공정 가스 농도 변화에 따라 변화될 때 총 가스 유동량이 변화되지만, 유동이 공정 가스 농도에 역 방식으로 변화되기 때문에, 제어된 양의 공정 가스가 펄스 가스 운반의 각각의 펄스에서 운반됨을 의미한다.
도 2 및 도 3 외의 다른 기술의 유동 설정점도 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 다른 기술에서, C(t)가 각각의 펄스 듀레이션의 과정에 걸쳐 소량씩 변화되는 반면, 유동 설정점(Qsp(t))이 펄스 듀레이션 동안 더 빠르게 변화될 수 있는 측정된 유량(Qm(t))의 변화에 기반하여 여전히 변화될 것이라는 이론에 의해, C(t)는 단계(370)에서 펄스 듀레이션의 과정에 걸쳐 상수로 취급될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 구현예에 따른 펄스 동안 펄스 듀레이션 기간을 조정함으로써 펄스 가스 운반 시스템을 제어하는 공정의 개략적인 블록도들이다. 이러한 도면들은 펄스 듀레이션 기간만을 조정하는 것을 도시하지만, 방법은 펄스 듀레이션 기간과 유동 설정점을 모두 조정하는 것을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 도 7에서, 호스트 제어기(도 5의 505 참조)는 펄스 질량 유량 제어기(MFC)와 같은 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)에 전구체(또는 다른 공정 가스) 몰 설정점(Msp) 및 펄스 듀레이션 기간(Δt)을 전송한다(단계(720)). 이후, 호스트 제어기(도 5의 505 참조)는 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간(t0)에 운반을 개시하기 위해 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)에 (도 5의 호스트 제어기(505)로/로부터 전송되는 신호(515) 내에 있을 수 있는) 펄스 가스 운반 트리거 신호를 전송한다(단계(730)). 도 7의 단계(740)에 도시된 바와 같이, 펄스 가스 운반 시스템은 도 1의 가스 농도 측정 장치(104a/104b)로부터 초기 공정 가스 농도 정보(108a/108b; C(t0))를 획득하고,
Figure pct00004
으로서 유동 설정점을 계산한다. 공정은 도 8에 도시된 바와 같이 계속된다(단계(742)).
도 8의 단계(742)에서 도 7의 공정으로부터 계속하여, 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)은 (예를 들어 도 5의 내부 제어 밸브(513)를 제어함으로써) 이의 유동을 유동 설정점(Qsp)으로 조절한다(단계(850)). 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b 참조)은 운반 동안 운반되는 전구체 가스의 총 몰량을 모니터링한다. 예를 들어, 도 8의 단계(860)에서, 펄스 가스 운반 시스템은 운반 동안 가스 농도 측정 장치(도 1a 및 도 1b의 104a/104b 참조)로부터 업데이트된 전구체 가스(또는 다른 공정 가스) 농도 정보(C(t))를 획득한다. 다음으로, 예를 들어, 도 8의 단계(870)에서, 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b)은
Figure pct00005
Figure pct00006
로서 운반 동안 운반되는 전구체 가스의 총 몰량을 업데이트할 수 있고, 여기서 Qm(t)는 펄스 가스 운반 시스템 내의 유량 센서에 의해 측정되는 유량이다. 도 8의 단계(880)에서, 시스템(106a/106b)은 운반되는 전구체 가스의 총 몰량, 즉 M(t)가 전구체 몰 설정점(Msp)보다 크거나 같은지 확인할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 공정은 유동을 이 구현예에서 초기에 사용된 것과 동일한 목표 유동 설정점(Qsp)으로 유지되는 목표 유동 설정점(Qsp)으로 조절함으로써(단계(850)) 반복된다. 그러한 경우, 공정은 단계(890)에서 예를 들어 펄스 가스 운반 시스템(도 1a 및 도 1b의 106a/106b)이 내부 제어 밸브(도 5의 513 참조)를 폐쇄하게 하고 가스 펄스의 운반을 마감하게 함으로써 펄스 가스 운반을 완료한다. 이를 통해, 도 7 및 도 8의 구현예는 운반 동안 업데이트된 공정 가스 농도 정보에 기반하여 펄스 듀레이션 기간 또는 펄스 가스 운반 시간을 규칙적으로 업데이트하고, 그에 따라 펄스 듀레이션은 공정 가스 농도가 떨어질 때 증가하며, 펄스 듀레이션은 공정 가스 농도가 올라갈 때 감소한다. 펄스 듀레이션 기간을 업데이트하는 것은, 총 몰량(M(t))이 더 짧은 시간 내에 전구체 몰 설정점(Msp)에 도달할 때 펄스 듀레이션 기간이 더 짧아지고, 총 몰량(M(t))이 더 긴 시간 내에 전구체 몰 설정점(Msp)에 도달할 때 펄스 듀레이션 기간이 더 길어진다는 결과로 달성됨을 이해할 것이다. 따라서, 도 7 및 도 8의 기술은 운반되는 공정 가스의 총 몰량이 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점보다 크거나 같을 때 펄스 듀레이션을 종료함으로써 펄스 듀레이션을 조정하는 것을 포함한다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 추가 캐리어 가스 라인을 사용하는 펄스 가스 제어 시스템의 개략적인 블록도이다. 이 구현예에는, 전구체(또는 다른 공정 가스 발생) 앰풀(403)을 통해 캐리어 가스의 유동을 제어하는 압력 제어기(402)가 도시된다. 가스 농도 측정 장치(404; 예를 들어, 센서(404))가 펄스 가스 운반 시스템(406; 예를 들어, 펄스 질량 유량 제어기)에 농도 정보(408)를 제공하고, 이후 정확한 몰량의 공정 가스가 각각의 펄스에서 공정 챔버(412)에 제공된다. 여기서, 가스 농도 측정 장치(404) 및 펄스 가스 운반 시스템(406)은 원자 층 증착(ALD) 전구체 운반 제어기(414)로서 함께 통합되지만, 시스템은 다른 공정에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도 4에서, 다른 캐리어 가스 라인(416)이 펄스 가스 운반(410)을 캐리어 가스 라인(416)으로부터의 추가적으로 요망된 양의 캐리어 가스와 혼합하기 위해 사용될 수 있되, 이의 유동은 (예를 들어, 도 5의 호스트 제어기(505)에 의해 제어되는) 이의 자체 캐리어 가스 유량 제어기(418)로 제어될 수 있다. 추가 캐리어 가스 라인(416)이 사용될 필요가 없고, 다른 유동 회로가 본원에 교시된 시스템에 추가될 수 있음을 이해할 것이다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 펄스 가스 운반 시스템(506)과 상호작용하는 호스트 제어기(505)의 개략적인 블록도이다. 도 5에서, 가스 혼합물이 가스 공급원(501)으로부터 가스 농도 측정 장치(504)를 통해 펄스 가스 운반 시스템(506)으로 흐른다. 가스 농도 측정 장치(504)는 본원에 교시된 기술에 따라 공정 가스의 농도를 측정하며, 펄스 가스 운반 시스템(506)의 펄스 몰량 제어 처리기(511)에 농도 신호(508)를 제공한다. 펄스 몰량 제어 처리기(511)는 (특별히 프로그램된 주문형 반도체 또는 마이크로프로세서와 같은) 적합한 구성요소들을 포함할 수 있고, 이들은 가스 농도 측정 장치(504)에 의해 제공되는 농도 신호(508)에 기반하여 본원에 교시된 기술을 구현하며, 펄스 가스 운반 시스템(506)의 다른 구성요소들과 통신하고 이들을 제어하도록 프로그램된다. 펄스 가스 운반 시스템(506)은 또한 유동을 조절하기 위한 내부 제어 밸브(513)를 포함한다. 펄스 듀레이션의 완료시, 펄스 가스 운반 시스템(506)은 펄스에서 공정 챔버(512)에 정확한 몰량의 공정 가스(510)를 제공한다. 펄스 가스 운반 시스템(506)은 또한 유동을 감지하는 유량 센서(507), 및 측정된 유량(Qm)을 유동 설정점(Qsp)에 가능한 한 가깝게 제어하기 위해 별도의 종래 기술을 이용하는 유량 제어 처리기(509)를 포함한다. 유량 센서는 열 유량 센서, 차압 유량 센서, 또는 종래 질량 유량 제어기에 사용되는 다른 센서일 수 있다. 또한, 호스트 제어기(505)는 호스트 툴로 펄스 몰량 제어 처리기(511)에 의해 구현되는 본원에 교시된 제어 기술을 조정하기 위해 펄스 몰량 제어 처리기(511)로/로부터 신호(515)를 통해 통신한다. 예를 들어, 신호(515)는 호스트 제어기(505)에 의해 펄스 몰량 제어 처리기(511)에 제공되는 몰 설정점, 펄스 듀레이션, 및 펄스 가스 운반 트리거 신호를 포함할 수 있다.
시스템의 펄스 듀레이션 기간(Δt)보다 적절히 더 빠른 업데이트 속도로, 가스 농도 측정 장치(504)는 농도 신호(508)를 전송할 수 있고, 펄스 가스 운반 시스템(506)은 농도 신호(508)를 수신할 수 있다. 이러한 업데이트 속도는 도 3의 단계들(350, 360, 370, 380)의 루프와 같은, 시스템 내의 피드백 루프의 업데이트 속도를 효과적으로 설정할 수 있다. 빠른 업데이트 속도는 예를 들어 농도가 시스템의 온도 및 공정 가스 변화의 천이 속도에 대해 충분히 빠른 속도로 감지되도록 보장하는 데에 도움이 될 수 있다. 일 예에서, 시스템의 펄스 주파수보다 적어도 10배 더 높은 업데이트 속도로, 농도 신호(508)를 전송하며 피드백 루프를 업데이트하는 것이 유용한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 200밀리세컨드 펄스 듀레이션 기간은 5 Hz 주파수를 가지며, 이 경우 농도 신호(508) 및 피드백 루프의 업데이트 속도(도 3의 단계들(350, 360, 370, 380))는 펄스 듀레이션 주파수보다 적어도 10배 더 높은, 적어도 50 Hz의 주파수를 가져야 한다. 농도 신호(508) 및 피드백 루프의 업데이트 속도는 여러 가지 가능한 방식으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 업데이트 속도는, 고정 속도로 또는 호스트 제어기(505)에 의해 제공되는 펄스 듀레이션 기간에 기반하여 조정된 속도로, 가스 농도 측정 장치(504)의 업데이트 속도에 의해 설정될 수 있거나; 호스트 제어기(505)에 의해 제어될 수 있거나; 펄스 몰량 제어 처리기(511)(또는 이와 통신하는 별개의 처리기)에 의해 제어될 수 있다. 일 예에서, 펄스 몰량 제어 처리기(511)는 호스트 제어기(505)에 의해 제공되는 펄스 듀레이션 기간(Δt)에 기반하여 결정되는 펄스 주파수의 10배의 배수로 업데이트 속도를 설정하며, 이 업데이트 속도를 가스 농도 측정 장치(504)에 전달한다. 대안적으로, 예를 들어, 가스 농도 측정 장치(504)는 최대 예상 펄스 주파스의 10배 배수와 같이, 기준을 초과할 정도로 충분히 높은 업데이트 속도(504)를 갖도록 미리 선택될 수 있다.
펄스 가스 운반 시스템(506)은 상승된 온도로 공정 가스의 유동의 적어도 일부를 유지하도록 구성되는 히터(519)를 추가로 포함할 수 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 전구체 가스 또는 다른 공정 가스는, 예를 들어 액체 또는 고체를 증발시킴으로써, 가스 운반 동안 진행되는 화학 또는 물리 공정에 의해 통상적으로 발생된다. 그러므로, 공정 가스를 기체 상태로 유지하는 온도로 공정 가스의 유동의 전부 또는 일부를 유지하기 위해 히터(519)를 사용하고, 그에 따라 공정 가스가 시스템을 통해 흐를 때 냉각에 의해 고체 또는 액체 상태로 복귀하지 않게 하는 것이 유리할 수 있다. 히터(519)는, 공정 가스가 흐르는 1개 이상의 구성요소, 예를 들어 가스 공급원(501), 가스 농도 측정 장치(504), 유량 센서(507), 및 내부 밸브(513), 및 이러한 구성요소들 사이 및 공정 챔버(512)로 가스를 흐르게 하는 가스 유동 라인들을 가열할 수 있다. 일 예에서, 시스템은 가스 농도 측정 장치(504), 유량 센서(507), 및 내부 밸브(513)를 가열하기 위해 히터(519)를 사용한다. 온도는 예를 들어 200 ℃ 이상, 예를 들어 약 230 ℃와 같이, 150 ℃보다 높게 유지될 수 있다. 히터(519)는 가스 유동 경로를 따라 냉각점을 방지하기 위해 사용될 수 있고, 예를 들어 가스 유동 경로를 따라 또는 가스 공급원(501)과 공정 챔버(512) 사이의 가스 유동 경로의 적어도 일부를 따라 실질적으로 일정한 상승된 온도를 유지하기 위해 사용될 수 있다. "실질적으로 일정한"이라는 표현은, 상승된 온도가, 예를 들어 유지된 온도의 ±10 ℃ 또는 ±5 ℃와 같이, 유지된 온도의 ±20 ℃의 범위 내에 유지될 수 있음을 의도한다. 히터(519)는 능동 또는 수동 발열체일 수 있고, 가스 공급원(501), 가스 농도 측정 장치(504), 유량 센서(507), 및 내부 밸브(513), 및 이러한 구성요소들 사이 및 공정 챔버(512)로 또는 이 모든 구성요소들 상에 가스를 흐르게 하는 가스 유동 라인들과 같이, 이에 의해 가열되는 구성요소들 중 하나 이상과 열전도 관계로 장착될 수 있다. 히터(519)는 펄스 가스 운반 시스템(506)의 내부에 있거나, 외부에 있거나, 내부와 외부 모두에 있을 수 있다. 또한, 히터(519)의 온도는 펄스 몰량 제어 처리기(511)에 의해 제어될 수 있는(또는 이의 일부일 수 있는) 히터 제어 처리기(517)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 히터 제어 처리기는 히터(519) 또는 히터에 의해 가열되는 구성요소들 중 임의의 것 또는 시스템의 다른 구성요소와 열 감지 배치로 위치되는 온도 센서(521)로부터 온도 정보를 수신할 수 있다. 온도 정보에 기반하여, 히터 제어 처리기(517)는 1개 이상의 구성요소에 제공되는 가열 정도 또는 위치를 조정하기 위해 히터(519)에 신호를 제공할 수 있다.
본원에 설명된 다양한 기술은 제어기를 사용하여 구현되며, 펄스 몰량 제어 처리기(511), 유량 제어 처리기(509), 및 히터 제어 처리기(517)와 같은 컴퓨터 구현 구성요소들을 포함할 수 있다(도 5 참조).
도 6은 예를 들어 도 5의 펄스 몰량 제어 처리기(511)와 같은 구성요소로 사용될 수 있는 제어기의 단순화된 개략적인 블록도이다. 본원에 논의된 제어 기술은 제어기(691)와 같은 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 이는 예를 들어 1개 이상의 주문형 반도체(ASIC; 693, 694)를 포함할 수 있는 1개 이상의 처리기(692); 제어기(691)의 1개 이상의 처리기(692) 상에서 실행되는 응용 소프트웨어; 및 (도 5의 가스 농도 측정 장치(504), 호스트 제어기(505), 유량 제어 처리기(509), 유량 센서(507), 내부 밸브(513), 히터 제어 처리기(517), 히터(519), 및 온도 센서(521)와 같은) 본원에 설명된 시스템들로/로부터 전자 신호를 전달하는 센서 및/또는 액추에이터 라인들(695~699)을 포함할 수 있고, 여기서 신호는 (작동된 밸브들 또는 다른 제어된 구성요소들에 전자 신호를 전달하는 액추에이터 라인들과 같은) 본원에 설명된 시스템들 내의 작동된 구성요소들로/로부터 전자 신호를 전달할 수 있다. 제어기(691)는 또한 설정점과 같은 사용자 입력을 수신하기 위해 (처리기(692) 및 메모리(682)와 연결되는 키보드, 터치패드, 및 관련 전자기기와 같은) 구성요소를 포함할 수 있는 사용자 입력 모듈(681)을 포함할 수 있다. 제어기(691)는 또한, 정보를 저장하며 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어의 제어 하에 절차를 구현하는 메모리(682)를 포함할 수 있다. 적어도 부분적으로 공압식인 제어 하드웨어를 비롯한 다른 제어 하드웨어도 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
전술한 방법 및 시스템의 일부는, 예를 들어 농도 측정을 이용한 펄스 가스 운반을 가능하게 하기 위해, 1개 이상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 기술은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 소프트웨어 코드는, 단일 컴퓨터 내에 제공되든지 다수의 컴퓨터 간에 분산되든지, 임의의 적합한 처리기 또는 처리기 군 상에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 펄스 몰량 제어 처리기(511), 유량 제어 처리기(509), 및 히터 제어 처리기(517)는 단일 구성요소 내에 제공되거나 다수의 구성요소 간에 분산될 수 있다.
구현예들의 이점은 예를 들어 각각의 가스 펄스 운반시 정확한 몰량의 전구체 또는 다른 공정 가스를 제공하는 능력을 포함한다. 방법 및 장치는 혼합물 내에 전구체 또는 다른 공정 가스를 갖는 원자 층 증착(ALD) 및 원자 층 식각(ALE) 공정을 비롯한 다양한 공정에 적용될 수 있다. 게다가, 방법 및 장치는, 전구체의 변화가 큰 경우를 비롯하여, 전구체 또는 공정 가스의 농도가 공정 동안 달라지는 경우에 적용될 수 있다. 제어는 반응의 화학 또는 물리학이나 가스의 혼합을 제어할 필요 없이 신속할 수 있다. 방법 및 장치는 통합되며 공정 모니터링 및 제어를 단순화한다.
본원에 사용된 바와 같이, "가스" 또는 "가스들"과 같은 용어는, 상이한 것으로 간주되어야 하는 경우, "증기" 또는 "증기들"과 같은 용어를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "공정 가스"는 전구체 가스이거나 이를 포함할 수 있고, 또한 전구체 가스인지 여부와 무관하게, 임의의 펄스형 가스 혼합물을 비롯하여, 공정에 사용되는 다른 여러 가지 가능한 가스들 중 임의의 것일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 펄스형 WF6 가스 혼합물이 사용될 수 있다. 공정 가스가 사용되는 공정은 예를 들어 원자 층 증착(ALD) 공정, 원자 층 식각(ALE) 공정, 관통 실리콘 비아(TSV) 공정, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 강화 식각 공정, 또는 펄스형 가스 혼합물을 요구하는 임의의 공정일 수 있다. 공정은 예를 들어 반도체 제조 공정의 일부일 수 있지만, 다른 공정에도 사용될 수 있다.
본원에 인용된 모든 특허, 공개 출원, 및 참조 문헌의 교시는 전체가 참조로 포함된다.
예시적인 구현예들이 구체적으로 도시 및 설명되었지만, 당업자는 첨부된 청구범위에 의해 포괄되는 구현예들의 범주를 벗어남 없이 이들의 형태 및 세부사항의 다양한 변경이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (36)

  1. 펄스 가스 제어 시스템으로서,
    가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 측정하도록 구성되는 가스 농도 측정 시스템; 및
    상기 가스 혼합물의 유동을 감지하며 상기 가스 혼합물의 유동을 제어하도록 구성되고, 상기 가스 농도 측정 시스템에 의해 측정되는 상기 가스 혼합물 내의 상기 공정 가스의 농도를 수신하며, 상기 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어하여, 각각의 펄스에서 공정 챔버에 운반되는 상기 공정 가스의 몰량을 제어하도록 구성되는 펄스 가스 운반 시스템을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 펄스 동안 상기 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하도록 구성되는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 상기 가스 혼합물의 상기 유동 설정점을 조정하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 수신된 공정 가스 농도에 반비례하여 상기 가스 혼합물의 초기 목표 유동 설정점을 설정하는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 수신된 공정 가스 농도와 펄스 듀레이션 기간의 곱으로 나눈 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점에 비례하여 상기 초기 목표 유동 설정점을 설정하는, 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 펄스 듀레이션 기간 동안 상기 공정 가스 농도의 변화된 측정에 기반하여 상기 펄스 듀레이션 기간 동안 상기 유동 설정점을 조정하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 수식
    Figure pct00007
    에 기반하여 상기 유동 설정점을 조정하고, 여기서 Qsp(t)는 상기 유동 설정점, k는 몰-유동 단위 변환 상수, Msp는 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점, Qm(t)는 상기 펄스 가스 운반 시스템의 측정된 유량, C(t)는 상기 수신된 공정 가스 농도, Δt는 상기 펄스 듀레이션 기간, t는 현재 시간, t0은 상기 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간인, 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 펄스 듀레이션 기간이 완료될 때까지 상기 펄스 듀레이션 기간 동안 시간의 경과에 따라 상기 유동 설정점을 조정하는, 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 유동 설정점을 조정하는 동안 일정한 펄스 듀레이션을 유지하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가스 농도 측정 시스템은 광학 가스 센서, 표면 탄성파 장치, 초음파 센서, 질량 분석기, 또는 열전도 검출기를 포함하는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가스 농도 측정 시스템은 상기 가스 혼합물의 공급원으로부터 상기 가스 혼합물을 공급받고 상기 펄스 가스 운반 시스템으로 상기 가스 혼합물을 제공하기 위해, 공급원과 상기 펄스 가스 운반 시스템 사이에 직렬로 배치되는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 가스 농도 측정 시스템은 공급원으로부터 상기 펄스 가스 운반 시스템으로 상기 가스 혼합물의 가스 유동을 샘플링하는 샘플 라인으로부터 상기 가스 혼합물의 샘플을 공급받도록 배치되는, 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템이 상기 공정 가스를 운반하도록 구성되는 상기 공정 챔버는 원자 층 증착(ALD) 공정, 원자 층 식각(ALE) 공정, 관통 실리콘 비아(TSV) 공정, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) 공정, 및 플라즈마 강화 식각 공정 중 하나인, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 공정 챔버에 상기 가스 혼합물을 운반하기 위해 사용되는 펄스 듀레이션을 조정하도록 구성되는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 운반되는 공정 가스의 총 몰량이 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점보다 크거나 같을 때 상기 펄스 듀레이션을 종료함으로써 상기 펄스 듀레이션을 조정하도록 구성되는, 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 펄스 동안 상기 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하고 상기 펄스 듀레이션을 조정하도록 구성되는, 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 상기 펄스 가스 운반 시스템의 펄스 듀레이션 기간에 대응하는 펄스 주파수의 10배 이상인 업데이트 속도로 상기 가스 혼합물 내의 상기 공정 가스의 농도를 수신하도록 구성되는, 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상승된 온도로 상기 공정 가스를 포함하는 상기 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 유지하도록 구성되는 히터를 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템은 공급원과 상기 공정 챔버 사이의 상기 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 따라 상기 공정 가스의 실질적으로 일정한 상승된 온도를 유지하기 위해 상기 히터를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  20. 펄스 가스 운반 시스템의 제어 방법으로서,
    가스 혼합물 내의 공정 가스의 농도를 측정하는 단계;
    상기 펄스 가스 운반 시스템으로, 상기 가스 혼합물 내의 상기 공정 가스의 농도를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 상기 펄스 가스 운반 시스템에 의해 가스 유동의 펄스에서 운반되는 가스 혼합물의 양을 제어하여, 각각의 펄스에서 공정 챔버에 운반되는 상기 공정 가스의 몰량을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 펄스 동안 상기 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 수신된 공정 가스 농도에 기반하여 상기 가스 혼합물의 상기 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 수신된 공정 가스 농도에 반비례하여 상기 가스 혼합물의 초기 목표 유동 설정점을 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 수신된 공정 가스 농도와 펄스 듀레이션 기간의 곱으로 나눈 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점에 비례하여 상기 초기 목표 유동 설정점을 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제21항에 있어서, 펄스 듀레이션 기간 동안 상기 공정 가스 농도의 변화된 측정에 기반하여 상기 펄스 듀레이션 기간 동안 상기 유동 설점점을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 수식
    Figure pct00008
    에 기반하여 상기 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함하고, 여기서 Qsp(t)는 상기 유동 설정점, k는 몰-유동 단위 변환 상수, Msp는 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점, Qm(t)는 상기 펄스 가스 운반 시스템의 측정된 유량, C(t)는 상기 수신된 공정 가스 농도, Δt는 상기 펄스 듀레이션 기간, t는 현재 시간, t0은 상기 펄스 듀레이션 기간의 초기 시간인, 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 펄스 듀레이션 기간이 완료될 때까지 상기 펄스 듀레이션 기간 동안 시간의 경과에 따라 상기 유동 설정점을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 유동 설정점을 조정하는 동안 일정한 펄스 듀레이션을 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제20항에 있어서, 광학 가스 센서, 표면 탄성파 장치, 초음파 센서, 질량 분석기, 또는 열전도 검출기를 사용하여 상기 가스 혼합물 내의 상기 공정 가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제20항에 있어서, 원자 층 증착(ALD) 공정, 원자 층 식각(ALE) 공정, 관통 실리콘 비아(TSV) 공정, 펄스형 딥 반응성 이온 식각(DRIE) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) 공정, 및 플라즈마 강화 식각 공정 중 하나에 상기 공정 가스를 운반하기 위해 상기 펄스 가스 운반 시스템을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제20항에 있어서, 상기 공정 챔버에 상기 가스 혼합물을 운반하기 위해 사용되는 펄스 듀레이션을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서, 운반되는 공정 가스의 총 몰량이 펄스당 공정 가스 몰 운반 설정점보다 크거나 같을 때 상기 펄스 듀레이션을 종료함으로써 상기 펄스 듀레이션을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 펄스 동안 상기 가스 혼합물의 유동 설정점을 조정하고 상기 펄스 듀레이션을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제20항에 있어서, 상기 펄스 가스 운반 시스템의 펄스 듀레이션 기간에 대응하는 펄스 주파수의 10배 이상인 업데이트 속도로 상기 가스 혼합물 내의 상기 공정 가스의 농도를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제20항에 있어서, 상승된 온도로 상기 공정 가스를 포함하는 상기 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 유지하기 위해 히터를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제35항에 있어서, 공급원과 상기 공정 챔버 사이의 상기 가스 혼합물의 유동의 적어도 일부를 따라 상기 공정 가스의 실질적으로 일정한 상승된 온도를 유지하기 위해 상기 히터를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020227024587A 2020-01-14 2021-01-11 농도 측정을 이용한 펄스 가스 운반 방법 및 장치 KR20220127830A (ko)

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