KR20230007427A - 무전환 가스 도징 (divertless gas-dosing) - Google Patents

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램 리써치 코포레이션
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Abstract

다양한 실시 예들은 증착 시스템들에서 전구체 가스들의 무전환 (divertless) 도징을 포함하는, 프로세스 가스들의 무전환 도징을 위한 시스템들 및 장치들을 포함한다. 일 예에서, 개시된 주제는 유입구 밸브에 커플링된 프로세스 가스 유입구, 유입구 밸브의 다운스트림이도록 커플링된 플로우 제어기, 및 유입구 밸브 및 플로우 제어기의 다운스트림이도록 커플링되는 라인 충전-볼륨 (line charge-volume; LCV) 을 포함하는 무전환, 압력-기반 가스 도징 시스템이다. LCV는 프로세스 가스의 초기 단일 도즈를 수용한다. 압력 센서는 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 LCV에 커플링되고 유출구 밸브는 LCV의 다운스트림이도록 있도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링된다. 다른 장치들, 시스템들, 및 방법들이 개시된다.

Description

무전환 가스 도징 (DIVERTLESS GAS-DOSING)
개시된 주제는 일반적으로 기판들 상에 막들을 증착하는 분야와 관련된다. 보다 구체적으로, 다양한 실시 예들에서, 개시된 주제는 보다 적은 전구체 가스 폐기물 (waste) 및 도즈 양의 보다 낮은 가변성으로 프로세스 챔버로 하나 이상의 전구체 가스들 (예를 들어, 하나 이상의 도즈들) 을 전달하는 것과 관련된다.
통상적인 원자 층 증착 (atomic-layer deposition; ALD) 프로세스에서, 개별 전구체 가스들은 가스상의 전구체들을 혼합하지 않고 순차적인 방식으로 기판의 표면 상으로 펄싱된다. 개별 전구체 각각은 한번에 하나의 층만이 형성되는 방식으로 막의 원자 층을 형성하도록 기판의 표면과 반응한다. 표면 반응은, 반응을 완료하고 한번에 하나 이상의 층이 증착되지 않도록 발생한다. 이 표면 반응은 오버도징 모드에서 표면에 얼마나 많은 분자들이 인가되든 관계 없이 발생한다. 막들은 신속한 사이클들로 가변성 가스들의 짧은 버스트들을 도입함으로써 구축된다. 액체 전달 시스템을 사용한 ALD 프로세싱 동안, 액체 전구체의 확립된 플로우를 증기상 (vapor phase) 으로 유지하는 것이 필요하다. 플로우를 활성 상태로 유지하기 위해, 액체 전구체가 증착 프로세스에서 필요하지 않을 때 플로우는 ALD 챔버의 포어라인 (foreline) 으로 전환되어야 (divert) 한다.
이 섹션에 기술된 정보는 이하의 개시된 주제에 대한 맥락을 당업자에게 제안하도록 제공되고, 인정된 종래 기술로 간주되지 않아야 한다.
우선권 주장
본 특허 출원은 2020년 4월 24일 출원되고, 명칭이 "DIVERTLESS DOSING"인 미국 가출원 번호 제 63/015,243 호의 우선권을 주장하고; 그리고 또한 2020년 8월 10일 출원되고 또한 명칭이 "DIVERTLESS DOSING"인 미국 가출원 번호 제 62/706,328 호의 우선권을 주장하며 각각의 개시들은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
다양한 실시 예들에서, 무전환 (divertless), 가스 도징 시스템이 개시된다. 무전환, 가스 도징 시스템은 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 프로세스 가스 유입구, 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 플로우 제어기, 및 유입구 밸브 및 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 라인 충전-볼륨 (line charge-volume; LCV) 을 포함한다. LCV는 프로세스 가스의 초기 단일 도즈를 수용한다. 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 LCV에 커플링된다. 유출구 밸브는 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링되도록 배치된다 (arranged). 플로우 제어기는 유입구 밸브와 독립적으로 프로세스 챔버로의 프로세스 가스의 플로우를 제어하고 유출구 밸브가 개방될 때 미리 결정된 설정점에서 플로우를 실질적으로 유지한다. 무전환, 가스 도징 시스템은 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적이다.
다양한 실시 예들에서, 전구체 가스를 공급하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 전구체 가스 유입구, 유입구 밸브의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 플로우 제어기, 및 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 LCV를 포함한다. LCV는 전구체 가스의 초기 단일 도즈로 충전되도록 구성된다. 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 LCV에 커플링된다. 전구체 가스의 초기 단일 도즈는 LCV 내의 압력 레벨에 기초하여 결정된다. 유출구 밸브는 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링되도록 배치된다. 유출구 밸브는 LCV의 압력 레벨이 미리 결정된 값에 도달한 후 프로세스 챔버로 전구체 가스의 초기 단일 도즈를 방출하기 위해 개방되도록 더 배치된다. 플로우 제어기는 유입구 밸브와 독립적으로 프로세스 챔버로의 전구체 가스의 플로우를 제어하고 유출구 밸브가 개방될 때 미리 결정된 설정점에서 플로우를 실질적으로 유지한다. 장치는 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적이다.
다양한 실시 예들에서, 무전환 (divertless), 가스 도징 시스템이 개시된다. 무전환, 가스 도징 시스템은 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 제 1 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 제 1 프로세스 가스 유입구; 제 2 프로세스 가스를 수용하도록 제 2 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 제 2 프로세스 가스 유입구; 제 1 유입구 밸브 및 제 2 유입구 밸브의 각각 다운스트림이도록 개별적으로 공압으로 커플링된 제 1 플로우 제어기 및 제 2 플로우 제어기; 및 제 1 플로우 제어기 및 제 2 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 적어도 하나의 LCV를 포함한다. 적어도 하나의 LCV는 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스의 혼합물 및 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스의 개별적인 초기 단일 도즈들 중 적어도 하나의 초기 단일 도즈를 수용한다. 적어도 하나의 압력 센서는 적어도 하나의 LCV들 각각 내의 압력 레벨을 결정하도록 적어도 하나의 LCV들의 각각에 개별적으로 커플링된다. 유출구 밸브는 적어도 하나의 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링된다. 무전환, 가스 도징 시스템은 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적이다.
도 1a는 종래 기술의 도즈-전환 시스템에 대한 타이밍 차트를 도시한다.
도 1b는 종래 기술의 도즈-전환 시스템을 도시한다.
도 2는 종래 기술의 도 1b의 도즈-전환 시스템의 시간의 함수로서 압력을 나타내는 라인 충전-볼륨 (line charge-volume; LCV) 그래프를 도시한다.
도 3은 프로세스 챔버로 전달된 전구체-가스 도즈에 대해 질량-유량 제어기 (mass-flow controller;MFC) 의 가능한 큰 변동들을 나타내는 종래 기술의 응답 가변성 및 램프 속도 차트를 도시하고; MFC 변동들의 차트는 도 1b에 도시된 바와 같이 종래 기술의 도즈-전환 시스템과 함께 사용된 것들의 통상적인 차트이다.
도 4a는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 프로세스-시퀀스 타이밍 차트의 일 예를 도시한다.
도 4b는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 무전환 (divertless) 가스 도징 시스템의 일 예를 도시한다.
도 4c는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 무전환 가스 도징 시스템의 또 다른 예를 도시한다.
도 4d는 도 4b 및 도 4c의 무전환 가스 도징 시스템들과 함께 사용될 수도 있는 셀프 캘리브레이팅 (self-calibrating) 플로우 미터 (flow meter) 의 일 예를 도시한다.
도 4e 내지 도 4g는 도 4b 및 도 4c의 무전환 가스 도징 시스템들과 함께 사용될 수도 있는 다른 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터들의 예들을 도시한다.
도 5는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 LCV 2-단계 가압 조정을 포함하는 증기-압력 그래프의 일 예를 도시한다.
이하의 기술 (description) 은 개시된 (disclose) 주제의 다양한 양태들을 구현하는 예시적인 예들, 디바이스들, 및 장치들을 포함한다. 이하의 기술에서, 설명의 목적들을 위해, 발명 주제의 다양한 실시 예들의 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 개시된 주제의 다양한 실시 예들이 이들 구체적인 상세들 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다. 또한, 공지된 구조체들, 재료들 및 기법들은 다양한 예시된 실시 예들을 모호하게 하지 않기 위해 상세히 도시되지 않았다.
관련 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 일반적으로 화학적 기상 증착 (chemical-vapor deposition; CVD) 프로세스, 또는 구체적으로 원자 층 증착 (atomic-layer deposition; ALD) 프로세스는 워크피스 (예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판) 를 화학적 전구체 가스들 (전구체 가스 "A"의 후속 인가들), 및/또는 교번하는 화학적 전구체 가스들 (예를 들어, 전구체 가스 "A"및 전구체 가스 "B") 의 복수의 인가들에 노출시킨다.
2 개의 전구체 가스들을 사용하는 ALD 프로세스의 일 예 동안, 제 1 전구체, "A"는 기판 상에 막의 단층 (monolayer) 을 형성한다. 제 2 전구체 "B"는 기판 상에 제 3 목표된 화합물, "C" 단층 막을 형성하도록 "A"의 단층 막과 화학적으로 반응한다. 기판 상에 사용 가능한 화합물 막 "C"를 형성하기 위해, 기판은 수백, 또는 심지어 수천 번의 교번하는 "A" 및 "B" 전구체 가스 인가들에 노출된다. 반도체 ALD 증착 툴의 생산성을 증가시키기 위해, 전구체 단계들 중 적어도 하나, 이 예에서 "A" 또는 "B"에 대한 시간 길이는 감소되거나 최소화되어야 한다.
이하에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 개괄된 주제의 다양한 실시 예들은 ALD 프로세스 시간을 감소시키고, 프로세스 가변성을 감소시키고, 그리고 특수 프로세스 가스들의 폐기물을 제거하여 동작의 비용을 감소시키기 위해 가스 (예를 들어, 전구체 가스) 전달 하드웨어 및 프로세스 시퀀스들에 대한 물리적 변화 및 동작 변화를 야기한다.
예를 들어, 열적 기반 질량-유량 제어기들 (mass-flow controllers; MFCs) 은 종종 미리 결정된 플로우 설정점에 도달하기 위해 약 500 ㎳ 내지 약 1000 ㎳가 걸릴 수 있다. 현재, ALD 프로세스 사이클 동안, 전구체 가스는 챔버로 유출구 밸브를 개방함으로써 프로세스 챔버로의 가스의 전달을 위해 전환부로부터 가스 경로를 스위칭하기 전에 대략 1초 내지 2초 동안 가스 전환 엘리먼트 (“전환부 (divert)”) 내로 MFC를 통해 나아간다. 현재, 이 절차를 따라서, 현재 MFC가 챔버로 전달된 플로우를 증가시키거나 최대화하기 위해 정상 상태 명령된 플로우 레벨에 있게 되고, 그렇게 함으로써 ALD 프로세스의 단계 각각에 대한 시간을 감소시키거나 최소화한다. 또한, MFC의 미리 결정된 설정점에 도달하기 위한 가스의 램프-업 (ramp-up) 의 속도 및 가변성은 챔버로 전달된 가스의 질량에 상당한 영향을 줄 수 있다.
그러나, 전구체들을 전환부로 전달하여 프로세스 챔버를 바이패스하는 것은, 전구체 가스를 폐기한다 (waste). 따라서 폐기된 전구체 가스는 ALD를 위한 반도체 툴을 동작시키는 소유 비용 (cost-of-ownership; COO) 을 증가시킨다. 일부 경우들에서, 그리고 본 기술에 대한 개시된 주제의 상당한 이점들을 강조하기 위해 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 프로세스의 부가적인 단계는 먼저 MFC가 흐르는 동안 전환 밸브를 폐쇄하고 이어서 프로세스 챔버로 유출구 밸브를 개방하기 전에 시간 기간을 대기하는 것을 포함한다. 이 절차는 MFC와 챔버 유출구 밸브 사이의 라인을 가압하고; 가압 절차는 종종 "라인 충전-볼륨 (line charge-volume; LCV)" 동작으로 지칭된다. LCV "챔버"는 예를 들어, 가스 라인의 내부 직경을 가변시키고 그리고/또는 가스 라인의 길이를 증가시킴으로써 목표된 체적을 포함하도록 설계될 수 있다. LCV는 또한 어큐뮬레이터 챔버 (accumulator chamber) 를 추가함으로써 증가될 수 있다. MFC의 다운스트림에서 LCV를 가압하고 이어서 유출구 밸브를 개방함으로써, 정상 상태 (steady-state) MFC 플로우 레이트 (flowrate) 보다 보다 높은 플로우 레이트 및 압력의 가스의 펄스 (또는 도즈) 가 프로세스 챔버로 전달될 수 있고, ALD 프로세스를 더욱 가속화할 수 있다. 펄싱된 도즈의 증가된 플로우 레이트 및 압력의 효과는 전구체 가스의 몰 분율 (mole fraction) 이 프로세스 단계에서 초기에 증가되는 것이다. 프로세스 단계에서 초기에 증가된 몰 분율은 예를 들어, 워드-라인들과 같은 복잡한 수직 구조체들 내로 각각의 전구체 가스 또는 가스들의 확산을 증가시키고, 이는 보다 신속하게 발생하여 전체 전구체 단계 시간을 감소시킨다. 증가된 몰 분율을 달성하는 것은 현재 설정된 스케줄 또는 레시피에 따라 다양한 밸브들을 시퀀싱함으로써 수행된다. 현재 절차는 도 1a를 참조하여 도시된다.
도 1a는 종래 기술의 도즈 전환 시스템에 대한 타이밍 차트 (100) 를 도시한다. 도즈 전환 시스템의 일 예는 도 1b를 참조하여 이하에 기술된다. 도 1a는 유출구 밸브 타이밍 신호들 (110), 전환 밸브 타이밍 신호들 (130), 및 MFC 타이밍 신호들 (150) 에 대한 별도의 도면들을 도시한다. 유출구 밸브 타이밍 신호들 (110) 및 전환 밸브 타이밍 신호들 (130) 각각은 밸브들의 폐쇄된 위치들 및 개방된 위치들에 대해 각각 "0" 및 "1"을 나타낸다. MFC 타이밍 신호들 (150) 은 폐쇄된 위치 "0" 및 설정점 값 "SP"를 각각 나타낸다.
MFC 안정화 기간으로서 고려될 수 있는 제 1 시간 기간 (101) 동안, 유출구 밸브 타이밍 신호 (110) 는 "0"이다. 결과적으로, 유출구 밸브는 폐쇄된 위치에 있는 한편, 전환 밸브 타이밍 신호 (130) 는 "1"에 있고 MFC 타이밍 신호 (150) 는 상기 언급된 설정점 값, "SP"에 있다. 따라서, 전환 밸브 및 MFC는 각각 개방 위치 및 설정점 위치에 있다.
라인 충전 기간으로 간주될 수 있는 제 2 시간 기간 (103) 동안, 2 개의 비-MFC 밸브들 (즉, 전환 밸브 및 유출구 밸브) 이 폐쇄된다. 따라서, 유출구 밸브는 폐쇄된 채로 남아 있고, 전환 밸브는 이제 폐쇄되는 한편, MFC는 설정점 위치에 유지된다. 전구체 가스가 프로세스 챔버 내로 흐르도록 유출구 밸브가 개방되는, 전구체 가스 플로우-투-챔버 기간 (precursor-gas flow-to-chamber period) 으로 간주될 수 있는 제 3 시간 기간 (105) 동안, 유출구 밸브는 이제 개방되고 전환 밸브가 폐쇄되는 반면, MFC는 설정점 위치에 유지된다. 퍼지 (purge) 기간을 구성하는 제 4 시간 기간 (107) 동안, 유출구 밸브, 전환 밸브, 및 MFC는 모두 폐쇄된다. 시간 기간 (109) 은 새로운, 반복된 일련의 사이클들을 시작하여 방금 기술된, 처음 4 개의 시간 기간들 (101, 103, 105, 107) 의 반복을 나타낸다.
도 1b을 참조하면, 종래 기술의 도즈-전환 시스템 (170) 이 도시된다. 도 1b는 불활성 가스 라인 (171), 플로우 제어기 (181) (예를 들어, MFC), 충전 볼륨 (183), 전환 밸브 (185), 및 프로세스 챔버 (175) 에 커플링된 유출구 밸브 (187) 를 포함한다.
불활성 가스 플로우 (예를 들어, 질소 (N2) 또는 아르곤 (Ar)) 가 사용되면, 불활성 가스는 불활성 가스 라인 (171) 내에서 프로세스 챔버 (175) 를 향하여 방향 (173) 으로 흐른다. 플로우 제어기 (181) 가 (예를 들어, SP의 설정으로) 개방되면, 전구체 가스는 충전 볼륨 (183) 을 향하여 방향 (179) 으로 흐른다. 전환 밸브 (185) 가 개방되면, 전구체 가스는 전환 밸브 (185) 를 통해 흐르고 포어라인 (foreline) 으로 전환된다 (예를 들어, 진공 펌프들을 통해 설비 폐기물로 전환되거나 그렇지 않으면 프로세스 챔버 내로 전환되지 않고 프로세스 챔버 (175) 주변으로 전환된다). 플로우 제어기 (181) 가 개방되거나 충전 볼륨 (183) 내에 있는 일 체적의 (a volume of) 전구체 가스가 있다면, 일단 유출구 밸브 (187) 가 개방되면, 전구체 가스는 프로세스 챔버 (175) 내로 흐른다.
계속해서 도 1b를 참조하고, 이제 도 1a를 다시 동시에 참조하면, 당업자는 도즈-전환 시스템 (170) 이 어떻게 기능하는지 인식할 것이다. 구체적인 예에서, 제 1 시간 기간 (101) (MFC 안정화 기간) 동안, MFC (예를 들어, 플로우 제어기 (181)) 는 정상-상태에 도달하도록 전환 밸브 (예를 들어, 전환 밸브 (185)) 에 대한 전구체 가스 플로우에 대해 SP로 설정된 신호를 사용하여 2 초 동안 전구체 가스를 흘린다. 제 2 시간 기간 (103) (라인 충전 기간) 동안, MFC는 MFC의 다운스트림인 LCV (예를 들어, 충전 볼륨 (183)) 에 압력을 구축하기 위해 전환 밸브 및 유출구 밸브 (예를 들어, 유출구 밸브 (187)) 모두가 폐쇄된 상태로 SP 플로우에 유지된다 (즉, 전환 밸브 및 유출구 밸브로 전송된 신호들은 모두 “0”에 있음). 제 3 시간 기간 (105) (전구체 가스 플로우-투-챔버 기간) 동안, 유출구 밸브 개방은 예를 들어, 5 초 동안 개방되어, 챔버 (예를 들어, 프로세스 챔버 (175)) 로 가스를 전달한다. 제 4 시간 기간 (107) (퍼지 사이클) 동안, MFC, 전환 밸브, 및 유출구 밸브는 전구체 가스를 제거하기 위한 퍼지 사이클 동안 모두 폐쇄된다.
이제 도 2를 참조하면, 종래 기술의 도 1b의 도즈-전환 시스템 (170) 의 시간의 함수로서 압력을 나타내는 LCV (line charge-volume) 그래프 (200) 가 도시된다. 계속해서 도 1b를 참조하면, 도 2는 (즉, 프로세스 챔버 (175) 로의) 전달 압력 레벨 (201), LCV (예를 들어, 도 1b의 충전 볼륨 (183)) 내부 압력 레벨 (209), 프로세스 챔버 (예를 들어, 도 1b의 프로세스 챔버 (175)) 로의 전구체 가스의 전달 직전 전구체 가스의 초기 압력 및 플로우 펄스 (211), 및 또한 프로세스 챔버 직전의 정상 상태 압력 레벨 (207) 을 나타낸다. LCV 그래프 (200) 는 또한 유출구 밸브 (예를 들어, 도 1b의 유출구 밸브 (187)) 가 개방되고 개방된 채로 유지될 때 제 2 시간 기간 (205) 직전에 발생하는, LCV 내의 압력이 정상 상태 전달 압력 (201) 이상인 제 1 시간 기간 (203) 을 나타낸다.
도 1b를 참조하여 도시되고 기술된 바와 같이, 충전 볼륨 (183) 을 사용하는 ALD 시퀀스들은, 전구체 가스의 프로세스 챔버 (175) 로의 전달 시간이 단축되게 한다. 또한, 전구체 가스의 초기 압력 및 플로우 펄스 (211) 는 또한 챔버로 전달되고, 모두는 전구체를 사용한 기판 표면의 포화를 가속화한다. 이들 효과들 모두 전체 ALD 사이클 시간을 감소시킨다. 프로세스 챔버로 전달된 전구체 가스의 총 질량은 다음 방정식으로 기슬된다.
Figure pct00001
(1)
전구체 가스의 총 질량, mtotal은 유출구 밸브 (187) 가 개방된 시간 tov 곱하기 질량 플로우레이트
Figure pct00002
에 합산된 밸브 플로우 계수 (Cv) 가 정상 상태 전달 압력 레벨 (201) 이상인 시간 양, t>ss 곱하기 전구체 가스의 질량 플로우레이트
Figure pct00003
과 같다.
그러나, 도 1b의 도즈-전환 시스템 (170) 에 대해 기술된 바와 같이 전환 프로세스로 귀중한 전구체 가스들을 잃는 것에 더하여, 설정된 스케줄에 따른 시퀀싱은 LCV의 압력들의 가변성을 더 야기한다. 압력들의 가변성은 (액체들과 달리, 전구체 가스들이 압축성 재료를 포함하기 때문에) 프로세스 챔버로 전달되는 전구체 가스들의 양과 직접적으로 관련된다. 더욱이, 유닛-대-유닛 가변성 (예를 들어, LCV으로부터 LCV로의 충전) 체적 차들, 플로우 레이트 차들, 밸브 플로우-계수 (Cv) 차들, 온도 차들, 및 당업자에게 공지된 다른 요인들에 기인한다. 따라서, 사이클로부터 사이클로의 또는 시간-대-시간으로부터 (예를 들어, 1 주일에서 또 다른 주로) 전달된 전구체 가스의 양은 또한 밸브 (Cv) 변화들, 온도 변화들, 플로우 레이트 드리프트, 피팅 구성으로 인한 LCV의 체적을 변화시킬 수 있는 유지 보수 및 기타 요인으로 인해 가변할 수 있다. (일 프로세스 챔버로부터 또 다른 프로세스로, 일 프로세스 스테이션에서 또 다른 프로세스 스테이션으로, 또는 일 툴에서 또 다른 툴로) 유닛-대-유닛 성능의 가변성, 사이클-대-사이클 가변성, 및 시간-대-시간 가변성 모두는 ALD 프로세스를 겪는 기판 상의 증착의 가변성에 직접적으로 영향을 미친다. 증착 가변성은 다이 손실 및 심지어 전체 기판 손실을 야기할 수 있다.
또한, 플로우 제어기들 (예를 들어, 도 1b의 플로우 제어기 (181)) 은 또한 고유한 응답 가변성들을 갖는다. 도 3은 프로세스 챔버 (예를 들어, 도 1b의 프로세스 챔버 (175)) 로 전달된 전구체-가스 도즈에 대해 MFC (mass-flow controller) 의 가능한 큰 변동들을 나타내는 종래 기술의 응답 가변성 및 램프 속도 차트 (300) 를 도시한다. MFC 변동들의 차트는 도 1b에 도시된 바와 같이 종래 기술의 도즈-전환 시스템과 함께 사용된 것들의 통상적인 차트이다.
상단 그래프 (310) 는 이상화된 플로우 설정점 명령을 도시하고, 여기서 MFC는 시간 t1에서 완전히 폐쇄된 레벨로부터 완전히 SP 레벨로 즉시 반응한다. MFC는 완전히 설정점 레벨 (SP) 로부터 완전히 폐쇄된 레벨로 시간 t3에서 유사하게 반응한다. 하단 그래프 (330) 는 명령에 대한 실제 응답을 도시한다. 시간 t1에서, 신호, "SP"가 설정점 값, SP로 개방하도록 MFC로 전송된다. 그러나, MFC는 약 시간 t2까지 완전히 SP의 레벨 (303) 에 있지 않다. 신호의 실제 상승 시간 (SP 신호를 수신한 후 개방 응답 시간) (예를 들어, MFC가 SP 신호에 응답하는 데 얼마나 걸리는지) 에 따라, 레벨 (303) 은 실제로 실제 상승 시간의 가변성 (301R) 에 따라 시간 t2 전 또는 후에 달성될 수도 있다. 가변성 (301R) 은 MFC가 얼마나 신속하게 응답하는지에 따라 MFC가 완전히 SP에 있게 되는 상승 시간의 가변성을 나타낸다.
유사한 상황은 MFC가 시간 t3에서 폐쇄되도록 신호, "0"을 수신할 때 발생한다. 신호의 실제 하강 시간 (fall time) (신호 0을 수신한 후 폐쇄 응답 시간) (예를 들어, MFC가 0 신호에 응답하는 데 얼마나 걸리는지) 에 따라, MFC는 시간 t4 전 또는 시간 t4 후에 레벨 (303) 으로부터 완전히 폐쇄되지 않을 수도 있다. 따라서, MFC의 완전한 폐쇄는 실제 하강 시간의 가변성 (301F) 에 따라 시간 t4 전 또는 후에 실제로 달성될 수도 있다. 가변성 (301F) 은 MFC가 얼마나 신속하게 응답하는지에 따라 MFC가 완전히 폐쇄되게 되는 하강 시간의 가변성을 나타낸다.
도 3을 참조하여 상기 기술된 가변성은 예를 들어, MFC를 제작하기 위해 사용된 컴포넌트들의 허용 오차들 및 특정한 MFC의 연식 (age) 에 기인하여, 동일한 회사에 의해 제작될 때에도, 일 MFC로부터 다른 MFC로 상당히 가변할 수 있다. MFC는 MFC의 설계에 기초한, 고유한 플로우 변화 시간 상수를 가질 것이고, 시간 상수는 시간으로부터 시간으로 및 단위-대-유닛에서 가변할 수 있다. 또한, MFC의 타입 및 브랜드 각각은 상이한 응답을 가질 수도 있다. 동일한 타입 또는 동일한 브랜드의 유닛도 각각은 램프 속도의 가변성을 가질 수도 있다. 부가적으로, 동일한 MFC 내에서 시간-대-시간 차들이 있을 수 있다.
이들 가변성들 각각은 프로세스 챔버로 전달된 전구체 가스의 실제 질량에 상당한 영향을 줄 수 있다. 방정식 (1) 과 관련하여 상기 주지된 바와 같이, 시간이 흐름에 따른 플로우 레이트의 적분 (integral) 이 챔버로 전달된 플로우의 질량이다. 결과적으로, 동일한 시간 및 플로우 설정점에 대해, 전달된 질량은 도 3을 참조하여 기술된 바와 같이 플로우 램프 업 및 램프 다운의 형상 및 속도에 기초하여 변화할 것이다. 도 1b의 도즈 전환 시스템 (170) 은 충전 볼륨 (183) 을 충진하거나 프로세스 챔버 (175) 로 흘리기 전에 일정 시간 기간 동안 전구체 가스를 전환부 내로 흘림으로써 (이에 따라 전구체 가스를 낭비함으로써) MFC의 램프 업의 가변성을 제거함으로써 이들 한계들을 극복하려고 시도한다.
종래 기술 하에 존재하는 타이밍된 (time) 무전환 가스 도징 시스템들의 타입들에서, 도징은 예를 들어,
유입구 밸브를 개방하고 유입구 밸브의 다운스트림에 위치된 MFC로 전송될 설정점 (SP) 신호를 명령하는 것에 의해 성취될 수도 있고;
LCV의 다운스트림의 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안, 압력은 LCV 내에 형성되고;
일부 미리 결정된 시간에, 유출구 밸브는 각각 LCV 및 유출구 밸브의 다운스트림에 위치된 프로세스 챔버로 개방되고;
이어서 플로우 펄스가 프로세스 챔버로 전달되고, 이어서 MFC는 프로세스 가스의 플로우 레이트를 프로세스 챔버로의 정상 상태 플로우에 대한 초기 설정점 값으로 제어하고; 그리고
MFC 플로우 SP는 프로세스의 나머지 프로세스 내내 일정하게 유지된다.
전술한 예들은 이하의 개시된 주제에 대한 맥락을 예로서 당업자에게 제안하도록 제공되고, 인정된 종래 기술로 간주되지 않아야 한다.
그러나, 종래 기술의 도즈-전환 시스템들 및 타이밍된 무전환 가스 도징 시스템들과 관련하여 기술된 전구체 가스 폐기물 및 가변성들과 대조적으로, 개시된 주제는 ALD 프로세스 시간을 감소시키고, 프로세스 가변성을 감소시키고, 그리고 특수 프로세스 가스들의 폐기물을 제거하여 동작의 비용 (COO) 을 감소시키기 위해 가스 전달 하드웨어 및 프로세스 시퀀스들에 대한 물리적 변화 및 동작 변화를 야기한다. 예를 들어, 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이, 개시된 주제는 LCV를 미리 규정된 압력으로 충진함으로써 MFC의 램프 업 및 램프 다운의 가변성을 제거하여, LCV를 충진하는데 가변 시간을 허용한다. 가변 충진 시간은 전환부를 통해 전구체 가스를 폐기할 필요 없이 모든 램프 가변성을 보상한다.
더욱이, 종래 기술의 타이밍된 무전환 가스 도징 시스템과 대조적으로, 개시된 주제는 이하에 나타낸 바와 같이 종래 기술 시스템들의 다음과 같은 상당한 단점들에 대한 해결책들을 제공한다.
도 3을 참조하여 논의된 바와 같이, MFC의 램프 속도 및 밸브들 (예를 들어, 종래 기술의 유입구 밸브 및 유출구 밸브) 의 타이밍 차들은 LCV에서 상이한 최종 압력들, 그리고 결과적으로 시간-대-시간 그리고 유닛으로부터 유닛으로의 프로세스 챔버로 전달된 도즈의 상이한 크기들 (예를 들어, 체적 및/또는 질량) 을 야기할 수 있다. 따라서, 종래 기술의 타이밍된 무전환 가스 도징 시스템을 사용하여, 일 프로세스 챔버는 또 다른 챔버로부터 동일한 기판-상 결과들 (예를 들어, 막의 품질, 막의 균일도, 및/또는 막의 두께) 를 생성하지 않을 수도 있고, 또는 일 챔버가 특정한 날 대 또 다른 날 (one day versus another day) 에 대한 상이한 프로세스를 생성할 것이다.
프로세스 챔버로 전달될 펄스의 시간을 변화시키는 능력이 없다. 예를 들어, 바람직한 플로우 펄스 (예를 들어, 최적의 LCV 압력) 를 달성하기 위한 최적의 시간-길이는 다른 도즈 단계들 또는 퍼지 단계들에 기초하여 펄스를 전달하기 위한 최적의 시간보다 보다 짧거나 보다 길 수도 있다.
유출구 밸브가 개방되고 플로우가 상승할 때 (증가된 도즈를 발생시킴), 상승된 플로우는 상승된 플로우를 수정하고 밸브 다운을 폐쇄하려고 시도할 MFC에 의해 센싱되고; 후속하여 MFC는 압력이 균등화될 때 플로우를 증가시킨다. MFC의 이 밸브 운동 및 응답은 도즈 동안 그리고 도즈 후에 과도 (transient) 플로우 차를 유발할 수 있다. 과도 응답의 이러한 차들은 단위 대 단위 및/또는 시간 대 시간에서 가변할 수 있다.
이하에 기술된 다양한 실시 예들은 도즈-전환 시스템들 및 타이밍된 무전환 가스 도징 시스템 모두에서, 종래 기술의 전술한 단점들 각각에 대한 해결책들을 제공한다. 개시된 주제의 장점들 각각은 이하에 보다 상세히 기술된다.
추가 개요로서, 개시된 주제의 다양한 실시 예들은 예를 들어, 도 1b의 도즈-전환 시스템 (170) 과 비교하여, 전구체-가스 폐기물이 보다 적거나 없고 그리고 도즈 양의 보다 낮은 가변성으로 ALD 전구체-가스 도즈들을 프로세스 챔버로 전달한다. 감소된 폐기물 및 보다 낮은 가변성은, MFC를 사용하여 미리 규정된 압력으로 전구체 가스로 라인 충전-볼륨 (LCV, 예컨대 이하에서 더 상세히 규정되는 바와 같이, 압력 하에서 특정한 체적들의 가스를 저장할 수도 있는 가스 어큐뮬레이터) 을 충진하고, 볼륨 내에 압력을 유지하고, MFC 제어 밸브를 설정된 위치에 유지하고 (예를 들어, LCV를 충진하는 이 지점에서 MFC가 플로우를 제어하지 않음), 프로세스 챔버 내로 가스의 체적을 방출하여 달성된다. LCV 내의 가스가 프로세스 챔버 내로 방출된 후, 전구체 가스의 플로우 제어는 이어서 MFC로 되돌아간다. 따라서 개시된 주제의 다양한 실시 예들은, 상기 기술된 바와 같이, 초기에 프로세스 챔버로부터 가스들을 전환하도록 전구체 가스들을 흘림으로써 플로우를 안정화시키기 위해 현재 사용되는, 전환부에 대한 모든 필요성을 제거한다. 결과적으로, 전구체 가스 폐기물이 제거된다. 이들 개념들은 다양한 실시 예들에서 이하에 보다 상세히 기술된다.
용어 "전구체 가스" 및 "ALD 시퀀스" 또는 "ALD 프로세스"가 개시된 주제의 신규한 개념들을 보다 완전히 예시하기 위해 본 명세서에서 사용되지만, 이러한 제한들은 의도되지 않는다. 예를 들어, 개시된 주제를 읽고 이해하면, 당업자는 기술된 개념들이 (예를 들어, 전구체 가스들 이외의 또는 전구체 가스에 더하여) 임의의 프로세스 가스 또는 임의의 프로세스 (예를 들어, 가스상 (gas-phase) 프로세스들 동안 CVD (chemical vapor deposition) 또는 PVD (physical vapor deposition) 와 같은 프로세스들을 포함하는, ALD 프로세스들 이외의 프로세스들) 와 함께 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 4a는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 프로세스-시퀀스 타이밍 차트 (400) 의 일 예를 도시한다. 도 4b는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 무전환 가스 도징 시스템 (440) 의 일 예를 도시한다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 개시된 주제를 읽고 이해할 때, 무전환 가스 도징 시스템 (440) 은 프로세싱 챔버에 사용될 프로세스 가스들을 전환 (그리고 결과적으로 폐기) 하는 것에 의존하지 않는다.
도 4a 및 도 4b를 동시에 참조하면, 도 4a는 유출구-밸브 타이밍 신호들 (410), 유입구-밸브 타이밍 신호들 (430), LCV 압력-센서 신호들 (450), 및 MFC (예를 들어, 플로우 제어기) 타이밍 신호들 (470) 에 대한 별도의 도면들을 포함하는 것으로 도시된다. 유출구-밸브 타이밍 신호들 (410) 및 유입구-밸브 타이밍 신호들 (430) 각각은 밸브들의 폐쇄된 위치들 및 개방된 위치들에 대해 각각 "0" 및 "1"을 나타낸다. LCV 압력-센서 신호들 (450) 은 LCV 내의 실제 압력을 도시한다. MFC 타이밍 신호들 (470) 은 폐쇄된 위치 "0" 및 설정점 값 "SP"를 각각 나타낸다. 도 4b는 가스 유입구 (447), 유입구 밸브 (449), 플로우 제어기 (453) (예를 들어, MFC), LCV (455) 및 LCV (455) 에 커플링된 압력 센서 (457), 및 프로세스 챔버 (445) 에 커플링된 유출구 밸브 (459) 를 포함하는 것으로 도시된다. 유입구 밸브 (449) 및 플로우 제어기 (453) 가 (예를 들어, SP의 설정으로 플로우 제어기 (453) 와 함께) 개방되면, 전구체 가스는 LCV (455) 를 향해 방향 (451) 으로 흐른다. 불활성 가스 플로우 (예를 들어, 질소 (N2) 또는 아르곤 (Ar)) 가 사용되면, 불활성 가스는 불활성 가스 라인 (441) 내에서 프로세스 챔버 (445) 를 향해 방향 (443) 으로 흐른다. 불활성 가스 플로우가 사용되지 않는다면, 불활성 가스 라인 (441) 은 필요하지 않을 수도 있고 따라서 선택 가능한 (optional) 것으로 간주될 수도 있다.
LCV (455) 는 임의의 수의 초-고순도, 비투과성 (non-permeable) 재료들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 일 특정한 예시적인 실시 예에서, LCV (455) 는 어큐뮬레이터 챔버의 일 타입으로서 고려될 수 있고, 스테인리스 스틸 (예를 들어, 316L 스테인리스) 로 형성될 수도 있다. 또 다른 예시적인 실시 예에서, LCV (455) 는 당업계에 공지된 다양한 고성능 합금들 (또한 초합금들로 공지됨) 로부터 형성될 수도 있다. 이들 고성능 합금들은 예를 들어, Inconel® (미국, West Virginia, Huntington 소재의 Inco Alloys International, Inc.를 포함하는 다양한 업체로부터 입수가능) 또는 Hastelloy® (미국, Indiana, Kokomo 소재의 Haynes Stellite Company 및 미국, New York, New York 소재의 Union Carbide Corporation을 포함한 다양한 업체들로부터 입수가능) 을 포함한다. 이러한 재료 또는 스테인리스-스틸 재료 또는 다른 초-고순도, 비투과성 재료들은 예를 들어, 미리 결정된 프로세스에 따라 예를 들어, 약 0.5 ㎛ 미만 또는 약 0.1 ㎛ 미만, 또는 훨씬 보다 작은 Ra의 표면 거칠기 값으로 전기 폴리싱될 (electropolish) 수도 있다. 또한, 당업자는 개시된 주제를 읽고 이해할 때, 채용된 전구체 가스의 타입이 또한 LCV (455) (및 다른 컴포넌트들) 가 형성되는 재료의 타입에 영향을 줄 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 부가적으로, LCV (455) 가 별도의 볼륨으로 도시되지만, 특정한 실시 예들에서, LCV (455) 는 프로세스 가스들 자체를 운반하는 라인의 체적을 포함할 수도 있다. LCV (455) 가 다양한 가스 체적들을 수용하도록 설계될 수도 있지만, 예를 들어, 미리 결정된 프로세스 또는 챔버 사이즈에 대해, 특정한 예시적인 실시 예에서 LCV (455) 는 약 0.03 리터 내지 약 0.3 리터의 체적을 가질 수도 있다. 개시된 주제를 읽고 이해하면, 당업자는 필요할 수도 있는 LCV (455) 에 대한 특정한 체적을 인식할 것이다.
도 4a를 다시 참조하고 그리고 도 4b를 계속 참조하면, 제 1 시간 기간 (401) 은 유입구 밸브 (449) 가 개방되는 시간 기간을 포함한다. 플로우 제어기 (453) 는 또한 개방되어, 설정점, SP, 값에 도달하는 전구체 가스의 실제 플로우 (417) 를 제공한다. LCV (455) 내의 압력 레벨은 압력 센서 (457) 로부터 수신된 LCV 압력-센서 신호들 (450) 의 값들로부터 모니터링된다. 압력이 미리 결정된 압력 (413) 으로 램핑하는 (ramp) 동안 유입구 밸브 (449) 는 개방된 채로 유지된다. 이러한 제 1 시간 기간 (401) 동안, LCV (455) 는 미리 결정된 압력 레벨로 "충전"된다. 일단 LCV (455) 가 (제 1 시간 기간 (401) 의 종료를 결정하는) 미리 결정된 압력에 도달하면, 유입구 밸브 (449) 는 폐쇄된다. 유입구 밸브 (449) 가 폐쇄되면, 플로우 제어기 (453) 로 들어오는 플로우가 없다. 따라서, 플로우 제어기 (453) 는 개방된 채로 유지되거나 폐쇄될 수 있다 (제 1 시간 기간의 종료 시 프로세스-시퀀스 타이밍 차트 (400) 에 도시된 바와 같이 폐쇄됨). 당업자에게 자명한 바와 같이, 플로우 제어기 (453) 가 이를 통하는 가스 플로우 없이 개방된 채로 유지된다면, "노-플로우 (no-flow)" 조건을 나타내도록 설정된 모든 알람들은 예를 들어, 수반되는 프로세스 레시피에서 중단될 (override) 수도 있다. 실시 예들에서, 플로우 제어기 (453) 스스로 압력 제어와 플로우 제어 사이에서 제어 모드들을 스위칭할 것이다. 결과적으로, 압력을 제어할 때, "부정확한 플로우 신호"가 생성되지 않을 것이다. 이러한 모드들은 이하에 보다 상세히 기술된다.
제 2 시간 기간 (403) 은 LCV (455) 가 미리 결정된 압력 레벨로 완전히 충전되는 시간으로 간주될 수 있다. 특정한 예시적인 실시 예에서, 절대 압력들의 범위는 예를 들어, 약 200 Torr 내지 약 2000 Torr일 수도 있다. 그러나, 실제 압력은 특정한 프로세스 또는 프로세스 챔버 체적과 같은 다양한 요인들에 종속될 수도 있다. 상기 주지된 바와 같이 그리고 프로세스-시퀀스 타이밍 차트 (400) 에 도시된 바와 같이, 플로우 제어기 (453) 는 개방된 채로 유지될 수도 있고 또는 제 2 시간 기간 (403) 의 후반부 (421) (제 2 시간 기간 (403) 과 제 1 시간 기간 (401) 사이의 차) 내 어디에서든 폐쇄될 수 있다.
제 3 시간 기간 (405) 동안, 일 실시 예에서, 유입구 밸브 (449) 는 다시 개방되고, 그리고 플로우 제어기 (453) 는 폐쇄되었다면 실제 플로우 (417) 로 다시 개방된다. 유출구 밸브 (459) 가 개방되어, LCV (455) 로부터 전구체 가스가 프로세스 챔버 (445) 내로 흐르도록 방출한다. 전구체 가스가 LCV (455) 로부터 방출됨에 따라, 플로우 펄스 (419) 가 프로세스 챔버 (445) 로 전달되고 압력 (415) 은 실제 플로우 (417) 에 대한 설정점 값에서 MFC에 의해 제어되는 프로세스 챔버 내로의 연속적인 플로우에 의해 정상-상태 레벨로 감쇠한다. 그러나, 기술된 동작들에 대한 다양한 실시 예들 및 차이점들은 이하에 보다 상세히 설명된다.
제 4 시간 기간 (407) 동안, 시스템은 퍼지된다. 임의의 또는 모든 이전 시간 기간들 (401, 403, 405, 407) 을 포함하는 전체 사이클은 반복된 기간 (409) 에서 반복될 수도 있다. LCV (455) 의 압력은 이 지점에서 규정되지 않는다. 동일한 전구체 가스 또는 또 다른 전구체 가스가 반복된 기간 (409) 동안 사용될 수도 있다.
다양한 실시 예들에서, MFC가 플로우 제어 모드에 있는지 또는 밸브-포지션 제어 모드에 기초하는지에 따라, 밸브는 밸브-포지션 피드백 (즉, 예를 들어, 이전 MFC 이력 또는 캘리브레이션 (calibration) 테이블에 기초하여 (예를 들어, 용량성 위치-센서, 유도성 위치-센서, 또는 다른 타입의 위치 센서에 기초할 수도 있는) 물리적으로 측정된 개방된 거리) 을 기초로 하여 공지된 위치에 설정될 수도 있다. MFC는 밸브 포지션 대 플로우 레이트 및 압력의 맵을 가질 수 있다. 따라서, 이 동작은 개방-루프 제어의 일 타입 밸브는 업스트림 압력 P1 및 다운스트림 압력 P2를 사용하여 위치 "x"로 개방되는 것을 구성한다. 이어서 플로우 레이트가 캘리브레이션 테이블로부터 판독될 수도 있다. 플로우가 초크 플로우 (choked flow) 이면 (당업자가 이해할 수 있음), 업스트림 압력 P1만이 중요하다. 초크 플로우는 캘리브레이션 테이블에 구축될 수도 있는 P1 및 P2의 값들에 의해 결정될 수 있다. 캘리브레이션 테이블은 실제 플로우 신호에 캘리브레이션 테이블을 비교함으로써 MFC가 플로우 제어 모드에 있을 때 언제든지 생성되고 수정될 수 있다. 따라서, 제 1 시간 기간 (401) 동안 무전환 가스 도징 시스템 (440) 을 동작시킬 때, 밸브는 캘리브레이션 테이블에 나타낸 바와 같이 전구체 가스의 실제 플로우 (417) 의 목표된 정상-상태 플로우를 위한 위치로 구동될 수도 있고 플로우 레이트가 플로우 펄스 (419) 후에 안정될 때까지 그 위치에 남아 있을 수도 있다. 이 실시 예에서, 유입구 밸브 (449) 는 LCV 압력에 기초하여 폐쇄되지만 제어 밸브는 이동되지 않는다. 따라서, 제 1 시간 기간 (401) 동안, MFC는 플로우 제어 모드, 또는 밸브-포지션 제어 모드에서 동작할 수도 있다. 제 1 시간 기간 (401) 후 그리고 제 2 시간 기간 (403) 의 후반부로, MFC는 밸브-포지션 제어 모드에서 동작할 수도 있다. 제 3 시간 기간 (405) 동안, MFC는 플로우 신호가 안정화된 후 밸브 제어 모드로부터 플로우 제어 모드로 천이할 수 있다 (예를 들어, 플로우 펄스 (419) 후; 모드 변화 천이 (transition) 은 일반적으로 정상-상태 플로우가 달성된 후에만 발생함). 또한, MFC가 사용되는 모드는 사이클마다 (예를 들어, 밸브 포지션 제어 시 항상) 변화할 필요가 없을 수도 있다. 예를 들어, MFC 밸브 포지션은 MFC를 플로우 제어 모드로 실행하고 이어서 밸브 포지션의 캘리브레이션을 체크/수정함으로써 주기적으로 (예를 들어, 매일) 캘리브레이팅될 (calibrate) 수도 있다. 이 동작은 프로세스 동안 보다 빠른 밸브-포지션 제어에서 MFC를 실행하게 하고 모듈 또는 프로세스 챔버가 유휴 상태일 때 다시 캘리브레이팅하게 한다. MFC는 또한 불활성 가스를 사용하고 전구체 가스를 폐기하지 않도록 MFC 내의 전구체 가스로 변환하여 다시 캘리브레이팅될 수 있다.
동일한 시퀀스들을 사용하거나 약간의 변형들을 갖는 도 4a의 프로세스-시퀀스 타이밍 차트 (400) 는 무전환 가스 도징 시스템의 또 다른 실시 예와 함께 사용될 수도 있다. 도 4c를 참조하면, 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 무전환 가스 도징 시스템 (460) 의 또 다른 예가 도시된다.
도 4c는 제 1 가스 유입구 (467), 제 1 유입구 밸브 (469), 제 1 플로우 제어기 (473) (예를 들어, MFC), 선택 가능한 제어기-유출구 밸브 (474), LCV (475), LCV (475) 에 커플링된 압력 센서 (477), 및 프로세스 챔버 (465) 에 커플링된 유출구 밸브 (479) 를 포함하는 것으로 도시된다. 도 4c는 또한 제 2 가스 유입구 (481) 및 제 2 플로우 제어기 (487) 를 포함하는 부가적인 유입구 밸브 및 플로우 제어기 스테이지를 포함하는 것으로 도시된다. 플로우 제어기들 (473, 487) 및 각각의 유입구 밸브들 (469, 483) 중 하나가 (예를 들어, 플로우 제어기에 대한 SP의 설정으로) 개방되면, 하나 이상의 전구체 가스들은 각각 LCV (475) 을 향해 방향 (471, 485) 으로 흐른다. 불활성 가스 플로우 (예를 들어, 질소 (N2) 또는 아르곤 (Ar)) 가 사용되면, 불활성 가스는 불활성 가스 라인 (461) 내에서 프로세스 챔버 (465) 를 향해 방향 (463) 으로 흐른다. 도 4b의 불활성 가스 라인 (441) 에서와 같이, 불활성 가스 라인 (461) 은 불활성 가스가 사용되지 않는 경우 선택 가능한 것으로 간주될 수도 있다. 또한, 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 개시된 주제를 읽고 이해할 때, 도 4c의 컴포넌트들 각각은 도 4b에 도시된 유사한 컴포넌트들과 동일하거나 일치할 수도 있다.
무전환 가스 도징 시스템 (460) 이 하나의 부가적인 유입구 밸브 및 플로우 제어기 스테이지를 도시하지만, 개시된 주제를 읽고 이해하면, 당업자는 임의의 수의 부가적인 유입구 밸브 및 플로우 제어기 스테이지들이 무전환 가스 도징 시스템 (460) 에 부가되고 여전히 본 명세서에 제공된 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주될 수도 있음을 인식할 것이다. 또한, 예를 들어, 유입구 밸브 및 플로우 제어기의 서로에 대한 배치 (placement) 와 같은 시스템에 대한 변화들이 본 개시의 일부인 것으로 간주된다. 즉, 유입구 밸브는 플로우 제어기의 다운스트림에 위치될 수도 있고 (필요할 수도 있는 바와 같이 도 4a의 프로세스-시퀀스 타이밍 차트 (400) 에 대한 적절한 변화들과 함께) 여전히 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주될 수도 있다. 부가적으로, 단일 LCV가 도시되지만, 어떠한 이런 제한으로도 해석되어서는 안된다. 하나 이상의 부가적인 LCV 챔버들이 부가되고 또한 개시된 주제의 범위 내에 있을 수도 있다.
도 4c의 무전환 가스 도징 시스템 (460) 을 사용하여, 2 개 이상의 플로우 제어기들이 단일 라인 충전-볼륨으로 흐를 수 있다. 프로세스 가스들의 플로우는 동일한 압력으로 동시에 양쪽 (또는 2 개 이상의) 플로우 제어기들 상에서 중단될 수 있거나, LCV는 프로세스 챔버 내로 방출하기 위해 목표된 비 및 압력으로 목표된 가스들의 혼합물을 생성하도록 예를 들어, 순차적으로, 일 플로우 제어기에 이어 또 다른 플로우 제어기 (2 개 이상의 제어기들을 포함) 에 의해 순차적으로 충전될 수 있다.
부가적으로, 예를 들어, 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6) 와 같은 저 증기압 가스가 예를 들어, 0.5 Bar (대략 375 Torr) 로 LCV (475) 를 먼저 가압할 수 있도록 LCV는 내부에 담긴 가스들의 응결 압력을 상승시키도록 가열될 수 있고, 이어서, 도 5를 참조하여 이하에 기술된 바와 같이, LCV (475) 내의 가스는 약 60 ℃로 가열되고 Ar을 사용하여 약 2 Bar (대략 1500 Torr) 로 가압된다. 특정한 예시적인 실시 예에서, WF6를 사용하여 LCV (475) 가 약 375 Torr로 가압된 후, 선택 가능한 제어기-유출구 밸브 (474) 는 LCV (475) 내의 압력으로부터 제 1 플로우 제어기 (473) 를 격리하도록 폐쇄될 수도 있다.
도 4d는 도 4b 및 도 4c의 무전환 가스 도징 시스템들 (440, 460) 과 함께 사용될 수도 있는 셀프 캘리브레이팅 (self-calibrating) 플로우 미터 (490) 의 일 예를 도시한다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 는 플로우 미터 (491), 제 1 압력 센서 (493), 제 2 압력 센서 (495), 및 위치-센싱 디바이스 (명확하게 도시되지 않음) 를 갖는 플로우 제어 밸브 (497) 를 포함하는 것으로 도시된다.
다양한 예시적인 실시 예들에서, 플로우 미터 (491) 는, 예를 들어, 열적 질량-유량 미터, 압력-기반 플로우 미터 (예를 들어, 이를 통해 이송되는 유체의 압력 강하를 생성하도록 오리피스를 사용함), 감쇠율 (rate-of-decay) 플로우 미터, 또는 관련 기술 분야에 공지된 다른 타입의 플로우 미터를 포함한다. 플로우 미터 (491) 는 특정한 실시 예들에서 선택 가능한 엘리먼트로서 고려될 수 있다. 당업자는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 를 통한 체적 (volumetric) 플로우 및/또는 질량 플로우 결정하기 위해 다른 수단이 채용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 플로우 제어 밸브 (497) 에 걸쳐 압력 센서들 (493, 495) 로부터 차압을 측정함으로써, 유체의 체적 플로우가 결정될 수도 있다. 유체의 온도, 압력, 및 열역학적 특성들이 공지되면, 질량-유량 레이트가 또한 결정될 수도 있다. 온도 센서 또는 온도 게이지를 사용하는 이러한 구성은 도 4f 및 도 4g를 참조하여 이하에 보다 상세히 논의된다. 압력 센서들 (493, 495) 은 도 4b 및 도 4c를 참조하여 상기 기술된 압력 센서들 (457, 477) 과 동일하거나 유사할 수도 있다.
압력 센서들 (493, 495) 은 예를 들어, 피에조 저항 스트레인-게이지 (piezoresistive strain-gauge) 기술, 용량성 압력-센싱 기술, 전자기 압력-센싱 기술, 피에조 전기 압력-센싱 기술, 및 관련 기술에 공지된 다른 기술들에 기초하여 당업계에 공지된 다양한 타입들의 압력 센서들을 포함할 수도 있다.
플로우 제어 밸브 (497) 는 다양한 타입들의 쓰로틀링 밸브들 (예를 들어, 볼 밸브, 게이트 밸브, 버터 플라이 밸브, 또는 다른 제어 밸브), 피에조 밸브들, 또는 관련 기술 분야에 공지된 다른 타입들의 유체-제어 밸브를 포함할 수도 있다. 밸브들은 수동으로 제어되거나 자동으로 제어 (예를 들어, 공압으로 제어되거나, 전기적으로 제어되거나, 또는 유압으로 제어) 될 수도 있다. 전술한 위치-센싱 디바이스는 플로우 제어 밸브 (497) 가 개방되는 거리 또는 양을 측정하도록 사용된다.
동작 시, 밸브 포지션은 (명확하게 도시되지 않지만 당업자가 이해할 수 있는) 플로우-표준 디바이스뿐만 아니라 압력 센서들 (493, 495) 에 의해 각각 나타낸 바와 같이 압력 P1 및 압력 P2로 캘리브레이팅된다. 플로우 미터 (491) 가 사용된다면, 또한 플로우-표준 디바이스로부터의 판독에 따라 캘리브레이팅될 수도 있다.
셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 는 적어도 2 개의 모드들로 동작될 수도 있다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 의 제 1 모드에서, 플로우 제어 밸브 (497) 의 위치는 2 개의 압력 센서들 (493, 495) 및 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초한다. 제 1 모드는 빠른 응답 시간 (예를 들어, 약 100 ㎳ 미만 또는 약 10 ㎳ 미만) 을 제공하도록 사용될 수도 있다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 의 제 2 모드에서, 플로우 제어 밸브 (497) 의 제어는 플로우 미터 (491) 로부터의 피드백 (예를 들어, 표시된 체적 플로우 레이트 또는 질량 플로우 레이트) 에 기초한다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 가 MFC를 포함하는 실시 예들이라면, 제 2 제어 모드는 제 1 제어 모드보다 보다 높은 레벨의 정확도 및/또는 보다 높은 레벨의 정밀도를 가질 수도 있다. 개시된 주제를 읽고 이해하면, 당업자는 제 1 모드 또는 제 2 모드의 사용이 미리 결정된 애플리케이션에서 유리할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 는 도 4b 및 도 4c의 플로우 제어기들 (453, 473, 487) 과 함께 또는 대신 사용될 수도 있다. 부가적으로, 제 2 압력 센서 (495) 는 도 4b 및 도 4c의 압력 센서들 (457, 477) 과 함께 사용되거나 대체될 수도 있다. 더욱이, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 는 상기 나타낸 바와 같이 주기적으로 또는 연속적으로 캘리브레이팅될 수도 있다.
도 4e 내지 도 4g는 도 4b 및 도 4c의 무전환 가스 도징 시스템들과 함께 사용될 수도 있는 다른 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터들의 예들을 도시한다. 예를 들어, 도 4e는 도 4d의 압력 센서들 (493, 495) 대신 차압 센서 (492) 를 사용하는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 의 또 다른 예시적인 실시 예를 도시한다. 차압 센서 (492) 는 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 플로우 제어 밸브 (497) 의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는다. 차압 센서 (492) 는 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 압력 차의 증가된 정확도를 제공할 수도 있다. 또한, 상기 논의된 바와 같이, 플로우 미터 (491) 는 특정한 실시 예들에서 선택 가능한 엘리먼트로서 고려될 수 있다.
도 4e는 또한 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림에 위치된 압력 센서 (496) 를 포함하는 것으로 도시된다. 명시적으로 도시되지 않았지만, 다른 실시 예들에서, 압력 센서 (496) 는 플로우 제어 밸브 (497) 의 다운스트림에 위치될 수도 있다. 압력 센서 (496) 는 예를 들어, 도 4d의 압력 센서들 (493, 495) 중 하나 또는 모두와 동일하거나 유사할 수도 있다. 위치에 따라, 압력 센서 (496) 는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 내에서 흐르는 가스의 플로우 제어 밸브 (497) 의 유입구 압력 또는 유출구 압력을 결정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 차압 센서 (492) 는 플로우 제어 밸브 (497) 의 양측 상의 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 260 Torr (대략 5 psig) 차를 판독할 수도 있다. 그러나, 시스템이 520 Torr (대략 10 psig) 유입구 압력 및 260 Torr 유출구 압력 대 780 Torr (대략 15 psig) 유입구 압력 및 520 Torr 유출구 압력을 갖는다면 실제 플로우 레이트는 상이할 것이다. 더욱이, 당업자에게 공지된 바와 같이, 가스의 질량은 상이한 압력들에서 상이하다. 결과적으로, 질량 플로우 레이트들 및 체적 플로우 레이트들 모두는 실질적으로 상이할 수 있다. 부가적인 실시 예들은 도 4g를 참조하여 이하에 기술된다.
당업자는 차압 센서 (492) 가 예를 들어, 유체-플로우 경로의 두 부분들 사이의 차압을 센싱하기 위해 트랜스듀서들을 사용한다는 것을 이해할 것이다. 이어서, 트랜스듀서들은 차압을 비례 출력으로 변환할 수 있다. 또 다른 예에서, 차압 센서 (492) 는 차압을 센싱하기 위해 전극에 근접한 가요성 다이어프램을 사용한다. 예를 들어, 양압은 전극을 향해 다이어프램을 구부리고, 이에 따라 다이어프램과 전극 사이의 커패시턴스 값을 증가시킨다. 압력의 감소는 전극으로부터 다이어프램을 이동시켜, 커패시턴스를 감소시킨다. 센서의 측면 각각에 커플링된 센서는 다이어프램의 측면 각각의 2 개의 압력에 의해 유발된 커패시턴스의 차를 측정한다. 다른 타입들의 차압 센서들 또는 게이지들이 공지된다. 또한, 당업자에게 공지된 바와 같이, 차압은 특정한 기준 압력을 참조하여 측정되지 않는다.
도 4f는 도 4b 및 도 4c의 무전환 가스 도징 시스템들 (440, 460) 과 함께 사용될 수도 있는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 의 또 다른 예시적인 실시 예를 도시한다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 는 플로우 미터 (491), 제 1 압력 센서 (493), 제 2 압력 센서 (495), 및 위치-센싱 디바이스 (명확하게 도시되지 않음) 를 갖는 플로우 제어 밸브 (497) 를 포함하는 것으로 도시된다. 도 4f는 또한 온도 센서 (494) 를 포함하는 것으로 도시된다. 온도 센서 (494) 가 플로우 제어 밸브 (497) 에 커플링되는 것으로 도시되지만, 온도 센서는 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림 또는 다운스트림 및 근접하게 커플링될 수도 있다. 다양한 타입들의 온도 센서들 및 온도 게이지들이 당업계에 공지된다. 상기 논의된 바와 같이, 플로우 미터 (491) 는 특정한 실시 예들에서 선택 가능한 엘리먼트로서 고려될 수 있다.
당업자에게 더 공지된 바와 같이, 다양한 타입의 재료가 온도 변화들로 인해 팽창 및 수축한다. 계속해서 도 4f를 참조하면, 플로우 제어 밸브 (497) 가 위치되는 주변 온도가 변화하고, 또는 (상기 논의된) 피에조 스택의 자가 가열이 온도를 변화시키면, 컴포넌트들의 상대적인 위치, 및 결과적으로 영향을 받은 컴포넌트들의 보고된 출력 값을 변경할 수 있다. 부가적으로, 예를 들어, 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림 및/또는 다운스트림의 플로우 통로들은 온도 변화들로 인해 사이즈 및/또는 형상을 변화시킬 수 있다. 이들 사이즈 및 형상 변화들은 시스템 내에서 흐르는 유체의 플로우 특성들에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 특정한 플로우 (예를 들어, 미리 결정된 값의 플로우) 를 전달하는 플로우 제어 밸브 (497) 의 위치는 플로우 제어 밸브 (497) 및 주변 플로우 통로 온도들에 기초하여 변화할 수도 있다. 더욱이, 가스의 특성들은 온도에 기초하여 변화할 것이다. 적어도 이들 이유들로, 고 레벨의 캘리브레이션 정확도를 달성하기 위해, 플로우 제어 밸브 (497) 내로 그리고 플로우 제어 밸브 (497) 에 근접한 플로우 경로의 영역의 온도가 모니터링되고 이 실시 예에서 플로우 제어 밸브 (497) 를 위한 알고리즘으로 피드백될 수 있다.
도 4g는 도 4d 및 도 4f의 압력 센서들 (493, 495) 대신 차압 센서 (492) 를 또한 사용하는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 의 또 다른 예시적인 실시 예를 도시한다. 도 4e를 참조하여 상기 주지된 바와 같이, 차압 센서 (492) 는 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 플로우 제어 밸브 (497) 의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는다. 차압 센서 (492) 는 도 4e를 참조하여 기술된 차압 센서 (492) 와 동일하거나 유사할 수도 있다. 또한, 상기 논의된 바와 같이, 플로우 미터 (491) 는 특정한 실시 예들에서 선택 가능한 엘리먼트로서 고려될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 차압 센서 (492) 는 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 압력 차의 증가된 정확도를 제공할 수도 있다.
상기 기술된 도 4f과 같이, 도 4g는 또한 온도 센서 (494) 를 포함하는 것으로 도시된다. 온도 센서 (494) 가 플로우 제어 밸브 (497) 에 커플링되는 것으로 도시되지만, 온도 센서는 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림 또는 다운스트림 및 근접하게 커플링될 수도 있다. 온도 센서 (494) 는 도 4f의 온도 센서 (494) 와 동일하거나 유사할 수도 있다.
부가적으로, 도 4g는 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림에 위치된 압력 센서 (496) 를 포함하는 것으로 도시된다. 명시적으로 도시되지 않았지만, 다른 실시 예들에서, 압력 센서 (496) 는 플로우 제어 밸브 (497) 의 다운스트림에 위치될 수도 있다. 압력 센서 (496) 는 예를 들어, 도 4d의 압력 센서들 (493, 495) 또는 도 4e의 압력 센서 중 하나 또는 모두와 동일하거나 유사할 수도 있다. 도 4e를 참조하여 상기 기술된 바와 같이, 위치에 따라, 압력 센서 (496) 는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 (490) 내에서 흐르는 가스의 플로우 제어 밸브 (497) 의 유입구 압력 또는 유출구 압력을 결정하도록 사용될 수 있다. 압력 센서 (496), 차압 센서 (492), 및 온도 센서 (494) 는 측정된 온도 및 측정된 압력들에 기초하여 플로우 제어 밸브 (497) 의 업스트림 및 다운스트림 모두에서 실제 질량 플로우 레이트 및/또는 체적 플로우 레이트를 계산하기 위해 예를 들어, 중앙 제어기 또는 프로세서 (미도시) 로 각각의 신호를 전송할 수 있다.
도 5를 참조하면, 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 LCV 2-단계 가압 조정을 포함하는 증기-압력 그래프 (500) 의 일 예가 도시된다. 증기-압력 그래프 (500) 는 온도의 함수로서 압력의 WF6 증기 곡선을 도시하고, WF6 가스의 임계점 (505) 이 또한 도시된다. (당업자는 WF6 또는 대부분의 다른 분자들이 예를 들어 임계점 (505) 을 넘기지 않는 것으로 간주될 수 있는 열역학적 특성들을 갖는다는 것을 인식할 것이다.) 또한, 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 증기-압력 그래프의 우측 (503) 으로의 WF6는 가스상인 반면, 곡선의 좌측 (501) 으로의 WF6는 액체상이다. 다양한 실시 예들에 따라, 2-단계 가압 조정의 일 예는: (1) 단계 1 (동작 507)―약 실온 (대략 20 ℃) 에서 약 0.53 Bar (대략 400 Torr) 로 LCV 내의 WF6 가스를 가압하고 그리고 가스상의 압력-온도 곡선 상의 라인 (509) 을 따라 WF6 가스를 이동시키도록 온도 및 압력을 상승시키는 단계; (2) 단계 2 (동작 511)―아르곤 (Ar) 을 첨가하고 가스 혼합물의 압력을 약 60 ℃의 온도에서 약 2 Bar (대략 1500 Torr) 로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
결과적으로, 복수의 가스들은 프로세스 챔버로 신속하게 전달될 수 있는 가스의 고압 저장소를 제공하도록 LCV 내에서 그리고 LCV가 가압 (및 목표된다면 가열) 되기 전에 혼합될 수 있고, 따라서 ALD 프로세스를 가속화한다. LCV 및 연관된 파이프의 체적은 LCV 로의 플로우 동안 상승 레이트가 MFC 플로우 레이트의 독립적인 측정을 제공할 수 있도록 캘리브레이팅될 수 있고, 이에 따라 수명 동안 MFC들을 캘리브레이팅하는 수단을 제공한다. 예를 들어, 복수의 질량-유량 제어기들이 복수의 가스들 (예를 들어, 상이한 체적들 및 혼합비들로 WF6 및 H2) 과 함께 사용될 수 있다. 특정한 가스 또는 가스들의 혼합물에 대한 변화들 뿐만 아니라 LCV의 순차적인 충전 동작들을 위한 다양한 프로세스 레시피들에 대한 변화들 각각은 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이 프로세스 툴 상에서 명령들을 실행하도록 구성된 디바이스 또는 프로세스 툴 내에 저장될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 복수의 질량-유량 제어기들 각각은 상이한 LCV에 개별적으로 커플링될 수 있다. 부가적으로, 상이한 LCV들 각각은 단일 유출구 밸브에 커플링될 수 있고, 따라서 모든 LCV들로부터 실질적으로 동시에 프로세스 챔버로의 플로우를 제어한다. 다른 실시 예들에서, 상이한 LCV들 각각은 LCV들 각각에 대한 하나의 유출구 밸브를 사용하여 복수의 유출구 밸브들에 개별적으로 커플링될 수 있다.
상기 주지된 바와 같이, 본 명세서에 제공된 다양한 실시 예들에 따라, 도 1b의 전환 밸브 (185) 가 전환 밸브로부터 진공 소스 및 연관된 하드웨어로의 튜빙 연결부들과 함께 제거된다. 대신, 프로세스 챔버로의 하나 이상의 전구체들의 전달에 사용하기 위해 유입구 밸브가 부가되거나 기존의 밸브가 용도가 변경된다. 또한, 프로세스 시퀀스 (예를 들어, 도 4a의 프로세스-시퀀스 타이밍 차트 (400)) 를 제어하기 위한 변수로서 사용되도록 압력 센서가 추가되거나 기존의 압력 센서가 용도가 변경된다.
따라서, 종래 기술에 비해 일부 이점들은, 예를 들어, 프로세스 챔버를 바이패스하는 어떠한 가스도 갖지 않음으로써 귀중한 전구체 가스들의 폐기물을 포함하지 않고, 이에 따라 프로세스 툴의 소유자에 대한 소유 비용 및 소모품 비용을 절약한다. 전환 밸브들 및 연관된 하드웨어가 요구되지 않아 보다 낮은 비용을 야기한다. 또한, 본 명세서에 기술된 무전환 시스템의 컴포넌트들을 보다 좁은 공간에 패키징하는 수반되는 능력은 종래 기술의 전환 시스템들에 비해 향상된다. LCV의 가압은 기존 기술 하에서 현재 사용되는 바와 같이 시간이 아니라 압력 측정에 기초하기 때문에, MFC 램프 속도 및 곡선 형상의 차들 (예를 들어, 도 3 참조) 은 LCV 충진의 가변 시간에 의해 보상되어서, 기판으로의 전구체 가스들의 전달 가변성을 감소시키고, 기판 내 균일도, 기판-대-기판(substrate-to-substrate) 개선된 일관성, 배치-대-배치 (batch-to-batch) 개선된 일관성을 이끌어낸다. 따라서, 어떠한 전환 밸브 및 전구체 가스들의 포어라인으로의 어떠한 전환도 요구되지 않고 어떠한 형태로도 필요하지 않다.
예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 플로우 제어기 (예를 들어, MFC) 는 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 상기 기술된 개시된 주제와 함께 사용되며 도 5는 적어도 3 개의 별개의 모드들에서 동작하도록 구성될 수도 있다: (1) 플로우 제어 모드―MFC의 공칭 모드; (2) 압력 제어 모드―MFC는 압력 센서로부터 피드백 루프에 기초하여 결정된 압력을 포함해서 결정된 압력까지 LCV를 제어함; 및 (3) 홀드 모드―MFC는 제어 밸브의 위치 피드백을 사용하여 MFC 내에 제어 밸브를 홀딩함 (예를 들어, 제어 밸브를 미리 결정된 위치로 이동시키고, 전구체 가스를 흘리기 시작한 다음, 플로우를 조정하고; 개방 루프 제어에 대해 제한된 상승 시간이 있도록 미리 결정된 플로우레이트에 대해 제어 밸브가 미리 결정된 위치로 돌아가도록 설정될 수 있음). 이들 3 개의 상이한 모드들은 MFC에 대한 펌웨어 및/또는 소프트웨어 변화들 또는 MFC 외부의 그리고 MFC를 제어하는 펌웨어/소프트웨어를 사용할 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 유입구 밸브 및 유출구 밸브, 압력 센서, 및 MFC의 동작은 툴-레벨 또는 시스템-레벨 펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수도 있는, 순차적인 프로세스를 실행하도록 조정된다.
상기 기술된 바와 같은 이러한 방법들 및 다양한 프로세스 레시피들은 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이 다양한 타입들의 디바이스들 상에서 실행될 수도 있다. 타이밍 시퀀스들 및/또는 열역학적 특성들 중 다양한 것들은 당업계에 공지된 다양한 타입들의 디바이스들 상의 알고리즘으로서 또는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 디바이스들은 예를 들어, 상기 기술된 개시된 주제의 하나 이상의 양태들에 따라, 컴퓨터 또는 마이크로프로세서, 소프트웨어, 펌웨어로, 또는 하드웨어 구현 예로서 프로그래밍되는 FPGA (field programmable gate array) 또는 ASIC (application-specific integrated circuit) 와 같은 특수 목적 프로세서를 포함한다.
본 명세서에 기술된 특정한 실시 예들 또는 프로세스 레시피들은 다양한 타입들의 로직 또는 다수의 컴포넌트들, 모듈들, 또는 메커니즘들을 사용하여 수행될 수도 있다. 모듈들은 소프트웨어 모듈들 (예를 들어, 머신-판독 가능 매체 상에 또는 송신 신호로 구현된 코드) 또는 하드웨어 모듈들을 구성할 수도 있다. “하드웨어 모듈”이 특정한 동작들을 수행할 수 있고 특정한 물리적 방식으로 구성되거나 배치될 수도 있는 유형의 (tangible) 유닛이다. 다양한 실시 예들에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템들 (예를 들어, 독립형 컴퓨터 시스템, 클라이언트 컴퓨터 시스템, 또는 서버 컴퓨터 시스템) 또는 프로세스 툴 또는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 하드웨어 모듈들 (예를 들어, 프로세서 또는 프로세서들의 그룹) 이 본 명세서에 기술된 바와 같은 특정한 동작들을 수행하도록 동작하는 하드웨어 모듈로서 소프트웨어 (예를 들어, 애플리케이션 또는 애플리케이션 부분) 에 의해 구성될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 하드웨어 모듈은 기계적으로, 전기적으로, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 특정한 동작들을 수행하도록 영구적으로 구성되는 전용 회로망 (circuitry) 또는 로직을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 FPGA 또는 ASIC와 같은, 특수 목적 프로세서일 수도 있다.
하드웨어 모듈은 또한 특정한 동작들을 수행하도록 소프트웨어에 의해 일시적으로 구성되는 프로그래밍 가능한 로직 또는 회로망을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 범용 프로세서 또는 다른 프로그래밍 가능한 프로세서 내에 포함된 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 전용 및 영구적으로 구성된 회로망에서, 또는 일시적으로 구성된 (예를 들어, 소프트웨어에 의해 구성된) 회로망에서, 하드웨어 모듈을 기계적으로 구현하기 위한 판단이 비용 및 시간 고려사항들에 의해 구동될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
이에 따라, 구 “하드웨어 모듈”은 특정한 방식으로 동작하도록 또는 본 명세서에 기술된 특정한 동작들을 수행하도록 물리적으로 구성되고, 영구적으로 구성되고 (예를 들어, 하드웨어 내장됨), 또는 일시적으로 구성되는 (예를 들어, 프로그래밍됨) 엔티티 (entity) 인, 유형의 엔티티를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, “하드웨어-구현된 모듈”은 하드웨어 모듈을 지칭한다. 하드웨어 모듈들이 일시적으로 구성되는 (예를 들어, 프로그래밍되는) 실시 예들을 고려하면, 하드웨어 모듈들 각각이 시간의 임의의 일 인스턴스 (instance) 에서 구성되거나 예시될 필요는 없다. 예를 들어, 하드웨어 모듈이 특수 목적 프로세서가 되도록 소프트웨어에 의해 구성된 범용 프로세서를 포함하면, 범용 프로세서는 상이한 시간들에 각각 (예를 들어, 상이한 하드웨어 모듈들을 포함하는) 상이한 특수 목적 프로세서들로 구성될 수도 있다. 소프트웨어는 이에 따라, 예를 들어, 시간의 일 인스턴스에서 특정한 하드웨어-모듈을 구성하고 그리고 시간의 상이한 순간에 상이한 하드웨어 모듈을 구성하도록 프로세서를 구성할 수도 있다.
하드웨어 모듈들은 다른 하드웨어 모듈들로 정보를 제공할 수 있고, 이로부터 정보를 수신할 수 있다. 이에 따라, 기술된 하드웨어 모듈들은 (예를 들어, 하나 이상의 프로세스 레시피들을 실행하기 위해) 통신 가능하게 커플링된 것으로 간주될 수도 있다. 복수의 하드웨어 모듈들이 동시에 존재하면, 통신은 하드웨어 모듈들 중 2 개 이상 간의 신호 송신을 통해 (예를 들어, 적절한 회로들 및 버스들을 통해) 달성될 수도 있다. 복수의 하드웨어 모듈들이 상이한 시간들에 구성되거나 예시되는 실시 예들에서, 이러한 하드웨어 모듈들 간 통신들은 예를 들어, 복수의 하드웨어 모듈들이 액세스하는 메모리 구조체들에서 정보의 저장 및 검색을 통해 달성될 수도 있다. 예를 들어, 일 하드웨어 모듈은 동작을 수행하고 통신 가능하게 커플링되는 메모리 디바이스에 동작의 출력을 저장할 수도 있다. 이어서, 추가 하드웨어 모듈이 나중에 저장된 출력을 검색하고 프로세싱하기 위해 메모리 디바이스에 액세스할 수도 있다. 하드웨어 모듈들이 또한 입력 또는 출력 디바이스들과의 통신을 개시할 수도 있고, 리소스 (예를 들어, 정보의 집합 (collection)) 상에서 동작할 수 있다.
본 명세서에 기술된 예시적인 방법들 및 프로세스 레시피들의 다양한 동작들은 적어도 부분적으로, 관련 동작들을 수행하도록 (예를 들어, 소프트웨어에 의해) 일시적으로 구성되거나 영구적으로 구성되는 하나 이상의 프로세서들에 의해 수행될 수도 있다. 일시적으로 구성되든 영구적으로 구성되든, 이러한 프로세서들은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 동작들 또는 기능들을 수행하도록 동작하는 프로세서-구현된 모듈들을 구성할 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, “프로세서-구현된 모듈”은 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 구현된 하드웨어 모듈을 지칭한다.
유사하게, 본 명세서에 명시적으로 또는 묵시적으로 기술된 방법들 및 프로세스 레시피들은 적어도 부분적으로 프로세서 구현될 수도 있고, 프로세서는 하드웨어의 일 예이다. 예를 들어, 방법의 동작들 중 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서 구현된 모듈들에 의해 수행될 수도 있다. 게다가, 하나 이상의 프로세서들은 또한 “클라우드 컴퓨팅” 환경에서 또는 “SaaS (Software as a Service)”로 관련 동작들의 성능을 지지하도록 동작할 수도 있다. 예를 들어, 적어도 일부 동작들은 네트워크 (예를 들어, Internet) 를 통해 그리고 하나 이상의 적절한 인터페이스들 (예를 들어, API (Application Program Interface)) 을 통해 액세스 가능한 이들 동작들로, (프로세서들을 포함하는 머신들의 예들로서) 컴퓨터들의 그룹에 의해 수행될 수도 있다.
특정한 동작들의 성능은 단일 머신 (예를 들어, 프로세스 툴) 내에 존재할 뿐만 아니라 다수의 머신들에 걸쳐 배치된, 하나 이상의 프로세서들 사이에 분산될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서-구현된 모듈들은 단일 지리적 위치 (예를 들어, 가정 환경 (home environment), 오피스 환경, 서버 팜 (server farm) 또는 제조 설비 (fab)) 에 위치될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서-구현된 모듈들이 다수의 지리적 위치들에 걸쳐 분산될 수도 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 “또는”은 포괄적이거나 배타적인 의미로 해석될 수도 있다. 또한, 다른 실시 예들은 제공된 개시를 읽고 이해하는 것에 기초하여 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 당업자는 본 명세서에 제공된 기법들 및 예들의 다양한 조합들이 모두 다양한 조합들로 적용될 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
본 명세서 전반에서, 복수의 예들이 단일 예로서 기술된 컴포넌트들, 동작들, 또는 구조체들을 구현할 수도 있다. 하나 이상의 방법들의 개별 동작들이 별도의 동작들로 예시되고 기술되었지만, 개별 동작들 중 하나 이상은 동시에 수행될 수도 있고, 달리 언급되지 않는 한, 동작들이 반드시 예시된 순서로 수행될 것을 요구하지 않는다. 예시적인 구성들에서 별도의 컴포넌트들로서 제시된 구조체들 및 기능성은 결합된 구조체 또는 컴포넌트로서 구현될 수도 있다. 유사하게, 단일 컴포넌트로서 제시된 구조체들 및 기능성은 별개의 컴포넌트들로서 구현될 수도 있다. 이들 및 다른 변동들, 수정들, 부가들, 및 개선들이 본 명세서에 기술된 주제 범위 내에 속한다.
다양한 실시 예들이 개별적으로 논의되었지만, 이들 개별적인 실시 예들은 독립적인 기법들 또는 설계들로 고려되도록 의도되지 않았다. 상기 나타낸 바와 같이, 다양한 부분들 각각은 상호 연관될 수도 있고, 각각은 개별적으로 또는 본 명세서에 논의된 개시된 주제의 다른 실시 예들과 조합하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 방법들, 동작들, 시스템들 및 프로세스들의 다양한 실시 예들이 기술되었지만, 이들 방법들, 동작들, 시스템들 및 프로세스들은 다양한 조합들로 또는 개별적으로 사용될 수도 있다.
결과적으로, 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정들 및 변동들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 내의 기능적으로 동등한 방법들 및 디바이스들은 전술한 기술들로부터 당업자에게 분명할 것이다. 일부 실시 예들의 부분들 및 특징들은 다른 실시 예들의 부분들 및 특징들에 포함될 수도 있고, 또는 이들을 대체할 수도 있다. 이러한 수정들 및 변동들은 첨부한 청구항들의 범위 내에 속하도록 의도된다. 따라서, 본 개시는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께, 이러한 청구항들의 조건들에 의해서만 제한된다. 본 명세서에 사용된 용어는 특정한 실시 예들만을 기술할 목적을 위한 것이고, 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 또한 이해된다.
본 개시의 요약은 독자로 하여금 기술적 개시의 본질을 신속하게 규명하게 하도록 제공된다. 요약은 청구항들을 해석하거나 제한하도록 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출되었다. 또한, 전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 다양한 특징들이 본 개시를 간소화할 목적을 위해 단일 실시 예에서 함께 그룹화될 수도 있다는 것을 알 수도 있다. 개시의 이 방법은 청구항들을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 따라서, 이하의 청구항들은 본 명세서에서 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 통합되고, 청구항 각각은 개별적인 실시 예로서 독립된다.
이하의 번호가 붙여진 예들은 개시된 주제의 실시 예들을 포함한다.
예 1: 일 실시 예에서, 개시된 주제는 무전환, 가스 도징 시스템을 포함한다. 무전환, 가스 도징 시스템은 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 프로세스 가스 유입구, 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 플로우 제어기, 및 유입구 밸브 및 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 라인 충전-볼륨 (line charge-volume; LCV) 을 포함한다. LCV는 프로세스 가스의 초기 단일 도즈를 수용한다. 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 LCV에 커플링된다. 유출구 밸브는 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링된다. 플로우 제어기는 유입구 밸브와 독립적으로 프로세스 챔버로의 프로세스 가스의 플로우를 제어하고 유출구 밸브가 개방될 때 미리 결정된 설정점에서 플로우를 실질적으로 유지하도록 배치된다. 무전환, 가스 도징 시스템은 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적이다.
예 2: 예 1의 시스템에 있어서, 유출구 밸브로부터 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 불활성 가스 라인을 더 포함하고, 불활성 가스 라인은 프로세스 챔버에 더 커플링된다.
예 3: 예 1 또는 예 2의 시스템에 있어서, LCV는 어큐뮬레이터 챔버이다.
예 4: 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 가스 도징 시스템 내에서 전환 (divert) 밸브 및 전구체 가스들의 포어라인으로의 어떠한 전환 (diversion) 도 사용되지 않는다.
예 5: 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 결정은 LCV 내에서 결정된 압력 레벨에만 기초한다. 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 결정은 프로세스 가스의 초기 단일 도즈 레벨로 LCV를 충전하는데 필요구되는 시간에 기초하지 않는다.
예 6: 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 플로우 제어기는 유입구 밸브의 다운스트림에 커플링된다.
예 7: 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 플로우 제어기의 램프-업 속도 및 램프-다운 (ramp-down) 속도는 LCV 내에서 결정된 압력 레벨에 의해 보상된다.
예 8: 예 1 내지 예 7 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 플로우 제어기의 램프 곡선의 형상은 LCV 내에서 결정된 압력 레벨에 의해 보상된다.
예 9: 예 1 내지 예 8 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 플로우 제어기는, 플로우 제어 모드로서, 플로우 제어기는 프로세스 가스의 플로우 레이트를 제어하도록 구성되는, 상기 플로우 제어 모드; 압력 제어 모드로서, 플로우 제어기는 압력 센서로부터의 피드백 루프에 기초하여 LCV 내에서 결정된 압력을 포함해서 결정된 압력까지 LCV를 제어하도록 구성되는, 상기 압력 제어 모드; 및 홀드 모드로서, 플로우 제어기는 제어 밸브의 위치 피드백에 기초하여 플로우 제어기 내에 제어 밸브를 홀딩하도록 구성되는, 상기 홀드 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 3개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.
예 10: 예 1 내지 예 9 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 유출구 밸브는 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있는 것을 나타낸 이후까지 폐쇄된 채로 유지된다.
예 11: 예 10의 시스템에 있어서, 압력 센서가, LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있음을 나타낸다는 결정은, 프로세스 가스의 초기 단일 도즈가 LCV를 충전했다는 것을 나타낸다.
예 12: 예 10의 시스템에 있어서, 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨이라는 것을 나타낸 후에 유출구 밸브가 개방되도록 구성된다.
예 13: 예 12의 시스템에 있어서, 프로세스 가스의 초기 단일 도즈는 플로우 펄스와 함께 유출구 밸브가 개방된 후 프로세스 챔버로 전달된다.
예 14: 예 1 내지 예 13 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 적어도 유입구 밸브는 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있다는 것을 나타낼 때까지 개방된 채로 유지된다. LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있은 후, 유입구 밸브는 폐쇄된다.
예 15: 예 1 내지 예 14 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함한다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는 플로우 제어 밸브 및 플로우 제어 밸브의 업스트림에 위치된 제 2 압력 센서를 포함한다. 플로우 제어 밸브 및 제 2 압력 센서는 모두 플로우 제어기로부터 다운스트림에 위치된다.
예 16: 예 15에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 플로우 제어 밸브의 다운스트림 그리고 LCV의 업스트림에 위치된 제 3 압력 센서를 더 포함한다.
예 17: 예 16에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는, 플로우 제어 밸브의 위치가 압력 센서, 제 2 압력 센서 및 제 3 압력 센서 중 적어도 하나의 압력 센서, 및 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및 플로우 제어 밸브의 제어가 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 제 2 모드로서, 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 레벨의 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.
예 18: 예 1 내지 예 17 중 어느 하나의 시스템에 있어서, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함한다. 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는 플로우 제어 밸브 및 플로우 제어 밸브에 걸쳐 커플링된 차압 센서를 포함한다. 차압 센서는 플로우 제어 밸브의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 플로우 제어 밸브의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는다.
예 19: 예 18에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는, 플로우 제어 밸브에 근접하게 그리고 LCV의 업스트림에 커플링된 온도 센서를 더 포함한다.
예 20: 예 19에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는, 플로우 제어 밸브의 위치가 압력 센서, 차압 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나의 센서, 및 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하는, 상기 제 1 모드; 및 플로우 제어 밸브의 제어가 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 제 2 모드로서, 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 레벨의 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.
예 21: 일 실시 예에서, 개시된 주제는 전구체 가스를 공급하기 위한 장치를 포함한다. 장치는 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 전구체 가스 유입구, 유입구 밸브의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 플로우 제어기, 및 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 LCV를 포함한다. LCV는 전구체 가스의 초기 단일 도즈로 충전된다. 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 LCV에 커플링된다. 전구체 가스의 초기 단일 도즈는 LCV 내의 압력 레벨에 기초하여 결정된다. 유출구 밸브는 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링되도록 배치된다. 유출구 밸브는 LCV의 압력 레벨이 미리 결정된 값에 도달한 후 프로세스 챔버로 전구체 가스의 초기 단일 도즈를 방출하기 위해 개방되도록 더 배치된다. 플로우 제어기는 유입구 밸브와 독립적으로 프로세스 챔버로의 전구체 가스의 플로우를 제어하고 유출구 밸브가 개방될 때 미리 결정된 설정점에서 플로우를 실질적으로 유지한다. 장치는 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적이다.
예 22: 예 21의 장치에 있어서, LCV는 가스 어큐뮬레이터인, 장치.
예 23: 예 21 또는 예 22의 장치에 있어서, 장치 내에서 전환 밸브 및 전구체 가스들의 포어라인으로의 어떠한 전환도 사용되지 않는다.
예 24: 예 21 내지 예 23 중 어느 한 예의 장치에 있어서, 플로우 제어기는 질량-유량 제어기를 포함한다.
예 25: 예 21 내지 예 24 중 어느 한 예의 장치에 있어서, 플로우 제어기는, 플로우 제어 모드로서, 플로우 제어기는 전구체 가스의 플로우 레이트를 제어하는, 상기 플로우 제어 모드; 압력 제어 모드로서, 플로우 제어기는 압력 센서로부터의 피드백 루프에 기초하여 LCV 내에서 결정된 압력을 포함해서 결정된 압력까지 LCV를 제어하도록 구성되는, 상기 압력 제어 모드; 및 홀드 모드로서, 플로우 제어기는 제어 밸브의 위치 피드백에 기초하여 플로우 제어기 내에 제어 밸브를 홀딩하도록 구성되는, 상기 홀드 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 3개의 모드 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.
예 26: 예 21 내지 예 25 중 어느 한 예의 장치에 있어서, 유출구 밸브는 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있는 것을 나타낸 이후까지 폐쇄된 채로 유지된다.
예 27: 예 26의 장치에 있어서, 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨이라는 것을 나타낸 후에 유출구 밸브가 개방된다.
예 28: 예 21 내지 예 27 중 어느 한 예의 장치에 있어서, 적어도 유입구 밸브는 압력 센서가 LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있을 때까지 개방된 채로 유지되도록 구성된다. LCV 내의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있은 후, 유입구 밸브는 폐쇄된다.
예 29: 예 21 내지 예 28 중 어느 한 예의 장치에 있어서, 플로우 제어 밸브 및 플로우 제어 밸브의 업스트림에 위치된 제 2 압력 센서를 포함하는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함한다. 플로우 제어 밸브 및 제 2 압력 센서는 모두 플로우 제어기로부터 다운스트림에 위치된다.
예 30: 예 29의 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 플로우 제어 밸브의 다운스트림 그리고 LCV의 업스트림에 위치된 제 3 압력 센서를 더 포함한다.
예 31: 예 30에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는, 플로우 제어 밸브의 위치가 압력 센서, 제 2 압력 센서 및 제 3 압력 센서 중 적어도 하나의 압력 센서, 및 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하는, 상기 제 1 모드; 및 플로우 제어 밸브의 제어가 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 제 2 모드로서, 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 레벨의 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.
예 32: 예 21 내지 예 31 중 어느 한 예의 장치에 있어서, 플로우 제어 밸브 및 플로우 제어 밸브에 걸쳐 커플링된 차압 센서를 포함하는 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함한다. 차압 센서는 플로우 제어 밸브의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 플로우 제어 밸브의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는다.
예 33: 예 32에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는, 플로우 제어 밸브에 근접하게 그리고 LCV의 업스트림에 커플링된 온도 센서를 더 포함한다.
예 34: 예 33의 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는, 플로우 제어 밸브의 위치가 압력 센서, 차압 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나의 센서, 및 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및 플로우 제어 밸브의 제어가 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 제 2 모드로서, 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 레벨의 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성된다.
예 35: 다양한 실시 예들에서, 개시된 주제는 무전환, 가스 도징 시스템을 포함한다. 무전환, 가스 도징 시스템은 제 1 프로세스 가스를 수용하도록 제 1 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 제 1 프로세스 가스 유입구; 제 2 프로세스 가스를 수용하도록 제 2 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 제 2 프로세스 가스 유입구; 제 1 유입구 밸브 및 제 2 유입구 밸브의 각각 다운스트림이도록 개별적으로 공압으로 커플링된 제 1 플로우 제어기 및 제 2 플로우 제어기; 및 제 1 플로우 제어기 및 제 2 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 적어도 하나의 LCV를 포함한다. 적어도 하나의 LCV는 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스의 혼합물 및 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스의 개별적인 초기 단일 도즈들 중 적어도 하나의 초기 단일 도즈를 수용한다. 적어도 하나의 압력 센서는 적어도 하나의 LCV들 각각 내의 압력 레벨을 결정하도록 적어도 하나의 LCV들의 각각에 개별적으로 커플링된다. 유출구 밸브는 적어도 하나의 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된다. 유출구 밸브는 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링된다. 무전환, 가스 도징 시스템은 프로세스 가스의 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적이다.
예 36: 제 35 항의 시스템에 있어서, 상기 제 1 프로세스 가스 유입구 및 상기 제 2 프로세스 가스 유입구는 상이한 전구체 가스들을 포함하는 프로세스 가스 공급부들에 커플링된다.
예 37: 예 35 또는 예 36의 시스템으로서, 적어도 하나의 LCV들 각각에 별도로 공압으로 커플링된 적어도 하나의 부가적인 유출구 밸브를 더 포함한다.
예 38: 예 35 내지 예 37 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 복수의 유출구 밸브들을 더 포함하고, 복수의 유출구 밸브들 중 하나는 적어도 하나의 LCV들 중 각각의 밸브들에 개별적으로 커플링된다.
예 39: 예 35 내지 예 38 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 유출구 밸브는 적어도 하나의 LCV들 각각으로부터 다운스트림에 공압으로 커플링된 단일 유출구 밸브를 포함한다.
예 40: 예 35 내지 예 39 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기로부터 각각 다운스트림에 위치된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함한다. 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은 플로우 제어 밸브 및 플로우 제어 밸브의 업스트림에 위치된 제 2 압력 센서를 포함한다.
예 41: 제 40 항에 기재된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은 각각의 플로우 제어 밸브의 다운스트림 및 LCV의 업스트림에 위치된 제 3 압력 센서를 더 포함한다.
예 42: 예 41의 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은, 플로우 제어 밸브의 위치가 압력 센서, 제 2 압력 센서 및 제 3 압력 센서 중 적어도 하나의 압력 센서, 및 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하는, 상기 제 1 모드; 및 플로우 제어 밸브의 제어가 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 제 2 모드로서, 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 레벨의 정확도 및 보다 높은 레벨의 정밀도 중 적어도 하나를 제공하는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.
예 43: 예 35 내지 예 42 중 어느 한 예의 시스템에 있어서, 상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기로부터 각각 다운스트림에 위치된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함한다. 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은 플로우 제어 밸브 및 각각의 플로우 제어 밸브에 걸쳐 커플링된 차압 센서를 포함한다. 차압 센서는 플로우 제어 밸브의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 플로우 제어 밸브의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는다.
예 44: 예 43의 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은 각각의 플로우 제어 밸브에 근접하게 그리고 적어도 하나의 LCV의 업스트림에 커플링된 온도 센서를 더 포함한다.
예 45: 예 44에 기재된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은, 플로우 제어 밸브의 위치가 압력 센서, 차압 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나의 센서, 및 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하는, 상기 제 1 모드; 및 플로우 제어 밸브의 제어가 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 제 2 모드로서, 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 레벨의 정밀도 중 적어도 하나를 제공하는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작한다.

Claims (20)

  1. 무전환, 가스 도징 시스템에 있어서,
    유입구 밸브에 공압으로 커플링된 프로세스 가스 유입구;
    상기 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 플로우 제어기;
    상기 유입구 밸브 및 상기 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링되고, 프로세스 가스의 초기 단일 도즈를 수용하도록 구성되는, 라인 충전 볼륨 (line charge-volume; LCV);
    상기 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 상기 LCV에 커플링된 압력 센서; 및
    상기 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링되고, 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링되도록 구성된 상기 유출구 밸브를 포함하고, 상기 플로우 제어기는 상기 유입구 밸브와 독립적으로 상기 프로세스 챔버로의 상기 프로세스 가스의 플로우를 제어하도록 그리고 상기 유출구 밸브가 개방될 때, 미리 결정된 설정점에서 상기 플로우를 실질적으로 유지하도록 구성되고, 무전환 (divertless), 가스 도징 시스템은 상기 프로세스 가스의 상기 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적인, 무전환, 가스 도징 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도징 시스템 내에서 어떠한 전환 (divert) 밸브 및 전구체 가스들의 포어라인 (foreline) 으로의 어떠한 전환 (diversion) 도 사용되지 않는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스의 상기 초기 단일 도즈의 결정은 상기 LCV 내에서 상기 결정된 압력 레벨에만 기초하고; 그리고
    상기 프로세스 가스의 상기 초기 단일 도즈의 결정은 상기 프로세스 가스의 상기 초기 단일 도즈 레벨로 상기 LCV를 충전하는 데 요구되는 시간에 기초하지 않는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 제어기의 램프-업 (ramp-up) 속도 및 램프-다운 (ramp-down) 속도는 상기 LCV 내에서 상기 결정된 압력 레벨에 의해 보상되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 제어기는,
    플로우 제어 모드로서, 상기 플로우 제어기는 상기 프로세스 가스의 플로우 레이트 (flowrate) 를 제어하도록 구성되는, 상기 플로우 제어 모드;
    압력 제어 모드로서, 상기 플로우 제어기는 상기 압력 센서로부터의 피드백 루프에 기초하여 상기 LCV 내에서 결정된 압력을 포함해서 결정된 압력까지 상기 LCV를 제어하도록 구성되는, 상기 압력 제어 모드; 및
    홀드 모드로서, 상기 플로우 제어기는 제어 밸브의 위치 피드백에 기초하여 상기 플로우 제어기 내에 상기 제어 밸브를 홀딩하도록 구성되는, 상기 홀드 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 3개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출구 밸브는 상기 압력 센서가 상기 LCV 내의 상기 압력 레벨이 미리 결정된 레벨에 있는 것을 나타낸 이후까지 폐쇄된 채로 유지되도록 구성되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    셀프 캘리브레이팅 (self-calibrating) 플로우 미터를 더 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    플로우 제어 밸브; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 업스트림에 위치된 제 2 압력 센서를 포함하고, 상기 플로우 제어 밸브 및 상기 제 2 압력 센서는 모두 상기 플로우 제어기로부터 다운스트림에 위치되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  8. 제 7 항에 기재된 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서,
    상기 플로우 제어 밸브의 다운스트림 및 상기 LCV의 업스트림에 위치된 제 3 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    상기 플로우 제어 밸브의 위치가 상기 압력 센서, 상기 제 2 압력 센서 및 상기 제 3 압력 센서 중 적어도 하나의 압력 센서, 및 상기 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 상기 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 제어가 상기 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 상기 제 2 모드로서, 상기 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    셀프 캘리브레이팅 (self-calibrating) 플로우 미터를 더 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    플로우 제어 밸브;
    상기 플로우 제어 밸브에 걸쳐 커플링되고, 상기 플로우 제어 밸브의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 상기 플로우 제어 밸브의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는, 차압 센서; 및
    상기 플로우 제어 밸브에 근접하게 커플링되고 상기 LCV의 업스트림에 커플링된 온도 센서를 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    상기 플로우 제어 밸브의 위치가 상기 압력 센서, 상기 차압 센서 및 상기 온도 센서 중 적어도 하나의 센서, 및 상기 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 상기 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 제어가 상기 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 상기 제 2 모드로서, 상기 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  10. 전구체 가스를 공급하기 위한 장치에 있어서,
    유입구 밸브에 공압으로 커플링된 전구체 가스 유입구;
    상기 유입구 밸브의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 플로우 제어기;
    상기 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링되고, 상기 전구체 가스의 초기 단일 도즈로 충전되는 LCV;
    상기 LCV 내의 압력 레벨을 결정하도록 상기 LCV에 커플링되는 압력 센서로서, 상기 전구체 가스의 상기 초기 단일 도즈는 상기 LCV 내 압력 레벨에 기초하여 결정되게 되는, 상기 압력 센서; 및
    상기 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링되고, 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링되도록 구성된 상기 유출구 밸브를 포함하고, 상기 유출구 밸브는 상기 LCV의 압력 레벨이 미리 결정된 값에 도달한 후 상기 전구체의 초기 단일 도즈를 상기 프로세스 챔버로 방출하기 위해 개방되도록 구성되고, 상기 플로우 제어기는 상기 유입구 밸브와 독립적으로 상기 프로세스 챔버로 상기 전구체 가스의 플로우를 제어하도록 그리고 상기 유출구 밸브가 개방될 때 미리 결정된 설정점에서 상기 플로우를 실질적으로 유지하도록 구성되고, 장치는 상기 프로세스 가스의 상기 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적인, 전구체 가스를 공급하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 장치 내에서 어떠한 전환 밸브 및 전구체 가스들의 포어라인으로의 어떠한 전환도 사용되지 않는, 전구체 가스를 공급하기 위한 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 플로우 제어기는,
    플로우 제어 모드로서, 상기 플로우 제어기는 상기 전구체 가스의 플로우 레이트를 제어하도록 구성되는, 상기 플로우 제어 모드;
    압력 제어 모드로서, 상기 플로우 제어기는 상기 압력 센서로부터의 피드백 루프에 기초하여 상기 LCV 내에서 결정된 압력을 포함해서 결정된 압력까지 상기 LCV를 제어하도록 구성되는, 상기 압력 제어 모드; 및
    홀드 모드로서, 상기 플로우 제어기는 제어 밸브의 위치 피드백에 기초하여 상기 플로우 제어기 내에 상기 제어 밸브를 홀딩하도록 구성되는, 상기 홀드 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 3개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 전구체 가스를 공급하기 위한 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    셀프 캘리브레이팅 (self-calibrating) 플로우 미터를 더 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    플로우 제어 밸브;
    상기 플로우 제어 밸브의 업스트림에 위치된 제 2 압력 센서로서, 상기 플로우 제어 밸브 및 상기 제 2 압력 센서는 모두 상기 플로우 제어기로부터 다운스트림에 위치되는, 상기 제 2 압력 센서; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 다운스트림 및 상기 LCV의 업스트림에 위치된 제 3 압력 센서를 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    상기 플로우 제어 밸브의 위치가 상기 압력 센서, 상기 제 2 압력 센서 및 상기 제 3 압력 센서 중 적어도 하나의 압력 센서, 및 상기 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 상기 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 제어가 상기 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 상기 제 2 모드로서, 상기 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 전구체 가스를 공급하기 위한 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    셀프 캘리브레이팅 (self-calibrating) 플로우 미터를 더 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    플로우 제어 밸브;
    상기 플로우 제어 밸브에 걸쳐 커플링되고, 상기 플로우 제어 밸브의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 상기 플로우 제어 밸브의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는, 차압 센서;
    상기 플로우 제어 밸브에 근접하게 커플링되고 상기 LCV의 업스트림에 커플링된 온도 센서를 포함하고, 상기 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터는,
    상기 플로우 제어 밸브의 위치가 상기 압력 센서, 상기 차압 센서 및 상기 온도 센서 중 적어도 하나의 센서, 및 상기 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 상기 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 제어가 상기 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 상기 제 2 모드로서, 상기 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 전구체 가스를 공급하기 위한 장치.
  15. 무전환, 가스 도징 시스템에 있어서,
    제 1 프로세스 가스를 수용하도록 제 1 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 제 1 프로세스 가스 유입구;
    제 2 프로세스 가스를 수용하도록 제 2 유입구 밸브에 공압으로 커플링된 제 2 프로세스 가스 유입구;
    상기 제 1 유입구 밸브 및 상기 제 2 유입구 밸브의 각각 다운스트림이도록 개별적으로 공압으로 커플링된 제 1 플로우 제어기 및 제 2 플로우 제어기;
    상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기의 다운스트림이도록 공압으로 커플링된 적어도 하나의 LCV로서, 상기 적어도 하나의 LCV는 상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스의 혼합물 및 상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스의 개별적인 초기 단일 도즈들 중 적어도 하나의 초기 단일 도즈를 수용하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 LCV;
    상기 적어도 하나의 LCV들 각각 내의 압력 레벨을 결정하도록 상기 적어도 하나의 LCV들의 각각에 개별적으로 커플링된 적어도 하나의 압력 센서; 및
    상기 적어도 하나의 LCV의 다운스트림이도록 공압으로 커플링되고, 유출구 밸브의 다운스트림 측면 상에서 프로세스 챔버에 공압으로 커플링되도록 구성된 상기 유출구 밸브를 포함하고, 무전환, 가스 도징 시스템은 상기 프로세스 가스의 상기 초기 단일 도즈의 크기에 대해 시간 독립적인, 무전환, 가스 도징 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스 유입구 및 상기 제 2 프로세스 가스 유입구는 상이한 전구체 가스들을 포함하는 프로세스 가스 공급부들에 커플링되도록 구성되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기로부터 각각 다운스트림에 위치된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함하고, 상기 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 상기 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은,
    플로우 제어 밸브; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 업스트림에 위치된 제 2 압력 센서를 더 포함하는, 무전환, 가스 도징 시스템.
  18. 제 17 항에 기재된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터에 있어서, 상기 각각의 플로우 제어 밸브의 다운스트림 및 상기 적어도 하나의 LCV의 업스트림에 위치된 제 3 압력 센서를 각각 더 포함하는, 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 상기 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 상기 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은,
    상기 플로우 제어 밸브의 위치가 상기 압력 센서, 상기 제 2 압력 센서 및 상기 제 3 압력 센서 중 적어도 하나의 압력 센서, 및 상기 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 상기 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 제어가 상기 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 상기 제 2 모드로서, 상기 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 상기 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기로부터 각각 다운스트림에 위치된 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터를 더 포함하고, 상기 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 상기 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은,
    플로우 제어 밸브;
    상기 각각의 플로우 제어 밸브에 걸쳐 커플링된 차압 센서로서, 상기 차압 센서는 상기 플로우 제어 밸브의 업스트림에 커플링된 제 1 레그 및 상기 플로우 제어 밸브의 다운스트림에 커플링된 제 2 레그를 갖는, 상기 차압 센서; 및
    상기 각각의 플로우-제어 밸브에 근접하게 커플링되고 상기 적어도 하나의 LCV의 업스트림에 커플링된 온도 센서를 포함하고, 상기 제 1 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 및 상기 제 2 셀프 캘리브레이팅 플로우 미터 각각은,
    상기 플로우 제어 밸브의 위치가 상기 압력 센서, 상기 차압 센서 및 상기 온도 센서 중 적어도 하나의 센서, 및 상기 플로우 제어기의 캘리브레이션 데이터로부터의 판독 값들에 기초하는 제 1 모드로서, 상기 제 1 모드는 제 2 모드보다 보다 빠른 응답 시간을 제공하도록 구성되는, 상기 제 1 모드; 및
    상기 플로우 제어 밸브의 제어가 상기 플로우 제어기로부터 수신된 피드백에 기초하는 상기 제 2 모드로서, 상기 제 2 모드는 상기 제 1 모드보다 보다 높은 정확도 및 보다 높은 정밀도 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 모드를 포함하는 모드들로부터 선택된 2개의 모드들 중 적어도 하나의 모드에서 동작하도록 구성되는, 무전환, 가스 도징 시스템.
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