KR20240016198A - 반도체 제조 모니터링 프로세스 - Google Patents

반도체 제조 모니터링 프로세스 Download PDF

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KR20240016198A
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얀 데커르스
에릭 제임스 셰로
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정의 전구체 용기에서의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법 및 시스템을 제공하며, 전구체 용기에서의 전구체의 양은, 전구체 용기로부터 공정 챔버로 흐르는 공정 가스에서의 광 흡수를 단색 측정을 통해 측정함으로써 결정된다.

Description

반도체 제조 모니터링 프로세스{SEMICONDUCTOR MANUFACTURING MONITORING PROCESS}
일반적으로, 본 개시의 기술의 다양한 양태는 일반적으로 반도체 처리, 및 특히 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 모니터링하는 것에 관한 것이다.
반도체 및 반도체 제조 공정이 더욱 발전함에 따라, 제조 공정 동안 더 큰 균일성 및 공정 제어가 필요하다.
원자층 증착(ALD), 에피택시 및 화학 기상 증착(CVD)과 같은 공정 동안, 가스, 액체 또는 고체의 형태로 존재할 수 있는 전구체가 피가공재 상에 증착되거나 피가공재와 접촉한다. 이들 전구체는전구체 컨테이너 또는 전구체 용기(이로부터 종종 반응 챔버 내의 피가공재로 이들 전구체는 이송됨)에 저장된다.
공정이 수행되는 동안, 전구체 재료의 배기로 인한 제조 결함을 방지하기 위해 전구체 용기 내의 전구체의 양을 모니터링하는 것이 유리할 수 있다. 전구체 용기 내의 전구체 재료의 잔여량을 모니터링하는 능력은 중요한데, 그 이유는 공정 품질을 보장하고, 전구체 용기 변화의 효율적인 스케쥴링을 가능하게 하고, 고가의 화학물질의 사용을 최대화하고, 재고 관리를 개선하기 때문이다.
레벨 감지는 가스 또는 액체 재료에 대한 업계 표준이지만, 고체 전구체 재료의 잔여량을 모니터링하는 것은 더 복잡하다. 통상적으로, 전구체 재료는 캐리어 가스를 전구체 용기를 통해 흐르게 함으로써 전구체 용기로부터 공정 챔버로 이송되어, 캐리어 가스 및 기화된 고체 전구체를 포함한 공정 가스를 생성하며, 이는 후속하여 공정 챔버에 제공된다. 제조 공정에 사용되는 여러 공정 조건(예, 고온 범위, 캐리어 가스의 사용...)은, 특히 해상도와 정확성이 중요한 경우에 전구체 레벨의 모니터링은 기존의 레벨 감지 시스템에 대해 문제가 된다.
따라서, 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 모니터링하기 위한 개선된 방법 및 장치가 필요하다.
본 개시의 기술의 다양한 양태의 발명의 내용이 먼저 이하에서 제공되며, 그 후에 특정 구현예가 보다 상세히 설명될 것이다. 본 개요는 독자가 기술적 개념을 보다 신속하게 이해하는 것을 돕기 위한 것이지만, 본 발명의 가장 중요하거나 필수적인 특징을 식별하려는 것이 아니며, 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범주를 제한하려는 것도 아니다.
본 개시의 양태는 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서,
· 상기 전구체 용기를 통해 캐리어 가스를 흐르게 함으로써, 상기 캐리어 가스 및 기화된 고체 전구체를 포함한 공정 가스를 생성하는 단계, 및
· 상기 전구체가 기판과 반응하는 상기 공정 챔버에 상기 공정 가스를 제공하는 단계에 의해, 상기 고체 전구체는 상기 전구체 용기로부터 공정 챔버로 제공되고,
상기 방법은,
· 공정 가스에서 단색 측정을 통해 상기 공정 가스의 광 흡수량을 측정하는 단계, 및
· 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 상기 전구체의 양을 결정하는 단계를 포함한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 측정이 상기 전구체 용기를 상기 공정 챔버에 유체 연결하는 가스 라인에서의 인라인 측정임을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량이 준-정상-상태 측정을 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 방법은 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정이 일시적인 측정을 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은, 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기가 고갈되고/고갈되거나 리필이 필요하기 전에 남은 시간을 결정하는 단계를 상기 방법이 추가로 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하는 단계가, 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 잔여량을 결정하는 단계를 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은, 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정에 기초하여, 상기 공정 챔버로 전달되는 전구체의 양을 결정하는 단계를 상기 방법이 추가로 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 해당 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정에 기초하여, 상기 캐리어 가스의 부피 유속을 조절함으로써 상기 전구체를 상기 공정 챔버로의 전달을 제어하는 단계를 상기 방법이 추가로 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은 상기 전구체가 금속을 포함함을 제공한다. 보다 구체적으로, 상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속, 전이 금속, 희토류 금속 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 전구체가 하나 이상의 리간드를 포함하고 하나 이상의 리간드는 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알킨, 카르보닐, 디에닐, 베타-디케토네이트, 치환 또는 미치환 시클로디에닐, 치환 또는 미치환 아릴 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은 전구체가 호모렙틱 또는 헤테로렙틱임을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은 전구체가 금속-탄소 결합을 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은 전구체가 금속-파이 복합체를 포함함을 제공한다.
본 개시의 다른 양태는 적어도 전구체 용기, 공정 챔버 및 상기 전구체 용기와 상기 공정 챔버 사이의 가스 라인을 포함하는 반도체용 제조 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은, 상기 가스 라인 상에 위치하고 상기 가스 라인을 통과하는 공정 가스 내 해당 공정 가스의 광 흡수량을 측정하도록 조정된 단일 파장 흡수 기반 검출 시스템을 추가로 포함하고, 상기 시스템은, 상기 검출 시스템에 통신 가능하게 결합되고 상기 검출 시스템의 측정으로부터 상기 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하도록 구성된 제어기를 추가로 포함한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 시스템은, 상기 검출 시스템이 적어도 단색 광원 및 상기 가스 라인에서의 단색 광의 흡수를 측정하도록 조정된 검출기를 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 시스템은, 상기 시스템이 상기 가스 라인을 통한 상기 공정 가스의 부피 유속을 결정하기 위한 유량계를 추가로 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 시스템은, 전구체 용기가 고갈되고/고갈되거나 리필을 필요로 하기 전에 남은 시간을 결정하도록 상기 제어기가 추가로 구성됨을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 시스템은, 상기 제어기가 상기 공정 챔버에 전달되는 전구체의 양을 결정하도록 추가로 구성됨을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 시스템은, 상기 제어기가 상기 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양 및/또는 상기 공정 챔버로의 상기 전구체의 질량 유속을 시스템 제어기로 전달하도록 구성됨을 제공한다.
특히, 본 개시에 따른 시스템은, 상기 제어기 또는 상기 시스템 제어기가 상기 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양 및/또는 상기 공정 챔버로의 상기 전구체의 질량 유속을 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 상에서 디스플레이하도록 구성됨을 제공하되, 상기 제어기 또는 상기 시스템 제어기는, 상기 용기에 남아있는 상기 전구체의 양이 소정의 임계 값 미만인 경우에 상기 GUI 상에 경보 메시지를 생성하도록 추가로 구성된다.
도면에 대한 다음의 설명은 본 개시의 특정 구현예에 관한 것으로, 본 교시, 이들의 응용 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않고 사실상 단지 예시적이다.
도 1은 시간 함수로 공정 가스의 광 흡수량을 개략적으로 나타내며, 공정 가스는 전구체 용기로부터 공정 챔버로 흐른다.
도 2는 본 개시에 따른 시스템의 일 구현예를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 일시적인 광 흡수 측정을 위한 시스템 구성의 일 구현예를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 준-정상-상태 광 흡수 측정을 위한 시스템 구성의 일 구현예를 개략적으로 나타낸다.
다음의 상세한 설명에서, 본 개시의 기초가 되는 기술은 그의 상이한 양태에 의해 설명될 것이다. 본 개시의 양태는, 본원에서 일반적으로 설명되고 도면에 나타낸 바와 같이, 매우 다양하게 상이한 구성으로 배열, 치환, 조합 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 명시적으로 고려되고 본 개시의 일부가 될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 본 설명은 독자가 기술적 개념을 보다 쉽게 이해하는 것을 돕기 위한 것이지만, 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범주를 제한하려는 것은 아니다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 참조는, 본 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 문구 출현은 반드시 동일한 구현예를 지칭하지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는", "포함한다" 및 "포함한"은 "내포하는", "내포하다" 또는 "함유하는", "함유하다"와 동의어이며, 포괄적이거나 개방형이며, 추가적인, 비-인용된 부재, 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 용어 "포함하는", "포함하다" 및 "포함한"은 인용된 구성원, 요소 또는 방법 단계를 지칭하는 경우에 상기 인용된 구성원, 요소 또는 방법 단계로 "이루어진" 구현예를 또한 포함한다. 단수 형태 "일", "하나", 및 "특정 하나"는 문맥상 달리 명시하지 않는 한 단수형 및 복수형 지시 대상을 모두 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "좌측", "우측", "전방", "후방", "상단", "하단", "위", "아래" 등과 같은 상대적 용어는 기술적 목적으로 사용되고, 반드시 영구적 상대적 위치를 설명하기 위한 것은 아니다. 이러한 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환될 수 있고, 본원에서 설명된 바와 같은 구현예는 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한, 본원에서 나타내거나 설명된 것과 다른 배향으로 작동할 수 있음을 이해해야 한다.
본원에서 서로에게 "인접"하는 것으로 설명된 객체는 설명된 객체 간의 기능적 관계를 반영하며, 즉, 용어는 설명된 객체가, 문구가 사용되는 문맥에 따라, 직접(즉, 물리적) 또는 간접(즉, 근접) 접촉일 수 있는 지정된 기능을 수행하는 방식으로 인접해야 함을 나타낸다.
본원에서 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 설명된 객체는 설명된 객체 간의 기능적 관계를 반영하며, 즉, 용어는 용어가 사용되는 문맥에 따라 전기 또는 비전기(즉, 물리적) 방식으로 직접 또는 간접 연결일 수 있는 지정된 기능을 수행하는 방식으로 설명된 객체가 연결되어야 함을 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로"는 작용, 특징, 특성, 상태, 구조, 아이템 또는 결과의 완전한 또는 거의 완전한 범위 또는 정도를 지칭한다. 예를 들어, "실질적으로" 둘러싸인 객체는 객체가 완전히 둘러싸이거나 거의 완전히 둘러싸인 것을 의미할 것이다. 절대 완전성으로부터의 정확히 허용 가능한 편차 정도는 일부 경우에 특정 맥락에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 일반적으로 완료의 근접성을 언급하는 것은, 절대적이고 완전한 완료가 얻어지는 것과 동일한 전체 결과를 갖는 것이다. "실질적으로"의 사용은, 부정적 의미에서 사용되는 경우에 작용, 특징, 특성, 상태, 구조, 아이템 또는 결과의 완전한 또는 거의 완전한 결여를 지칭하기 위해 동일하게 적용 가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 특정 맥락에 따라 주어진 값이 상기 값 또는 종점에 "조금 위" 또는 "조금 아래"일 수 있음을 제공함으로써 수치 값 또는 범위 종점에 대한 유연성을 제공하는 데 사용된다. 달리 언급되지 않는 한, 특정 숫자 또는 수치 범위에 따른 용어 "약"의 사용은, 용어 "약" 없이 이러한 수치적 용어 또는 범위를 지지하는 것으로 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, "약 30"에 대한 언급은 30보다 약간 위 및 약간 아래 값에 대한 지원을 제공할 뿐만 아니라 30의 실제 수치에도 대한 지원을 제공하는 것으로 해석되어야 한다.
종점에 의한 수치 범위의 언급은 각각의 범위 내에 포함되는 모든 수 및 분획뿐만 아니라 인용된 종점도 포함한다. 또한, 설명 및 청구범위에서 제1, 제2, 제3 등이라는 용어는, 유사한 요소를 구별하는 데 사용되고, 명시되지 않는 한, 순차적 또는 시간 순서에 대한 설명은 필수적이지 않다. 이와 같이 사용된 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환 가능하며, 본원에 설명된 본 개시의 구현예는 본원에 설명되거나 도시된 것과 다른 순서로 작동할 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서의 참조는 "개선된" 성능(예, 맥락에 따라 증가된 또는 감소된 결과)을 제공하는 장치, 구조, 시스템, 또는 방법을 참조할 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 이러한 "개선"은 종래 기술에서의 장치, 구조, 시스템 또는 방법에 대한 비교에 기초하여 얻은 이익의 척도라는 것을 이해해야 한다. 또한, 개선된 성능의 정도는 개시된 구현예 간에 달라질 수 있고, 개선된 성능의 양, 정도 또는 실현에 있어서 균등성 또는 일관성이 보편적으로 적용 가능한 것으로 가정되지 않음을 이해해야 한다.
또한, 본 개시의 구현예는, 논의의 목적으로, 대부분의 구성 요소가 하드웨어에서만 구현된 것처럼 예시되고 설명될 수 있는 하드웨어, 소프트웨어, 및 전자 구성 요소 또는 모듈을 포함할 수 있다. 그러나, 당업자는, 이러한 상세한 설명의 판독에 기초하여, 적어도 하나의 구현예에서, 본 개시의 전자 기반 양태가 마이크로프로세서 및/또는 애플리케이션 특정 집적 회로와 같은 하나 이상의 처리 유닛에 의해 실행 가능한 소프트웨어(예, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 명령어)로 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 이와 같이, 복수의 하드웨어 및 소프트웨어 기반 장치뿐만 아니라 복수의 상이한 구조적 구성 요소가 본 개시의 기술을 구현하는 데 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 명세서에 설명된 "서버" 및 "컴퓨팅 장치"는 하나 이상의 처리 유닛, 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체 모듈, 하나 이상의 입력/출력 인터페이스, 및 구성 요소를 연결하는 다양한 연결을 포함할 수 있다.
본 개시의 기술의 다양한 양태의 개요가 이하에서 제공되며, 그 후에 특정 구현예가 보다 상세히 설명될 것이다. 본 개요는 독자가 기술적 개념을 보다 신속하게 이해하는 것을 돕기 위한 것이지만, 본 발명의 가장 중요하거나 필수적인 특징을 식별하려는 것이 아니며, 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범주를 제한하려는 것도 아니다. 특정 구현예를 설명할 때, 첨부된 도면을 참조하며, 이는 기술된 구현예의 이해를 돕기 위한 것이다.
반도체 제조 공정의 전구체 용기에서의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법 및 시스템이 본원에 개시되며, 전구체 용기에서의 전구체의 양은, 전구체 용기로부터 공정 챔버로 흐르는 공정 가스에서 공정 가스의 광 흡수량을 단색 측정을 통해 측정함으로써 결정된다. 이는 전구체 용기 내에 남아있는 전구체의 양을 신속하고 정확하게 측정함으로써, 용기 변경이 효율적으로 스케쥴링될 수 있게 하고 화학물질의 재고 관리를 개선할 수 있게 한다.
본원에서 지칭되는 바와 같이, 용어 "고체 전구체"는 얇은 층 또는 원자층으로서 기판의 표면 상에 증착될 고체 화학물질 화합물로 화학 기상 증착(CVD) 및 원자층 증착(ALD)과 같은 반도체 제조 기술에 사용되는 화합물을 지칭한다. 전구체 재료는 공정 챔버에서 수행될 특정 공정에 기초하여 선택될 수 있다.
본원에서 지칭되는 바와 같이, 용어 "단색 측정"은, 푸리에-변환 적외선 분광법(FTIR)과 같이 보다 고가의 넓은 스펙트럼 기술과는 대조적으로, 단일 파장에 중심을 둔 광을 사용하는 측정을 지칭한다. 단색 복사선은 중심 파장 주위에 가우스 세기 분포를 갖는 특정 파장 밴드 내에 광을 포함할 수 있다. 이론적으로, 단색 광은 정확히 하나의 파장만을 갖지만, 실제로는 이것이 가능하지 않으며, 따라서 단색 광은 항상 파장의 (작은) 대역폭으로 구성된다. 예를 들어, GaSb/AlGaSb 다중 양자 웰 다이오드 레이저는 약 1550 nm의 파장에서 적외선 범위의 광을 방출한다. 실제 세기 분포는 광원의 작동 파라미터 및 온도에 따라 달라진다. 특정 구현예에서, 파장 대역폭은 100 nm 이하, 보다 구체적으로는 50 nm 이하이다. 특정 구현예에서, 실제 방출 스펙트럼은 50 nm, 40 nm, 30 nm, 25 nm, 20 nm, 15 nm, 10 nm 또는 5 nm 파장 범위 내에 한정된다.
본원에서 지칭되는 바와 같이, 용어 "공정 챔버"는 고체 전달 시스템에 결합되는 반응 챔버를 지칭한다. 공정 챔버는 (반도체 웨이퍼 등과 같이) 처리될 기판을 지지하기 위해 그 안에 배치된 기판 지지부를 갖는 내부 부피를 포함할 수 있다. 공정 챔버는 ALD, CVD 등을 위해 구성될 수 있다. 공정 챔버는, 내부 부피에서 플라즈마를 생성하거나 기판 지지부 상에 배치된 기판에 무선 주파수 바이어스를 제공하기 위한 추가 구성 요소, 예를 들어 하나 이상의 무선 주파수 또는 다른 에너지원을 포함한, 처리 시스템을 추가로 포함할 수 있다.
본 개시의 양태는 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서,
· 상기 전구체 용기를 통해 캐리어 가스를 흐르게 함으로써, 상기 캐리어 가스 및 기화된 고체 전구체를 포함한 공정 가스를 생성하는 단계, 및
· 상기 전구체가 기판과 반응하는 상기 공정 챔버에 상기 공정 가스를 제공하는 단계에 의해, 상기 고체 전구체는 상기 전구체 용기로부터 공정 챔버로 제공되고,
상기 방법은,
· 공정 가스에서 단색 측정을 통해 상기 공정 가스의 광 흡수량을 측정하는 단계, 및
· 공정 가스의 상기 광 흡수량의 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 상기 전구체의 양을 결정하는 단계를 포함한다.
본원에서 지칭되는 바와 같이, 용어 "전구체 챔버"는, 공정 챔버에 결합되고 고체 전구체 재료를 포함한 챔버를 지칭한다. 본원에서 사용되는 전구체 챔버의 일부 예시는 US20060216419에 설명되어 있다. 일부 전구체 챔버는, 특히 챔버의 높이가 챔버의 폭 또는 직경보다 더 작은, 낮은 프로파일을 특징으로 한다. 일부 구현예에서, 전구체 챔버의 낮은 프로파일은, 전구체 재료에 대한 높은 표면적이 존재하여, 전구체 용기 내의 평형 증기 압력에 도달할 때까지 고상으로부터 기상으로 전구체의 신속한 증발을 허용하는 것을 제공할 수 있다. 전구체 챔버의 낮은 프로파일은, 전구체 용기 내의 전구체의 양을 측정하는 것이 결과적으로 더욱 중요하다. 이러한 측정은, 비교적 큰 초기 충진 레벨을 갖는 더큰 용기에 비해 낮은 프로파일 용기의 경우 일반적으로 더 어렵다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 낮은 프로파일 전구체 챔버는 표면 영역 및 흐름 경로 방향에 걸쳐 불균일한 측방향 소비를 나타내며, 이는 레벨 감지 요건을 더욱 복잡하게 한다. 그러나, 본원에 개시된 바와 같은 방법 및 시스템은, 전구체 챔버에 남아있는 전구체의 양, 특히 낮은 프로파일 용기 또는 챔버에 적합한 방법 또는 시스템의 효율적인 모니터링을 가능하게 한다. 본원에 개시된 방법 및 시스템은 또한, 고온(120℃ 내지 200℃), 표면 영역 및 유동 경로 방향에 대한 불균일한 측방향 소비, 및 전구체 챔버 내의 저온 스폿의 존재에 기인한, 전구체 챔버 내의 어려운 검출 조건에 영향을 받지 않고 측정을 수행할 수 있게 한다.
특히, 본 개시에 따른 방법에서, 전구체는 금속을 포함하고, 보다 구체적으로, 상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속, 전이 금속, 희토류 금속 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 전구체는 또한 하나 이상의 리간드를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 리간드는 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알킨, 카르보닐, 디에닐, 베타-디케토네이트, 치환 또는 미치환 시클로디에닐, 치환 또는 미치환 아릴 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 적합한 할로겐은 F, Br, Cl, 및/또는 I를 포함한다. 적합한 알킬, 알케닐, 알킨, 디에닐 및 시클로디에닐은 전형적으로 C1 내지 C8 화합물이다. 시클로디에닐 및 아릴에 적합한 치환기는 C1 내지 C3 알킬을 포함한다. 적절한 베타-디케토네이트는 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로펜탄-2,4-디오네이트(hfac) 및/또는 2,4-펜탄디온(hacac)을 포함한다. 특정 구현예에서, 전구체는 호모렙틱 화학물질 화합물(모든 리간드가 동일한 금속 화합물) 또는 헤테로렙틱 화학물질 화합물(두 가지 이상의 상이한 유형의 리간드를 갖는 금속 화합물)이다. 추가 특정 구현예에서, 전구체는 금속-탄소 결합을 포함한다. 추가 특정 구현예에서, 전구체는 파이 복합체를 포함한다. 예시적인 고체 전구체는 HfCl4이다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 공정 가스의 상기 광 흡수량의 측정이 상기 전구체 용기를 상기 공정 챔버에 유체 연결하는 가스 라인에서의 인라인 측정임을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정이 준-정상-상태 측정 또는 일시적 측정을 포함함을 제공한다. 공정 가스의 광 흡수량을 측정함으로써, 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정할 수 있다. 공정 가스의 광 흡수는 펄스 형태의 농도 프로파일을 제공하며, 이러한 펄스의 특성(예, 폭, 형상 등) 또는 일련의 펄스의 특성(예, 펄스 사이의 시간 지연)은 전구체 용기 내의 전구체의 양에 따라 달라진다. 공정 가스의 광 흡수는 전구체, 캐리어 가스 및/또는 다른 물질(예, He)을 포함하여, 공정 가스에 존재하는 임의의 화합물에 대해 측정될 수 있다.
전형적인 반도체 제조 공정 동안, 기판은, 전구체 펄스 및 반응물 펄스를 전형적으로 포함하는 복수의 증착 사이클을 겪는다. 소정의 양의 증착 사이클 이후, 방법은 종료된다. 이러한 전구체 펄스 동안, 고체 전구체 재료는, 캐리어 가스를 전구체 용기를 통해 흐르게 함으로써 전구체 용기로부터 공정 챔버로 이송되어, 캐리어 가스 및 기화된 고체 전구체를 포함한 공정 가스를 생성하며, 이는 후속하여 공정 챔버에 제공된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이는 일반적으로 펄스 트레인에서 발생하며, 여기서 특정 시간 간격으로 전구체 용기로부터 공정 챔버로 고체 전구체의 수송이 일어난다. 펄스 후, 전구체 용기를 통한 캐리어 가스 흐름은 소정의 기간 동안 정지되고, 기상 전구체 농도는 증발을 통해 증가한다. 일부 구현예에서, 기상 전구체 농도는 전구체 용기에서 평형 증기압에 도달할 때까지 증발을 통해 증가한다. 대안적으로, 펄스 사이의 시간은, 전구체 용기 내의 전구체 부분 압력이 평형 증기 압력에 도달하는 데 필요한 시간보다 짧을 수 있다. 이러한 구현예에서, 전구체 용기 내의 전구체 부분 압력은 다음 전구체 펄스가 시작되기 전에 반드시 평형 값에 도달하지는 않는다. 단일 전구체 펄스는 세 단계를 포함할 수 있다:
(1) 전구체 용기를 통해 흐르는 캐리어 가스의 시작에 대응하는 공격 펄스 단계;
(2) 캐리어 가스가 전구체 용기를 통해 정상 상태로 흐르고 증발된 전구체를 연행하는 시점에 대응하는 유지 펄스 단계; 및
(3) 캐리어 가스가 전구체 용기로부터 증발된 전구체를 적어도 부분적으로 고갈시킨 시점에 대응하는 방출 펄스 단계.
일반적으로 펄스의 공격 단계는 매우 가파르고 순간적일 수 있지만, 일반적으로 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양에 대한 임의의 정보를 포함할 것으로 예상되지 않는다. 펄스의 유지 단계는 이상적으로 일정하고 안정적이다. 전구체 펄스의 유지 단계의 높이는 전구체의 증기압에 의해 결정되고, 이는 차례로 사용되는 전구체의 유형, 및 전구체 용기가 유지되는 온도에 의해 결정된다. 펄스의 유지 단계의 길이는 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양에 대한 정보를 포함할 수 있다. 전구체 펄스의 방출 단계는 시간에 따라 전구체 농도의 꾸준한 감소를 제공한다. 이러한 감소의 경사도는 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양에 대한 정보를 포함할 수 있는 광 흡수의 감소에 대응한다.
일부 구현예에서, 전구체 충진 레벨을 결정하는 단계는, 전구체 펄스의 유지 단계의 길이의 측정을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정이 준-정상-상태 측정을 포함함을 제공한다. 준-정상-상태 측정은 복수의 펄스에 걸쳐, 예를 들어 적어도 1000 펄스에서 최대 1 000 000 펄스까지에 걸쳐 측정된 공정 가스의 평균 광 흡수량을 제공할 수 있다. 준-정상-상태 측정은 전구체의 시간 평균 농도를 측정하기 위해 더 느리고 더 민감한 센서가 사용될 수 있게 하며, 이는 전구체 용기에 남아 있는 전구체의 양과 상관될 수 있다. 준-정상-상태 측정을 위한 적합한 센서는, 용융 실리카 광섬유 센서, 양이온으로 도핑된 용융 실리카, 칼코지나이드 글라스, 요오드와 같은 중할로겐화물을 포함한 글라스, 및 중공형 코어 섬유를 포함한다. 적절한 중공형 코어 섬유는 작동 파장에서 1보다 작은 굴절률을 갖는 비정상적인 분산을 갖는 금속 또는 유전체로 만들어진 클래딩을 포함할 수 있다. 준 정상 상태 작동에 사용하기 위한 추가 가능한 광섬유 센서는, 브래그 센서, 다른 광학 센서, 임피던스 센서, 박막 트랜지스터 가스 센서, 표면 플라즈몬 공명에 기초한 가스 센서, 압력, 금속으로 코팅된 테이퍼형 섬유를 포함하는 센서, 마이크로미러 가스 센서, 무작위 구멍 광섬유 가스 센서, 공기 유도 포토닉 밴드갭 섬유, 및 측면 개구를 갖는 포토닉 결정 섬유를 포함한다. 이처럼 이러한 센서가 당업계에 공지되어 있음을 이해할 것이다. 준 정상 상태 측정을 위한 적절한 광원은 발광 다이오드(LED), 예컨대 자외선 범위, 가시광 범위, 또는 적외선 범위에서 광을 방출하는 LED를 포함한다.
특정 구현예에서, 공정 가스의 광 흡수의 상기 측정은, 상기 전구체 용기를 상기 공정 챔버에 유체 연결하는 가스 라인에서 인라인 측정이며, 가스 라인 내의 온도는 전구체 공급원의 온도보다 높고, 반응 챔버의 온도보다 낮다. 따라서, 특정 구현예에서, 공정 가스의 상기 광 흡수량의 측정은 센서 및 선택적으로 또한 광원 및 광검출기가 고온 영역에, 바람직하게는 200℃ 초과의 온도에서 위치하는 준 정상 상태 측정을 포함한다. 특정 구현예에서, 준 정상 상태 측정 시스템은 (바람직하게는 낮은 온도 분위기에서, 바람직하게는 90℃ 미만의 온도에서) 가스 라인에 위치한 브래그 요소, 및 가스 라인 외부에 위치한 광원 및 광 검출기를 포함하고, 광원 및 광 검출기는 광섬유, 특히 하나 이상의 빔 스플리터를 포함한 광섬유를 통해 브래그 요소에 연결된다. 특정 구현예에서, 브래그 요소는 규칙적으로 이격된 다수의 노치를 갖는 광섬유 케이블이다. 이러한 준 정상 상태 측정 시스템은 가스 라인에서 전구체 농도의 감지를 허용한다. 공정 가스에 존재하는 전구체 또는 분석물은 브래그 요소의 노치를 포함하여, 기체 상태의 굴절률 및 소광 계수를 변화시킨다. 따라서, 공정 가스의 변화는, 브래그 반사기에 의한 반사된 광의 양을 변화시키며, 이는 공정 가스 내의 전구체 또는 분석물의 농도를 나타낸다. 이러한 유형의 검출 시스템은 비교적 느린 반응을 갖는 것으로 간주되지만, 이러한 준 정상 상태 측정 시스템을 사용하여 다수의 펄스에 걸쳐 평균화된 전구체 농도를 측정하는 것이 가능하다.
특정 구현예에서, 전구체 펄스의 유지 단계의 길이는 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정한다. 유지 단계의 짧은 길이는, 전구체 용기 내에 작은 자유 부피가 존재하고 결과적으로 전구체 용기가 다량의 고체 전구체를 함유함을 의미한다. 유지 단계의 더 긴 길이는 전구체 용기 내의 더 큰 자유 부피 및 결과적으로 전구체 용기 내에 남아 있는 더 적은 양의 고체 전구체에 의해 야기된다. 결과적으로, 유지 펄스 단계의 길이로부터, 상기 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정할 수 있다. 특히, 유지 펄스 단계의 길이와 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양 사이에 선형 상관 관계가 있다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 방법은 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정이 일시적인 측정을 포함함을 제공한다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, 일시적인 측정은 전구체 공급원에 포함된 전구체의 양을 공정 가스의 광 흡수량의 변화 측정으로부터 도출하는 것을 지칭한다. 일시적인 측정이 단일 펄스의 시간 스케일로 발생함을 이해해야 한다. 단일 펄스의 시간 스케일은 마이크로초 내지 초, 예를 들어 밀리초 내지 수십 밀리초 또는 수백 밀리초의 정도일 수 있다. 일시적인 측정은 특히, 전구체 펄스의 방출 단계의 경사도 측정을 지칭할 수 있다. 전구체 펄스의 방출 단계의 경사도 측정과 같은 일시적인 측정은 측정에 사용될 빠른 응답 시간(즉, 전구체 펄스 시간의 감쇠 시간보다 짧은 응답 시간, 예를 들어 밀리초 정도)을 갖는 더 빠른 센서를 필요로 한다.
일시적인 측정에 적합한 센서는 기체 상태에서 광원과 광 검출기 사이의 광 경로 길이를 증가시키기 위해 적절히 사용될 수 있는 복수의 미러를 포함할 수 있다.
일시적인 측정에 적합한 광원은, 예를 들어 적어도 5 내지 최대 15℃의 온도에서 작동하는 냉각된 레이저, 양자 캐스케이드 레이저, 및 인터밴드 캐스케이드 레이저를 포함할 수 있다.
일시적인 측정에 적합한 광검출기는 적외선 광 검출기, 자외선 광 검출기, 및 가시광 검출기일 수 있다.
특정 구현예에서, 공정 가스의 광 흡수의 상기 측정은, 상기 전구체 용기를 상기 공정 챔버에 유체 연결하는 가스 라인에서 인라인 측정이며, 가스 라인 내의 온도는 전구체 공급원의 온도보다 높고, 반응 챔버의 온도보다 낮다. 따라서, 특정 구현예에서, 공정 가스의 상기 광 흡수량의 측정은, 광원 및 광검출기가 저온 영역(바람직하게는 50℃ 미만의 온도)에 위치하고 광이 광섬유를 통해 가스 라인으로 전달되는 일시적인 측정을 포함한다. 광은 소정의 거리만큼 가스 라인을 통해 자유롭게 이동한다. 가스 라인 내의 전구체 또는 분석물 농도는 가스 라인을 통과하는 광의 광 흡수에 영향을 미치고, 따라서 공정 가스 내의 전구체 또는 분석물의 농도를 측정할 수 있게 한다. 가스 라인 내의 온도는, 예를 들어 적어도 100℃ 내지 최대 400℃일 수 있다.
특정 구현예에서, 전구체 펄스의 방출 단계의 경사도는 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정한다. 빠른 방출 및 따라서 방출 단계의 가파른 감소는, 전구체 용기 내에 작은 자유 부피가 존재하고 결과적으로 전구체 용기가 다량의 고체 전구체를 함유함을 의미한다. 느린 방출 및 방출 덜 가파른 방출은 전구체 용기 내의 더 큰 자유 부피 및 결과적으로 전구체 용기 내에 남아 있는 더 적은 양의 고체 전구체에 의해 야기된다. 결과적으로, 방출 펄스 단계의 경사도로부터, 상기 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정할 수 있다. 특히, 방출 펄스 단계의 경사도와 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양 사이에 일대일 관계, 예를 들어 선형 상관 관계가 있을 수 있다.
따라서, 특정 구현예에서, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양은, 전구체 펄스의 공정 가스의 광 흡수량을 측정함으로써, 그리고 특히 전구체 펄스의 유지 단계의 길이 및/또는 전구체 펄스의 방출 단계의 경사도를 측정함으로써, 결정된다.
또 다른 구현예에서, 전구체 펄스의 유지 단계의 높이는 전구체 용기가 거의 비어 있다는 표시를 제공할 수도 있다. 유지 펄스 단계의 높이 감소는 기체 상태로 완전히 포화시키기에 전구체 용기 내에 존재하는 전구체가 충분하지 않음으로 인해 야기될 수 있다. 공정 가스의 광 흡수량이 증기압에 도달하지 않기 때문에, 이전의 전구체 펄스와 비교했을 경우에 유지 펄스 단계의 높이는 감소한다.
준-정상-상태 측정은 일련의 두 개 이상의 전구체 펄스에 걸쳐, 예를 들어 적어도 100 내지 최대 100 000개의 전구체 펄스에 걸쳐 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 측정은 펄스 양에 걸쳐 평균 광 흡수 값을 나타내는 광 흡수 신호를 제공할 것이고, 측정되는 평균 광 흡수는 전구체 챔버로부터 불충분한 전구체가 제공될 경우에 더 낮아질 것이다. 따라서, 측정된 평균 광 흡수는 전구체 용기 내의 전구체의 양과 상관 관계를 가질 수 있어서 전구체 용기 내의 고체 전구체의 잔여량을 결정한다.
본원에 개시된 바와 같이 특정한 측정 방법은 전구체 용기 내의 전구체의 잔여량의 효율적인 측정을 가능하게 한다. 본원에서 사용되는 바와 같은 감지 기술은 공정 가스에서 전구체의 낮은 양을 검출하는 데 특히 적합하다. 일반적으로, 공정 가스는 1.0% 내지 2.0%의 전구체와 98.0% 내지 99.0%의 캐리어 가스를 포함한다.
본원에 설명된 측정에서, 전형적으로 펄스에서의 전구체의 농도 프로파일은 전구체 용기 내의 전구체의 양에 따라 달라지지만, 이는 또한, 펄스에서의 캐리어 가스의 농도 프로파일 또는 펄스에서 캐리어 가스와 함께 제공된 He와 같은 귀가스와 같이 분석물로 불리는 다른 물질의 농도 프로파일로부터 유래될 수 있음이 명백해야 한다. 펄스 폭, 펄스 형상(예, 꼬리 경사도)의 차이 또는 둘 이상의 전구체 펄스 사이의 시간 지연, 캐리어 가스, 및/또는 분석물 농도는 전구체 용기 내의 전구체의 양에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 측정은 전형적으로 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하기 위해 공정 가스 내의 전구체의 양의 측정을 지칭하지만, 이는 또한 캐리어 가스 및/또는 분석물 농도를 측정함으로써 수행될 수도 있다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은, 광 흡수 신호의 상기 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기가 고갈되고/고갈되거나 리필이 필요하기 전에 남은 시간을 결정하는 단계를 상기 방법이 추가로 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하는 단계가, 광 흡수 신호의 상기 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 잔여량을 결정하는 단계를 포함함을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 방법은, 광 흡수 신호의 상기 측정에 기초하여, 상기 공정 챔버로 전달되는 전구체의 양을 결정하는 단계를 상기 방법이 추가로 포함함을 제공한다. 반응 챔버에서 발생하는 반도체 제조 공정은 전형적으로 주기적 증착 공정(예컨대, 원자층 증착)이며, 여기서 기판은 다수의 증착 사이클을 거친다. 증착 사이클은 전형적으로 전구체 펄스 및 반응물 펄스를 포함하는데, 이는 소정의 양의 증착 사이클에 대해 반복되며, 그 후에 상기 방법이 종료된다. 전구체 펄스 동안, 기판은 전구체에 노출되고 전구체와 반응한다. 전구체 재료는 공정 챔버에서 수행될 특정 공정에 기초하여 선택될 수 있다. 반응물 펄스 동안, 기판은 반응물에 노출되고 반응물과 반응한다. 특정 구현예에서, 반응물은 CH4와 같은 탄소 반응물, NH3와 같은 질소 반응물, H2와 같은 수소 반응물, 및 O2와 같은 산소 반응물을 포함한다.
흡수 신호의 측정은 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양을 결정하기 위한 피드백을 제공하는 반면, 이 정보는 또한 공정 챔버에 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 정확한 양의 전구체가 공정 챔버에 제공되었음을 나타내는 데 사용될 수 있어서, 조기 오류 검출을 허용한다. 공정 챔버에 전달되는 전구체의 양에 대한 이러한 정보는, 반도체 제조 공정의 품질에 대한 사후 평가를 추가로 가능하게 한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은, 공정 가스의 상기 광 흡수량의 상기 측정에 기초하여, 상기 캐리어 가스의 부피 유속을 조절함으로써 상기 전구체를 상기 공정 챔버로의 전달을 제어하는 단계를 상기 방법이 추가로 포함함을 제공한다.
본 개시의 다른 양태는 적어도 전구체 용기, 공정 챔버 및 상기 전구체 용기와 상기 공정 챔버 사이의 가스 라인을 포함하는 반도체용 제조 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은, 상기 가스 라인 상에 위치하고 상기 가스 라인을 통과하는 공정 가스의 광 흡수량을 측정하도록 조정된 단일 파장 흡수 기반 검출 시스템을 추가로 포함하고, 상기 시스템은, 상기 검출 시스템에 통신 가능하게 결합되고 상기 검출 시스템의 측정으로부터 상기 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하도록 구성된 제어기를 추가로 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같은 단일 파장 흡수 기반 검출 시스템은, 전구체 챔버를 공정 챔버와 연결하는 가스 라인에서 단색 광의 흡수를 측정하는 시스템이다. 일부 구현예에서, 이는 가스 라인 내 전구체의 양의 시간 평균 측정을 제공한다. 검출 시스템은 준-정상-상태 측정 및/또는 일시적 측정에 적합할 수 있다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 시스템은, 상기 검출 시스템이 적어도 단색 광원 및 상기 가스 라인에서의 단색 광의 흡수를 측정하도록 조정된 검출기를 포함함을 제공한다. 검출 시스템의 광원, 검출기 및 광섬유는 사용된 특정 전구체의 흡수 피크와 정합된다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 시스템은, 상기 시스템이 상기 가스 라인을 통한 상기 공정 가스의 부피 유속을 결정하기 위한 유량계를 추가로 포함함을 제공한다. 유량계의 사용은 흡수 기반 측정의 더 나은 평가를 가능하게 하고, 전구체 챔버 내의 고체 전구체의 잔여량의 보다 효율적이고 확실한 모니터링을 가능하게 한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 시스템은, 전구체 용기가 고갈되고/고갈되거나 리필을 필요로 하기 전에 남은 시간을 결정하도록 상기 제어기가 추가로 구성됨을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 개시에 따른 시스템은, 상기 제어기가 상기 공정 챔버에 전달되는 전구체의 양을 결정하도록 추가로 구성됨을 제공한다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 바와 같은 시스템은, 상기 제어기가 상기 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양 및/또는 상기 공정 챔버로의 상기 전구체의 질량 유속을 시스템 제어기로 전달하도록 구성됨을 제공한다.
특히, 본 개시에 따른 시스템은, 상기 제어기 또는 상기 시스템 제어기가 상기 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양 및/또는 상기 공정 챔버로의 상기 전구체의 질량 유속을 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 상에서 디스플레이하도록 구성됨을 제공하되, 상기 제어기 또는 상기 시스템 제어기는, 상기 용기에 남아있는 상기 전구체의 양이 소정의 임계 값 미만인 경우에 상기 GUI 상에 경보 메시지를 생성하도록 추가로 구성된다.
"제어기"는 그의 연산을 제어하기 위해 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 결합될 수 있다. 제어기는 일반적으로 중앙 처리 유닛(CPU), 메모리, 및 CPU용 지원 회로를 포함한다. 제어기는 처리 시스템을 직접 제어하거나, 특정 공정 챔버 및/또는 지지 시스템 구성 요소와 관련된 컴퓨터(또는 제어기)를 통해 제어할 수 있다. 제어기는 다양한 챔버 및 서브 프로세서를 제어하기 위한 산업적 세팅에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. CPU의 메모리 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), NAND 메모리, 읽기 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 플래시, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지, 로컬 또는 원격과 같은 쉽게 사용 가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로는 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 결합된다. 이들 회로는 캐시, 전력 공급부, 클럭 회로, 입력/출력 회로 및 서브시스템 등을 포함한다. 본원에 설명된 바와 같은 발명적인 방법은, 본원에 설명된 방식으로 처리 시스템의 연산을 제어하기 위해 실행되거나 호출될 수 있는 소프트웨어 루틴으로서 메모리에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은, 또한, CPU에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격 위치하는 제2 CPU(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
본원에 설명된 바와 같은 예시적인 시스템이 도 2에 나타나 있다. 도 2는, 본 개시의 예시적인 추가 구현예에 따른 시스템(200)을 나타낸다. 시스템(200)은, 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하고/수행하거나 본원에 설명된 바와 같은 구조체 또는 소자를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
나타낸 예시에서, 시스템(200)은 하나 이상의 반응 챔버(202), 전구체 가스 공급원(204), 반응물 가스 공급원(206), 퍼지 가스 공급원(208), 배기(210), 및 제어기(212)를 포함한다.
반응 챔버(202)는 임의의 적절한 반응 챔버, 예컨대 ALD 또는 CVD 반응 챔버를 포함할 수 있다.
전구체 가스 공급원(204)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 전구체를 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어(예를 들어, 귀) 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 반응물 가스 공급원(206)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 반응물을 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 퍼지 가스 공급원(208)은 하나 이상의 귀가스, 예컨대 He, Ne, Ar, Kr 또는 Xe을 포함할 수 있다. 네 개의 가스 공급원(204)-(208)으로 나타냈지만, 시스템(200)은 적절한 임의 개수의 가스 공급원을 포함할 수 있다. 가스 공급원(204)-(208)은 라인(214)-(218)을 통해 반응 챔버(202)에 결합될 수 있으며, 이들 각각은 흐름 제어기, 밸브, 히터 등을 포함할 수 있다. 적절하게는, 전구체 공급원(204)을 반응 챔버(202)에 연결하는 라인(214)과 같은 라인(214)-(218) 중 적어도 하나는, 해당 라인을 통해 흐르는 가스 스트림에서 광 흡수를 측정하기 위한 광 흡수 감지 시스템을 포함한다. 적절한 흡수 감지 시스템은 본원의 다른 곳에서 설명된다. 예시적인 흡수 가스 감지 시스템은 도 3 및 도 4에 설명되어 있다.
배기(210)는 하나 이상의 진공 펌프를 포함할 수 있다.
제어기(212)는 밸브, 매니폴드, 히터, 펌프 및 시스템(200)에 포함된 다른 구성 요소를 선택적으로 작동시키기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함한다. 이러한 회로 및 구성 요소는, 전구체와 퍼지 가스를 각각의 공급원(204)-(208)으로부터 도입하기 위해 작동한다. 제어기(212)는 가스 펄스 순서의 시점, 기판 및/또는 반응 챔버의 온도, 반응 챔버의 압력, 및 시스템(200)의 적절한 작동을 제공하는데 다양한 기타 작동을 제어할 수 있다. 제어기(212)는, 반응 챔버(202) 내로 그리고 반응 챔버로부터의 전구체, 반응물 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 전기식 혹은 공압식으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(212)는, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 특정 작업을 수행하는 FPGA 또는 ASIC과 같은 모듈을 포함할 수 있다. 모듈은 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체에 탑재되도록 구성되고, 하나 이상의 공정을 실행하도록 유리하게 구성될 수 있다.
상이한 수 및 종류의 전구체 및 반응물 공급원 및 퍼지 가스 공급원을 포함하는 시스템(200)의 다른 구성이 가능하다. 또한, 가스를 반응 챔버(202) 내로 선택적으로 공급하는 목적을 달성하는데 사용될 수 있는 밸브, 도관, 전구체 공급원, 퍼지 가스 공급원의 다수의 배열이 존재함을 이해할 것이다. 또한, 시스템을 개략적으로 표현하면서, 많은 구성 요소가 예시의 단순화를 위해 생략되었는데, 이러한 구성 요소는, 예를 들어 다양한 밸브, 매니폴드, 정화기, 히터, 용기, 벤트, 및/또는 바이패스를 포함할 수 있다.
반응기 시스템(200)의 작동 중에, 반도체 웨이퍼(미도시)와 같은 기판은, 예를 들어 기판 핸들링 시스템에서 반응 챔버(202)로 이송된다. 일단 기판(들)이 반응 챔버(202)로 이송되면, 전구체, 반응물, 캐리어 가스, 및/또는 퍼지 가스와 같이, 가스 공급원(204)-(208)으로부터 하나 이상의 가스가 반응 챔버(202) 내로 유입된다.
도 3은, 인라인 측정이 전구체 용기와 공정 반응기 사이의 가스 라인에서 발생하는, 흡수 가스 감지 시스템을 나타낸다. 단색 광원 및 포토디텍터 또는 광 검출기는, 바람직하게는 90℃ 미만의 온도에서, 저온 환경에서, 가스 라인 외부에 위치한다. 공정 가스의 광 흡수량의 일시적인 측정을 위해, 광은 광섬유를 통해 가스 라인으로 이동한다. 광은 소정의 거리 동안 가스 라인을 통해 자유롭게 이동하고, 그 동안 가스 라인 내의 전구체, 캐리어 가스 및/또는 분석물 농도가 가스 라인을 통과하는 광의 광 흡수에 영향을 미쳐서, 공정 가스 내의 전구체, 캐리어 가스 또는 분석물의 농도를 측정할 수 있게 한다. 이들 측정으로부터, 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정할 수 있다.
도 4는 도 3과 유사하게, 인라인 측정이 전구체 용기와 공정 반응기 사이의 가스 라인에서 발생하는, 흡수 가스 감지 시스템을 나타낸다. 단색 광원 및 포토디텍터 또는 광 검출기는, 저온 환경에서, 바람직하게는 90℃ 미만의 온도에서, 가스 라인 외부에 위치한다. 준 정상 상태 측정을 위해, 브래그 요소와 같은 광섬유 센서가 가스 라인에 위치한다. 단색 광원 및 광 검출기는, 저온 환경에서, 바람직하게는 90℃ 미만의 온도에서 가스 라인 외부에 위치하며, 광원 및 광 검출기는 광섬유, 특히 하나 이상의 빔 스플리터를 포함한 광섬유를 통해 광섬유 센서에 연결된다. 이러한 준 정상 상태 측정 시스템은 공정 가스에서 전구체, 캐리어 가스 또는 분석물 농도를 감지할 수 있게 한다. 공정 가스 내의 전구체, 캐리어 가스 또는 분석물은 기체 상태의 굴절률 및 소광 계수를 변화시킨다. 따라서, 공정 가스 변화의 변화는, 광섬유 센서에 의해 반사된 광 및 투과된 광의 양 중 적어도 하나에서 발생하며, 이는 공정 가스 내의 전구체, 캐리어 가스 또는 분석물의 농도를 나타낸다. 이들 측정으로부터, 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정할 수 있다.

Claims (20)

  1. 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법으로서,
    · 상기 전구체 용기를 통해 캐리어 가스를 흐르게 함으로써, 상기 캐리어 가스 및 기화된 고체 전구체를 포함한 공정 가스를 생성하는 단계, 및
    · 상기 전구체가 기판과 반응하는 상기 공정 챔버에 상기 공정 가스를 제공하는 단계에 의해, 상기 고체 전구체는 상기 전구체 용기로부터 공정 챔버로 제공되고,
    상기 방법은,
    · 상기 공정 가스에서 단색 측정을 통해 상기 공정 가스의 광 흡수량을 측정하는 단계, 및
    · 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 상기 전구체의 양을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정은, 상기 전구체 용기를 상기 공정 챔버에 유체 연결하는 가스 라인에서의 인라인 측정인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정은 준-정상-상태 측정을 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정은 일시적인 측정을 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기가 고갈되고/고갈되거나 리필이 필요하기 전 남은 시간을 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하는 단계는, 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 잔여량을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정에 기초하여, 상기 공정 챔버로 전달되는 전구체의 양을 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 공정 가스의 상기 광 흡수의 상기 측정에 기초하여, 상기 캐리어 가스의 부피 유속을 조절함으로써 상기 전구체를 상기 공정 챔버로의 전달을 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 금속을 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속, 전이 금속 및 희토류 금속으로부터 선택되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 하나 이상의 리간드를 포함하되, 하나 이상의 리간드는 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알킨, 카르보닐, 디에닐, 베타-디케토네이트, 치환 또는 미치환 시클로디에닐, 및 치환 또는 미치환 아릴로부터 선택되는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 호모렙틱(homoleptic)인, 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 헤테로렙틱(heteroleptic)인, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 금속-탄소 결합을 포함하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 파이 복합체(pi-complex)를 포함하는, 방법.
  16. 적어도 전구체 용기, 공정 챔버 및 상기 전구체 용기와 상기 공정 챔버 사이의 가스 라인을 포함하는 반도체용 제조 시스템으로서, 상기 시스템은, 상기 가스 라인 상에 위치하고 상기 가스 라인을 통과하는 공정 가스의 광 흡수를 측정하도록 조정된 단일 파장 흡수 기반 검출 시스템을 추가로 포함하고, 상기 시스템은, 상기 검출 시스템에 통신 가능하게 결합되고 상기 검출 시스템의 측정으로부터 상기 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 검출 시스템은 적어도 단색 광원, 및 상기 가스 라인에서 단색 광의 흡수를 측정하도록 조정된 검출기를 포함하는, 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 시스템은 상기 가스 라인을 통한 상기 공정 가스의 부피 유속을 결정하기 위한 유량계를 추가로 포함하는, 시스템.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 전구체 용기가 고갈되고/고갈되거나 리필을 필요로 하기 전에 남은 시간을 결정하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제어기는 상기 공정 챔버에 전달되는 전구체의 양을 결정하도록 추가로 구성되고,
    - 상기 제어기는 상기 전구체 용기 내에 남아있는 전구체의 양 및/또는 상기 공정 챔버로의 상기 전구체의 질량 유속을 추가 시스템 제어기에 전달하도록 구성되고,
    - 상기 제어기 또는 상기 시스템 제어기가 상기 전구체 용기에 남아있는 전구체의 양 및/또는 상기 공정 챔버로의 상기 전구체의 질량 유속을 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 상에서 디스플레이하도록 구성되며, 상기 제어기 또는 상기 시스템 제어기는, 용기에 남아있는 상기 전구체의 양이 소정의 임계 값 미만인 경우에 상기 GUI 상에 경보 메시지를 생성하도록 추가로 구성되는, 시스템.
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