KR20240024266A - 프로세스 챔버에 전구체를 전달하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

프로세스 챔버에 전구체를 전달하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 전구체 전달 시스템에 관한 것으로, 기화기 및 저장소를 갖는 전구체 전달 시스템이 제공된다. 저장소는 기화기와 유체 연통하는 상류 단부를 포함한다. 저장소 밸브는 저장소의 하류 단부와 유체 연통하고, 최종 밸브가 저장소 밸브의 하류에 배치된다. 버퍼 구역이 저장소 밸브와 최종 밸브 사이에 정의된다. 제1 가스 유입구는 버퍼 구역에 커플링된다. 제1 가스 유입구는 버퍼 밸브에 커플링된다.

Description

프로세스 챔버에 전구체를 전달하기 위한 시스템 및 방법
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 프로세스 가스들을 전달하는 방법들에 관한 것이다.
[0002] 박막 기술은, 평면 패널(flat panel) 기술에 대한 기판 크기들과 같이 점점 더 큰 면적의 기판들에 대해, 더 얇은 증착 층들, 더 양호한 균일성을 향해 이동하였다. 박막 기술은 또한, 더 큰 생산 수율들 및 더 높은 생산성을 향해 이동하였다. 기판들 위에 박막들을 증착하기 위해, 스퍼터 또는 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 및 원자 층 증착(ALD) 방법들을 포함하는 다양한 프로세스들이 사용된다.
[0003] ALD에 의해 박막들을 형성 및 성장시키는 것은 기판의 증착 표면에서의 화학 흡착에 의한 반응성 전구체 분자들의 포화 단분자층의 형성을 포함한다. ALD에서, 반응성 가스상 전구체들이 교번적으로 펄싱되거나 또는 프로세스 챔버 내로 주입된다. 반응성 전구체의 각각의 펄스 또는 주입은 불활성 가스 퍼지에 의해 분리된다. 전구체 주입들은 기판의 표면 상에서 반응하여, 프로세스의 각각의 전체 사이클(full cycle)마다 새로운 원자 층을 형성한다. 전구체들을 프로세스 챔버로 전달하는 것은 유동 타이밍 제어를 사용한다. 양호한 유동 타이밍 제어를 유지하기 위해, 전구체가 기화기로부터 연속적으로 방출되어 정상 상태 조건을 유지한다. 기화기로부터의 전구체 증기의 연속적인 유동은, 프로세스 레시피에 따라 챔버 내로의 유동이 요구되지 않을 때, 배기된다. 전구체 증기를 챔버 포어라인으로 전환(divert) 또는 배기하는 것이 양호한 프로세스 균일성을 초래하지만, 사용되는 전구체 증기의 양이 많다. 부가적으로, 기화기로부터 전구체를 펄싱하는 것 또는 기화기로부터 전구체 증기를 연속적으로 방출하는 것은 프로세스 챔버로의 도관을 따라 압력 강하들을 초래한다. 압력 강하는 응축의 위험들을 제공한다.
[0004] 따라서, 프로세스 챔버에 대한 유동 제어를 유지하면서, 프로세싱 동안의 전구체 증기 사용을 감소시키고 응축의 위험을 관리하는 전구체 증기 전달 시스템이 본 기술분야에 필요하다.
[0005] 일부 실시예들에서, 기화기 및 저장소(reservoir)를 갖는 전구체 전달 시스템이 제공된다. 저장소는 기화기와 유체 연통(fluid communication)하는 상류 단부를 포함한다. 저장소 밸브는 저장소의 하류 단부와 유체 연통하고, 저장소 밸브의 하류에 최종 밸브가 배치된다. 버퍼 구역이 저장소 밸브와 최종 밸브 사이에 정의된다. 제1 가스 유입구는 버퍼 구역에 커플링된다. 제1 가스 유입구는 버퍼 밸브에 커플링된다.
[0006] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법이 제공된다. 방법은 저장소가 제1 압력에 도달할 때까지 저장소에 전구체를 공급하는 단계를 포함한다. 전구체는 개방 상태에 놓인 저장소 밸브를 통해 저장소로부터 버퍼 구역으로 공급된다. 버퍼 구역은 저장소 밸브와 최종 밸브 사이에 정의된다. 개방 상태에 놓인 최종 밸브를 통해 버퍼 구역으로부터 프로세스 볼륨으로 전구체가 공급된다. 저장소 밸브 및 최종 밸브 각각은 폐쇄 상태로 스위칭된다. 개방 상태에 놓인 버퍼 밸브를 통해 버퍼 가스가 버퍼 구역으로 공급된다. 개방 상태에 놓인 전환 밸브를 통해 버퍼 가스가 포어라인으로 전환된다. 전환 밸브는 폐쇄 상태로 스위칭되고, 저장소 밸브는 폐쇄 상태로 스위칭된다.
[0007] 일부 실시예들에서, 기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 볼륨을 갖는 프로세스 챔버를 갖는 기판 프로세싱 시스템이 제공된다. 프로세스 챔버는 가스 유입구 및 가스 유입구에 유동적으로 커플링된 가스 분배 조립체를 포함한다. 가스 분배 조립체는 기화기, 기화기와 유체 연통하는 상류 단부를 갖는 저장소, 및 저장소의 하류 단부와 유체 연통하는 저장소 밸브를 포함한다. 최종 밸브가 저장소 밸브의 하류에 배치된다. 버퍼 구역이 저장소 밸브와 최종 밸브 사이에 정의되고, 버퍼 가스 유입구가 버퍼 구역에 커플링된다. 버퍼 가스 유입구는 버퍼 밸브에 커플링된다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 전구체 전달 시스템의 개략적인 표현을 묘사한다.
[0010] 도 2는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 전구체들을 전달하기 위한 방법의 플로우 다이어그램을 묘사한다.
[0011] 도 3a 내지 도 3d는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 가스들을 분배하기 위한 방법의 다양한 스테이지들에서의 전구체 전달 시스템의 개략적인 표현을 묘사한다.
[0012] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 전구체들을 전달하기 위한 방법의 다양한 스테이지들에서 전구체 전달 시스템을 따르는 압력들의 그래픽 표현을 묘사한다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해, 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있는 것으로 고려된다.
[0014] 본 개시내용의 실시예들은, 기화기로부터 프로세스 챔버로의 안정적인 전구체 전달을 갖는 전구체 전달 시스템을 제공한다. 전달 시스템은 스루풋을 향상시키고, 프로세싱 효율을 개선하고, 전구체의 낭비를 감소시키고, 전구체 전달 라인을 따른 응축을 감소시킨다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 원자 층 증착 챔버에 대하여 설명된다. 그러나, 전구체 전달 시스템은 플라즈마 에칭 챔버들, 화학 기상 증착 챔버들, 주입 챔버들, 또는 다른 챔버들과 같은 다른 타입들의 프로세스 챔버들에서 유용하다. 특히, 본원에 설명된 전구체 전달 시스템은 정확한 유동 타이밍 제어, 및 전달 라인을 따라 압력 강하들을 초래하는 응축 감소를 제공하여, 유량 안정화 시간이 거의 없는(little to no) 방식으로 유동들이 신속하게 펄싱될 수 있어서, 프로세스 균일성 및 결함들의 감소를 촉진하는 매우 안정적인 전구체 전달을 초래한다. 전구체 전달 시스템은, 더 적은 전구체 낭비를 초래하는 다른 가스 전달 시스템들에서 고려되는 바와 같이 전구체들을 포어라인 내로 덤핑하는 것에 의존하지 않는다.
[0015] 도 1은 전구체 전달 시스템(100)의 개략적인 표현을 묘사한다. 시스템(100)은 기화기(102)를 포함한다. 액체 전구체는 LFC(liquid flow controller)(120)를 통해 기화기(102)로 공급된다. 일부 실시예들에서, 가스 소스(121)를 통해 캐리어 가스와 같은 다른 유체들이 기화기(102)로 공급된다. 저장소(104)는 기화기(102)와 유체 연통하여서, 저장소(104)는 기화기(102)의 하류 단부에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 재충전 밸브(122)는 저장소(104)의 상류 단부에 배치된다. 대안적으로, 전구체는 재충전 밸브(122) 없이 기화기(102)로부터 직접적으로 저장소(104)로 공급된다. 다른 전달 시스템들은 전구체들을 전달하기 위해 저장소들을 사용하지 않는다. 저장소들을 사용하지 않는 시스템들은 기화기들로부터 직접적으로 전구체들을 펄싱하는 것에 의존하지만, 저장소가 없는 기화기의 응답 시간은 특정 프로세스들에 대해 전구체들을 펄싱하는 것을 따라갈 정도로 충분히 빠르지 않으며, 이는 부정확한 유동 타이밍 제어를 초래한다는 것이 발견되었다. 프로세스 챔버와 포어라인 사이에서 전구체 유동을 신속하게 스위칭함으로써 전구체를 펄싱하는 것이 가능하다는 것이 또한 발견되었다. 전구체를 전환시키는 것은 전구체를 낭비한다. 저장소를 추가하는 것은 특정 도전과제들을 해결하지만, 동작 동안에, 저장소에 압력이 축적되고, 저압에서 더 낮은 압력의 하류 가스 라인에 대해 개방될 때, 전구체의 온도가 떨어지고 라인 내의 응축의 위험이 있다. 이론에 얽매이지 않고, 유동 제어 밸브들을 배열하고 밸브들의 순차적인 개방 및 폐쇄에 타이밍을 맞추는 것은 가스 라인을 따라 압력 차이들 및 온도 강하들을 감소시켜, 응축의 위험들을 감소시키는 것으로 여겨진다.
[0016] 저장소 밸브(126)는 저장소(104)의 하류에 배치된다. 일부 실시예들에서, 제1 압력 게이지(152)가 저장소(104)의 하류 단부에 그리고 저장소 밸브(126)의 상류에 배치된다. 일부 실시예들에서, 제2 압력 게이지(154)가 저장소 밸브(126)의 하류에 배치된다. 우회(bypass) 밸브(124)가 상부에 배치되어 있는 우회 라인은, 재충전 밸브(122)의 상류 및 저장소 밸브(126)의 하류, 예컨대 제2 압력 게이지(154)(미도시)의 하류 또는 제2 압력 게이지(154)의 상류에 가스 라인을 유동적으로 커플링한다. 우회 라인은 전구체가 저장소(104)를 우회하여 프로세스 챔버(106)로 전달될 수 있게 한다. 버퍼 구역(130)은 저장소 밸브(126)와 최종 밸브(128) 사이에 정의된다. 일부 실시예들에서, 제2 압력 게이지(154)는 버퍼 구역(130)에 커플링된다. 제1 가스 유입구(140)는 버퍼 구역(130) 및 버퍼 밸브(132)에 커플링된다. 제1 가스 유입구(140)는 버퍼 가스들, 예컨대 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 다른 비-반응성 가스들을 전달할 수 있다.
[0017] 일부 실시예들에서, 버퍼 밸브(132)는 배기부에 커플링된 3방향(three-way) 밸브이다. 대안적으로, 포어라인(138)은 배기 밸브(136)에 커플링되며, 그리고 진공 밸브가 개방 포지션에 있을 때, 전구체를 버퍼 구역(130)으로부터 포어라인(138)으로 배기하도록 구성된다. 최종 밸브(128)는 배기 밸브(136)의 하류에서 가스 라인(101)에 커플링되고, 프로세스 챔버(106)에 유동적으로 커플링된다.
[0018] 밸브(146)를 갖는 가스 라인(144) 및 밸브(148)를 갖는 가스 라인(142)과 같은 가스 라인을 따라, 밸브들을 갖는 부가적인 가스 유입구들이 또한 고려된다. 각각의 가스 라인(142, 144)은 비반응성 가스들을 포함하여, 아산화질소(N2O), 산소(O2), 아르곤, 또는 비반응성 가스들을 포함하는 다른 프로세스 가스들과 같은 프로세스 가스들을 전달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 필터(129)가 최종 밸브(128)의 하류에서 가스 라인(101)에 커플링된다. 대안적으로, 필터(129)는 기화기(102)와 저장소(104) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 최종 밸브(128)는 전구체를 포어라인(150)으로 전환시키도록 동작 가능한 3방향 밸브이다. 일부 실시예들에서, 전구체를 배기하기 위해 포어라인(138) 대신에 포어라인(150)이 사용된다. 일부 실시예들에서, 최종 밸브(128)는 양방향 밸브이고, 포어라인(150)에 커플링되지 않는다. 가스 라인(101)은 유입구(109)에서 프로세스 챔버(106)에 커플링된다. 전구체는 프로세스 챔버(106)의 프로세스 볼륨(114) 내의 기판 지지부(108) 상에 배치된 기판(112) 위에 분배된다. 일부 실시예들에서, 전구체는 가스 전달 조립체(110)를 사용하여 분배된다.
[0019] 도 1에 묘사된 전구체 전달 시스템(100)은 도 2를 참조하여 설명된 방법(200)과 같은 방법들에 따라 프로세스 챔버(106)로 전구체들을 전달하는 데 유용하다. 방법(200)의 특정 동작들은 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 묘사된다. 동작(202)에서, 저장소(104)가 제1 압력에 도달할 때까지 전구체가 저장소(104)로 공급된다. 일부 실시예들에서, 제1 압력은 저장소(104)의 하류 단부에 배치된 제1 압력 게이지(152)에 의해 측정된다. 일부 실시예들에서, 제2 압력 게이지(154)에 의해 측정된 바와 같은 버퍼 압력은 제1 압력 게이지(152)에 의해 측정된 바와 같은 저장소 압력보다 약간 더 낮다. 일부 실시예들에서, 전구체는, 제2 압력이 저장소의 제1 압력과 실질적으로 동일하거나 또는 제1 압력보다 약 10% 더 낮을 때, 예컨대 1% 내지 약 10% 더 낮을 때, 버퍼 구역으로 공급된다. 전구체는 저장소(104)의 상류 단부에 배치된 재충전 밸브(122)를 통해 기화기(102)로부터 공급된다. 일부 실시예들에서, 전구체는, 일정한 개방 상태에서, 재충전 밸브(122) 없이 또는 재충전 밸브(122)를 이용하여 기화기(102)로부터 저장소(104)로 직접적으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 저장소에 전구체를 공급하는 것은 LFC(liquid flow controller)를 개방 상태로 포지셔닝하는 것을 포함하며, LFC는 저장소의 상류, 예컨대 기화기(102)의 상류에 배치된다.
[0020] 동작(204)에서, 전구체는, 도 3a에 도시된 바와 같이 개방 상태에 놓인 저장소 밸브(126)를 통해 저장소(104)로부터 버퍼 구역으로 공급된다. 버퍼 구역은 저장소 밸브와 최종 밸브 사이에 정의된다. 버퍼 밸브(132) 및 전환 밸브(136)는 각각, 폐쇄 상태로 유지된다. 일부 실시예들에서, 최종 밸브(128)는 폐쇄 상태에 놓인다. 동작(206)에서, 도 3a에 도시된 바와 같이 개방 상태에 놓인 최종 밸브를 통해 버퍼 구역으로부터 프로세스 볼륨으로 전구체가 공급된다. 일부 실시예들에서, 저장소 밸브(126)를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭하는 것과 실질적으로 동시에 최종 밸브(128)가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되어, 동작들(204 및 206)은 서로 실질적으로 동시에 발생한다. 이론에 얽매이지 않고, 버퍼 가스는 저압으로 배출되고 감소된 압력 강하로 전구체를 끌어당겨 유동시키는 것으로 여겨진다. 동작들(204 및 206)은 프로세스 레시피에 따라, 약 100 밀리초 내지 약 2 초, 예컨대 약 300 밀리초 내지 5 밀리초 동안에 발생한다. 버퍼 가스는 임의의 비-반응성 가스, 예컨대 질소 함유 가스, 예컨대 질소 가스(N2)이다. 일부 실시예들에서, 버퍼 가스는 아르곤 가스를 포함한다.
[0021] 동작(208)에서, 도 3b에 도시된 바와 같이 저장소 밸브(126) 및 최종 밸브(128) 각각은 폐쇄 상태로 스위칭된다. 저장소 밸브(126) 및 최종 밸브(128) 둘 모두는 전구체 유동을 중단시키기 위해 실질적으로 동시에 폐쇄된다. 동작(210)에서, 버퍼 가스는, 도 3b에 또한 도시된 개방 상태에 놓인 버퍼 밸브(132)를 통해 버퍼 구역으로 공급된다. 동작(212)에서, 버퍼 가스는, 도 3b에 도시된 개방 상태에 놓인 전환 밸브(136)를 통해 포어라인으로 전환된다. 일부 실시예들에서, 동작들(208, 210, 및 212)은 서로 실질적으로 동시에 발생한다. 버퍼 구역 내의 잔류 전구체는 배기로 전환된다. 일부 실시예들에서, 저장소 밸브(126) 및 최종 밸브(128)는 동작(208)에서 약 0.5 초 내지 약 3 초, 예컨대 약 1 초 내지 약 2 초 동안에 폐쇄 상태에 있다. 일부 실시예들에서, 동작들(210 및 212)에서, 버퍼 가스는 버퍼 밸브(132)를 통해 버퍼 구역으로 공급되고, 약 50 밀리초 내지 약 550 밀리초, 예컨대 약 100 밀리초 내지 약 500 밀리초 동안에 전환 밸브(136)를 통해 전환된다. 동작들(210 및 212)은 서로 완전히 동시에 또는 적어도 부분적으로 서로 동시에 발생한다. 일부 실시예들에서, 동작(214)은, 버퍼 구역에 전구체가 실질적으로 없을 때 시작된다. 일부 실시예들에서, 저장소 밸브가 폐쇄될 때 저장소 압력은 증가한다. 일부 실시예들에서, 저장소 내의 압력은 저장소(104)의 상류에 배치된 재충전 밸브(122)를 사용하여 제어된다. 예를 들어, 저장소의 압력이 미리 결정된 압력을 초과할 때, 재충전 밸브(122)는 폐쇄 상태로 스위칭된다. 일부 실시예들에서, 저장소의 압력이 미리 결정된 압력 미만으로 떨어질 때, 재충전 밸브(122)는 개방 상태로 스위칭된다. 일부 실시예들에서, 재충전 밸브(122) 및 LFC(120)는, 예컨대 동작(212) 동안에, 전구체가 저장소를 재충전하도록, 개방 상태로 스위칭된다. 재충전 밸브(122)는 저장소 압력을 제어하는 데 사용된다. 이론에 얽매이지 않고, 고속 가스 교환이 있는 프로세스들의 경우, LFC는 저장소에서 사이클간(cycle-to-cycle) 압력 변동을 야기하는 긴 상대적인 응답 시간을 가질 수 있는 것으로 여겨진다. 재충전 밸브(122)를 사용하는 것은 저장소 내의 압력 변동을 감소시키고, 대신에, 압력 변동은 기화기(102) 내에서 유지된다. 대안적으로, 재충전 밸브(122)가 사용되지 않고, LFC(129)는 항상 개방 상태에 있고, 기화기(102)는 저장소(104)를 연속적으로 충전한다. 일부 실시예들에서, 재충전 밸브(122)는 모든 동작들(202 내지 212) 동안에 개방 상태에 있다. 일부 실시예들에서, 버퍼 구역 압력은 동작들(208, 210, 및 212) 동안에 유지된다.
[0022] 동작(214)에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 전환 밸브(136)가 폐쇄 상태로 스위칭된다. 일부 실시예들에서, 잔류 전구체가 버퍼 구역으로부터 배기되면, 전환 밸브(136)는 폐쇄 상태로 스위칭된다. 일부 실시예들에서, 버퍼 밸브(132)는 버퍼 구역(130)을 가압하기 위해 개방 상태로 유지된다. 일부 실시예들에서, 동작(214)은 프로세스 레시피에 따라 약 0.5 초 내지 약 2.5 초, 예컨대 약 0.9 초 내지 약 1.9 초, 예컨대 약 1.2 초 내지 1.7 초 동안에 발생한다.
[0023] 동작(216)에서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 버퍼 밸브(132)가 폐쇄 상태로 스위칭된다. 일부 실시예들에서, 버퍼 구역이 최대 설계 압력과 같은 미리 결정된 압력에 도달할 때, 버퍼 밸브(132)는 폐쇄 상태로 스위칭된다. 따라서, 저장소 배출구에서 일시적인 압력 강하가 최소화되기 때문에, 응축이 감소된다. 일부 실시예들에서, 최종 밸브의 배출구에 유동적으로 커플링된 하류 유입구를 통해 하나 이상의 부가적인 가스들이 공급된다.
[0024] 동작들(202 내지 216)은 순환적으로 반복된다. 일부 실시예들에서, 동작들(202 내지 215)로부터의 사이클 시간은 약 1.5 초 내지 약 5 초, 예컨대 약 2 초 내지 약 3 초이다.
예
[0025] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 전구체들을 전달하기 위한 방법(200)과 같은 방법의 다양한 스테이지들에서 전구체 전달 시스템을 따르는 압력들의 그래픽 표현을 묘사한다. 곡선(PG1)은 시간에 따른 제1 압력 게이지(152)에서의 저장소(104)의 압력을 나타낸다. 곡선(PG2)은 시간에 따른 제2 압력 게이지(154)에서의 버퍼 구역(130)의 압력을 나타낸다. 곡선(402)은, 저장소 밸브가 시간에 따라 폐쇄 포지션에 놓이는 폐쇄 상태(412) 및 저장소 밸브가 시간에 따라 개방 포지션에 놓이는 개방 상태(422)를 포함하는, 저장소 밸브(126)의 상태를 나타낸다. 곡선(404)은 폐쇄 상태(414) 및 개방 상태(424)를 포함하는, 버퍼 밸브(132)의 상태를 나타낸다. 곡선(406)은 폐쇄 상태(416) 및 개방 상태(426)를 포함하는 최종 밸브(128)의 상태를 나타낸다. 곡선(408)은 폐쇄 상태(418) 및 개방 상태(428)를 포함하는 전환 밸브(136)의 상태를 나타낸다.
[0026] 시간들(t0, t1, t2, t3, 및 t4)은 방법(200)에서 설명된 프로세스 동작들에 대응한다. 특히, t0 이전에, 저장소, 버퍼 및 최종 밸브들 각각은 예컨대 동작(202)에서 폐쇄 포지션에 있다. t0에서, 저장소 압력(PG1)은 약 30 torr의 설계 압력에 도달한다. 저장소의 사이즈 및 전구체 타입에 기초하여 다른 설계 압력들, 예컨대 약 20 torr 내지 약 50 torr의 압력들이 또한 고려된다. 일부 실시예들에서, t0에서, 저장소 압력과 버퍼 구역 압력은 실질적으로 동일하며, 예컨대 서로 10% 이내이다. 저장소 밸브 및 최종 밸브는 각각 개방 상태로 포지셔닝되는 한편, 버퍼 밸브 및 전환 밸브 각각은 동작들(204 및 206)에서 설명된 바와 같이 폐쇄 상태로 유지된다. t0과 t1 사이에서 알 수 있는 바와 같이, 저장소의 압력 및 버퍼 구역의 압력이 감소된다. t1에서, 저장소 밸브 및 최종 밸브는 각각 폐쇄 상태로 스위칭되는 한편, 버퍼 밸브 및 전환 밸브는 각각, 동작들(208, 210, 및 212)에서 설명된 바와 같이 개방 상태로 스위칭된다. 이는, 버퍼 구역 압력(PG2)이 t1과 t2 사이에서 실질적으로 유지되는 동안에, 저장소 압력(PG1)의 상승을 초래한다. t2에서, 전환 밸브는 동작(214)에서 설명된 바와 같이 폐쇄 상태로 스위칭된다. 저장소 압력은 계속 증가하고, 버퍼 구역 압력은 t2와 t3 사이에서 증가한다. t3에서, 버퍼 밸브는 동작(216)에서 설명된 바와 같이 폐쇄 상태로 스위칭된다. t4에서, 버퍼 구역(PG2)의 압력이 저장소(PG1)의 압력과 실질적으로 동일하거나 그보다 약간 더 낮을 때, t0으로부터 동작들이 반복된다. t0 및 t4로부터 알 수 있는 바와 같이, 저장소 배출구 압력(PG1)과 버퍼 구역 압력들(PG2)은 항상 서로 20% 이내, 예컨대 서로 10% 이내, 예컨대 서로 5% 이내로 유지된다.
[0027] 요약하면, 기화기로부터 프로세스 챔버로의 안정적인 전구체 전달을 갖는 전구체 전달 시스템이 제공된다. 전달 시스템은 스루풋을 향상시키고, 프로세싱 효율을 개선하고, 전구체의 낭비를 감소시키고, 전구체 전달 라인을 따른 응축을 감소시킨다. 본원에 설명된 전구체 전달 시스템은 정확한 유동 타이밍 제어, 및 전달 라인을 따른 압력 강하들에 의해 야기되는 응축 감소를 제공하여, 유량 안정화 시간이 거의 또는 전혀 없게 하는 방식으로 유동들이 신속하게 펄싱될 수 있어서, 프로세스 균일성 및 결함들의 감소를 촉진하는 매우 안정적인 전구체 전달을 초래한다. 전구체 전달 시스템은, 다른 가스 전달 시스템들에서 고려되는 바와 같이 전구체들을 포어라인 내로 덤핑하는 것에 의존하지 않아서, 더 적은 전구체 낭비를 초래한다. 특히, 저장소 및 가스 라인을 따라 배치된 복수의 밸브들을 사용하는 것은, 저장소 및 버퍼 구역 압력들 각각을 미리 결정된 압력 범위 내에 그리고 더 중요하게는 서로에 대해 미리 결정된 압력 범위 내에 유지함으로써 향상된 프로세스 제어를 가능하게 한다. 따라서, 저장소 압력이 높을 때, 밸브들은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 스위칭된다. 가스 라인의 특정 영역들(예를 들어, 버퍼 구역)은, 예컨대 가스 라인에 대해 저장소를 개방하기 전에, 버퍼 가스를 사용하여 가압되며, 이는 프로세싱의 다양한 스테이지들에서 저장소로부터 가스 라인으로의 압력 강하를 감소시킨다. 개방 상태로부터 폐쇄 상태로의 각각의 밸브의 스위칭은 프로세스 레시피에 기초하여 타이밍이 맞춰지거나, 또는 버퍼 구역 내의 압력 게이지 판독치들에 기초하여 자동으로 스위칭된다. 전구체 유동 타이밍 제어가 크게 향상되고, 가스 라인에 걸친 압력 차이가 또한 향상되어, 압력 강하들과 연관된 응축을 감소시킨다.
[0028] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 부가적인 실시예들이, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 전구체 전달 시스템으로서,
    기화기;
    상기 기화기와 유체 연통(fluid communication)하는 상류 단부를 포함하는 저장소(reservoir);
    상기 저장소의 하류 단부와 유체 연통하는 저장소 밸브;
    상기 저장소 밸브의 하류에 배치된 최종 밸브;
    상기 저장소 밸브와 상기 최종 밸브 사이에 정의된 버퍼 구역; 및
    상기 버퍼 구역에 커플링된 제1 가스 유입구를 포함하고, 상기 제1 가스 유입구는 버퍼 밸브에 커플링되는,
    전구체 전달 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기화기의 상류 단부에 커플링된 LFC(liquid flow controller)를 더 포함하는,
    전구체 전달 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 저장소의 하류 단부에 근접한 제1 압력 게이지를 더 포함하는,
    전구체 전달 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 버퍼 구역에 커플링된 제2 압력 게이지를 더 포함하는,
    전구체 전달 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 버퍼 구역에 커플링된 배기 밸브를 더 포함하는,
    전구체 전달 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 버퍼 밸브는 3방향(three-way) 밸브이고, 상기 버퍼 밸브는 포어라인(foreline)으로 전환(divert)하도록 동작 가능한,
    전구체 전달 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 최종 밸브는 3방향 밸브이고, 상기 최종 밸브는 포어라인으로 전환하도록 동작 가능한,
    전구체 전달 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 최종 밸브는 프로세스 챔버에 연통 가능하게 커플링되는,
    전구체 전달 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    우회(bypass) 라인을 더 포함하고, 상기 우회 라인은 상기 기화기를 상기 버퍼 구역에 유동적으로 커플링하고, 상기 우회 라인은 우회 밸브를 포함하는,
    전구체 전달 시스템.
  10. 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법으로서,
    저장소가 제1 압력에 도달할 때까지 상기 저장소에 전구체를 공급하는 단계;
    개방 상태에 놓인 저장소 밸브를 통해 상기 저장소로부터 버퍼 구역으로 상기 전구체를 공급하는 단계 ― 상기 버퍼 구역은 상기 저장소 밸브와 최종 밸브 사이에 정의됨 ― ;
    개방 상태에 놓인 상기 최종 밸브를 통해 상기 버퍼 구역으로부터 상기 프로세스 볼륨으로 상기 전구체를 공급하는 단계;
    상기 저장소 밸브 및 상기 최종 밸브 각각을 폐쇄 상태로 스위칭하는 단계;
    개방 상태에 놓인 버퍼 밸브를 통해 버퍼 가스를 상기 버퍼 구역으로 공급하는 단계;
    개방 상태에 놓인 전환 밸브를 통해 상기 버퍼 가스를 포어라인으로 전환시키는 단계;
    상기 전환 밸브를 폐쇄 상태로 스위칭하는 단계; 및
    상기 저장소 밸브를 폐쇄 상태로 스위칭하는 단계를 포함하는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 저장소에 상기 전구체를 공급하는 단계는, 상기 저장소의 상류 단부에 배치된 재충전 밸브를 통해 가스를 공급하는 단계를 포함하는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 저장소에 상기 전구체를 공급하는 단계는, LFC(liquid flow controller)를 개방 상태로 포지셔닝하는 단계를 더 포함하고, 상기 LFC는 상기 저장소의 상류에 배치되는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 LFC는 기화기의 상류에 배치되고, 상기 기화기는 상기 저장소의 상류에 배치되는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 저장소 밸브 및 상기 하류 밸브는 동시에 개방 상태에 놓이는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 버퍼 구역은 제2 압력을 포함하고, 상기 전구체는, 상기 제2 압력이 상기 저장소의 제1 압력과 실질적으로 동일하거나 상기 저장소의 제1 압력보다 10% 미만으로 더 낮을 때 상기 버퍼 구역으로 공급되는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 버퍼 가스는 질소 함유 가스인,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 전환 밸브를 폐쇄 상태로 스위칭하는 단계는 상기 버퍼 구역의 압력을 증가시키는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 최종 밸브의 배출구에 유동적으로 커플링된 하류 유입구를 통해 하나 이상의 부가적인 가스들을 도입하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버의 프로세스 볼륨에 전구체들을 공급하는 방법.
  19. 기판 프로세싱 시스템으로서,
    기판을 프로세싱하기 위한 프로세스 볼륨을 포함하는 프로세스 챔버 ― 상기 프로세스 챔버는 가스 유입구를 가짐 ―; 및
    상기 가스 유입구에 유동적으로 커플링된 가스 분배 조립체를 포함하고, 상기 가스 분배 조립체는,
    기화기;
    상기 기화기와 유체 연통하는 상류 단부를 포함하는 저장소;
    상기 저장소의 하류 단부와 유체 연통하는 저장소 밸브;
    상기 저장소 밸브의 하류에 배치된 최종 밸브;
    상기 저장소 밸브와 상기 최종 밸브 사이에 정의된 버퍼 구역; 및
    상기 버퍼 구역에 커플링된 버퍼 가스 유입구를 포함하고, 상기 버퍼 가스 유입구는 버퍼 밸브에 커플링되는,
    기판 프로세싱 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 가스 유입구에 유동적으로 커플링된 하류 가스 유입구를 더 포함하고, 상기 하류 가스 유입구는 부가적인 프로세스 가스들을 상기 프로세스 볼륨으로 전달하도록 구성되는,
    기판 프로세싱 시스템.
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