KR20210032279A - 반응물 증발 시스템용 가열 구역 분리 - Google Patents

반응물 증발 시스템용 가열 구역 분리 Download PDF

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칼 루이스 화이트
에릭 제임스 시로
카일 폰뒤룰리아
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

온도 구역 제어 시스템들과 관련된 시스템들 및 방법들은, 적어도 부분적으배기되도록 구성된 반응물 소스 캐비닛, 내부에 고체 소스 케미컬 반응물을 보유하도록 구성된 용기 베이스, 및 상기 용기 베이스의 원위 부분에 연결된 뚜껑을 포함할 수 있다. 상기 뚜껑은 하나 이상의 뚜껑 밸브들을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 가스 소스에서 상기 용기로 가스를 전달하도록 구성된 복수의 가스 패널 밸브들을 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 하나 이상의 뚜껑 밸브들을 가열하도록 구성된 가열 요소를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 열 차폐부를 포함할 수 있으며, 그 제1 부분은 하나 이상의 뚜껑 밸브들과 상기 용기 베이스 사이에 배치된다. 상기 열 차폐부의 제2 부분은 제1 가열 요소와 복수의 가스 패널 밸브들 사이에 배치될 수 있다.

Description

반응물 증발 시스템을 위한 가열 구역 분리{HEATING ZONE SEPARATION FOR REACTANT EVAPORATION SYSTEM}
우선권 출원 참조에 의한 통합
본 출원과 함께 출원된 출원 자료서에서 외국 또는 국내 우선권 주장이 확인된 모든 출원은 37 CFR 1.57에 의거 본원에 참조로 통합된다.
통상적인 고체 또는 액체 소스 반응물 전달 시스템은, 하나 이상의 가열 요소 및/또는 냉각 요소를 포함하는 시스템 내에 배치된다. 용기는 기화될 화학 물질 반응물을 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 용기 유출구를 통해 그리고 최종적으로 반응 챔버로 캐리어 가스를 따라 반응물 증기를 옮긴다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 반도체 처리 설비를 포함하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 화학 물질 증기를 전달하기 위한 기화 시스템에 관한 것이다.
온도 구역 제어 시스템의 일부 구현예는, 적어도 부분적으로 배기되도록 구성되는 반응물 소스 캐비닛을 포함할 수 있다. 시스템은 고체 소스 화학 물질 반응물을 내부에 보유하도록 구성된 용기 베이스를 포함할 수 있다. 용기 베이스는 또한 반응물 소스 캐비넷 내에 배치되도록 구성될 수 있다. 시스템은 용기의 원위 부분에 결합되는 뚜껑을 포함할 수 있고, 상기 뚜껑은 하나 이상의 뚜껑 밸브를 포함할 수 있다. 시스템은, 가스 소스로부터 용기로 가스를 전달하도록 구성되는 복수의 가스 패널 밸브를 포함할 수 있다. 시스템은 하나 이상의 뚜껑 밸브를 가열하도록 구성된 제1 가열 요소(예, 히터)를 포함할 수 있다. 시스템은, 제1 부분 및 제2 부분을 포함한 열 차폐부를 포함할 수 있다. 제1 부분은 하나 이상의 뚜껑 밸브 및 용기 베이스 사이에 배치될 수 있다. 제2 부분은 제1 가열 요소와 복수의 가스 패널 밸브 사이에 배치될 수 있다. 열 차폐부는, 예를 들어 뚜껑으로부터 용기 베이스로의 열 전달을 (열 차폐부가 없는 비교할 만한 시스템에 대해) 방지, 억제 또는 감소시킴으로써, 뚜껑 밸브로부터 용기 베이스로의 열 전달을 방해하도록 구성되어 있을 수도 있다.
본 명세서에 기술된 주제를 하나 이상의 구현한 것에 대한 세부 사항은 첨부 도면 및 이하의 설명에 기재되어 있다. 다른 특징부, 양태 및 장점은 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다. 이 발명의 내용 및 다음의 상세한 설명은 본 발명의 주제의 범주를 정의하거나 제한하도록 주장하지 않는다.
본 개시의 이들 및 다른 양태는 하기 설명, 첨부된 청구 범위, 및 도면으로부터 당업자에게 쉽게 명백해질 것이고, 이는 예시하기 위해 의도되며 본 발명을 제한하기 위함은 아니다.
도 1은 일부 구성에 따른 예시적인 온도 구역 제어 시스템을 나타낸다.
도 2는 일부 구성에 따라 다른 예시적인 온도 구역 제어 시스템을 나타낸다.
도 3은 일부 구성에 따른 온도 구역 제어 시스템의 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3의 온도 구역 제어 시스템의 측면 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 3의 온도 구역 제어 시스템의 후면 사시도를 나타낸다.
도 6은 반응물 소스 캐비넷을 갖는 온도 구역 제어 시스템의 정면 사시도를 나타낸다.
도 7은 일부 구성에 따라, 반응물 소스 캐비넷 내의 열 차폐부의 사시도를 나타낸다.
도 8은 일부 구성에 따른 열 차폐부의 사시도를 나타낸다.
도 9는 일부 구현예에 따라, 반응물 소스 캐비넷 내에서 열 전달을 제어하는 방법을 나타낸다.
본원에 제공된 표제는 존재하는 경우, 단지 편의를 위한 것이며 청구된 발명의 범주 또는 의미에 반드시 영향을 주지 않는다. 기화 또는 승화된 반응물을 용량이 큰 증착 모듈에 전달하기 위한 시스템 및 관련 방법론을 본원에 설명한다.
다음의 상세한 설명은 청구 범위의 이해를 돕기 위해 특정 구현예를 상세히 설명한다. 그러나, 청구범위에 의해 정의되고 다루어지는 바와 같이, 다수의 상이한 구현예 및 방법으로 누구나 본 발명의 주된 요지를 실시할 수 있다.
화학 물질 반응물 또는 고체 소스 전달 시스템은 고체 또는 액체 소스 용기 및 히터(예, 복사 열 램프, 저항성 히터 및/또는 기타)을 포함할 수 있다. 용기는 소스 전구체(또한 "화학 물질 전구체"라고도 지칭될 수 있음)를 포함하며, 고체(예, 분말 형태) 또는 액체일 수 있다. 히터는 용기를 가열하여 용기에서 화학 물질 반응물로의 전구체 기화 및/또는 승화를 용이하게 한다. 용기는 캐리어 가스(예, 질소)가 용기를 통해 흐르도록 유입구 및 유출구를 가질 수 있다. 예로서, 유입구 및/또는 유출구는 밸브를 포함할 수 있다(이러한 밸브는 본원에서 "뚜껑 밸브"로서 지칭될 수 있음). 캐리어 가스는 불활성일 수 있고, 예를 들어 질소, 아르곤, 또는 헬륨일 수 있다. 일반적으로, 캐리어 가스는 용기 유출구를 통해 최종적으로 반응 챔버에 캐리어 가스와 함께 반응물 증기(예, 기화 또는 승화된 화학 물질 반응물)를 전달시킨다. 반응 챔버는 기판 상에 증착을 하기 위한 것일 수 있다. 용기는 통상적으로 용기 외부로부터 용기의 내용물을 유체 격리하기 위한 격리 밸브를 포함한다. 하나의 격리 밸브를 용기 유입구의 상류에 배치할 수 있고, 다른 하나의 차단 밸브를 용기 유출구의 하류에 배치할 수 있다. 일부 구현예의 소스 용기는, 승화기를 포함하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 또는 이로 구성된다. 이와 같이, "소스 용기"를 본원에서 언급하는 경우, ("고체 소스 화학 물질 승화기"와 같은) 승화기를 또한 명시적으로 고려한다.
화학 기상 증착법(CVD)은 반도체 산업에서 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 물질의 박막을 형성하는 공정으로 알려져 있다. CVD 내에서, 상이한 반응물 화학 물질의 반응물 증기("전구체 가스" 포함)를 반응 챔버 내 하나 이상의 기판으로 전달한다. 많은 경우에, 반응 챔버는 (서셉터와 같은) 기판 홀더 상에 지지되는 단일 기판만을 포함하며, 기판 및 기판 홀더는 원하는 공정 온도로 유지된다. 통상적인 CVD 공정에서, 상호 반응성 반응물 증기는 서로 반응하여 기판 상에 박막을 형성하며, 성장 속도는 반응물 가스의 온도와 양에 관련된다. 일부 변수로서, 증착 반응을 구동하기 위한 에너지는 플라즈마에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 공급된다.
일부 응용에서, 반응물 가스는 반응물 소스 용기에서 가스 형태로 저장된다. 이러한 용도에서, 반응물은 보통 약 1 기압 및 실온의 표준 압력과 온도에서 가스이다. 이러한 가스의 예는 질소, 산소, 수소 및 암모니아를 포함한다. 그러나 일부 경우에, 표준 압력 및 온도에서 액체 또는 고체인 소스 화학 물질(예, 염화하프늄, 산화하프늄, 이산화지르코늄 등)의 증기("전구체")를 사용한다. 일부 고체 물질(본원에서 "고체 소스 전구체", "고체 화학 물질 반응물", 또는 "고체 반응물")에 대해 실온에서의 증기압은 매우 낮아서, 이들은 반응 공정을 위한 충분한 양의 반응물 증기를 생성하기 위해서 매우 낮은 압력에서 통상 가열되고/되거나 유지된다. 일단 기화(예, 승화 또는 증발)되는 경우, 기상 반응물은 처리 공정을 통해 기화 온도에서 또는 기화 온도보다 높게 유지되어서, 기상 반응물을 반응 챔버에 전달하는 것과 연관된 밸브, 필터, 도관 및 다른 구성 요소에서의 바람직하지 않은 응축을 방지할 수 있다. 이렇듯 자연스럽게 고체 또는 액체 물질로부터의 기상 반응물은 다양한 다른 산업에서의 화학 반응에 유용하다.
원자층 증착법(ALD)은 기판 상에 박막을 형성하기 위해 알려진 또 다른 공정이다. 많은 응용 분야에서, ALD는 전술한 바와 같이 고체 및/또는 액체 소스 화학 물질을 사용한다. ALD는 기상 증착법의 유형으로 사이클로 수행되는 자기-포화 반응을 통해 막을 형성한다. 막 두께는 수행되는 사이클의 수에 의해 결정된다. ALD 공정에서 기상 전구체는 기판 또는 웨이퍼에 교대로 및/또는 반복적으로 공급되어 기판 상에 물질의 박막을 형성한다. 하나의 반응물은 기판 상에 자기-제한 공정으로 흡착한다. 이후 펄스화된 상이한 반응물은 상기 흡착된 물질과 반응하여 원하는 물질의 단일 분자층 이하를 형성한다. 리간드 교환 또는 제거 반응과 같이, 흡착된 종 사이에서 적절하게 선택된 시약으로 상호 반응을 통해 분해가 발생할 수 있다 일부 ALD 반응에서, 하나의 분자 단층 이하가 사이클마다 형성된다. 목표 두께가 달성될 때까지 더 두꺼운 막을 반복된 성장 사이클을 통해 제조한다.
일부 ALD 반응에서, 상호 반응성인 반응물은 상이한 반응물에 대한 기판의 노출 사이에서 개입하는 제거 공정으로 기상에서 분리를 유지한다. 예를 들어, 시간 분할 ALD 공정에서, 통상 퍼지 또는 펌프 다운 단계에 의해 분리되는 펄스로 반응물을 정지 기판에 제공하고; 공간 분할 ALD 공정에서 상이한 반응물을 갖는 구역을 통해 기판을 이동시키고; 일부 공정에서 공간 분할 및 시간 분할 ALD 모두의 양태를 조합할 수 있다. 일부 변이 또는 하이브리드 공정은, 정상적인 ALD 파라미터 윈도우 밖의 증착 조건을 선택하고/선택하거나 기판에 노출되는 중에 상호 반응성인 반응물 사이에서 약간 중첩시킴으로써 약간의 CVD 유사 반응을 허용함을 당업자는 이해할 것이다.
반응물 소스 용기는 일반적으로 용기 유입구 및 용기 유출구로부터 연장되는 가스 라인, 라인 상의 격리 밸브, 및 밸브 상의 피팅을 공급받고, 피팅은 나머지 기판 처리 장치의 가스 흐름 라인에 연결되도록 구성된다. 이러한 구성 요소 상에 반응물 증기가 응축되고 증착되는 것을 방지하기 위해, 반응물 소스 용기와 반응 챔버 사이에서의 다양한 밸브 및 가스 흐름 라인을 가열하기 위한 하나 이상의 추가 히터를 제공하는 것이 보통 바람직하다. 따라서, 소스 용기와 반응 챔버 사이의 가스 운반 구성 요소는, 온도가 반응물의 기화/응축/승화 온도 이상으로 유지되기 때문에, "핫"으로 자주 지칭된다.
본원에 설명된 바와 같이 소스 전구체로 반응물 소스 용기를 충전하기 위해 다양한 용기가 포함될 수 있다. 종래에는, 반응기 시스템에 배치된 동안 재충전되는 용기가 본원의 구현예에 적합하지만, 재충전하기 위해 소스 용기는 반응기 시스템으로부터 제거된다. 반응기 시스템의 캐비넷은, 예를 들어 진공 조건에서 하나 이상의 용기를 포함할 수 있다. 게다가, 일부 구현예에 따른 용기는 반응기 시스템 근처에, 인접하여, 또는 반응기 시스템 내에 배치될 수 있다. 반응기 시스템에 근접하게 용기를 갖는 것은, 긴 파이프에 대한 필요성을 감소시킬 수 있고, 파이프 내부 응축 가능성을 감소시킬 수 있고, 또는 불필요한 유체 요소의 필요성을 감소시킬 수 있다. 다양한 구성을 참조하여 본원에서 추가 특징부를 설명한다.
다양한 가열 및/또는 냉각 요소가 일부 구현예의 화학 물질 반응물 또는 고체 소스 전달 시스템에 포함될 수 있기 때문에, 시스템을 두 개 이상의 열 구역으로 분리하는 것은 구역(들)이 추가 가열 또는 냉각을 얻는 요소를 제어하는 데 유리할 수 있다. 열 구역 사이에 격리가 유지되지 않는 경우, 가열 및/또는 냉각 요소 사이에 열적 크로스 토크 위험이 있을 수 있고, 이는 불량하거나 부정확한 온도 제어를 초래할 수 있다. 또한, 열 구역 사이에서 열적 연통(예, 복사선)의 충분한 제어가 없다면, 일부 시스템 구성 요소는 원하는 것보다 더 많거나 더 적게 가열되거나 냉각될 수 있고, 반응물의 원하지 않는 분해 또는 응축으로 이어질 수 있어서, 시스템을 손상시킬 수 있다. 하류 구성 요소(예, 가스 라인, 밸브, 필터 등)는 전술한 바와 같이 승화된 화학 물질의 응축을 방지하기 위해 더 높은 온도로 제어될 수 있다. 가열 시스템은 또한 승화된 화학 물질을 과열시켜서 분해가 발생할 수 없어야 한다.
다수의 가열 및/또는 냉각 소스를 정밀하고 정확하게 제어하는 것은, 예를 들어 상이한 복사선 구역일 수 있는 다양한 반응기 및/또는 용기 구성 요소 간의 열적 크로스 토크때문에 일반적으로 어렵다. 이는 각 구역의 경쟁 제어를 초래할 수 있다. 추가적으로, 하나의 열 구역에서의 온도를 모니터링 및/또는 제어하고자 하는 온도 센서, 예컨대 열전대는 다른 열 구역으로부터 복사되는 열에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 고체 전구체 전달 시스템의 다양한 구성 요소의 정밀한 온도 제어 없이, 고온 및 저온 스폿은 증기 전달 시스템에 존재할 수 있고, 이는 (예를 들어, 밸브, 파이프, 필터 등에서) 반응물의 응축 및/또는 분해를 초래할 수 있다.
하나 이상의 열 차폐부를 시스템에 배치함으로써, 열 복사는 원하는 구성 요소를 향해 유도될 수 있으면서 다른 열 구역에서의 다른 구성 요소를 동시에 격리한다. 따라서, 우수한 온도 제어가 달성될 수 있다. 열 차폐부는 다양한 형태, 예를 들어 본원에서 더욱 상세히 설명하는 반사 패널과 같이, 열 구역 사이에 배치되는 반사 패널을 취할 수 있다. 반사 패널은 하나 이상의 가열 요소로부터의 복사 열을 반사시키도록 조정된 시트 금속(예, 스테인리스 강)을 포함할 수 있다.
일반적으로, 화학 물질 전구체는 고체 상태에서 용기 내에 함유(예, 저장)될 수 있고, 승화 또는 기화되어 다른 위치(예를 들어, 증착 모듈 또는 반응 챔버)로 전달될 수 있다. 일부 구성에서, 캐리어 가스는 증발된 화학 물질 전구체를 용기로부터 다른 위치(예를 들어, 증착 모듈 또는 반응 챔버)로 운반하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 용기의 베이스는 (예를 들어, 전구체를 고체로서 유지하기 위해) 바람직하게는 비교적 낮은 온도에 있을 수 있고, 용기의 뚜껑은 (예를 들어, 전구체가 기상으로 들어가 다른 장소로, 예컨대 증착 모듈 또는 반응 챔버로 쉽게 이송되는 것을 용이하게 하면서, 밸브와 하류 흐름 경로에서의 응축을 최소화하거나 방지하도록) 바람직하게 비교적 높은 온도에 있을 수 있다.
도 1은 일부 구성에 따른 예시적인 온도 구역 제어 시스템(100)을 나타낸다. 온도 구역 제어 시스템(100)은 반응물 소스 캐비넷(110), 반응물 소스 용기(120), 및 열 차폐부(150)를 포함할 수 있다. 반응물 소스 캐비넷(110) 내에서, 온도 구역 제어 시스템(100)은 제1 가열 요소(예컨대, 히터)(142) 및 제2 가열 요소(예컨대, 히터)(144)를 포함할 수 있다. 제1 가열 요소(142)는 하나 이상의 뚜껑 밸브(132)에 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 제2 가열 요소(144)는 하나 이상의 가스 패널 밸브(134)를 가열하도록 구성될 수 있다. 온도 구역 제어 시스템(100)은 본원에 설명된 하나 이상의 추가 요소를 포함할 수 있다. 열 차폐부(150)는, 제1 부분(150a) 및 제2 부분(150b)을 포함할 수 있다. 제2 부분(150b)은, 뚜껑 밸브(132)에서 용기 베이스(124)로의 열 전달을 (예를 들어, 열 차폐부(150)없는 견줄만한 시스템에 대해) 방해할 수 있다(예, 억제하거나, 방지하거나, 또는 줄일 수 있음). 온도 구역 제어 시스템(100)은 반응기 시스템(미도시)을 포함할 수 있다.
반응물 소스 캐비넷(110)은, 근위 방향(104) 및 원위 방향(108)으로 연장되는 캐비넷 축을 정의할 수 있다. 반응물 소스 용기(120)는 열 차폐부(150)의 적어도 일부에 근위 배치될 수 있다. 제1 가열 요소(142) 및/또는 제2 가열 요소(144) 중 적어도 하나는 반응물 소스 용기(120)의 원위에 배치될 수 있다. 제1 부분(150a)은 캐비넷 축에 대략 평행하게 배치될 수 있다. 제2 부분(150b)은 제1 부분(150a)과 가로 방향으로(예, 직각으로) 배치될 수 있다. 제1 부분(150a) 및/또는 제2 부분(150b)은 해당 플레이트를 포함할 수 있지만, 다른 구조체(예, 블록, 커튼, 네트 등)가 사용될 수 있다.
열 차폐부(150)는 두 개 이상의 열 구역을 생성하도록 구성될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 온도 구역 제어 시스템(100)은 제1 열 구역(160), 제2 열 구역(164), 및 제3 열 구역(168)을 포함할 수 있다. 제1 열 구역(160) 및/또는 제2 열 구역(164)은 제2 부분(150b) 및/또는 제3 열 구역(168)의 원위에 배치될 수 있다. 제1 열 구역(160)은 제1 부분(150a)을 가로질러 제2 열 구역(164)과 횡방향으로 대향하여 배치될 수 있다. 열 차폐부(150)의 제2 부분(150b)은, 하나 이상의 뚜껑 밸브(132)가 통과할 수 있게 하는 갭을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구성에서, 하나 이상의 뚜껑 밸브(132)의 원위 부분은 제2 열 구역(164)에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 가스 패널 밸브(134)는 반응물 소스 캐비넷(110)의 내부 표면에 결합될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 가스 패널 밸브(134)는 제1 열 구역(160) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 뚜껑 밸브(132)와 가스 패널 밸브(134)의 일부는 별도의 열 구역에 배치될 수 있다. 가스 패널 밸브(134)는 유출구(및 상기 유출구를 통해 가스 흐름을 조절하는 임의의 뚜껑 밸브(132))의 하류 및 반응 챔버의 상류에 배치될 수 있다. 가스 패널 밸브(134)는 반응 챔버로의 반응물 흐름을 제어할 수 있다.
반응물 소스 용기(120)는 용기 베이스(124) 및 이에 결합된 용기 뚜껑(128)을 포함할 수 있다. 용기 뚜껑(128)은, 하나 이상의 뚜껑 밸브(132), 예를 들어 유입구 밸브 및/또는 유출구 밸브를 포함할 수 있다. 용기 뚜껑(128) 및/또는 용기 베이스(124)는 열 차폐부(150)의 제2 부분(150b)에 근위 배치될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 반응물 소스 용기(120)(예, 용기 베이스(124), 용기 뚜껑(128))의 적어도 일부는 제3 열 구역(168) 내에 배치된다. 따라서, 뚜껑 밸브(132), 가스 패널 밸브(134), 및 반응물 소스 용기(120)의 부분은 상이한 열 구역에 배치될 수 있다.
반응물 소스 용기(120)는 화학 물질 반응물, 예를 들어 고체 또는 액체 소스 전구체를 포함할 수 있다. "고체 소스 전구체"는 본 개시의 관점에서 당업계에서 관습적이고 통상적인 의미를 갖는다. 이는 표준 조건(예, 실온 및 대기압) 하에서 고체인 소스 화학 물질을 지칭한다. 반응물 소스 용기(120)는 근위 방향(104) 및 원위 방향(108)으로 연장되는 용기 축을 정의할 수 있다(예, 캐비넷 축에 평행할 수 있음). 용기 축은 도 1을 참조하여 "상방" 및 "하방"으로 배향될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 용기 베이스(124)는 용기 뚜껑(128)에 근위 배치된다. 도 1은 본원에 설명된 바와 같이, 반응물 소스 용기(120)가 담을 수 있는 요소의 갯수를 제한하는 것으로 보여져서는 아니 된다. 일부 구현예에서, 용기 뚜껑(128)은 용기 베이스(124)에 기계적으로 부착되도록 조정된다. 이는 부착 장치(예, 볼트, 스크류 등) 중 하나 이상을 사용하여 수행될 수 있다. 특정 구현예에서, 용기 뚜껑(128)과 용기 베이스(124)를 가스 밀폐 방식으로 기계적으로 부착한다. 일부 구현예에서, 용기 뚜껑(128)은 용기 베이스(124) 상에 탈착 가능하게 고정된다. 본원에 설명된 바와 같은 반응물 소스 캐비넷(110)은 진공 조건에서 그 내용물을 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에 따라 반응물 소스 용기(120)를 진공에 배치하는 것은, 예를 들어 열이 주로 원위(108)에서 근위(104) 부분으로 용기 축을 따라 전도되도록 반응물 소스 용기(120)의 온도 구배로서 유지하는 것을 용이하게 할 수 있다.
반응물 소스 용기(120)는 하나 이상의 냉각 요소(미도시) 및/또는 가열 요소(예, 가열 막대, 가열 필라멘트, 가열 플레이트 등과 같은 히터), 예컨대 제1 가열 요소(142) 및 제2 가열 요소(144)를 포함할 수 있다. 냉각 요소(예, 물 냉각기 또는 냉각 플레이트)는 용기 베이스(124)의 근위 부분 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 가열 요소(142, 144)(예, 가열 막대, 가열 필라멘트, 가열 플레이트 등)는 용기 뚜껑(128)의 원위 부분 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 가열 및/또는 냉각 요소의 사용은 온도 구배 및/또는 온도의 보다 정밀한 제어를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 요소(들)는 용기 베이스(124)의 근위에 배치된다. 하나 이상의 냉각 요소는 용기 베이스(124)와 인접하여(예를 들어, 접촉하여) 배치될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 냉각 요소는 용기 뚜껑(128)에 대해 용기 베이스(124)를 우선적으로 냉각시킬 수 있고, 따라서 용기(120)의 근위 부분에서 용기의 원위 부분으로 온도 구배를 형성한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 가열 요소는 용기 뚜껑(128)의 원위에 배치될 수 있다. 냉각 요소는 유체 냉각된 요소(예, 냉각수, 냉각 공기 등)를 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 가열 요소는 히터를 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 가열 요소(142, 144)는, 복사선을 통해 (예를 들어, 제2 가열 요소(144)에 의해 가열될 수 있는) 용기 뚜껑(128)의 하나 이상의 뚜껑 밸브(132) 및/또는 (예를 들어, 제2 가열 요소(144)에 의해 가열될 수 있는) 하나 이상의 가스 패널 밸브(134)와 같은 온도 구역 제어 시스템(100)의 각각의 요소를 가열하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 요소는 전도를 통해 용기 뚜껑(128) 및/또는 하나 이상의 뚜껑 밸브(132), 가스 패널 밸브(134), 및/또는 온도 구역 제어 시스템(100)의 다른 요소를 가열할 수 있다.
용기 뚜껑(128)에 대한 용기 베이스(124)의 높이의 비는, 온도 구배가 유리하게 용기 뚜껑(128)의 하나 이상의 뚜껑 밸브(132) 내에 또는 그 사이에 형성될 수 있도록 하여, 용기 뚜껑(128)의 뚜껑 밸브(132)의 응축을 최소화하거나 방지하기 위해, 가령 충분히 높은 온도에서(예, 제2 임계 온도 이상) 이들 밸브를 유지하면서, 베이스(124)가 그 안에 액체 또는 고체 소스 전구체를 포함하기 위해 충분히 낮은 온도로 유지한다. 용기 뚜껑(128)의 높이에 대한 용기 베이스(124)의 높이의 비는, 약 1 초과, 약 1.5 초과, 약 2 초과, 약 3 초과, 약 4 초과, 약 5 초과, 약 6 초과, 약 8 초과, 약 10 초과, 약 12, 초과, 약 15 초과, 이들 사이의 임의의 값 초과일 수 있거나 이 안에 종점을 갖는 임의 범위 내에 있을 수 있고, 예를 들어 약 1 내지 2, 1 내지 5, 1 내지 10, 2 내지 5, 2 내지 10, 2 내지 15, 5 내지 10, 5 내지 15, 또는 10 내지 15이다. 용기 베이스(124) 및/또는 용기 뚜껑(128)은 세라믹, 금속, 또는 다른 구조 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 온도 구역 제어 시스템(100) 내에 배치될 수 있도록, 반응물 소스 용기(120)가 수반할 수 있는 체적 또는 설치 면적을 최소화하는 것이 유리할 수 있다. 컴팩트한 용기 어셈블리는 이러한 설치 면적을 줄일 수 있다. 특정 구현예에서, 각각의 반응물 소스 용기(120)는 (예를 들어, 반응물 소스 용기(120)가 배치되는) 약 40 cm2 내지 150 cm2의 영역을 가질 수 있다.
용기 뚜껑(128)은 하나 이상의 유입구 및/또는 유출구(미도시)를 포함할 수 있다. 유입구 및/또는 유출구는 각각 대응하는 뚜껑 밸브(132)를 포함할 수 있다. 용기 뚜껑(128)은, 화학 물질 유입구 및/또는 캐리어 가스 유입구와 같은 하나 이상의 유입구, 및 유출구를 포함할 수 있다. 화학 물질 유입구는 소스 전구체를 수용하도록 구성될 수 있다. 소스 전구체는 반응물 소스 용기(120)로 (예를 들어, 더 큰 벌크 충전 용기로부터) 유입될 시, (예를 들어, 캐리어 가스와 결합한) 고체, 액체, 승화 또는 기화 형태일 수 있다. 캐리어 가스 유출구는 캐리어 가스를 용기 내로 수용하도록 구성될 수 있다. 캐리어 가스 및 기상 반응물은 유출구를 통해 용기를 빠져나갈 수 있다. 일부 구현예에서, 화학물질 유입구 및 캐리어 가스 유입구는 동일한 유입구이다.
캐리어 가스 유입구는 캐리어 가스의 흐름을 허용할 수 있다. 캐리어 가스 유입구는 반응물 소스 용기(120)의 캐리어 가스 유입구에 결합되는 대응 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는 캐리어 가스 유입구를 통한 가스 흐름을 조절하도록 구성될 수 있다. 캐리어 가스는 반응물 소스 용기(120) 내에서 승화 또는 기화된 화학 물질과 결합할 수 있다. 이어서, 반응물 소스 용기(120)로부터의 유출은, 캐리어 가스 및 반응물 소스 용기(120)의 내부로부터 기화된 반응물 가스를 포함한다. 일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(120)의 내부는 화학 물질 반응물로 충진된 이후에 헤드 스페이스를 포함하도록 구성된다. 헤드 스페이스는 화학 물질 유입구, 캐리어 가스 유입구, 및/또는 화학 물질 유출구와 유체 연통할 수 있고, 헤드 스페이스 내에서 유체(예, 캐리어 가스)에 의한 화학 물질 반응물의 승화를 위해 구성될 수 있다. 따라서, 헤드 스페이스는 유입구/유출구 증 하나 이상이 막히더라도 화학 물질 반응물이 계속해서 승화되거나 기화될 수 있도록 안전 장치를 제공할 수 있다.
비활성 또는 불활성 가스는 바람직하게는 증발된 전구체를 위한 캐리어 가스로서 사용된다. 캐리어 가스(예, 질소, 아르곤, 헬륨 등)는 캐리어 가스 유입구를 통해 반응물 소스 용기(120) 내에 공급될 수 있다. 일부 구현예에서, 상이한 불활성 가스를 본원에 기술된 다양한 공정 및 다양한 시스템에서 사용할 수 있다. 도시되지 않은 추가적인 밸브 및/또는 다른 유체 제어 요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
유출 물질(예를 들어, 캐리어 가스와 증발된 화학 물질)은 유출구를 통과할 수 있다. 유출구는 반응 챔버 또는 증착 모듈 및/또는 다른 충전 용기와 연통할 수 있다. 일부 구성에서, 유출구는, 예를 들어 하류 화학 반응용 준비를 위해, 증발된 화학 물질을 (예를 들어, 캐리어 가스와 함께) 반응 챔버 또는 증착 모듈에 통과시키도록 구성된다. 화학 물질 유입구, 캐리어 가스 유입구, 및 화학 물질 유출구 중 하나 이상은 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 (예를 들어, 뚜껑 밸브(132)의) 대응 밸브를 포함할 수 있다. 예시적인 고체 소스 화학 물질 승화기 및/또는 이의 유체에 대한 추가 정보는, "전구체 전달 시스템"이라는 명칭으로 2012년 3월 20일자로 출원된 미국 특허 제8,137,462호에서 찾을 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 전체가 본원에 참조로 포함된다. 도시되지 않은 추가적인 밸브 및/또는 다른 유체 요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 소정의 구성에 도시되지 않은 추가 밸브 및 다른 유체 요소를 포함할 수 있다.
특정 구성에서, 용기 베이스(124)는 고체 소스 전구체를 보유하도록 조정된다. 용기 베이스(124)는 소스 전구체를 보유하기 위해 실질적으로 평면인 표면을 포함할 수 있지만, 다른 형상 및 변이는 가능하다. 반응물 소스 용기(120)는, 반응물 소스 용기(120)의 벽 및 천장 그리고 용기 베이스(124)의 바닥에 의해 묘사된 공간과 같은 내부를 정의할 수 있다. 일부 구현예에서, 내부는 고체 소스 화학 물질과 같은 화학 물질 반응물을 포함하도록 구성된다. 반응물 소스 용기(120) 또는 이의 부분은 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 반응물 소스 용기(120)는 단일 섹션을 포함할 수 있거나, 서로 적층 및/또는 부착되는 두 개 이상의 횡방향 부분(예컨대, 소스 전구체를 포함하는 트레이)을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(120) 어셈블리의 높이는 약 25 cm 내지 120 cm의 범위에 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 높이는 약 50 cm 내지 100 cm 범위일 수 있고, 일부 구현예에서, 예를 들어 약 60 cm(약 24 인치)일 수 있다. 일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(120)의 폭(예, 직경)은 약 20 cm 내지 50 cm의 범위에 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(120)의 폭은 약 30 cm 내지 40 cm 범위일 수 있고, 특정 구현예에서, 예를 들어 약 38 cm(약 15 인치)일 수 있다. 일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(120)는 약 1 내지 4 범위의 높이:직경 종횡비를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 용기는 원통에 근사한 형상을 차지하지만, 다른 형상도 가능하다. 이와 같이, 일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(120)은 원통 형상을 포함하거나, 본질적으로 이를 구성하거나, 또는 이를 구성한다. 본원에 기술된 다양한 구현예의 반응물 소스 용기(120)(미충전)의 질량은, 일부 구현예에서 약 10 kg 내지 50 kg의 범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 충전된 반응물 소스 용기(120)의 질량은 약 35 kg 내지 85 kg의 범위일 수 있다. 질량이 더 적은 용기는 보다 쉬운 이송을 허용할 수 있지만, 질량이 더 많은 용기는 부피가 큰 반응물을 용이하게 하고 재충전을 적게 필요로 하고 승화기에 대해 더 긴 충전을 허용할 수 있다.
열 차폐부(150)는 용기 베이스(124)와 하나 이상의 뚜껑 밸브(132)의 원위 부분 사이의 온도 구배를 유지하도록 구성될 수 있어서, 용기 베이스(124)는 제1 임계 온도 이하로 유지될 수 있는 반면에, 하나 이상의 뚜껑(132)의 원위 부분은 제1 임계 온도보다 높은 제2 임계 온도 이상으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 용기 베이스(124) 및 하나 이상의 뚜껑(132)의 원위 부분이 (예를 들어, 제2 임계 온도와 제1 임계 온도 사이에서 상이한) 온도 차이로 유지될 수 있다. 예를 들어, 베이스와 뚜껑 사이의 온도 차이는 적어도 약 1oC, 약 2oC, 약 3oC, 약 4oC, 약 5oC, 약 6oC, 약 7oC, 약 8oC, 약 9oC, 약 10oC, 약 11oC, 약 12oC, 약 13oC, 약 14oC, 약 15oC, 약 18oC, 약 20oC, 약 25oC, 약 30oC, 그 사이의 임의의 값, 또는 그 안에 종점을 갖는 임의의 범위 내에 있고, 예를 들어 약 1oC 내지 약 5oC, 약 1oC 내지 약 10oC, 약 1oC 내지 약 15oC, 약 1oC 내지 약 20oC, 약 1oC 내지 약 25oC, 약 5oC 내지 약 10oC, 약 5oC 내지 약 15oC, 약 5oC 내지 약 20oC, 약 5oC 내지 약 25oC, 약 10oC 내지 약 15oC, 약 10oC 내지 약 20oC, 또는 약 10oC 내지 약 25oC일 수 있다. 구배는, 약 1 인치, 약 2 인치, 약 3 인치, 약 6 인치, 약 9 인치, 약 12 인치, 약 15 인치, 약 18 인치, 약 21 인치, 약 24 인치, 약 27 인치, 약 30 인치, 약 33 인치, 약 36 인치, 그 사이의 임의의 값, 또는 그 안에 종점을 갖는 임의의 범위 내에 있고, 예를 들어 약 3 내지 약 9 인치, 약 3 내지 약 12 인치, 약 3 내지 약 24 인치, 약 3 내지 약 36 인치, 약 9 내지 약 12 인치, 약 9 내지 약 24 인치, 약 9 내지 약 36인치, 약 12 내지 약 24 인치, 또는 약 12 내지 약 36 인치, 또는 약 24 내지 약 36 인치 사이의 거리(예컨대, 축방향 거리)로 배치될 수 있다.
열 차폐부(150)는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 열 차폐부(150)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 일부 구성에서 "T" 형상을 형성할 수 있다. 다른 구성에서, 열 차폐부(150)는 "L" 형상 또는 "I" 형상을 형성할 수 있다. 일부 구성에서, 열 차폐부는 (i) 제1 가열 요소(142)와 (ii) 제2 가열 요소(144)와 가스 패널 밸브(134) 사이의 구역에 순응한다. 열 차폐부(150)는 열 복사를 반사시키도록 구성된 금속(예, 스테인리스 강, 알루미늄, 티타늄 등)을 포함할 수 있다. 제1 부분(150a)은 실질적으로 평면일 수 있고 실질적으로 구멍이 없을 수 있다. 제2 부분(150b)은 추가적으로 또는 대안적으로 실질적으로 평면일 수 있다. 일부 구성에서, 제2 부분(150b)은, 온도 구역 제어 시스템(100)의 하나 이상의 요소(예, 뚜껑 밸브(132))를 수용하도록 구성된 수용부(예, 슬롯, 홀, 갭 등)를 포함한다. 열 차폐부(150)는, 다른 요소(예, 제1 가열 요소(142), 제2 가열 요소(144))로 하여금 이를 통과시키는 연결 특징부를 갖는 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열 요소(142, 144)의 지지 부분은 열 차폐부(150)의 일부를 통과할 수 있다. 열 차폐부(150)는 반응물 소스 캐비넷(110)의 하나 이상의 부분(예, 천장, 벽)에 고정될(예, 결합될) 수 있다.
도 2는 일부 구성에 따라 다른 예시적인 온도 구역 제어 시스템(100)을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 열 차폐부(150)의 제1 부분(150a)은, 제1 가열 요소(142)와 제2 가열 요소(144) 사이에 배치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 일부 구성에서, 제2 부분(150b)은 용기 뚜껑(128)의 일부분 아래에 배치될 수 있다. 제2 가열 요소(144)는, 제1 가열 요소(142)보다 뚜껑 밸브(132)에 더 많은 열(예, 복사 열)을 제공하기 위해 구성되도록 배치될 수 있다. 일부 구성에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 뚜껑 밸브(132) 및 가스 패널 밸브(134)는 동일한 열 구역 내에 실질적으로 배치될 수 있다. 제1 부분(150a)은 하나 이상의 뚜껑 밸브(132)를 수용하도록 형상화될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 일부 구현예에 따른 예시적인 온도 구역 제어 시스템(200)의 다양한 양태를 나타낸다. 도 3은 온도 구역 제어 시스템(200)의 사시도를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 온도 구역 제어 시스템(200)은 반응물 소스 용기(220), (예를 들어, 제1 및 제2 부분(250a, 250b)을 갖는) 열 차폐부(250), 제1 가열 요소(242), 제2 가열 요소(244), 냉각 요소(238), 하나 이상의 용기 베이스 가열 요소(246), 및/또는 본원에 개시된 다른 요소를 포함할 수 있다. 온도 구역 제어 시스템(200)은, 본원에 설명된 온도 구역 제어 시스템(100)의 하나 이상의 특징부를 포함할 수 있다.
반응물 소스 용기(220)는 용기 베이스(224), 용기 뚜껑(228), 하나 이상의 뚜껑 밸브(232), 및/또는 다른 요소를 포함할 수 있다. 반응물 소스 용기(220)는, 반응물 소스 용기(120)에 대해 본원에 설명된 하나 이상의 요소 및/또는 기능을 포함할 수 있다. 용기 베이스(224)는, 본원에서 설명되는 바와 같이 냉각 요소(238) 상에 놓일 수 있다. 예를 들어, 용기 베이스(224)는 냉각 요소(238)에 인접하여 배치될 수 있다. 냉각 요소(238)는, 본원에서 설명된 임계 온도 이하로 용기 베이스(224)를 유지하도록 구성될 수 있다.
반응물 소스 용기(220)는 별도의 용기 뚜껑(228) 및 용기 베이스(224)의 측벽(도시됨)을 포함할 수 있거나 일체형(예, 단일 구조물로부터 형성됨)일 수 있다. 용기 뚜껑(228)은 원형 또는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있지만, 다른 형상도 적절하다. 화학 물질 반응물은 반응물 소스 용기(220)의 내부에 수용될 수 있다.
도시된 반응물 소스 용기(220)는, 하나 이상의 기상 반응 챔버에서 사용될 기상 반응물을 전달하기 위해 특히 적합한 증착 모듈에 (직접 또는 간접적으로) 결합될 수 있다. 기상 반응물은 화학 기상 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD)을 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 본원에 개시된 구현예의 시스템 및 방법은 ALD를 수행하도록 반응기 시스템을 지시하기 위해 구성되도록 제어 프로세서 및 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 프로그래밍을 포함한다. 반응기 시스템은 온도 구역 제어 시스템을 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 본원에 개시된 구현예가 CVD를 수행하도록 반응기 시스템을 지시하기 위해 구성되도록 제어 프로세서 및 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 프로그래밍을 포함한다. 반응기 시스템은 온도 구역 제어 시스템을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 하나 이상의 가열 요소는 부분 루프를 포함할 수 있고 필라멘트를 포함할 수 있다. 냉각 요소(238)는 냉각 플레이트일 수 있다. 온도 구역 제어 시스템(200)은 밸브, 유입구, 유출구, 가열 요소, 냉각 요소, 지지 구조체, 및/또는 다른 요소와 같은 추가 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(220)는 본원에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 시스템(예컨대 반응기 시스템)에 ALD를 수행하도록 구성될 수 있는, 하나 이상의 제어기(미도시)와 연관될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 제어기는 ALD를 수행하기 위해 시스템(예컨대 반응기 시스템)에 명령하도록 프로그래밍된 프로세서 및 메모리를 포함한다. 증착 모듈 내의 임의의 히터, 펌프, 압력 제어용 펌프에 대한 밸브, 기판 취급용 로봇 제어, 및/또는 반응물 소스 용기(220)로의 캐리어 가스 흐름 및 반응물 소스 용기로부터의 기상 반응물 흐름을 포함하는 증기 흐름 제어용 밸브를 제어하도록 하나 이상의 제어기를 구성할 수 있다.
일부 구현예에서, 반응물 소스 용기(220)는 본원에 설명된 하나 이상의 가열 요소를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 가열 요소 중 하나 이상은 반응물 소스 용기(220)에 근접하게 수직이거나 인접하게 수직으로 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 가열 요소는 전도에 의해 반응물 소스 용기(220)를 가열하도록 구성된다. 특정 구현예에서, 가열 요소는 용기 뚜껑(228)으로부터 횡방향으로 이격되어 배치된 히터 플레이트를 포함한다. 특정 구현예에서, 가열 요소(예, 히터)는 반응물 소스 용기(220)의 원위에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 밸브는 전도 및/또는 복사로 가열될 수 있다. 반응물 소스 용기(220)는 저압, 예컨대 약 0.1 토르 내지 20 토르 사이, 예를 들어 약 5 토르로 펌핑을 허용하도록 공기 밀폐식으로 구성된 캐비넷(예, 반응물 소스 캐비넷(210)) 내에 배치될 수 있고, 따라서, 효율적인 복사 가열을 용이하게 하여 캐비넷 내부의 대기에 대한 전도 또는 대류 손실을 최소화할 수 있다. 일부 구성에서, 반응물 소스 용기(220)는 100 토르, 200 토르, 300 토르, 500 토르 또는 대기압과 같은 고압에 배치될 수 있다. 다른 압력이 가능하다. 일부 구현예에서, (본원에 개시된 바와 같은) 고체 소스 어셈블리는 목표 진공 압력에서 작동할 수 있다. 일부 구현예에서, 목표 진공 압력은 약 50 토르와 같이, 약 0.5 토르 내지 350 토르의 범위일 수 있다. 특정 구현예에서, 고체 소스 어셈블리 내의 진공 압력은 하나 이상의 압력 제어기를 사용하여 조절될 수 있다.
일부 구현예에서, 온도 구역 제어 시스템(200)의 요소(예, 반응물 소스 캐비넷(210), 반응물 소스 용기(220))를 제어하도록 사용하기 위한 전자 장치 및/또는 컴퓨터 요소는 시스템의 다른 곳에서 찾을 수 있다. 예를 들어, 중앙 제어기는 하나 이상의 챔버 자체의 장치 모두를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 용기 및 임의의 관련 히터에 연결되는 밸브를 제어할 수 있다. 하나 이상의 밸브가 반응물 소스 용기(220) 전체에 걸쳐 가스의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있다.
하나 이상의 용기 베이스 가열 요소(246)는 용기 베이스(224)로부터 횡방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 용기 베이스 가열 요소(246)는, 예를 들어 용기 축에 평행하게 연장되는 하나 이상의 대응 평면을 따라 배치될 수 있다. 하나 이상의 용기 베이스 가열 요소(246)는, 예를 들어 하나 이상의 대응 평면 내에 코일로 될 수 있다. 하나 이상의 용기 베이스 가열 요소(246)는, 반응물 소스 용기(220)의 근위 부분보다 반응물 소스 용기(220)의 원위 부분(예, 용기 베이스(224)의 원위 부분)에 더 가깝게 배치될 수 있다.
도 4는 도 3의 온도 구역 제어 시스템(200)의 측면 사시도를 나타낸다. 도 5는 도 3의 온도 구역 제어 시스템(200)의 후면 사시도를 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 온도 구역 제어 시스템(200)은 하나 이상의 가스 패널 밸브(234)를 포함할 수 있다. 제2 가열 요소(244)는, 예를 들어 복사 열에 의해 가스 패널 밸브(234)를 가열하도록 구성될 수 있다. 제2 가열 요소(244)는 가열 코일을 포함할 수 있다. 개시된 다른 가열 요소는 가열 코일을 포함할 수 있다.
도 6은 반응물 소스 캐비넷(210)을 갖는 온도 구역 제어 시스템(200)의 정면 사시도를 나타낸다. 반응물 소스 캐비넷(210)은, 예를 들어 진공인 용기 베이스(224) 및 용기 덮개(228)를 포함하는 반응물 소스 용기를 포함하기 위한, 반응물 소스 캐비넷(110)의 기능을 포함할 수 있다. 온도 구역 제어 시스템(200)은 또한 용기 뚜껑 가열 요소(248)를 포함할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 일부 실시예에서, 용기 뚜껑 가열 요소(248)는 용기 뚜껑(228)을 가열하도록 구성될 수 있고, 제2 부분(250b)과 용기 뚜껑(228) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 용기 뚜껑 가열 요소(248)는, 하나 이상의 뚜껑 밸브(232)를 가열하는 것보다 용기 뚜껑(228)을 가열하도록 구성될 수 있다. 용기 베이스(224)는, 반응물 소스 캐비넷(210) 내부의 바닥 공간의 30% 초과를 점유하도록 크기가 정해질 수 있다. 온도 제어 시스템은 반응기 시스템에 포함될 수 있다.
도 7 및 도 8은 일부 구성에 따른 열 차폐부(250)의 예를 나타낸다. 도 7은 반응물 소스 캐비넷(210) 내의 열 차폐부(250)의 사시도를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 열 차폐부(250)는 반응물 소스 캐비넷(210)의 상부 부분(예, 천장) 및/또는 측면 부분(예, 벽)에 결합될(예, 부착될, 체결될) 수 있다. 제1 부분(250a)은 제2 부분(250b)에 직교하여 배치될 수 있다.
도 8은 일부 구성에 따른 열 차폐부(250)의 사시도를 나타낸다. 열 차폐부(250)는, 온도 구역 제어 시스템(200)의 하나 이상의 요소를 통과시키는 하나 이상의 수용 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 부분(250b)은, 하나 이상의 뚜껑 밸브(232)를 통해 수용하도록 구성된 수용 부분(260)을 포함할 수 있다. 수용 부분(260)은 뚜껑 밸브(232)를 수용하도록 형상화될 수 있다.
도 9는 일부 구현예의 반응물 소스 캐비넷 내에서 열 전달을 제어하는 예시적 방법(300)을 나타낸다. 방법(300)은 본원에 설명된 바와 같은 온도 구역 제어 시스템(예, 온도 구역 제어 시스템(100) 및/또는 온도 구역 제어 시스템(200))을 사용하여 수행될 수 있다. 온도 구역 제어 시스템은, 증착 반응기와 같은 반응기에 의해 구성될 수 있다. 이하에서 설명되는 다양한 요소는 도 1 내지 도 8과 관련하여 본원에 설명된 요소에 대응할 수 있다.
방법(300)은, 블록(304)에서 용기의 뚜껑 유입구를 통해 용기 베이스 내로 캐리어 가스를 연속적으로 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(308)에서, 방법(300)은, 반응물 소스 캐비닛의 가열 요소로부터 뚜껑 유입구로 열을 전달하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
유입구와 용기 베이스 사이에 배치된 제1 부분을 포함하는 열 차폐부(예, 열 차폐부(150), 열 차폐부(250))는, 유입구가 용기 베이스보다 높은 온도에서 유지되도록, 가열 요소에서 용기 베이스로의 열 전달을 방해할 수 있다. 가열 요소로부터 용기 베이스로의 열 전달을 방해하는 단계는 (a) 제1 가열 요소에서 유입구로의 열 전달 속도 대 (b) 제1 가열 요소에서 용기 베이스로의 열 전달 속도의 비율(즉, (a) 대 (b)의 비율)이 임계 비율보다 큰 것을 포함할 수 있다. 임계 비율은 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 약 9, 약 10, 이들 사이의 임의의 값보다 큰 값, 또는 그 안에 종점을 갖는 임의의 범위 내에 속하고, 예를 들어 1 내지 2, 1 내지 5, 1 내지 10, 2 내지 5, 2 내지 10, 3 내지 8, 또는 5 내지 10이다. 가열 요소로부터 용기 베이스로의 열 전달을 방해하는 단계는, 용기 베이스를 제2 임계 온도보다 낮은 제1 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서 제2 임계 온도 이상에서 뚜껑을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 제1 및 제2 임계 온도가 도 1 내지 도 8을 참조하여 본원에 개시된다. 예를 들어, 제1 임계 온도에 대한 제2 임계 온도의 비는, 적어도 약 1, 적어도 약 1.1, 적어도 약 1.2, 적어도 약 1.3, 적어도 약 1.4, 적어도 약 1.5, 적어도 약 1.6, 적어도 약 1.7, 적어도 약 1.8, 적어도 약 1.9, 적어도 약 2, 적어도 약 이들 사이의 임의의 값일 수 있고, 그 안에 종점을 갖는 임의의 범위 내에 속하고, 예를 들어 1 내지 1.4, 1 내지 1.7, 1.2 내지 1.5, 1.3 내지 1.7, 1.5 내지 2, 또는 1.8 내지 2이다. 온도 비율 (및/또는 온도 값 자체)는 섭씨(oC) 또는 절대 온도(K)에 기반할 수 있다. 예를 들어, 제1 및/또는 제2 임계 온도는 약 135oC일 수 있다.
방법(300)은 냉각 요소 상에 용기 베이스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용기 베이스는 냉각 요소와 접촉할 수 있다. 예를 들어, 용기 베이스는 냉각 요소에 인접하여 배치될 수 있다. 냉각 요소는, 본원에서 설명된 임계 온도 이하로 용기 베이스를 유지하도록 구성될 수 있다. 따라서, 방법(300)은 화학물질 반응물의 적어도 일부를 용기 베이스 내의 고체 형태로 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 방법(300)은, 기상 반응물을 기화 온도 이상으로 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 방법(300)은, 반응 챔버에 기상 반응물을 전달하는 것과 연관된 밸브, 필터, 도관 및 다른 구성 요소에서의 바람직하지 않은 응축을 방지하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 방법(300)은 매우 낮은 압력에서 증기압을 유지시켜 반응 공정을 위한 충분한 양의 반응물 증기를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
블록(312)에서, 방법(300)은, 예를 들어 승화 또는 증발을 통해, 용기 베이스 내의 캐리어 가스 내 화학 물질 전구체를 기화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법(300)은, 블록(316)에서 뚜껑의 유출구를 통해 반응 챔버로, 기화된 화학 물질 반응물을 흐르게 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 본원에 서술된 바와 같이 유입구를 통해 용기에 들어갈 수 있음을 유의한다. 예로서, 유입구를 통한 반응물의 흐름은 유입구와 가스 연통하는 뚜껑 밸브(132)에 의해 제어될 수 있다. 예로서, 유출구를 통한 반응물의 흐름은 유출구와 가스 연통하는 뚜껑 밸브(132)에 의해 제어될 수 있다.
온도 구역 제어 시스템은, 용기에서 반응 챔버로의 기상 반응물 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 가스 패널 밸브를 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 가스 패널 밸브를 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 열 차폐부의 제2 부분은, 제2 가열 요소에서 뚜껑의 유입구 및/또는 유출구로의 열 전달을 방해할 수 있다. 제2 부분은, (i) 제2 가열 요소와 복수의 가스 패널 밸브를 포함한 제1 구역 및 (ii) 유입구 및 유출구를 포함한 제2 구역 사이에 배치될 수 있다. 제1 구역은 제1 열 구역(160)에 해당할 수 있고/있거나 제2 구역은 제2 열 구역(164)을 지칭할 수 있으며, 각각은 도 1을 참조하여 전술되었다. 이와 같이, 가스 패널 밸브는 용기 베이스보다 높은 온도에서 유지될 수 있다. 이 온도 구배를 유지하면, 소스 전구체가 (하부 온도) 용기 베이스에 안정적으로 저장된 상태로 유지되면서 (더 높은 온도인) 가스 패널 밸브에서의 반응물의 응축을 억제하거나 방지할 수 있다.
방법(300)은 용기 베이스의 일부를 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "냉각"은 열의 제거 또는 회수를 지칭하며, 따라서 용기 베이스를 비교적 낮은 온도에서 유지하고/유지하거나 용기 베이스의 온도를 수치적으로 낮추는 것뿐만 아니라 용기 베이스의 온도 상승을 방해하는 것을 지칭할 수 있다. 용기 베이스의 일부를 냉각하는 것은, 용기 베이스의 일부를 물로 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 방법(300)은 유입구, 유출구, 또는 둘 모두를 통과하는 미립자 물질을 필터링하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 미립자 물질을 필터링하는 단계는, 임계 온도 미만에서 반응물의 통과를 방지하거나 방해하는 단계와 임계 온도 초과에서 반응물의 통과를 허용하는 단계를 포함할 수 있다. 임계 온도는, 본원에서 설명되는 임의의 임계 온도, 예컨대 약 120oC 내지 약 160oC일 수 있다. 필터는 세라믹 또는 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 방법(300)은 반응물 소스 캐비넷을 적어도 부분적으로 배기하는 단계를 포함할 수 있다. 방법(300)의 다른 특징부 및/또는 단계는 본원에서 도 1 내지 도 8의 논의로부터 도출될 수 있다.
예시적인 실시예
아래는 전술한 일부 구현예의 비제한적인 실시예의 나열이다.
제1 실시예에서, 온도 구역 제어 시스템은, 적어도 부분적으로 배기되도록 구성된 반응물 소스 캐비넷; 고체 소스 화학 물질 반응물을 내부에 보유하도록 구성되고 상기 반응물 소스 캐비넷 내부에 배치되도록 구성된 용기 베이스; 상기 용기 베이스의 원위 부분에 결합되고 하나 이상의 뚜껑 밸브를 포함하는 뚜껑; 가스 소스로부터 상기 용기로 가스를 전달하기 위해 구성된 복수의 가스 패널 밸브; 상기 하나 이상의 밸브를 가열하도록 구성된 제1 가열 요소; 및 차폐부(상기 차폐부의 제1 부분은 상기 용기 베이스와 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되고, 상기 차폐부의 제2 부분은 상기 제1 가열 요소와 상기 복수의 가스 패널 밸브 사이에 배치되고, 상기 차폐부는 상기 뚜껑 밸브에서 상기 용기 베이스로 열 전달을 방해하도록 구성됨)를 포함한다.
제2 실시예는, 제1 실시예의 시스템으로서, 상기 용기 베이스의 근위 부분과 열적 연통하고 상기 용기 베이스의 근위 부분을 우선적으로 냉각시킴으로써 상기 용기 베이스의 상기 근위 부분으로부터 상기 원위 부분으로의 온도 구배를 설정하는 냉각 요소를 추가로 포함한다.
제3 실시예는, 제2 실시예의 시스템으로서, 상기 냉각 요소는 상기 용기 베이스에 열적으로 결합된 수냉식 요소를 포함한다.
제4 실시예는, 제1 내지 제3 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 열 차폐부의 제1 부분은 제1 플레이트를 포함하고, 상기 열 차폐부의 제2 부분은 제2 플레이트를 포함하고, 상기 제1 플레이트는 상기 제2 플레이트에 일정 각도로 배치된다.
제5 실시예는, 제4 실시예의 시스템으로서, 상기 제1 및 제2 플레이트는 서로에 대해 대략 직각으로 배치된다.
제6 실시예는, 제4 실시예 또는 제5 실시예의 시스템으로서, 상기 제1 패널은 상기 용기 베이스와 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되고, 상기 제2 플레이트는 상기 용기 베이스의 축에 대략 평행하게 배치된다.
제7 실시예는, 제1 내지 제6 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 제2 가열 요소를 추가로 포함하고, 상기 제2 플레이트가 상기 복수의 가스 패널 밸브와 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되도록 상기 제2 가열 요소를 배치한다.
제8 실시예는, 제1 내지 제7 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 열 차폐부는 상기 용기 베이스로의 열 전달을 방해하도록 구성되어, 상기 제1 가열 요소에서 상기 용기 베이스로의 열 전달 속도에 대해 상기 제1 가열 요소에서 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브로의 열 전달 속도의 비율은 약 5보다 크다.
제9 실시예는, 제1 내지 제8 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 열 차폐부의 일부분은 상기 뚜껑 중 적어도 일부분과 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되도록 구성된다.
제10 실시예는, 제1 내지 제9 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 제1 가열 요소는, 상기 용기 베이스를 제1 임계 온도보다 낮은 제2 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브를 상기 제1 임계 온도 이상으로 유지하도록 구성된다.
제11 실시예는, 제10 실시예의 시스템으로서, 상기 제1 가열 요소와 연결된 상기 냉각 요소는, 상기 용기 베이스를 제1 임계 온도보다 낮은 제2 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브를 상기 제1 임계 온도 이상으로 유지한다.
제12 실시예는, 제10 실시예 또는 제11 실시예의 시스템으로서, 상기 제2 임계 온도에 대한 상기 제1 임계 온도의 비율이 적어도 약 1.15이다.
제13 실시예는, 제10 내지 제12 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 제1 임계 온도는 약 135oC 미만이다.
제14 실시예는, 제10 내지 제13 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 제2 임계 온도는 약 135oC 초과이다.
제15 실시예는, 제1 내지 제14 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 각각은 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 각각의 유입구 또는 유출구를 포함한다.
제16 실시예는, 제1 내지 제15 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 각각은 미세 물질의 통과를 방지하도록 구성된 개별 필터를 포함한다.
제17 실시예는, 제16 실시예의 시스템으로서, 상기 복수의 필터 중 적어도 하나의 다공성이, 임계 온도 미만에서 상기 반응물의 통과를 방지하고 상기 임계 온도 초과에서 상기 반응물의 통과를 허용하도록 구성된다.
제18 실시예는, 제16 실시예의 시스템으로서, 상기 임계 온도는 약 120oC 내지 약 160oC이다.
제19 실시예는, 제16 내지 제18 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 필터는 세라믹 또는 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
제20 실시예는, 제1 내지 제19 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 용기 베이스 폭에 대한 상기 용기 베이스 높이의 비율은 약 2보다 크다.
제21 실시예는, 제1 내지 제20 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 용기 베이스의 단면은 적어도 2개의 평평한 에지를 포함한다.
제22 실시예는, 제1 내지 제21 실시예 중 어느 하나의 시스템으로서, 상기 용기 베이스는 세라믹 또는 금속을 포함한다.
제23 실시예에서, 반응물 소스 캐비닛에서 열 전달을 제어하는 방법은, 연속적으로 캐리어 가스를 용기 뚜껑의 유입구를 통해 상기 용기 베이스 내로 흐르게 하는 단계; 상기 반응물 소스 캐비넷의 가열 요소에서 상기 뚜껑 유입구로 열을 전달하는 단계(상기 유입구와 상기 용기 베이스 사이에 배치된 제1 부분은 상기 가열 요소에서 상기 용기 베이스로 열 전달을 방해하여 상기 유입구를 상기 용기 베이스보다 더 높은 온도로 유지하도록 함); 상기 용기 베이스에서 캐리어 가스 내의 화학 전구체를 기화시키는 단계; 및 상기 기화된 화학 물질 반응물을 상기 뚜껑의 유출구를 통해 반응 챔버로 흐르게 하는 단계를 포함한다.
제24 실시예는, 제23 실시예의 방법으로서, 상기 반응물 소스는 상기 캐리어 가스를 상기 용기에 흐르게 하도록 구성된 복수의 가스 패널 밸브를 추가로 포함하고, 상기 방법은 상기 복수의 가스 패널 밸브를 가열하는 단계를 추가로 포함하되, (i) 상기 제2 가열 요소 및 복수의 가스 패널 밸브를 포함한 제1 구역과 (ii) 상기 유입구 및 유출구를 포함한 제2 구역 사이에 배치된 상기 가열부의 제2 부분은, 제2 가열 요소에서 상기 뚜껑의 유입구 및 유출구로의 열 전달을 방해한다.
제25 실시예는, 제23 실시예 또는 제24 실시예의 방법으로서, 상기 용기의 일부를 냉각하는 단계를 추가로 포함한다.
제26 실시예는, 제25 실시예의 방법으로서, 상기 용기 베이스의 일부를 냉각하는 단계는 상기 용기 베이스의 일부를 물로 냉각하는 단계를 포함한다.
제27 실시예는, 제24 내지 제26 실시예 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 가열 요소에서 상기 용기 베이스로 열 전달을 방해하는 단계는 (a) 상기 제1 가열 요소에서 상기 유입구로의 열 전달 속도 대 (b) 상기 제1 가열 요소에서 상기 용기 베이스로의 열 전달 속도의 비율이 약 4보다 큰 것을 포함한다.
제28 실시예는, 제24 내지 제27 실시예 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 가열 요소에서 상기 용기 베이스로 열 전달을 방해하는 단계는, 상기 용기 베이스를 제1 임계 온도보다 낮은 제2 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서 상기 뚜껑을 상기 제1 임계 온도 이상으로 유지하는 단계를 포함한다.
제29 실시예는, 제28 실시예의 방법으로서, 상기 제2 임계 온도에 대한 상기 제1 임계 온도의 비율이 적어도 약 1.15이다.
제30 실시예는, 제28 실시예 또는 제29 실시예의 방법으로서, 상기 제1 임계 온도는 약 135oC 미만이다.
제31 실시예는, 제28 내지 제30 실시예 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 제2 임계 온도는 약 135oC 초과이다.
제32 실시예는, 제23 내지 제31 실시예 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 유입구, 상기 유출구, 또는 둘 모두를 통과하는 미립자 물질을 필터링하는 단계를 추가로 포함한다.
제33 실시예는, 제32 실시예의 방법으로서, 미립자 물질을 필터링하는 단계는 임계 온도 미만에서 상기 반응물의 통과를 방지하고 임계 온도 초과에서 상기 반응물의 통과를 허용하는 것을 포함한다.
제34 실시예는, 제32 실시예의 방법으로서, 상기 임계 온도는 약 120oC 내지 약 160oC이다.
제35 실시예는, 제32 실시예 또는 제33 실시예의 방법으로서, 상기 필터는 세라믹 또는 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
제36 실시예는, 제23 내지 제35 실시예 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 반응물 소스 캐비넷을 적어도 부분적으로 배기하는 단계를 추가로 포함한다.
기타 고려 사항
전술한 명세서에서, 본 발명은 그의 특정 구현예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 여기에 다양한 수정 및 변경을 할 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적 의미보다는 예시적인 것으로 간주된다.
실제로, 본 개시의 시스템 및 방법은 각각 몇 가지 혁신적인 양태를 가지며, 그 중 단 하나도 본원에 개시된 바람직한 속성에 대해 요구하거나 책임지지 않음을 이해할 것이다. 본원에 설명한 다양한 특징부 및 공정을 서로 독립적으로 사용할 수 있거나, 다양한 방식으로 조합할 수 있다. 모든 가능한 조합 및 하위 조합은 본 개시의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.
별도의 구현예의 맥락에서 본 명세서에 설명된 특정 특징부는 또한 단일 구현예에서 조합하여 구현될 수도 있다. 역으로, 단일 구현예의 문맥에서 설명되는 다양한 특징부는 또한 다수의 구현예에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 특징부는 특정 조합에서 작용하는 것으로 본원에 설명되고 심지어 처음에 이와 같이 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특징부는 일부 경우에 조합으로부터 실시될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관한 것일 수 있다. 각각의 모든 구현예에 있어서 단일 특징부 또는 특징부의 그룹이 필요하지 않거나 필수적이지 않다.
"할 수 있다", "예를 들어", 등과 같이, 무엇보다 본원에서 사용되는 조건적인 언어는, 특히 달리 언급되지 않는 한 또는 사용된 문맥 내에서 이해되지 않는 한, 다른 구현예가 특정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하지 않는 동안에 특정 구현예는 포함할 수 있음을 일반적으로 의도한다. 따라서, 특징부, 요소 및/또는 단계가 하나 이상의 구현예에 필요한 임의의 방식이거나, 하나 이상의 구현예가 발명자 입력 또는 프롬프트 유무에 따라 이러한 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하는지 또는 임의의 특정 구현예에서 수행해야 하는지 여부를 결정하기 위한 로직을 반드시 포함하는 것을 의미하기 위해 이러한 조건적인 언어를 의도한 것은 아니다. 용어 "포함하는", "포함한", "갖는" 등은 동의어이며, 개방된 방식으로 포용적으로 사용되며, 추가 요소, 특징부, 동작, 작동 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 그의 포용적인 의미(및 배제하는 의미가 아님)로 사용되어, 예를 들어 요소의 리스트를 연결하기 위해 사용되는 경우에 "또는"이라는 용어는 리스트 내의 요소 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미하도록 한다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구 범위에 사용된 관사 "한", "하나", 및 "그"는 달리 특정되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 유사하게, 작동이 특정 순서로 도면에 도시될 수 있지만, 원하는 결과를 달성하기 위해 이러한 작동은 도시된 또는 순차적인 순서로, 또는 도시된 모든 작동이 수행되어야 하는 특정 순서로 수행될 필요가 없음을 인식해야 한다. 또한, 도면은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 공정을 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 작동은 개략적으로 도시되는 예시적인 방법 및 공정에 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 작동은 도시된 작동 중 임의의 작동 이전, 이후, 동시 및 사이에 수행될 수 있다. 또한, 작동은 다른 구현예에서 재배열되거나 재순서화될 수 있다. 특정 상황에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다. 또한, 본원에서 설명한 구현예에서의 다양한 시스템 구성 요소의 분리는 모든 구현예에서의 이러한 분리를 필요로 하는 것으로 이해해서는 안되며, 설명된 구성 요소 및 시스템이 일반적으로 단일 제품에서 함께 통합되거나 다수의 제품(예를 들어, 하우징 및 베이스를 포함하는 소스 용기 및 필터 삽입부)에 패키징될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다른 구현예는 다음의 청구범위의 범주 내에 있다. 일부 경우에, 청구범위에 인용된 동작은 상이한 순서로 수행될 수 있고 여전히 바람직한 결과를 달성한다.
따라서, 청구범위는 본원에 나타낸 구현예에 한정하기 위해 의도된 것은 아니고, 본 개시와 일치하는 가장 넓은 범주, 본원에 개시된 특징 및 특징에 부여되어야 한다. 예를 들어, 본 개시 내에서의 많은 예가 반도체 제조를 위한 증착 챔버를 공급하기 위해 고체 소스로부터 증기를 공급하는 것과 관련하여 제공되지만, 본원에 기술된 특정 구현예는 광범위한 다른 적용 및/또는 수많은 다른 상황에 대해 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 온도 구역 제어 시스템으로서,
    적어도 부분적으로 배기되도록 구성된 반응물 소스 캐비닛;
    상기 반응물 소스 캐비넷 내부에 배치되도록 구성되고 고체 소스 화학 물질 반응물을 내부에 보유하도록 구성된 용기 베이스;
    상기 용기 베이스의 원위 부분에 결합되고 하나 이상의 뚜껑 밸브를 포함한 뚜껑;
    가스 소스로부터 상기 용기로 가스를 전달하도록 구성된 복수의 가스 패널 밸브;
    상기 하나 이상의 뚜껑 밸브를 가열하도록 구성된 제1 가열 요소; 및
    열 차폐부(상기 열차폐부의 제1 부분은 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브와 상기 용기 베이스 사이에 배치되고, 상기 열차폐부의 제2 부분은 상기 제1 가열 요소와 상기 복수의 가스 패널 밸브 사이에 배치되고, 상기 열차폐부는 상기 뚜껑 밸브로부터 상기 용기 베이스로의 열 전달을 방해하도록 구성됨)를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기 베이스의 근위 부분과 열적 연통하고, 상기 용기 베이스의 근위 부분을 우선적으로 냉각시킴으로써 상기 용기 베이스의 상기 근위 부분으로부터 상기 원위 부분으로의 온도 구배를 설정하는, 냉각 요소를 추가로 포함하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열 차폐부의 제1 부분은 제1 플레이트를 포함하고, 상기 열 차폐부의 제2 부분은 제2 플레이트를 포함하고, 상기 제1 플레이트는 상기 제2 플레이트에 일정 각도로 배치되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 패널은 상기 용기 베이스와 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되고, 상기 제2 플레이트는 상기 용기 베이스의 축에 대략 평행하게 배치되는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 제2 가열 요소를 추가로 포함하고, 상기 제2 플레이트가 상기 복수의 가스 패널 밸브와 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되도록 상기 제2 가열 요소를 배치하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열 차폐부는 상기 용기 베이스로의 열 전달을 방해하도록 구성되어, 상기 제1 가열 요소에서 상기 용기 베이스로의 열 전달 속도에 대해 상기 제1 가열 요소에서 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브로의 열 전달 속도의 비율이 약 5보다 큰, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열 차폐부의 일부분은 상기 뚜껑 중 적어도 일부분과 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 사이에 배치되도록 구성되는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 가열 요소는, 상기 용기 베이스를 제1 임계 온도보다 낮은 제2 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브를 상기 제1 임계 온도 이상으로 유지하도록 구성되는, 시스템.
  9. 제10항에 있어서, 상기 제1 가열 요소와 연결된 상기 냉각 요소는, 상기 용기 베이스를 제1 임계 온도보다 낮은 제2 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브를 상기 제1 임계 온도 이상으로 유지하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 뚜껑 밸브 각각은 미세 물질의 통과를 방지하도록 구성된 개별 필터를 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 필터 중 적어도 하나의 다공성이, 임계 온도 미만에서 상기 반응물의 통과를 방지하고 상기 임계 온도 초과에서 상기 반응물의 통과를 허용하도록 구성되는, 시스템.
  12. 반응물 소스 캐비넷 내에서 열 전달을 제어하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 용기의 뚜껑의 유입구를 통해 용기 베이스 내로 캐리어 가스를 연속적으로 흐르게 하는 단계;
    열을 상기 반응물 소스 캐비닛의 가열 요소에서 상기 뚜껑의 유입구로 전달하되, 상기 유입구와 상기 용기 베이스 사이에 배치된 제1 부분을 포함한 열 차폐부가 상기 가열 요소에서 상기 용기 베이스로의 열 전달을 방해하여 상기 유입구가 상기 용기 베이스보다 높은 온도에서 유지되도록 하는 단계;
    상기 용기 베이스의 캐리어 가스 내에서 화학 물질 전구체를 기화시키는 단계; 및
    상기 뚜껑의 유출구를 통해 반응 챔버로, 상기 기화된 화학 물질 반응물을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반응물 소스는 상기 캐리어 가스를 상기 용기에 흐르게 하도록 구성된 복수의 가스 패널 밸브를 추가로 포함하고, 상기 방법은 상기 복수의 가스 패널 밸브를 가열하는 단계를 추가로 포함하되, (i) 상기 제2 가열 요소 및 복수의 가스 패널 밸브를 포함한 제1 구역과 (ii) 상기 유입구 및 유출구를 포함한 제2 구역 사이에 배치된 상기 가열부의 제2 부분은, 제2 가열 요소에서 상기 뚜껑의 유입구 및 유출구로의 열 전달을 방해하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 물로 냉각하여 상기 용기 베이스의 일부분을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 가열 요소에서 상기 용기 베이스로 열 전달을 방해하는 단계는 (a) 상기 제1 가열 요소에서 상기 유입구로의 열 전달 속도 대 (b) 상기 제1 가열 요소에서 상기 용기 베이스로의 열 전달 속도의 비율이 약 4보다 큰 것을 포함하는, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 가열 요소에서 상기 용기 베이스로 열 전달을 방해하는 단계는, 상기 용기 베이스를 제1 임계 온도보다 낮은 제2 임계 온도 이상으로 상승시키지 않으면서 상기 뚜껑을 상기 제1 임계 온도 이상으로 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제28항에 있어서, 상기 제2 임계 온도에 대한 상기 제1 임계 온도의 비율이 적어도 약 1.15인, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 유입구, 상기 유출구, 또는 둘 모두를 통과하는 미립자 물질을 필터링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 미립자 물질을 필터링하는 단계는 임계 온도 미만에서 상기 반응물의 통과를 방지하고 임계 온도 초과에서 상기 반응물의 통과를 허용하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반응물 소스 캐비넷을 적어도 부분적으로 배기하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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