KR20230045590A

KR20230045590A - 버블러 (bubbler) 를 사용한 농도 제어

Info

Publication number: KR20230045590A
Application number: KR1020227044594A
Authority: KR
Inventors: 라메쉬 찬드라세카란; 이스와르 스리니바산; 에리카 사쿠라 스트랜드버그 폴; 앤드류 보스; 알렉세이 브이. 알테콜
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US20230257878A1; JP2023535548A; TW202223147A; WO2022026271A1; CN115917039A

Abstract

본 개시는 부분적으로 가스 혼합물 내 컴포넌트의 농도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 특정한 실시 예들에서, 컴포넌트는 기화된 안정화제 또는 기화된 전구체와 같은 기화된 액체 컴포넌트이다. 또한 이들의 시스템들 및 이러한 제어를 위한 방법들이 기술된다.

Description

버블러 (bubbler) 를 사용한 농도 제어

많은 반도체 프로세스들은 가스들의 혼합물의 전달에 의존하고 그리고 가스 혼합물 내의 컴포넌트 각각의 농도에 민감할 수 있다. 그러나, 이러한 농도들은 반도체 프로세스 동안 실험 조건들의 변화들, 이러한 가스들의 소스의 변동들, 또는 다른 이유들로 인해 가변적일 수 있다.

본 명세서에 포함된 배경기술 및 맥락적 기술들 (contextual descriptions) 은 단지 본 개시 (disclosure) 의 맥락을 일반적으로 제시할 목적으로 제공된다. 본 개시의 많은 부분은 발명자들의 업적을 제시하고, 단순히 이러한 업적이 배경기술 섹션에 기술되거나 본 명세서의 다른 곳에서 맥락으로 제시되기 때문에, 종래기술로 인정된다는 것을 의미하지 않는다.

참조로서 인용

PCT 신청 양식이 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 신청 양식에서 식별된 바와 같이 우선권 또는 이익을 주장하는 출원 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로서 인용되었다. 본 출원은 2020년 7월 29일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/706,056 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된다.

특정한 실시 예들에서, 장치는 액체를 홀딩하도록 구성된 버블러 (bubbler) 를 포함하고, 그리고 농도 제어는 버블러를 일정한 온도 및 압력으로 유지함으로써 제공된다. 사용 시, 유입되는 가스는 버블러 내의 액체를 통과하여, 가스 스트림 내에 기화된 액체를 운반한다. 유입되는 가스의 농도와 무관하게, 출력부는 일정한 농도의 기화된 액체 컴포넌트를 포함할 수 있다.

유입되는 가스가 아세틸렌이고 버블러 내의 액체가 아세톤일 때, 버블러의 사용은 나가는 가스 스트림에서 실질적으로 일정한 농도의 아세톤을 제공한다. 이는 유입되는 가스가 너무 적거나 너무 많은 아세톤을 포함하더라도 참이다. 버블러를 실질적으로 일정한 온도 및 압력으로 유지하는 것 (그리고 가스 스트림으로 하여금 버블러 내에서 포화되기에 충분한 체류 시간을 갖게 하는 것) 은 나가는 가스 혼합물이 항상 목표된 농도의 아세톤 또는 또 다른 안정화제를 갖는다는 것을 보장할 것이다. 일부 예들에서, 버블러는 소스 조성에 따라 제거되거나 첨가된 액체 아세톤을 가질 필요가 있을 수도 있지만, 버블러는 일정한 농도의 안정화제를 사용하여 나가는 아세틸렌을 유지하는 모든 작업을 할 수 있다.

따라서, 제 1 양태에서, 본 개시는 (a) 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스에 유체적으로 커플링되도록 (fluidically couple) 구성된 업스트림 (upstream) 플로우 통로; (b) 업스트림 플로우 통로에 유체적으로 커플링된 유입구를 포함하고, 제어된 온도 및 압력을 갖는 분위기하에 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함하는 버블러; (c) 버블러로 하여금 버블러 내로 흐르는 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 아세틸렌 안정화제의 농도를 조정하는 조건들 하에서 동작하게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기들; 및 (d) 버블러의 유출구에 유체적으로 커플링되고 그리고 실질적으로 일정한 농도 값으로 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 이송하도록 구성된 다운스트림 (downstream) 플로우 통로를 포함하는, 장치를 아우른다 (encompass).

일부 실시 예들에서, 업스트림 플로우 통로 (a) 는 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스로부터 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 이송하도록 구성된다. 특정한 실시 예들에서, 버블러 (b) 는, (i) 업스트림 플로우 통로 (a) 로부터 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 수용하고, 그리고 (ii) 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 챔버 내의 액체를 통해 통과시키도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들 (c) 은 버블러로 하여금 아세틸렌과 반응하는 증착 반응의 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값으로 버블러를 남기는 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 아세틸렌 안정화제의 농도를 유지하는 조건들 하에서 동작하게 하도록 더 구성된다. 또 다른 실시 예들에서, 다운스트림 플로우 통로 (d) 는 증착 반응을 수행하기 위해 가스 혼합물을 증착 반응기로 이송하도록 구성된다.

일부 실시 예들에서, 장치는 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 플로우 통로(들)에서 플로우 내의 아세틸렌 및/또는 아세틸렌 안정화제의 농도를 측정하도록 구성된 가스 농도계를 더 포함한다. 다른 실시 예들에서, 장치는 업스트림 플로우 통로 (a) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 소스로부터 버블러로의 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 플로우를 조정하도록 구성된 밸브를 더 포함한다.

하나 이상의 제어기들 (c) 은 임의의 유용한 동작을 유발하도록 더 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 증착 반응을 개시하도록 소스로부터 증착 반응기로의 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 플로우를 유발하도록 더 구성된다. 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 버블러로 하여금 증착 반응 동안 실질적으로 일정한 온도 및/또는 실질적으로 일정한 압력으로 액체를 유지하게 하도록; 그리고/또는 증착 반응 동안 버블러 내의 분위기의 온도 및 압력을 제어하게 하도록 더 구성된다. 또 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 버블러를 통한 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 플로우 레이트를 제어하도록 더 구성된다.

아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제에 더하여, 다른 가스 컴포넌트들 및 기화된 액체 컴포넌트들이 채용될 수 있다. 따라서, 제 2 양태에서, 본 개시는 (a) 가스 컴포넌트의 소스에 유체적으로 커플링되도록 구성된 업스트림 플로우 통로; 및 (b) 업스트림 플로우 통로에 유체적으로 커플링된 유입구를 포함하고 그리고 제어된 온도 및 압력을 갖는 분위기 하에 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함하는 버블러를 포함하는, 장치를 특징으로 한다. 특정한 실시 예들에서, 버블러는, (i) 업스트림 플로우 통로로부터 가스 컴포넌트를 수용하고, 그리고 (ii) 가스 혼합물을 형성하기 위해 가스 컴포넌트를 챔버 내의 액체를 통해 통과시키도록 구성되고, 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 증기 형태의 액체를 포함하는 기화된 액체 컴포넌트를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 업스트림 플로우 통로 (a) 는 소스로부터 버블러 (b) 로 가스 컴포넌트를 이송하도록 더 구성된다.

장치는, (c) 버블러로 하여금 실질적으로 일정한 농도 값으로 버블러를 남기는 가스 혼합물 내의 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 유지하는 조건들 하에서 동작하게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기들; 및 (d) 버블러의 유출구에 유체적으로 커플링된 다운스트림 플로우 통로를 더 포함할 수 있다.

특정한 실시 예들에서, (예를 들어, 가스 혼합물의 기화된 액체 컴포넌트의) 실질적으로 일정한 농도 값은 가스 혼합물과 반응하는 반응의 과정에 걸쳐 제공된다. 다른 실시 예들에서, 다운스트림 플로우 통로 (d) 는 실질적으로 일정한 농도 값으로 가스 컴포넌트와 기화된 액체 컴포넌트의 가스 혼합물을 반응을 수행하기 위한 반응기로 이송하도록 더 구성된다.

일부 실시 예들에서, 장치는 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링된 가스 농도계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 가스 농도계는 플로우 통로(들) 내의 가스 컴포넌트 및/또는 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 측정하도록 구성된다.

하나 이상의 제어기들 (c) 이 더 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 반응을 개시하기 위해 소스로부터의 가스 컴포넌트의 플로우 및 프로세스 반응기로의 가스 혼합물의 플로우를 유발하도록 더 구성된다. 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 버블러로 하여금 반응 동안 실질적으로 일정한 온도 및/또는 실질적으로 일정한 압력으로 액체를 유지하게 하도록; 그리고/또는 반응 동안 버블러 내의 분위기의 온도 및 압력을 제어하게 하도록 더 구성된다. 또 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 버블러를 통한 가스 컴포넌트 및/또는 가스 혼합물의 플로우 레이트를 제어하도록 더 구성된다.

제 3 양태에서, 본 개시는 본 명세서의 임의의 장치를 포함하는 시스템을 특징으로 한다. 일부 실시 예들에서, 시스템은, 프로세스 가스를 제공하도록 구성된 소스; 반도체 프로세스를 수행하도록 구성된 하나 이상의 반응기들 또는 모듈들로서, 적어도 하나의 반응기 또는 모듈은 유입구를 더 포함하는, 하나 이상의 반응기들 또는 모듈들; 소스 및 적어도 하나의 반응기 또는 모듈에 유체적으로 커플링된 장치 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 장치); 소스로 하여금 프로세스 가스를 장치로 전달하게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 프로세스 가스는 아세틸렌 또는 가스 컴포넌트를 포함한다.

일부 실시 예들에서, 장치는 가스 혼합물 (예를 들어, 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하는 가스 혼합물) 을 제공하도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 장치는 소스에 직접적으로 또는 간접적으로 유체적으로 커플링되는 업스트림 플로우 통로; 및 적어도 하나의 반응기 또는 모듈의 유입구에 직접적으로 또는 간접적으로 유체적으로 커플링되는 다운스트림 플로우 통로를 더 포함한다. 장치들의 추가 양태들이 본 명세서에 기술된다.

일부 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들은 반도체 프로세스를 수행하기 전에 장치의 버블러로 하여금 가스 혼합물을 적어도 하나의 반응기 또는 모듈로 이송하게 하도록 더 구성된다. 제어기들의 추가 양태들이 본 명세서에 기술된다.

특정한 실시 예들에서, 적어도 하나의 반응기 또는 모듈은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 챔버 또는 모듈, 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 챔버 또는 모듈이다.

제 4 양태에서, 본 개시는 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 제어하는 방법을 특징으로 한다. 일부 실시 예들에서, 방법은, 가스 컴포넌트를 소스로부터 버블러로 이송하는 단계; 가스 혼합물을 형성하기 위해 가스 컴포넌트를 버블러 내의 액체를 통해 통과시키는 단계; 및 반응을 수행하기 위해 가스 혼합물을 제 1 반응기로 추가로 이송하는 단계를 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 가스 혼합물은 실질적으로 일정한 농도 값 (예를 들어, 가스 혼합물 내 기화된 액체 컴포넌트의 실질적으로 일정한 농도 값) 의 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함한다.

일부 실시 예들에서, 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하고, 그리고 기화된 액체 컴포넌트는 증기 형태의 액체를 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 버블러는 제어된 온도 및 압력을 갖는 조건들 하에서 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 버블러는 가스 혼합물과 반응하는 반응 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값으로 버블러를 떠나는 가스 혼합물 내의 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 유지하도록 구성된다.

일부 실시 예들에서, 상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계는 소스로부터 버블러로 가스 컴포넌트와 함께 안정화제를 이송하는 단계를 포함하고, 소스는 가스 컴포넌트 및 안정화제를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 상기 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계는 안정화제가 액체이고 그리고 안정화제의 농도는 실질적으로 일정한 농도 값인 것을 더 포함하고, 소스 내 안정화제의 초기 농도 값은 버블러를 떠나는 가스 혼합물 내 안정화제의 실질적으로 일정한 농도 값보다 보다 작거나 보다 크다.

다른 실시 예들에서, 방법은 (예를 들어, 상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계 후 임의의 시간에), 버블러의 챔버 내 액체의 제 1 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하고, 제 1 레벨은 버블러 또는 버블러의 챔버에 유체적으로 커플링된 액체 레벨 센서를 사용하여 결정된다. 또 다른 실시 예들에서, 방법은 (예를 들어, 상기 제 1 레벨을 결정하는 단계 후), 제 1 레벨이 미리 결정된 액체 레벨 미만이면, 부가적인 액체를 버블러의 챔버로 전달하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 방법은 (예를 들어, 상기 제 1 레벨을 결정하는 단계 후), 제 1 레벨이 미리 결정된 액체 레벨 이상이면, 버블러의 챔버로부터 액체의 과잉을 제거하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시 예들에서, 방법은 (예를 들어, 상기 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계 전에), 버블러의 업스트림 또는 다운스트림에서 결정된 압력을 조정하는 단계를 더 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 상기 압력을 조정하는 단계는 약 0.1 체적％ 내지 약 5 체적％ (예를 들어, 약 0.1 체적％ 내지 1 체적％, 0.1 체적％ 내지 3 체적％, 0.2 체적％ 내지 1 체적％, 0.2 체적％ 내지 3 체적％, 0.2 체적％ 내지 3 체적％, 0.4 체적％ 내지 1 체적％, 0.4 체적％ 내지 3 체적％, 0.4 체적％ 내지 5 체적％, 뿐만 아니라 약 ± 0.1 체적％, ± 0.2 체적％, ± 0.5 체적％, ± 0.8 체적％, ± 1 체적％, ± 1.2 체적％, ± 1.5 체적％, ± 1.8 체적％, ± 2 체적％, ± 2.5 체적％, ± 3 체적％, 또는 ± 5 체적％) 만큼 실질적으로 일정한 농도 값의 변화를 제공하도록 약 50 Torr 내지 약 200 Torr 만큼 조정하는 단계를 포함한다.

일부 실시 예들에서, 방법은 (예를 들어, 상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계 후 임의의 시간에) : 소스로부터 버블러로의 가스 컴포넌트의 플로우 레이트 또는 버블러로부터 제 1 반응기로의 가스 혼합물의 플로우 레이트를 조정하는 단계를 더 포함한다. 플로우 레이트의 비제한적인 조정들은 약 0.1 slm 내지 약 20 slm (예를 들어, 약 0.1 slm 내지 1 slm, 0.1 slm 내지 2 slm, 0.1 slm 내지 5 slm, 0.1 slm 내지 10 slm, 0.5 slm 내지 1 slm, 0.5 slm 내지 2 slm, 0.5 slm 내지 5 slm, 0.5 slm 내지 10 slm, 0.5 slm 내지 20 slm, 1 slm 내지 2 slm, 1 slm 내지 5 slm, 1 slm 내지 10 slm, 1 slm 내지 20 slm, 2 slm 내지 5 slm, 2 slm 내지 10 slm, 2 slm 내지 20 slm, 4 slm 내지 5 slm, 4 slm 내지 10 slm, 4 slm 내지 20 slm, 8 slm 내지 10 slm, 또는 8 slm 내지 20 slm) 이다.

일부 실시 예들에서, 방법은 (예를 들어, 상기 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계 후) : 버블러의 챔버 내의 헤드스페이스로 푸시 가스를 전달하는 단계를 더 포함하고, 가스 혼합물은 가스 혼합물을 추가로 이송하기 위한 가스 컴포넌트, 기화된 액체 컴포넌트, 및 푸시 가스를 포함한다. 비제한적인 푸시 가스는 아세틸렌, 산소, 질소, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계는 규정된 압력 범위 및/또는 규정된 질량 유량 레이트 범위 내에서 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 가스 혼합물을 추가로 이송하는 것을 보조하는 단계는 가스 혼합물을 제 2 반응기로 추가로 이송하는 단계를 더 포함하고, 제 2 반응기는 제 1 반응기에 유체적으로 커플링될 수도 있거나 커플링되지 않을 수도 있고 그리고 제 2 반응기는 반응을 수행하도록 구성될 수도 있거나 구성되지 않을 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 제 2 반응기는 반도체 프로세스를 수행하기 위한 것이고, 그리고 실질적으로 일정한 농도 값은 반도체 프로세스의 과정에 걸져 유지된다.

일부 실시 예들에서, 방법은 (상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계 후) : 제 1 반응기 내에서 반응을 개시하는 단계를 더 포함하고, 버블러는 반응 동안 실질적으로 일정한 온도 및/또는 실질적으로 일정한 압력으로 액체를 계속해서 유지한다. 다른 실시 예들에서, 버블러는 반응 동안 버블러 내 분위기의 온도 및/또는 압력을 계속해서 제어한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 소스는 가스 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌, 산소, 질소, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합) 를 포함한다. 다른 예들에서, 소스는 안정화제 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 것) 를 더 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 업스트림 플로우 통로에 유체적으로 커플링되도록 구성된 소스는 가압된 탱크이다. 특정한 실시 예들에서, 가압된 탱크는 압력 조절기에 유체적으로 커플링될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 소스는 가스 컴포넌트 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 것) 를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 소스는 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 것) 를 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 가스 또는 가스 컴포넌트는 아세틸렌, 산소, 질소, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 기화된 액체 컴포넌트는 증기 형태의 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 안정화제, 전구체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 실질적으로 일정한 농도 값은 버블러 내의 분위기의 제어된 온도 및 압력에서 가스 혼합물 또는 가스 컴포넌트 내의 기화된 액체 컴포넌트의 포화 농도이다. 일부 실시 예들에서, 기화된 액체 컴포넌트는 아세틸렌 안정화제이고, 가스 혼합물은 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제를 포함하고, 그리고 실질적으로 일정한 농도 값은 가스 혼합물 내 아세틸렌 안정화제의 포화 농도이다. 일부 실시 예들에서, 기화된 액체 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌 안정화제) 의 실질적으로 일정한 농도 값은 소스 내의 기화된 액체 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌 및 아세틸렌의 소스 내의 아세틸렌 안정화제) 의 초기 농도 값보다 보다 작다. 다른 실시 예들에서, 기화된 액체 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌 안정화제) 의 실질적으로 일정한 농도 값은 소스 내의 기화된 액체 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌 및 아세틸렌의 소스 내의 아세틸렌 안정화제) 의 초기 농도 값보다 보다 크다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 실질적으로 일정한 농도 값은 가스 컴포넌트 내 기화된 액체 컴포넌트의 약 0.1 체적％ 내지 약 20 체적％ (예를 들어, 가스 컴포넌트 내의 기화된 액체 컴포넌트의 약 0.1 체적％ 내지 1 체적％, 0.1 체적％ 내지 3 체적％, 0.1 체적％ 내지 5 체적％, 0.1 체적％ 내지 10 체적％, 0.1 체적％ 내지 15 체적％, 0.2 체적％ 내지 1 체적％, 0.2 체적％ 내지 3 체적％, 0.2 체적％ 내지 5 체적％, 0.2 체적％ 내지 10 체적％, 0.2 체적％ 내지 15 체적％, 0.2 체적％ 내지 20 체적％, 0.4 체적％ 내지 1 체적％, 0.4 체적％ 내지 3 체적％, 0.4 체적％ 내지 5 체적％, 0.4 체적％ 내지 10 체적％, 0.4 체적％ 내지 15 체적％, 0.4 체적％ 내지 20 체적％, 0.5 체적％ 내지 1 체적％, 0.5 체적％ 내지 3 체적％, 0.5 체적％ 내지 5 체적％, 0.5 체적％ 내지 10 체적％, 0.5 체적％ 내지 15 체적％, 0.5 체적％ 내지 20 체적％, 0.8 체적％ 내지 3 체적％, 0.8 체적％ 내지 5 체적％, 0.8 체적％ 내지 10 체적％, 0.8 체적％ 내지 15 체적％, 0.8 체적％ 내지 20 체적％, 1 체적％ 내지 3 체적％, 1 체적％ 내지 5 체적％, 1 체적％ 내지 10 체적％, 1 체적％ 내지 15 체적％, 1 체적％ 내지 20 체적％, 3 체적％ 내지 5 체적％, 3 체적％ 내지 10 체적％, 3 체적％ 내지 15 체적％, 3 체적％ 내지 20 체적％, 5 체적％ 내지 10 체적％, 5 체적％ 내지 15 체적％, 5 체적％ 내지 20 체적％, 10 체적％ 내지 20 체적％, 또는 10 체적％ 내지 20 체적％) 이다. 일부 실시 예들에서, 실질적으로 일정한 농도 값은 아세틸렌 내 아세틸렌 안정화제의 약 2 체적％ 내지 약 10 체적％이다. 일부 실시 예들에서, 아세틸렌 안정화제는 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 특정한 실시 예들에서, 아세틸렌 안정화제는 아세톤이다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 버블러는 동작 동안 약 -20 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도 (예를 들어, 약 -15 ℃ 내지 15 ℃, -10 ℃ 내지 10 ℃ 또는 -5 ℃ 내지 5 ℃로 액체를 유지하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 버블러는 동작 동안, 약 500 Torr 내지 약 1100 Torr (약 500 Torr 내지 900 Torr, 500 Torr 내지 1000 Torr, 600 Torr 내지 900 Torr, 600 Torr 내지 1000 Torr, 600 Torr 내지 1100 Torr, 700 Torr 내지 900 Torr, 700 Torr 내지 1000 Torr, 700 Torr 내지 1100 Torr, 900 Torr 내지 1000 Torr, or 900 Torr 내지 1100 Torr) 의 압력으로 분위기를 유지하도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 버블러는 약 1 slm 내지 약 20 slm (예를 들어, 약 1 slm 내지 5 slm, 1 slm 내지 10 slm, 1 slm 내지 15 slm, 3 slm 내지 5 slm, 3 slm 내지 10 slm, 3 slm 내지 15 slm, 3 slm 내지 20 slm, 5 slm 내지 10 slm, 5 slm 내지 15 slm, or 5 slm 내지 20 slm) 의 플로우 레이트를 제공하도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 버블러는 복수의 트레이들 (trays) 을 포함한다. 다른 실시 예들에서, 버블러는 액체 레벨 센서 (예를 들어, 이산 레벨 센서 또는 연속적인 레벨 센서) 를 포함한다. 또 다른 실시 예들에서, 버블러는 액체 레벨 센서 (예를 들어, 이산 레벨 센서 또는 연속적인 레벨 센서) 에 유체적으로 커플링된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, (예를 들어, 버블러 내 또는 버블러의 챔버 내) 액체는 실질적으로 일정한 온도 및 실질적으로 일정한 압력이도록 구성된 상기 제어된 온도 및 압력으로 제공된다. 다른 실시 예들에서, (예를 들어, 버블러 내 또는 버블러의 챔버 내) 액체는 미리 결정된 액체 레벨 근방으로 또는 미리 결정된 액체 레벨로 유지된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, (예를 들어, 버블러 내 또는 버블러의 챔버 내) 액체는 액체 형태의 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 안정화제, 전구체, 또는 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시 예들에서, 액체는 증기 형태의 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 안정화제, 전구체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 기화된 액체 컴포넌트를 제공한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, (예를 들어, 버블러의 챔버를 위한) 액체의 소스는 버블러에 또는 버블러의 챔버에 유체적으로 커플링된다. 일부 실시 예들에서, 액체의 소스는 액체 레벨 센서를 더 포함한다. 다른 실시 예들에서, 액체의 소스는 버블러 내의 액체를 일정한 액체 레벨로 또는 일정한 액체 레벨 근방으로 유지하도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, (예를 들어, 버블러 내에 형성된) 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 실질적으로 일정한 농도 값의 기화된 액체 컴포넌트 (예를 들어, 본 명세서의 임의의 것, 예컨대 하나 이상의 안정화제들, 아세틸렌 안정화제들, 전구체들, 또는 이들의 조합들의 증기 형태들) 를 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 다운스트림 플로우 통로 (d) 는 하나 이상의 반응기들 또는 부가적인 챔버들에 유체적으로 커플링되도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 반응들 또는 부가적인 챔버들은 가스 혼합물 (예를 들어, 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하고; 또는 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제를 포함함) 을 수용하도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 버블러를 떠나는 가스 혼합물의 기화된 액체 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌 안정화제를 포함하는 본 명세서의 임의의 것) 는 반도체 프로세스의 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값을 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들 및 방법들은 업스트림 플로우 통로 (a) 에 유체적으로 커플링된 압력 조절기를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 압력 조절기는 소스에 유체적으로 커플링되도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들, 및 방법들은 업스트림 플로우 통로 (a), 또는 다운스트림 플로우 통로 (d), 또는 업스트림 플로우 통로 (a) 및 다운스트림 플로우 통로 (d) 모두에 유체적으로 커플링된 압력 제어기를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 압력 제어기는 플로우 통로의 규정된 압력 범위 내에서 가스 혼합물의 압력을 유지하도록 더 구성된다. 다른 실시 예들에서, 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하고; 또는 가스 혼합물은 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제를 포함한다. 또 다른 실시 예들에서, 규정된 압력 범위는 10 psig를 초과하지 않는다. 특정한 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들 (c) 은 압력 제어기에 커플링되고 그리고 압력 제어기를 제어하도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들 및 방법들은 업스트림 플로우 통로 (a), 또는 다운스트림 플로우 통로 (d), 또는 업스트림 플로우 통로 (a) 및 다운스트림 플로우 통로 (d) 모두에 유체적으로 커플링된 질량 유량 제어기 (mass flow controller; MFC) 를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 질량 유량 제어기는 플로우 통로에서 규정된 질량 유량 레이트 범위 내에서 가스 혼합물 및/또는 가스 컴포넌트의 질량 유량 레이트를 유지하도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하고; 또는 가스 혼합물은 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제를 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들 (c) 은 질량 유량 제어기에 커플링되고 그리고 질량 유량 제어기를 제어하도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들, 및 방법들은 업스트림 플로우 통로 (a), 또는 다운스트림 플로우 통로 (d), 또는 업스트림 플로우 통로 (a) 및 다운스트림 플로우 통로 (d) 모두에 유체적으로 커플링된 가스 농도계를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 가스 농도계는 플로우 통로 내의 가스 혼합물, 가스 컴포넌트, 및/또는 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 측정하도록 구성된다. 특정한 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들 (c) 은 가스 농도계에 커플링된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들 및 방법들은 버블러에 커플링된 온도 제어기를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서, 온도 제어기는 다운스트림 플로우 통로 (d) 의 규정된 온도 범위 내에서 가스 혼합물의 온도를 유지하도록 구성된다. 다른 실시 예들에서, 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하고; 또는 가스 혼합물은 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제를 포함한다. 또 다른 실시 예들에서, 규정된 온도 범위는 30 ℃를 초과하지 않는다. 특정한 실시 예들에서, 하나 이상의 제어기들 (c) 은 온도 제어기에 커플링되고 그리고 온도 제어기를 제어하도록 구성된다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들 및 방법들은 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 버블러의 챔버 내의 헤드스페이스로 푸시 가스를 전달하도록 구성된 밸브를 더 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 푸시 가스는 임의의 유용한 가스 또는 가스 컴포넌트, 예를 들어, 아세틸렌, 산소, 질소, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들 및 방법들은 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 버블러의 챔버로 부가적인 액체를 전달하도록 구성된 밸브를 더 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 부가적인 액체는 챔버 내에 존재하는 액체 또는 또 다른 액체를 포함한다.

본 명세서의 임의의 실시 예에서, 본 명세서의 장치들, 시스템들 및 방법들은 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 버블러의 챔버 내 액체의 과잉을 제거하도록 구성된 출구 경로를 더 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 프로세싱 반응기 또는 모듈과 함께 사용하기 위한 비제한적인 전처리 모듈들 (pre-processing modules) 의 예시적인 도면들을 도시한다. (A) 프로세스 챔버 (104) 및 압력 조절기 (103) 를 갖는 소스 (102) 에 유체적으로 커플링된 (fluidically couple) 전처리 모듈로서, 전처리 모듈은 업스트림 (upstream) 플로우 통로 (105), 액체를 갖는 버블러 (bubbler) (107), 및 다운스트림 플로우 통로 (106) 를 포함하는, 전처리 모듈; 및 (B) 증착 챔버 (114) 에 유체적으로 커플링된 전처리 모듈이 제공된다.
도 2a 내지 도 2c는 전처리 모듈에서 비제한적인 버블러 구성들의 예시적인 개략도들을 도시한다. (A) 액체 (212) 에 부가하기 위한 재충진 소스 (250) 를 갖는 버블러로서, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 제어기 (240) 및/또는 다운스트림 플로우 제어기 (241) 를 포함하는 버블러; (B) 헤드스페이스 (211) 에 부가하기 위한 재충진 또는 푸시 가스 소스 (250) 를 갖는 버블러; 및 (C) 플로우 제어기 대신에, 업스트림 압력 제어기 (260) 및/또는 다운스트림 압력 제어기 (261) 를 갖는 버블러가 제공된다.
도 3a 내지 도 3e는 구성된 제어기를 갖는 시스템의 예시적인 개략도들을 도시한다. (A) 전처리 모듈 내에서 하나 이상의 컴포넌트들을 동작시키고 소스 (304) 에 대한 밸브 (306) 를 동작시키도록 구성된 제어기 (380) 를 갖는 시스템; (B) 제어기에 연결될 수 있는 센서와 함께 사용되는 버블러 (601) 를 위한 챔버; (C) 예시적인 온 디맨드 (on demand) 충진 버블러를 제어하기 위한 알고리즘을 상세히 기술하는 프로세스 흐름도; (D) 버블러에 대한 과충진 (overfill) 방지의 구현에 대한 흐름도; 및 (E) 버블러에 대한 로우 (low) 액체 레벨 방지의 구현에 대한 흐름도가 제공된다.
도 4a 내지 도 4f는 전처리 모듈 내의 컴포넌트들에 대한 비제한적인 구성들의 예시적인 도면들을 도시한다. (A) 업스트림 플로우 통로 및/또는 다운스트림 플로우 통로의 농도계들 (430, 432), 플로우 제어기들 (440, 442), 및 압력 제어기들 (460, 462) 에 대한 가능한 위치들을 갖는 전처리 모듈; (B) (업스트림 플로우 통로에서) 업스트림 플로우 제어기 (440) 및 (다운스트림 플로우 통로에서) 다운스트림 압력 제어기 (462) 를 갖는 전처리 모듈; (C) 다운스트림 플로우 제어기 (442) 및 다운스트림 압력 제어기 (462) 를 갖는 전처리 모듈로서, 액체를 함유하는 앰플 (484) 이 버블러 (410) 에 유체적으로 커플링되는, 전처리 모듈; (D) 바이패스 (bypass) 경로 (490) 를 갖는 전처리 모듈; (E) 버블러 (410) 로부터 액체를 제거하도록 구성된 출구 경로 (495) 를 갖는 전처리 모듈; 및 (F) 컴포넌트들 및 경로들의 특정한 조합을 포함하는 전처리 모듈이 제공된다.
도 5a 및 도 5b는 기화된 액체 컴포넌트를 포함하는 가스 혼합물을 제공하기 위한 프로세스 플로우들에 대한 예시적인 프름도들을 도시한다. (A) 선택 가능하게 가스 컴포넌트의 소스를 제공하는 단계 (502), 가스 컴포넌트를 전처리 모듈로 이송하는 단계 (504), 가스 혼합물의 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 제어하기 위해 전처리 모듈 내 액체를 통해 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계 (506) 가스 혼합물을 프로세스 챔버 또는 반응기 내로 추가로 이송하는 단계 (508), 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 조정하는 단계 (512), 및 선택 가능하게 가스 혼합물의 반응 생성물을 기판 상에 증착하는 단계 (510) 를 포함하는 프로세스 (500) 에 대한 흐름도; 및 (B) 가스 컴포넌트이 아세틸렌이고, 기화된 액체가 기화된 안정화제이고, 고 탄소 함량 재료가 선택 가능하게 증착되는, 프로세스 (520) 에 대한 흐름도가 제공된다.
도 6은 전처리 모듈 내의 컴포넌트들에 대한 또 다른 비제한적인 구성의 예시적인 도면을 도시한다. 전처리 모듈은 소스 (604) 로부터의 흐르는 가스 스트림과 헤드스페이스 (611) 로부터의 안정화제-풍부 가스의 조합인 가스 혼합물을 제공한다. 이 가스 혼합물은 프로세스 챔버 (620) 에 유체적으로 커플링된 프로세싱 라인 (642) 을 통해 이송될 수 있다.
도 7은 반응기 (700) 에 대한 다양한 반응기 컴포넌트들의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 8은 아세톤에 대한 예시적인 압력-온도 그래프를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 아세틸렌 내 안정화제 농도의 제어를 도시한다. (A) 증착 챔버에 연결된 전처리 모듈의 예시적인 블록도 및 (B) 도 9a에서와 같이 배치된 컴포넌트들에 대한 센서 측정 값들의 결과들을 도시하는 그래프가 제공된다.
도 10a 및 도 10b는 다운스트림 플로우 제어를 사용한 아세틸렌 내 안정화제 농도의 추가 제어를 도시한다. (A) 2 slm 및 3 slm 및 (B) 5 slm 및 8 slm의 플로우 레이트들에 대한 센서 측정 값들의 결과들을 보여주는 그래프들이 제공된다. 전처리 모듈의 컴포넌트들은 도 9a에서와 같이 배치된다.

본 개시는 부분적으로 가스 혼합물 내에 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 제어하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 특정한 실시 예들에서, 기화된 액체 컴포넌트는 안정화제, 전구체, 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 컴포넌트이다. 사용 시, 장치는 액체를 통해 가스 컴포넌트를 통과시켜, 액체 내의 화합물들로 하여금 증기 형태의 가스 컴포넌트와 혼합되게 한다. 따라서, 생성된 가스 혼합물은 가스 컴포넌트 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함한다. 장치는 전처리 모듈을 형성할 수 있고, 이는 결국 층의 증착 또는 에칭과 같은 하나 이상의 반도체 프로세스들을 수행하도록 구성된 프로세스 챔버와 유체적으로 커플링될 (fluidically couple) 수 있다.

가스 혼합물 내 기화된 액체 컴포넌트의 농도에 대한 제어는 전처리 모듈 내에서 평형 (equilibrium) 으로 특정한 온도 및 압력을 유지함으로써 달성될 수 있다. 이러한 조건들은 기화된 액체 컴포넌트의 초기 농도 또는 입력 농도와 무관하게 기화된 액체 컴포넌트의 출력 농도가 유지되게 한다. 메커니즘에 의해 제한되기를 바라지 않고, 열역학적 원리들이 평형 상태에서 기화된 액체 컴포넌트의 정상 포화 농도를 예측하기 위해 사용될 수 있도록, 압력 및 온도가 장치 내에서 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 출력 농도는 임의의 유용한 반도체 프로세스 (예를 들어, 가스를 반응시키는 증착 반응) 의 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값으로 유지된다.

특정한 실시 예들에서, 전처리 모듈은 기화되고 가스 컴포넌트와 혼합될 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함한다. 일반적으로, 챔버는 버블러 내에 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 업스트림 플로우 통로는 일반적으로 버블러에 도달하기 전에 플로우 경로 내에 있고, 따라서 업스트림 플로우 통로 내의 가스 스트림은 통상적으로 가스 컴포넌트의 소스에 의해 제공된 바와 같은 가스 컴포넌트를 포함한다. 반대로, 다운스트림 플로우 통로는 일반적으로 버블러에 도달한 후 플로우 경로 내에 있고, 따라서 다운스트림 플로우 통로 내의 가스 스트림은 통상적으로 버블러의 챔버 내의 액체를 통과한다.

장치는 또한 업스트림 플로우 통로 및 다운스트림 플로우 통로를 직접 연결하고 따라서 버블러를 바이패스하는 바이패스 경로를 포함할 수 있다. 바이패스 경로가 개방되면 (예를 들어, 완전히 또는 부분적으로 개방되면), 다운스트림 플로우 통로 내의 가스 스트림은 밸브들의 타입, 제어기들, 및 장치 내에 존재하는 압력/플로우 조건들에 의해 지시된 바와 같이, 소스로부터의 가스와 버블러를 통과한 가스의 부분의 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 바이패스 경로가 부분적으로 개방된다면, 프로세스 챔버로 제공된 가스 혼합물은 기화된 액체 컴포넌트로 농축된 또 다른 가스 스트림과 함께 소스로부터의 가스 컴포넌트를 포함할 수 있다.

본 개시는 또한 제어된 온도 및 압력 조건들을 사용하여 농도를 제어하는 방법들에 관한 것이다. 특정한 실시 예들에서, 방법들은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 버블러 내로 흐르는 가스 컴포넌트 내의 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 조정하기 위해 버블러를 채용한다. 방법들은 또한 버블러 내의 액체의 레벨을 결정하는 단계, 버블러로부터 액체를 부가하거나 제거하는 단계, 및 버블러 또는 유체적으로 커플링된 플로우 통로들 내의 플로우 레이트, 압력, 및/또는 온도 중 하나 이상을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시는 또한 반도체 프로세싱을 위해 가스 혼합물을 전달하기 위한 장치가 전처리 모듈로서 채용되는 시스템들에 관한 것이다. 일 예에서, 전처리 모듈은 소스와 반도체 프로세싱 반응기 또는 모듈 사이에 유체로 연결된다. 소스는 전처리 모듈에 의해 개질될 가스 컴포넌트를 제공할 수 있고, 반도체 프로세싱 반응기 또는 모듈은 하나 이상의 반도체 프로세스들을 수행하기 위해 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 하나 이상의 챔버들을 포함할 수 있다. 부가적인 상세들은 다음과 같다.

아세틸렌을 포함한 가스 컴포넌트들을 제공하기 위한 전처리 모듈들

본 개시는 전처리 모듈로서 채용될 수 있는 장치에 관한 것이다. 도 1a는 프로세스 챔버 (104) 에 유체적으로 커플링된 이러한 모듈을 도시한다. 전처리 모듈은 압력 조절기 (103) 를 갖는 가스 컴포넌트의 소스 (102) 에 유체적으로 커플링되고 프로세스 챔버 (104) 에 유체적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 전처리 모듈 자체는 업스트림 플로우 통로를 형성하는 프로세싱 라인 (105), 액체를 갖는 버블러 (107), 및 다운스트림 플로우 통로를 형성하는 또 다른 프로세싱 라인 (106) 을 포함할 수 있다. 가스 컴포넌트는 소스 (102) 로부터 방출되고 (discharge) 압력 조절기 (103) 를 통과한다. 이어서 가스 컴포넌트는 프로세싱 라인 (105) 을 통해 그리고 버블러 (107) 내로 통과되고, 여기서 가스는 기화된 액체 컴포넌트를 갖는 가스 혼합물을 제공하도록 버블러 (107) 내의 액체와 상호 작용한다.

사용 시, 버블러 (107) 는 제어된 온도 및 압력을 갖는 분위기 하에서 액체 및 액체 위의 헤드스페이스를 유지한다. 이러한 제어를 가함으로써, 열역학 원리들은 액체를 통과하는 가스 혼합물 내 그리고 액체 위의 헤드스페이스 내의 가스 혼합물 내에서 기화된 액체 컴포넌트의 포화 정도에 영향을 줄 수 있다. 가스 컴포넌트가 액체를 통과할 때, 기화된 액체의 제어된 농도는 가스 혼합물을 형성하도록 가스 컴포넌트와 함께 운반된다. 이 제어된 농도는 실질적으로 일정하고 안정된 포화 농도일 것으로 예측된다. 이러한 방식으로, 가스 혼합물은 버블러 (107) 를 나갈 때 그리고 다운스트림 플로우 통로로서 기능하고 프로세스 챔버 (104) 에 유체적으로 커플링되는 또 다른 프로세싱 라인 (106) 내로 기화된 액체의 안정된 농도를 포함한다.

다양한 반도체 프로세스들은 기화된 액체 컴포넌트들의 농도에 대한 이러한 제어로부터 이익을 얻을 수 있다. 이러한 제어는 반도체 프로세스(들)를 위해 단일 반응기, 단일 모듈, 복수의 반응기들, 또는 복수의 모듈들에서 수행된 프로세스들에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 단일 전처리 모듈은 단일 프로세싱 모듈 또는 프로세싱 반응기, 뿐만 아니라 복수의 프로세싱 반응기들 또는 프로세싱 모듈들에 유체적으로 커플링될 수 있다. 이에 더하여, 이러한 제어는 가스 또는 가스 혼합물의 농도 제어가 유용할 수 있는 임의의 프로세스의 과정 동안, 예컨대 증착 반응, 기판 프로세싱 반응, 에칭 반응, 주입 반응, 등의 과정 동안 제공될 수 있다.

일 예에서, 프로세스 챔버에 제공된 기화된 전구체의 농도는 증착된 막의 품질 및 두께에 직접적으로 영향을 줄 수 있다. 여기서, 전처리 모듈은 기판 상에 막 또는 층을 증착하도록 사용될 수 있고, 그리고 기화된 액체 컴포넌트는 이러한 증착을 위해 기화된 전구체를 포함한다. 이 실시 예에서, 가스 컴포넌트는 불활성 가스 (예를 들어, 아르곤) 또는 비-불활성 가스 (예를 들어, 산소) 일 수 있고; 그리고 가스 컴포넌트를 위한 소스는 실린더, 탱크, 또는 가스의 설비 전체의 공급부일 수 있다.

또 다른 예에서, 전처리 모듈은 (예를 들어, 애시 가능 하드마스크에서와 같이) 고 탄소 함량 재료를 증착하도록 사용될 수 있다. 이 실시 예에서, 가스 컴포넌트는 증착을 위한 탄소 소스인 아세틸렌 일 수 있고; 그리고 기화된 액체 컴포넌트는 아세틸렌 안정화제이다. 아세틸렌은 15 psig 이상의 압력들에서 분해되기 시작할 수 있다. 극심하게 분해하는 경향의 아세틸렌이 주어지면, 아세틸렌 실린더들은 수용 라인들의 압력을 15 psig로 제한하는 안전 압력 조절기들을 공급받는다. 그러나, 실린더 내부의 오버헤드 압력은 안전 디바이스들과 함께 사용될 때 200 psi를 초과할 수도 있다. 증착 챔버들이 보통 저압들에서 동작된다는 것을 고려하면, 15 psig 이하는 아세틸렌 가스 스트림을 사전 프로세싱 모듈을 통해 증착 챔버 내로 흘리기에 충분히 높은 구동 압력이다. 일 예로서, 증착 프로세스는 증착 챔버가 약 8 Torr로 유지되는 동안, 약 6750 sccm (6.75 L/min) 의 플로우 레이트를 채용할 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 플로우 레이트들 및 챔버 압력들은 프로세스 요건들에 따라 가변할 수도 있다.

특정한 실시 예들에서, 아세틸렌 소스는 안전 구제 디바이스들 (safety relief devices) 에 더하여 충진제 (filler) 재료 및 안정화제를 담는 실린더이다. 특정한 실시 예들에서, 압축된 가스 서비스를 위해 통상적으로 사용되는 표준 사이즈의 중공형 강철 (steel) 실린더들이 아세틸렌을 위해 사용된다. 특정한 실시 예들에서, 집단 실린더들 (ganged cylinders), 즉, 공통 가스 라인에 연결된 실린더들이 사용될 수 있다.

아세틸렌 소스는 보틀 또는 실린더일 수도 있지만, 탱크 또는 설비 전체의 아세틸렌 공급부 (예를 들어, 설비 내로 배관된 (plumb) 아세틸렌 리소스) 일 수도 있다. 아세틸렌 가스 스트림 내 아세톤 또는 다른 아세틸렌 안정화제들의 농도는 저장 실린더 내 안정화제에 대한 아세틸렌의 비에 따라 실질적으로 가변할 수 있다. 통상적으로, 아세틸렌 가스 스트림의 아세톤 함량은 실린더로부터 보다 많은 아세틸렌이 사용됨에 따라 증가하는 경향이 있다. 이는 아세톤, 특히 아세틸렌 내 아세톤의 상대적인 양이 발생된 생성물의 품질에 영향을 주는 프로세스들에서 아세틸렌을 사용할 때 특정한 어려움을 제시한다. N,N-디메틸 포름아미드 (DMF)-안정화된 아세틸렌은 아세틸렌 가스 스트림에 거의 일정한 양의 안정화제를 제공할 수 있지만, DMF는 때때로 DMF의 독성 및/또는 보다 높은 비용으로 인해 프로세싱 적용 예들에서 회피된다.

도 1b는 아세틸렌을 채용하는 전처리 모듈의 일 예를 도시하는 블록도이다. 전처리 모듈은 증착 반응을 위한 탄소 소스로서 아세틸렌을 채용할 수 있는, 증착 챔버 (114) 에 커플링되도록 구성될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 대응하는 압력 조절기 (113) 를 갖는 아세틸렌 소스 (112) 를 채용하고, 이는 결국 증착 챔버 (114) 에 연결된다. 아세틸렌 소스는 아세틸렌 및 안정화제를 담는다. 특정한 실시 예들에서, 아세틸렌 소스는 약 200 psi 이상으로 가압된다.

아세틸렌 가스 스트림이 아세틸렌 소스로부터 방출될 때, 먼저 실린더의 서비스 압력이 15 psig 미만의 안전 레벨로 감소되는 압력 조절기 (113) 를 통과한다. 이어서 아세틸렌은 업스트림 플로우 통로로서 역할하는 프로세싱 라인 (115) 을 통해, 액체와 함께 버블러 (117) 내로, 다운스트림 플로우 통로로서 역할하는 또 다른 프로세싱 라인 (116) 을 통해, 그리고 증착 챔버 (114) 내로 통과된다. 프로세싱 라인들 (115, 116) 에 적합한 재료들은 강철 및 연철 (wrought iron) 을 포함한다. 일반적으로, 주철, 비합금 구리, 은, 또는 수은은 폭발성 아세틸라이드들을 형성할 가능성 때문에 회피된다.

프로세싱 라인 내의 아세틸렌 가스 스트림은 아세틸렌에 더하여 일부 안정화제 증기를 포함할 수도 있다. 업스트림 플로우 통로의 안정화제 체적 농도는 아세틸렌 실린더의 현재 서비스 압력에 따라,약 0.5 체적％ 내지 약 20 체적％의 범위일 수도 있다. 라인 내의 아세틸렌 가스 스트림의 온도는 아세틸렌 실린더의 저장 조건들, 증발 레이트 및 다른 인자들에 종속된다.

일부 실시 예들에서, 스트림은 (아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제를 포함하는) 가스 혼합물을 목표된 농도 값으로 (예를 들어, 증착 반응 과정에 걸쳐 안정화제의 실질적으로 일정한 농도 값으로) 제공하도록 버블러 (117) 를 통과할 수도 있다. 버블러를 통과한 후, 이 목표된 농도 값은 소스에 의해 제공된 아세틸렌의 안정화제 농도보다 보다 크거나 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 서비스 시작 시, 아세틸렌 실린더는 안정화제-고갈될 (stabilizer-starved) 수도 있고, 기화된 안정화제는 아세틸렌 스트림에 첨가되어야 할 수도 있다. 또 다른 예에서, 서비스 종료 시, 아세틸렌 실린더는 안정화제-풍부 (stabilizer-rich) 일 수도 있고, 기화된 안정화제가 아세틸렌 스트림으로부터 제거되어야 할 수도 있다. 버블러를 채용함으로써, 아세틸렌 스트림 내 안정화제의 포화 농도가 평형에 있고 제어된 온도 및 압력 조건들을 갖는 장치에 대해 예측될 수 있기 때문에 안정화제의 첨가 및 제거가 달성될 수 있다.

특정한 실시 예들에서, 스트림은 증착 동안 아세틸렌 및 안정화제의 온도를 조절하기 위해 온도 제어기를 통과할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 온도 제어기 (예를 들어, 열 교환기) 는 아세틸렌 가스 스트림의 온도를 약 10 ℃ 내지 50 ℃로 유지할 수 있다. 일부 경우들에서, 온도는 약 15 ℃ 내지 30 ℃로 유지된다. 특정한 실시 예들에서, 장치는 아세틸렌 소스 (112) 와 버블러 (117) 사이의 경로 상에 열 교환기를 포함하지 않는다. 일부 구현 예들에서, 아세틸렌 및 안정화제 혼합물의 온도가 제어되는 정도로, 이는 아세틸렌이 버블러에 존재하는 동안 달성된다. 선택 가능하게, (버블러 후) 가스 혼합물은 증착 챔버 내로 들어가기 전에 가열될 수 있다. 이러한 가열은 선택 가능하고 채용된 프로세싱 조건들, 예를 들어, 가스의 수동 가열을 허용하는 버블러로부터 증착 챔버로의 충분한 이동 시간 또는 이동 길이 (예를 들어, 약 1 slm 당 1 ft 이상) 에 기초하여 필요하지 않을 수도 있다.

시스템은 아세틸렌 가스 스트림이 이어서 증착 챔버 (114) 내로 흐르도록 구성된다. 시스템은 아세틸렌 혼합물이 증착 챔버 (114) 로 가는 길에 통과하는, 질량 유량 제어기 (mass flow controller; MFC) 와 같은 플로우 제어기를 포함하도록 구성될 수도 있다. MFC는 온도, 조성, 압력, 목표된 플로우 레이트, 등과 같은 감소된 안정화제 농도 아세틸렌 가스 스트림의 특성들에 대한 특정한 범위들에 대해 캘리브레이팅될 (calibrate) 수도 있다. MFC는 오퍼레이터 또는 외부 시스템에 의해 입력 신호가 제공되는 폐루프 (closed loop) 제어 시스템과 피팅될 (fit) 수도 있고, 입력 값은 질량 유량 센서로부터의 값과 비교되고 그리고 MFC의 밸브는 목표된 플로우 레이트를 달성하기 위해 이에 따라 조정된다.

마지막으로, 시스템은 아세틸렌 가스 스트림이 증착 챔버 (114) 내로 흐르도록 구성된다. 증착 챔버 (114) 의 일 예는 도 7의 맥락에서 보다 상세히 기술된다. 아세틸렌 가스 스트림은 전자 디바이스의 제조 동안 반도체 기판 상에 고 탄소 함량 재료의 층을 형성하도록 사용되는 탄소-함유 전구체로서 사용될 수도 있다. 이 프로세스는 증착 챔버 (114) 내에서 수행된다.

도 2a 내지 도 2c는 버블러 (210) 를 갖는 전처리 모듈을 도시하는 간단한 블록도를 제공한다. 전처리 모듈은 버블러 (210) 의 업스트림인 방식으로 대응하는 압력 조절기 (206) 를 사용하여 가스 컴포넌트의 소스 (204) 에 유체적으로 커플링될뿐만 아니라 버블러의 다운스트림의 프로세스 챔버 (220) 에 유체적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 소스 (204) 는 가스 컴포넌트 (예를 들어, 아세틸렌, 불활성 가스, 또는 비-불활성 가스) 를 포함할 수 있다. 아세틸렌이 채용될 때, 소스는 또한 안정화제를 포함할 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 소스 (404) 는 200 psi 이상으로 가압된다. 소스는 탱크 또는 가스 컴포넌트의 설비 전체 공급 부 (예를 들어, 설비 내로 배관된 가스 소스) 일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 소스 (404) 는 상기 기술된 바와 같이, 충진제 재료 및 안전 구제 디바이스들을 포함하는 아세틸렌 실린더이다.

아세틸렌 가스 스트림이 소스 (204) 로부터 방출될 때, 먼저 실린더의 서비스 압력이 15 psig 미만의 안전 레벨로 감소되는 압력 조절기 (206) 를 통과한다. 이어서 가스 컴포넌트는 프로세싱 라인들 (208, 209) 을 통해 버블러 (210) 내로 통과된다. 버블러들에 대한 부가적인 구성들이 본 명세서에 기술된다.

일부 실시 예들에서, 버블러 (210) 는 액체 (212) 를 홀딩하고 액체 위에 배치된 헤드스페이스 (211) 를 갖는 챔버를 포함하고, 그리고 프로세싱 라인들 (208, 209) 은 액체 (212) 내로 아세틸렌 가스 스트림을 위한 유입구로서 역할한다. 액체 (212) 는 임의의 유용한 화합물, 예컨대 아세틸렌 안정화제 (예를 들어, 도 8에 도시된 압력-온도 그래프에 대한 아세톤) 또는 전구체일 수 있다.

프로세싱 라인들 (208, 209) 내의 아세틸렌 가스 스트림은 아세틸렌에 더하여 일부 안정화제 증기를 포함할 수도 있다. 일 예로서, 프로세싱 라인의 안정화제 농도는 아세틸렌 실린더의 현재 서비스 압력에 따라, 약 0.5 ％ 내지 5 ％ 범위일 수도 있다. 라인들 (208, 209) 내의 아세틸렌 가스 스트림의 온도는 아세틸렌 실린더의 저장 조건들, 증발 레이트 및 다른 인자들에 종속된다.

액체 (212) 를 통해 가스 스트림을 통과시킴으로써, 개질된 가스 혼합물 (214) 은 버블러 (210) 의 유출구에 연결된 다운스트림 플로우 통로에 연결되는 헤드스페이스 (211) 내로 이송될 수 있다. 헤드스페이스 내의 기화된 액체의 농도는 온도 및 압력에 종속된 정상 상태 농도일 수 있다. 따라서, 프로세싱 라인 (216) 을 포함하는 다운스트림 플로우 통로를 통해 버블러 (210) 를 떠나는 가스 혼합물은 약 10 체적％ 미만인 또는 1 체적％ 내지 5 체적％의 범위와 같은, 정상 상태 안정화제 농도를 갖는다. 이 농도는 기판 또는 기판들의 배치 (batch) 와 같은 일련의 기판들을 프로세싱하는 과정에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지될 수도 있다. 특정한 비제한적인 실시 예들에서, 실질적으로 일정한 농도는 약 2 ％, 1.5 ％, 1 ％, 0.9 ％, 0.8 ％, 0.7 ％, 0.6 ％, 0.5 ％, 또는 0.3 ％ 미만인 변동을 가질 수 있다.

게다가, 챔버의 액체 (212) 및/또는 헤드스페이스 (211) 는 챔버를 위한 액체 또는 헤드스페이스를 위한 가스를 제공할 수 있는 재충진 소스 (250) 에 유체적으로 연결될 수 있다. (선택 가능한 압력 조절기 (252) 를 갖는) 재충진 라인 (254) 은 도 2a에서와 같이 액체 (212) 내로 또는 도 2b에서와 같이 헤드스페이스 (211) 내로 삽입될 수 있다.

버블러 (210) 는 온도 제어기 (215) 에 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, 온도 제어기 (215) 는 냉각제를 포함하는 냉각기일 수 있다. 예를 들어, 냉각제는 에틸렌 글리콜 및 물을 포함할 수도 있지만, 다른 냉각제들이 또한 사용될 수도 있다. 예를 들어, Dynalene HF-LO (지방족 탄화수소), Dynalene MV (탄화수소 블렌드), Syltherm XLT가 사용될 수도 있다. 버블러는 임의의 수의 온도 제어기들에 유체적으로 연통될 (fluidically connect) 수도 있다. 온도 제어기의 수량 및 설계는 프로세싱 라인들 (208, 209) 의 플로우 레이트들, 출구 라인 (216) 의 기화된 액체의 요구된 농도, 버블러 (210) 의 다양한 설계 파라미터들, 및 다른 인자들에 종속된다.

버블러 단독은 소스로부터 유입되는 가스 스트림의 안정화제의 농도를 제어하도록 동작될 수 있다. 프로세스 요건들 및 아세틸렌 소스의 조건에 따라, 특정한 양의 안정화제가 버블러의 챔버로부터 제거되어야 할 수도 있고, 그리고 응축된 안정화제가 본 명세서에 기술된 바와 같이 배출 경로를 통해 챔버로부터 제거될 수도 있다.

버블러 (210) 의 조건들을 제어함으로써, 유출 라인 (216) 내로 흐르는 가스 혼합물은 목표된 정상 상태 농도 (예를 들어, 프로세싱 라인 (208, 209) 의 안정화제 농도와 비교하여 아세틸렌 가스 스트림의 실질적으로 감소되거나 증가된 농도) 에 있을 수 있다. 버블러 설계 및 버블러 내의 가스 컴포넌트의 체류 시간에 따라, 유출 라인 (216) 내의 이 스트림의 온도는 액체 온도의 수 도 (few degrees) 이내일 수도 있다. 많은 가스 특성들이 온도에 종속되고 질량 유량 제어기 (240) 의 동작 및 프로세스 챔버 (220) 내 충격 프로세싱에 영향을 줄 수도 있기 때문에, 스트림은 먼저 질량 유량 제어기 (240) 의 업스트림의 온도 제어기 (예를 들어, 히터) 를 통과할 수 있다. 다양한 히터 타입들이 사용될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 히터는 약 10 ℃ 내지 50 ℃의 가스 스트림의 온도를 유지할 수 있다. 일 특정한 실시 예에서, 온도는 약 15 ℃ 내지 30 ℃로 유지된다.

전처리 모듈은 플로우 통로들 내에서 플로우를 유지하도록 구성된 하나 이상의 플로우 제어기들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 도 2a 및 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 기화된 액체의 정상 상태 농도를 갖는 가스 스트림이 이어서 프로세싱 라인 (242) 을 통해 프로세스 챔버 (220) 내로 진입하기 전에, 다운스트림 플로우 제어기 (241), 예를 들어, 질량 유량 제어기 (MFC) 를 통해 흐르도록 구성된다. MFC는 온도, 조성, 압력, 목표된 플로우 레이트, 등과 같은 가스 스트림의 특성들에 대한 특정한 범위들에 대해 캘리브레이팅될 수도 있다. MFC는 오퍼레이터 또는 외부 시스템에 의해 입력 신호가 제공되는 폐루프 제어 시스템과 피팅될 수도 있고, 입력 값은 질량 유량 센서로부터의 값과 비교되고 그리고 MFC의 밸브는 목표된 플로우 레이트를 달성하기 위해 이에 따라 조정된다.

대안적으로, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 통로에 플로우 제어기들을 포함할 수 있다. 도 2a 내지 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 선택 가능한 업스트림 플로우 제어기 (240) 는 가스 스트림은 소스 (204) 로부터 제 1 프로세싱 라인 (208) 을 통해, 업스트림 플로우 제어기 (240) 를 통해 흐르고, 이어서 제 2 프로세싱 라인 (209) 을 통해 버블러 (210) 내로의 진입하는 업스트림 플로우 통로 내에 포지셔닝될 수 있다. 업스트림 및/또는 다운스트림 플로우 제어기의 선택은 프로세스 조건들 또는 제어기 능력들에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 모듈은 업스트림 플로우 제어기 및 다운스트림 플로우 제어기 모두, 업스트림 플로우 제어기만, 또는 다운스트림 플로우 제어기만을 포함할 수 있다.

전처리 모듈은 플로우 통로의 규정된 압력 범위 내에서 압력을 유지하도록 구성된 하나 이상의 압력 제어기들을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 2c에서 볼 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 기화된 액체의 정상 상태 농도를 갖는 가스 스트림이 프로세싱 라인 (242) 을 통해 프로세스 챔버 (220) 내로 진입하기 전에 이어서 다운스트림 압력 제어기 (261) 를 통해 흐르도록 구성된다. 선택 가능한 업스트림 압력 제어기 (260) 는 소스 (204) 로부터 제 1 프로세싱 라인 (208) 을 통해, 업스트림 압력 제어기 (260) 를 통해 가스 스트림을 제공하고, 그리고 제 2 프로세싱 라인 (209) 을 통해 버블러 (210) 로의 진입을 제공하도록 존재할 수 있다. 업스트림 및/또는 다운스트림 압력 제어기의 선택은 프로세스 조건들 또는 제어기 능력들에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 모듈은 업스트림 압력 제어기 및 다운스트림 압력 제어기 모두, 업스트림 압력 제어기만, 또는 다운스트림 압력 제어기만을 포함할 수 있다.

마지막으로, 가스 스트림은 임의의 유용한 라인 (242) 에 의해 프로세스 챔버 (220) 내로 흐른다. 전처리 모듈은 증착 챔버, 에칭 챔버, 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 챔버와 인터페이싱하도록 설계될 수도 있다. 이는 계면들에서 구체적으로 설계된 그리고/또는 선택된 플로우 튜브들 (특정 사이즈들, 기하 구조들 및 배향들을 포함함) 뿐만 아니라 증착 챔버로의 직접 커플링을 위한 특정한 피팅들을 제공하는 것을 수반할 수도 있다. 프로세스 챔버 (220) 를 버블러 (210) 에 연결하기 위해 몇몇 타입들의 피팅들 (fitting) 이 사용될 수도 있다. 예를 들어, Swagelok VCR Face-Seal 피팅 또는 Swagelok VCR 튜브 피팅들이 이 상호 연결을 위해 사용될 수도 있다. 다른 진공 타입들 및 저압 가스 연결 타입들의 피팅들이 사용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 피팅들은 반도체 장비 및 전체 반도체 프로세싱과 호환 가능하도록 특정하게 설계될 수도 있다. 프로세스 챔버 (220) 의 일 예는 도 7의 맥락에서 보다 상세히 기술된다.

도 3a는 전처리 모듈 (302) 내에서 하나 이상의 컴포넌트들을 동작시키도록 구성된 제어기의 개략도이다. 전처리 모듈 (302) 은 가스 컴포넌트 또는 안정화제와 아세틸렌의 조합을 제공하기 위해 소스 (304) 와 함께 채용되도록 구성될 수 있다. 소스 (304) 로부터의 가스는 압력 조절기 (306) 를 통해 프로세싱 라인 (308) 내로, 그리고 농도계 (330) 내로 통과될 수 있다. 농도계 (330) 는 업스트림 플로우 통로에서 가스 컴포넌트의 농도를 측정하도록 채용될 수 있다. 농도계 (330) 로부터, 가스 컴포넌트는 또 다른 압력 조절기 (306) 를 통해 프로세싱 라인 (332) 내로, 그리고 버블러 (310) 의 유입구 내로 통과될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 버블러 (310) 는 액체 (312) 를 홀딩하고 액체 (312) 위에 헤드스페이스 (311) 를 포함하는 챔버를 가질 수 있다. 가스 스트림을 액체 (312) 를 통해 통과시킴으로써, 개질된 가스 혼합물 (314) 은 기화된 액체 컴포넌트를 갖는 가스 혼합물을 제공하도록 헤드스페이스 (311) 내로 이송될 수 있다. 온도 제어기 (315) 는 목표된 온도를 유지하도록 버블러 (310) 에 연결될 수 있고, 그리고 레벨 검출기 (370) 는 액체의 레벨을 추적하도록 버블러 (310) 내에 위치될 수 있다.

버블러 내에서 목표된 압력 또는 온도를 유지하기 위해, 부가적인 액체들 또는 가스들이 재충진 라인 (354, 356) 을 통해 전달될 수 있다. 이어서, 재충진 라인은 재충진 소스 (350) 와 유체로 연통하는 (in fluidic communication) 압력 조절기 (352) 에 연결될 수 있다. 재충진 라인 (354) 의 출력은 헤드스페이스 (311) 내로 삽입될 수 있고, 또는재충진 라인 (356) 의 출력은 버블러 (310) 내의 액체 (312) 내로 삽입될 수 있다. 재충진 소스 (350) 는 아세틸렌 안정화제 또는 전구체와 같은 액체; 또는 푸시 가스 또는 불활성 가스와 같은 가스를 포함할 수 있다.

버블러 내의 액체의 양은 동작 동안 일정한 액체 레벨로 또는 일정한 액체 레벨 근방으로 액체를 제공하도록 모니터링 및/또는 제어될 수 있다. 일부 예들에서, 액체 레벨 센서 (예를 들어, 이산 레벨 센서 또는 연속적인 레벨 센서) 는 버블러 또는 버블러의 챔버에 유체적으로 커플링된다. 챔버 내 미리 결정된 액체 레벨 (예를 들어, 챔버의 총 충진 체적의 약 20 ％ 내지 70 ％) 이 선택될 수 있다. 챔버 내의 액체 레벨이 미리 결정된 레벨 미만이면, 챔버는 액체로 (예를 들어, 미리 결정된 레벨까지) 재충진될 수 있다. 반대로, 챔버 내 액체 레벨이 미리 결정된 레벨 이상이면, 초과 유체가 챔버로부터 제거될 수 있다. 이러한 제거는 챔버로부터 액체를 응축하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 미리 결정된 액체 레벨은 챔버의 총 충진 체적의 약 30 ％ 내지 50 ％일 수 있다.

온도 및 압력에 더하여, 체류 시간은 전처리 모듈 내에서 제어될 수 있다. 일 비제한적인 예에서, 체류 시간은 가스 혼합물이 버블러 내 액체를 통해 흐르는 시간의 양일 수 있다. 이러한 체류 시간은 챔버 내의 액체와 액체를 통과하는 가스 혼합물 사이의 평형 교환을 보장하기에 충분히 길 수 있다.

챔버 내의 액체 레벨은 버블러의 챔버 내의 액체의 하나 이상의 레벨들을 검출하도록 센서들을 사용함으로써 제어될 수 있다. 특정한 구현 예들에서, 단일 센서는 2 개 이상의 레벨들을 센싱하고, 또 다른 실시 예들에서, 단일 센서는 3 개 이상의 레벨들을 센싱한다. 부가적인 상세들은 본 명세서의 다른 곳에 기술된 도 3b 내지 도 3e에 제공된다.

다시 도 3a를 참조하면, 기화된 액체의 정상 상태 농도를 갖는 가스 스트림은 이어서 프로세싱 라인 (316) 으로부터, 압력 제어기 (360) 를 통해, 플로우 제어기 (340) 에 연결된 추가 라인 (362) 내로, 그리고 라인 (342) 을 통해 프로세스 챔버 (320) 내로 흐른다. 제어기 (380) 는 이 시스템 내의 임의의 컴포넌트에 전자적으로 연결될 수 있다. 도 3a에서 볼 수 있는 바와 같이, 제어기는 하나 이상의 액체들 또는 가스들의 플로우 및/또는 농도를 제어하도록 구성될 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 제어기 (380) 는 소스 (304) 의 압력 조절기 (306); 제어기가 규정된 범위 내에서 질량 유량 레이트를 유지하도록 구성되는 다운스트림 플로우 통로에 유체적으로 커플링되는 플로우 제어기 (340); 버블러 (310) 의 업스트림에 유체적으로 커플링된 농도계 (330); 농도계에 근접하게 연결된 밸브 또는 압력 게이지 (334); 버블러 (310) 의 다운스트림에 유체적으로 커플링된 압력 제어기 (360); 푸시 가스/재충진 소스 (350) 에 유체적으로 연통된 밸브 또는 압력 게이지 (352); 버블러 (310) 와 연통하는 레벨 검출기 (370); 및/또는 버블러 (310) 에 근접한 온도 제어기 (315) 에 연결되도록 구성된다.

도 4a는 다양한 미터들 및 제어기들을 포함하는 전처리 모듈의 개략도이다. 알 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 대응하는 압력 조절기 (406) 를 갖는 소스 (404) 에 그리고 프로세스 챔버 (420) 에 유체적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 전처리 모듈은 버블러 (410) 및 버블러 (410) 의 온도를 제어하도록 사용될 수 있는 온도 제어기 (415) 를 포함할 수 있다. 하나 이상의 압력 조절기들 (470, 472, 474) 및 선택 가능한 압력 조절기들 (476, 478) 이 버블러로 들어가고 나가는 가스 스트림들을 제어하도록 채용될 수 있다. 이에 더하여, 재충진 소스 (450) 는 하나 이상의 부가적인 가스들 또는 액체들을 전달하기 위해 버블러 (410) 에 유체적으로 커플링될 수 있다.

하나 이상의 컴포넌트들이 플로우 경로 내의 가스의 플로우, 압력, 및/또는 농도를 측정하고 제어하도록 포함될 수 있다. 이러한 컴포넌트들은 업스트림 플로우 통로에 연결된 업스트림 컴포넌트, 및/또는 다운스트림 플로우 통로에 연결된 다운스트림 컴포넌트일 수 있다. 전처리 모듈은 예컨대 소스 (404) 로부터 나가는 플로우를 제어하기 위한, 업스트림 플로우 제어기 (440); 업스트림 압력 제어기 (460); 예컨대 소스 (404) 로부터 나가는 아세틸렌 및 안정화제의 농도를 측정하기 위한 선택 가능한 업스트림 농도계 (430); 예컨대 버블러 (410) 로부터 나가는 가스 혼합물 또는 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 측정하기 위한 선택 가능한 다운스트림 농도계 (432); 예컨대 버블러 (410) 로부터 나가는 압력을 제어하기 위한 선택 가능한 다운스트림 압력 제어기 (462); 및/또는 예컨대 버블러 (410) 로부터 나가는 플로우를 제어하기 위한 선택 가능한 다운스트림 플로우 제어기 (442) 를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전처리 모듈은 (도 4b에서와 같이) 업스트림 플로우 제어기 (440) 또는 (도 4c에서와 같이) 다운스트림 플로우 제어기 (442) 를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 전처리 모듈은 (도 4f에서와 같이) 업스트림 플로우 통로의 제 1 플로우 제어기 (440) 및 다운스트림 플로우 통로의 제 2 플로우 제어기 (442) 를 포함하는 2 개의 플로우 제어기들을 포함할 수 있다.

도 4a 및 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 압력 제어기는 또한 버블러의 다운스트림 및/또는 업스트림에 유체적으로 커플링될 수 있다. 특히, 전처리 모듈은 (도 4a에서와 같이) 업스트림 압력 제어기 (460) 또는 (도 4b에서와 같이) 다운스트림 압력 제어기 (462) 를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 통로의 제 1 압력 제어기 및 다운스트림 플로우 통로의 제 2 압력 제어기 (예를 들어, 예컨대 도 4e에서와 같이 모두 존재하고 배치될 수 있는, 업스트림 압력 제어기 (460) 및 다운스트림 압력 제어기) 를 포함하는 2 개의 압력 제어기들을 포함할 수 있다. 압력 제어기의 위치는 정상 공급 및 프로세스 조건들뿐만 아니라 제어 시스템의 특성들/능력들에 기초하여 선택될 수 있다. 통상적으로, 압력 제어기는 버블러 내에 제공되지 않는다.

또한 압력 제어와 관련하여, 버블러 또는 다른 시스템 컴포넌트가 가스 혼합물 (예를 들어, 아세틸렌 스트림) 로 하여금 사양을 벗어나게 하는지를 결정하도록 다운스트림 농도계가 채용될 수도 있다. 농도계 및 연관된 제어기가 아세틸렌 농도가 사양을 벗어난다는 것을 나타내면, 제어기는 보상하기 위해 버블러 내의 압력을 조정할 수도 있다. 일 비제한적인 예에서, 100 Torr 압력 변화가 안정화제 농도의 1 ％ 변화를 유발한다면, 버블러의 압력은 목표된 안정화제 농도를 제공하도록 압력-농도 관계에 따라 조정될 수도 있다 (예를 들어, 안정화제 농도의 1 ％ 변화를 제공하기 위한 100 Torr의 변화, 안정화제 농도의 1.2 ％ 변화를 제공하기 위한 120 Torr의 변화, 등).

또 다른 컴포넌트들은 업스트림 플로우 통로 및/또는 다운스트림 플로우 통로에 위치될 수 있다. 센서 측정에 기초한 피드백 루프들은 플로우 레이트, 온도, 및/또는 압력과 같은 동작 조건들을 변경하도록 사용될 수도 있다. 이에 더하여, 컴포넌트들의 조합들이 존재할 수 있다. 도 4a에서 볼 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 존재하는 플로우 제어기 (440) 및 업스트림 플로우 통로에 존재하는 압력 제어기 (460) 를 포함할 수 있다. 도 4b에서, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 통로에 존재하는 플로우 제어기 (440) 및 다운스트림 플로우 통로에 존재하는 압력 제어기 (460) 를 포함할 수 있다. 도 4c에서, 전처리 모듈은 다운스트림 플로우 통로에 존재하는 플로우 제어기 (442) 및 압력 제어기 (460) 를 포함할 수 있다.

또한 도 4c에서 볼 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 불활성 가스 소스 (480) 및 앰플 (484) 에 유체적으로 커플링되도록 구성될 수 있고, 각각은 압력 조절기 (482, 486) 에 근접할 수 있다. 앰플 (484) 은 버블러 (410) 를 재충진하기 위한 액체를 포함할 수 있고, 밸브들 (486, 472) 사이의 프로세싱 라인은 버블러로부터 기화된 액체를 제거하도록 사용될 수 있다.

전처리 모듈의 다른 플로우 통로들은 반도체 프로세싱 동안 유용할 수 있는 상이한 동작들을 수용할 수도 있다. 예를 들어, 도 4d에서 볼 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 통로 및 다운스트림 플로우 통로를 연결하는 바이패스 경로 (490) 를 포함할 수 있다. 사용 시, 소스 (404) 로부터의 가스 컴포넌트는 버블러 (410) 를 통과하지 않고 프로세스 챔버 (420) 로 바로 제공된다. 대안적으로, 소스 (404) 로부터의 가스와 버블러 (410) 로부터의 가스 혼합물의 조합은 바이패스 경로 (490) 및 버블러 (410) 를 나가는 경로 (예를 들어, 밸브 (474) 를 통한 프로세싱 라인) 모두가 개방된다면 프로세스 챔버 (420) 로 이송될 수 있다.

도 4e에서 볼 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 과잉 액체가 버블러 (410) 로부터 제거될 수 있고 유출 경로 (495) 로 지향될 수 있는 유출 경로 (495) 에 유체적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 사용 시, 유출 경로는 전처리 모듈로부터 응결된 액체를 제거하기 위해 진공에 유체적으로 커플링될 수 있다. 선택 가능하게, 밸브 (486) 는 버블러로부터 과잉 액체를 제거하는 동안 앰플을 격리하도록 폐쇄될 수도 있다.

도 4f의 예시적인 전처리 모듈에서와 같이, 추가 센서들이 포함될 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 통로 및 다운스트림 플로우 통로 모두에 하나 이상의 압력 센서들 (또는 압력 트랜스듀서들 PT) (463, 464), 뿐만 아니라 농도계들 (430, 432) 을 포함할 수 있다. 압력 조절기 (492) 가 바이패스 경로 (490) 내에 존재할 수 있다. 전처리 모듈은 업스트림 플로우 제어기 (440) 및 다운스트림 플로우 제어기 (442) 모두, 뿐만 아니라 다운스트림 압력 제어기 (462) 를 포함할 수 있다.

특정한 실시 예들에서, 가스 내 안정화제의 농도는 버블러를 통해 가스를 통과시킴으로써가 아니라 반응기로 들어가기 전에 안정화제-풍부 가스 또는 액체를 흐르는 가스에 도입함으로써 제어된다. 모듈이 대응하는 압력 조절기 (606) 를 갖는 소스 (604) 에 그리고 프로세스 챔버에 유체적으로 커플링되도록 구성될 수 있는, 이 접근법을 구현하는 전처리 모듈의 일 예가 도 6에 제공된다. 모듈 자체는 소스 (604) 에 유체적으로 커플링되도록 구성된 제 1 플로우 제어기 (640), 버블러 (610), 및 버블러 (610) 에 유체적으로 커플링된 제 2 플로우 제어기 (645) 를 포함할 수 있다. 이 실시 예에서, 소스 가스는 버블러를 통과하지 않는다. 오히려, 버블러 및 연관된 제어 시스템은 소스 가스의 안정화제 농도가 너무 낮다고 결정될 때 소스 가스에 부가적인 안정화제를 제공하도록 구성된다.

온도 제어기 (615) 는 버블러 (610) 의 온도를 제어하도록 사용될 수 있다. 하나 이상의 압력 조절기들 (609, 614, 652) 이 버블러로 들어가고 나가는 가스 스트림들을 제어하도록 채용될 수 있다. 이에 더하여, 재충진 소스 (650) 는 재충진 라인 (654, 656) 을 통해 푸시 가스를 전달하도록 버블러 (610) 에 유체로 연결될 수 있다. 재충진 라인 (654) 의 출력은 헤드스페이스 (611) 내로 삽입될 수 있거나, 재충진 라인 (656) 의 출력은 버블러 (610) 내에서 액체 (612) 내로 삽입될 수 있다.

전처리 모듈은 또한 소스 (604) 로부터 나가는 가스 컴포넌트의 농도를 측정하기 위해, 업스트림 플로우 통로의 프로세싱 라인 (608) 에 연결된 농도계 (630) 를 포함한다. 이 농도계 (630) 는 또한 예를 들어 제어기를 통해 재충진 소스 (650) 를 위한 압력 조절기 (652) 에 연결될 수 있다.

플로우 제어기들은 버블러 주변 또는 통과하는 플로우를 지향시키도록 사용될 수 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 플로우 제어기 (640) 는 예컨대 소스 (604) 로부터 나가는 플로우를 제어하고 이 플로우를 프로세스 챔버 (620) 에 유체적으로 커플링된 프로세싱 라인 (642) 내로 지향시키도록 업스트림 플로우 통로에 연결된다. 제 2 플로우 제어기 (645) 는 버블러 (610) 의 헤드스페이스 (611) 로부터 나가는 플로우를 압력 조절기 (614) 를 통해 추가 프로세싱 라인 (616) 으로 제어하도록 업스트림 플로우 통로에 연결된다. 제 2 플로우 제어기 (645) 를 나가는 플로우는 프로세싱 라인 (642) 을 통해 프로세스 챔버 (620) 내로 지향된다.

버블러

본 명세서의 전처리 모듈은 제어된 온도 및 압력을 갖는 분위기 하에 액체를 제공하도록 버블러를 채용할 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 버블러는 액체를 홀딩하기 위한 챔버, 소스로부터 가스 (예를 들어, 가스 컴포넌트 또는 가스 혼합물) 를 수용하기 위한 유입구, 및 가스 (예를 들어, 기화된 액체 컴포넌트를 포함하는 가스 혼합물) 를 반응기 또는 모듈 내로 이송하기 위한 유출구를 포함한다.

액체를 홀딩하기 위한 챔버는 임의의 유용한 구성을 가질 수 있다. 이러한 구성들의 예들은 인클로저 내에 선택 가능하게 배치될 수 있는 하나 이상의 트레이들 (예를 들어, 복수의 스택된 트레이들), 실린더들, 챔버들 (예를 들어, 듀얼 챔버들), 튜브들, 플레이트들, 채널들, 배플들, 또는 디스크들을 포함할 수 있다. 이러한 구성들은 스택들, 회로 루트들, 병렬 루트들, 층들, 링들, 등과 같은 임의의 유용한 배치 (arrangement) 를 가질 수 있다. 챔버 내에서, 액체는 유동 조건 또는 유동이 없는 조건 하에 저장될 수 있다. 버블러의 일 예는 미국 특허 번호 제 9,334,566 호, 및 제 4,140,735 호, 뿐만 아니라 미국 특허 공보 제 2014/0029374 호 및 제 2014/0026977 호에 기술되고, 각각은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.

버블러는 챔버 내의 액체로 또는 액체로부터 열 에너지를 전달하기 위해 하나 이상의 가열 또는 냉각 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 엘리먼트는 열 교환기, 전기 히터, 냉각기, 또는 이들의 조합이다. 엘리먼트는 열 에너지가 액체로 또는 액체로부터 직접적인 또는 간접적인 방식으로 전달되는 버블러의 컴포넌트에 연결될 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 챔버는 액체를 홀딩하도록 구성된 복수의 트레이들을 포함하고, 그리고 엘리먼트는 복수의 트레이들 및 액체로 열 에너지를 전달하도록 전용된다.

챔버 내의 액체를 통해 가스 컴포넌트를 지향시키도록 하나 이상의 도관들 또는 개구부들이 존재할 수 있다. 이러한 방식으로, 가스 컴포넌트는 기화된 액체 컴포넌트를 갖는 가스 혼합물을 제공하도록 액체와 혼합된다. 일 예에서, 도관은 개구부를 포함할 수 있고, 여기서 도관은 가스 컴포넌트를 운반하도록 구성되고 개구부는 챔버 내 액체의 충진 라인 아래에 위치된다. 도관 및 개구부(들)는 임의의 유용한 방식으로 (예를 들어, 임의의 유용한 직경 또는 임의의 유용한 레이트로 직경 범위를 갖는 가스 버블 들로서) 가스 컴포넌트의 플로우를 생성하도록 구성될 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 버블러는 가스 혼합물의 고 플로우 레이트를 제공하도록 구성된다. 비제한적인 실시 예들에서, 버블러는 약 1 slm 내지 약 20 slm의 플로우 레이트를 제공하도록 구성된다.

버블러는 챔버 내 액체의 레벨을 센싱하도록 구성된 하나 이상의 액체 레벨 센서들을 포함할 수 있다. 이러한 센서들은 이산 레벨 센서, 연속적인 레벨 센서, 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 센서일 수 있다. 이에 더하여, 센서는 제어기에 피드백을 제공할 수 있다. 버블러 내의 액체의 센싱된 레벨에 기초하여, 제어기는 챔버에 부가적인 액체를 공급하기 위해 밸브를 제어하도록 사용될 수도 있다. 이에 더하여, 제어기는 저장 탱크 또는 앰플 내의 액체의 레벨을 센싱하도록 하나 이상의 레벨 센서들에 연결될 수도 있다.

일 실시 예에서, 버블러는 챔버 내 액체 레벨을 검출하도록 또는 액체 레벨이 챔버에 대한 충진 라인 미만인지 여부를 검출하도록 구성된 레벨 센서에 유체적으로 커플링된다. 게다가, 레벨 센서는 제어기에 연결되도록 구성되고, 제어기는 결국 버블러의 챔버와 액체를 위한 저장 탱크 사이의 연결부에 대한 밸브에 연결된다. 충진 라인 미만 또는 너무 낮은 액체 레벨을 센싱할 때, 제어기는 부가적인 액체로 챔버를 재충진하기 위해 연결부에 대한 밸브를 제어할 수 있다. 반대로, 액체 레벨이 너무 높거나 충진 라인 이상이면, 제어기는 장치로부터 과잉 액체를 제거하기 위해 연결부로의 유출구를 제어할 수 있다. 유출구는 선택 가능하게 경로로부터 또 다른 챔버 또는 진공 펌프로의 플로우를 전환하기 위한 전환기 밸브를 포함할 수 있다.

버블러 내 액체 레벨 제어는 온 디맨드 충진 전략을 사용함으로써 제어될 수 있다. 일 예에서, 온 디맨드 충진은 챔버 내 액체의 레벨을 상대적으로 일정한 레벨로 유지할 수도 있고, 레벨은 최적의 헤드스페이스 체적을 발생시키도록 계산될 수도 있다. 온 디맨드 충진은 또한 제어된, 거의 일정한 온도로 액체를 유지할 수도 있다. 비제한적인 일 예에서, 액체 레벨은 (a) 액체 충진 시작 조건이 충족된다는 것을 결정하고; (b) 챔버를 액체로 충진하고; (c) 액체 충진 정지 조건이 충족된다는 것을 결정하고; 그리고 (d) 액체로의 챔버의 충진을 중단함으로써 챔버 내에 유지된다. 액체 충진 시작 조건은 액체 체적이 문턱 값 체적 미만 (예를 들어, 총 챔버 체적의 약 50 ％ 미만) 이라는 것을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 액체 충진 정지 조건은 액체 풀 센서 (liquid full sensor) 가 (예를 들어, 액체 체적이 총 챔버 체적의 약 70 ％ 이상을 초과할 때) 트리거되었다는 것을 결정하는 것, 액체 충진 타이머가 만료되었다는 것을 결정하는 것 (예를 들어, 약 45 초 미만의 기간을 갖는 타이머), 또는 액체 충진 정지가 트리거되었다는 것을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 액체 레벨 또는 체적은 센서 (예를 들어, 레벨 센서) 의 사용에 의해 결정될 수 있다. 온 디맨드 충진을 위한 부가적인 방법들, 장치들, 및 시스템은 미국 특허 공보 제 2016/0052651 호 및 제 2016/0052655 호에 기술되고, 이들 각각은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다. 부가적인 상세들은 이하에 기술된 도 3b 내지 도 3e에 제공된다.

도 3b는 버블러 (601) 가 3 개의 센서 레벨들, 풀 센서 레벨 (603), 로우 센서 레벨 (605), 및 빈 센서 레벨 (607) 을 센싱하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 갖는 실시 예를 도시한다. 다양한 타입들의 물리적 센서들이 내부 충진 레벨을 결정하도록 채용될 수도 있다. 예들은 Neal Systems, Inc.로부터 입수 가능한 것들과 같은 단일 지점 액체 레벨 센서 및 다중 지점 (multipoint) 액체 레벨 센서를 포함한다. 일부 경우들에서, 단일 물리적 센서는 2 개 이상의 레벨들을 측정할 수 있다. 일 예에서, 다중 지점 센서는 3 개의 레벨들, 풀 레벨, 로우 레벨, 및 빈 레벨을 측정하도록 구성된다.

특정한 실시 예들에서, 풀 센서 레벨은 미리 결정된 액체 레벨에 대한 것이다 (예를 들어, 버블러 내의 챔버의 총 충진 체적의 약 20 ％ 내지 70 ％ 또는 약 30 ％ 내지 50 ％의 버블러 체적으로, 버블러 챔버 내의 특정한 유용한 헤드스페이스를 유지한다). 특정한 실시 예들에서, 로우 센서 레벨은 챔버의 총 충진 체적의 약 10 ％ 내지 20 ％의 레벨이다. 특정한 실시 예들에서, 빈 센서 레벨은 챔버의 총 충진 체적의 약 5％ 내지 10 ％로 설정된다. 일 예에서, 풀 레벨 센서는 총 챔버 체적의 약 30 ％ 내지 50 ％로 마킹되고, 저 레벨 센서는 챔버 체적의 약 20 ％로 설정되고, 그리고 빈 레벨 센서는 약 330 입방 인치일 수도 있는, 총 챔버 체적의 약 10 ％로 설정된다. 추가 예들로서, 챔버 체적은 프로세스 챔버 사이즈 및 지지된 프로세스(들)에 따라, 약 100 내지 1000 입방 인치일 수도 있다. 챔버의 재충진은 챔버 내의 액체 레벨이 풀 센서 레벨을 충촉하지 않을 때 개시될 수 있다. 이러한 방식으로, 액체가 풀 센서 레벨 미만으로 나타난다면 (예를 들어, 액체 풀 센서가 턴오프될 (turn off) 때), 풀 센서 레벨이 충족될 때까지 재충진이 발생할 것이다. 이러한 재충진은 작은 증분들로 발생할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 보다 큰 증분들의 재충진은 챔버 내의 액체 레벨이 로우 센서 레벨에 접근할 때 (예를 들어, 액체 로우 센서가 턴온될 (turn on) 때) 개시될 수 있다.

챔버는 다양한 상이한 조건들로 인해 충진을 중단할 수도 있다. 이러한 조건들은 도 3c에 보다 상세히 기술된다. 특정한 구현 예들에서, 챔버는 초기에 풀 레벨로 있을 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 챔버의 초기 충진은 생략될 수도 있다. 도 3c는 버블러의 온 디맨드 충진 챔버를 제어하기 위한 알고리즘을 상세히 기술하는 프로세스 흐름도이다. 동작 (3002) 에서, 제어기에 포함된 로직을 통해 제공될 수도 있는 액체 충진을 수행하기 위한 명령이 제공된다. 제어기는 기판의 다른 프로세싱 동작들을 제어하도록 사용된 제어기일 수도 있고, 또는 버블러와 연관된 동작들을 제어하기 위해 전용된 별개의 제어기일 수도 있다. 충진을 수행하도록 명령이 주어지면, 액체는 버블러 챔버를 충진하기 시작한다. 충진이 수행되는 동안, 제어기는 또한 동작들 (3004, 3006, 및 3008) 을 동시에 수행할 수도 있다.

동작 (3004) 에서, 제어기는 액체 풀 센서가 온 (on) 인지를 확인한다. 버블러의 챔버는 이산 레벨 센서와 같은 레벨 센서를 포함할 수도 있다. 레벨 센서는 챔버 내 특정한 액체 레벨, 예컨대 풀 레벨을 검출하도록 설정될 수도 있다. 이러한 액체 풀 레벨은 최적의 헤드스페이스 체적을 포함하는 버블러를 발생시키도록 계산될 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 풀 레벨은 최적의 헤드스페이스 체적에 도달하도록 계산된 문턱 값 체적일 수도 있다. 이러한 문턱 값 체적들은, 예를 들어, 챔버의 총 체적의 약 20 ％ 내지 70 ％, 예컨대 챔버의 총 체적의 약 30 ％ 내지 50 ％의 액체의 체적일 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 문턱 값 체적은 특정한 체적 (예를 들어, 약 40 ％) 일 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 특정한 체적 또는 체적 범위들 내에 속하는 액체 체적은 풀 조건을 만족할 수도 있다. 특정한 이러한 구현 예들에서, 후속하는 2 차 챔버 충진들은 검출된 액체 체적에 기초하여 조정될 수도 있다. 예를 들어, 후속하는 2 차 챔버 충진들의 정지 조건들이 조정될 수도 있다. 특정한 다른 구현 예들에서, 레벨 센서는 저 레벨을 보고할 수도 있다. 저 레벨은 챔버 내 액체의 체적이 챔버 체적의 문턱 값 백분율 미만일 때 보고될 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 문턱 값 체적은 챔버 체적의 약 20 ％ 미만의 체적일 수도 있다.

동작 (3006) 에서, 제어기는 액체 충진 타이머가 만료되었는지를 확인한다. 챔버 충진 타이머는 챔버 충진 프로세스가 챔버를 풀 레벨로 충진하도록 요구되는 지속 기간에 가까운 지속 기간 동안만 수행되도록, 제어기에 설정된 타이머일 수도 있다. 특정한 구현 예들에서, 충진 타이머는 일부 안전 계수 (safety factor) 를 도입하기 위해 챔버를 풀 레벨로 충진하는 데 요구되는 시간보다 약간 보다 긴 지속 기간일 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 챔버 충진 타이머는 챔버를 충진하는 데 필요한 지속 기간보다 훨씬 보다 길 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 충진 타이머 지속 기간은 챔버를 풀 레벨로 충진하기 위한 최상의 기회를 허용하도록 선택될 수도 있고, 챔버 풀 센서는 챔버의 과충진을 방지하기 위한 주 메커니즘으로서 신뢰할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 충진 타이머 대신, 제어기는 챔버의 충분한 충진을 나타내도록 챔버 풀 센서가 턴온되는지를 보기 위해 그리고, 풀 센서가 온이면, 액체 충진을 중단하기 위해 확인할 수 있다.

특정한 구현 예들에서, 초기 충진 및 2 차 충진을 위한 충진 타이머는 상이할 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 초기 충진 타이머는 예를 들어, 45 초 이하일 수도 있는 한편, 보조 충진 타이머는 예를 들어, 5 내지 10 초일 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 충진 타이머는 보정 인자에 기초하여 조정될 수도 있다. 보정 인자는 다양한 상이한 프로세싱 조건들의 재충진 라인들의 압력들의 차를 설명하는 인자일 수도 있다.

특정한 구현 예들에서, 2 차 충진 타이머는 초기 충진 동안 검출된 조건들과 무관하게 일정하게 유지될 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 2 차 충진 타이머는 초기 충진 동안 검출된 조건들에 따라 조정될 수도 있다. 예를 들어, 초기 충진 동안, 챔버 풀 센서가 온인 것으로 검출되지 않았다면, 보조 충진 타이머의 지속 기간은 보조 충진 동작 동안 챔버가 풀 레벨에 도달할 가능성이 보다 커지도록 연장될 수도 있다.

동작 (3008) 에서, 제어기는 명시적인 정지 명령이 호출되었는지 여부를 확인한다. 특정한 구현 예들에서, 단계들의 수행 동안 챔버의 동시 충진이 액체의 용인할 수없는 교반을 발생시킬 수도 있는 증착 단계들과 같은, 특정한 프로세싱 단계들의 수행 전에 챔버 충진을 중단하기 위한 명시적인 정지 명령이 제어기 내로 프로그래밍될 수도 있다. 명시적인 정지 명령은 챔버 풀 센서 및/또는 챔버 충진 타이머의 고장에 대한 추가 보호 장치 (safeguard) 일 수도 있다. 부가적으로, 충진 타이머 및/또는 풀 체적은 특정한 구현 예들에서 사용자 정의 파라미터들일 수도 있다. 명시적인 정지 명령은 파라미터들의 사용자 규정의 에러들이 기판 프로세싱의 품질에 영향을 주는 것을 방지할 수도 있다.

제어기가 동작들 (3004, 3006, 또는 3008) 중 임의의 동작으로부터 "예" 결과를 검출하면, 제어기는 이어서 동작 (3010) 으로 진행하고 액체 충진은 중단된다. 동작들 (3004, 3006, 또는 3008) 중 임의의 동작으로부터 "예" 결과가 없다면, 제어기는 동작 (3002) 로 돌아가고 액체 충진을 계속해서 수행할 수도 있다.

도 3d 및 도 3e는 각각 과충진 (overfill) 방지 모드 및 빈 방지 (empty protection) 모드에 대한 흐름도들을 나타낸다. 흐름도에 도시된 블록들은 전처리 모듈에서 액체 충진 제어를 구현하기 위한 프로그램 또는 다른 로직의 실행 단계들을 나타낸다.

도 3d의 도시된 실시 예에서, 버블러 제어 로직은 시작 동작 (3103) 에서 시작하는 루프로서 표현된다. 실행 동안, 반복 각각에서, 블록 (3103) 에서 어떠한 특정한 동작도 발생하지 않는다. 반복 각각에서, 프로세스 로직은 결정 지점 (3105) 에서, 풀 센서가 온 상태에 있는지 여부를 결정한다. 그렇다면, 루틴의 과충진 방지 부분은 실행되지 않고, 프로세스는 도 3e에 대해 기술된 바와 같이 진행된다.

루틴의 과충진 방지 부분에서, 풀 센서는 온이 아니고, 도 3d에 도시된 바와 같이, 로직은 블록 (3107) 에 도시된 바와 같이 챔버를 액체로 충진하기 위한 인스트럭션들을 제공한다. 동시에, 프로세스는 도 3e에 대해 더 기술된 바와 같이 (블록 (3109) 참조) 빈 방지 모드에서 사용될 수도 있는 사이클 카운트를 리셋한다. 충진이 진행됨에 따라, 충진 타이머는 마지막으로 충진 타이머가 리셋된 시간 이후 축적된 충진 시간을 추적한다 (블록 (3111) 참조). 다음에, 버블러 충진 로직은 총 누적 충진 시간이 문턱 값, 예컨대 60 초를 초과하는지 여부를 결정한다 (결정 블록 (3113) 참조). 그렇다면, 로직은 블록 (3115) 에 도시된 바와 같이 시스템을 에러 상태로 만들고 실행을 중단한다. 이어서 시스템은 소프트 셧다운에 들어갈 수도 있고, 프로세스는 블록 (3117) 에 도시된 바와 같이 종료된다. 충진 타이머에 의해 집계된 축적된 시간이 문턱 값을 초과하지 않으면, 제어 로직은 블록 (3113) 으로부터 시스템이 반도체 프로세스 (예를 들어, 증착) 를 수행해야 하는지 여부를 결정하는 후속하는 결정 블록 (3119) 으로 진행한다. 그렇지 않다면, 루틴은 블록 (3117) 에서 정상적으로 종료된다. 그러나, 증착이 진행될 것이라고 로직이 결정하면, 프로세스는 블록 (3121) 에 예시된 바와 같이 액체 충진을 중단하고 동시에 타이머를 일시 정지한다.

도 3d에 도시된 실시 예에서, 풀 센서는 버블러 재충진이 가능할 때마다 발생하고, 기본 온 디맨드 충진 로직과 일관되게, 버블러 챔버를 과충진할 위험에 남아 있도록 오프 상태로 유지된다. 프로세스 플로우 로직의 블록 (3121) 으로 돌아가면, 시스템은 반도체 프로세스를 수행하기 시작하고 이어서 도 3e를 참조하여 더 상세히 기술될 블록들 (3123 및 3125) 에 예시된 바와 같이 사이클 카운터를 증가시킨다. 이어서 프로세스 제어는 풀 센서가 다시 체크되는 블록 (3103) 으로 돌아간다.

설명된 바와 같이, 도 3d에 도시된 로직은 과충진 방지 모드의 동작을 예시하고 풀 센서가 항상 온으로 유지된다고 가정한다. 이 상태에서, 충진 타이머는 블록 (3111) 에 예시된 바와 같이 계속 증가하고 절대 리셋되지 않는다. 따라서, 상기 기술된 온 디맨드 충진 알고리즘 동안 충진이 중단되면서 충진 타이머가 반복적으로 일시 중지되더라도, 축적된 충진 시간은 문턱 값에 보다 가까워지고 결국 블록 (3113 및 3115) 에 예시된 바와 같이 에러 상태로의 진입을 트리거할 (trigger) 것이다.

도 3e는 도 3d의 흐름도를 나타내지만, 온 디맨드 충진 로직의 상단에 구축된 빈 방지 모드를 도시한다. 이전과 같이, 반복 프로세스는 결정 블록 (3105) 에 예시된 바와 같이 풀 센서가 온인지 여부를 결정한다. 이 예에서, 풀 센서는 실제로 오프여야 할 때 온이라는 것을 판독함으로써 오작동한다고 가정한다. 예시된 바와 같이, 로직은 블록 (3105) 이 풀 센서가 온이라고 결정할 때, 버블러 충진 로직은 임의의 현재 액체 충진을 중단할 것이다 (블록 (3201) 참조). 동시에, 로직은 도 3d에 대해 기술된 과충진 방지 루틴과 관련된 충진 타이머를 리셋한다. 블록 (3201) 에서 액체 충진을 중단한 후, 프로세스는 반도체 프로세스 (예를 들어, 결정 블록 (3119) 에 예시된 바와 같이, 증착) 를 수행할 시간인지 여부를 결정한다. 반도체 프로세스가 수행된다고 가정하면, 프로세스 로직은 블록 (3121) 에 예시된 바와 같이, 프로세스를 수행하도록 시스템에 지시한다.

반도체 프로세스가 진행됨에 따라, 사이클 각각, 또는 적어도 액체가 소비되는 사이클들이 카운트된다 (블록 (3123) 참조). 사이클 카운트가 웨이퍼 인덱싱 등을 위해 주기적으로 일시 정지할 수도 있는 하나 이상의 순차적인 증착 사이클들에 걸쳐 증가함에 따라, 사이클 카운터는 결정 블록 (3125) 에 예시된 바와 같이, 사이클들의 일부 문턱 값 수에 대해 현재 사이클 카운트를 비교한다. 설명된 바와 같이, 사이클 카운트는 버블러가 위험하게 부족하게 충진되는 (under fill) 것을 방지하도록 결정된다. 사이클 카운트가 궁극적으로 문턱 값을 초과할 때―아마도 풀 센서에 결함이 있거나 오작동하기 때문에―프로세스 제어는 시스템을 에러 상태로 만들고 통상적으로 소프트 셧다운을 수반하는 루틴의 실행을 종료하는 블록 (3115) 으로 지향된다. 사이클 카운트가 문턱 값을 초과할 때까지, 프로세스는 풀 센서가 다시 체크되는 블록 (3103 내지 3105) 으로 반복적으로 루프한다. 이 경우와 같이, 풀 센서가 온으로 남아 있다고 가정하면, 프로세스는 반도체 프로세스가 갱신된 버블러 충진 없이 계속해서 발생하는, 블록 (3201) 을 포함하는 브랜치를 통해 진행된다.

버블러를 액체로 충진하는 것에 더하여, 과잉 액체가 제거될 수 있다. 부가는 챔버와 액체의 소스 (예를 들어, 앰플 또는 저장 탱크) 사이의 연결부의 사용을 포함할 수 있다. 연결부는 선택 가능하게 노즐을 포함할 수 있고, 노즐은 (예를 들어, 헤드스페이스 내로 액체를 전달하기 위해), 충진 라인 위 충진 라인으로, 또는 (예를 들어, 벌크 액체상 (liquid phase) 내로 부가적인 액체를 전달하기 위해) 충진 라인 아래에 위치될 수 있다. 제거는 연결부 및 출력부 (예를 들어, 소스 또는 진공 하의 다른 컨테이너 또는 챔버) 에 유체적으로 커플링된 유출구의 사용을 포함할 수 있다.

동작 조건들은 버블러에 근접하여 조정되고 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 버블러는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 컴포넌트를 포함하여, 플로우 제어기, 압력 제어기, 압력 변환기, 레벨 센서, 온도 센서 등과 같은 하나 이상의 다른 컴포넌트들에 유체적으로 커플링될 수 있다. 일 실시 예에서, 버블러는 버블러를 떠나는 가스 혼합물의 플로우를 제어하도록 구성된 플로우 제어기에 유체적으로 커플링된다.

가스 컴포넌트, 액체, 기화된 액체 컴포넌트, 및 발생된 가스 혼합물의 전달은 연결부들 (또는 프로세싱 라인들) 에 유체적으로 커플링된 밸브들을 제어함으로써 제어된 플로우의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 밸브들의 개방 및 폐쇄 타이밍은 제어기에 의해 구현될 수 있다. 이러한 제어된 밸브들은 가스 컴포넌트 및 액체의 플로우를 버블러로 지향시킬뿐만 아니라 가스 혼합물의 플로우를 버블러로부터 지향시키도록 사용될 수 있다.

일 예에서, 버블러의 밸브는 버블러로부터 프로세스 챔버로 가스 혼합물을 흘리도록 프로세스 단계 (예를 들어, 도즈 단계) 전에 개방되고; 이어서 버블러 밸브는 가스 혼합물의 플로우를 중단하도록 폐쇄될 수 있다. 이어서, 프로세스 챔버의 밸브는 가스 혼합물의 플로우로 하여금 프로세스 챔버로 들어가게 하도록 개방될 수 있다. 선택 가능하게, 버블러 밸브는 가스 혼합물이 버블러로부터 프로세스 챔버로 흐르도록 요구되는 시간인 라인 충전 시간과 실질적으로 동일한 시간량만큼 프로세스 단계 전에 개방된다. 플로우를 제어하기 위한 부가적인 방법들 및 장치들은 미국 특허 제 10,094,018 호에 기술되고, 이는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.

전처리 모듈 및 장치들을 위한 다른 컴포넌트들

전처리 모듈은 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같이) 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 플로우 제어기들, 밸브들, 압력 제어기들, 및/또는 온도 제어기들이 동작 조건들을 제어하도록 존재할 수 있다. 게다가, 하나 이상의 센서들 (예를 들어, 레벨 센서들, 농도 센서들, 압력 센서들, 및/또는 광학 센서들) 이 컴포넌트들을 조정하기 위해 제어기에 센싱 측정 값들을 제공하도록 존재할 수 있다.

하나 이상의 압력 제어기들이 장치 내에 특정한 일정한 총 압력을 제공하도록 사용될 수 있다. 특정한 예들에서, 가변 오리피스가 압력 센서의 다운스트림에 배치되고 개구부 사이즈가 특정한 업스트림 압력을 제공하도록 선택되는 배압 (back pressure) 제어기가 채용된다. 압력 제어기들의 예들은 폐루프 또는 개방 루프 방식으로 동작될 수 있는 가변 오리피스 또는 가변 제한된 오리피스를 포함한다.

하나 이상의 플로우 제어기들이 가스 컴포넌트, 기화된 액체 컴포넌트, 또는 가스 혼합물의 플로우를 제어하도록 사용될 수 있다. 이러한 플로우 제어기들은 업스트림 플로우 통로 및/또는 다운스트림 플로우 통로 내에서 플로우를 제어하도록 사용될 수 있다. 플로우 제어기들의 예들은 질량 유량 제어기 (MFC), 질량 유량계 (MFM), 또는 액체 유량 제어기 (LFC) 를 포함한다. 일부 예들에서, MFC들은 압력 변동들을 감소시키고 또한 가스 플로우를 별도로 측정하지 않고 가스 플로우 레이트들이 공지될 수 있게 하는 보다 안정하고 일관된 가스 플로우를 유발하는, 정상적이고 일관된 가스 플로우 레이트를 생성하는 능력 때문에 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, MFC는 넓게 개방된 상태에서 동작될 수 있고, 따라서 MFM으로서 동작한다. 비제한적인 실시 예들에서, 플로우 제어기는 약 1 slm 내지 약 20 slm의 플로우 레이트를 제공하도록 구성된다.

하나 이상의 밸브들은 플로우 경로 내에서 플로우를 중단, 계속, 또는 방향 전환하도록 (divert) 사용될 수 있다. 이러한 밸브들은 센서로부터의 신호에 응답하여 밸브를 조정할 수 있는 제어기에 연결될 수 있다. 밸브들의 예들은 다이어프램 (diaphragm) 밸브들을 포함한다.

하나 이상의 레벨 센서들이 버블러의 챔버 내 및/또는 액체의 저장 탱크 내에서 액체 레벨을 검출하거나 측정하도록 사용될 수 있다. 이러한 센서들은 레벨 센서로부터 제어기로의 신호가 챔버 내의 액체 레벨을 조정하도록 밸브의 조절을 발생시킬 수 있는 제어기에 의해 모니터링될 수 있다. 레벨 센서들의 예들은 이산 레벨 센서, 연속적인 레벨 센서, 음향 에코 타입 센서, 용량성 스트립 센서, 및 고감도 압력 트랜스듀서 센서를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 적외선 영역 및 무선 주파수 영역의 파장을 사용하는, 위험한 환경에 적합한 레이더 센서가 사용될 수도 있다. 일 특정한 실시 예에서, 6.3 ㎓에서 동작하는 센서가 유체의 레벨을 추적하도록 사용된다. 이어서 레벨 센서는 신호를 PLC (programmable logic controller) 로 전송한다.

하나 이상의 농도 센서들이 플로우 경로 내의 농도를 검출하도록 사용될 수 있다. 이러한 농도 센서들은 업스트림 플로우 통로 및/또는 다운스트림 플로우 통로에서 (예를 들어, 기화된 액체 컴포넌트의) 농도를 검출하도록 사용될 수 있다. 농도 센서들의 예들은 농도계, 음향 압전 오실레이터 센서, 적외선 농도, 광학 증기 농도 센서, 또는 광 이온화 농도 센서를 포함한다.

하나 이상의 압력 센서들이 플로우 경로 내 압력을 검출하도록 사용될 수 있다. 압력 센서들의 예들은 압력 변환기, 압력계, 등을 포함한다.

온도 제어기는 기화될 액체를 홀딩하는 챔버 또는 탱크 또는 버블러의 온도를 제어하도록 채용될 수 있다. 온도 제어기는 히터, 열 교환기, 냉각기, 직접 접촉 열전 냉각기, 열전 배스 (bath), Peltier 디바이스, 등일 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 온도 제어기는 기화될 안정화제 또는 액체의 약 -20 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도를 유지한다. 또 다른 온도 범위들은 약 -10 ℃ 내지 약 10 ℃ 또는 약 -10 ℃ 내지 약 5 ℃의 안정화제 또는 기화될 액체를 포함한다.

그러나 다른 컴포넌트들은 플로우 경로 내의 가스로부터 미립자들 또는 파편들을 제거하기 위한 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 하나 이상의 온도 센서들이 플로우 경로 내의 온도를 검출하도록 사용될 수 있다. 온도 센서들의 예들은 열전대 (thermocouple) 를 포함한다.

하나 이상의 제어기들이 이들의 컴포넌트들을 포함하여 전처리를 제어하도록 존재할 수 있다. 예를 들어, 프로세스들, 장치 및 시스템을 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 센서들로부터 제어기의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스들을 제어하기 위한 신호들은 장치 또는 시스템의 아날로그 출력 연결부 및/또는 디지털 출력 연결부에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 센서들의 비제한적인 예들은 플로우 제어기들 (예컨대 MFC들), 압력 센서들 (예컨대 압력계들), 열전대들, 밸브 구성들, 수분 센서 및 산소 센서, 플로우 레이트들, 가스 공급부들, 등을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들은 본 명세서에 기술된 바와 같이 전처리 모듈을 제어하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다. 전처리 모듈을 위한 제어기(들)에 더하여, 하나 이상의 시스템 제어기들이 전처리 모듈과 함께 사용될 수 있는 컴포넌트들 (예를 들어, 하나 이상의 소스들, 프로세싱 반응기들, 프로세싱 모듈들, 및 이들의 조합) 을 제어하도록 사용될 수 있다.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 가능하게 하고, 엔드포인트 측정들을 가능하게 하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (digital signal processors; DSPs), ASICs (application specific integrated circuits) 로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기에 전달될 수도 있고, 장치 상에서 또는 장치에 대해, 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대해, 또는 시스템에 대해 특정한 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정한다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 (예를 들어, 하나 이상의 가스들, 기화된 액체 컴포넌트들, 또는 가스 혼합물들의 전달 동안) 하나 이상의 전처리 단계들 또는 (예를 들어, 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안) 프로세싱 단계들을 달성하기 위해 프로세스 엔지니어들에 의해 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.

제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 반도체 프로세싱의 원격 액세스를 허용할 수있는 팹 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부 또는 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 프로세스 또는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 프로세스 또는 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 프로세스 또는 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공통 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 이산 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 원격으로 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.

가스 컴포넌트들

본 명세서의 장치들, 시스템들, 및 방법들은 임의의 유용한 가스 컴포넌트와 함께 채용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 가스 컴포넌트는 전처리 모듈 내로 도입될 하나 이상의 가스들을 포함한다. 하나 이상의 기화된 액체 컴포넌트들을 가스 컴포넌트 내로 도입한 후, 가스 혼합물이 형성된다.

가스 컴포넌트를 위한 비제한적인 예시적인 가스들은 아세틸렌, 산소 (O₂), 수소 (H₂), 질소 (N₂), 헬륨, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 가스 컴포넌트는 안정화제들, 전구체들, 또는 본 명세서에 기술된 다른 화합물들과 같은 임의의 다른 화합물들의 증기 형태들을 더 포함할 수 있다.

가스 컴포넌트는 소스로부터 제공될 수 있다. 예시적인 소스들은 하나 이상의 가스들 및, 선택 가능하게, 하나 이상의 기화된 화합물들 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 것) 을 포함하는 가압된 탱크를 포함할 수 있다. 이러한 탱크는 임의의 유용한 방식으로, 예컨대 압력 조절기에 의해 장치에 유체적으로 커플링될 수 있다.

기화된 액체 컴포넌트들

기화된 액체 컴포넌트는 액체를 통해 가스 컴포넌트를 통과시킴으로써 제공된다. 액체는 임의의 유용한 방식으로, 예컨대 소스, 저장 탱크, 또는 앰플에 의해 제공될 수 있다.

기화된 액체 컴포넌트들의 예들은 하나 이상의 안정화제들 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 것과 같은 아세틸렌 안정화제들), 하나 이상의 전구체들, 및 이들의 임의의 조합의 증기 형태들을 포함한다. 비제한적이고 예시적인 기화된 액체 컴포넌트들은 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 탄소-함유 전구체, 실리콘-함유 전구체 (예를 들어, 실란, 폴리 실란, 할로실란, 아미노실란, 실리콘 테트라할라이드, 등), 보란 (예컨대 테트라에틸보란), 보레이트 (예컨대 테트라에틸보레이트), 붕소 트리할라이드, 인 옥시할라이드, 인 트리할라이드, 비소 트리할라이드, 안티몬 펜타할라이드, 및 텅스텐할라이드 (예를 들어, 텅스텐 헥사 클로라이드 또는 텅스텐 펜타클로라이드) 의 증기 형태들을 포함하고, 여기서 할로실란들 또는 할라이드들은 하나 이상의 할로겐들, 예를 들어, 하나 이상의 F, Cl, 및/또는 Br, 및 다른 것들을 포함할 수 있다.

아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제들

본 명세서의 전처리 모듈들, 장치들, 시스템들 및 방법들은 아세틸렌을 포함하는 가스 컴포넌트와 함께 채용될 수 있다. 비제한적인 실시 예들에서, 기화된 액체 컴포넌트는 아세틸렌 안정화제일 수 있다.

아세틸렌은 15 psig 이상으로 가압될 때 폭발성으로 공지된다. 저장 및 이송 동안 폭발들을 방지하기 위해, 아세틸렌은 안정화제를 갖는 다공성 재료로 충진된 캐니스터 또는 실린더 내에 저장될 수도 있다. 아세톤은 아세틸렌이 아세톤에 매우 용해되기 때문에 부분적으로 안정화제로서 흔히 사용된다. 일 체적의 (one volume of) 액체 아세톤은 대기압 하에서 약 15 ℃의 온도들에서 25 체적들의 가스 (gaseous) 아세틸렌을 흡수할 수 있고 아세틸렌이 겪는 (subject) 모든 부가적인 대기압에 대해 부가적인 25 체적들의 아세틸렌을 계속해서 흡수할 것이다. CVD (chemical vapor deposition) 프로세스들에서 탄소 막들의 증착을 위한 전구체로서 아세틸렌을 사용할 때, 실린더들은 가스 라인에 연결된다. 이어서 아세틸렌은 증착 챔버로의 도입을 위해 라인 내로 공급된다.

예시적인, 비제한적인 아세틸렌 안정화제들은 아세틸렌이 용해되는 저-증기압 용매를 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 안정화제는 25 ℃에서 약 150 Torr 미만, 보다 구체적으로 약 75 Torr 미만, 그리고 특정한 실시 예들에서, 약 10 Torr 미만의 증기압을 갖는다. 안정화제들의 예들은 케톤을 포함한다. 다른 실시 예들에서, 안정화제는 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, α-부티로락톤, γ-부티로락톤, 및 이들의 혼합물들 또는 조합들이다. 또 다른 안정화제의 예들은 (달리 언급되지 않는 한 25 ℃에서) 증기압과 함께 이하에 열거된다: 아세톤--250 Torr; N,N-디메틸 포름아미드 (DMF)-- 3.7 Torr; 부탄올--6 Torr; 에탄올--59 Torr; 에틸렌 글리콜--0.07 Torr; 메탄올--127 Torr; 프로판올--20 Torr; 이소프로필 알코올 (IPA)--43 Torr; 벤젠--101 Torr; 톨루엔--28 Torr; o-자일렌--7 Torr; m-자일렌--8 Torr; p-자일렌--9 Torr; 클로로포름--194 Torr; 아세토니트릴--88 Torr; 아세트산--16 Torr; 에틸 아세테이트--95 Torr; 메틸 에틸케톤 (MEK)--90 Torr; 및 디에틸 케톤 (DEK)--(20 ℃에서) 28 Torr.

추가의 안정화제들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 이온성 액체들 (예를 들어, 이미다졸륨, 피리디늄, 피롤리디늄, 암모늄, 포스포늄, 티아졸륨, 및/또는 트리아졸륨을 포함하는 양이온성 모이어티; 및 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 비스트리플리미드, 트리플레이트, 아세테이트, 트리플루오로아세테이트, 트리플리미드, 할라이드, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 메틸설페이트, 에틸 설페이트, 도큐세이트 및/또는 디시안아미드를 포함하는 음이온성 모이어티를 포함함), 카벤들 또는 카벤 유도체들 (예를 들어, 전이 금속 카벤 착체들, N-헤테로사이클릭 카벤들 및/또는 메틸렌들), 실릴렌들 (예를 들어, N-헤테로사이클릭 실릴렌들), 오늄 화합물들 (예를 들어, 니트로늄 이온, 니트로소늄 이온, 비스(트리페닐포스핀) 이미늄 이온, 이미늄 이온, 디아제늄 이온, 구아니디늄 이온, 니트릴륨 이온, 디아조늄 이온, 피리디늄 이온, 피릴륨 이온 및 티오니트로실 이온), 케톤 (예를 들어, 25 ℃에서 약 30 Torr 이하의 증기압을 갖는 케톤; 고리형 케톤, 아릴 케톤, 디온, 또는 트리온을 포함함), 알데하이드들 (예를 들어, 벤즈알데하이드), 에스테르들 (예를 들어, 25 ℃에서 약 90 Torr 이하의 증기압을 갖는 에스테르; 고리형 에스테르, 글리콜계 에스테르, 락테이트, 카보네이트 에스테르, 아미노 에스테르, 또는 디에스테르를 포함함), 무수물 (예를 들어, 25 ℃에서 약 200 Torr, 90 Torr, 15 Torr, 또는 그 이하의 증기압을 갖는 무수물; 포름산 무수물, 말레산 무수물, 숙신산 무수물 등을 포함함), 불포화 선형 또는 분지형 탄화수소들, 불포화 고리 탄화수소들 (예를 들어, 25 ℃에서 약 5 Torr 이하의 증기압을 가짐), 비-방향족 불포화 환형 탄화수소들 (예를 들어, 사이클로펜텐 및/또는 사이클로 헥센), 아미드들 (예를 들어, 25 ℃에서 약 3 Torr 이하의 증기압을 갖는 아미드; 또는 디알킬 아미드, 피롤리돈, 아세트아미드, 모폴라이드, 에스테르 아미드, 및 사이클릭 아미드로부터 선택된 아미드), 에테르들 (예를 들어, 푸란, 테트라히드로푸란, 및/또는 피란), 아민들, 구아니딘들, 이민들, 니트릴들 (예를 들어, 25 ℃에서 약 80 Torr 이하의 증기압을 가짐), 질소-함유 포화 헤테로사이클릭 고리 화합물들 (예를 들어, 피롤리딘 및/또는 모르폴린), 질소-함유 불포화 헤테로사이클릭 고리 화합물들 (예를 들어, 피리딘, 피리진, 이미다졸, 피롤, N-이미노피리디늄 일라이드, 트리아졸, 티아졸 및 이들의 치환된 유도체들), 파이 결합과 고독한 전자쌍을 갖는 원자를 포함하는 혼합 전자 공여 화합물들 (예를 들어, 아세톤, 이민, 2-메틸-2-부테논, 트리아졸, 및/또는 티아졸), 인 원자가 고독한 전자쌍을 갖는 인 함유 화합물들 (예를 들어, 트리페닐포스핀 및/또는 트리페닐포스핀옥사이드), 유기 인 화합물들, 황 원자가 고독한 전자쌍을 갖는 황 함유 화합물들 (예를 들어, 티오펜, 티아졸륨, 티아졸, 벤조티오펜 및 이들의 치환된 형태들), 유기황 화합물들 및/또는 금속 화합물들 (예를 들어, 전이 금속 화합물들 및 금속 염들). 본 명세서의 아세틸렌 안정화제들 중 임의의 아세틸렌 안정화제는 단독으로 또는 또 다른 안정화제와 조합하여 사용될 수 있다.

전처리 모듈을 채용하는 방법들

도 5a는 특정한 실시 예들에 따라 가스 컴포넌트의 스트림을 처리하기 위한 프로세스 플로우 (500) 의 일부 스테이지들을 예시하는 플로우 차트이다. 프로세스는 선택 가능하게 가스 컴포넌트의 소스를 제공하는 것 (502) 으로 시작된다. 예로서, 가스 컴포넌트는 실린더들 (또한 보틀들 (bottles) 로 지칭됨) 에 공급될 수도 있는 불활성 가스, 비-불활성 가스, 또는 아세틸렌일 수 있다. 프로세스 (500) 는 가스 컴포넌트를 전처리 모듈 (예를 들어, 본 명세서의 임의의 모듈) 로 이송하는 단계 (504); 가스 혼합물 내의 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 제어하기 위해 액체를 통해 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계 (508); 가스 혼합물을 프로세스 챔버 또는 반응기 내로 추가로 이송하는 단계 (508); 및 선택 가능하게 기판 상에 가스 혼합물의 반응 생성물을 증착하는 단계 (510) 를 포함한다. 목표한다면, 프로세스는 가스 혼합물 내 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 조정하는 단계 (512) 를 포함할 수 있다.

방법들은 버블러의 챔버 내의 액체의 레벨을 결정하는 단계를 포함하고, 그리고 목표된다면, 챔버로 부가적인 액체를 전달하거나 챔버로부터 과잉 액체를 제거하는 단계를 포함하는, 다른 동작들을 포함할 수 있다. 이러한 레벨은 버블러에 유체적으로 커플링된 액체 레벨 센서를 사용함으로써 결정될 수 있다. 전달 및 제거는 버블러에 커플링된 프로세싱 라인들을 개방하거나 폐쇄하기 위해 하나 이상의 제어기들의 사용에 의해 수행될 수 있다. 또 다른 동작들은 기화된 액체 컴포넌트의 목표된 실질적으로 일정한 농도 값을 얻기 위해 압력, 플로우 레이트, 및/또는 온도와 같은 하나 이상의 실험 파라미터들을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 조정들은 제어기, 뿐만 아니라 이러한 파라미터들이 조정된 정도를 결정하기 위한 센서들의 사용을 포함할 수 있다.

도 5b는 특정한 실시 예들에 따른 아세틸렌 가스 스트림을 처리하기 위한 프로세스 플로우 (520) 의 일부 스테이지들을 예시하는 플로우 차트이다. 프로세스는 아세틸렌 소스를 제공하는 것 (522) 으로 선택 가능하게 시작된다. 예로서, 이 예를 위한 아세틸렌은 아세틸렌이 아세톤에 용해되거나 그렇지 않으면 아세톤과 혼합되는 (표준 온도 및 압력에서) 200 내지 500 입방 피트의 아세틸렌을 저장하는 실린더들 (또한 보틀들로 지칭됨) 에 공급될 수도 있다. 아세틸렌 및 안정화제는 아가마산 (agamassan) 과 같은 다공성 재료를 갖는 금속 실린더 내에 담길 수도 있다.

도 5b를 다시 참조하면, 다음 동작은 아세틸렌 소스로부터 전처리 모듈로 아세틸렌을 이송하는 것을 수반한다. 전처리 모듈 내로 아세틸렌의 전달은 전체 시스템 내의 압력 차에 의해 구동되고 아세틸렌 소스 상의 밸브 및 전처리 모듈과 증착 챔버 사이의 질량 유량 제어기에 의해 제어될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 사전 프로세싱 모듈 내 압력 강하는 상당하지 않고 아세틸렌 가스 스트림이 취하는 모든 경로들의 길이 및 유효 직경에 종속한다. 부가적으로, 압력 강하는 아세틸렌 가스 스트림의 조성 및 온도에 의해 영향을 받을 수도 있다. 일단 아세틸렌 가스 스트림이 아세틸렌 소스 상의 밸브를 개방한 후 사전 프로세싱 모듈을 충진하면, 아세틸렌 가스 스트림은 적어도 2 개의 플로우 레짐들 (regimes) 을 경험할 수도 있다. 하나는 증착 프로세스 동작이 예를 들어 증착 챔버 세정 동안 어떠한 아세틸렌도 필요로 하지 않을 때이고, 아세틸렌 가스 스트림은 사전 프로세싱 모듈 내부에 고정된 채로 남는다. 또 다른 레짐은 아세틸렌 가스 스트림이 사전 프로세싱 모듈을 통해 증착 챔버 내로 흐를 때이다.

아세틸렌 가스 스트림이 전처리 모듈을 통해 흐를 때, 챔버 내에서 액체 안정화제를 통과한다 (블록 526). 이는 아세틸렌 안정화제의 정상 상태 농도를 제공하는 것을 용이하게 한다. 전처리 모듈은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 요구되는 농도를 달성하기 위한 다양한 수단을 포함할 수도 있다. 특정한 실시 예에서, 아세틸렌 가스 스트림은 냉각기 재료와 콘택트하여 유지되는 버블러 및/또는 열 교환기를 통과한다.

임의의 유용한 버블러가 액체 (예를 들어, 전구체, 안정화제, 또는 아세틸렌 안정화제) 를 기화하도록 채용될 수도 있다. 일 실시 예에서, 버블러는 앰플의 챔버 내부의 액체를 통해 가스 스트림을 흘리는 것을 포함할 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 챔버는 아세틸렌 가스 스트림과 선택된 액체 사이에 증가된 표면 인터페이스 영역들을 제공하도록 스택된, 이격된 구성으로 복수의 트레이들 또는 서브-챔버들을 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 액체는 아세틸렌 안정화제를 포함한다. 예시적인 버블러들은 본 명세서에서, 뿐만 아니라 미국 특허 제 9,334,566 호에 기술되고, 이는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.

다양한 온도 제어기 타입들이 버블러 내의 액체를 냉각 및/또는 가열하기 위해 사용될 수도 있다. 예들은 쉘 및 튜브 열 교환기, 플레이트 열 교환기, 재생 열 교환기, 단열 휠 (wheel) 열 교환기, 등을 포함한다. 특정한 실시 예에서 2 개의 나선형 열 교환기들의 일 세트가 사용된다. 비제한적인 전처리 모듈들의 부가적인 상세들은 도 4a 내지 도 4f의 맥락에서 본 명세서에 기술된다.

전처리 모듈의 버블러를 떠나는 아세틸렌 가스 스트림의 온도는 버블러 액체의 온도에 근접할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 버블러를 떠나는 아세틸렌은 약 -20 ℃ 내지 20 ℃의 온도를 갖는다.

도 5b를 다시 참조하면, 가스 스트림은 이어서 증착 챔버 내로 추가로 이송된다 (528). 증착 프로세스 (블록 530) 는 제어된 플로우 레이트들로 그리고 애시 가능 마스크 사전-코팅 (pre-coat) 및 애시 가능 마스크 증착과 같은 특정한 동작들 동안에만 아세틸렌 가스 스트림의 전달을 요구한다. 전달 레이트 및 타이밍은 질량 유량 제어기와 같은, 플로우 제어기를 사용하여 제어될 수도 있다.

마지막으로, 아세틸렌 가스 스트림은 고 탄소 함량 재료가 기판 (530) 상에 증착되는 증착 챔버 내로 전달된다. 일반적으로, 고 탄소 함량 재료는 적어도 약 25 원자％의 탄소 및 빈번하게 적어도 약 50 원자％의 탄소를 함유하는 재료이다. 다이아몬드-유사 (diamond-like) 막 및 흑연 막들에 대해, 탄소는 막들의 최대 약 100 원자％를 차지할 수도 있다.

선택 가능하게, 프로세스는 기화된 안정화제의 농도를 최적화하거나 조정하기 (532) 위한 하나 이상의 피드백 루프들을 포함할 수 있다. 이러한 피드백 루프들은 하나 이상의 가스 스트림들 또는 증기들을 전달하기 위해 모듈들 또는 챔버들 사이의 유체 연결부들과 같은 하나 이상의 컴포넌트들의 사용; 스트림 내 아세틸렌 또는 아세틸렌 안정화제의 농도를 검출하기 위한 농도계; 뿐만 아니라 유체 연결부(들)와 함께 사용되는 플로우 제어기들, 압력 제어기들, 및 압력 조절기들을 포함할 수 있다. 게다가, 제어기는 증착 챔버로 전달된 안정화제 농도를 제어하기 위해 피드백 루프 내의 임의의 컴포넌트들에 대한 하나 이상의 전자적 연결부들을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 애시 가능 하드마스크를 증착하기 위한 프로세스는 다음의 동작들: 언더 코팅 증착, 애시 가능 하드마스크 사전-코팅, 애시 가능 하드마스크 증착, 고압 챔버 세정, 및 저압 챔버 세정을 포함할 수도 있다. 아세틸렌 가스 질량 유량 제어기는 전체 프로세스의 상당한 부분일 수도 있는, 사전-코팅 또는 애시 가능 하드마스크 증착을 수반하지 않는 나머지 동작들 동안 폐쇄된다 (shut). 그러나, 아세틸렌 소스로부터의 밸브는 이 기간 동안 개방된 채로 남아 있을 수도 있고 아세틸렌 가스 스트림은 아세틸렌 소스에 의해 가압된 사전 프로세싱 모듈 내에 남아 있다.

전처리 모듈의 동작 조건들은 버블러를 떠나는 기화된 액체의 실질적으로 일정한 농도 값을 허용하는 조건들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정한 조건들은 프로세스 챔버로의 유입구 또는 버블러의 유출구에서 결정될 때, 가스 혼합물 내 기화된 액체 컴포넌트의 약 2 체적％ 내지 약 10 체적％을 포함할 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 농도는 가스 혼합물 내 기화된 액체 컴포넌트의 약 4 체적％ 내지 약 5 체적％을 포함하는, 약 3 체적％ 내지 약 6 체적％이다. 특정한 실시 예들에서, 기화된 액체에 대한 농도의 변동은 ± 0.1 ％, ± 0.2 ％, ± 0.3 ％, ± 0.5 ％, ± 0.6 ％, ± 0.7 ％, ± 0.8 ％, ± 0.9 ％, ± 1 ％, ± 1.1 ％, ± 1.5 ％, ± 1.8 ％, 또는 ± 2 ％이다.

동작 온도는 약 -20 ℃ 내지 약 20 ℃일 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 동작 온도는 버블러의 챔버 내, 버블러의 유출구에서, 또는 프로세스 챔버로의 유입구에서 결정될 때, 약 -15 ℃ 내지 약 15 ℃ (예를 들어, -15 ℃ 내지 10 ℃, -15 ℃ 내지 5 ℃, -15 ℃ 내지 0 ℃ 또는 -15 ℃ 내지 -5 ℃) 이다.

작동 압력은 거의 일정하게 유지될 수 있다. 비제한적인 작동 압력은 600 Torr 내지 900 Torr, 600 Torr 내지 1000 Torr, 700 Torr 내지 900 Torr, 700 Torr 내지 1000 Torr, 700 Torr 내지 1100 Torr, 750 Torr 내지 900 Torr, 750 Torr 내지 1000 Torr, 또는 750 Torr 내지 1100 Torr를 포함하는, 약 600 Torr 내지 약 1100 Torr일 수 있다.

전체 플로우 레이트는 약 1 slm 내지 약 20 slm (예를 들어, 1 slm 내지 10 slm, 1 slm 내지 15 slm, 1 slm 내지 18 slm, 2 slm 내지 10 slm, 2 slm 내지 15 slm, 2 slm 내지 18 slm, 2 slm 내지 20 slm, 3 slm 내지 10 slm, 3 slm 내지 15 slm, 3 slm 내지 18 slm, 3 slm 내지 20 slm, 4 slm 내지 10 slm, 4 slm 내지 15 slm, 4 slm 내지 18 slm, 4 slm 내지 20 slm, 5 slm 내지 10 slm, 5 slm 내지 15 slm, 5 slm 내지 18 slm, 5 slm 내지 20 slm, 8 slm 내지 10 slm, 8 slm 내지 15 slm, 8 slm 내지 18 slm, 8 slm 내지 20 slm, 10 slm 내지 15 slm, 10 slm 내지 18 slm, 또는 10 slm 내지 20 slm) 일 수 있다.

시스템들

본 명세서의 시스템들은 프로세스 가스를 제공하기 위한 소스, 프로세스 가스를 위한 기화된 액체 컴포넌트를 제공하기 위한 전처리 모듈로서의 장치 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의 것), 및 프로세스 가스 및 기화된 액체 컴포넌트를 포함하는 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 반응기들 또는 모듈들을 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 본 명세서에 기술된 임의의 가스 또는 가스 컴포넌트일 수 있다.

전처리 모듈은 소스 및 프로세싱 반응기/모듈에 유체적으로 커플링될 수 있다. 예를 들어, 소스는 전처리 모듈의 업스트림 플로우 통로에 커플링될 수 있고, 그리고 반응기/모듈은 전처리 모듈의 다운스트림 플로우 통로에 커플링될 수 있다. 이러한 방식으로, 기화된 액체 컴포넌트의 목표된 출력 농도를 포함하는 가스 혼합물이 반응기 또는 모듈로 전달된다. 유체 연결부들은 임의의 유용한 방식으로 이루어질 수 있고, 전처리 모듈은 업스트림 플로우 통로에 유체적으로 커플링된 압력 조절기를 더 포함할 수 있고, 그리고 압력 조절기는 소스에 유체적으로 커플링되도록 구성된다. 전처리 모듈은 전처리 모듈의 다운스트림 플로우 통로와 프로세싱 반응기 또는 프로세싱 모듈의 유입구 사이의 연결부를 더 포함할 수 있다.

시스템은 프로세스 가스의 소스, 전처리 모듈, 프로세싱 반응기, 및/또는 프로세싱 모듈을 동작시키도록 구성된 하나 이상의 제어기들을 포함할 수 있다. 일 비제한적인 예에서, 제어기는 소스로 하여금 프로세스 가스를 전처리 모듈로 전달하게 하도록 구성된다. 또 다른 비제한적인 예에서, 제어기는 반도체 프로세스를 수행하기 전에 전처리 모듈의 버블러로 하여금 가스 혼합물을 적어도 하나의 반응기 또는 모듈로 전달하게 하도록 구성된다. 또 다른 비제한적인 예에서, 제어기는 전처리 모듈의 버블러로 하여금 반도체 프로세스의 지속 기간 동안 적어도 하나의 반응기 또는 모듈로 가스 혼합물을 계속해서 전달하게 하도록 구성된다.

또 다른 예에서, 시스템은 버블러의 챔버에 공급하는 액체의 재충진 소스를 더 포함할 수 있다. 이 실시 예에서, (예를 들어, 장치 또는 시스템에 대한) 제어기는 액체의 재충진 소스로 하여금 액체를 버블러로 전달하게 하도록 (예를 들어, 액체 레벨이 챔버에 대한 충진 라인 아래에 있다면, 액체 레벨 센서에 의해 결정된 바와 같이) 구성될 수 있다.

제한 없이, 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 기화된 액체 컴포넌트를 제공하기 위해 본 명세서에 기술된 장치를 포함하는 전처리 모듈을 포함하는 반도체 프로세싱 장비; 프로세싱 툴 또는 툴들; 챔버 또는 챔버들; 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들; 및/또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에, 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자 장치들과 통합될 수도 있다. 전자 장치는 시스템들 또는 시스템의 서브 파트들 또는 다양한 컴포넌트들을 제어할 수도 있는 "제어기 (controller)"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, (예를 들어, 기화된 액체 컴포넌트를 갖는) 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 포지션 및 동작 설정들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드 록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

개시된 탄소 증착 프로세스들은 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 반응기에서 구현될 수도 있다. 이러한 반응기는 많은 상이한 형태들을 취할 수도 있다. 특정한 실시 에들에서, 장치는 하나 이상의 웨이퍼들을 하우징하고 웨이퍼 프로세싱에 적합한 하나 이상의 챔버들 또는 (때때로 복수의 스테이션들을 포함하는) "반응기들" 을 포함할 것이다. 증착 동안, 챔버는 프로세싱을 위해 하나 이상의 웨이퍼들을 홀딩할 수도 있다. 하나 이상의 챔버들은 증착 동안 규정된 위치 또는 위치들에 웨이퍼를 유지한다. 일 실시 예에서, 하드마스크 증착을 겪는 웨이퍼는 프로세스 동안 반응기 챔버 내에서 일 스테이션으로부터 또 다른 스테이션으로 이송된다. 예를 들어, 특정한 하드마스크 막 증착 프로세스들에 대해, 막 두께의 1/4이 개시된 실시 예들에 따라 4 개의 스테이션들 각각에서 증착될 수도 있다. 물론, 풀 막 증착은 전적으로 단일 스테이션에서 일어날 수도 있고, 또는 총 막 두께의 임의의 분획 (fraction) 이 임의의 수의 스테이션들에서 증착될 수도 있다.

프로세스 동안, 웨이퍼 각각은 페데스탈, 웨이퍼 척 및/또는 다른 웨이퍼 홀딩 장치에 의해 제자리에 홀딩된다. 웨이퍼가 가열되는 특정한 동작들을 위해, 장치는 가열 플레이트와 같은, 히터를 포함할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, CA, Fremont 소재의 Lam Research, Inc.에 의해 제조된 Vector^® 반응기가 개시된 실시 예들을 구현하도록 사용될 수도 있다.

도 7은 아세틸렌으로부터 탄소-함유 막을 증착하도록 작용할 수도 있는 다양한 반응기 컴포넌트들을 도시하는 블록도를 제공한다. 도시된 바와 같이, 반응기 (700) 는 반응기의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고, 접지된 히터 블록 (720) 과 함께 작동하는 샤워헤드 (714) 를 포함하는 커패시터 타입 시스템에 의해 생성된 플라즈마를 담도록 역할하는 프로세스 챔버 (724) 를 포함한다. 매칭 네트워크 (706) 에 연결된 고 주파수 RF (HFRF) 생성기 (702) 및 저 주파수 RF (LFRF) 생성기 (704) 는 샤워헤드 (714) 에 연결된다. 대안적으로, 저 주파수 RF 생성기 (704) 는 기판 (716) 에 연결될 수도 있다. 매칭 네트워크 (706) 에 의해 공급된 전력 및 주파수는 예를 들어 400 내지 700 W의 총 에너지와 같은 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하기에 충분하다. 통상적인 프로세스에서, 고 주파수 RF 컴포넌트는 일반적으로 약 2 ㎒ 내지 약 60 ㎒이고; 특정한 실시 예들에서, HF 컴포넌트는 약 13.56 ㎒이다. LF 컴포넌트는 약 100 ㎑ 내지 약 2 ㎒일 수 있고; 특정한 실시 예들에서, LF 컴포넌트는 약 400 ㎑이다.

반응기 내에서, 웨이퍼 페데스탈 (718) 은 기판 (716) 을 지지한다. 페데스탈은 증착 및/또는 플라즈마 처리 반응들 동안 그리고 증착 및/또는 플라즈마 처리 반응들 사이에 기판을 홀딩하고 이송하기 위해 척, 포크, 또는 리프트 핀들을 포함할 수도 있다. 척은 정전 척, 기계적 척, 또는 산업계에서 그리고/또는 연구에 사용할 수 있는 다양한 다른 타입들의 척일 수도 있다.

프로세스 가스들은 유입구 (712) 를 통해 도입된다. 복수의 소스 가스 라인들 (710) 은 매니폴드 (708) 에 연결된다. 가스들은 미리 혼합될 수도 있고 또는 미리 혼합되지 않을 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 가스 라인들 (710) 중 하나는 본 명세서에 기술된 전처리 모듈에 유체적으로 커플링되도록 구성된다. 밸브 및 질량 유량 제어 메커니즘들은 프로세스의 증착 및 플라즈마 처리 페이즈들 (phases) 동안 올바른 가스들이 전달되는 것을 보장하도록 채용될 수도 있다. 화학적 전구체(들)가 액체 형태로 전달되는 경우, 액체 플로우 제어 메커니즘들이 채용된다. 액체는 증착 전에 기화되고 다른 프로세스 가스들과 혼합된다.

프로세스 가스들은 유출구 (722) 를 통해 챔버 (700) 를 나간다. 진공 펌프 (726) (예를 들어, 1 또는 2 단계 기계적 건조 펌프 및/또는 터보분자 펌프) 가 통상적으로 프로세스 가스들을 인출하고, 스로틀 (throttle) 밸브 또는 펜듈럼 (pendulum) 밸브와 같은 폐루프 제어된 플로우 제한 디바이스에 의해 반응기 내에서 적절하게 저압을 유지한다.

나타낸 바와 같이, 개시된 실시 예들은 멀티-스테이션 또는 단일 스테이션 툴 상에서 구현될 수도 있다. 일 실시 예에서, 사전 프로세싱 모듈은 반도체 증착 챔버에 공급된 아세틸렌 가스 스트림을 처리하기 위해 사용된다. 반도체 제작을 위해 아세틸렌을 사용할 수도 있는 임의의 증착 챔버가 본 명세서에 개시된 사전 프로세싱 모듈들과 함께 사용될 수 있다.

증착 프로세스를 포함하는, 반도체 프로세스들

본 개시는 기화된 액체 컴포넌트의 제어된 농도를 갖는 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 프로세스 챔버 또는 프로세스 모듈과 함께 채용될 수 있는 전처리 모듈을 포함한다. 이러한 프로세스 챔버들 및 프로세스 모듈들은 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 임의의) 시스템으로서 제공될 수 있다. 예시적인 프로세스 시스템들은 예를 들어, 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 챔버 또는 모듈 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수 있다.

프로세스 챔버 또는 프로세스 모듈과 함께, 전처리 모듈은 기판을 준비하고, 막을 증착하거나 개질하고, 패턴을 생성하고, 그리고/또는 구조체를 제조하기 위해 반도체 제작 프로세스들을 수행하도록 채용될 수 있다. 비제한적인 프로세스들은 웨이퍼 상으로 전구체를 흘리고 이어서 보통 플라즈마 및/또는 제 2 전구체와 기판 표면의 반응을 활성화함으로써 반도체 웨이퍼 상에 막을 생성하는 단계; ALD 사이클 동안 하나 이상의 "도즈" 단계들로 가스 혼합물을 전달함으로써 ALD 프로세스를 수행하는 단계; 하나 이상의 기화된 컴포넌트들을 갖는 가스 혼합물을 전달함으로써 CVD 프로세스를 수행하는 단계; 및 하나 이상의 기화된 반응 물질들을 갖는 가스 혼합물을 전달함으로써 ALE 프로세스를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 프로세스들은 미국 특허 번호 제 8,728,956 호, 제 8,883,028 호, 제 8,808,561 호, 및 제 9,355,839 호, 뿐만 아니라 미국 특허 공보 제 2011/0256734 호에 기술되고, 각각은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.

본 개시는 또한 특정한 실시 예들에 따라 애시 가능 하드마스크를 형성하기 위한 일반적인 프로세스 플로우를 포함한다. 일반적인 프로세스 플로우는 증착 챔버 내에 반도체 기판을 제공하는 것, 아세틸렌을 함유하는 프로세스 가스를 도입하는 것, 및 애시 가능 하드마스크와 같은 탄소-함유 층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.

애시 가능 하드마스크들은 사용 후 산화에 의해 제거될 수 있는 에칭 마스크들로서 사용된 탄소 기반 막들이다. 특정한 실시 예들에서, 이들은 비정질 탄소 기반 막들이다. 비정질 탄소 기반 막들은 또한 반도체 프로세싱에 사용되는 다른 타입들의 막들을 형성하도록 사용될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 증착 프로세스는 증착 챔버 내에 반도체 기판을 제공하는 것으로 시작된다. 예를 들어, 반도체 기판은 300 ㎜ 반도체 웨이퍼일 수도 있고 증착 챔버는 Lam Research Vector^®제품군의 모듈일 수도 있다. 이어서 아세틸렌을 포함하는 전구체 프로세스 가스가 챔버 내로 도입된다.

또한, 증착 챔버 사이즈 및 다른 프로세스 파라미터들에 따라, 아세틸렌의 플로우 레이트는 증착 프로세스 동안 약 3,000 sccm 내지 약 10,000 sccm일 수도 있다. 일 실시 예에서, 아세틸렌의 플로우 레이트는 약 5,000 sccm 내지 약 8,000 sccm일 수도 있다. 아세틸렌에 더하여, 프로세스 가스는 또한 메탄, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 등과 같은 다른 탄소-함유 전구체들을 포함할 수도 있다. 아세틸렌-함유 가스가 증착 챔버로 흐르는 동안, 애시 가능 하드마스크가 플라즈마 강화된 CVD (plasma enhanced CVD; PECVD) 또는 다른 증착 프로세스들에 의해 반도체 기판 상에 증착된다.

캐리어 가스는 전처리 모듈로부터 전구체 또는 가스 혼합물을 희석하도록 사용될 수도 있다. 캐리어 가스는 반도체 프로세싱에 채용된 임의의 적합한 캐리어 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 전체 캐리어 가스 플로우 레이트는 증착 챔버 사이즈 및 다른 프로세스 파라미터들에 종속될 수도 있고 약 500 sccm 내지 약 10,000 sccm의 범위일 수도 있다. 특정한 실시 예에서, 질소 및 헬륨은 약 500 sccm 내지 5,000 sccm 및 약 300 sccm 내지 3,000 sccm의 대응하는 플로우 레이트들 범위들을 갖는 캐리어 가스들로서 사용된다. 반도체 프로세싱의 다른 스테이지들은 상이한 프로세싱 가스들 및 상이한 플로우 레이트들을 포함할 수도 있다.

본 명세서에 열거된 프로세스 파라미터들 중 다수는 300 ㎜ 웨이퍼 상에 애시 가능 하드마스크를 증착하기 위한 4 개의 증착 스테이션들을 갖는 Lam Research Vector^® 모듈을 사용하여 탄소 막들을 증착하는 데 적합하다. 특정한 실시 예들에서, 프로세스는 언더 코팅 증착, 애시 가능 하드마스크 사전-코팅, 애시 가능 하드마스크 증착, 및 챔버 세정의 네 가지 동작들을 포함한다. 아세틸렌 가스 스트림은 애시 가능 하드마스크 사전-코팅 및/또는 애시 가능 하드마스크 증착 동작들에서 사용될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 사전 프로세싱 모듈을 통과하는 아세틸렌 가스 스트림은 이들 동작들 동안 약 7000 sccm의 플로우 레이트로 전달된다.

그러나, 개시된 실시 예들은 반도체 프로세싱을 위해 아세틸렌 가스 스트림을 사용하는 임의의 반도체 증착 챔버에 보다 광범위하게 적용된다. 당업자는 프로세스 파라미터들이 증착 챔버 볼륨, 웨이퍼 사이즈, 및 다른 인자들에 기초하여 스케일링될 수도 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 예를 들어, 저 주파수 (LF) 생성기 및 고 주파수 (HF) 생성기의 전력 출력들은 통상적으로 웨이퍼의 증착 표면적에 정비례한다. 유사하게, 플로우 레이트들은 Vector^® 증착 챔버 내 4 개의 증착 챔버들 각각에 대해 195 L인 증착 챔버의 자유 체적에 종속된다.

플라즈마는 듀얼-주파수 플라즈마 생성 프로세스를 사용하여 생성될 수도 있다. 일 예에서, 듀얼-주파수 PECVD 모듈은 프로세스 챔버가 대략 4 Torr 내지 12 Torr로 유지되는 동안, 약 200 W 내지 약 600 W의 저 주파수 (LF) 전력 및 약 900 W 내지 약 1500 W의 고 주파수 (HF) 전력을 제공할 수도 있다. 또 다른 예에서, LF 생성기는 약 50 ㎑ 내지 약 400 ㎑에서 약 200 W 내지 약 1000 W를 제공할 수도 있는 한편, HF 생성기는 증착 프로세스 동안 약 2 ㎒ 내지 약 60 ㎒에서 약 500 W 내지 약 2,000 W를 제공할 수도 있다. 증착 프로세스는 기판 온도가 약 100 ℃ 내지 500 ℃일 때 수행될 수도 있다. 증착 챔버의 압력은 약 2 Torr 내지 약 15 Torr로 유지될 수도 있다. 애시 가능 하드마스크 증착을 위한 프로세스 조건들의 일 예는 표 1에 요약된다. 증착은 목표된 두께의 막이 증착될 때까지 계속된다. 다양한 실시 예들에 따라, 약 1,000 내지 9,000 Å가 증착된다.

개시된 실시 예들은 상기 프로세스 조건들에서 애시 가능 하드마스크 막들의 증착으로 제한되지 않고, 반도체 프로세싱에서 전구체로서 아세틸렌을 사용하는 임의의 탄소-기반 막의 증착에 적용된다는 것이 이해되어야 한다. 이는 플라즈마-강화된 CVD 프로세스들, 열적 CVD 프로세스들, 고밀도 플라즈마 CVD, ALD (atomic layer deposition) 프로세스들, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 상기 프로세스 조건들 모두는 아세틸렌이 프로세스 가스로서 사용되는 한, 표 1에 도시된 예시적인 범위들을 벗어나 가변될 수도 있다.

플로우 레이트들의 예들이 상기 표 1에 기술되었지만, 특정한 실시 예들에서, 본 명세서에 개시된 방법들은 저 플로우 레이트 프로세스들, 예를 들어, 약 100 sccm 내지 약 1000 sccm 이하의 아세틸렌 플로우와 함께 사용된다. 이들 저 플로우 레이트들에서의 희석은 특히 반복성에 해로울 수도 있어서, 본 명세서의 전처리 모듈과 함께 저 증기압 안정화제들의 사용이 일부 예들에서 유리할 수도 있다.

예들

예 1: 아세틸렌의 안정한 안정화제 농도 제어

도 9a 내지 도 9b는 아세틸렌 내 안정화제의 농도를 제어하도록 채용된 전처리 모듈로부터의 예시적인 결과들을 도시한다. 도 9a는 소스 및 증착 챔버에 유체적으로 커플링되도록 구성된 전처리 모듈의 비제한적인 도면을 도시한다. 앰플은 연결을 통해 버블러에 액체를 공급하고, 그리고 소스는 버블러에 아세틸렌 (C₂H₂) 을 공급한다. 앰플 내의 액체는 안정화제를 포함하고, 소스는 또한 아세틸렌 내에 용해된 특정한 농도의 안정화제를 포함한다.

전처리 모듈은 소스와 버블러 사이의 업스트림 플로우 통로를 더 포함할 수 있고, 이 플로우 통로는 제 1 질량 유량 제어기 (MFC1), 제 1 농도계 (CM1), 및 제 1 압력 변환기 (PT1) 를 포함한다. 다운스트림 플로우 통로는 버블러와 증착 챔버 사이에 위치되고, 이 플로우 통로는 제 2 압력 변환기 (PT2), 제 2 농도계 (CM2), 압력 제어기 (PC), 및 제 2 질량 유량 제어기 (MFC2) 를 포함한다. 바이패스 경로는 업스트림 플로우 통로 및 다운스트림 플로우 통로를 연결하고 그 내부에 배치된 밸브를 갖는다. 버블러는 열 교환기 내에 선택 가능하게 하우징될 수 있다. 앰플과 버블러 사이의 연결은 부가적인 액체를 버블러로 전달하고 유출구를 통해 응축 및 배기함으로써 과잉 액체를 제거하도록 구성될 수 있다.

도 9b는 안정화제의 농도를 제어하기 위해 이러한 장치를 사용한 결과들을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, CM1 및 CM2는 각각 업스트림 플로우 통로 및 다운스트림 플로우 통로를 통해 이동하는 가스 혼합물 내 안정화제의 농도를 측정하도록 채용된다. 알 수 있는 바와 같이, 업스트림 CM1에 의해 결정된 농도는 시간이 흐름에 따라 안정화제 농도의 안정된 증가를 나타내고, 업스트림 플로우 통로 내의 농도가 가변할 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 다운스트림 CM2에 의해 결정된 농도는 다운스트림 플로우 통로에서 상대적으로 안정된 농도를 나타내고, 따라서 출력부에 또는 이 예에서, 증착 챔버에 안정된 농도를 제공한다. 알 수 있는 바와 같이, 업스트림 플로우 통로 및 다운스트림 플로우 통로 사이의 버블러의 사용은, 특히 (예를 들어, 열 교환기의 사용에 의해) 제어된 온도 및 (도 9b에서 PT2에 의해 측정된 정상 압력에 의해 입증된 바와 같이) 제어된 압력을 갖는 장치에서 이러한 사용이 제공될 때 출력 안정화제 농도에 영향을 준다.

도 9b는 또한 본 명세서에 기술된 장치에 의해 제어될 수 있는 상이한 동작 공간들을 도시한다. 예를 들어, CM1 (유입되는 안정화제 농도) 및 CM2 (유출되는 안정화제 농도) 에 의해 측정된 곡선들의 교차점은 동작 공간을 2 개의 영역들로 나누고, 여기서 가스 스트림 (좌측) 에 안정화제가 부가될 수 있거나 가스 스트림 (우측) 으로부터 안정화제가 제거될 수 있다. 좌측에서 동작하는 것은 결국 예컨대 연결을 통해 앰플로부터 부가적인 액체를 전달함으로써, 버블러 내에서 안정화제를 보충하는 것을 요구할 수도 있다. 우측에서 동작하는 것은 결국 예컨대 과잉 안정화제를 응결시킴으로써, 버블러로부터 안정화제를 제거하는 것을 요구할 수도 있다. 안정화제를 제거할 때, 과잉 양들은 안정화제 소스로 재순환되거나 배출 경로를 통해 (가능하게 증착 챔버에 대한 포어라인 (foreline) 을 통해) 진공으로 버려질 (dump) 수 있다.

예 2: 아세틸렌 내 안정한 안정화제 농도의 추가 제어

본 명세서의 장치들, 시스템들, 및 방법들은 다운스트림 플로우 통로를 제어함으로써 다양한 플로우 레이트에 걸쳐 제어된 안정화제 농도를 제공하도록 채용될 수 있다. 도 10a에서 알 수 있는 바와 같이, 다운스트림 플로우 제어기 (MFC2) 의 다운스트림 제어는 (CM2와 함께 제공된 데이터로 나타낸 바와 같이) 제어된 출력 안정화제 농도를 제공한다. (PT2와 함께 제공된 데이터로 나타낸 바와 같이) 고정된 압력을 달성하기 위해, 압력 제어기의 폐루프 제어가 채용되었다. 버블러로부터의 플로우는 (V06으로 제공된 데이터로 나타낸 바와 같이) 오프이거나 온인 것으로 나타낸다.

버블러의주 의 깊은 제어, 특히 버블러 내의 압력 제어 없이, 다운스트림 안정화제 농도는 입력된 아세틸렌 플로우 레이트에 따라 가변할 수 있다. 그러나, 도 10b에서 볼 수 있는 바와 같이, 다운스트림 안정화제 농도는 넓은 범위의 입력 아세틸렌 플로우 레이트들 및 입력 안정화제 농도에 걸쳐 일정하게 유지된다. 이는 버블러의 온도 및 압력을 일정한 레벨로 제어하기 때문이다.

정의들

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 "상단 (top)", "하단 (bottom)", "상부 (upper)", "하부 (lower)", "위 (above)" 및 "아래 (below)"는 구조체들 간의 상대적인 관계를 제공하도록 사용된다. 이들 용어들의 사용은 특정한 구조체가 장치의 특정한 위치에 위치되어야 한다는 것을 나타내거나 요구하지 않는다.

결론

전술한 실시 예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 일부 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 명세서에 개시된 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 잘 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다. 또한, 개시된 실시 예들이 구체적인 실시 예들과 함께 기술될 것이지만, 특정한 실시 예들은 개시된 실시 예들을 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다. 본 실시 예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 이에 따라, 본 실시 예들은 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 간주될 것이며, 실시 예들은 본 명세서에 주어진 상세들로 제한되지 않을 것이다.

Claims

(a) 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스에 유체적으로 커플링되고 (fluidically couple), 그리고 상기 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스로부터 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 이송하도록 구성된 업스트림 (upstream) 플로우 통로;
(b) 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 에 유체적으로 커플링된 유입구를 포함하고, 그리고 제어된 온도 및 압력을 갖는 분위기 하에 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함하는 버블러 (bubbler) 로서, 상기 버블러는,
(i) 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 로부터 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 수용하고, 그리고
(ii) 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 상기 챔버 내의 상기 액체를 통해 통과시키도록 구성되는, 상기 버블러;
(c) 상기 버블러로 하여금 상기 버블러 내로 흐르는 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 상기 아세틸렌 안정화제의 농도를 조정하고, 그리고 아세틸렌과 반응하는 증착 반응의 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값으로 상기 버블러를 떠나는 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 상기 아세틸렌 안정화제의 상기 농도를 유지하는 조건들 하에서 동작하게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기들; 및
(d) 상기 버블러의 유출구에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 실질적으로 일정한 농도 값으로 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 상기 증착 반응을 수행하기 위한 증착 반응기로 이송하도록 구성된 다운스트림 (downstream) 플로우 통로를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 의 상기 아세틸렌 및/또는 상기 아세틸렌 안정화제의 농도를 측정하도록 구성된 가스 농도계를 더 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 소스로부터 상기 버블러로의 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 플로우를 조정하도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 버블러 내의 상기 분위기의 상기 제어된 온도 및 압력에서 아세틸렌 내 상기 아세틸렌 안정화제의 포화 농도인, 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 아세틸렌 안정화제의 상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스의 상기 아세틸렌 안정화제의 초기 농도 값보다 보다 작은, 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 아세틸렌 안정화제의 상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스 내의 상기 아세틸렌 안정화제의 초기 농도 값보다 보다 큰, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실질적으로 일정한 농도 값은 아세틸렌 내 상기 아세틸렌 안정화제의 약 2 체적％ 내지 약 10 체적％인, 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 아세틸렌 안정화제는 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 아세틸렌 안정화제는 아세톤인, 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 버블러는 동작 동안, 약 -20 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도로 상기 액체를 유지하도록 구성되는, 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 버블러는 동작 동안, 약 600 Torr 내지 약 1100 Torr의 압력으로 상기 분위기를 유지하도록 구성되는, 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 버블러는 약 1 slm 내지 약 20 slm의 플로우 레이트를 제공하도록 구성되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체는 아세톤, N,N-디메틸 포름아미드, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러는 복수의 트레이들 (trays) 을 포함하는, 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 버블러는 액체 레벨 센서를 포함하거나, 상기 버블러는 액체 레벨 센서에 유체적으로 커플링되는, 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 액체 레벨 센서는 이산 레벨 센서 또는 연속적인 레벨 센서를 포함하는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러 내의 상기 액체는 미리 결정된 액체 레벨 근방으로 또는 미리 결정된 액체 레벨로 유지되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아세틸렌 및 아세틸렌 안정화제의 소스는 가압된 탱크인, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러의 상기 챔버에 유체적으로 커플링된 상기 액체의 소스를 더 포함하는, 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 액체의 소스는 액체 레벨 센서를 더 포함하는, 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 액체의 소스는 일정한 액체 레벨로 또는 일정한 액체 레벨 근방으로 상기 버블러 내의 상기 액체를 유지하도록 구성되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어된 온도 및 압력은 실질적으로 일정한 온도 및 실질적으로 일정한 압력이도록 구성되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 의 규정된 압력 범위 내에서 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 압력을 유지하도록 구성된 압력 제어기를 더 포함하는, 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 압력 제어기에 커플링되고 그리고 상기 압력 제어기를 제어하도록 구성되는, 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 규정된 압력 범위는 10 psig를 초과하지 않는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 커플링되고 그리고 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 의 규정된 온도 범위 내에서 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 온도를 유지하도록 구성된 온도 제어기를 더 포함하는, 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 온도 제어기에 커플링되고 그리고 상기 온도 제어기를 제어하도록 구성되는, 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 규정된 온도 범위는 30 ℃를 초과하지 않는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에서 규정된 질량 유량 레이트 (mass flow rate) 범위 내에 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 상기 질량 유량 레이트를 유지하도록 구성된 질량 유량 제어기를 더 포함하는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 증착 반응을 개시하도록 상기 소스로부터 상기 증착 반응기로의 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 플로우를 유발하도록 더 구성되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 버블러로 하여금 상기 증착 반응 동안 실질적으로 일정한 온도 및/또는 실질적으로 일정한 압력으로 상기 액체를 유지하게 하도록 더 구성되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 버블러로 하여금 상기 증착 반응 동안 상기 버블러 내의 상기 분위기의 상기 온도 및 상기 압력을 제어하게 하도록 더 구성되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 버블러를 통한 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물의 플로우 레이트를 제어하도록 더 구성되는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 버블러의 상기 챔버 내의 헤드스페이스 (headspace) 로 푸시 가스 (push gas) 를 전달하도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 버블러의 상기 챔버로 부가적인 액체를 전달하도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 버블러의 상기 챔버 내의 상기 액체의 과잉을 제거하도록 구성된 출구 경로를 더 포함하는, 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 는 상기 아세틸렌과 아세틸렌 안정화제의 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 하나 이상의 반응기들 또는 부가적인 챔버들에 유체적으로 커플링되도록 더 구성되는, 장치.
제 37 항에 있어서,
상기 버블러를 떠나는 상기 가스 혼합물의 상기 아세틸렌 안정화제는 반도체 프로세스의 과정에 걸쳐 상기 실질적으로 일정한 농도 값을 포함하는, 장치.
(a) 가스 컴포넌트의 소스에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 소스로부터 상기 가스 컴포넌트를 이송하도록 구성된 업스트림 플로우 통로;
(b) 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 에 유체적으로 커플링된 유입구를 포함하고, 그리고 제어된 온도 및 압력을 갖는 분위기 하에 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함하는 버블러로서, 상기 버블러는,
(i) 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 로부터 상기 가스 컴포넌트를 수용하고, 그리고
(ii) 가스 혼합물을 형성하기 위해 상기 가스 컴포넌트를 상기 챔버 내의 상기 액체를 통해 통과시키도록 구성되고, 상기 가스 혼합물은 상기 가스 컴포넌트 및 증기 형태의 상기 액체를 포함하는 기화된 액체 컴포넌트를 포함하는, 상기 버블러;
(c) 상기 버블러로 하여금 상기 가스 혼합물을 반응시키는 반응의 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값으로 상기 버블러를 떠나는 상기 가스 혼합물 내의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 유지하는 조건들 하에서 동작하게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기들; 및
(d) 상기 버블러의 유출구에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 실질적으로 일정한 농도 값으로 가스 컴포넌트와 기화된 액체 컴포넌트의 상기 가스 혼합물을 상기 반응을 수행하기 위한 반응기로 이송하도록 구성된 다운스트림 플로우 통로를 포함하는, 장치.
제 39 항에 있어서,
상기 소스는 가스 컴포넌트 및 안정화제를 포함하고, 상기 가스 혼합물은 상기 가스 컴포넌트 및 상기 실질적으로 일정한 농도 값의 기화된 안정화제를 포함하는, 장치.
제 39 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 소스에 유체적으로 커플링되도록 구성된 압력 조절기를 더 포함하는, 장치.
제 39 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에서 상기 가스 컴포넌트 및/또는 상기 기화된 액체 컴포넌트의 농도를 측정하도록 구성된 가스 농도계를 더 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 버블러 내의 상기 분위기의 제어된 온도 및 압력에서 상기 가스 혼합물 내의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 포화 농도인, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트는 아세틸렌, 산소, 질소, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체는 액체 형태의 아세톤, 안정화제, 또는 전구체를 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기화된 액체 컴포넌트는 증기 형태의 아세톤, 안정화제, 또는 전구체를 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러는 동작 동안, 약 -20 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도로 상기 액체를 유지하도록 구성되는, 장치.
제 47 항에 있어서,
상기 버블러는 동작 동안, 약 600 Torr 내지 약 1100 Torr의 압력으로 상기 분위기를 유지하도록 구성되는, 장치.
제 47 항에 있어서,
상기 버블러는 약 1 slm 내지 약 20 slm의 플로우 레이트를 제공하도록 구성되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러는 액체 레벨 센서를 포함하거나 또는 상기 버블러는 액체 레벨 센서에 유체적으로 커플링되는, 장치.
제 50 항에 있어서,
상기 액체 레벨 센서는 이산 레벨 센서 또는 연속적인 레벨 센서를 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러 내의 상기 액체는 미리 결정된 액체 레벨 근방으로 또는 미리 결정된 액체 레벨로 유지되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러의 상기 챔버에 유체적으로 커플링된 상기 액체의 소스를 더 포함하는, 장치.
제 53 항에 있어서,
상기 액체의 소스는 액체 레벨 센서를 더 포함하는, 장치.
제 53 항에 있어서,
상기 액체의 소스는 일정한 액체 레벨로 또는 일정한 액체 레벨 근방으로 상기 버블러 내의 상기 액체를 유지하도록 구성되는, 장치.
제 39 항에 있어서,
상기 제어된 온도 및 압력은 실질적으로 일정한 온도 및 실질적으로 일정한 압력이도록 구성되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에서 상기 가스 혼합물의 압력을 규정된 압력 범위 내로 유지하도록 구성된 압력 제어기를 더 포함하는, 장치.
제 57 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 압력 제어기에 커플링되고 그리고 상기 압력 제어기를 제어하도록 구성되는, 장치.
제 57 항에 있어서,
상기 규정된 압력 범위는 10 psig를 초과하지 않는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 커플링되고 그리고 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에서 상기 가스 혼합물의 온도를 규정된 온도 범위 내로 유지하도록 구성된 온도 제어기를 더 포함하는, 장치.
제 60 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 온도 제어기에 커플링되고 그리고 상기 온도 제어기를 제어하도록 구성되는, 장치.
제 60 항에 있어서,
상기 규정된 온도 범위는 30 ℃를 초과하지 않는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 및/또는 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 에서 상기 가스 컴포넌트 및/또는 상기 가스 혼합물의 질량 유량 레이트를 규정된 질량 유량 레이트 범위 내로 유지하도록 구성된 질량 유량 제어기를 더 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 반응을 개시하기 위해 상기 소스로부터의 상기 가스 컴포넌트의 플로우 및 프로세스 반응기로의 상기 가스 혼합물의 플로우를 유발하도록 더 구성되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 버블러로 하여금 상기 반응 동안 실질적으로 일정한 온도 및/또는 실질적으로 일정한 압력으로 상기 액체를 유지하게 하도록 더 구성되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 버블러로 하여금 상기 반응 동안 상기 버블러 내의 상기 분위기의 상기 온도 및 상기 압력을 제어하게 하도록 더 구성되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 제어기들은 상기 버블러를 통한 상기 가스 컴포넌트 및/또는 상기 가스 혼합물의 플로우 레이트를 제어하도록 더 구성되는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 버블러의 상기 챔버 내의 헤드스페이스로 푸시 가스를 전달하도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 버블러의 상기 챔버로 부가적인 액체를 전달하도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러에 유체적으로 커플링되고 그리고 상기 버블러의 상기 챔버 내의 상기 액체의 과잉을 제거하도록 구성된 출구 경로를 더 포함하는, 장치.
제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 는 상기 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 하나 이상의 반응기들 또는 부가적인 챔버들에 유체적으로 커플링되도록 더 구성되는, 장치.
제 71 항에 있어서,
상기 버블러를 떠나는 상기 가스 혼합물의 상기 기화된 액체 컴포넌트는 반도체 프로세스의 과정에 걸쳐 상기 실질적으로 일정한 농도 값을 포함하는, 장치.
아세틸렌 또는 가스 컴포넌트를 포함하는, 프로세스 가스를 제공하도록 구성된 소스;
반도체 프로세스를 수행하도록 구성된 하나 이상의 반응기들 또는 모듈들로서, 적어도 하나의 반응기 또는 모듈은 유입구를 더 포함하는, 상기 하나 이상의 반응기들 또는 모듈들;
가스 혼합물을 제공하도록 구성된 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 기재된 장치로서, 상기 업스트림 플로우 통로 (a) 는 상기 소스에 직접적으로 또는 간접적으로 유체적으로 커플링되고, 그리고 상기 다운스트림 플로우 통로 (d) 는 상기 적어도 하나의 반응기 또는 모듈의 상기 유입구에 직접적으로 또는 간접적으로 유체적으로 커플링되는, 상기 장치; 및
상기 반도체 프로세스를 수행하기 전에 상기 소스로 하여금 상기 프로세스 가스를 상기 장치로 전달하게 하고 그리고 상기 장치의 버블러로 하여금 상기 가스 혼합물을 상기 적어도 하나의 반응기 또는 모듈로 이송하게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기들을 포함하는, 시스템.
기화된 액체 컴포넌트의 농도를 제어하는 방법에 있어서,
가스 컴포넌트를 소스로부터 버블러로 이송하는 단계;
가스 혼합물을 형성하기 위해 상기 가스 컴포넌트를 상기 버블러 내의 액체를 통해 통과시키는 단계로서, 상기 가스 혼합물은 상기 가스 컴포넌트 및 상기 기화된 액체 컴포넌트를 포함하고, 상기 기화된 액체 컴포넌트는 증기 형태의 상기 액체를 포함하고, 상기 버블러는 제어된 온도 및 압력을 갖는 조건들 하에서 상기 액체를 홀딩하기 위한 챔버를 포함하고, 그리고 상기 버블러는 상기 가스 혼합물과 반응하는 반응의 과정에 걸쳐 실질적으로 일정한 농도 값으로 상기 버블러를 떠나는 상기 가스 혼합물 내의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 상기 농도를 유지하도록 구성되는, 상기 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계; 및
상기 반응을 수행하기 위해 상기 실질적으로 일정한 농도 값의 상기 가스 컴포넌트와 기화된 액체 컴포넌트의 가스 혼합물을 제 1 반응기로 추가로 이송하는 단계를 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계는,
상기 소스로부터 상기 버블러로 상기 가스 컴포넌트와 함께 안정화제를 이송하는 단계를 포함하고, 상기 소스는 상기 가스 컴포넌트 및 상기 안정화제를 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 75 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 통과시키는 단계는 상기 안정화제가 상기 액체이고 상기 안정화제의 상기 농도는 상기 실질적으로 일정한 농도 값인 것을 더 포함하고, 그리고 상기 소스 내 상기 안정화제의 초기 농도 값은 상기 버블러를 떠나는 상기 가스 혼합물 내 상기 안정화제의 실질적으로 일정한 농도 값보다 보다 작거나 보다 큰, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계 후 임의의 시간에,
상기 버블러의 상기 챔버 내 상기 액체의 제 1 레벨을 결정하는 단계로서, 상기 제 1 레벨은 상기 버블러 또는 상기 버블러의 챔버에 유체적으로 커플링된 액체 레벨 센서를 사용하여 결정되는, 상기 제 1 레벨을 결정하는 단계; 및
상기 제 1 레벨이 미리 결정된 액체 레벨 미만이면, 부가적인 액체를 상기 버블러의 상기 챔버로 전달하는 단계를 더 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계 후 임의의 시간에,
상기 버블러의 상기 챔버 내 상기 액체의 제 1 레벨을 결정하는 단계로서, 상기 제 1 레벨은 상기 버블러 또는 상기 버블러의 챔버에 유체적으로 커플링된 액체 레벨 센서를 사용하여 결정되는, 상기 제 1 레벨을 결정하는 단계; 및
상기 제 1 레벨이 미리 결정된 액체 레벨 이상이면, 상기 버블러의 상기 챔버로부터 상기 액체의 과잉을 제거하는 단계를 더 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 통과시키기는 단계 전에,
상기 버블러의 업스트림 또는 다운스트림에서 결정된 압력을 조정하는 단계를 더 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 79 항에 있어서,
상기 압력을 조정하는 단계는 약 0.1 체적％ 내지 약 5 체적％ 만큼 상기 실질적으로 일정한 농도 값의 변화를 제공하도록 약 50 Torr 내지 약 200 Torr 만큼 조정하는 단계를 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 이송하는 단계 후 임의의 시간에,
상기 소스로부터 상기 버블러로의 상기 가스 컴포넌트의 플로우 레이트 및/또는 상기 버블러로부터 상기 제 1 반응기로의 상기 가스 혼합물의 플로우 레이트를 조정하는 단계를 더 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 버블러 내의 분위기의 상기 제어된 온도 및 압력에서 상기 가스 컴포넌트 내의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 포화 농도인, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 82 항에 있어서,
상기 기화된 액체 컴포넌트의 상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 소스 내의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 초기 농도 값보다 보다 작은, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 82 항에 있어서,
상기 기화된 액체 컴포넌트의 상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 소스 내의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 초기 농도 값보다 보다 큰, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 가스 컴포넌트의 상기 기화된 액체 컴포넌트의 약 0.1 체적％ 내지 약 20 체적％인, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트는 아세틸렌, 산소, 질소, 아르곤, 캐리어 가스, 불활성 가스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기화된 액체 컴포넌트는 증기 형태의 아세톤 또는 전구체를 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버블러는 동작 동안, 약 -20 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도로 상기 액체를 유지하도록 구성되는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 88 항에 있어서,
상기 버블러는 동작 동안, 약 600 Torr 내지 약 1100 Torr의 압력으로 상기 버블러의 분위기를 유지하도록 구성되는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 88 항에 있어서,
상기 버블러는 약 1 slm 내지 약 20 slm의 플로우 레이트를 제공하도록 구성되는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어된 온도 및 압력은 실질적으로 일정한 온도 및 실질적으로 일정한 압력이도록 구성되는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 컴포넌트를 통과시키기는 단계 후,
상기 버블러의 상기 챔버 내의 헤드스페이스로 푸시 가스를 전달하는 단계를 더 포함하고, 상기 가스 혼합물은 상기 가스 혼합물을 상기 추가로 이송하기 위한 상기 가스 컴포넌트, 상기 기화된 액체 컴포넌트, 및 상기 푸시 가스를 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계는,
규정된 압력 범위 내에서 상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계를 더 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계는,
규정된 질량 유량 레이트 범위 내에서 상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계를 더 포함하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계는,
상기 가스 혼합물을 제 2 반응기로 추가로 이송하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 반응기는 상기 제 1 반응기에 유체적으로 커플링될 수도 있거나 커플링되지 않을 수도 있고 그리고 상기 제 2 반응기는 반응을 수행하도록 구성될 수도 있거나 구성되지 않을 수도 있는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 95 항에 있어서,
상기 제 2 반응기는 반도체 프로세스를 수행하기 위한 것이고, 그리고 상기 실질적으로 일정한 농도 값은 상기 반도체 프로세스의 과정에 걸쳐 유지되는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계 후,
상기 제 1 반응기 내에서 상기 반응을 개시하는 단계를 더 포함하고, 상기 버블러는 상기 반응 동안 실질적으로 일정한 온도 및/또는 실질적으로 일정한 압력으로 상기 액체를 계속해서 유지하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.
제 74 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 혼합물을 추가로 이송하는 단계 후,
상기 제 1 반응기 내에서 상기 반응을 개시하는 단계를 더 포함하고, 상기 버블러는 상기 반응 동안 상기 버블러 내의 분위기의 상기 온도 및/또는 상기 압력을 계속해서 제어하는, 기화된 액체 컴포넌트의 농도 제어 방법.