KR20240019032A - 전구체 레벨 측정용 압력-기반 센서 시스템 및 그 방법 - Google Patents

전구체 레벨 측정용 압력-기반 센서 시스템 및 그 방법 Download PDF

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쥬세뻬 알레씨오 베르니
빌자미 포어
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Abstract

본원에서, 압력-기반 센서 시스템은 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정할 수 있는 수단에 의해 설명되며, 상기 시스템은, 공지된 부피를 갖는 적어도 두 개의 유체 연결된 챔버, 및 상기 챔버 내의 복수의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서를 포함한다.

Description

전구체 레벨 측정을 위한 압력 기반 센서 시스템 및 그 방법{PRESSURE-BASED SENSOR SYSTEM FOR PRECURSOR LEVEL MEASUREMENT AND METHOD THEREFOR}
본 개시의 기술은 일반적으로 반도체 처리, 및 특히 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 기술에 관한 것이다.
반도체 및 반도체 제조 공정이 더욱 발전함에 따라, 제조 공정 동안 더 큰 균일성 및 공정 제어가 필요하다.
원자층 증착(ALD), 에피택시 및 화학 기상 증착(CVD)과 같은 공정 동안, 가스, 액체 또는 고체의 형태로 존재할 수 있는 전구체가 피가공재 상에 증착되거나 피가공재와 접촉한다. 이들 전구체는전구체 컨테이너 또는 전구체 용기(이로부터 종종 반응 챔버 내의 피가공재로 이들 전구체는 이송됨)에 저장된다.
공정이 수행되는 동안, 전구체 재료의 배기로 인한 제조 결함을 방지하기 위해 전구체 용기 내의 전구체의 양을 모니터링하는 것이 유리할 수 있다. 전구체 용기 내의 전구체 재료의 잔여량을 모니터링하는 능력은 중요한데, 그 이유는 공정 품질을 보장하고, 전구체 용기 변화의 효율적인 스케쥴링을 가능하게 하고, 고가의 화학물질의 사용을 최대화하고, 재고 관리를 개선하기 때문이다.
레벨 감지는 가스 또는 액체 재료에 대한 업계 표준이지만, 고체 전구체 재료의 잔여량을 모니터링하는 것은 더 복잡하다. 통상적으로, 전구체 재료는 캐리어 가스를 전구체 용기를 통해 흐르게 함으로써 전구체 용기로부터 반응기 챔버로 이송되어, 캐리어 가스 및 기화된 고체 전구체를 포함한 공정 가스를 생성하며, 이는 후속하여 공정 챔버에 제공된다. 제조 공정에 사용되는 여러 공정 조건(예, 고온 범위, 캐리어 가스의 사용, 등)은, 특히 해상도와 정확성이 중요한 경우에 전구체 레벨의 모니터링은 기존의 레벨 감지 시스템에 대해 문제가 된다.
따라서, 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 모니터링하기 위한 개선된 방법 및 장치가 필요하다.
본 설명에서, 기술은 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정할 수 있는 수단에 의해 설명된다. 구체적으로, 압력-기반 센서 시스템은 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정할 수 있는 수단에 의해 설명되며, 상기 시스템은, 공지된 부피를 갖는 적어도 두 개의 유체 연결된 챔버, 및 프로브 가스가 공급될 때 상기 챔버 내의 복수의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서를 포함한다.
용기의 전구체 레벨에 대한 신뢰할 수 있는 감지는, 다른 운영 요인 중에서도 (리소스) 계획, 오류 검출, 품질 보증의 핵심이다. 본원에 개시된 기술은 전구체 측정의 정확성 및 일관성을 개선할 수 있다. 또한, 본원에 개시된 기술은 비가동 또는 가동 전구체 용기 측정을 위해 사용될 수 있다. 후자는 툴 다운타임 없이 수행될 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 가동 모니터링은 거의 실시간 모니터링을 허용하기 때문에, 이는 또한 오류 검출(예, 전구체가 플러싱됨) 또는 품질 제어에 사용될 수 있다. 예를 들어, 불순물로 인해 생성된 막의 품질이 더 낮을 수 있기 때문에, 화학 물질의 마지막 20%를 사용해서는 안 된다.
본 개시의 기술의 다양한 양태의 발명의 내용이 먼저 이하에서 제공되며, 그 후에 특정 구현예가 보다 상세히 설명될 것이다. 본 개요는 독자가 기술적 개념을 보다 신속하게 이해하는 것을 돕기 위한 것이지만, 본 발명의 가장 중요하거나 필수적인 특징을 식별하려는 것이 아니며, 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범주를 제한하려는 것도 아니다.
본 개시의 양태는 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서,
상기 전구체 용기는, 전구체 챔버(상기 전구체 챔버는 고체 전구체를 수용하고 유지하도록 구성되고, 이에 의해 상기 전구체 챔버는 공지된 부피를 갖는 공지된 부피를 갖는 프로브 챔버에 유체 연결됨), 및 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로의 프로브 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 밸브를 포함하며,
본 방법은,
- 측정될 고체 전구체의 양을 유지하는 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하는 단계;
- 프로브 가스의 제1 압력을 측정하는 단계;
- 프로브 가스가 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로 흐르도록 상기 밸브를 개방하는 단계;
- 프로브 가스의 평형 압력을 측정하는 단계; 및
- 상기 복수의 압력 측정 및 공지된 챔버 부피에 기초하여 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 프로브 가스를 제공하기 전에 상기 전구체 챔버로부터 죽은 공간을 배기하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체 챔버는, 전구체를 유지하는 상기 전구체 챔버의 일부 내로 프로브 가스를 수용하고 가이드하도록 구성되는, 유입구를 포함한다.
일부 구현예에서, 프로브 챔버는, 상기 밸브가 개방될 경우에 상기 전구체 챔버로부터 프로브 가스를 수용하고 가이드하도록 구성되는, 상기 전구체 챔버용 유출구를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은, 프로브 가스의 압력이 소정의 값과 동일할 때까지, 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체의 양을 결정하는 단계는, 복수의 압력 측정치에 기초하여, 전구체 챔버에 함유된 전구체의 부피를 계산하는 단계, 및 상기 부피에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 보간하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체의 양을 보간하는 단계는, 상기 부피와 전구체의 양 사이의 관계를 설명하는 교정 곡선 및/또는 룩업 테이블에서 상응하는 값을 찾는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체 챔버는 전구체 용기의 일부에 포함되고, 프로브 챔버 또는 이의 일부는 상기 전구체 용기의 다른 일부에 포함된다.
일부 구현예에서, 전구체 챔버는 전구체 용기의 일부에 포함되고, 프로브 챔버 또는 그의 일부는 상기 전구체 용기 외부에 위치하지만, 이에 유체 연결된다.
일부 구현예에서, 전구체 및 프로브 챔버의 온도는 실질적으로 동일하다.
일부 구현예에서, 프로브 가스는 불활성 가스를 포함하거나 이로 이루어지고, 바람직하게는 상기 프로브 가스는 아르곤(Ar)을 포함하거나 이로 구성된다.
일부 구현예에서, 고체 전구체는 금속 함유 재료를 포함한다.
본 개시의 다른 양태는 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 또는 액체 전구체의 양을 측정하기 위한 압력-기반 센서 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은,
- 전구체를 수용하고 유지하도록 구성되며 공지된 부피를 갖는 전구체 챔버를 포함하는 전구체 용기;
- 상기 전구체 챔버에 유체 연결되며 공지된 부피를 갖는 프로브 챔버;
- 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하도록 구성된 프로브 가스 공급원;
- 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로 프로브 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 밸브;
- 프로브 가스의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서;
- 압력 센서로부터 감지 데이터를 수신하기 위해 상기 압력 센서에 통신 결합되는 처리 장치를 포함하되, 상기 처리 장치는, 상기 감지 데이터에 기초하여, 복수의 압력 측정 및 공지된 챔버 부피에 기초한 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하도록 구성되며, 상기 복수의 압력 측정은, 상기 프로브 가스가 상기 전구체 챔버에 제공될 때의 제1 측정, 및 상기 프로브 가스가 상기 전구체 및 프로브 챔버 내의 평형 압력에 도달할 때의 제2 측정을 적어도 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체 챔버는 유체 연결부에 의해 프로브 챔버에 유체 연결되고, 밸브 및 압력 센서는 상기 유체 연결부 상에 장착된다.
일부 구현예에서, 압력 센서는, 전구체 챔버에 유체 연결되도록 상기 유체 연결부 상의 밸브 전에 장착된다.
일부 구현예에서, 시스템은 전구체 챔버에 유체 연결된 진공 펌프를 포함하며, 이는 상기 전구체 챔버로부터 죽은 공간을 배기하도록 구성된다.
일부 구현예에서, 시스템은 전구체 챔버에 유체 연결된 압력 제어기를 포함하며, 이는 상기 프로브 가스의 압력이 소정의 값과 동일할 때까지 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하도록 구성된다.
일부 구현예에서, 시스템은 전구체 또는 프로브 챔버 중 적어도 하나의 온도를 조절하도록 구성된 온도 제어기를 포함하여, 전구체 및 프로브 챔버의 온도는 실질적으로 동일하도록 한다.
본 개시의 다른 양태는 공정 챔버, 기판 핸들링 시스템, 및 전구체 용기를 포함한 증착 시스템에 관한 것으로서,
- 전구체 용기는 고체 전구체를 유지하는 전구체 챔버를 갖고,
- 증착 시스템은 제13항에 따른 압력-기반 센서 시스템을 포함한다.
일부 구현예에서, 증착 시스템은 제어기를 추가로 포함하되, 제어기는 증착 시스템으로 하여금 본 개시에 설명된 바와 같은 구현예에 따른 방법을 수행시키도록 구성된다.
도면에 대한 다음의 설명은 본 개시의 특정 구현예에 관한 것으로, 본 교시, 이들의 응용 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않고 사실상 단지 예시적이다.
도면 전체에 걸쳐, 대응하는 참조 번호는 다음의 부분 및 특징을 나타낸다: 전구체 챔버(1); 프로브 챔버(2); 고체 전구체(3); 압력 센서(4); 프로브 챔버 밸브(5); 처리 유닛(6); 밸브(7); 진공 펌프(8); 압력 제어기(9); 압력-기반 센서 시스템(10).
도　1은, 유체 챔버를 포함한 프로브 챔버(2)에 유체 연결된 전구체 챔버(1)를 포함하는, 압력-기반 센서 시스템(10)의 구현예를 나타낸다.
도　2는, 폐쇄 파이프를 포함한 프로브 챔버(2)에 유체 연결된 전구체 챔버(1)를 포함하는, 압력-기반 센서 시스템(10)의 구현예를 나타낸다.
도　3은, 개방 파이프를 포함한 프로브 챔버(2)에 유체 연결된 전구체 챔버(1)를 포함하는, 압력-기반 센서 시스템(10)의 구현예를 나타낸다.
도　4는, 유체 연결된 전구체(1) 및 프로브(2) 챔버, 및 이에 연결된 진공 파이프(8)를 포함하는, 압력-기반 센서 시스템(10)의 구현예를 나타낸다.
도　5는, 유체 연결된 전구체(1) 및 프로브(2) 챔버, 및 이에 연결된 압력-기반 센서 시스템(9)을 포함하는, 압력-기반 센서 시스템(10)의 구현예를 나타낸다.
도 6은, 하나 이상의 공정 챔버(202), 전구체 가스 공급원(204), 가스 공급원(205), 반응물 가스 공급원(206), 퍼지 가스 공급원(208), 배기(210), 및 공정 제어 유닛(212)을 포함하는 처리 시스템(200)의 일 구현예를 나타낸다.
다음의 상세한 설명에서, 본 개시의 기초가 되는 기술은 그의 상이한 양태에 의해 설명될 것이다. 본 개시의 양태는, 본원에서 일반적으로 설명되고 도면에 나타낸 바와 같이, 매우 다양하게 상이한 구성으로 배열, 치환, 조합 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 명시적으로 고려되고 본 개시의 일부가 될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 본 설명은 독자가 기술적 개념을 보다 쉽게 이해하는 것을 돕기 위한 것이지만, 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범주를 제한하려는 것은 아니다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 참조는, 본 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 문구 출현은 반드시 동일한 구현예를 지칭하지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는", "포함한다" 및 "포함한"은 "내포하는", "내포하다" 또는 "함유하는", "함유하다"와 동의어이며, 포괄적이거나 개방형이며, 추가적인, 비-인용된 부재, 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 용어 "포함하는", "포함하다" 및 "포함한"은 인용된 구성원, 요소 또는 방법 단계를 지칭하는 경우에 상기 인용된 구성원, 요소 또는 방법 단계로 "이루어진" 구현예를 또한 포함한다. 단수 형태 "일", "하나", 및 "특정 하나"는 문맥상 달리 명시하지 않는 한 단수형 및 복수형 지시 대상을 모두 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "좌측", "우측", "전방", "후방", "상단", "하단", "위", "아래" 등과 같은 상대적 용어는 기술적 목적으로 사용되고, 반드시 영구적 상대적 위치를 설명하기 위한 것은 아니다. 이러한 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환될 수 있고, 본원에서 설명된 바와 같은 구현예는 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한, 본원에서 나타내거나 설명된 것과 다른 배향으로 작동할 수 있음을 이해해야 한다.
본원에서 서로에게 "인접"하는 것으로 설명된 객체는 설명된 객체 간의 공간적 관계를 반영하며, 즉, 용어는 설명된 객체가, 문구가 사용되는 문맥에 따라, 직접(즉, 물리적) 또는 간접(즉, 근접) 물리 접촉일 수 있는 지정된 기능을 수행하는 방식으로 배열되어야 함을 나타낸다.
본원에서 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 설명된 객체는 설명된 객체 간의 기능적 관계를 반영하며, 즉, 용어는 용어가 사용되는 문맥에 따라 전기 또는 비전기(즉, 물리적) 방식으로 직접 또는 간접 연결을 포함할 수 있는 지정된 기능을 수행하는 방식으로 설명된 객체가 연결되어야 함을 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로"는 작용, 특징, 특성, 상태, 구조, 아이템 또는 결과의 완전한 또는 거의 완전한 범위 또는 정도를 지칭한다. 예를 들어, "실질적으로" 둘러싸인 객체는 객체가 완전히 둘러싸이거나 거의 완전히 둘러싸인 것을 의미할 것이다. 절대 완전성으로부터의 정확히 허용 가능한 편차 정도는 일부 경우에 특정 맥락에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 일반적으로 완료의 근접성을 언급하는 것은, 절대적이고 완전한 완료가 얻어지는 것과 동일한 전체 결과를 갖는 것이다. "실질적으로"의 사용은, 부정적 의미에서 사용되는 경우에 작용, 특징, 특성, 상태, 구조, 아이템 또는 결과의 완전한 또는 거의 완전한 결여를 지칭하기 위해 동일하게 적용 가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 특정 맥락에 따라 주어진 값이 상기 값 또는 종점에 "조금 위" 또는 "조금 아래"일 수 있음을 제공함으로써 수치 값 또는 범위 종점에 대한 유연성을 제공하는 데 사용된다. 달리 언급되지 않는 한, 특정 숫자 또는 수치 범위에 따른 용어 "약"의 사용은, 용어 "약" 없이 이러한 수치적 용어 또는 범위를 지지하는 것으로 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, "약 30"에 대한 언급은 30보다 약간 위 및 약간 아래 값에 대한 지원을 제공할 뿐만 아니라 30의 실제 수치에도 대한 지원을 제공하는 것으로 해석되어야 한다.
종점에 의한 수치 범위의 언급은 각각의 범위 내에 포함되는 모든 수 및 분획뿐만 아니라 인용된 종점도 포함한다. 또한, 설명 및 청구범위에서 제1, 제2, 제3 등이라는 용어는, 유사한 요소를 구별하는 데 사용되고, 명시되지 않는 한, 순차적 또는 시간 순서에 대한 설명은 필수적이지 않다. 이와 같이 사용된 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환 가능하며, 본원에 설명된 본 개시의 구현예는 본원에 설명되거나 도시된 것과 다른 순서로 작동할 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서의 참조는 "개선된" 성능(예, 맥락에 따라 증가된 또는 감소된 결과)을 제공하는 장치, 구조, 시스템, 또는 방법을 참조할 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 이러한 "개선"은 종래 기술에서의 장치, 구조, 시스템 또는 방법에 대한 비교에 기초하여 얻은 이익의 척도라는 것을 이해해야 한다. 또한, 개선된 성능의 정도는 개시된 구현예 간에 달라질 수 있고, 개선된 성능의 양, 정도 또는 실현에 있어서 균등성 또는 일관성이 보편적으로 적용 가능한 것으로 가정되지 않음을 이해해야 한다.
본 설명에서, 기술은 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정할 수 있는 수단에 의해 설명된다. 용기의 전구체 레벨에 대한 신뢰할 수 있는 감지는, 다른 운영 요인 중에서도 (리소스) 계획, 오류 검출, 품질 보증의 핵심이다. 본원에 개시된 기술은 전구체 측정의 정확성 및 일관성을 개선할 수 있다.
또한, 본원에 개시된 기술은 비가동 또는 가동 전구체 용기 측정을 위해 사용될 수 있다. 후자는 툴 다운타임 없이 수행될 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 가동 모니터링은 거의 실시간 모니터링을 허용하기 때문에, 이는 또한 오류 검출(예, 전구체가 플러싱됨) 또는 품질 제어에 사용될 수 있다. 예를 들어, 불순물로 인해 생성된 막의 품질이 더 낮을 수 있기 때문에, 화학 물질의 마지막 20%를 사용해서는 안 된다.
달리 정의되지 않는 한, 기술 및 과학 용어를 포함하여, 본 기술을 설명하는데 사용되는 모든 용어는, 본 개시가 속하는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 추가의 안내에 의해, 본 개시의 교시를 더 잘 이해하기 위해 설명에 사용된 용어에 대한 정의가 포함된다. 본원에서 사용되는 용어 또는 정의는 기술의 이해를 돕기 위해서만 제공된다.
본원에서 지칭되는 바와 같이, 용어 "고체 전구체"는 얇은 층 또는 원자층으로서, 예컨대 적어도 0.3 nm 내지 최대 50 nm, 또는 적어도 1 nm 내지 최대 20 nm의 두께를 갖는 층으로서 기판의 표면 상에 증착될 고체 화학물질 화합물로 CVD 및 ALD와 같은 반도체 제조 기술에 사용되는 화합물을 지칭한다. 전구체 재료는 공정 챔버에서 수행되는 공정에 기초하여 선택된다. 또한, 고체 전구체는 분말, 과립을 포함하는 많은 형태로 제공될 수 있지만, 불활성 스캐폴드 상에 접착된 고체도 제공될 수 있다. 이상적으로는, 이러한 스캐폴드는 품질(측정에 의해 변경된 전구체) 및 안전성(가열, 스파크 등)을 모두 보장하기 위해 전구체와 상호 작용하지 않아야 한다.
일 구현예에서, 고체 전구체는 금속을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속, 전이 금속, 희토류 금속 또는 이의 조합으로부터 선택될 수 있다. 전구체는 또한 하나 이상의 리간드를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 리간드는 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알킨, 카르보닐, 디에닐, 베타-디케토네이트, 치환 또는 미치환 시클로디에닐, 치환 또는 미치환 아릴 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 적합한 할로겐은 F, Br, Cl, 및/또는 I를 포함한다. 적합한 알킬, 알케닐, 알킨, 디에닐 및 시클로디에닐은 전형적으로 C1 내지 C8 화합물이다. 시클로디에닐 및 아릴에 적합한 치환기는 C1 내지 C3 알킬을 포함한다. 적절한 베타-디케토네이트는 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로펜탄-2,4-디오네이트(hfac) 및/또는 2,4-펜탄디온(hacac)을 포함한다. 구현예에서, 전구체는 호모렙틱 화학물질 화합물(모든 리간드가 동일한 금속 화합물) 또는 헤테로렙틱 화학물질 화합물(두 가지 이상의 상이한 유형의 리간드를 갖는 금속 화합물)일 수 있다. 일 구현예에서, 전구체는 금속-탄소 결합을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 전구체는 파이 복합체를 포함할 수 있다. 예시적인 고체 전구체는 HfCl4이다.
본원에 설명된 기술은 주로 고체 전구체를 참조하여 설명되는 게 관찰될 것이다. 그 이유는, 액체 전구체의 신뢰성 있는 측정을 위한 기술은 플로터의 사용과 같이 당업계에 공지되어 있기 때문이다. 그러나, 이러한 기술은 고체 전구체 레벨의 측정에 신뢰성 있게 적용될 수 없으며, 이는 명확한 부피의 결여 및 가능한 응집(예, 덩어리짐)으로 인해 더 복잡하다. 그럼에도 불구하고, 당업자는 본원에 설명된 기술이 액체 전구체, 또는 고체 및 액체 전구체의 혼합물의 측정을 위해 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 그러나, 간결성을 위해, 이러한 구현예는 별도로 설명되지 않지만, 그럼에도 불구하고 본 개시의 범주 내에서 명시적으로 기대된다.
전술한 고체 전구체는 일반적으로 "전구체 용기"에 저장될 수 있으며, 이는 상기 전구체 용기의 몸체 내에 형성된 중공형 공극으로 이루어진 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 챔버는, 내부 부분을 둘러싸는 상단부, 하단부, 및 하나 이상의 주변 측벽, 및 상기 내부 부분에 접근하기 위한 개구를 포함할 수 있다. 내부 부분은 상기 개구를 통해 전구체를 수용하고 유지하도록 구성될 수 있다. 전구체 용기는 또한, 수용된 전구체에 따라 상기 내부 부분 내에서 상이한 온도에 도달하고 유지하도록 구성될 수 있다. 전형적인 온도는 120℃ 내지 200℃의 범위일 수 있지만, 본 개시는 임의의 특정 온도 범위에 제한되지 않는다.
전구체 용기는 "처리 시스템"의 일부일 수 있으며, 이는 통상적으로 "고체 전달 시스템"에 결합된 "공정 챔버"를 추가로 포함한다. 공정 챔버는 (반도체 웨이퍼 등과 같이) 처리될 기판을 지지하기 위해 그 안에 배치된 기판 지지부를 갖는 내부 부피를 포함할 수 있다. 공정 챔버는 ALD, CVD 등을 위해 구성될 수 있다. 처리 시스템은, 내부 부피에서 플라즈마를 생성하거나 기판 지지부 상에 배치된 기판에 RF 바이어스를 제공하기 위한 추가 구성 요소, 예를 들어 하나 이상의 RF 또는 다른 에너지원을 포함할 수 있다.
또한, 고체 전달 시스템은 가스 공급원 및 전구체를 수용하고 유지하도록 구성된 전구체 용기를 포함할 수 있다. 가스 공급원은 하나 이상의 공정 가스를 챔버의 내부 부피에 제공하기 위해 공정 챔버에 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 가스 공급원은, 가스 공급원으로부터 제공된 가스의 양을 제어하기 위한 질량 흐름 제어기 또는 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 가스 공급원은, 가스 공급원으로부터 제공된 가스의 양을 제어하기 위한 질량 흐름 제어기 또는 다른 적절한 장치에 결합될 수 있다. 공정 가스는, 샤워헤드, 노즐, 또는 다른 적절한 가스 유입구 장치와 같은 유입구를 통해 챔버로 진입할 수 있다. 미반응 공정 가스, 가스 부산물 등이 챔버에 결합된 배기 시스템을 통해 내부 부피로부터 제거될 수 있다.
본 개시의 기술의 다양한 양태의 개요가 이하에서 제공되며, 그 후에 특정 구현예가 보다 상세히 설명될 것이다. 본 개요는 독자가 기술적 개념을 보다 신속하게 이해하는 것을 돕기 위한 것이지만, 본 발명의 가장 중요하거나 필수적인 특징을 식별하려는 것이 아니며, 청구범위에 의해서만 제한되는 본 개시의 범주를 제한하려는 것도 아니다. 특정 구현예를 설명할 때, 첨부된 도면을 참조하며, 이는 기술된 구현예의 이해를 돕기 위한 것이다.
본 개시의 양태는 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서,
전구체 용기는, 공지된 부피를 갖는 제1 챔버(상기 제1 챔버는 전구체를 수용하고 유지하도록 구성되고, 이하에서 "전구체 챔버"로서 지칭됨); 공지된 부피를 갖는 제2 챔버(상기 전구체 챔버는 상기 제2 챔버에 유체 연결되고, 상기 전구체 챔버로부터 프로브 가스를 수신하도록 구성되고, 이하에서 "프로브 챔버"로 지칭됨); 및 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로의 프로브 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 밸브를 포함하며, 상기 방법은,
- 측정될 고체 전구체의 양을 유지하는 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하는 단계;
- 프로브 가스의 제1 압력을 측정하는 단계;
- 프로브 가스가 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로 흐르도록 상기 밸브를 개방하는 단계;
- 프로브 가스의 평형 압력을 측정하는 단계; 및
- 상기 복수의 압력 측정 및 공지된 챔버 부피에 기초하여 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 양태는 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 또는 액체 전구체의 양을 측정하기 위한 압력-기반 센서 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은,
- 전구체를 수용하고 유지하도록 구성되며 공지된 부피를 갖는 전구체 챔버를 포함하는 전구체 용기;
- 상기 전구체 챔버에 유체 연결되며 공지된 부피를 갖는 프로브 챔버;
- 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하도록 구성된 프로브 가스 공급원;
- 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로 프로브 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 밸브;
- 프로브 가스의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서;
- 압력 센서로부터 감지 데이터를 수신하기 위해 상기 압력 센서에 통신 결합되는 처리 장치를 포함하되, 상기 처리 장치는, 상기 감지 데이터에 기초하여, 복수의 압력 측정 및 공지된 챔버 부피에 기초한 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하도록 구성되며, 상기 복수의 압력 측정은, 프로브 가스가 상기 전구체 챔버에 제공될 때의 제1 측정, 및 프로브 가스가 상기 제1 및 프로브 챔버 내의 평형 압력에 도달할 때의 제2 측정을 적어도 포함한다.
본 개시의 다른 양태는 공정 챔버, 기판 핸들링 시스템, 및 전구체 용기를 포함하는 처리 시스템에 관한 것으로서, 전구체 용기는 고체 전구체를 유지하고, 증착 시스템은 본 개시에 설명된 바와 같은 일 구현예에 따른 압력-기반 센서 시스템을 포함하며, 바람직하게는 본 개시에 설명된 바와 같은 일 구현예에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
본 개시의 압력-기반 센서 시스템(10)은 도 1을 참조하여 보다 상세하게 논의되며, 이는 두 개의 유체 연결된 챔버의 구현예를 개략적으로 나타내고, 이에 의해 제1 전구체 챔버(1)는 공지된 부피 V1을 갖고 제2 프로브 챔버(2)는 공지된 부피 V2를 갖는다. 전구체 챔버(1)는 미지의 부피 Vp.의 고체 전구체(3)의 양 및 미지의 부피 V0의 죽은 공간의 상응하는 양을 유지하는 것으로 나타나 있으며, 이에 의해 V1 = Vp + V0이다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, "죽은 공간"은 고체 전구체를 함유하지 않거나, 아마도 고체과 상이한 상(예, 증기)에서 무시할 만한 양의 전구체를 최대로 함유하는 전구체 챔버의 일부이다.
또한, 밸브(5)는 전구체 챔버(1)를 프로브 챔버(2)에 연결하는 -실선으로 표시되는- 유체 연결부 상에 장착되는 것으로서, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 가스의 자유 통과를 허용하기 위해 상기 챔버 사이의 연결이 폐쇄되거나 개방되도록 할 수 있다. 당업자는, 유체 연결부가 특정 부피를 갖지만 용이한 설명을 위해 이러한 추가 부피는 무시할 만한 것으로 간주됨을 이해한다.
일정한 온도에서 주어진 가스 질량의 부피가 그의 압력에 반비례하는 보일 법칙의 원리를 적용함으로써, 미지의 전구체 부피 Vp는, 프로브 가스를 유체 연결된 챔버 내에 공급하고 상이한 부피에서 복수의 압력 측정을 수행함으로써 결정될 수 있다. 상세한 설명은 아래에 주어질 것이다.
일 구현예에서, 프로브 가스는 불활성 가스를 포함하거나 불활성 가스로 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "불활성 가스"는 화학적으로 반응하지 않고 유리하게는 고체 전구체와 혼합되는 가스를 지칭한다. 적절한 불활성 가스는 귀가스, 예컨대 He, Ne, Ar, Xe 및 Kr을 포함한다. 일부 구현예에서, 적절한 불활성 가스는 H2 및 N2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프로브 가스는 아르곤(Ar)과 같은 귀가스를 포함하거나 이로 구성될 수 있으며, 이는 반도체 처리에 사용되는 전구체 재료에 특히 적합하다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 압력 측정 밸브(5)를 수행하기 위해, 가스가 전구체 챔버(1)로부터 프로브 챔버(2)로 통과할 수 없도록 폐쇄된다. 다음으로, 프로브 가스가 개구(화살표로 표시됨)를 통해 전구체 챔버(1)에 제공되어, 상기 가스가 상기 챔버(1)의 죽은 공간 V0 전체에 걸쳐 팽창하여 제1 압력 p1을 설정할 수 있도록 한다. 본 구현예에서, 압력 p1은 밸브(5) 앞의 유체 연결 라인을 따라 배열된 압력 센서(4)에 의해 측정되고, 전구체 챔버(1)로의 임의의 개구는 압력 변동을 방지하기 위해 폐쇄된다.
제2 측정을 위해, 지금 연결된 챔버간 압력 차이의 결과로서 프로브 가스가 전구체 챔버(1)로부터 빈 프로브 챔버(2)로 흐를 수 있도록 밸브(5)는 개방된다. 일단 프로브 가스가 평형 압력에 도달하면, 제2 압력 p2가 압력 센서(4)에 의해 측정될 수 있다. 평형 압력에 도달하는 데 필요한 시간은, 사용된 프로브 가스 및 두 챔버 모두의 부피에 따라 달라진다.
적어도 압력 측정 p1. 및 p2를 포함하는 복수의 압력 측정의 측정된 값, 및 적어도 부피 V1 및 V2를 포함하는 챔버 부피의 미리 알려진 값을 고려함으로써, Vp의 값은 다음과 같이 계산될 수 있다: Vp = V1 - [ (p2V2) / (p1-p2) ].
그럼에도 불구하고, 전술한 원리를 실질적으로 구현하는 경우, 공정 제어를 위해 튜브/파이프와 같은 다양한 유체 연결부, 및 밸브와 같은 다른 연결 요소의 존재가 필요할 수 있다. 이러한 연결은 챔버의 일부로서 고려될 수 있는 부피를 가질 것이다. 또한, 당업자는 본 시스템이 단어의 엄격한 의미에서 "챔버"의 존재를 필요로 하지 않는다는 것을 이해할 수 있지만, 압력의 차이가 상이한 부피에 걸쳐 측정될 수 있도록 프로프 가스의 충분한 팽창을 허용하기에 적합한 임의의 유형의 용기를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 챔버는 유체 챔버 및 그에 연결된 하나 이상의 유체 연결부를 포함할 수 있고, 이에 의해 챔버 부피는 상기 챔버의 구성 요소 부피, 구체적으로 유체 챔버의 부피 및 하나 이상의 유체 연결부의 부피의 합에 대응한다. 예를 들어, V2의 프로브 가스 챔버는, V2 = V 유체 챔버 + V 유체 연결부가 되도록, 유체 챔버 및 밸브로부터 상기 유체 챔버까지 연장된 유체 연결부를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 챔버는, 공지된 부피를 갖는 하나 이상의 유체 연결부로 구성될 수 있고, 이에 의해 프로브 챔버 부피는, 상기 프로브 챔버의 구성 요소의 부피의 합에 대응한다. 예를 들어, V2의 프로브 가스 챔버는, 밸브로부터 차단 요소까지 연장된 유체 연결부를 포함할 수 있어서, 상기 유체 연결부의 V2 = V가 되도록 한다.
후자의 구현예의 일례가 도 2에 나타나 있는데, 이는 밸브(5) 다음에 배열된 폐쇄 파이프를 포함하는 프로브 챔버(2)를 나타내고, 밸브는 전구체 챔버(1)로부터 상기 프로브 챔버(2)로의 프로브 가스의 흐름을 제어한다. 따라서, 프로브 챔버(2)의 부피 V2는 상기 파이프의 길이 및 직경에 대응할 것이다. 압력 p1은 밸브(5)가 폐쇄되는 동안 전구체 챔버(1)에 프로브 가스를 제공함으로써 측정될 수 있다. 그 다음, 압력 p2는 밸브(7)가 폐쇄되는 동안 밸브(5)를 개방함으로써 측정될 수 있다.
동일한 구현예는 전구체 챔버의 구성에 적용될 수 있다. 그러나, 전구체 챔버는 일반적으로 고체 전구체를 저장하기 위한 유체 챔버를 적어도 포함할 것이다. 그럼에도 불구하고, 전구체 챔버의 부피(V1)는, 전구체 용기의 적절한 공정 제어에 필요한, 유입구 및 유출구와 같이, 상기 유체 챔버에 연결된 다수의 유체 연결부를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 구현예의 일례가 도 3에 나타나 있는데, 이는, 전구체를 저장하는 메인 유체 챔버 내로, 프로브 가스가 흐를 수 있는 개구를 형성하는 유입구 파이프를 추가로 포함한 전구체 챔버(1)를 나타낸다. 유입구 파이프는 외부 라인 또는 전구체 가스 공급원으로부터 상기 전구체 챔버(1) 내로의 프로브 가스의 흐름을 제어하는 밸브(7)를 포함한다. 따라서, 전구체 챔버(1)의 부피 V1은, 상기 파이프의 길이 및 상기 파이프의 직경에 기초하여, 상기 유입구 파이프의 부피를 더 증가시킬 것이다. 압력 p1은, 전구체 챔버(1) 내에 프로브 가스를 제공한 후 밸브(5) 및 밸브(7)를 폐쇄함으로써 압력 센서(4)로 측정될 수 있다.
도 3은, 전구체 챔버가 전구체 챔버(1)의 유출구 일부를 형성하거나 그 일부일 수 있음을 추가로 나타낸다. 구체적으로, 프로브 챔버(2)는, 전구체 챔버(1)로부터 상기 프로브 챔버(2)로의 프로브 가스의 흐름을 제어하는 밸브(5), 및 상기 프로브 챔버(2)로부터 외부 라인으로의 프로브 가스의 흐름을 제어하는 밸브(7') 사이에 배열된 개방 파이프를 포함한다. 압력 p2는, 밸브(7, 7')가 폐쇄되는 동안 밸브(5)를 개방함으로써 압력 센서(4)로 측정될 수 있다.
또한, 압력 p2를 측정한 후 밸브(7')를 개방함으로써, 프로브 가스는 전구체 챔버(1)로부터 그리고 선택적으로 프로브 챔버(2)로부터 제거될 수 있다. 따라서, 이러한 배열은 추후 측정 또는 다른 목적으로 프로브 가스를 재사용할 수 있게 한다.
일 구현예에서, 전구체 챔버는, 바람직하게는 밸브가 개방될 경우에 전구체를 유지하는 전구체 챔버의 일부 내로 프로브 가스를 가이드하도록 구성된 유입구를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 전구체 챔버는, 바람직하게는 밸브가 개방될 경우에 전구체를 유지하는 전구체 챔버의 일부로부터 프로브 챔버로 프로브 가스를 가이드하도록 구성된 유출구를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 프로브 챔버는, 바람직하게는 밸브가 개방될 경우에 전구체 챔버로부터 프로브 가스를 수용하고 가이드하도록 구성되는 유입구를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 프로브 챔버는, 밸브가 개방될 경우에 상기 전구체 챔버로부터 프로브 챔버로 프로브 가스를 가이드하도록 구성된 전구체 챔버용 유출구를 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 시스템(1)은 처리 장치(6)를 추가로 포함한 것이 나타나 있고, 이는 압력 측정을 나타내는 전기 신호 - 불릿 말단을 갖는 실선으로 표시됨 -를 수신하기 위해 압력 센서(4)에 전기적으로 결합된다. 압력 센서에 의해 생성된 이러한 전기 신호는 이하 감지 데이터로 지칭된다. 나타낸 전기적 연결은, 당업계에 공지된 다양한 형태의 연결이 직접적 또는 간접적으로 구현될 수 있기 때문에 단지 예시적인 목적인 것으로 이해된다. 유리하게는, 연결부는 전구체 용기 내에서 더 양호한 통합을 위해 조정될 수 있다. 또한, 처리 장치(6)는 전구체 챔버(1)에 인접하게 위치하는 것으로 나타나 있지만, 처리 장치가 상기 전구체 챔버(1)로부터 이격되거나 심지어 전구체 용기 외부에 배열되는 구현예가 고려될 수 있다.
처리 장치는 단일 유닛으로서 나타나 있다. 그러나, 당업자는, 제어기가 그의 작동을 제어하기 위한 다양한 구성 요소를 포함할 수 있음을 이해한다. 처리 장치는 일반적으로 중앙 처리 유닛(CPU), 메모리, 및 CPU용 지원 회로를 포함한다. 제어기는 다양한 챔버 및 서브 프로세서를 제어하기 위한 산업적 세팅에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. CPU의 메모리 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 하드 디스크, 플래시, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지, 로컬 또는 원격과 같은 쉽게 사용 가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로는 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 결합된다. 이들 회로는 캐시, 전력 공급부, 클럭 회로, 입력/출력 회로 및 서브시스템 등을 포함한다.
수신된 감지 데이터에 기초하여, 처리 장치는 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 결정된 양에 기초하여, 처리 공정은 공정 제어와 연관된 다양한 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다. 이하에서, 처리 장치의 다양한 구현예가 설명될 것이지만, 새롭거나 대안적인 데이터 처리 기술이 소프트웨어 형태로 쉽게 구현될 수 있기 때문에 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
일 구현예에서, 처리 장치는, 상기 감지 데이터에 기초하여, 전구체를 함유한 상기 용기 내부 부분의 분율을 계산함으로써, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하고, 상기 분율에 기초하여 상기 전구체 용기 내의 상기 전구체 양을 보간하도록 구성될 수 있다. 전형적인 작동에서, 리필 또는 용기 교체까지의 시간은 분율 또는 전구체 레벨에 기초하여 결정될 수 있다. 이에 따라, 전구체 양의 능동적 모니터링은, 낮은 전구체 레벨을 위험하게 하지 않으면서 높은 공정 효율을 유지할 수 있도록 시기적절한 개입을 가능하게 할 수 있다.
일 구현예에서, (전구체의 초기 양으로 용기를 충진할 경우의) 충진 부피 백분율이 알려질 수 있다. 따라서, 질량이 측정에 기초하여 계산될 수 있기 때문에, 전구체 부피를 아는 것만으로도 충분할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예를 들어 (인간) 오류로 인해, 충진 부피 백분율이 적어도 부분적으로 알려지지 않은 대안적인 구현예에서, 질량은 기준 측정으로부터의 교정 데이터에 기초하여 계산될 수 있다.
일 구현예에서, 전구체의 양을 보간하는 단계는, 상기 분율과 상기 전구체 용기 내 전구체의 양 사이의 관계를 설명하는 교정 곡선 및/또는 룩업 테이블에서 상응하는 값을 찾는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 교정 곡선 및/또는 룩업 테이블은, 상이한 분율에서 전구체의 중량을 측정하고, 상기 측정된 중량 및/또는 전구체 부피에 기초하여 전구체의 양을 결정함으로써, 사전에 생성될 수 있다.
일 구현예에서, 처리 장치는 시간에 따른 상기 감지 데이터에 기초하여 상기 전구체의 소비 또는 소비율(mg/초 투여 또는 mg/펄스)를 계산하도록 구성될 수 있다. 소비를 모니터링하는 것은 품질 제어에 유리할 수 있다. 예를 들어, 정상 소비보다 높거나 낮은 소비는 툴/밸브 작동의 (인간) 오류로 인한 전구체의 덤프와 같은 툴 문제를 나타낼 수 있거나, 또는 화학물질을 픽업하는 캐리어 흐름이 고장난 흐름 제어기/센서로 인해 사양을 벗어날 수 있다. 이러한 툴 문제는 소비율을 모니터링하고 이를 소정의(정상) 소비율 값과 비교함으로써 쉽게 검출될 수 있다. 모니터링은 제어기 구성에 기초하여 자동화될 수 있다.
일 구현예에서, 전구체 챔버 내에 프로브 가스를 제공하기 전에 죽은 공간(V0)은 배기될 수 있다. 이는, 죽은 공간이 증발된 전구체와 같은 다른 가스의 트레이스를 함유하지 않는 것을 보장함으로써, 측정 신뢰성을 개선한다는 장점을 가지며, 이는 프로브 가스가 상기 시스템에 제공되는 경우에 압력 측정에 영향을 미칠 수 있다.
이러한 구현예의 일례가 도 4에 나타나 있는데, 이는 전구체 챔버(1)에 유체 연결된 진공 펌프(8)를 추가로 포함하는 시스템(10)을 나타내고, 펌프는 상기 전구체 챔버(1)로부터 죽은 공간을 배기하도록 구성된다. 구체적으로, 전구체 챔버(1)는, 밸브(7")를 개방하면서 밸브(7, 7')를 폐쇄하고 선택적으로 밸브(5)를 폐쇄함으로써, 진공 펌프(8)로 배기될 수 있다. 밸브(7")를 폐쇄한 후, 전술한 방법을 수행할 수 있다.
또한, 밸브 7 내지 7' 사이의 라인은 진공 펌프(8)로 감압될 수 있어, 프로브 챔버 내에 남아 있는 이러한 프로브 가스는 밸브(7')를 개방할 때 배기될 수 있다. 당업자는, 다른 라인 및 구성 요소가 다른 측정을 위해 프로브 가스를 포획하고/포획하거나 이를 전구체 챔버 내로 재유도하기 위해 도입될 수 있음을 이해한다.
일 구현예에서, 프로브 가스는 소정의 압력 값으로 전구체 챔버에 제공될 수 있다. 구체적으로, 가압된 프로브 가스는 원하는 압력 값에 도달할 때까지 압력을 모니터링하면서 상기 전구체 챔버 내로 흐를 수 있으며, 이 지점에서 가스 흐름이, 예를 들어 유입구 밸브를 폐쇄함으로써 종료될 수 있다. 유리하게는, 충분한 가스 압력이 압축기를 사용하여 생성될 수 있다. 이 구현예는, 프로브 가스의 압력이 미리 알려질 것이므로, 제1 압력 측정 p1을 대체하는 데 사용될 수 있다. 그 결과, 측정 시간이 감소될 수 있다.
또한, 가압된 프로브 가스의 제공은 복잡성 감소를 위해 시스템 구성 요소의 재배치를 허용할 수 있다. 일 구현예에서, 압력 센서는 제1 측정에 더 이상 필요하지 않기 때문에 전구체 챔버 외부에 배열될 수 있다. 이는, 압력 센서가 전구체 용기 내부 또는 외부에 보다 용이한 통합 및 연결을 허용하는 위치에 장착될 수 있기 때문에, 시스템을 설계하기 더 쉽게 할 수 있다.
이러한 구현예의 예시가 도 5에 나타나 있는데, 이는, 상기 프로브 가스의 압력이 소정의 값과 동일할 때까지 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하도록 구성된 압력 제어기(9)를 추가로 포함하는 시스템(10)을 나타낸다. 나타낸 예시에서, 압력 제어기(9)는 전구체 챔버(1)의 유입구에 인접하게 배열된다. 그러나, 당업자는, 제어기가 라인을 따라 또는 라인 외부에, 전구체 용기 내부 또는 심지어 외부에 상이한 위치에 장착될 수 있음을 이해한다.
도 5는, 압력 제어기(9)가 처리 장치에 작동 가능하게 결합될 수 있어서, 인가된 프로브 가스 압력이 계산을 위해 처리 장치에 직접 입력될 수 있음을 추가로 나타낸다. 대안적으로 또는 조합하여, 처리 장치는, 원하는 압력 값을 이에 대한 입력으로서 제공함으로써, 압력 제어기의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.
일 구현예에서, 전구체 챔버는, 전구체 용기의 일부에 함유될 수 있고, 프로브 챔버 또는 이의 일부는, 상기 전구체 용기의 다른 일부에 함유될 수 있다.
일 구현예에서, 전구체 챔버는, 전구체 용기 일부에 함유될 수 있고, 프로브 챔버 또는 그 일부는, 상기 전구체 용기 외부에 위치할 수 있지만 이에 유체 연결될 수 있다.
일 구현예에서, 시스템은, 유리하게는 상기 전구체를 유지하는 내부 부분 내의 온도를 측정함으로써, 전구체의 온도를 결정하도록 구성된 온도 센서를 포함할 수 있다. 처리 장치는, 상기 온도 센서로부터 온도 데이터를 수신하고 상기 온도 데이터에 기초하여 전구체 양의 계산을 조절하도록 추가로 구성될 수 있다. 온도 센서를 제공하면, 전구체 상의 변동을 유발하는 온도에 대한 감지 정확도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 400℃ 미만의 온도에 대해, 전형적으로 액체/고체 중 단지 작은 분율만이 용기에 증기 상태로 있다. 따라서, 온도 센서의 제공은, 전구체 유형에 따라 더 높은 온도에 대해 유리하게 고려될 수 있지만, 더 낮은 온도에 대해서는 중복될 수 있다.
일 구현예에서, 시스템은 적어도 하나의 챔버, 바람직하게는 전구체 챔버 및/또는 프로브 챔버, 및 선택적으로 이에 대한 임의의 연결부의 온도를 조절하도록 구성된 온도 제어기를 포함할 수 있다. 유리하게는, 챔버 온도는, 온도가 동일하거나 최대로 (무시할만한) 오차 범위 내에서 상이한 온도를 갖도록 조절(냉각/가열)될 것이다. 예를 들어, 1 또는 2℃의 차이에 대해, 온도의 임의의 차이는 무시될 수 있다.
본원에 설명된 바와 같은 예시적인 시스템이 도 6에 나타나 있다. 도 6은, 본 개시의 예시적인 추가 구현예에 따른 시스템(200)을 나타낸다. 시스템(200)은, 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하고/수행하거나 본원에 설명된 바와 같은 구조체 또는 소자를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
나타낸 예시에서, 시스템(200)은 하나 이상의 반응 챔버(202), 전구체 가스 공급원(204), 반응물 가스 공급원(206), 퍼지 가스 공급원(208), 배기(210), 및 제어기(212)를 포함한다.
반응 챔버(202)는 임의의 적절한 반응 챔버, 예컨대 ALD 또는 CVD 반응 챔버를 포함할 수 있다.
전구체 가스 공급원(204)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 전구체를 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어(예를 들어, 귀) 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 반응물 가스 공급원(206)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 반응물을 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 퍼지 가스 공급원(208)은 하나 이상의 귀가스, 예컨대 He, Ne, Ar, Kr 또는 Xe을 포함할 수 있다. 네 개의 가스 공급원(204)-(208)으로 나타냈지만, 시스템(200)은 적절한 임의 개수의 가스 공급원을 포함할 수 있다. 가스 공급원(204)-(208)은 라인(214)-(218)을 통해 반응 챔버(202)에 결합될 수 있으며, 이들 각각은 흐름 제어기, 밸브, 히터 등을 포함할 수 있다. 적절하게는, 시스템(200)은 본원에 설명된 바와 같은 전구체 용기 및/또는 도 1 내지 도 5 중 어느 하나에 나타낸 바와 같이 고체 또는 액체 전구체의 양을 측정하기 위한 압력 기반 센서 시스템을 포함한다.
배기(210)는 하나 이상의 진공 펌프를 포함할 수 있다.
제어기(212)는 밸브, 매니폴드, 히터, 펌프 및 시스템(200)에 포함된 다른 구성 요소를 선택적으로 작동시키기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함한다. 이러한 회로 및 구성 요소는, 전구체와 퍼지 가스를 각각의 공급원(204)-(208)으로부터 도입하기 위해 작동한다. 제어기(212)는 가스 펄스 순서의 시점, 기판 및/또는 반응 챔버의 온도, 반응 챔버의 압력, 및 시스템(200)의 적절한 작동을 제공하는데 다양한 기타 작동을 제어할 수 있다. 제어기(212)는, 반응 챔버(202) 내로 그리고 반응 챔버로부터의 전구체, 반응물 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 전기식 혹은 공압식으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(212)는, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 특정 작업을 수행하는 FPGA 또는 ASIC과 같은 모듈을 포함할 수 있다. 모듈은 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체에 탑재되도록 구성되고, 하나 이상의 공정을 실행하도록 유리하게 구성될 수 있다.
상이한 수 및 종류의 전구체 및 반응물 공급원 및 퍼지 가스 공급원을 포함하는 시스템(200)의 다른 구성이 가능하다. 또한, 가스를 반응 챔버(202) 내로 선택적으로 공급하는 목적을 달성하는데 사용될 수 있는 밸브, 도관, 전구체 공급원, 퍼지 가스 공급원의 다수의 배열이 존재함을 이해할 것이다. 또한, 시스템을 개략적으로 표현하면서, 많은 구성 요소가 예시의 단순화를 위해 생략되었는데, 이러한 구성 요소는, 예를 들어 다양한 밸브, 매니폴드, 정화기, 히터, 용기, 벤트, 및/또는 바이패스를 포함할 수 있다.
반응기 시스템(200)의 작동 중에, 반도체 웨이퍼(미도시)와 같은 기판은, 예를 들어 기판 핸들링 시스템에서 반응 챔버(202)로 이송된다. 일단 기판(들)이 반응 챔버(202)로 이송되면, 전구체, 반응물, 캐리어 가스, 및/또는 퍼지 가스와 같이, 가스 공급원(204)-(208)으로부터 하나 이상의 가스가 반응 챔버(202) 내로 유입된다.

Claims (20)

  1. 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 전구체의 양을 결정하는 방법으로서,
    상기 전구체 용기는, 전구체 챔버 - 상기 전구체 챔버는 고체 전구체를 수용하고 유지하도록 구성되고, 이에 의해 상기 전구체 챔버는 공지된 부피를 갖는 프로브 챔버에 유체 연결됨 -, 및 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로의 프로브 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 밸브를 포함하며,
    상기 방법은,
    - 측정될 고체 전구체의 양을 유지하는 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하는 단계;
    - 상기 프로브 가스의 제1 압력을 측정하는 단계;
    - 상기 프로브 가스가 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로 흐르도록 상기 밸브를 개방하는 단계;
    - 상기 프로브 가스의 평형 압력을 측정하는 단계; 및
    - 상기 복수의 압력 측정 및 공지된 챔버 부피들에 기초하여 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 프로브 가스를 제공하기 전에 상기 전구체 챔버로부터 죽은 공간(dead space)을 배기하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전구체 챔버는, 상기 전구체를 유지하는 상기 전구체 챔버의 일부 내로 프로브 가스를 수용하고 가이드하도록 구성된 유입구를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로브 챔버는, 상기 밸브가 개방될 경우에 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 가스를 수용하고 가이드하도록 구성된 상기 전구체 챔버용 유출구를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방법은, 상기 프로브 가스의 압력이 소정의 값과 동일할 때까지, 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 전구체의 양을 결정하는 단계는, 복수의 압력 측정치들에 기초하여, 상기 전구체 챔버에 포함된 전구체의 부피를 계산하는 단계, 및 상기 부피에 기초하여, 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 보간하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보간하는 단계는, 상기 부피와 상기 전구체의 양 사이의 관계를 설명하는 교정 곡선 및/또는 룩업 테이블에서 상응하는 값을 찾는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전구체 챔버는 상기 전구체 용기의 일부에 포함되고, 상기 프로브 챔버 또는 이의 일부는 상기 전구체 용기의 다른 일부에 포함되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전구체 챔버는 상기 전구체 용기의 일부에 포함되고, 상기 프로브 챔버 또는 이의 일부는 상기 전구체 용기 외부에 위치하나 상기 전구체 용기에 유체 연결되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전구체 및 프로브 챔버의 온도는 실질적으로 동일한, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프로브 가스는 불활성 가스를 포함하거나 불활성 가스로 이루어지고, 바람직하게는 상기 프로브 가스는 아르곤을 포함하거나 아르곤으로 구성되는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 고체 전구체는 금속 함유 재료를 포함하는, 방법.
  13. 반도체 제조 공정용 전구체 용기 내의 고체 또는 액체 전구체의 양을 측정하기 위한 압력 기반 센서 시스템으로서,
    상기 시스템은,
    - 전구체를 수용하고 유지하도록 구성되며 공지된 부피를 갖는 전구체 챔버를 포함하는 전구체 용기;
    - 상기 전구체 챔버에 유체 연결되며 공지된 부피를 갖는 프로브 챔버;
    - 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하도록 구성된 프로브 가스 공급원;
    - 상기 전구체 챔버로부터 상기 프로브 챔버로 프로브 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 밸브;
    - 상기 프로브 가스의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서;
    - 압력 센서로부터 감지 데이터를 수신하기 위해 상기 압력 센서에 통신 가능하게 결합되며, 상기 감지 데이터에 기초하여, 복수의 압력 측정 및 공지된 챔버 부피에 기초하여 상기 전구체 용기 내의 전구체의 양을 결정하도록 구성되는 처리 장치를 포함하되,
    상기 복수의 압력 측정들은, 상기 프로브 가스가 상기 전구체 챔버에 제공될 때의 제1 측정, 및 상기 프로브 가스가 상기 전구체 챔버 및 프로브 챔버 내의 평형 압력에 도달할 때의 제2 측정을 적어도 포함하는, 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전구체 챔버는 유체 연결부에 의해 상기 프로브 챔버에 유체 연결되고; 상기 밸브 및 압력 센서는 상기 유체 연결부 상에 장착되는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 압력 센서는, 상기 전구체 챔버에 유체 연결되도록 상기 유체 연결부 상의 밸브 전에 장착되는, 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 시스템은 상기 전구체 챔버에 유체 연결된 진공 펌프를 포함하며, 상기 진공 펌프는 상기 전구체 챔버로부터 죽은 공간을 배기하도록 구성되는, 시스템.
  17. 제12항에 있어서, 상기 시스템은 상기 전구체 챔버에 유체 연결된 압력 제어기를 포함하며, 상기 압력 제어기는 상기 프로브 가스의 압력이 소정의 값과 동일할 때까지 상기 전구체 챔버에 프로브 가스를 제공하도록 구성되는, 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 상기 시스템은 상기 전구체 또는 프로브 챔버 중 적어도 하나의 온도를 조절하도록 구성된 온도 제어기를 포함하여, 상기 전구체 및 프로브 챔버의 온도가 실질적으로 동일하도록 하는, 시스템.
  19. 공정 챔버, 기판 핸들링 시스템, 및 전구체 용기를 포함하는 증착 시스템으로서,
    - 상기 전구체 용기는 고체 전구체를 유지하는 전구체 챔버를 갖고,
    - 상기 증착 시스템은 제13항에 따른 압력-기반 센서 시스템을 포함하는, 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 제어기를 추가로 포함하되, 상기 제어기는 상기 증착 시스템으로 하여금 제1항에 따른 방법을 수행시키도록 구성되는, 증착 시스템.
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