KR100467539B1 - 진공처리장치내압력제어장치및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 처리 장비에서 반응 챔버(106)의 압력을 조절하기 위한 장치 및 방법에 관련된다. 본원에 설명된 장치 및 방법은 가스를 배기 시스템(130)으로 유입하여서 반응 챔버(106) 내 압력을 조절하기 위한 밸러스트 포트(150a,150b)를 사용한다. 본 발명에 따른 장치와 방법은 반응 챔버(106)와 터보 펌프(126) 사이에 위치한 제어된 게이트 밸브(124)의 바람직한 위치를 추정하는 추정 곡선을 사용한다. 본원에 기술한 장치와 방법은 반응 챔버(106) 내 압력을 상승시킬 때 요구되는 전이 시간 및 안정화 시간을 줄이기 위해서 설정점보다 높은 비율로 처리 기체를 유입한다.

Description

진공 처리장치 내 압력 제어 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PRESSURE CONTROL IN VACUUM PROCESSORS}

본 발명은 반도체 웨이퍼 처리 분야, 특히 반도체 웨이퍼 처리 장비에서 반응 챔버 압력을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관련된다.

완전 자동화 웨이퍼 처리 시스템은 현재 널리 통용되고 있다. 이 시스템에서, 제어된 배기 조건하에서 여러 가지 공정이 이루어지는 반응 챔버 또는 처리 챔버의 안팎으로 웨이퍼는 로봇을 이용하여 수송된다. 상기 웨이퍼 처리 시스템의 한 가지 예는 램 리서치 코포레이션에 의해 제작된 TCP^TM 9400 단일-웨이퍼 플라즈마 에칭 시스템이 있다.

플라즈마 에칭하는 경우에, 반도체 웨이퍼는 아주 낮은 압력하에서 이온화된 기체 화합물(플라즈마)로 웨이퍼를 노출함으로써 반응 챔버 내에서 에칭 처리된다. 일반적으로, 처리하는 동안 반응 챔버 내에서 1토르 이하의 압력이 유지될 필요가 있다. 프로세스 방법은 기체 흐름율, 챔버 압력, RF 동력, 틈 간격, 챔버 온도 및, 웨이퍼 온도를 제어하는 일련의 단계로 이루어진다. 예비 프로그램 설정된 일련의 프로세스 방법은 일반적으로 제조업자들이 이용하고 있다. 조작자는 프로그램된 방법을 선택할 수도 있고 각 요구 조건에 맞게 변경된 방법을 이용할 수 있다.

에칭 공정이 시작될 때, 처리에 사용되는 선택된 기체는 처리 방법에 따라 알맞은 비율로 혼합되어 반응 챔버로 도입된다. RF 동력은 반응 챔버의 상부에서 코일에 의해 전달되고 처리 기체를 이온화시키기 위해서 조정된다. RF 동력은 웨이퍼로 전달되고 웨이퍼에서 DC 바이어스를 유도하여서 웨이퍼의 이온 충격 에너지 및 방향을 제어하도록 조어된다. 에칭 공정동안, 마스크에 의해 덮여지지 않은 재료를 제거하기 위해서 플라즈마는 웨이퍼 표면과 화학 반응을 일으킨다. 플라즈마와 RF 전기장은 반응 챔버 내에 완전히 포함된다. 배기 시스템은 연속적으로 반응 챔버로부터 기체를 제거하여서 원하는 압력을 유지한다. 배기 시스템은 일반적으로 제어 게이트 밸브에 의해 반응 챔버와 분리된 터보 펌프로 구성된다. 압력 제어기는 제어 게이트 밸브의 위치를 조절하도록 반응 챔버에서 압력계로부터 압력 데이터를 이용한다. 터보 펌프로부터 반응 챔버까지 공급된 진공을 증감시키도록 압력 제어기는 게이트 밸브를 개폐한다. 이런 식으로, 반응 챔버로 기체 흐름율이 제 1 처리 공정에서 다음 공정으로 바뀔 때 압력 제어기는 반응 챔버에서 바람직한 압력을 유지시키려고 한다.

압력 제어기는 반응 챔버 압력계의 데이터와 처리법에서 프로그램된 설정값과 비교한다. 만일 반응 챔버 내 바람직한 압력 또는 처리 기체 흐름율이 제 1 공정 단계에서 다음 단계로 급격하게 바뀐다면, 압력 제어기는 게이트 밸브 위치를 알맞게 조절할 수 없다. 예를 들어, 다음 공정 단계에서 기쳬를 아주 높은 흐름율로 유입해야 한다면, 게이트 밸브는 초기에 보정값 미만을 취하도록 또는 초과하게 보정시키므로 공정 단계가 개시될 때 반응 챔버내 압력에 오류가 발생한다. 이 문제점을 완화시키기 위해서, 통용되고 있는 시스템은 새로운 처리법이 사용될 때마다 새로운 절차를 습득해서 수행해야 한다. 새로 습득한 절차를 이행하는 동안, 더미(dummy) 웨이퍼는 처리법의 공정 단계에 따라 처리되고, 제어기는 각 단계에 요구되는 게이트 밸브 위치를 나타낸다.

현 시스템이 안고 있는 한가지 문제점은 새로운 공정 단계가 기계에서 이루어질 때마다 새로운 학습 과정이 필요하다는 것이다. 그러므로, 각 공정 단계 중 한 단계의 기체 흐름율 또는 압력 설정점을 변경함으로써 조작자가 처리법을 변경할 때, 조작자는 새 테이블을 위한 경비와 시간을 소모해야 한다. 새로운 학습 과정을 습득하려면 새로운 처리법으로 실험할 때 시간을 소비해야 한다.

현 시스템이 안고 있는 다른 문제점은, 기체 공급 밸브 또는 기구가 부정확하게 조정되거나 보정된다면 학습 과정의 결과가 유효하지 않다는 것이다. 예를 들어, 기체 유입 밸브 중 하나가 학습 과정 동안 부정확하게 보정된다면, 게이트 위치의 결과 표도 부정확할 것이다. 더욱이, 여러 웨이퍼가 부정확하게 처리될 때까지 이 표에서 오류는 감지되지 않을 것이다.

현 시스템이 안고 있는 또다른 문제점은, 게이트 밸브 자체 운동에 따른 것이다. 처리하는 동안, 에칭 공정으로부터 발생된 낭비되는 일정량의 재료는 게이트 밸브의 표면상에 수거된다. 게이트 밸브 위치가 바뀔 때마다, 특정 물질은 주위 공간으로 배출된다. 조작 압력이 극도로 낮기 때문에 반응 챔버로 입자를 상승시켜 역확산이 이루어질 수 있는데, 여기에서 웨이퍼의 바람직하지 못한 오염이 일어날 수 있다.

현재 사용되고 있는 시스템이 가지는 또다른 한계점은, 전이 시간 및 안정화시간이 종종 길어진다는 것이다. 전이 및 안정화시간은 처리 단계동안 압력 설정점으로 반응 챔버 내 압력을 안정화시키는데 필요한 시간이다. 특히, 공정 초반에서처럼, 챔버가 비교적 낮은 압력으로 개시하고, 다음 단계는 예를 들어 80mTorr의 비교적 높은 압력을 필요로 할 때, 안정화시간은 일반적으로 설정된 기체 흐름율에 따라 약 20초 정도 걸린다. 현재 이용되고 있는 관행에 따르면, 챔버 안정화는 다음 처리 단계에 요구되는 설정된 흐름율로 반응 챔버에 처리 기체를 도입함으로써 이루어진다. 그러므로, 다음 처리단계에서 비교적 낮은 흐름율을 요구하고, 챔버 압력은 상당히 증가시켜야 하는 경우에, 안정화시간은 종종 길어지는데 이것은 바람직하지 못하다.

도 1 은 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치의 주요 조립품 중 일부의 우측면도;

도 2 는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치의 기체 이송 시스템, 반응 챔버 및 배기 시스템의 개략도;

도 3 은 종래 기술 및 본 발명에 따른 안정화시간을 나타낸 그래프;

도 4 는 본 발명에 따른 제어 시스템의 구성 성분 및 다양한 상호 연결을 나타낸 블록선도;

도 5 는 본 발명에 따른 게이트 밸브 위치의 추정 곡선을 나타낸 그래프.

*부호설명

100 ... 플라즈마 에칭 시스템 102 ... 제어 패널

104 ... 송수신 웨이퍼 인덱스 106 ... 반응 챔버

108 ... 상부 챔버 하우징 110 ... 수정 창

112 ... 챔버 압력계 114 ... 로드 록(loadlock)

120 ... 기체 상자 122 ... 플리넘(plenum)

124 ... 게이트 밸브 126 ... 터보 펌프

128 ...이송 시스템 130 ... 배기 시스템

132 ... 제어 시스템

본 발명의 목적은 처리 공정동안 게이트 밸브에 의해 요구되는 운동을 최소화하여, 반응 챔버로 도입되는 물질의 낭비를 최소화시킴으로써 웨이퍼 처리 분야에서 현 압력 제어 기술을 개선시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 설정압력 또는 기체 흐름율이 특정 공정 단계에 대해 바뀔 때마다 또는 새로운 처리법이 사용될 때마다 학습 과정 없이 웨이퍼 처리 분야에서 압력 제어 기술을 개선시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 이전 단계에 비해 상당히 높은 설정 압력을 가지는 공정 단계에 요구되는 안정화 및 전이 시간을 상당히 줄여줌으로써 웨이퍼 처리 분야에서 현 압력 제어기술을 개선시키는 것이다.

전술한 목적들을 충족시키기 위해서, 본 발명은 처리 챔버 내 압력이 배기 시스템으로 밸러스트 기체를 유입함으로써 제어되고 밸러스트 기체의 흐름율이 처리 챔버 내 측정 압력에 따라 조절되는 장치 및 방법을 제공한다.

또 전술한 목적들을 충족하기 위해서, 본 발명은 설정 압력과 처리 기체 흐름이 특정 공정 단계에 대해 회수되고 게이트 밸브 위치는 챔버 압력, 기체 흐름 및 게이트 밸브 위치에 대해 메모리 내에 저장된 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 기준으로 삼음으로써 추정되는 장치 및 방법을 제공한다.

전술한 목적들을 충족하기 위해서, 본 발명은 설정점으로 처리 챔버 내 압력을 상승시키기 위한 방법을 제공하는데 여기에서 처리 기체는 설정 흐름율 이상인 제 1 설정 흐름율로 유입되고, 설정된 시간이 경과한 후에 또는 처리 챔버의 압력이 설정값으로 접근하고 있음이 감지될 때, 기체 유입율은 설정점으로 리셋된다.

비록 당해업자들은 본 발명에 따른 방법 및 구조가 보다 광범위하게 적용하기 위해 쉽게 변경할 수 있다는 것을 알고 있지만, 본 발명에 따른 다음 실시예는 자동화된 단일-웨이퍼 플라즈마 에칭 시스템에만 국한하여 설명될 것이다. 예를 들어, 본 발명은 다른 유형의 웨이퍼 처리 장비 및 진공 처리 장비에도 쉽게 적용할 수 있다. 동일한 부호 번호가 여러 도면에 걸쳐 반복되는데, 이것은 각 도면에서 동일한 부분을 나타낸다.

본 발명에 따른 플라즈마 에칭 시스템(100)은 도 1에 나타나 있다. 본 발명은 예를 들어 램 리서치 코포레이션에 의해 제작된 TCP^TM9400 단일-웨이퍼 플라즈마 에칭 시스템을 사용하여 도 1-2에서 나타내었다는 것을 알아야 한다. 본원에 기술한 바를 기초로, 당해업자들은 배기 조건에서 처리 압력의 제어 및 조작을 요하는 적절한 모든 진공 및 웨이퍼 처리 장비로 본 발명에 쉽게 이용할 수 있다.

도 1에 나타난 것처럼, 에칭 시스템(100)은 조작자 인터페이스 및 제어판(102)으로 구성되는데 이 제어판으로부터 조작자는 에칭 시스템의 다양한 공정 및 특징들을 감지하고 제어한다. 송수신 웨이퍼 인덱스(104)는 에칭 시스템(100)에서 다른 처리 조립체로 웨이퍼를 보내거나 조립체로부터 웨이퍼를 받아들인다. TCP^TM9400인 경우에, 송신 인덱스로부터 에칭 시스테의 좌측면을 따라 유입 로드록까지 로봇을 이용하여 웨이퍼는 수송된다. 유입 로드록으로부터, 웨이퍼는 반응 챔버(106)에 배치되는데, 여기에서 플라즈마 에칭 공정이 이루어진다. 도 1에서는 상부 챔버 하우징(108), 수정 창(110) 및 챔버 압력계(112)가 나타나 있다. 처리한 후에, 웨이퍼는 배출 로드록(114)으로 들어가고 인덱스(104)로 되돌아온다. 도 1에서는 기체 상자(120), 플리넘(122), 게이트 밸브(124) 및 터보 펌프(126)가 나타나 있는데, 이 부품 모두는 하기에서 보다 자세히 설명될 것이다.

도 2는 개략적으로, 반응 챔버(106), 기체 이송 시스템(128), 배출 시스템(130) 및 제어 시스템(132)을 나타낸다. 에칭 공정동안, 웨이퍼는 반응 챔버(106) 내에서 낮은 전극 조립체에 놓여 고정된다. 제어된 웨이퍼-에칭 조건을 유지하기 위해서, 정비할 때를 제외하고는 반응 챔버(106)는 항상 진공 상태로 유지된다. 배기 시스템(130)은 기체를 반응 챔버로부터 배출함으로써 진공 상태로 유지하는 기능을 가진다.

기체 이송 시스템(128)은 기체 고리(134)를 통하여 반응 챔버(106)로 처리 기체를 받아들이는데, 이것은 웨이퍼와 낮은 전극 조립체 둘레에서 고리형으로 배치된 다수의 기체 배출구로 이루어진다. 기체 이송 시스템(128)은 제어 시스템(132)의 제어하에 있게 된다. 기체 이송 시스템(128)은 여러 기체 흐름 통로를 통하여 반응 챔버로 처리 기체를 공급하는데 상기 기체 흐름 통로는 수동 차단 밸브(138), 제 1 차단 밸브(140), 질량-흐름 제어기(142), 기체 혼합 매니포울드(144)로 구성된다. 도 2에서는 분리된 4개의 기체 흐름 경로가 나타나 있지만, 일반적으로 특정 용도에 맞게 다수의 기체 흐름 경로가 이용될 수 있다. 기체-혼합 매니포울드(144)로부터 처리 기체는 처리 기체 라인(146)을 통과한 후 기체 고리(134)를 통하여 반응 챔버(106)로 이동한다.

제어 시스템(132)은 기체-혼합 매니포울드(144)로 기체 흐름을 조절하기 위해서 질량-흐름 제어기(142)를 개폐하는 기체 패널 접촉면(136)을 향하고 있다. 현재 사용되는 시스템에 의하면, 설정 압력을 증가시켜야 하는 두 단계 사이의 안정화 단계 또는 전이 단계동안, 제어 시스템은 질량 흐름 제어기가 간단히 다음 단계에 요구되는 흐름율로 기체 흐름을 설정하도록 한다. 그러나, 본 발명에 따르면 반응 속도는 기체 유입률과 함수 관계에 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 반응 시간 또는 전이 시간은 다음 에칭 단계에 요구되는 것 이상의 흐름율로 질량-흐름 제어기를 초기에 조절함으로써 감소된다. 또, RF 동력은 안정화 단계동안 사용되지 않기 때문에 안정화 단계동안 증가된 기체흐름율은 공정 저해 효과를 최소화시킨다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르며, 안정화단계동안 기체 흐름율이 높을수록, 안정화시간은 짧다. 도 3은 공지된 방법에 따른 안정화 및 전이 시간(200)과 본 발명에 따른 안정화 및 전이 시간(202)를 나타낸 곡선의 예를 보여준다. 도 3의 예에서, 반응 챔버는 2-3mTorr에서 80mTorr의 압력과 40SCCM의 설정 흐름율을 요하는 공정 단계까지 상승될 필요가 있다. 곡선 200에 나타낸 것처럼, 종래 기술에 따른 방법을 사용하면, 기체는 40SCCM의 설정점에서 유입되고 안정화 시간은 약 20초이다. 곡선 202에 나타낸 것처럼 본 발명에 따른 방법과 장치를 사용하면 320SCCM의 비율에서 안정화시키는 동안 처리 기체의 유입은 안정화시간을 약 3초로 줄인다. 안정화 시간의 이런 감소는 처리량을 상당히 증가시킨다.

다른 유입율은 공정 요구조건 및 증가된 처리량의 장점에 따라 사용될 수 있다. 일반적으로 흐름율에 의해 증가된 안정화 시간은 압력 변화에 정비례할 것이다. 압력이 증가하는 동안 전술한 관계를 이용하면, 안정화시간을 감소시키기 위해서 알맞은 흐름율이 선택될 것이다.

도 4에서는 제어 시스템(12)의 블록선도가 나타나 있는데, 이것은 호스트 컴퓨터(180), 버스(184), 기체판 접촉면(136) 및 압력 제어기(160)로 이루어진다. 호스트 컴퓨터(180)는 메모리(182)에 연결되는데, 이 메모리는 처리 과정 표 형태의 공정 처리법, 대응하는 챔버 압력, 처리 기체 흐름율, RF 동력 결정, 틈 공간 및 각 공정 단계에 대한 온도 설정을 저장한다. 버스(184)는 일반적으로 VME버스와 같은 표준 버스로 이루어지는데, 이것은 지역 네트워크를 통하여 호스트(180)와 연결된다. 기체 판 접촉면(136)은 아날로그선을 통하여 버스(184)와 연결되고 D-A와 A-D 변환 버스(184)에 배치된다. 기체 판 접촉면(136,184)을 통하여, 호스트(180)는 흐름율을 설정하고 질량 흐름 제어기(142)로부터 흐름율을 판독한다. 그러나 본 발명에 따르면, 질량 흐름 제어기(142)는 변환기(188)를 통하여 압력 제어기(160)에 의해 제어할 수 있다. 압력 제어기(160)는 RS 232 연결선 등을 통하여 버스(184)와 연결된다. 압력 제어기(160)는 압력계(112)로부터 압력 판독을 받아들이고 게이트 밸브 구동 모터(162)와, 밸러스트 기체 질량 흐름 제어기(164a,164b)를 제어한다.

본 발명에 따르면, 반응 챔버로 유입된 처리 기체의 증가된 양은 압력 제어기(160) 또는 호스트(180)에 의해 제어될 수 있다. 압력 제어기(160)가 처리 기체의 유입을 제어하는 경우에, 압력 제어기(160)는 유입량을 높은 흐름율로 설정하고 챔버 압력계(112)를 통하여 반응 챔버(106) 내 압력을 감지한다. 반응 챔버(106) 내 압력이 다음 공정 단계에 요구되는 일정 영역의 압력 내에 있을 때, 압력 제어기(160)는 다음 공정 단계의 설정 비율로 기체를 도입하기 위해서 질량 흐름 제어기(142)를 리셋한다. 흐름율을 설정 비율로 리셋하기 위한 적절한 임계 압력은, 설정 압력으로 원활한 관성 비행하도록 장비의 특정 구조에 맞게 선택되어야 한다. 예를 들어, 어떤 기계에서 압력이 설정 압력의 약 10% 내에 있을 때, 흐름율은 설정 흐름율로 리셋시켜야 한다는 것을 알 수 있다.

또, 호스트(810)는 기체 판 접촉면(136)을 통하여 기체 유입률을 제어할 수 있다. 호스트로부터 제어될 때, 처리 기체는 시간 t동안 높은 비율로 유입되고 그 후에 흐름율은 설정점으로 리셋된다. 높은 값에서 설정점으로 흐름율을 바꾸기 위해, 더미 웨이퍼를 처리하고 설정 압력에 도달하는데 걸리는 시간을 감시함으로써 적합한 시간 t가 실험을 통하여 설정될 수 있다. 시간 t는 수학식 1에 나타난 것처럼, 챔버의 간단한 모델링을 통하여 확립된 관계를 이용함으로써 구할 수 있다:

P = alpha * mdot *t ------→ t = p / (alpha * mdot)

α 값은 장비의 특정 구조에 따라 바뀐다; 램 리서치 코포레이션에 의해 제작된 실험 기계에 대해 약 0.3의 값을 얻을 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면 압력 변환하는 동안 안정화 시간과 전이 시간은 상당히 단축되어서 이 공정을 보다 효율적으로 달성하고 처리량을 증가시킨다.

다시 도 2를 참고하여, 배기 시스템(130)은 좀더 자세히 설명될 것이다. 배기 시스템(130)은 반응 챔버(106) 내에서 진공 상태로 만드는 역할을 한다. 배기 시스템(130)은 플리넘(122), 게이트 밸브(124), 터보 펌프(126) 및 밸러스트 포트(150a,150b)로 구성된다. 도 2에 나타난 것처럼, 플리넘(122)은 반응 챔버(106)와 직접 연결된다. 플리넘(122)과 터보 펌프(126) 사이에 게이트 밸브(124)가 배치된다. 밸브(126)가 나타나 있고 게이트 밸브로서 언급되었지만, 당해 업자들은 다양한 유형의 밸브가 사용될 수 있고 이것은 처리 챔버와 진공 펌프 사이에서 기체 흐름을 조절하는 효과를 가진다. 상기 밸브는 예를 들어, 버터플라이 밸브, 베인 유형의 밸브, 루우버형 밸브 및 이리스(iris) 밸브를 포함한다.

또, 배기 시스템(130)은 대기압에서 약 1mTorr의 진공 압력으로 반응 챔버(106)를 아래로 눌러 펌프질하는데 사용되는 배킹 펌프로 구성될 수도 있다. 제어 시스템(132)은 배킹 펌프가 압력 하한선에 도달했을 때 터보 펌프(126)가 압력을 감소시키도록 각 펌프와 챔버를 연결하는 개폐 분리 밸브를 조정한다. 일단 배킹 펌프가 챔버를 압력 하한값으로 작용을 가하고 나면, 터보 펌프(126)는 1mTorr 이하의 챔버 압력으로 감소시키도록 맞물린다.

현 시스템에서, 압력 제어기(160)는 반응 챔버(106) 내 압력을 제어하도록 게이트 밸브(124)를 개폐하기 위해서 챔버 압력계(112)의 압력 데이터를 사용한다. 그러나, 본 발명에 따르면 반응 챔버 내 압력은 밸러스트 포트를 통하여 터보 펌프로 밸러스트 기체를 도입함으로써 제어될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 도 2에서, 밸러스트 포트(150a)와 밸러스트 포트(150b)는 밸러스트 포트의 다른 두 배치를 나타낸다. 밸러스트 포트(150a)는 게이트 밸브(124)로부터 바로 위쪽에 배치된다; 밸러스트 포트(150b)는 게이트 밸브(124)의 바로 아래쪽에 배치되고 밸러스트 기체를 터보 펌프(126)로 직접 유입된다. 밸러스트 기체가 반응 챔버로 역확산되고 상기 공정을 방해할 가능성을 줄이기 위해서, 가능한한 하류에 밸러스트 포트를 배치하는 것이 선호된다. 밸러스트 포트(150b)인 경우에, 밸러스트 기체는 터보 펌프의 여러 단 중 하나로 직접 유입되어서, 역확산 가능성을 줄인다. 또 밸러스트 기체로서 질소와 같은 비활성 기체를 사용하는 것이 선호되는데 이것은 시스템 작동 및 정비시에 다른 목적으로 사용될 수 있다.

밸러스트 기체의 흐름율은 제어 시스템(132)의 방향으로, 질량 흐름 제어기에 의해 제어되는 것이 선호된다. 질량 흐름 제어기(164a,164b)는 밸러스트 포트(150a,150b) 각각을 위해 밸러스트 기체의 흐름율을 제어한다. 도 4에 나타난 것처럼, 질량 흐름 제어기(164a,164b)는 압력 제어기(160)에 의해 제어된다.

밸러스트 포트를 통한 밸러스트 기체의 유입은 게이트 밸브 대신에 챔버 압력을 활성 제어하고, 압력 설정점 변환시에 반응 속도를 높이는데 사용될 수 있다. 작동하는 동안, 밸러스트 기체 유입은 광범위한 작동 압력에 대해 챔버 내 압력을 정확하게 제어할 수 있으므로, 게이트 밸브 위치를 바꾸어야 할 필요성을 줄인다. 본 발명에 따르면, 게이트 밸브는 두 세군데의 설정된 고정 위치에 배치되어서 반응 챔버 압력의 전체 작동 범위에 대해 밸러스트 기체에 의한 제어 범위를 넓힌다. 예를 들어, 램 리서치 코포레이션에 의해 제작된 기종에서, 상이한 세 위치, 즉 완전 개방 위치, 2/3 폐쇄 위치 및 완전 닫힌 위치로 게이트 밸브를 위치 설정할 때 밸러스트 기체를 사용하면 배기 시스템에 대한 알맞은 범위의 전도성을 제공할 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 밸러스트 기체는 터보 펌프로부터 바로 위의 밸러스트 포트를 통하여 유입되어서, 처리 기체 유입율의 조절 및 터보 펌프 속도를 조절할 필요없이 반응 챔버의 압력을 제어하여서 게이트 밸브의 요구되는 운동량을 최소화한다. 게이트 밸브의 운동을 최소화함으로써, 이 공정에서 입자의 오염 가능성과 유입되는 물질량은 상당히 감소된다.

본 발명에 따르면, 정해진 흐름율과 설정 압력에 대해 게이트 밸브의 위치를 추정하는데 다수의 전도 곡선이 사용되므로, 설정 압력 또는 흐름의 변화가 특정 단계에서 일어날 때마다 또는 새로운 처리법이 사용될 때마다 학습 과정을 실행할 필요성을 없앤다. 도 5는 특히 게이트 밸브 추정 곡선의 예를 나타낸다. 특히, 다양한 흐름율에 대해 1족의 곡선이 나타나 있다. 이 곡선은 높은 흐름율로 수렴되는 경향이 있다; 도 5에서, 이 곡선은 100SCCM 이상의 흐름율로 수렴된다.

본 발명에 따르면, 게이트 위치 추정 곡선을 구하는 선호되는 방법은 다음과 같다. 각 흐름율에 대해, 일련의 게이트 밸브 위치에 대한 공정 단계는 각 위치에 대해 합성 압력을 측정한다. 측정된 압력에 의해 나누어진 흐름율은 게이트 밸브 위치에 대한 전도성이다. 각 흐름율에 대해 이 공정을 반복한다. 일단 게이트 위치 추정 곡선이 유도되고 나면, 이것은 터보 펌프 또는 게이트 밸브에서 급격한 변화없이 정확하게 유지된다. 그러므로, 본 발명에 다르면 이 곡선은 제어 시스템의 메모리에서 영구 저장될 수 있다. 도 4에서 메모리(190)는 압력 제어기(160)의 일부로서 나타나 있고 게이트 위치 추정 곡선을 저장하는데 사용된다. 예를 들어, 이 곡선은 행렬 값 형태로 메모리(190)에 저장되거나 실험 유도 곡선에 따른 함수 형태로 저장된다.

현재 사용되고 있는 게이트 밸브와 제어기는 압력 제어 모드 또는 위치 제어 모드로 작동한다. 압력 제어 모드에서 제어기는 챔버 내 압력을 감시하고 설정된 압력을 유지하기 위해서 게이트 밸브의 위치를 조정하고 위치 제어 모드에서 제어기는 게이트 밸브를 설정된 위치로 위치설정한다. 본 발명에 따르면, 메모리에 저장된 게이트 위치 추정 곡선으로부터 위치 설정점이 추정될 때, 게이트 밸브는 위치 제어 모드에서 작동된다. 예를 들어, 100SCCM으로 흐를 때 공정 설정점이 20mTorr이라면, 압력 제어기는 메모리에 저장된 곡선으로부터 게이트 위치를 추정한다. 도 5에서, 위치는 대략적으로 380에서 유지된다. 압력이 작은 퍼센티지의 설정점 내에 있을 때, 압력 제어기는 압력 제어모드로 전환한다. 예를 들어, 일부 기계에서 압력 제어기가 압력 제어 모드로 전환하고 압력이 설정 압력의 5% 이내에 있을 때 압력 설정점으로 원활한 관성 비행 운동이 일어난다.

따라서, 본 발명에 따르면, 메모리에 저장된 게이트 위치 평가 곡선을 사용하면, 압력 또는 흐름 설정점이 모든 처리 단계에 대해 바뀔 때마다 또는 새로운 공정 처리법이 사용될 때마다 새로운 학습 과정을 수행할 필요성을 없앤다. 또, 추정 곡선을 사용하면 모든 기체 공급 밸브나 기구가 부정확하게 조정되거나 보정되는 동안 이루어지는 바람직하지 못한 학습 과정의 결과를 피할 수 있다.

밸러스트 기체를 사용하여 압력을 제어할 때 게이트 밸브 위치 추정 곡선이 또한 사용될 수 있다. 보다 광범위한 전도성을 가지도록, 게이트 밸브는 소수의 선택된 위치에 설정될 것이다. 특정 공정 단계에 대해 최상의 위치에 게이트 밸브가 배치되도록 게이트 밸브 추정 곡선이 사용될 수 있다. 일반적으로 이 시스템에 대해, 일정 범위의 밸러스트 흐름은 반응 챔버 내 압력을 제어하는데 최적이다. 알맞은 범위의 밸러스트 기체 흐름율의 중간점 가까이로 밸러스트 기체가 흐른다고 가정하면, 이 비율을 설정점 비율에 부가한 후 설정 압력에 의해 결합된 흐름율을 나누면 전도값을 생성한다. 이 전도값은 게이트 밸브 위치 추정 곡선을 사용할 때, 이중 소수의 선택된 게이트 밸브 위치가 적합한지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 주어진 구조에 대해 밸러스트 기체 흐름 영역이 0-300SCCM이라면, 처리 기체 흐름 설정점은 50SCCM이고, 챔버 압력 설정점은 15mTorr이다. 그 후에 설정점 흐름에 부가되고 전술한 압력으로 나누어진, 밸러스트 기체의 중심인, 150SCCM은 약 13.3SCCM/mTorr의 전도율을 발생시킨다. 도 5에 따른 곡선을 사용할 때, 이상적인 게이트 위치는 약 500에 해당하고, 선택된 위치에 최근접하여 배치되어야 한다. 3가지 선택된 게이트 위치, 즉 열린 위치, 완전 밀폐 위치 및 2/3 닫힌 위치를 사용하는 경우에, 2/3 닫힌 위치가 선택된다.

본 발명에 따른 선호되는 실시예가 설명되었지만, 상세한 설명은 예시에 불과한 것으로 본 발명을 국한하지 않는다. 예를 들어 본 발명이 진공 플라즈마 웨이퍼 처리 장비를 예로 들어 설명되었지만, 본 발명은 다른 유형의 진공 처리 장비 뿐만 아니라 다른 유형의 웨이퍼 처리 장비에 적용할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 당해업자들은, 본 발명이 배기 챔버에서 낮은 압력, 거의 진공에 가까운 압력으로 정확하게 제어하고 조작할 필요가 있는 다른 유형의 장비에 똑같이 적용할 수 있다는 것을 인지할 것이다.

Claims (9)

1. 배출된 처리 챔버내의 반도체 물질을 제조하는 공정내의 처리 챔버를 위한 설정점 압력 및 처리챔버로 도입되는 하나이상의 기체를 위한 설정점 흐름율로 이행하기 위한 공정에 있어서,

   상기 이행 방법이,

   설정점 흐름율보다 높은 제 1 설정된 흐름율로 처리 챔버 내에 처리 기체를 도입하는 단계;

   처리 챔버내의 압력이 초기 압력 레벨로부터 초기 압력 레벨보다 높은 설정 점 압력의 설정된 비율내로 증가하도록 제 1 설정된 흐름율에서 처리 챔버로 처리기체의 흐름율을 유지하는 단계;

   처리 챔버 내 기체 압력을 측정하는 단계 및;

   설정점 압력레벨의 설정된 비율내에 있는 처리 챔버내의 측정된 기체 압력에 따라 제 1 설정된 흐름율로부터 설정점 흐름율로 처리 챔버로 들어가는 처리 기체의 흐름율을 감소시키는 단계로 이루어진 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
2. 제 1 항에 있어서, 측정된 기압이 제 2 설정된 압력 레벨의 10%내에 있을 때, 흐름율을 감소시키는 단계가 실행되는 것을 특징으로 하는 공정.
3. 제 2 항에 있어서,

   배기 시스템을 사용한 처리 챔버로부터 기체를 배출하는 단계;

   밸러스트 기체를 배기 시스템으로 직접 유입하는 단계 및;

   배기 처리 챔버 내 압력 측정에 따라 배기 시스템으로 유도된 밸러스트 기체흐름율을 조정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정.
4. 제 2 항에 있어서,

   배기 시스템을 사용한 처리 챔버로부터 기체를 배출하는 단계를 포함하고, 상기 배기 시스템은 스로틀 밸브를 통하여 처리 챔버와 통하는 진공 펌프로 구성되며;

   설정된 위치에 스로틀 밸브를 배치하는 단계를 포함하고, 이 설정된 위치는 처리 챔버 내 압력, 처리 챔버를 통과하는 기체 흐름율 및, 스로틀 밸브 위치 사이의 상관관계에 따라 선택되고, 이 상관관계는 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 공정.
5. 배출된 처리 챔버내의 반도체 물질을 제조하는 공정내의 처리 챔버를 위한 설정점 압력 및 처리챔버로 도입되는 하나이상의 기체를 위한 설정점 흐름율로 이행하기 위한 공정에 있어서,

   상기 이행 방법이,

   설정점 흐름율보다 높은 제 1 설정된 흐름율로 처리 챔버 내에 처리 기체를 도입하는 단계;

   처리 챔버내의 압력이 초기 압력 레벨로부터 높은 설정점 압력과 동일한 압력으로 증가하도록 제 1 설정된 흐름율에서 처리 챔버로 처리 기체의 흐름율을 설정된 기간 간격동안 유지하는 단계; 및

   제 1 설정된 흐름율로부터 설정된 시간 간격의 소멸시 설정점 흐름 율로 처리 챔버로 들어가는 처리 기체의 흐름율을 감소시키는 단계로 이루어진 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
6. 제 5 항에 있어서, 처리 챔버 내 압력을 측정하는 단계;

   배기 시스템을 사용하여 처리 챔버로부터 기체를 배기하는 단계;

   밸러스트 기체를 배기 시스템으로 직접 유입하는 단계 및;

   처리 챔버 내 압력 측정에 따라 배기 시스템으로 유입된 밸러스트 기체의 흐름을 조절하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 공정.
7. 제 5 항에 있어서,

   배기 시스템을 사용한 처리 챔버로부터 기체를 배출하는 단계를 포함하고, 상기 배기 시스템은 스로틀 밸브를 통하여 처리 챔버와 통하는 진공 펌프로 구성되며;

   스로틀 밸브를 설정된 위치에 배치하는 단계를 포함하고, 이 설정된 위치는 처리 챔버 내 압력, 처리 챔버를 통과하는 기체 흐름율 및 스로틀 밸브의 위치 사이의 상관관계에 따라 선택되고, 이 상관관계는 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 공정.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 설정된 시간 간격이 제 1 설정된 흐름율에서 초기 압력 레벨로부터 설정점 압력으로 챔버 내의 압력을 증가시키는데 요구되는 시간을 측정함으로써 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 공정.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 설정된 시간간격이 제 1 설정된 흐름율로 분할되는 초기 압력 레벨과 설정점 압력 레벨사이의 차이에 비례하여 계산되는 것을 특징으로 하는 공정.