KR100725615B1 - 반도체 처리 공정을 위한 가스 분산 장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 기판을 처리하기 위한 가스 분산 시스템은 복수개의 가스 공급부, 상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관, 상기 혼합 가스를 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인 및 컨트롤 밸브를 포함한다. 상기 가스 공급 라인은 상기 챔버 안의 제1 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급 라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함한다. 상기 컨트롤 밸브는 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절한다. 이 장치를 사용하는 방법에서, 상기 반응 챔버에 반도체 기판을 제공하여 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 혼합 가스 유량이 상기 제1 및 제2 구역으로 원하는 비율의 혼합 가스 유량을 제공하도록 상기 컨트롤 밸브를 조정한 상태에서 상기 혼합 가스를 상기 제1 및 제2 구역으로 공급함으로써 상기 기판을 처리한다.
Description
본 발명은 집적 회로 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 처리하는 데에 이용되는 반응 챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이러한 반응 챔버 내에 이용되는 가스 분산 시스템의 개선에 관한 것이다.
반도체 공정은 금속, 유전체 및 반도체 물질의 화학적 기상 증착(CVD)과 같은 증착 공정, 이러한 물질로 된 막의 식각, 포토레지스트 마스크막의 애슁 등을 포함한다. 이러한 반도체 공정은 전형적으로 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이 기판 등과 같은 기판을 처리하기 위한 공정 가스가 사용되는 진공 챔버 안에서 수행된다. 공정 가스는 샤워헤드, 가스 분산 링, 가스 주입기 등과 같은 가스 분산 시스템에 의해 진공 챔버 안으로 공급될 수 있다. 복수개의 가스 분산 시스템을 구비하는 반응기들이 미합중국 특허 제5,134,965호, 제5,415,728호, 제5,522,934호, 제5,614,055호, 제5,772,771호, 제6,013,155호 및 제6,042,687호에 개시되어 있다.
식각의 경우, 플라즈마 식각이 금속, 유전체 및 반도체 물질을 식각하기 위해 전통적으로 사용되어 왔다. 플라즈마 식각 반응기는 전형적으로 하부(bottom) 전극 상에 놓여지는 실리콘 웨이퍼를 지지하는 받침대(pedestal), 공정 가스를 플 라즈마 상태로 에너지화시키는 에너지 소오스 및 챔버 안으로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원을 포함한다.
집적 회로 제조에 있어서 유전체 물질막 내에 콘택 및 비아와 같은 개구부를 식각하는 것이 공통적으로 요구되고 있다. 유전체 물질막은 플루오르 첨가된 실리콘 산화막(FSG)과 같은 도핑된 실리콘 산화막, 실리콘 이산화막과 같은 도핑되지 않은 실리콘 산화막, 보론 포스페이트 실리케이트 글래스(BPSG) 및 포스페이트 실리케이트 글래스(PSG)와 같은 실리케이트 글래스막, 도핑된 또는 도핑되지 않은 열 성장 실리콘 산화막, 도핑된 또는 도핑되지 않은 TEOS 증착 실리콘 산화막 등을 포함한다. 상기 유전체 도펀트는 붕소, 인 및/또는 비소를 포함한다. 상기 유전체막은 다결정 실리콘막과, 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴 또는 이들 합금과 같은 금속막과, 티타늄 질화막과 같은 질화막과, 티타늄 실리사이드, 코발트 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드와 같은 금속 실리사이드막 등의 도전막 또는 반도체막 위를 덮는다. 실리콘 산화막 내에 개구부를 식각하는 데에 평행 플레이트 플라즈마 반응기가 사용되는 플라즈마 식각 기술이 미합중국 특허 제5,013,398호에 개시되어 있다.
미합중국 특허 제5,736,457호는 단일 및 듀얼 "다마신" 금속배선 공정을 설명한다. "단일 다마신" 방식에서 비아들과 도전체들은, 도전체 또는 비아 중 어느 하나를 위한 금속배선 패턴이 유전체막 내에 식각되고, 금속층이 상기 유전체막 내의 식각된 그루브 또는 비아홀 내에 충전되며, 과잉의 금속이 화학 기계적 평탄화(CMP) 또는 에치백 공정에 의해 제거되는, 서로 분리된 공정에 의해 형성된 다. "듀얼 다마신" 방식에서는, 비아 또는 도전체를 위한 금속배선 패턴들은 유전체막내에 식각되어지고, 상기 식각된 그루브 및 비아 개구부는 단일의 금속 충전 및 과잉 금속 제거 공정에서 금속으로 충전된다.
웨이퍼의 전체 표면에 대해 균일한 식각율을 얻기 위해서는 웨이퍼 표면에 플라즈마를 균일하게 분산시키는 것이 요구된다. 현재의 가스 분산 챔버 디자인은 챔버 안의 개별 영역들에 공급하는 다수의 공급 라인과 다수의 질량 유량 조절기(MFC)를 포함한다. 그러나 현재의 가스 분산 디자인은 수많은 부품, 디자인에 있어서의 복잡함과, 고비용을 필요로 한다. 따라서, 이러한 가스 분산 설비를 제조하는 복잡함과 비용을 감소시킬 것이 요구되고 있다.
본 발명은 반도체 기판 처리 공정에 이용되는 반응 챔버에 유용한 가스 분산 시스템을 제공한다. 이 가스 분산 시스템은 복수개의 가스 공급부, 상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관(manifold), 상기 혼합 가스를 상기 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인으로서, 상기 챔버 안의 제1 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급 라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함하는 가스 공급 라인, 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 적어도 하나의 컨트롤 밸브, 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 적어도 하나의 유량 측정 장치, 및 상기 적어도 하나의 유량 측정 장치가 측정한 상기 유량에 응답하여 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브를 작동시키는 컨트롤러를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 챔버 내에서 반도체 기판을 처리하는 동안에 상기 복수개의 가스 공급 라인 중의 적어도 하나로 운반되는 상기 혼합 가스의 비율이 제1 설정치에서 제2 설정치로 변화되도록 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브를 작동시키는 컴퓨터 또는 프로그램할 수 있는 논리 소자를 포함한다. 하나의 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브는 제1 및 제2 컨트롤 밸브를 포함하고 상기 적어도 하나의 유량 측정 장치는 제1 및 제2 유량 측정 장치를 포함하며, 상기 제1 컨트롤 밸브와 제1 유량 측정 장치는 상기 제1 가스 공급 라인 상에 위치하고 상기 제2 컨트롤 밸브와 제2 유량 측정 장치는 상기 제2 가스 공급 라인 상에 위치한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브는 단일 컨트롤 밸브를 포함하고 상기 적어도 하나의 유량 측정 장치는 단일 유량 측정 장치를 포함하는데, 이들은 제1 또는 제2 가스 공급 라인 중의 어느 하나 상에 위치한다. 상기 반응 챔버는 플라즈마 식각 챔버 또는 CVD 챔버와 같은 진공 챔버를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 반응 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법도 제공하는데, 이 방법은 상기 반응 챔버에 반도체 기판을 제공하는 단계, 적어도 하나의 유량 측정 장치로 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 혼합 가스의 유량을 측정하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 유량 측정 장치가 측정한 유량에 응답하여 상기 컨트롤러에 의해 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브를 조정한 상태에서, 상기 혼합 가스 를 상기 제1 및 제2 구역으로 공급함으로써 상기 기판을 처리하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 가스 공급부에 의해 상기 혼합 분기관으로 공급되는 총 가스 유량을 모니터하고 상기 가스 공급 라인 중의 하나 안에서 측정된 가스 유량과 상기 총 가스 유량을 상기 제2 가스 공급 라인을 위한 목표 유량과 비교하고, 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안의 원하는 유량을 달성하도록 상기 컨트롤러에 의해 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브가 반복적으로 조정된다. 상기 반도체 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있으며, 이 웨이퍼는 그 위에 물질층을 증착하거나 웨이퍼 상의 유전체막, 반도체막 또는 도전막을 플라즈마 식각하여 처리된다.
본 발명의 목적 및 장점이 다음의 도면들과 결합한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 반응 챔버 안의 가스 분산을 조절하는 과정의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 반응 챔버 안의 가스 분산을 조절하는 과정의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한다.
도 7b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한다.
도 8은 플라즈마 반응 챔버 안의 위치로 공급되는 가스를 분배하기 위해 고정 오리피스가 사용되는 가스 분산 설비를 도시한다.
본 발명의 보다 나은 이해를 위하여, 이하의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하며, 여기에는 본 발명의 바람직한 예시적 실시예들이 도시되고 설명되어 있다. 게다가 도면들에서 같은 요소임을 확인시키기 위해 사용한 참조번호는 전체에 걸쳐 동일하다.
본 발명에 따르면, 가스 공급 설비가 혼합된 공정 가스를 공정 챔버 안의 복수개의 구역으로 원하는 비율로 공급한다. 상기 가스 공급 설비는 공정 가스를 반도체 기판 상에 선택적으로 분산시키는 것이 바람직한 임의의 종류의 반도체 처리 장치에도 사용될 수 있다. 이러한 장치는 CVD 시스템, 애셔(asher), 용량성 결합 플라즈마 반응기, 유도 결합 플라즈마 반응기, ECR 반응기 등을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 혼합 가스가 가스 분산 시스템을 통해 반응성 플라즈마 식각 챔버 또는 다른 진공 공정 챔버와 같은 반도체 공정 챔버 내부의 다수의 구역으로 운반된다. 이와 동시에, 주어진 설정치와 적어도 하나의 유량 실측치에 근거하여, 각 구역으로 운반되는 공정 가스의 분율이 피드백 제어된다. 반도체 웨이퍼 상의 실리콘 이산화막, 알루미늄막 또는 다결정 실리콘막을 식각함에 있어서, 혼합된 공정 가스를 웨이퍼의 중심에 가까운 영역과 웨이퍼 주변부(가장자 리) 모두에 조절된 비율로 공급할 것이 일반적으로 요구된다. 비록 원하는 비율이 조건에 따라 달라지겠지만, 가스 공급의 최적의 공간 분산은 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일한 식각 결과를 달성하는 것을 돕는다. 예를 들어, 주어진 조건 하에서, 공정 가스의 75%를 웨이퍼 가장자리에, 공정 가스의 25%를 웨이퍼 중심에 공급하는 것이 이로울 수 있다. 동일한 장비로 수행될 수도 있는 다른 식각 조건에 있어서는, 공정 가스의 10%를 웨이퍼 가장자리에, 공정 가스의 90%를 웨이퍼 중심에 공급하는 것이 유리할 수도 있다. 뿐만 아니라, 복잡한 다단계 식각 레서피(recipe)에서는, 두 구역으로 운반되는 공정 가스의 비율을 단계적으로 변화시킬 것이 요구될 수 있다. 종래의 설비에서는, 관심 대상인 조건과 식각 균일성 요구의 균형에 근거하여 전통적으로 가스 공급의 고정된 공간 분산(예를 들어, 특정한 홀 패턴을 구비한 샤워헤드)이 선택되었다.
본 발명의 가스 분산 시스템은, 공정 챔버 안의 다수개의 구역으로 운반되는 공정 공급 가스의 분율을 실시간으로 조절하는 능력을 제공할 수 있어서, 공정 챔버 안에 중성 가스 조성을 만들어서 전체 웨이퍼에 걸쳐 균일한 공정 (예를 들어 식각) 결과를 얻는 것을 돕는다. 이것은 집적 회로 제조에 있어서 대구경의 웨이퍼가 사용되고 소자 상의 선폭이 지속적으로 축소되는, 진보된 반도체 공정 설비에 특히 유용한 특징이다.
본 발명의 가스 분산 시스템은 가스 공급 라인, 압력 레귤레이터, 질량 유량 조절기(MFC), 다양한 차단 밸브와 관련 배관, 및 혼합 분기관에 의해 공정 가스가 공급되는 진공 챔버에 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 가스 공급 설비는 물리적으 로 혼합 분기관과 진공 공정 (식각이나 CVD) 챔버 사이에 위치할 수 있고 챔버의 다수개 영역으로 혼합 가스를 운반하기 위한 다수개의 라인 안으로 혼합 가스 유량을 분배하는 것을 담당한다. 가스 박스로부터 챔버로 운반되는 유량은 컴퓨터, 전형적으로 챔버의 공정 변수/작동을 제어하는 데에 이용되는 것과 동일한 컴퓨터에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 작동시킴에 있어서, 사용자는 웨이퍼 식각을 위한 반응기로 혼합 공정 가스를 공급하기 위해 하나 이상의 가스를 소정 유량으로 흘려주도록 가스 분산 시스템을 설정할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄을 식각하는 경우, 사용자는 메인 식각 단계 동안에 각각 100, 200, 4 sccm의 Cl2, BCl3, N
2의 혼합물을 흐르게 할 수 있다. 공정 가스 성분의 유량은 MFC에 의해 모니터되고 조절될 수 있다.
하나의 구현예에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 유량 측정 장치, 하나의 유량 조절 장치, 및 챔버 안의 적어도 두 구역으로 운반되는 혼합 가스 유량의 비율을 조절하기 위한 피드백 제어 시스템을 포함할 수 있다. 피드백 제어 시스템은 아날로그 전기 회로 및/또는 프로그램할 수 있는 논리 소자나 컴퓨터에서 실행될 수 있는 디지털 제어 알고리즘을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 분산 시스템의 제1 실시예를 개략적으로 보여준다. 여기에서 공정 챔버(10)에는 (챔버의 상부에 배치된 샤워헤드나 다른 가스 공급 설비로 공정 가스를 공급할 수 있는) 가스 공급 라인(12)과 (예컨대, 기판 지지대를 감싸는 가스 분산 링으로, 또는 기판 지지대 안에 배치된 가스 배출구를 통하 는 것과 같이, 챔버의 하부로 공정 가스를 공급하는) 가스 공급 라인(14)을 통해 공정 가스가 공급된다. 그러나, 대안적인 이중 가스 공급 설비가 챔버의 최상단 중심과 최상단 주변부로 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(16, 18, 20)로부터의 공정 가스가 각자 질량 유량 조절기(22, 24, 26)로 공급되면서, 공정 가스가 가스 공급부(16, 18, 20)로부터 가스 라인(12, 14)으로 공급된다. 질량 유량 조절기(22, 24, 26)는 공정 가스를 혼합 분기관(28)으로 공급하며, 혼합 가스는 그 후단의 선택적인 유량계(30)를 통과하게 되고, 이것은 혼합된 공정 가스를 가스 공급 라인(12, 14)으로 향하게 한다. 가스 공급 라인(12)은 선택적인 유량 제한 소자(32)를 포함할 수 있고 가스 공급 라인(14)은 유량 측정 장치(34)와 피드백 제어 밸브(36)를 포함할 수 있다. 제어 시스템(40)은 유량 측정 장치(34)를 모니터하고 질량 유량 조절기(22, 24, 26)뿐만 아니라 피드백 제어 밸브(36)를 제어하는 데에 효과적이다. 이러한 피드백 제어 시스템은 공정 챔버의 두 구역으로 운반되는 혼합 가스의 비율을 조정할 수 있게 한다. 선택적인 유량 제한 소자(32)는 고정 오리피스 또는 니들(needle) 밸브 등일 수 있다.
작동시킴에 있어서, 사용자는 가스 박스 안의 각 공급 가스의 유량을 위한 설정치를 선택하고, 공정 챔버의 각 영역으로 운반되는 혼합 유량의 분율을 선택한다. 예를 들어, 사용자는 75%가 라인(12)을 통해, 25%가 라인(14)을 통해 운반되는 100 sccm Cl2/200 sccm BCl3/4 sccm O2 유량을 선택할 수 있다. 각 운반 라인으로의 혼합 유량의 분율은 라인(14) 안에서 측정된 실제 유량과 그것의 목표 유량에 근거 해 라인(14) 안의 피드백 제어 밸브(36)를 반복적으로 조정함으로써 조절된다. 총 유량, 이 경우에 있어서는 가스 박스 안의 질량 유량 조절기(22, 24, 28)의 유량 데이터들을 모두 더해 측정할 수 있는 총 유량을, 챔버 운반 라인(12) 안의 유량계로 측정한 유량과 비교함으로써, 컨트롤러는 라인(14) 안의 밸브(36)의 쓰로틀링(throttling) 정도를 조정하여 원하는 유량 분산을 얻을 수 있다. 대신에, 가스 박스 안의 MFC(22, 24, 26)의 데이터들을 더하여 총 유량을 결정하기보다는, 선택적인 총유량계를 혼합 분기관(28)의 바로 하류에 설치하여 혼합 가스의 총 유량을 측정할 수 있다.
가스 박스 MFC의 데이터들을 더하여 총 유량이 결정되는 경우에, 이 측정된 유량은 질소와 같은 참조 가스의 등가 sccm(standard cubic centimeters per minute)으로 변환될 수 있는데, 이는 공정마다 가스 혼합이 달라지는 일반적인 경우에 정확하고 유연성있게 제어하기 위해서이다. 따라서, 혼합 가스 유량을 "질소 등가 유량"으로 변환하기 위한 계산이 수행될 수 있고, 모든 유량 측정치들을 동일한 기준에 놓기 위한 "질소 등가 유량"을 측정하기 위해 라인(14) 안의 인-라인 유량 측정 장치가 보정(calibration)될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 열-기반 질량 유량계에서의 100 sccm Cl2는 질소 116.5 sccm과 등가이고, 200 sccm BCl3는 질소 444.4 sccm과 등가이며, 4 sccm O2는 질소 4.08 sccm과 등가이다. 따라서, 상기 예에서의 혼합 가스의 "질소 등가 유량"은 564.98 sccm이고 피드백 제어 밸브를 가진 라인을 통해 25%를 운반하기 위해서, 이 예에서는 0.25*564.98=141.2 sccm 질소의 유량 실측치를 달성하도록 제어 루프가 밸브를 조정할 수 있다. 정상 상태에서는, 라인(12) 안의 선택적인 유량 제한 소자가 공정 동안에는 조정되지 않기 때문에, 가스 박스로부터의 혼합 가스의 전체 유량이 궁극적으로는 챔버에 도달할 것이며, 총 유입량이 총 유출량과 같아질 때까지는 혼합 분기관 안에 자연적으로 압력이 쌓여갈 것이다.
도 2는 도 1의 장치를 이용하여 분배된 가스 공급을 조절하는 방법을 요약한 순서도이다. 이 절차는 주어진 공정 진행(run) 동안에 레서피 조건과 유량에서의 변화를 실시간 근거로 조정하기 위하여, 예컨대 1-500Hz(이를테면 50Hz)의 속도로 반복적으로 수행될 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 순서도는 공정 챔버의 특정한 부위에 공급되어야 할 퍼센트 유량과 같은 유량 분배 설정치를 입력하는 단계인 S1, 공정 챔버로 공급된 총 혼합 가스 유량을 실측하거나 결정하는 단계인 S2, 유량 분배 설정치와 총 유량에 근거하여 라인(14)을 위한 목표 유량을 계산하는 단계인 S3, 라인(14) 안의 가스 유량을 실측하는 단계인 S4, 라인(14) 안의 목표 유량과 실제 유량 사이의 차이로 정의되는 라인(14) 안에서의 유량 에러를 계산하는 단계인 S5와, 라인(14)의 유량 에러를 감소시키기 위해 비례(P), 비례와 적분(PI) 또는 비례와 적분과 미분(PID) 보상법(compensation)을 사용하여 밸브의 조절 설정치(예를 들면 개방 퍼센트)를 조정하는 단계인 S6를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 분산 설비의 제2 실시예이면서 가장 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 여기에는 라인(12) 안의 선택적인 유량 제한 소자가 유량계(42)와 피드백 제어 쓰로틀 밸브(44)로 대체되어 있다. 다시 말해 공정 공급 가 스가 두 개의 쓰로틀 밸브와 두 개의 유량계를 사용하여 분배되는 구현예이다. 하나 또는 두 쓰로틀 밸브의 개방된 어퍼쳐(aperture)는 사용자가 선택한 유량-분배와 유량계 실측치 비교에 근거하여 조정될 수 있다. 편리하게는, (점선 박스로 묶여진) 유량계와 쓰로틀 밸브의 조합이 일반적인 질량 유량 조절기를 사용하여 구현될 수 있는데, 여기에서 제어 시스템은 사용자가 선택한 유량 분배를 얻기 위하여 각 구간으로 개별적인 유량 설정치 제어를 전송한다. 각 가스 운반 라인의 전달율을 활발히 조정하고 제어할 수 있는 능력 때문에, 이러한 구현예는 도 1의 예보다 약간 더 유연성이 있다. 이것은, 예를 들어, 양쪽 라인에서의 예컨대 0-100% 유량 분배를 조정하는 능력을 허용한다. 이와는 대조적으로, 도 1의 구현예는 선택적인 유량 제한 소자(32)의 약간의 (수동) 조정 없이는 라인(14)을 통해 100% 유량이 운반되도록 할 수 없다. 뿐만 아니라, 도 3의 구현예는 각 혼합 가스 운반 라인 안의 유량을 실시간으로 측정할 수 있게 하는데, 이는 웨이퍼를 생산하면서 실시간 오류 검출(예를 들면, 주어진 라인의 막힘 또는 가스 박스 MFC 보정이 표류(drift)하는 것을 검출하는 것)을 가능케 한다. 작동시키는 동안, 하나 또는 양측 쓰로틀 밸브의 개방된 어퍼쳐는 사용자가 선택한 유량-분배 설정치와, 라인(12)이나 라인(14) 안에서 측정된 유량과 (라인(12, 14) 안에서의 각 유량계 실측치들을 더하여 계산된) 총 유량의 비로부터 결정된 실제 유량 분배 분율의 비교에 근거하여 조정된다. 편리하게는, (점선 박스로 묶여진) 유량계와 쓰로틀 밸브의 조합이 일반적인 질량 유량 조절기를 사용하여 라인(12)이나 라인(14) 또는 둘 다에 구현될 수 있는데, 여기에서 제어 시스템은 라인(12)과 라인(14) 안의 각 MFC로 개별적인 유량 설정치 제어를 전송하여 사용자가 선택한 유량 분배를 얻도록 한다.
라인(12, 14) 안에 일반적인 MFC가 이용되는 경우에, 일반적으로, 마이크로 프로세서(또는 동등한 것) 상에서 수행되는 알고리즘 또는 제어 회로에 의해 하나의 MFC가 활발히 조절되는 동안, 다른 하나의 MFC는 완전히 개방되도록 명령받아서 사용자가 선택한 유량 분배를 달성하는 것이 바람직하다. 이것은 총 혼합 유량이 총 혼합 유출량과 같아지는 것을 보장하므로, 챔버 안에서의 궁극적인 공정 결과에 영향을 끼칠 수 있는, 라인(12, 14) 안의 MFC를 거슬러 올라가는 가스의 불필요하거나 과도한 저장이 없도록 한다. 게다가, 이것은 제어 불안정성에 이르게 할 수 있는, 가능한 가스 공급에 대해 MFC끼리 활발히 경쟁할 가능성을 제거한다. 라인(12, 14) 안의 MFC가 동일하다고 가정하면 (예를 들어, 동일한 유량 보정, 용량, 동일한 압력 강하 등), 다른 라인 상의 MFC가 그 라인 안에서 더 낮은 유량을 달성하기 위해, 설정치와 각자의 유량 실측치에 근거하여 활발히 조절되는 동안에, 가장 큰 설정치가 요구되는 라인 상의 MFC는 통상적으로는 완전히 개방된 조건으로 조절될 것이다. 이것은 다음과 같이 설명될 수 있다. MFC가 동일하고 둘 다 완전히 개방된 위치로 조절된다면, 각 라인으로의 유량 분율은 50%가 될 것이다. 예를 들어 라인(12) 안에서 50% 이상을 얻으려면, (부분적으로 라인(14)의 쓰로틀 밸브를 부분적으로 폐쇄함으로써) 라인(14)의 유량 전달율을 감소시켜야 한다. 이러한 조치는 혼합 분기관 압력의 근소한 증가를 일으킬 수 있는데, 주어진 라인 안의 유량이 그 라인 안에서의 압력 강하에 비례하기 때문이다. 설명을 위한 목적에서, 완전히 개방된 위치로 조절되는 MFC를 "주(master)" MFC라 칭하고, 활발히 조절되는 MFC를 "종(slave)" MFC라 칭한다.
실제적으로는, 유량 조절이나 보정이 동일하다 할지라도, 두 MFC를 가로질러 동일한 압력 강하를 가지는 것은 제조 공차 때문에 흔하지 않다. 사실, 몇몇 상황에서는 원하는 조절 성능을 얻기 위하여 서로 다른 MFC 범위를 사용하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들어, 250 sccm MFC를 가진 라인 안에서의 작은 유량(예를 들어 100sccm 이하)에 대하여 4배 나은 유량 조절 정확도를 제공하기 위하여, 1000 sccm과 250 sccm MFC의 조합을 사용할 수 있다. MFC가 전형적으로 전체 눈금 범위의 오로지 몇 퍼센트 아래의 유량을 정확하게 조절하기 때문에, 낮은 범위 MFC를 가진 라인 안에서 더 나은 해상도가 얻어진다. (MFC의 내부 PID 튜닝이 이러한 차이를 보상할 것이다.) 따라서, 주어진 유량 분배 설정치에 대하여 어떤 MFC가 주가 되고 어떤 MFC가 종이 될 것인지는, 일반적으로 완전히 개방된 위치로 조절되는 양쪽 MFC와 함께 사용되는 특정 MFC의 자연적인 유량 분배를 측정하는 보정 실험에 근거하여 결정될 수 있다. 뿐만 아니라, 이 자연적인 유량 분배는 뿐만 아니라 흘려지는 가스의 종류와, 사용되는 MFC의 상대적인 MFC 범위(예를 들어 1000과 250 sccm MFC 대 1000과 1000 MFC)의 함수일 수 있으므로, 주어진 조건에 맞는 적절한 주와 종 MFC를 선택하기 위해 참조 테이블을 사용하는 것이 필요하다. 게다가, 제어 알고리즘은 정확한 주(완전히 개방된) MFC가 선택되었는지 평가하고 사용자가 선택한 유량 분배 오차 허용도 등에 근거해 필요한 주 선택을 조정하기 위한 제어 루프를 체크하는 것을 포함할 수 있다.
이 구현예를 위한 전체적인 제어 알고리즘(주/종 체크가 아닌)은 도 4에 도 시된 순서도에 요약되어 있다. 도 4는 공정 챔버의 적어도 두 개의 다른 구역으로의 유량을 독립적으로 조절하기 위해 수행되는 기본적인 기능의 순서도를 도시한다. S10은 총 유량과 혼합 가스 분배를 위한 설정치를 입력하는 단계이고, S11은 (처리되는 웨이퍼의 중심부와 가장자리와 같은) 각 가스 운반 라인 안의 실제 유량을 실측하여 총 유량을 결정하는 단계이고, S12는 유량 분배 설정치와 총 유량에 근거하여 각 가스 운반 라인을 위한 목표 유량을 계산하는 단계이며, S13은 주와 종(조절되는) 유량 조절기를 선택하는 단계이고, S14는 목표 유량에 맞추기 위한 종 유량 조절기 설정치를 계산하는 단계이며(이 단계는 현재 유량 분배 에러를 계산하고 새로운 설정치 계산으로의 PID 보상을 구현함으로써 목표 유량에 도달하는 것을 가속하기 위해 취해질 수 있다), S15는 (처리되는 웨이퍼의 중심부와 가장자리와 같은) 각 가스 운반 라인 유량 조절기로 설정치를 기록하는 단계이다. 분배 공급 조절의 응답 시간은 종 MFC의 계산된 목표 유량에 PID 보상을 더함으로써 더 개선될 수 있다. 예를 들어, 새로운 종 설정치에 비례 보상을 더하는 것은 다음 등식으로부터 새로운 설정치를 계산함으로써 달성될 수 있다.
새로운 종 MFC 유량 설정치 = 종 MFC 목표 유량 + 비례 이득*(종 MFC 목표 유량 - 종 MFC 실제 유량)
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는데, 여기에서 공정 공급 가스는 하나의 입력과 두 개의 출력을 가진 쓰로틀 밸브(46)를 사용하여 분배된다. 여기에서 조절 설정치는 소정의 밸브 보정에 근거하여 각 구간으로부터의 유량 배출 분율을 선택한다. 이 구현예에 있어서의 하나의 한계는 밸브 분배 분율의 보정이 가스 조 성과 유량에 의존한다는 것이다. 각 운반 채널 안에서의 상대적인 유량을 모니터하기 위한 유량계가 없으면, 주어진 유량 하의 주어진 가스 혼합물에 대한 유량 분배의 정확도가 서로 다른 공정 조건에 대해 변화할 것이다. 인-라인 유량계의 결핍은 유량 막힘이나 웨이퍼 공정 결과가 표류하게 할 수 있는 보정 표류와 같은 상황의 오류 검출도 방지한다. 이러한 구현예의 다른 단점은 현재 하나의 입력과 두 개의 출력을 가진 쓰로틀 밸브의 상업적 입수 가능성이, 상업적인 질량 유량계, 질량 조절 밸브, 및 질량 유량 조절기의 널리 보급된 입수가능성에 비해 떨어진다는 것이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 분산 설비로, 분배 밸브의 피드백 제어뿐만 아니라 오류 검출 능력을 허용하기 위해, 도 5의 구현예에 있어서의 각 가스 운반 라인 안에 적어도 하나의 유량계(42, 34)를 제공함으로써 보강시킨 것을 도시한다. 도 6에서 하나의 유량계만이 사용된다면, 총 유량 측정치는 가스 박스 안의 MFC의 유량 실측치들을 더하여 결정될 수 있다. 두 개의 유량계가 사용된다면, 총 유량은 라인(12, 14) 안의 유량계에 의해 측정된 유량을 더하여 결정될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한 도면이다. 여기에서 가스 분기관(28)으로부터의 가스는 최상단 가스 공급 라인(12)과 주변 가스 공급 라인(14)으로 공급되기 위해 분배되는데, 각각은 유량계(42, 34)와 피드백 제어되는 쓰로틀 밸브(44, 36)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 최상단 가스 공급은 미합중국 특허 제4,948,458호(본 명세서에 원용되어 통합된다)에 도시된 챔버의 유전체 윈도우 중심부로 공급될 수 있으며 주변 가스 공급은 윈도우 아래의 가스 링으로 공급될 수 있다.
도 7b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 분산 설비를 도시한 도면으로서, 가스는 두 구역 샤워 헤드에 공급되며, 하나의 예가 공동 소유의 미합중국 출원 제09/343,690호(P510)에 설명되어 있고, 본 명세서에 원용되어 통합된다. 도시된 바와 같이, 가스 주입 시스템은 가스 분기관(28)으로부터의 가스를 가스 공급 라인(50)을 통해 중심 플리넘(plenum)으로 공급하고, 가스 공급 라인(52)을 통해 중심 플리넘 외측에 배치된 환상의 외부 플리넘으로 공급한다. 중심 플리넘은 원형 플리넘 또는 외부 플리넘보다 작은 직경의 환상 플리넘과 같은 다양한 구성을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 분산 설비로, 혼합 분기관의 하류에 있는 하나 이상의 고정 오리피스 또는 유량 어퍼쳐가 공정 챔버 안의 복수개의 위치에 공급되는 가스를 분배하기 위해 사용되는 설비를 도시한다. 도 8의 설비는 중심과 가장자리 가스 주입이 사용되는 평판 디스플레이 식각 장비 안에 구현되어 왔다. 중심 가스 공급 라인은 단일 중심 가스 주입기를 공급하는 라인 안에 삽입된 고정 오리피스를 가진 반면, 가장자리 공급 라인은 고정된 오리피스가 없고 복수개의 가장자리 주입기에 공급한다. 중심 주입기 안의 고정 오리피스의 목적은 챔버 중심부로의 가스 공급을 제한하기 위한 것이다. 다시 말해, 고정 오리피스가 없으면 챔버의 중심부로의 유량 비율이 원하는 것보다 커질 것이다.
본 발명에 따른 가스 분산 시스템은 고밀도 플라즈마 반응기에 사용될 수 있 다. 이러한 플라즈마 반응기는 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위하여 전형적으로 RF 에너지, 마이크로파 에너지, 자기장 등을 사용하는 고에너지 소오스를 갖는다. 예를 들어, 고밀도 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 반응기라고도 불리는 트랜스포머 결합 플라즈마(TCPTM), 전자-사이크로트론 공명기(ECR) 플라즈마 반응기, 헬리콘 플라즈마 반응기 또는 이와 유사한 곳에서 발생될 수 있다. 고밀도 플라즈마를 제공할 수 있는 대량의 플라즈마 반응기의 예가 공동 소유인 미합중국 특허 제5,820,723호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에 원용되어 통합된다.
본 발명에 따른 가스 분산 시스템은 플라즈마 식각 공정에 사용될 수 있는데, 여기에서 전술한 실시예의 제1 및 제2 가스 공급부를 통해 공급되는 공정 가스 조건은 상대적으로 변화될 수 있으며, 예를 들면 트렌치의 식각시에는 아르곤, 산소 및 불화탄화수소(예: CHF3 및 C4F8)의 혼합가스를 공급하고, 비아의 식각시에는 웨이퍼 중심 영역으로의 혼합 가스의 유량을 감소시킴으로써 웨이퍼 중심 영역으로의 산소의 유량을 감소시킬 수 있다. 저유전율의 유전체막을 식각할 경우에는 공정 가스는 C2H4 등의 탄화수소 가스를 포함할 수 있고 산소 가스에 대한 탄화수소 가스의 유량 비율을 방사상으로 변화시켜 균일한 식각을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 웨이퍼의 중심과 가장자리로의 가스의 유량을 조정하여 플라즈마 챔버 내에서 가장자리가 빨리 식각되거나 중심부가 빨리 식각되는 것을 보상할 수 있다. 예를 들면, 종래의 플라즈마 식각기에서는 포토레지스트가 침식될 때까지 가장 자리가 빨리 식각되는 조건이 발생한 후에 중심부가 빨리 식각되는 조건이 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 가스 분산 장치의 경우, 웨이퍼가 포토레지스트막을 구비할 경우에는 중심부에 보다 많은 산소를 공급할 수 있는 반면 포토레지스트막이 침식되어 없어진 후에는 중심부로의 산소의 유량을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 가장자리가 빨리 식각되는 조건과 중심부가 빨리 식각되는 조건을 보상함으로써 보다 균일한 식각을 달성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되어 있다. 그러나, 본 발명의 사상으로부터 이탈됨이 없이 상기에서 서술한 것과 다른 특별한 형태로 본 발명을 실현하는 것이 가능하다는 것은 당업계의 숙련가에게 있어서는 명백한 일일 것이다. 상기 바람직한 실시예는 설명적인 것이며 한정적인 것으로 생각되어서는 아니 된다. 본 발명의 요지는 전술한 발명의 상세한 설명보다는 첨부한 클레임에 의해 주어지며, 클레임들의 범위 내에 놓이는 모든 변형들 및 등가물들은 그 내에 수용되는 것으로 의도되어진다.
본 발명의 가스 분산 시스템은, 공정 챔버 안의 다수개의 구역으로 운반되는 공정 공급 가스의 분율을 실시간으로 조절하는 능력을 제공할 수 있어서, 공정 챔버 안에 중성 가스 조성을 만들어서 전체 웨이퍼에 걸쳐 균일한 공정 (예를 들어 식각) 결과를 얻는 것을 돕는다. 이것은 집적 회로 제조에 있어서 대구경의 웨이퍼가 사용되고 소자 상의 선폭이 지속적으로 축소되는, 진보된 반도체 공정 설비에 특히 유용한 특징이다.
Claims (29)
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- 복수개의 가스 공급부;상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관(manifold);혼합 가스를 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인으로서, 상기 챔버 안의 제1구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함하는 가스 공급 라인;상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록, 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제1 컨트롤 밸브 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제2 컨트롤 밸브 또는 상기 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 컨트롤 밸브;상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 장치 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제2 유량 측정 장치 또는 상기 제1 유량 측정 장치와 상기 제2 유량 측정 장치; 및상기 제1 유량 측정 장치 및 제2 유량 측정 장치 중 하나 이상에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상을 작동시키는 컨트롤러를 포함하고,상기 가스 분산 시스템은 상기 제1 및 상기 제2 컨트롤 밸브, 및 상기 제1 및 상기 제2 유량 측정 장치를 포함하며, 상기 제1 컨트롤 밸브와 제1 유량 측정 장치는 상기 제1 가스 공급 라인 상에 위치하고 상기 제2 컨트롤 밸브와 제2 유량 측정 장치는 상기 제2 가스 공급 라인 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 공정에 이용되는 반응 챔버에 유용한 가스 분산 시스템.
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- 복수개의 가스 공급부;상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관(manifold);혼합 가스를 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인으로서, 상기 챔버 안의 제1구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함하는 가스 공급 라인;상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록, 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제1 컨트롤 밸브 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제2 컨트롤 밸브 또는 상기 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 컨트롤 밸브;상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 장치 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제2 유량 측정 장치 또는 상기 제1 유량 측정 장치와 상기 제2 유량 측정 장치; 및상기 제1 유량 측정 장치 및 제2 유량 측정 장치 중 하나 이상에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상을 작동시키는 컨트롤러를 포함하고,상기 제1 컨트롤 밸브는 상기 혼합 가스를 제1 비율로 상기 제1 가스 공급 라인으로 운반하고 상기 혼합 가스를 제2 비율로 상기 제2 가스 공급 라인으로 운반하게 작동시킬 수 있는 가변 분배(splitter) 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 공정에 이용되는 반응 챔버에 유용한 가스 분산 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 가스 분산 시스템은 제1 및 제2 컨트롤 밸브 및 제1 및 제2 유량 측정 장치를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 유량 측정 장치에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 가스 분산 시스템.
- 복수개의 가스 공급부;상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관(manifold);혼합 가스를 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인으로서, 상기 챔버 안의 제1구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함하는 가스 공급 라인;상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록, 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제1 컨트롤 밸브 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제2 컨트롤 밸브 또는 상기 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 컨트롤 밸브;상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 장치 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제2 유량 측정 장치 또는 상기 제1 유량 측정 장치와 상기 제2 유량 측정 장치; 및상기 제1 유량 측정 장치 및 제2 유량 측정 장치 중 하나 이상에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상을 작동시키는 컨트롤러를 포함하고,상기 가스 분산 시스템은 상기 제1 가스 공급 라인 상에 위치한 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 가스 공급 라인 상에 위치한 제2 컨트롤 밸브를 포함하고, 상기 컨트롤러는 완전히 개방된 위치에 있도록 상기 제1 컨트롤 밸브를 작동시키고 상기 제1 가스 공급 라인 안에서보다 상기 제2 가스 공급 라인 안에서 더 낮은 유량을 제공하도록 상기 제2 컨트롤 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 공정에 이용되는 반응 챔버에 유용한 가스 분산 시스템.
- 복수개의 가스 공급부;상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관(manifold);혼합 가스를 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인으로서, 상기 챔버 안의 제1구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함하는 가스 공급 라인;상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록, 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제1 컨트롤 밸브 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 제2 컨트롤 밸브 또는 상기 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 컨트롤 밸브;상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제1 유량 측정 장치 또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 제2 유량 측정 장치 또는 상기 제1 유량 측정 장치와 상기 제2 유량 측정 장치; 및상기 제1 유량 측정 장치 및 제2 유량 측정 장치 중 하나 이상에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상을 작동시키는 컨트롤러를 포함하고,상기 가스 분산 시스템은 상기 제1 가스 공급 라인 상에 위치한 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 가스 공급 라인 상에 위치한 제2 컨트롤 밸브를 포함하고, 상기 컨트롤러는 완전히 개방된 위치에 있도록 상기 제1 컨트롤 밸브를 작동시키고 상기 제1 가스 공급 라인을 통해 더 많은 유량을 가하도록 상기 제2 컨트롤 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 공정에 이용되는 반응 챔버에 유용한 가스 분산 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 가스 공급부와 상기 혼합 분기관 사이에 상기 가스 공급부로부터 상기 혼합 분기관으로 공급되는 가스의 유량을 조절하는 질량 유량 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분산 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 챔버는 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 에너지화시키는 데에 RF 에너지가 사용되는 플라즈마 식각 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분산 시스템.
- 복수개의 가스 공급부, 상기 복수개의 가스 공급부로부터 공급되는 가스가 혼합되는 혼합 분기관, 상기 혼합 가스를 챔버 안의 서로 다른 구역으로 운반하는 복수개의 가스 공급 라인으로서, 상기 챔버 안의 제1 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제1 가스 공급 라인과 상기 챔버 안의 제2 구역으로 상기 혼합 가스를 운반하는 제2 가스 공급 라인을 포함하는 가스 공급 라인, 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안에서 상기 혼합 가스의 원하는 유량 비율이 달성되도록 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 조절하는 적어도 하나의 컨트롤 밸브, 상기 제1 및/또는 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하는 적어도 하나의 유량 측정 장치, 및 상기 적어도 하나의 유량 측정 장치에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 적어도 하나의 컨트롤 밸브를 작동시키는 컨트롤러를 포함하는 가스 분산 시스템의 반응 챔버에서 기판을 처리하는 방법으로서,상기 반응 챔버에 반도체 기판을 제공하는 단계;상기 제1 유량 측정 장치 및 제2 유량 측정 장치 중 하나 이상으로 상기 제1 가스 공급 라인 및 제2 가스 공급 라인 중 하나 이상 안의 혼합 가스의 유량을 측정하는 단계; 및상기 제1 유량 측정 장치 및 제2 유량 측정 장치 중 하나 이상에 의해 측정된 상기 유량에 응답하여 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 컨트롤 밸브 및 상기 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상을 조정한 상태에서, 상기 혼합 가스를 상기 제1 및 제2 구역으로 공급함으로써 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 기판을 처리하는 동안에 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스 유량이 제1 설정치에서 제2 설정치로 변화되도록 상기 컨트롤러가 상기 제1 컨트롤 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 상기 유량을 측정하고, 상기 제1 컨트롤 밸브가 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 상기 유량을 조절하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 가스 분산 시스템은 상기 제1 가스 공급 라인 안의 제1 컨트롤 밸브와 상기 제2 가스 공급 라인 안의 제2 컨트롤 밸브를 포함하고, 상기 방법은 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 상기 유량을 측정하고 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상이 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 상기 유량을 조절하도록 조정하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 상기 유량을 측정하는 단계, 상기 제1 컨트롤 밸브가 상기 제1 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 상기 유량을 조절하도록 조정하는 단계, 및 상기 제2 가스 공급 라인 상의 유량 제한 소자를 통해 상기 혼합 가스를 향하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 컨트롤 밸브는 가변 분배 밸브를 포함하고, 상기 방법은 상기 가변 분배 밸브가 상기 혼합 가스를 제1 비율로 상기 제1 가스 공급 라인으로 운반하고 상기 혼합 가스를 제2 비율로 상기 제2 가스 공급 라인으로 운반하도록 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 제1 유량 측정 장치는 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안의 상기 혼합 가스의 유량을 측정하고, 상기 측정된 유량에 응답하여 상기 제1 컨트롤 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함하고, 상기 방법은 상기 웨이퍼 상의 유전체막, 반도체막 또는 도전막을 건식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 방법은 반도체 기판 상에 물질막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 가스 공급부로부터 상기 혼합 분기관 안으로 공급되는 가스의 유량을 조절하기 위하여 상기 가스 공급부와 상기 혼합 분기관 사이에서 질량 유량 조절기를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 챔버는 RF 에너지가 상기 챔버 안으로 유도 결합되는 플라즈마 식각 챔버를 포함하고, 상기 방법은 상기 플라즈마로 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 챔버는 상기 챔버 안에서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 식각 챔버를 포함하고, 상기 방법은 상기 플라즈마로 상기 기판 상의 실리콘 이산화막, 알루미늄막 또는 다결정 실리콘막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 챔버는 상기 챔버 안에서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 식각 챔버를 포함하고, 상기 방법은 Cl2, HCl3 및 HBr로부터 선택된 하나 이상의 할로겐 가스와 O2, N2, 또는 CHF3와 CF4로부터 선택된 불화탄화수소를 상기 혼합 분기관 안에서 혼합하는 단계와, 상기 플라즈마로 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 챔버는 상기 챔버 안에서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 식각 챔버를 포함하고, 상기 방법은 불화탄화수소를 O2 또는 C2H4 와 혼합하는 단계, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 에너지화시키는 단계와, 상기 플라즈마로 상기 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 혼합 분기관으로 상기 가스 공급부에 의해 공급되는 총 가스 유량을 모니터하고 상기 가스 공급 라인 중의 하나 안에서 측정된 가스 유량과 상기 총 유량을 상기 제2 가스 공급 라인을 위한 목표 유량과 비교하고, 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상은 상기 제1 및 제2 가스 공급 라인 안의 상기 원하는 유량 비율을 달성하도록 상기 컨트롤러에 의해 반복적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제26항에 있어서, 제1 및 제2 질량 유량 조절기를 이용하고, 상기 제1 질량 유량 조절기는 완전히 개방된 위치로 작동시키고, 상기 제2 질량 유량 조절기 설정치는 반복적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제26항에 있어서, 제1 및 제2 질량 유량 조절기를 이용하고, 현재 유량 실측치에 상기 현재 및 목표 유량 사이의 차의 배수를 더한 것에 기초한 새로운 설정치를 상기 질량 유량 조절기에 반복적으로 적용함으로써 상기 분배 가스 유량 정착 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 챔버 내에서 반도체 기판을 처리하는 동안에 상기 복수개의 가스 공급 라인 중의 하나 이상으로 운반되는 상기 혼합 가스의 비율이 제1 설정치에서부터 제2 설정치로 변화되도록 상기 제1 컨트롤 밸브 및 제2 컨트롤 밸브 중 하나 이상을 작동시키는 컴퓨터 또는 프로그램할 수 있는 논리 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분산 시스템.
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