KR101339561B1 - 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 가스플로우 레이트의 확인 방법 - Google Patents

가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 가스플로우 레이트의 확인 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 챔버에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템에서 가스 플로우 레이트를 측정하는 방법이 제공된다. 차동 플로우 방법에서는, 상이한 설정 플로우 레이트에서 플로우 제어기가 동작되고, 주위 온도인 조건에서 설정 플로우 레이트에 대해 업스트림 오리피스 압력이 측정된다. 측정된 오리피스 압력은, 상이한 설정 플로우 레이트에 대해 대응하는 실제 가스 플로우 레이트를 생성하는 보조 플로우 확인 방법에 참조된다. 업스트림 오리피스 압력은 챔버의 임의의 온도 조건에서 취해진 후속 오리피스 압력 측정값에 대해 차동 비교로서 사용될 수 있다. 절대 플로우 방법에서는, 선택된 가스 및 오리피스의 몇몇 파라미터가 미리 결정되고, 가스의 다른 파라미터는, 가스가 플로우 제어기로부터 오리피스를 통해 설정 플로우 레이트로 흐르는 동안 측정된다. 이 방법에서는, 임의의 플로우 제어기 설정 포인트가, 플라즈마 처리 공정과 같은 임의의 시간 및 임의의 챔버 조건에서 흐를 수 있다. 또한, 가스 공급 시스템이 개시된다.
Figure R1020087003451
플라즈마, 가스 플로우 레이트 확인

Description

가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 가스 플로우 레이트의 확인 방법{METHODS FOR VERIFYING GAS FLOW RATES FROM A GAS SUPPLY SYSTEM INTO A PLASMA PROCESSING CHAMBER}
배경기술
반도체 구조는, 플라즈마 처리 챔버, 이 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 소스, 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하는 에너지 소스를 포함하는 플라즈마 처리 장치에서 처리된다. 이러한 장치에서 반도체 구조는, 건식 에칭 처리; 화학 기상 증착 (CVD), 물리 기상 증착, 또는 금속, 유전체 및 반도체 재료의 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 과 같은 증착 처리; 및 레지스트 스트리핑 처리를 포함하는 기술에 의해 처리된다. 반도체 구조를 형성하는 상이한 재료의 처리뿐만 아니라 이들 처리 기술에 대해 상이한 처리 가스 및 처리 조건들이 사용된다.
요약
가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 처리 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 일 실시형태는, a) 제 1 플로우 제어기를 제 1 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 1 설정 플로우 레이트로 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 오리피스 어레이 중 제 1 오리피스를 통해 주위 온도인 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 단계; b) 상기 제 1 플로우 제어기를 제 2 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 2 설정 플로우 레이트로 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 상기 오리피스 어레이 중 제 1 오리피스 또는 제 2 오리피스를 통해 상기 주위 온도인 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 단계; c) 상기 제 1 설정 플로우 레이트 및 상기 제 2 설정 플로우 레이트 각각에 대하여, 상기 플라즈마 처리 챔버로의 가스의 실제 플로우 레이트를 측정하는 단계; d) 상기 제 1 설정 플로우 레이트 및 상기 제 2 설정 플로우 레이트와 상기 제 1 플로우 제어기에 대한 상기 실제 플로우 레이트와의 관계를 결정하는 단계; e) 상기 챔버는 주위 온도이며, 상기 제 1 설정 플로우 레이트 및 제 2 설정 플로우 레이트 각각에서 상기 제 1 오리피스 및 상기 제 2 오리피스의 가스 업스트림(upstream)의 압력을 측정하는 단계; f) 상기 제 1 설정 플로우 레이트 및 상기 제 2 설정 플로우 레이트에 대한 측정된 업스트림(upstream) 가스 압력 및 실제 플로우 레이트를 사용하여, 상기 제 1 오리피스 및 상기 제 2 오리피스 각각에 대해 상기 제 1 플로우 제어기에 대한 제 1 경험칙 (empirical) 팩터를 결정하는 단계; g) 상기 제 1 플로우 제어기를 제 3 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 3 설정 플로우 레이트로 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 상기 제 1 오리피스 또는 상기 제 2 오리피스를 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 단계; h) 상기 제 3 설정 플로우 레이트로 제 1 오리피스 또는 제 2 오리피스의 가스 업스트림(upstream)의 압력을 측정하는 단계; 및 i) 상기 제 1 오리피스 또는 상기 제 2 오리피스 각각에 대한 상기 제 1 경험칙 팩터 및 상기 측정된 가스 압력을 사용하여, 상기 제 3 설정 플로우 레이트로 제 1 오리피스 또는 제 2 오리피스를 통한 가스의 플로우 레이트를 결정하는 단계를 포함한다.
가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 처리 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 또 다른 실시형태는, a) 제 1 플로우 제어기를 제 1 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 1 플로우 레이트로 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 오리피스 어레이 중 제 1 오리피스를 통해 플라즈마 처리 챔버로 비스코스 소닉 플로우 레이트 (viscous sonic flow rate) 로 흐르는 단계; b) 제 1 플로우 레이트에서 제 1 오리피스의 가스 업스트림(upstream)의 압력 (P1) 및 온도 (T1) 를 측정하는 단계; c) 제 1 오리피스의 플로우 단면적 (A) 을 측정하는 단계; d) 상기 가스에 대해, 등적비열 (Cv), 등압비열 (Cp), 분자량 (M) 및 절대 경험칙 팩터 (Ka) 를 결정하는 단계; 및 다음의 식 (i) 내지 식 (iii)
(i)
Figure 112008010453791-pct00001
(R0 는 보편 (universal) 기체 상수)
(ii)
Figure 112008010453791-pct00002
(iii)
Figure 112008010453791-pct00003
을 사용하여 제 1 오리피스를 통한 가스의 플로우 레이트 Q 를 계산하는 단계를 포함한다.
가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 처리 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 또 다른 실시형태는, a) 제 1 플로우 제어기를 제 1 설정 포인트로 설정하고, 제 1 플로우 제어기로부터 제 1 플로우 레이트로 캐리어 가스를 흐르게 하여, 상기 캐리어 가스가 오리피스 어레이 중 제 1 오리피스를 통해 플라즈마 처리 챔버로 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 레이트로 흐르는 단계; b) 제 1 플로우 레이트에서 상기 제 1 오리피스의 캐리어 가스 업스트립의 압력 (P1) 및 온도 (T1) 를 측정하는 단계; c) 오리피스의 플로우 단면적 (A) 을 측정하는 단계; d) 상기 캐리어 가스에 대해, 등적비열 (Cv), 등압비열 (Cp), 분자량 (M) 및 절대 경험칙 팩터 (Ka) 를 결정하는 단계; e) 전술한 식 (i) 내지 식 (iii) 을 사용하여 오리피스를 통한 캐리어 가스의 플로우 레이트 Q 를 계산하고, e) 그 후, 제 2 플로우 제어기를 제 2 설정 포인트로 설정하고, 제 2 플로우 제어기로부터 제 2 플로우 레이트로 시드 (seed) 가스를 흐르게 하여, 상기 시드 가스는, 제 1 오리피스를 통해 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 가스 혼합물을 형성하기 위해 캐리어 가스와 혼합되고, 상기 제 2 플로우 레이트는 상기 시드 가스가 단독으로 제 1 오리피스를 통해 흐르는 경우 서브소닉(subsonic) 및/또는 넌-비스코스인, 단계; f) 상기 제 1 오리피스의 가스 혼합물 업스트림(upstream)의 압력 (P1) 및 온도 (T1) 를 측정하는 단계; g) 식 (i) 을 사용하여 제 1 오리피스를 통한 가스 혼합물의 플로우 레이트 Q 를 계산하고 캐리어 가스의 Cv, Cp, M 및 Ka 를 계산하는 단계; 및 h) 제 1 오리피스를 통한 시드 가스의 플로우 레이트를 결정하기 위해 캐리어 가스의 Q 값을 가스 혼합물의 Q 값과 비교하는 단계를 포함한다.
처리 가스를 플라즈마 처리 챔버로 공급하도록 구성되는 가스 공급 시스템의 일 실시형태는, 가스 공급부와 유체 연통되도록 구성되는 가스 라인; 상기 가스 라인과 유체 연통되며, 적어도 2 개의 오리피스를 포함하는 오리피스 어레이; 상기 오리피스 어레이와 유체 연통되고, 상기 오리피스 어레이의 가스 압력 업스트림(upstream)의 제 1 범위를 측정하도록 구성되는 제 1 압력 센서; 및 상기 오리피스 어레이와 유체 연통되고, 상기 오리피스 어레이의 가스 압력 업스트림(upstream)의 제 2 범위를 측정하도록 구성되는 제 2 압력 센서를 구비하며, 가스 압력의 제 2 범위는 상기 가스 압력의 제 1 범위의 상한값보다 더 높은 상한값을 갖는다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 플라즈마 처리 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 2 는 플라즈마 처리 시스템에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 3 은 가스 공급부 및 플라즈마 처리 챔버와 유체 연통되는 플로우 확인부의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 4 는 플로우 제어기에 대한 실제 플로우 레이트 대 설정 플로우 레이트 사이의 예시적인 관계를 도시한다.
도 5 는 3 개의 상이한 노즐에 대한 업스트림 오리피스 압력과 설정 플로우 레이트 사이의 예시적인 관계를 도시한다.
상세한 설명
예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 형성되는 반도체 디바이스와 같은 반도체 재료를 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리 챔버 및 이 플라즈마 처리 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 시스템을 포함한다. 플라즈마 처리 챔버의 구성에 따라, 가스 공급 시스템은 플라즈마 처리에 종속되는 기판의 표면을 가로질러 단일 영역 또는 다중 영역에 가스를 분배하도록 구성될 수 있다.
플라즈마 처리 챔버에 대한 가스 공급 시스템은, 상이한 영역으로의 동일한 처리 가스, 상이한 처리 가스, 또는 가스 혼합물의 플로우 비율을 제어하여 가스 플로우 레이트 및 가스 조성 모두의 기판에 걸친 균일성의 인-프로세스 조절을 허용하는 플로우 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합된 공동 소유 미국 특허 출원 제 10/835,175 호 참조. 그러나, 질량 플로우 제어기 (MFC) 와 같은 플로우 제어기는 성능 에러를 갖는다. 예를 들어, 통상적으로 MFC 는 MFC 의 설정 포인트의 약 ±1% 의 에러를 가지며, 이것은 설정 플로우 레이트에 대응한다. 에러의 크기는 설정 플로우 레이트의 크기, 가스 조성 및 MFC 의 정확성을 포함하는 다양한 팩터에 의존하여 변화할 수 있다.
에칭 처리에 있어서, 예를 들어, 하나의 기판 전체 및 여러 기판들에서 소망하는 에칭 레이트, 선택도 및 균일성을 달성하기 위해, 실제 처리 가스 플로우 레이트는 소망하는 플로우 레이트에 근접한 것이 바람직하다. 또한, 상이한 처리 챔버 온도와 같은 상이한 처리 조건 하에서 정확한 실제 플로우 레이트를 갖는 것이 바람직하다. 가스 공급 시스템의 플로우 제어기는 상이한 설정 플로우 레이트 및 가스 조성에 대해 교정되어, 플로우 제어기에 의해 공급되는 실제 플로우 레이트에서의 에러를 보상한다.
플라즈마 처리 챔버에 대한 가스 공급 시스템의 플로우 제어기에 의해 공급되는 가스의 실제 플로우 레이트를 결정하는데 사용될 수 있는 공정은 "상승률 (rate of rise)" 기술로 공지되어 있다. 이 기술에서, 플로우 제어기는, 플로우 제어기에 대한 풀 스케일 플로우(full scale flow)의, 예를 들어, 20% 로 선택된 설정 포인트로 설정되고, 가스는 설정 플로우 레이트 (즉, 플로우 제어기에 대한 설정 포인트에 대응하는 플로우 레이트) 로 플로우 제어기로부터 공지의 체적을 갖는 챔버로 흐른다. 챔버는 플라즈마 처리 챔버일 수 있다. 챔버의 가스 체적에서의 증가율에 대응하는 챔버의 압력 증가율이 측정된다. 이상 기체 법칙을 사용하면, 챔버의 가스 체적의 증가율이 결정되어, 챔버로의 가스의 실제 플로우 레이트가 결정될 수 있다. 또한, 통상적으로 이상 기체 법칙 관계식에서 설명될 수 없는 임의의 비이상 기체 압축률 효과가 보정된다. 설정 플로우 레이트는 설정 포인트에 대한 실제 플로우 레이트와 비교되어, 플로우 제어기에 대한 교정 포인트를 제공한다. 이러한 공정은 플로우 제어기의 동일한 설정 포인트 및 상이한 설정 포인트에서 반복될 수 있다.
상승률 기술은 주위 조건, 즉, 비가열 조건에 있어서의 플라즈마 처리 챔버에서 수행된다. 그러나, 이 기술에 대한 측정 결과는 플라즈마 처리 챔버의 온도에 의해 영향받는다. 따라서, 이 기술은, 챔버가 가열되고 챔버에 기판이 포함되지 않은 경우, 가스 플로우 레이트를 측정하는데 완전하게는 만족적이지 않은 것으로 판정되었다. 또한, 상승률 기술은, 챔버가 가열 조건에 있기 때문에 실제 플라즈마 처리 공정 동안 가스 플로우 레이트를 능동적으로 추적하는데 완전하 게는 만족적이지 않은 것으로 판정되었다.
상승률 기술을 수행하기 위해, 챔버가 가열 조건에서 동작한 경우, 예를 들어, 상부 전극 및/또는 하부 전극이 가열되었던 경우, 플라즈마 처리 챔버는 먼저 주위 온도로 냉각된다. 통상적으로, 챔버 내에서 주위 온도 조건에 도달하는 데에는 수시간이 소요될 수 있다. 또한, 테스트 시간은 소정의 가스에 대해 약 5 분/설정 포인트만큼 클 수 있다. 선택된 설정 포인트에서 다수의 측정값들을 평균화함으로써 이 기술의 정확도가 개선되기 때문에, 특정 레벨의 정확도를 보장하기 위해 충분한 횟수의 측정을 수행하는 총 테스트 시간은 중요할 수 있다. 이 테스트 시간은 챔버의 비사용 시간에 기여한다. 또한, 챔버 온도의 순환은 챔버에 입자를 생성할 수 있다. 이러한 입자는 챔버에서 처리되는 기판을 오염시키고 처리 수율을 감소시킨다.
전술한 고려사항의 관점 및 기타 관점에서, 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법이 제공된다. 이 방법의 실시형태들은 임의의 챔버 온도 조건에서 상당히 정확한 가스 플로우 레이트 측정값을 바람직하게 제공할 수 있다.
여기서는, 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 하나의 바람직한 실시형태를 "차동 플로우" 방법이라 칭한다. 이 방법에서는, 플로우 제어기가 상이한 설정 포인트들에서 동작되고, 이러한 설정 포인트 각각에 대해 업스트림(upstream) 오리피스 압력이 측정된다. 측정된 업스트림(upstream) 오리피스 압력은 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법에 참조되어 상이한 설정 포인트에 대한 대응하는 실제 가스 플로우 레이트를 결정한다. 바람직하게는, 보조 플로우 확인 측정 및 업스트림(upstream) 오리피스 압력 측정 모두가 주위 온도인 챔버 조건에서 수행된다. 또한, 챔버 기반 보조 플로우 확인 측정은, 플로우 제어기가 소망하는 동작 파라미터 및 정확도 내에서 동작하고 있는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 차동 플로우 방법에서는, 플로우를 확인하기 위해 챔버의 임의의 온도 조건에서 획득될 수 있는 후속적으로 측정된 업스트림(upstream) 오리피스 압력과의 차동 비교로서, 주위 온도 조건에서 수행된 업스트림(upstream) 오리피스 압력 측정값이 사용된다.
여기서는, 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 플로우를 확인하는 방법의 또 다른 바람직한 실시형태를 "절대 플로우" 방법이라 칭한다. 차동 플로우 방법과는 달리, 절대 플로우 방법은 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법을 수행하는 단계에 의존하지 않는다. 절대 플로우 방법에서는, 플로우 제어기에 의해 오리피스 어레이 중 하나의 오리피스에 공급되는 가스의 플로우 레이트가 측정될 선택된 가스의 몇몇 파라미터들은 공지의 값 및/또는 계산된 값으로부터 미리 결정되고; 오리피스 개구부 사이즈는 미리 측정될 수 있고; 가스의 다른 파라미터들은 가스가 플로우 제어기로부터 오리피스를 통해 선택된 설정 포인트에서 흐르는 동안 측정된다. 미리 결정된 값 및 측정된 값은 오리피스를 통한 실제 가스 플로우 레이트를 결정하는데 사용된다. 또한, 이 방법에서는, 임의의 시간 및 임의의 챔버 조건에서 임의의 플로우 제어기 설정 포인트로 흐를 수 있다.
가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 실시형태는 플라즈마 처리 챔버에 처 리 가스를 공급하도록 구성된 다양한 가스 공급 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 시스템은 챔버의 하나 이상의 영역에 상이한 처리 가스 및 상이한 플로우 레이트 비의 처리 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급 시스템은 플라즈마 처리 챔버와 유체 연통되어 접속되고, 상이한 가스 화학물을 공급하고, 그리고/또는 플라즈마 처리 공정 동안 챔버 내의 하나 이상의 영역에 상이한 플로우 레이트의 가스 화학물을 공급하도록 구성된다.
플라즈마 처리 챔버는 임의의 적절한 타입의 플라즈마 반응기일 수 있다. 플라즈마 처리 챔버는, 플라즈마를 생성하기 위해 RF 에너지, 자기장, 마이크로파 등을 사용하는 에너지 소스를 포함하는 저밀도, 중간밀도, 또는 고밀도 플라즈마 반응기일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리 챔버는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하는 평행판의 용량적 RF 에칭 챔버일 수 있다. 이러한 타입의 예시적인 플라즈마 반응기는, 캘리포니아 프리몬트에 위치한 램리써치사의 상표 2300 "EXELAN", 2300 "EXELAN FLEX" 및 2300 "EXELAN FLEX45" 로 판매되는 유전체 에칭 챔버이다. 또 다른 예로서, 플라즈마 처리 챔버는, 헬리콘, 나선 반응기 및 RF 안테나와 같은 유도 결합 RF 소스 및 주입기 가스 피드를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 유도 결합 플라즈마 반응기는 램리써치사의 상표 2300 "VERSYS" Silicon, 2300 "VERSYS" Metal 및 2300 "VERSYS KIYO" 로 판매되고 있다.
도 1 은 예시적인 반도체 재료 플라즈마 처리 장치 (10) 를 도시한다. 플라즈마 처리 장치 (10) 는 플라즈마 처리 챔버 (12) 및 이 챔버와 유체 연통된 가스 공급 시스템 (100) 을 포함한다. 플라즈마 처리 챔버 (12) 는 플라즈마 처리 동안 기판 (16) 을 지지하기 위한 기판 지지부 (14) 를 포함하는 내부구조를 갖는다. 기판 지지부 (14) 는, 처리 동안 기판 지지부 (14) 상에 기판 (16) 을 클램핑하도록 구성되는 정전 척 (18) 과 같은 클램핑 디바이스를 포함한다. 기판은, 포커스 링 및/또는 에지 링, 그라운드 연장부, 또는, 본 명세서에 그 전체가 참조로 통합된 공동 소유 미국 특허 공개 공보 제 2003/0029567 호에 개시된 부품과 같은 기타 부품들에 의해 둘러싸일 수 있다.
기판 (16) 은 실리콘 웨이퍼와 같은 기본 재료; 기본 재료 상에서, 예를 들어, 에칭과 같이 처리될 재료의 중간층; 중간층 상의 마스크층을 포함할 수도 있다. 기판은, 기본 재료 상에 형성되는 반도체 디바이스의 타입에 따라, 기본층과 마스크층 사이에 도체, 유전체 또는 반도체 재료의 추가층을 포함할 수 있다. 중간층은 도체, 유전체 또는 반도체 재료일 수도 있다. 마스크층은, 중간층 및/또는 하나 이상의 다른 층에서, 예를 들어, 홀, 비어 및/또는 트렌치와 같은 소망하는 피쳐를 에칭하기 위한 개구부 패턴을 갖는 패터닝된 포토레지스트 재료일 수 있다.
처리될 수 있는 예시적인 유전체 재료로는, 불화된 실리콘 옥사이드와 같은 도핑된 실리콘 옥사이드; 실리콘 디옥사이드와 같은 도핑되지 않은 실리콘 옥사이드; 스핀온 글라스; 실리케이트 글라스; 도핑되거나 도핑되지 않은 열 (thermal) 실리콘 옥사이드; 및 도핑되거나 도핑되지 않은 TEOS 증착 실리콘 옥사이드가 포함되지만 이에 한정되지는 않는다. 유전체 재료는, 유기 및 무기의 로우-K 재료를 포함하는 로우-k 재료일 수 있다. 이러한 유전체 재료는, 다결정 실리콘과 같은 도체 또는 반도체 재료층; 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴 및 그들의 합금과 같은 금속; 티타늄 니트라이드와 같은 니트라이드; 및 티타늄 실리사이드, 텅스텐 실리사이드 및 몰리브덴 실리사이드와 같은 금속 실리사이드 상에 존재할 수 있다.
도 1 에 도시된 예시적인 플라즈마 처리 챔버 (12) 는, 플라즈마 챔버의 벽을 형성하는 지지판 (20) 을 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리, 및 지지판 (20) 에 부착된 샤워헤드 (22) 를 포함한다. 배플 어셈블리가 샤워헤드 (22) 와 지지판 (20) 사이에 위치되어, 샤워헤드 (22) 의 백사이드 (28) 에 처리 가스를 균일하게 분배한다. 배플 어셈블리는 하나 이상의 배플판을 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 배플 어셈블리는 3 개의 배플판 (30A, 30B 및 30C) 을 포함한다. 배플판 (30A, 30B 및 30C) 사이; 및 배플판 (30C) 과 샤워헤드 (22) 사이에 개방된 플레넘 (plenum; 48A, 48B 및 48C) 이 규정된다. 배플판 (30A, 30B 및 30C) 및 샤워헤드 (22) 는 플라즈마 처리 챔버 (12) 의 내부구조로 처리 가스를 흐르게 하는 관통 경로를 포함한다.
이 실시형태에서, 판 (20) 과 배플판 (30A) 사이의 플레넘, 및 배플판 (30A, 30B 및 30C) 사이의 플레넘 (48A, 48B 및 48C) 은 O-링과 같은 밀봉재 (38a, 38b 및 38c) 에 의해 내부 영역 (42) 과 외부 영역 (46) 으로 분할된다. 내부 영역 (42) 및 외부 영역 (46) 에는, 바람직하게는 제어부 (500) 의 제어하에, 가스 공급 시스템 (100) 에 의해 상이한 각각의 가스 화학물 및/또는 플로우 레이트를 갖는 처리 가스가 공급될 수 있다. 가스는 내부 영역 가스 공급원 (40) 으로부터 내 부 영역 (42) 으로 공급되고, 외부 영역 가스 공급원 (44) 으로부터 환형 채널 (44a) 로 공급된 후 외부 영역 (46) 으로 공급된다. 처리 가스는 배플판 (30A, 30B 및 30C) 및 샤워헤드 (22) 의 경로를 통해 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 흐른다.
기판 지지부 (14) 의 전극을 구동하는, 예를 들어, 2 개의 전원과 같은 하나 이상의 RF 전원, 또는 RF 소스 구동 전극 (22) 과 같은 전원에 의해 처리 가스에 전압이 공급되어 플라즈마 처리 챔버 (12) 에서 플라즈마를 생성한다. 상이한 주파수를 제공할 수 있는 RF 소스 및 기판 지지부 (14) 에서 전극을 구동하기 위한 다수의 RF 소스를 포함함으로써, 리턴 경로를 제공하는 상부 전극과 함께 전극 및 정전 척을 통합하는 기판 지지부 (14) 에 다수의 주파수가 인가될 수 있다. 다른 방법으로, 듀얼 주파수 플라즈마 반응기에서는, 샤워헤드 전극과 같은 전극 및 기판 지지부에 상이한 주파수가 인가될 수 있다.
플라즈마 처리 챔버 (12) 에서는, 바람직한 처리 효율 및 에칭 균일성을 달성하기 위해, 상부 전극과 하부 전극 사이의 플라즈마 제한 영역 내에 플라즈마가 제한될 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 제한 링 어셈블리는, 각각 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합된 공동 소유 미국 특허 제 5,534,751 호; 제 5,998,932 호; 제 6,019,060 호; 제 6,178,919 호 및 제 6,527,911 호에 개시되어 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 가스 공급 시스템 (100) 의 실시형태는, 개별 처리 가스와 같은 상이한 가스 또는 2 이상의 처리 가스의 다양한 혼합물을 가스 공급부 (200) 의 플로우 확인부 (300) 의 다운스트림(downstream)에 공급하도록 구성되는 가스 공급부 (200) 를 포함한다. 플로우 확인부 (300) 는 각각 내부 영역 가스 라인 (40) 및 외부 영역 가스 라인 (44) 을 통해 플라즈마 처리 챔버 (12) 의 내부 영역 (42) 및 외부 영역 (46) 에 공급되는 처리 가스의 비율을 조절할 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 가스 공급 시스템 (100) 은 제어부 (500) 에 접속되는 것이 바람직하다. 제어부 (500) 는, 밸브, 플로우 제어기, 압력 센서 및 온도 센서를 포함하는, 가스 공급 시스템 (100) 의 플로우 제어 컴포넌트의 동작을 제어하여, 가스 공급부 (200) 에 의해 플로우 확인부 (300) 및 궁극적으로 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 공급되는 가스의 조성 및 비율, 및 플로우 경로에 대한 제어를 허용하도록 동작할 수 있는 것이 바람직하다. 제어부 (500) 는, 가스 공급 시스템 (100) 의 플로우 제어 컴포넌트를 제어하고, 여기서 설명하는 플로우 확인 방법의 단계에 대한 자동적 수행을 허용하기 위한 수치적 계산을 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 제어부 (500) 는, 플로우 제어 컴포넌트들의 제어를 제공하고, 그 컴포넌트들로부터 출력 신호를 수신하고, 방법 실시형태의 수행이 가능하도록 입력된 소정의 값 및 측정된 값을 사용하여 관련된 수치적 계산을 수행하는 적절한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있다.
제어부 (500) 는 플로우 확인 동안 이러한 동작을 수행하는 임의의 적절한 디바이스(들)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 임의의 컴퓨터 판독가능 매체에서 구체화될 수 있고, 또는, 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 포함 시스템 또는 명령을 검색하고 실행할 수 있는 기타 시스템에 접속되어 구체화 될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 이 시스템에 의한 사용 또는 이 시스템과 관련된 사용을 위한 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 수단일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 예를 들어, 전자적, 자기적, 광학적, 전자기적, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치 디바이스 또는 매체일 수 있다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 매체는 휴대용 컴퓨터 디스켓, 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 판독 전용 메모리 (ROM), 하드 디스크, 독립형 저장 디바이스 등을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 여기서 설명한 하나 이상의 플로우 확인 방법을 구현할 수 있다.
이 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는, 각각 상이한 가스 소스와 유체 연통될 수 있는 가스 라인 (202, 204, 206, 208, 210 및 212) 을 포함한다. 이와 같이, 가스 공급부 (200) 는 다수의 상이한 개별 처리 가스 및 처리 가스 혼합물을 플라즈마 처리 챔버 (12) 에 공급하여, 다수의 상이한 반도체 플라즈마 처리 공정이 챔버에서 실행되게 할 수 있다. 가스 공급 시스템 (100) 에 포함된 가스 소스의 수는 가스 소스의 임의의 특정한 수에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가스 공급부 (200) 는 도 2 에 도시된 실시형태와 같이 6 개의 가스 소스를 포함할 수도 있고, 다른 방법으로는 그 이상이거나 이하일 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부 (200) 는 2, 3, 4, 5, 10, 12, 16 또는 그 이상의 가스 소스를 포함할 수 있다. 각각의 가스 소스에 의해 공급될 수 있는 상이한 가스는, 가스상태의 플루오로카본 및/또는 플루오로하이드로카본 화합물과 같은 가스상태의 화합물뿐만 아니라, O2, Ar, H2, Cl2, N2, He, Ne 등과 같은 개별 기체를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 플라즈마 처리 챔버 (12) 는 에칭 챔버이고, 가스 소스는 CH3, CF4, C4F8, CH3F 및 CHF3 으로부터 선택된 2 개의 가스 및 Ar, O2, N2, Cl2 를 (임의의 적절한 순서로) 가스 라인 (202, 204, 206, 208, 210 및 212) 에 공급할 수 있다. 가스 공급부 (200) 의 각각의 가스 소스에 의해 공급되는 특정 가스는, 플라즈마 처리 챔버 (12) 에서 수행되는, 예를 들어, 특정한 건식 에칭 및/또는 재료 증착 프로세스와 같은, 특정한 플라즈마 처리 프로세스에 기초하여 선택될 수 있다. 그에 따라, 가스 공급부 (200) 는 이러한 프로세스를 수행하는데 사용할 수 있는 가스의 선택에 관하여 광범위한 다양성을 제공할 수 있다.
이 실시형태에서, 또한 가스 공급 시스템 (100) 은, 플라즈마 처리 챔버 (12) 에 공급되는 처리 가스의 조성을 조절할 수 있는 적어도 하나의 튜닝 가스를 공급하도록 구성된 튜닝 가스부 (400) 를 포함한다. 튜닝 가스는, 예를 들어, C4F8 과 같은 플루오로카본 또는 플루오로하이드로카본 가스인 반응성 가스, 아르곤 또는 He 와 같은 불활성 가스, 또는 O2 일 수 있다. 튜닝 가스부 (400) 는 튜닝 가스 소스와 연통되는 튜닝 가스 라인 (402) 을 포함한다.
이 실시형태에서, 플로우 제어기 (220) 는 가스 라인 (202, 204, 206, 208, 210 및 212, 214 및 216) 각각을 따라, 그리고 튜닝 가스부 (400) 의 가스 라인 (402) 을 따라 배열된다. 플로우 제어기 (220) 각각은 설정 플로우 레이트의 범위를 통해 관련 가스 소스로부터 챔버로 가스를 공급하도록 동작할 수 있다. 플로우 제어기 (220) 는 질량 플로우 제어기 (MFC) 인 것이 바람직하다. 플로우 제어기 (220) 각각은 유전체 에칭 애플리케이션에 대해 약 1 sccm 으로부터 약 2000 sccm 까지와 같은 가스 플로우 레이트의 소망하는 범위에서 공급하도록 선택될 수 있다.
이 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는, 펌프 퍼지 시스템 (가스 라인 (280 및 282)) 과 유체 연통되는 가스 라인 (281) 과 유체 연통된 가스 라인 (222, 224, 226, 228, 230, 232 및 234) 을 포함한다. 웨이퍼 처리 동안, 튜닝 가스부 (400) 는 튜닝 가스를 밸브 (340) 의 중심 영역 또는 에지 영역으로 공급한다. 또한, 튜닝 가스부 (400) 는, 시스템 관리 공정 동안 가스 플로우 확인을 위해 튜닝 가스를 매니폴드 (270) 에 직접 공급하도록 개방될 수 있다.
이 실시형태에서, 밸브 (240, 260) 는 가스 라인 (202, 204, 206, 208, 210, 212 및 402) 을 따라, 플로우 제어기 (220) 의 업스트림(upstream) 및 다운스트림(downstream)에 각각 위치된다. 밸브 (250) 는 가스 라인 (222, 224, 226, 228, 230 및 232) 을 따라 배열되고, 밸브 (262) 는 가스 라인 (234) 을 따라 배열된다. 밸브 (240, 260) 는 가스 매니폴드 (270) 로의 상이한 가스의 플로우를 제어하도록, 또는 가스 라인 (344 또는 348) 에 튜닝 가스를 추가하도록 선택적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 밸브 (250 및 260) 는 가스 라인 (202, 204, 206, 208, 210, 212 및 402) 을 펌프-퍼지하도록 선택적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 밸브 (240, 250 및 260) 는 제어부 (500) 의 자동 제어 하에 있을 수 있다.
예를 들어, 가스 소스 (202, 204, 206, 208, 210 및 212) 중 하나 이상과 관련된 밸브 (240, 260) 를 개방함으로써, 선택된 단일 가스 또는 가스 혼합물이 가스 매니폴드 (270) 에 공급될 수 있다. 그에 따라, 가스 공급부 (200) 의 제어된 동작에 의해, 다양한 개별 가스, 가스 혼합물 및 처리 가스의 질량 플로우 레이트가 매니폴드 (270) 에 공급될 수 있다. 가스 공급부는 제어부 (500) 의 제어 하에 있을 수 있다.
이 실시형태에서, 또한 가스 공급 시스템 (100) 은, 퍼지 가스를 가스 라인 (281) 을 통해 가스 라인 (232) 에 공급하거나; 가스 라인 (283) 을 통해 가스 매니폴드 (270) 에 공급하거나; 내부 영역 가스 라인 (40) 및/또는 외부 영역 가스 라인 (44) 을 통해 플라즈마 처리 챔버 (12) 에 공급하거나; 또는 진공 라인 (50) 을 통해 진공상태에 공급하는 퍼지 가스 라인 (280) 을 포함하는 퍼지 가스 공급원을 포함한다. 도시된 바와 같이, 밸브 (286, 290 및 298) 는 가스 라인 (282) 을 따라 배열되고; 밸브 (288) 는 가스 라인 (283) 을 따라 배열되고; 오리피스 (297) 및 밸브 (292) 는 가스 라인 (284) 을 따라 배열되고; 밸브 (296) 는 가스 라인 (285) 을 따라 배열되어, 퍼지 가스의 분배에 대한 선택적 제어를 제공한다. 이들 밸브는 제어부 (500) 의 자동 제어 하에 있을 수 있다.
이 실시형태에서, 플로우 확인부 (300) 는, 밸브 (320) 및 밸브 (320) 의 다운스트림(downstream)에 각각 배열된 오리피스 어레이 중 하나의 오리피스 (325, 326, 327, 328, 329 및 330) 를 각각 포함하는 가스 라인 (302, 304, 306, 308, 310 및 312) 을 포함한다. 가스 라인 (342) 은 가스 라인 (302, 304, 306, 308, 310 및 312) 과 상호접속된다. 밸브 (335) 는 가스 라인 (306, 346, 310, 312, 285 및 344) 을 따라 배열되고, 밸브 (340) 는 가스 라인 (346 및 348) 을 따라 배열된다.
플로우 확인부 (300) 에서, 오리피스 어레이 중 각각의 오리피스 (325 내지 330) 는 오리피스를 통한 가스 플로우에 대해 고정된 제한 사이즈, 즉, 고정된 가스 플로우 개구 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 오리피스 (325 내지 330) 는 가스 플로우를 제한하고, 각각의 오리피스의 업스트림(upstream)에 있는 각각의 가스 라인 (302, 304, 306, 308, 310 및 312)(또한, 가스 라인 (284) 을 따라 배열된 오리피스 (297) 일 수 있음) 및 그 근처에서 대략 일정한 가스 압력을 유지할 수 있다. 오리피스 (325 내지 330) 는, 가스 공급 시스템 (100) 이 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 흐르는 가스의 조성 및/또는 플로우 레이트를 변경하는 경우 가스 플로우에서 압력 서지 (surge) 및 플로우 불안정성을 완충할 수 있다. 오리피스 어레이 중 오리피스 (325 내지 330) 는, 예를 들어, 상이한 직경 또는 상이한 단면적과 같은 각각 상이한 단면 가스 제한 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 오리피스 (325, 326, 327, 328 및 329) 는 각각 0.007 인치, 0.010 인치, 0.015 인치, 0.020 인치, 0.030 인치의 직경을 가질 수 있고, 오리피스 (330) 는 0.030 인치의 직경을 가질 수 있다. 오리피스 (325 내지 330) 의 가스 제한 사이즈는 가스 공급 시스템 (100) 의 가스 라인의 가스 플로우 경로의 사이즈보다 작다.
오리피스는 처리 가스 플로우에 대한 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 제공하는 사이즈인 것이 바람직하다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 플로우 레이트 확인 동안, 오리피스 (325 내지 330) 를 통한 가스 플로우는 플로우 확인부 (300) 에서 결정적인 비스코스 플로우(viscous flow) 영역에 존재하여, 다운스트림(downstream) 오리피스 압력을 결정해야할 필요없이 그 제한 사이즈 및 업스트림(upstream) 압력에 의해 결정될 소정의 오리피스 (325 내지 330) 의 플로우 전도성을 허용하는 것이 바람직하다.
플로우 확인부 (300) 의 오리피스 어레이 중 오리피스의 수는 도 2 에 도시된 바와 같은 6 개보다 많을 수도 있고, 또는 6 개 미만의 오리피스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 오리피스 (326, 328) 는, 2 개의 오리피스 (326, 328) 의 총 플로우 전도성과 대략 동일한 플로우 전도성을 제공하는 단일 오리피스에 의해 대체될 수 있고, 또는 오리피스 (329) 는 오리피스 (329) 의 플로우 전도성과 대략 동일한 총 플로우 전도성을 제공하는 2 이상의 오리피스에 의해 대체될 수 있다.
각각의 오리피스 (325 내지 330) 의 업스트림(upstream)에 위치된 밸브 (320) 는 가스 공급부 (200) 로부터의 처리 가스 플로우를 제어한다. 밸브 (320) 중 하나 이상이, 관련 오리피스 (325 내지 330) 중 하나 이상에 가스의 플로우를 허용하도록 개방될 수 있다. 가스 라인 (306, 346, 310 및 312) 에 따라 배열된 밸브 (335) 의 선택적 제어에 의해, 처리 가스가 외부 영역 가스 라인 (44) 및 내부 영역 가스 라인 (40) 에 선택된 플로우 비율로 공급될 수 있다. 예를 들어, 0 ~ 100% 의 처리 가스 플로우가 내부 영역 가스 라인 (40) 또는 외부 영역 가스 라인 (44) 에 공급되는 반면, 100% ~ 0 의 처리 가스의 가스 플로우가 내부 영역 가스 라인 (40) 및 외부 영역 가스 라인 (44) 의 나머지에 공급된다. 그에 따라, 내부 영역 (40) 및 외부 영역 (44) 으로의 처리 가스 플로우는 다양한 기판 처리 공정에 대해 설계될 수 있다.
도 3 은, 가스 라인 (522) 을 통해 업스트림(upstream) 가스 공급부 (520) 와 유체 연통되고, 가스 라인 (570) 을 통해 다운스트림(downstream) 플라즈마 처리 기판 (580) 과 유체 연통되는 플로우 확인부 (540) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 플로우 확인부 (540) 는, 각각 밸브 (550) 및 오리피스 (560, 562, 564, 566 및 568) 를 포함하는 가스 라인 (540, 542, 544, 546 및 548) 을 포함한다. 가스 라인 (538) 은 가스 라인 (540, 542, 544, 546 및 548) 과 상호접속된다.
플로우 제어부 (540) 는, 각각 가스 라인 (530, 532) 을 통해 가스 라인 (538) 과 유체 연통되는 압력 센서 (526, 528) 를 포함한다. 밸브 (534, 536) 는 가스 라인 (530, 532) 을 따라 배열된다. 압력 센서 (526, 528) 는 상이한 가스 압력 범위를 측정할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서 (526) 는 약 500 Torr 까지의 압력을 측정할 수 있고, 압력 센서 (528) 는 약 50 Torr 까지의 압력을 측정할 수 있다. 압력 센서 (526, 528) 는 제어부의 제어 하에 있는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서는, 가스 공급부 (520) 의 플로우 제어기로부터 공급된 설정 가스 플로우 레이트에 대해 각각의 오리피스 (560, 562, 564, 566 및 568) 중 하나에 대한 예측된 업스트림(upstream) 가스 압력에 기초하여, 압력 센서 (526 또는 528) 가 관련 밸브 (534 또는 536) 각각의 개방에 의해 업스트림(upstream) 가스 압력을 감지하도록 동작한다. 가스 공급부 (520) 로부터 공급되는 가스의 가스 온도는 온도 센서 (524) 에 의해 측정된다. 압력 센서 (526, 528) 및 온도 센서 (524) 는 업스트림(upstream) 오리피스 압력 및 가스 온도가 플로우 제어부 (540) 에서 결정되도록 제어부에 신호를 공급하도록 동작할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 시스템으로의 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 일 실시형태는 "차동 플로우 방법" 이다. 이 방법에서는, 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법이 사용되어, 가스 공급 시스템 (100) 에 의해 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 공급되는 처리 가스의 실제 플로우 레이트를 결정한다. 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법은 상승률 방법인 것이 바람직하다. 이 방법에서는, 소정의 가스 용량 (체적) 을 갖는 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 가스가 흐르고, 챔버에서 관련 압력 증가율이 측정된다. 대부분의 가스의 동작은:
(1) PV = nRT
와 같은 이상 기체 법칙에 의해 설명될 수 있다. 식 (1) 에서, V 는 가스 체적이고, n 은 가스의 몰수이고, R 은 보편 기체 상수 (8.3 J·K-1·mol-1) 이고, T 는 가스 온도이다. 압력 증가율 △P/△t 가 측정되고, 챔버 내 가스량의 증가율 △n/△t 가 계산되어 가스의 플로우 레이트로 변환된다. 높은 플로우에서 비이상적으로 동작하는 가스에 대해 식 (1) 에 압축률 보정이 행해진다.
도 2 를 참조하면, 플로우 제어기 (220) 는 플로우 제어기에 대한 실제 가스 플로우 레이트와 설정 가스 플로우 레이트 사이의 관계를 결정하기 위해 상승률 기술에 의해 테스트될 수 있다. 예를 들어, 가스 라인 (202) 을 따라 배열된 플로우 제어기 (220) 를 테스트하기 위해, 가스 라인 (202) 을 따라 배열된 밸브 (240) 는 개방되는 반면, 가스 라인 (204, 206, 208, 210, 212 및 402) 을 따라 배열된 밸브 (250 및 240) 는 폐쇄된다. 가스 라인 (202) 을 따라 배열된 밸브 (260) 는 개방되는 반면, 가스 라인 (204, 206, 208, 210, 212 및 402) 을 따라 배열된 밸브 (260) 는 폐쇄된다. 가스는 가스 라인 (202) 으로부터 플로우 제어기 (220) 를 통해 플로우 확인부 (300) 의 오리피스 (325 내지 330) 중 하나로 흐르고, 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 흐른다. 예를 들어, 오리피스 (325) 를 통해 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 가스를 흐르게 하기 위해, 가스 라인 (302) 을 따라 배열된 밸브 (320) 는 개방되고, 가스 라인 (304 내지 312) 을 따라 배열된 밸브 (320) 는 폐쇄된다. 예를 들어, 플로우 제어기 (220) 가 200 sccm 의 100% 플로우 레이트를 가지는 것으로 가정하면, 풀 스케일 (예를 들어, 200 sccm) 의 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 및 100% 의 설정 포인트에서와 같이, 플로우 제어기 (220) 의 범위 내의 2 이상의 설정 포인트에서 상승률 측정값이 취해질 수 있다. 정확성 증가를 위해, 이들 설정 포인트들 중 하나 이상에서 예를 들어, 2, 3, 또는 그 이상의 측정값과 같은 다수의 가스 플로우 레이트 측정값이 취해질 수 있다. 테스트된 플로우 제어기 (220) 의 설정 포인트에 따라, 가스는 그 가스 플로우 레이트에 대해 오리피스 (325 내지 330) 중 적절한 하나로 흐른다. 오리피스는 플로우 제어기에 의해 공급되는 특정한 가스 플로우 레이트에 대해 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 생성하도록 선택된다. 오리피스 선택은 이러한 오리피스 선택을 수행하기 위한 적절한 소프트웨어를 포함할 수 있는 제어부 (500) 에 의해 행해질 수 있는 것이 바람직하다.
상승률 측정 결과는, 플로우 제어기를 교정하기 위해 설정 플로우 레이트와 실제 플로우 레이트 사이의 관계식을 결정하는데 사용된다. 비이상 기체 동작의 압축률 효과를 설명하기 위한 보정이 이러한 관계식에 통합된다. 그 관계식은,
(2) QA = A(QS)2 + B(QS) + C
의 예시적인 형태를 가질 수 있다. 식 (2) 에서, QA 는 실제 플로우 레이트이고, QS 는 설정 플로우 레이트이고, A, B 및 C 는 데이터의 2 차 피트 (quadratic fit) 로부터 결정되는 상수이다. 이 계산은 제어부 (500) 에 의해 수행될 수 있다. 낮은 플로우의 다양한 가스 (예를 들어, SiCl4, HBr 및 Cl2) 는 플로우 에러에서 상당한 오프셋을 나타낼 수 있고, 높은 플로우의 다양한 가스는 플로우 에러에서 비선형 압축률 오프셋을 나타내기 때문에, 2 차 데이터 피트는 바람직하다. 이러한 에러는 설정 플로우 레이트와 실제 플로우 레이트 사이의 임의의 관계를 비선형이 되게 할 수도 있다. 비선형 2 차 피트는 이러한 에러를 고려한 것으로 신뢰된다. 플로우 제어기가 대체되면, 교정이 재수행된다. 그에 따라, 플로우 제어기가 실제 기판 처리에 사용되기 전에 교정이 수행되는 것이 바람직하다.
플로우 제어기에 대한 설정 포인트의 10% 내지 100% 의 범위에 대한 실제 플로우 레이트 대 설정 플로우 레이트의 예시적인 커브가 도 4 에 도시되어 있다.
플라즈마 처리 챔버 (12) 는 각각의 상승률 측정 동안 주위 온도인 것이 바 람직하다. 예를 들어, 상부 전극 및 하부 전극의 온도는 약 20℃의 온도로 설정될 수 있고, 플라즈마 처리 챔버 (12) 는 챔버를 주위 온도까지 냉각시키기 위해 유휴 상태가 되는 것이 허용될 수 있다. 플라즈마 처리 챔버 (12) 는 유휴 조건에서 예를 들어 1 밀리토르 이하의 압력으로 유지될 수 있다. 바람직하게는, 챔버가 주위 온도 조건에 도달할 수 있도록, 상부 전극 및 하부 전극에 대한 선택적인 가열 및 냉각 시스템이 턴오프되고, 챔버가 적어도 2 시간 동안, 더 바람직하게는 적어도 12 시간 이상 동안 유휴 상태가 되는 것이 허용된다.
설정 가스 플로우 레이트와 실제 가스 플로우 레이트 사이의 관계를 결정하기 위해 가스 공급 시스템 (100) 의 플로우 제어기 (220) 각각에 대해 상승률 측정이 수행될 수 있다. 소정의 플로우 제어기 (220) 에 대해, 오리피스 어레이 중 상이한 오리피스들이 가스 플로우의 풀 스케일을 측정하는데 개별적으로 사용될 수 있다.
이 실시형태에서는, 업스트림(upstream) 오리피스 압력이, 동일한 가스를 사용하여 상승률 기술에 의해 결정된 플로우 제어기(들)의 설정 포인트 각각에 대해 측정된다. 플로우 확인 방법의 지속기간을 감소시키기 위해, 가스가 상승률 측정 동안 챔버로 흐르는 동안 업스트림(upstream) 오리피스 압력이 측정될 수 있다.
차동 플로우 방법의 또 다른 실시형태에서는, 상승률 측정 동안 가스 플로우가 수행된 후, 동일한 가스가 동일한 설정 포인트에서 동일한 플로우 제어기 (220) 로부터 흐른다. 즉, 가스가 상승률 측정을 위해 플라즈마 처리 챔버로 흐를 때에는 설정 포인트에 대한 압력 측정값이 취해지지 않는다. 업스트림(upstream) 오리피스 압력은 압력이 안정화되면 측정된다. 플로우 제어기 드리프트 효과를 최소화하기 위해, 예를 들어, 상승률을 측정하는 약 30 분 내에 상승률 측정이 수행된 직후 압력 측정값이 취해지는 것이 바람직하다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 용량적 압력계와 같은 압력 센서 (350) 가 가스 라인 (302, 304, 306, 308, 310 및 312) 각각에 유체 연통되어 배열된다. 압력 센서 (350) 는, 가스가 오리피스를 통해 흐르는 경우, 각각의 오리피스 (325 내지 330) 에 대한 업스트림(upstream) 가스 압력을 측정하도록 동작할 수 있다. 압력 센서 (350) 는 업스트림(upstream) 오리피스 압력을 측정할 수 있는 적절한 압력 측정 범위를 가질 수 있다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 가스는 풀 스케일의 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 및 100% 의 설정 포인트에서 가스 라인 (202) 을 따라 배열된 플로우 제어기 (220) 로부터 플라즈마 처리 챔버 (12) 로 흐를 수 있다. 플로우 제어기 (220) 의 설정 포인트에 따라, 가스는 오리피스 (325 내지 330) 중 적절한 하나로 흐른다. 상이한 설정 포인트에 대한 오리피스 선택은, 미리 결정된 정보, 측정된 정보 및/또는 계산된 정보를 사용하여, 제어부 (500) 에 의해 자동적으로 행해질 수 있다.
소정의 플로우 제어기 (220) 및 가스에 대해, 측정된 가스 압력은 설정 플로우 레이트 각각에 대한 측정된 가스 압력 및 그 설정 플로우 레이트에 기초하여 플로우 제어기 (220) 에 대한 경험칙 팩터를 결정하는데 사용된다. 소정의 플로우 제어기 및 소정의 오리피스에 대한 설정 플로우 레이트와 업스트림(upstream) 압력 사이의 관계식은,
(3) QS,O = AO(PO)2 + BO(PO) + CO
로 결정될 수 있다. 식 (3) 에서, QS,O 는 설정 플로우 레이트이고, PO 는 오리피스의 업스트림(upstream) 압력이고, AO, BO 및 CO 는 데이터의 2 차 피트로부터 결정되는 특정 가스 및 오리피스에 대한 상수이다. 압력 대 설정 플로우 레이트간의 관계는 전이 (넌-비스코스) 상태의 가스 플로우에 의해 또는 가스 압축률에 의해 영향받을 수도 있다. 식 (3) 의 비선형 2 차 피트는 이러한 에러를 고려한 것으로 신뢰된다. 상수 AO, BO 및 CO 는 소정의 플로우 제어기가 대체되는 경우 재사용될 수 있다.
플로우 제어기에 대한 설정 포인트의 10% 내지 100% 범위에 대한 3 개의 상이한 오리피스에 대한 업스트림(upstream) 오리피스 압력 대 설정 플로우 레이트간의 예시적인 커브 A, B 및 C 가 도 5 에 도시되어 있다. 커브 A 와 B (30% 내지 40% 의 설정 포인트 사이) 및 커브 B 와 C (60% 내지 80% 의 설정 포인트 사이) 사이에는 오버랩이 존재한다. 이 커브에 기초하여, 오리피스 A 는 (오리피스 B 보다 더 높은 감도에 기인하여) 10% 내지 40% 플로우에 대해 사용되는 것이 바람직하고, 오리피스 B 는 (오리피스 C 보다 더 높은 감도에 기인하여) 40% 내지 80% 플로우에 대해 사용되는 것이 바람직하고, 오리피스 C 는 80% 내지 100% 플로우에 사용되는 것이 바람직하다.
상승률 기술에 의해 결정된 실제 가스 플로우 레이트 측정값 및 플로우 제어기에 대한 상이한 설정 포인트에 대한 측정된 가스 압력은 각각의 플로우 제어기에 대한 경험칙 팩터를 계산하는데 사용될 수 있다. 오리피스를 통한 가스의 비스코스 플로우(viscous flow)는 식 (4) 에 의해 표현될 수 있다. 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합된 A. Roth 의 Vacuum Technology, Elsevier, P.69, 1990 참조.
(4)
Figure 112008010453791-pct00004
이 식에서, Q 는 오리피스를 통한 가스 플로우 레이트이고, A 는 오리피스의 플로우 단면적이고, P1 은 업스트림(upstream) 압력이고, P2 는 다운스트림(downstream) 압력이고, R0 는 보편 기체 상수이고, T 는 가스 온도이고, M 은 가스의 분자량이다.
또한, 식 (4) 에서,
(5)
Figure 112008010453791-pct00005
이고, CP 및 CV 는 각각 일정한 압력 및 체적에서 가스의 비열이다.
오리피스를 통한 쵸킹된 소닉 플로우 또는 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow)에서, 업스트림(upstream) 오리피스 압력 P1 은 다운스트림(downstream) 압력 P2 에 대해 독립적이다. 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건에서, P2/P1 의 압력 비율은 이하 식 (6) 에 의해 표현될 수 있다. Roth, Vacuum Technology, 72 페이지 참조.
(6)
Figure 112008010453791-pct00006
rC 미만인 P2/P1 비율에 대해서는, P2 변량이 오리피스를 통한 플로우를 변화시키지 않는다.
절대 플로우 확인에 있어서,
(7)
Figure 112008010453791-pct00007
이 적용되고, Ka 는 절대 플로우 경험칙 팩터이다. Ka 는 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건으로부터의 가스 플로우에서의 변량, 비이상 기체 압축률, 및 효과적인 오리피스 영역 대 다양한 가스 및 플로우에 대한 물리적 오리피스 영역을 결정하는 오리피스 방출 팩터를 설명할 수 있다.
차동 플로우 확인에 있어서는,
(8) Q = KdP1
이 적용된다. 식 (8) 에서, Kd 는 플로우 제어기에 대한 P1 대 Q 의 2 차 커브와 동일한 차동 플로우 경험칙 팩터이다. Kd 는 플로우 확인부 (300) 의 각각의 플로우 제어기, 가스 및 오리피스에 대해 결정되는 것이 바람직하다. Kd 는, 예를 들어, 플로우 제어기의 풀 스케일의 10% 증분으로 10 개의 설정 포인트에서 (예를 들어, 풀 스케일의 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 및 100% 에서) 플로우 제어기의 다수의 설정 포인트를 사용하여 결정되는 것이 바람직하다. Kd 는 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건으로부터의 가스 플로우에서의 변량, 비이상 기체 압축률, 및 다양한 가스 및 플로우에 대한 효과적인 오리피스 영역 대 물리적 오리피스 영역을 결정하는 오리피스 방출 팩터를 설명할 수 있다. Kd 가 결정되면, 플로우 제어기에 대한 설정 포인트를 선택하고, 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 달성하기 위해 그 가스 플로우 레이트에 대한 적절한 오리피스를 통해 가스를 흐르게 하면서 P1 을 측정함으로써, 소정의 플로우 제어기가 확인될 수 있다.
소정의 플로우 제어기, 가스 및 오리피스에 대해 업스트림(upstream) 오리피스 압력과 실제 가스 플로우 레이트 사이의 관계가 확립되면, 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법이 반복될 필요가 없다. 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법은, 상이한 플로우 제어기 및/또는 상이한 가스 조성이 사용되는 경우 반복되는 것이 바람직하다. 식 (8) 을 사용하면, 플로우 레이트 측정이 챔버 외부에서 행해지고, 그 결과, 챔버 조건에 의존하지 않기 때문에, 플라즈마 처리 챔버 온도에 무관하게, 플로우 제어기 및 가스에 대한 후속적인 가스 플로우 레이트 측정이 임의의 시간에 행해질 수 있다. 따라서, 후속적 가스 플로우 레이트 측정은, 예를 들어, 반도체 기판의 플라즈마 처리 이전에 또는 처리 동안, 챔버의 주위 온도에서 또는 챔버의 증가된 온도에서 행해질 수 있다. 또한, 가스 플로우 레이트 측정은 챔버 표면상의 폴리머 증착 빌드업으로 행해질 수 있다. 이 실시형태에서는, 고려될 실질적인 챔버 관련 프로세스 시프트가 존재하지 않는다. 또한, 차동 플로우 방법 및 절대 플로우 방법 모두는 시스템 실시간 전이 가스 플로우 레이트값을 제공할 수 있다.
차동 플로우 확인 방법에서 사용되는 경우, 도 2 에 도시된 가스 공급 시스템의 실시형태는 통상적으로 다음의 정확도 및 정밀도값: 5 sccm 초과의 가스 플로우에서 ±6% 이하, 1 내지 5 sccm 의 가스 플로우에서 ±10% 이하의 정확도, 5 sccm 초과의 가스 플로우에서 ±1% 이하, 1 내지 5 sccm 의 가스 플로우에서 ±4% 이하의 정밀도 (즉, 측정 반복성) 을 제공할 수 있다. 그러나, 상승률 방법의 조합된 에러 및 MFC 성능은 통상적으로 5% 만큼 높다. 더 정확한 플로우 확인은 절대 플로우 방법을 사용함으로써 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 차동 플로우 방법 및 절대 플로우 방법은 오리피스 어레이 중의 오리피스들을 통한 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 낮은 가스 플로우 레이트에서, 오리피스 어레이 중 임의의 하나의 오리피스를 통해 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 달성하는 것은 어려울 수 있다. 또한, 이러한 낮은 플로우 레이트에서는, 더 높은 플로우 레이트에 비해 압력 측정 정확도가 감소될 수 있다. 예를 들어, 약 10 sccm 미만의 설정 가스 플로우 레이트에서 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 달성하고 플로우 레이트를 정확하게 측정하는 것은 어려울 수도 있다.
낮은 플로우 레이트에서 플로우 제어기로부터 오리피스 어레이로 공급되는 다른 가스에 대해 가스 플로우 레이트 측정의 정확도를 향상시키기 위해, 제 2 가스 또는 "캐리어 가스" 가 사용될 수 있음이 판정되었다. 따라서, 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 플로우를 확인하는 방법의 또 다른 바람직한 실시형태에서는, 2 개의 플로우 제어기 각각으로부터 가스 공급 시스템의 오리피스 어레이로 2 개의 상이한 가스가 동시에 흐른다. 오리피스 어레이에 가스의 혼합물이 흐르도록, 가스들은 오리피스 어레이의 업스트림(upstream)에서 조합된다. 가스 혼합물의 제 1 가스 또는 "시드 가스" 는, 오리피스 어레이 중 하나의 오리피스를 통한 플로우 레이트가 확인될 가스이다. 예를 들어, 시드 가스는 튜닝 가스부 (400) 에 의해 공급되는 튜닝 가스일 수 있다. 시드 가스는, 예를 들어, Ar, O2, N2, Cl2, CH3, CF4, C4F8, CH3F 또는 CHF3 일 수 있다. 통상적으로 시드 가스는 처리 가스 혼합물의 소수 부분을 구성하여 낮은 플로우 레이트를 갖는다. 가스 혼합물의 캐리어 가스는 시드 가스보다 더 높은 플로우 레이트로 흘러, 시드 가스의 플로우 레이트의 정확한 측정을 제공한다. 캐리어 가스의 조성은 특별히 제한되지는 않지만, 이상 기체의 성질을 나타내는 가스인 것이 바람직하다. 예를 들어, 캐리어 가스는 Ar, N2, He, Ne 등일 수 있다.
시드 가스는 플로우 제어기로부터 낮은 플로우 레이트로 흐른다. "낮은 플로우 레이트" 는, 오리피스 어레이 중 하나의 어레이를 통한 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건이 그 이상에서 생성될 수 있는 대략 최소의 플로우 레이트보다 적다. 시드 가스의 낮은 플로우 레이트에서, 시드 가스 플로우에 의해 생성되는 업스트림(upstream) 오리피스 압력은, 더 높은 가스 압력을 측정하도록 설계된 압력 센서에 의해 정확하게 측정될 정도로 충분히 높지 않을 수도 있다. 오리피스를 통한 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 조건을 생성할 정도로 충분히 높은 시드 가스의 플로우 레이트에서, 시드 가스 플로우에 대응하는 오리피스 업스트림(upstream) 압력은 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 시드 가스의 플로우 레이트를 정확하게 측정할 수 있기 위한 캐리어 가스의 추가는 필요하지 않다. 시드 가스보다 현저하게 높은 플로우 레이트로 흐르는 캐리어 가스와 시드 가스를 조합하여, 시드 가스가 오리피스를 통해 단독으로 흐르는 경우보다 오리피스의 현저하게 더 높은 압력 업스트림(upstream)을 생성함으로써, 업스트림(upstream) 오리피스 압력은, 시드 가스에 단독으로 기여하는 더 낮은 압력에서 덜 정확한 압력 센서로 정확하게 측정될 수 있다.
도 2 를 참조하면, 캐리어 가스는 가스 소스 (202, 204, 206, 208, 210 및 212) 중 하나로부터 흐를 수 있고, 시드 가스는 이들 가스 소스 중 또 다른 하나로부터 오리피스 (302, 304, 306, 308 및 312) 중 하나로 흐를 수 있다. 2 개의 가스는 오리피스의 가스 매니폴드 (270) 업스트림(upstream)에서 혼합된다. 오리피스의 가스 압력 업스트림(upstream)은 압력 센서 (350) 를 사용하여 측정된다.
이 실시형태에서, 가스 혼합물의 플로우 레이트는 차동 플로우 방법 또는 절대 플로우 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 차동 플로우 방법에 관하여, 캐리어 가스는 먼저 플로우 제어기로부터 오리피스 어레이 중 선택된 오리피스로 단독으로 흐르는 것이 바람직하다. 플로우 제어기의 선택된 설정 포인트에서 캐리어 가스의 실제 플로우 레이트는 상승률 기술과 같은 적절한 방법에 의해 결정될 수 있다. 캐리어 가스의 실제 플로우 레이트는 플로우 제어기의 적어도 2 개의 설정 포인트에 대해 결정된다. 그 후, 캐리어 가스의 플로우는, 어레이의 업스트림(upstream) 측에서 압력이 안정되도록 오리피스 어레이 후에 안정 상태에 도달하도록 허용된다. 그 후, 플로우 제어기의 동일한 설정 포인트가 캐리어 가스에 대해 흐르고, 대응하는 업스트림(upstream) 오리피스 압력이 측정된다. 실제 플로우 레이트 및 대응하는 업스트림(upstream) 오리피스 압력은 전술한 바와 같은 경험칙 팩터 K 를 결정하는데 사용될 수 있다.
그 후, 캐리어 가스와 시드 가스의 혼합물이 2 개의 상이한 플로우 제어기로부터 오리피스 어레이로 흐른다. 플로우 제어기의 동일한 설정 포인트가 캐리어 가스에 대해 흐르고, 다른 플로우 제어기의 선택된 설정 포인트가 시드 가스에 대해 흐른다. 안정 상태 플로우가 달성되면, 대응하는 업스트림(upstream) 오리피스 압력이 그 가스 혼합물에 대해 측정된다. 단독으로 흐르는 캐리어 가스에 비해, 가스 혼합물의 업스트림(upstream) 압력에서의 대응하는 증가는 시드 가스의 기여를 나타낸다. 시드 가스의 플로우 레이트는 이 압력 차이로부터 결정될 수 있다.
또 다른 실시형태에서는, 플로우 제어기의 고장을 검출하고, 새로 인스톨된 플로우 제어기가 정확하게 동작하고 있는지를 확인하기 위해 차동 플로우 방법이 사용될 수 있다. 오리피스 뱅크가 대체되는 경우, 그 대체된 오리피스 뱅크에 대해 압력 대 오리피스 관계를 재확립하는 것이 바람직한지 여부를 결정하기 위해 차동 플로우 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 오리피스 뱅크가 대체되는 경우, 그 플로우 제어기가 최후의 교정 후에 대체되지 않은 것으로 가정하면, 이전의 오리피스 뱅크에 비해 측정된 플로우에서 임의의 차이가 존재하는지 여부를 결정하기 위해 차동 플로우 방법이 수행될 수 있다. 측정된 플로우에서 변화가 없거나, 적합한 소수의 변화가 발견되면, 대체된 오리피스 뱅크의 재교정은 불필요하다.
전술한 바와 같이, 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법의 또 다른 바람직한 실시형태는 절대 플로우 방법이다. 이 방법은 비교의 포인트를 제공하기 위해, 상승률 방법과 같은 챔버 기반 보조 플로우 확인 방법을 사용하지 않는다. 절대 플로우 방법에서는, 테스트를 위해 오리피스의 1 회의 예비적 교정이 수행된다. 오리피스의 플로우 단면적의 직경은 약 0.00001 인치 (0.25 마이크론) 의 공차 내인 것이 바람직한, 소망하는 정확도 레벨로 측정된다. 또한, 가스 플로우는, 바람직하게는 0.5% 이하인 정확도 내의 실험실 세팅에서 정확하게 생성된다. 가스 플로우를 국제 표준으로 생성하기 위해 임의의 방법이 이용될 수 있다. 이 방법은, 압축률뿐만 아니라 이상 기체, 비이상 기체 동작에 기인한 효과들 및 기타 기체 효과를 설명한다. 실험실 세팅에서, Ka 에 대한 값은 모든 예측가능한 가스 및 플로우에 대해 계산된다. 그 후, 동일한 Ka 값이 모든 후속하는 절대 플로우 확인 하드웨어 세트에 대해 사용되고, 다시 결정될 필요가 없다. 이 프로세스는, 차동 플로우 확인 방법에 대해 사용되는 챔버 기반 레퍼런스 교정에 대한 의존성을 제거할 수 있다.
이 방법에서, 식 (7) 의 상수는 소정의 가스에 대한 공지된 값 및/또는 계산된 값으로부터 결정될 수 있다. 이 상수는 rc (각각의 가스에 대한 CP 및 CV 상수값으로부터 결정됨), R 및 M 을 포함한다.
이 방법에서, 업스트림(upstream) 오리피스 압력이 안정화되면, 식 (7) 의 변수 T1 및 P1 은, 가스가 플로우 제어기로부터 오리피스를 통해 설정 플로우 레이트로 흐르는 동안 가스 공급 시스템 (100) 에서 측정된다. 가스 온도 T1 은 가스 매니폴드 (270) 에서와 같은 가스 공급 시스템 (100) 의 임의의 적절한 위치에서, 또는 오리피스의 입구에 근접한 위치에서 측정될 수 있다. 열전대 (thermocouple), 저항 온도 검출기 (RTD) 등과 같은 임의의 적절한 온도 센서가 가스 온도를 측정하는데 사용될 수 있다.
식 (7) 우변의 변수 각각에 대해 결정된 값을 사용하여, 실제 플로우 레이트가 계산될 수 있다. 절대 플로우 방법에서는, 임의의 플로우 제어기 설정 포인트가 임의의 시간 및 임의의 챔버 온도 조건에서 흐를 수 있다.
도 2 에 도시된 가스 공급 시스템의 실시형태는, 절대 플로우 확인 방법에 사용되는 경우, 통상적으로 다음의 정확도 및 정밀도값: 5 sccm 초과의 가스 플로우에서 ±2% 이하, 1 내지 5 sccm 의 가스 플로우에서 ±5% 이하의 정확도, 5 sccm 초과의 가스 플로우에서 ±1% 이하, 1 내지 5 sccm 의 가스 플로우에서 ±4% 이하의 정밀도를 제공할 수 있다. 통상적으로 절대 플로우 방법은, Kd 를 계산하기 위한 상승률 방법에 의해 측정된 플로우 레이트값 (예를 들어, 약 3% 내지 5%) 보다 더 높은 정확도의 Ka (예를 들어, 약 0.5% 미만의 에러) 값에 기인하여 차동 플로우 방법보다 더 높은 레벨의 정확도를 제공할 수 있다.
도 3 에 도시된 가스 공급 시스템의 실시형태는, 절대 플로우 방법에 사용되는 경우, 통상적으로 다음의 정확도 및 정밀도값: 1 sccm 이하의 가스 플로우에 대 해 ±1.25% 이하의 정확도, 1 sccm 이하의 가스 플로우에 대해 ±0.5% 이하의 정밀도를 제공할 수 있다. 이 실시형태는 가스 플로우의 측정에만 전용되는 하드웨어를 이용할 수 있고, 또는 더 높은 정확도의 플로우 확인을 획득하기 위해 도 2 에 도시된 가스 공급 시스템의 실시형태의 변형된 구성에서 이용될 수 있다.
또 다른 실시형태에서는, 낮은 플로우 레이트로 흐르는 캐리어 가스와 시드 가스의 가스 혼합물을 사용하는 경우, 가스 플로우 레이트를 확인하기 위해 절대 플로우 방법이 사용될 수 있다. 이 실시형태에서, 가스 혼합물은 비스코스 플로우(viscous flow)에서 오리피스를 통해 소닉 또는 수퍼소닉으로 확장된다. 낮은 퍼센트의 시드 가스 성분이 캐리어 가스와 동일한 평균 속도를 갖도록 가속 또는 감속된다. 이 실시형태에서는, 시드 가스가 가스 혼합물의 적은 부분을 구성하기 때문에, 시드 가스의 물리적 파라미터로부터 가스 혼합물로의 기여는 식 (7) 을 사용하는 플로우 계산에서 무시될 수 있다고 가정된다. 즉, 식 (7) 에서, 파라미터 CP, CV 및 M 는 가스 혼합물에 대해서가 아닌, 캐리어 가스 단독에 대해 결정된다.
바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고, 전술한 형태와는 다른 특정한 형태로 본 발명을 구체화할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 바람직한 실시형태들은 예시적이며, 어떠한 방식으로든 제한적인 것으로 고려되어서는 안된다. 본 발명의 범주는 전술한 설명보다는 첨부한 청구항에 의해 부여되며, 청구항의 범위 내에 속하는 모든 변형물 및 균등물은 본 명세서에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (29)

  1. 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 처리 챔버로의 처리 가스 플로우 레이트를 확인하는 방법으로서,
    a) 제 1 플로우 제어기를 제 1 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 1 설정 플로우 레이트로 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 오리피스 어레이 중 제 1 오리피스를 통해 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 단계;
    b) 상기 제 1 플로우 제어기를 제 2 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 2 설정 플로우 레이트로 상기 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 상기 제 1 오리피스를 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 단계;
    c) 상기 제 1 플로우 제어기를 제 3 설정 포인트로 설정하고, 상기 제 1 플로우 제어기로부터 제 3 설정 플로우 레이트로 상기 가스를 흐르게 하여, 상기 가스가 상기 제 1 오리피스를 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르는 단계;
    d) 상기 제 1 설정 플로우 레이트, 상기 제 2 설정 플로우 레이트 및 상기 제 3 설정 플로우 레이트에 대하여, 상기 플라즈마 처리 챔버로의 가스의 실제 제 1 플로우 레이트, 실제 제 2 플로우 레이트 및 실제 제 3 플로우 레이트를 각각 측정하는 단계;
    e) 상기 제 1 설정 플로우 레이트, 상기 제 2 설정 플로우 레이트 및 상기 제 3 설정 플로우 레이트 각각에서 상기 제 1 오리피스의 가스 업스트림(upstream)의 압력을 측정하는 단계;
    f) 상기 실제 제 1 플로우 레이트, 상기 실제 제 2 플로우 레이트 및 상기 실제 제 3 플로우 레이트를 사용하여, 상기 제 1 설정 플로우 레이트, 상기 제 2 설정 플로우 레이트 및 상기 제 3 설정 플로우 레이트, 및 상기 제 1 오리피스에 대한 경험칙 (empirical) 팩터 Kd 를 결정하는 단계; 및
    g) 상기 f) 단계에 후속하여, 상기 제 1 플로우 제어기 또는 제 2 플로우 제어기로부터 상기 제 1 오리피스를 통해 선택된 설정 플로우 레이트로 상기 가스를 흐르게 하고, 상기 선택된 설정 플로우 레이트에서 상기 제 1 오리피스의 가스 업스트림의 압력을 측정하고, 상기 측정된 가스 압력 및 상기 제 1 오리피스에 대한 Kd 를 사용하여 상기 선택된 설정 플로우 레이트에서 상기 가스의 실제 플로우 레이트를 결정함으로써, 상기 제 1 플로우 제어기 또는 상기 제 2 플로우 제어기로부터 상기 플라즈마 처리 챔버로의 가스의 플로우 레이트를 확인하여, 상기 제 1 플로우 제어기 또는 상기 제 2 플로우 제어기의 동작을 확인하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스는 상기 제 1 오리피스를 통해 상기 제 1 설정 플로우 레이트, 상기 제 2 설정 플로우 레이트 및 상기 제 3 설정 플로우 레이트로 흐르는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스의 상기 실제 제 1 플로우 레이트, 상기 실제 제 2 플로우 레이트 및 상기 실제 제 3 플로우 레이트는, 상기 가스가 각각의 상기 제 1 설정 플로우 레이트, 상기 제 2 설정 플로우 레이트 및 상기 제 3 설정 플로우 레이트로 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐를 때, 상기 플라즈마 처리 챔버의 압력 상승률을 측정함으로써 결정되는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 내지 d) 단계에 대하여, 상기 플라즈마 처리 챔버는 주위 온도이고, 상기 g) 단계에 대하여, 상기 플라즈마 처리 챔버는 주위 온도보다 높은 온도인 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 g) 단계는 상기 플라즈마 처리 챔버에서 반도체 기판의 플라즈마 처리 이전에 또는 처리 중에 수행되며,
    상기 플라즈마 처리는 선택된 플로우 제어기로부터 상기 제 1 오리피스를 통해 반도체 기판을 포함하는 플라즈마 처리 챔버로 상기 가스를 흐르게 하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 오리피스 및 동일한 가스에 대해 상기 a) 내지 f) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 챔버는, 상기 오리피스 어레이를 통해 샤워헤드 전극에 의해 처리 가스가 공급되는 내부 영역 및 외부 영역을 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 내지 d) 단계에 후속하여 상기 e) 단계를 수행하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 내지 d) 단계와 동시에 상기 e) 단계를 수행하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 a), b), c) 및 g) 단계에 대하여, 상기 오리피스 어레이 중에 상기 제 1 플로우 제어기 또는 상기 제 2 플로우 제어기로부터 가스가 흐르는 오리피스를, 상기 가스 공급 시스템의 제어부에 의해 자동으로 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 가스는 상기 제 1 설정 플로우 레이트, 제 2 설정 플로우 레이트, 제 3 설정 플로우 레이트 및 선택된 설정 플로우 레이트 각각에 대해 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 레이트로 상기 오리피스를 통해 흐르는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기는 질량 플로우 제어기인 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스는 튜닝 가스인 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플로우 제어기 및 상기 제 2 플로우 제어기 중 적어도 하나를 각각의 대체 플로우 제어기로 대체하는 단계, 및
    상기 g) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상이한 가스를 사용하여 상기 a) 단계 내지 f) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  15. 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체로서, 제 1 항에 기재된 방법을 구현하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    h) 상기 오리피스 어레이 중 적어도 제 2 오리피스에 대해 상기 a) 내지 f) 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스는 추가적인 설정 플로우 레이트, 비스코스 소닉 플로우(viscous sonic flow) 레이트로 흐르는 처리 가스 플로우 레이트 확인 방법.
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