KR101512961B1 - 오리피스 비율 전도성 제어를 이용하여 유동 분할 에러들을 감소시키기 위한 장치 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
프로세스 챔버로의 가스 전달을 위한 장치 및 방법들이 본 명세서에 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치는 요구되는 전체 유체 유동을 제공하는 질량 유동 제어기; 제 1 유입부, 제 1 배출부, 및 그 사이에 선택가능하게(selectably) 커플링된 제 1 복수의 오리피스들을 포함하는 제 1 유동 제어 매니폴드―제 1 유입부는 질량 유동 제어기에 커플링됨―; 및 제 2 유입부, 제 2 배출부, 및 그 사이에 선택가능하게 커플링된 제 2 복수의 오리피스들을 포함하는 제 2 유동 제어 매니폴드―제 2 유입부는 질량 유동 제어기에 커플링됨―;를 포함할 수 있고, 제 1 배출부와 제 2 배출부 사이의 요구되는 유동 비율은, 제 1 매니폴드의 제 1 복수의 오리피스들 중 하나 또는 둘 이상 및 제 2 매니폴드의 제 2 복수의 오리피스들 중 하나 또는 둘 이상을 통해서 유체를 유동시키는 경우, 선택가능하게 얻을 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱에 관한 것이다.
극초대규모 집적(ULSI; ultra-large-scale integrated) 회로들은, 실리콘(Si) 기판과 같은 반도체 기판상에 형성되며 디바이스 내에서 다양한 기능들을 수행하도록 협력하는 100만개 초과의 전자 디바이스들(예를 들면, 트랜지스터들)을 포함할 수 있다. 플라즈마 에칭은, 보통 트랜지스터들 및 다른 전자 디바이스들의 제조에 사용된다. 이러한 트랜지스터 구조들을 형성하기 위해 이용된 플라즈마 에칭 프로세스들 동안, 기판이 배치되는 프로세스 챔버에 하나 또는 둘 이상의 프로세스 가스들(에천트들)이 제공되어 하나 또는 둘 이상의 재료들의 층들을 에칭할 수 있다. 일부 에칭 프로세스들 동안, 하나 또는 둘 이상의 가스들이 프로세스 챔버 내의 둘 또는 셋 이상의 영역들, 또는 구역들에 제공될 수 있다. 이러한 애플리케이션들에서, 감지된 유동에 기초하여 제어되는 유동 센서들 및 유동 제어기들과 같은 능동 유동 제어기들이 사용되어 프로세스 챔버 구역들에 제공되는 하나 또는 둘 이상의 가스들의 유동을 능동적으로 제어할 수 있다.
그러나, 본 발명자들은, 특정 애플리케이션들에서, 능동 제어 디바이스들이 유동 스플리터(flow splitter)에 대해 제어된 경로를 따라(down) 측정된 유동에 갑작스런 변화를 나타낼 수 있고 고장 날 수 있다는 것을 관찰하였다. 본 발명자들은, 이러한 고장이, 가스들이 혼합하여 흡열성(endothermic) 또는 발열성(exothermic) 반응을 가지는 경우에 발생하여 능동 유동 센서들이 유동을 잘못 결정하도록 야기하는 열 반응(thermal reaction)에 관련될 수 있다고 믿고 있다. 이는 정정이 필요 없는 경우 가스 유동을 정정하기 위한 시도들에 기인하는 생산 변동 또는 고장들을 바람직하지 않게 초래할 수 있고, 더욱이 프로세스 제어기들이 통제불능인 동안 프로세스 챔버가 결함이 있는 경우, 프로세스 챔버의 고장시간(downtime)으로 이어질 수 있다. 게다가, 본 발명자들은 능동 유동 비율(flow ratio) 제어기들에서 일반적인 프로세스 드리프트(drift)를 더 관찰하였다.
대안적으로, 고정된 오리피스들의 조합들이 사용되어 프로세스 챔버 구역들로 제공되는 하나 또는 둘 이상의 가스들의 유동을 제어하도록 시도할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 이러한 고정된 오리피스 디바이스들이 동적인(예를 들면, 변화하는) 비율 요건들을 갖는 프로세스들에 대하여 다수의 유동 비율들을 제공하는데 만족스럽지 못함을 관찰했다.
따라서, 본 발명자들은 가스 유동을 제어하기 위한 개선된 장치 및 방법들을 제공하였다.
프로세스 챔버로의 가스 전달을 위한 장치 및 방법들이 본 명세서에 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치는, 요구되는(desired) 전체 유체 유동을 제공하는 질량 유동 제어기(mass flow controller); 제 1 유입부, 제 1 배출부, 및 그 사이에 선택가능하게(selectably) 커플링된 제 1 복수의 오리피스들을 포함하는 제 1 유동 제어 매니폴드―제 1 유입부는 질량 유동 제어기에 커플링됨―; 및 제 2 유입부, 제 2 배출부, 및 그 사이에 선택가능하게 커플링된 제 2 복수의 오리피스들을 포함하는 제 2 유동 제어 매니폴드―제 2 유입부는 질량 유동 제어기에 커플링됨―;를 포함하고, 제 1 배출부와 제 2 배출부 사이의 요구되는 유동 비율은, 제 1 매니폴드의 제 1 복수의 오리피스들 중 하나 또는 둘 이상 및 제 2 매니폴드의 제 2 복수의 오리피스들 중 하나 또는 둘 이상을 통해서 유체를 유동시키는 경우, 선택가능하게 얻을 수 있다.
일부 실시예들에서, 다수의 가스 전달 구역들로의 가스 분배를 제어하기 위한 방법은 제 1 가스 전달 구역과 제 2 가스 전달 구역 사이에서 요구되는 가스의 요구되는 유동 비율을 선택하는 단계; 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있는 제 1 가스 전달 구역에 선택적으로 커플링된 복수의 제 1 오리피스들로부터 선택된 제 1 세트 및 제 2 가스 전달 구역에 선택적으로 커플링된 복수의 제 2 오리피스들로부터 선택된 제 2 세트를 결정하는 단계; 및 요구되는 가스를 오리피스들 중 선택된 제 1 세트 및 선택된 제 2 세트들을 통해서 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 아래에 설명된다.
위에서 간략히 요약되고 아래에 보다 상세하게 설명되는 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 일반적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않을 것임에 유의해야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 가스 분배 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도 1의 가스 분배 시스템에 커플링된 가스 분배 구역들의 부분적인 개략도들을 각각 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 요구되는 유동 비율로 가스를 분할하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 요구되는 유동 비율로 가스를 분할하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 요구되는 유동 비율로 가스를 분할하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 대해 사용하기 적합한 제어기를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 가능한 한 도면들에서 공통된 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면들은 척도에 따라 도시되지 않았으며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들과 특징들이 추가 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있음이 고려된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 가스 분배 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도 1의 가스 분배 시스템에 커플링된 가스 분배 구역들의 부분적인 개략도들을 각각 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 요구되는 유동 비율로 가스를 분할하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 요구되는 유동 비율로 가스를 분할하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 요구되는 유동 비율로 가스를 분할하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 대해 사용하기 적합한 제어기를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 가능한 한 도면들에서 공통된 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면들은 척도에 따라 도시되지 않았으며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들과 특징들이 추가 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있음이 고려된다.
본 발명의 실시예들은 가스를 챔버에 전달하기 위한 가스 분배 시스템 및 그의 사용 방법들을 제공한다. 본 발명에 따른 장치 및 방법들은 요구되는 유동 비율로 프로세스 챔버로의 가스 전달을 유리하게 제공한다. 이 장치는 이를 위해 능동 유동 제어들을 사용하지 않고, 수동적인 방식으로 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는 가스 소스와 요구되는 가스 전달 구역 사이에 선택적으로 커플링될 수 있는 2개의 유동 제어 매니폴드들에 배열된 복수의 정밀 오리피스들을 이용한다. 본 발명의 실시예들은, 상류에서의 저 증기압 가스들의 응축을 방지하기에 충분히 낮게 되도록 상류의 압력을 수동적으로 유지하는 오리피스 크기들을 동시에 선택하면서, 적절한 전도성 제어를 위해 초크된(choked) 유동 조건을 모두 수동적으로 유지하도록 정확한 오리피스 크기들을 결정하기 위한 방법들을 더 제공한다.
따라서, 본 장치 및 방법들은 요구되는 유동 비율들을 얻기 위해 오리피스들의 크기를 유리하게 제공 및 선택할 수 있고, 저 증기압 가스들의 상 변화(phase change)를 방지하기 위해 상류 압력의 최소화 및 가스 유동의 특정 조합을 위한 초크된 유동을 동시에 제공하기 위해 다양한 오리피스들 중에서의 선택을 더 용이하게 할 수 있으며, 그리고 가스 분배 시스템을 통해 유동하는 프로세스 가스들의 상 변화를 방지하는데 필요한 상류 압력을 초과함으로써 또는 초크된 유동을 유지할 수 없는 능력으로 인한 것 중 어느 하나에 의해 특정 비율이 달성될 수 없는 경우의 표시를 더 제공한다.
본 발명의 실시예들은 가스 분배 시스템을 제공하며, 이 가스 분배 시스템은 요구되는 유동 비율로 가스 분배 시스템을 통해서 유동하는 가스를 수동적으로 분배한다. 이 장치는 오리피스를 통한 유동이 단면적에 직접적으로 비례한다는 기본 원리에 기초한다. 하나의 오리피스가 다른 하나의 오리피스 보다 (단면적에서) 2배만큼 큰 경우, 가스 스트림이 2개의 오리피스들 사이에서 분할되면, 유동들의 비율은 2:1이 될 것이다. 그러나, 이러한 원리는 동일한 상류 및 하류 압력들을 갖는 양쪽의 오리피스들에 의존한다. 본 발명에서, 장치에 커플링된 상이한 가스 전달 구역들(예를 들면, 샤워헤드, 상이한 프로세스 챔버들 등의 구역들)은 유동에 대한 상이한 전도성 또는 저항을 가질 수 있고, 따라서 하류 압력들은 동일하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명자들은 초크된 유동 조건(예를 들면, 상류 압력이 하류 압력의 적어도 두 배임)에서 장치가 항상 동작하도록 설계함으로써 이러한 문제를 제거하였다. 유동이 초크되면, 유동은 단지 상류 압력만의 함수일 것이다.
예를 들면, 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 가스 분배 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 도 1에 도시된 시스템은 주로 가스 유동을 2개의 가스 전달 구역들(예를 들면, 126, 128)로 제공하는 것에 관한 것이지만, 이 시스템은 본 명세서에서 개시된 원리들에 따라 가스 유동을 추가적인 가스 전달 구역들(예를 들면, 가상으로 도시된 바와 같이, 142)로 제공하는 것으로 확장될 수 있다. 가스 분배 시스템(100)은 일반적으로 하나 또는 둘 이상의 질량 유동 제어기들(하나의 질량 유동 제어기(104)가 도시됨), 제 1 유동 제어 매니폴드(106), 및 제 2 유동 제어 매니폴드(108)를 포함한다(가상으로 참조 번호 140에 의해 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 것과 유사하게 구성된 추가적인 유동 제어 매니폴드들이 제공될 수 있음). 질량 유동 제어기(104)는 전형적으로 하나 또는 둘 이상의 가스들 또는 가스 혼합물들(전체에 걸쳐 및 청구항들에서 가스로 칭함)을 제공하는 가스 분배 패널(102)에 커플링된다. 질량 유동 제어기(104)는 가스 분배 시스템(100)을 통해서 가스의 전체 유량을 제어하고, 그의 각 유입부들에서 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들(106, 108) 모두에 커플링된다. 하나의 질량 유동 제어기(104)가 도시되지만, 가스 분배 패널(102)로부터의 각 프로세스 가스들을 계량하기 위해 복수의 질량 유동 제어기들이 가스 분배 패널(102)에 커플링될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 질량 유동 제어기들(104)의 출력들은 각 유동 제어 매니폴드(예를 들면, 106, 108)로 분할되고 보내지기(routed) 이전에 일반적으로 커플링된다(예를 들면, 공통 도관, 믹서, 플레넘, 등, 또는 이들의 조합들로 공급된다).
제 1 유동 제어 매니폴드(106)는 제 1 유동 제어 매니폴드(106)의 유입부(114)와 배출부(116) 사이에 커플링된 복수의 제 1 제어 밸브들(112) 및 복수의 제 1 오리피스들(110)을 포함한다. 복수의 제 1 제어 밸브들(112)은 복수의 제 1 오리피스들(110) 중 하나 또는 둘 이상을 질량 유동 제어기(104)의 배출부에 선택적으로 커플링하기 위해(예를 들면, 질량 유동 제어기(104)로부터 선택된 제 1 오리피스들(110)을 통해서 가스가 유동하게 하기 위해) 선택적으로 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있다.
유사하게, 제 2 유동 제어 매니폴드(108)는 제 2 유동 제어 매니폴드(108)의 유입부(122)와 배출부(124) 사이에 커플링된 복수의 제 2 제어 밸브들(120) 및 복수의 제 2 오리피스들(118)을 포함한다. 복수의 제 2 제어 밸브들(120)은 복수의 제 2 오리피스들(118) 중 하나 또는 둘 이상을 질량 유동 제어기(104)에 선택적으로 커플링하기 위해(예를 들면, 선택된 제 2 오리피스들(118)을 통해 가스가 유동하게 하기 위해) 선택적으로 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있다. 유사하게, (140과 같은) 추가적인 유동 제어 매니폴드들은 요구되는 유동 비율로 (142와 같은) 추가적인 가스 전달 구역들로 가스를 공급하도록 제공될 수 있다.
제 1 제어 밸브(112) 및 제 2 제어 밸브(120)는 산업 환경에서 또는 반도체 제조 환경에서 사용하기 위한 임의의 적합한 제어 밸브들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 제어 밸브(112) 및 제 2 제어 밸브(120)는 공압식으로 작동되는 밸브들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 제어 밸브(112) 및 제 2 제어 밸브(120)는 각 제어 밸브에 대한 밀봉들이 밀봉의 구조 내에 설치된 정밀 오리피스를 갖는 기판(미도시) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오리피스들은 제어 밸브들의 바디 내로 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 제어 밸브들 및 오리피스들이 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 6개의 제 1 오리피스들(110) 및 6개의 제 2 오리피스들(118)이 도시되고, 이들 각각은 각각의 제 1 제어 밸브들(112), 및 각각의 제 2 제어 밸브들(120)에 커플링된다. 그러나, 오리피스들의 동일한 수 및 구성을 갖는 것이 제 1 가스 전달 구역(126)과 제 2 가스 전달 구역(128) 사이에 동일한 유동 비율들을 제공하는 용이성을 촉진한다고 할지라도, 그 비율이 제 1 가스 전달 구역(126)과 제 2 가스 전달 구역(128) 사이 또는 제 2 가스 전달 구역(128)과 제 1 가스 전달 구역들(126) 사이의 비율인지에 관계없이, 각 유동 제어 매니폴드는 동일한 수의 오리피스들을 가질 필요는 없다. 또한, 각 구역은 6개보다 적거나 또는 많은 수의 오리피스들을 가질 수 있다. 일반적으로 말하면, 더 적은 오리피스들은 더 작은 유동 비율들이 제공되게 하고, 더 많은 오리피스들은 더 큰 유동 비율들이 제공되게 하지만, 더 많은 비용 및 복잡성을 갖는다. 따라서, 제공되는 오리피스들의 수는 특정 애플리케이션에 필요한 요구되는 프로세싱 유연성에 기초하여 선택될 수 있다.
가스 분배 시스템(100)의 구성은 특정 애플리케이션에 대해 예상된 동작 조건들 및 출력 요건들에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 가스 분배 시스템(100)은 1/2 비율 증분들로 1:1 내지 6:1의 유동 비율들(즉, 1/1, 1.5/1, 2/1, 2.5/1 … 6/1)을 제공할 수 있고, 가스 전달 구역들(126, 128)) 사이에서 완전히 가역적(즉, 1/1, 1/1.5, 1/2, 1/2.5, … 1/6)일 수 있어야만 한다. 일부 실시예들에서, 가스 유동 분할의 정밀도는, 예를 들면, 기존 장비의 성능을 매칭시키기 위해 5 퍼센트 이내일 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 시스템(100)은 가스 전달 구역(126, 128) 당 50 내지 500 sccm 질소 등가물의 가스 유동에 적절한 비율로 설계될 수 있고, 모든 프로세스 가스들과 양립성이다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 시스템(100)의 상류 압력(또는 배압)은 가스 분배 시스템(100)의 응답 시간을 감소시키기 위해 최소화될 수 있다. 또한, 가스 분배 시스템(100)의 상류 압력(또는 배압)은 일부 저 증기압 가스들(예를 들면, 실리콘 4염화물 SiCl4)의 바람직하지 않은 응축을 방지하기 위해 제한되거나 또는 최소화될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제한된 상류 압력은 저 증기압 가스들의 응축을 방지하기에 충분히 낮다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들은, 사용 온도에서의 증기압이 오리피스의 상류의 압력에 도달할 수 있는 임의의 반도체 프로세스 화학물질들(chemistries)의 응축을 방지하기 위해 오리피스(들)의 상류의 압력을 최소화하면서, 초크된 유동을 유지하기에 충분한 압력 강하를 제공할 수 있다. 저 증기압 가스들은 동작 압력 및 온도에서의 기체 상(즉, 액화)을 남기는 가스들을 포함한다. 비-제한적인 예들은 SiCl4에 대하여 약 150 Torr, C6F6에 대하여 약 100 Torr, C4F8에 대하여 약 5 psig 등을 포함한다. 일부 실시예들에서, 최대 허용 가능한 제한된 상류 압력은 상온에서 SiCl4의 증기압, 또는 155 Torr가 되도록 설계되었다.
전형적으로, 상류 압력이 최소화되어 시스템의 응답 시간을 최소화할 수 있다. 예를 들면, 주어진 유량에서, 유동 제어기와 오리피스 사이의 체적(volume)은 요구되는 압력에 도달하고 그리고 정상 상태 유동을 제공하는데 약간의 기간이 걸릴 것이다. 따라서, 더 높은 압력들은 이러한 체적을 더 높은 압력으로 채우기 위해 더 긴 기간이 필요할 것이며, 따라서, 정상 상태 유동을 달성하는데 더 오래 걸린다. 일부 실시예들에서, 유동 제어기와 오리피스들 사이의 체적이 최소화되어 응답 시간을 최소화할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 제한된 상류 압력은 시스템의 응답 시간을 최적화하도록, 예를 들면, 다른 시스템들과 매칭하는 특정 응답 시간으로 제어하도록 제어될 수 있다. 이와 같이, 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들은, 시스템의 응답 시간을 제어하기 위해 오리피스(들)의 상류의 압력을 제어하면서, 초크된 유동을 유지하기에 충분한 압력 강하를 제공할 수 있다. 이러한 제어는, 예를 들면, 유동 제어기와 오리피스들 사이의 체적을 제어함으로써, 더 높은 배압들을 생성하기 위해 더 많은 제한적인 오리피스들을 의도적으로 선택함으로써, 또는 그 밖의 것에 의해 제공될 수 있다. 상이한 애플리케이션들 및/또는 프로세스들은 수행되는 중인 특정 프로세스(예를 들면, 에칭, 화학 기상 증착, 원자층 증착, 물리적 기상 증착 등)에 기초하여 상이한 요구되는 응답 시간들(예를 들면, 최적화된 응답 시간들)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 요구되는 응답 시간은 2 초 또는 그 미만, 또는 5 초 또는 그 미만, 또는 10 초 또는 그 미만, 또는 15 초 또는 그 미만일 수 있다.
일부 실시예들에서, (Macroflow와 같은) 유동 모델링 소프트웨어는 에칭 프로세싱에 대한 요건들을 만족시키기 위해 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들(106, 108) 각각에 대한 제 1 및 제 2 오리피스들(110, 118)의 요구되는 크기들을 선택하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 이는 최소 요구되는 프로세스 가스 유동에 대해 초크된 유동을 여전히 산출할 가장 큰 오리피스를 찾음으로써, 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구역당 6개의 오리피스들은 1, 1.5, 2, 4, 8, 및 12의 오리피스 크기의 증분들(예를 들면, 증배율들)로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가장 작은 오리피스 직경은 (예를 들면, 가장 작은 요구되는 유동에서 초크된 유동을 제공하기 위해) 0.0090"일 수 있고, 모든 오리피스 직경들은 가작 작은 오리피스 직경의 배수들이다. 일부 실시예들에서, 오리피스 직경들은 0.009, 0.011, 0.013, 0.018, 0.025 및 0.031 인치일 수 있다. 이러한 직경들을 갖는 오리피스들은 상업적으로 이용 가능한 오리피스 직경들이고, 반복성 및 재현 가능성이 정확한 비율들보다 더욱 중요한, 비용 효율이 더 높은 해결책을 제공하기 위해 단면적의 정확한 비율들을 제공할 직경들 대신에 선택될 수 있다. 예를 들면, 이 모델링은 이러한 구성에 의해, 구역 당 10 내지 1200 sccm 질소 등가물의 모든 비율들 및 모든 유동들이 초크된 유동 및 최대 배압 요건들 모두를 만족시킬 수 있음을 나타냈다.
일부 실시예들에서, 상술한 오리피스 직경들을 이용하여, 가스 분배 시스템(100)은 1:1 유동 비율에서 약 16sccm 내지 약 2300sccm의 가스 유동, 및 4:1 유동 비율에서 약 40sccm 내지 약 1750sccm의 가스 유동을 제공할 수 있을 수 있다. 이러한 유량 범위들은, 아래에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 질소 등가 가스 유동에 관하여 표현된다.
제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들(106, 108)의 배출부들(116, 124)은 제 1 가스 전달 구역(126) 및 제 2 가스 전달 구역(128)에 각각 커플링될 수 있다. 따라서, 각 가스 전달 구역(126, 128)은 제 1 오리피스들(110)과 제 2 오리피스들(118)의 선택적인 커플링에 의해 부가된 요구되는 유동 비율에 기초하여 질량 유동 제어기(104)에 의해 제공되는 원하는 백분율의 전체 가스 유동을 수신할 수 있다. 가스 전달 구역들(126, 128)은 일반적으로 가스 유동 비율에 관한 제어가 요구되는 임의의 구역들일 수 있다.
예를 들면, 일부 실시예들에서, 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 전달 구역(126)은, 샤워헤드(204)가 설치되는 프로세스 챔버에 가스를 제공하기 위한 샤워헤드(204)의 내부 구역과 같은 제 1 구역(202)에 대응할 수 있다. 제 2 가스 전달 구역(128)은 샤워헤드(204)의 외부 구역과 같은 제 2 구역(206)에 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들(126, 128)은 샤워헤드(210) 및 그 위에 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지체(216)를 갖는 프로세스 챔버(214)의 하나 또는 둘 이상의 가스 유입부들(212)에 각각 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2c의 상부에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들(126, 128)은 그 위의 각각의 기판들(S)을 지지하기 위한 기판 지지체들(216)을 갖는 상이한 프로세스 챔버들(224, 226)의 샤워헤드들(220, 222)(및/또는 다른 가스 유입부들)에 각각 제공될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 프로세스 챔버들(224, 226)은 트윈 챔버 프로세싱 시스템의 일부일 수 있다. 본 명세서에서의 개념들에 따라 본 발명을 통합하도록 수정될 수 있는 트윈 챔버 프로세싱 시스템의 일 예는 밍 유(Ming Xu) 등에 의해 2010년 4월 30일자로 출원되고, "Twin Chamber Processing System"이라는 제목의 미국 가특허 출원 번호 제61/330,156호에 설명된다.
대안적으로, 그리고 도 2c의 하부에 도시된, 상이한 프로세스 챔버들(224, 226)의 양측 샤워헤드들(220, 222)(및/또는 다른 가스 유입부들)에 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들(126, 128)이 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 가스 전달 구역(126)은 각 샤워헤드(220, 222)에서의 (도 2a에 도시된 바와 같이 샤워헤드(204)의 제 1 구역(202)과 같은) 제 1 구역에 대응할 수 있고, 제 2 가스 전달 구역(128)은 각 샤워헤드(220, 222)에서의 (도 2a에 도시된 바와 같이 샤워헤드(204)의 제 2 구역(206)과 같은) 제 2 구역에 대응할 수 있다.
게다가, 도 2c에는 도시되지 않았지만, 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들(126, 128)은 2개의 샤워헤드들에 제공되는 것으로 제한될 필요는 없으며, 복수의 프로세스 챔버들에서 임의의 적합한 복수의 샤워헤드들에 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 가스 전달 구역(126)은 복수의 프로세스 챔버들의 복수의 샤워헤드들에서의 제 1 구역에 대응할 수 있고, 제 2 가스 전달 구역(128)은 복수의 프로세스 챔버들의 복수의 샤워헤드들에서의 제 2 구역에 대응할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 하나 또는 둘 이상의 압력 게이지들이 가스 분배 시스템(100)의 요구되는 위치들에서 압력을 모니터링하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들면, 압력 게이지(132)는 가스 분배 시스템(100)의 상류 압력을 모니터링하기 위해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 압력 게이지(132)는 질량 유동 제어기(104)와 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들(106, 108) 사이에 커플링된 가스 라인에 배치될 수 있다. 압력 게이지들(134, 136)은 가스 분배 시스템(100)의 하류 압력을 각각 모니터링하기 위해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 압력 게이지들(134, 136)은 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들(106, 108)과 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들(126, 128) 사이에 각각 커플링된 가스 라인들에 각각 배치될 수 있다.
시스템의 구성요소들을 제어하기 위해 가스 분배 시스템(100)에 제어기(130)가 제공되고 커플링될 수 있다. 예를 들면, 제어기(130)는 제공하기 위한 하나 또는 둘 이상의 프로세스 가스들을 선택하기 위해 가스 분배 패널(102)에, 요구되는 유량을 결정하기 위해 질량 유동 제어기(104)에, 그리고 요구되는 유동 비율을 제공하기 위해 어떤 제어 밸브들(112, 120)이 개방될지를 제어하기 위해 제 1 및 제 2 유동 제어 매니폴드들(106, 108)의 각각에(또는 그에 포함되는 제 1 및 제 2 제어 밸브들(112, 120)의 각각에) 커플링될 수 있다. 제어기는 압력 요건들이 초크된 유동에 대해 만족되고, 배압을 최소화했음을 보증하기 위해 압력 게이지들(132, 134, 136)에 추가로 커플링될 수 있다.
제어기(130)는 임의의 적합한 제어기일 수 있고, 가스 분배 시스템(100)이 커플링되는 프로세스 챔버 또는 프로세스 툴을 위한 프로세스 제어기 또는 일부 다른 제어기일 수 있다. 적합한 제어기(130)는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제어기(600)를 도시하는 도 6에 나타난다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제어기(600)는 일반적으로 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(602), 메모리(608), 및 지원 회로들(604)을 포함한다. CPU(602)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 지원 회로들(604)은 CPU(602)에 커플링되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전원 공급부들 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 3, 도 4 및 도 5에 대하여 본 명세서에 설명된 가스 분배 시스템(100)을 동작시키기 위한 방법들과 같은 소프트웨어 루틴들(606)은 제어기(600)의 메모리(608)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴들(606)은, CPU(602)에 의해 실행되는 경우, CPU(602)를 특수 목적 컴퓨터(제어기)(600)로 전환한다. 소프트웨어 루틴들(606)은 또한 제어기(130)로부터 원격으로 위치되는 제 2 제어기(미도시)에 의해 저장되고 및/또는 실행될 수 있다.
가스 분배 시스템(100)의 실시예들은 요구되는 유동 비율들의 범위, 수 개의 유량들 및 복수의 가스들의 사용에 대해 본 발명자들에 의해 시험되었다. 가스 분배 시스템(100)은 50 내지 500 sccm의 가스 유동들에서 에칭 프로세싱을 위한 모든 정확도 요건들을 만족했다. 가스 분배 시스템(100)의 반복성은 1 퍼센트 이내인 것으로 확인되었다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 요구되는 유동 비율로 가스를 분배하기 위한 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 일반적으로 제 1 가스 전달 구역(126)과 제 2 가스 전달 구역(128)(및, 선택적으로, 추가적인 가스 전달 구역들) 사이의 요구되는 유동 비율이 선택될 수 있는 302에서 개시된다. 요구되는 유동 비율은 일반적으로 상술한 바와 같이 가스 분배 시스템(100) 내에 설계된 바와 같은 임의의 유동 비율일 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 오리피스들(110, 118)의 크기들 사이의 관계에 따라, 다수의 유동 비율들이 선택을 위해 이용가능할 수 있다.
요구되는 유동 비율이 선택된 후, 304에서, 제 1 가스 전달 구역(126)에 선택적으로 커플링된 복수의 제 1 오리피스들(110) 중 선택된 제 1 세트가 결정되고, 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있는 제 2 가스 전달 구역(128)에 선택적으로 커플링된 복수의 제 2 오리피스들(118) 중 선택된 제 2 세트가 결정된다. 제 1 및 제 2 선택된 세트들의 각각은, 요구되는 유동 비율을 제공하기 위해 필요한 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 오리피스들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 및 선택된 제 2 세트들은 요구되는 유동 비율을 함께 제공하는 임의의 하나 또는 둘 이상의 제 1 오리피스들(110) 및 임의의 하나 또는 둘 이상의 제 2 오리피스들(118)을 선택함으로써, 결정될 수 있다. 그러나, 단지 임의의 오리피스들의 선택은 초크된 유동 조건을 제공할 수 없고, 및/또는 가스 분배 시스템(100)을 통해서 유동하는 저 증기압 가스의 응축을 방지하기에 충분한 요구되는 배압을 제공할 수 없다. 따라서, 본 발명자들은 제 1 오리피스들(110)의 세트 및 제 2 오리피스들(118)의 세트를 선택하기 위한 방법들을 더 제공하였다.
오리피스들의 최적 세트를 결정하는 것은 가스 분배 시스템(100)에 걸친 배압을 최소화하면서, 오리피스들에 걸친 유동들이 임계 유동 내에 보유됨을 보증한다는 것을 포함할 수 있다. 오리피스들의 최적 세트는 유동하는 가스들, 요구되는 전체 유량, 및 요구되는 유동 비율의 구성요소의 함수이다. 예를 들면, 도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 요구되는 유동 비율로 가스를 분배하기 위한 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 방법(400)은 일반적으로 요구되는 가스의 요구되는 전체 유량에 대응하는 질소 등가 유동이 결정될 수 있는 402에서 개시한다.
예를 들면, 일부 실시예들에서, 질소 등가 가스 유동은 열역학 방정식들로부터 유도된 보정 계수들을 이용하여 연산될 수 있다. 특히, 질소 등가 가스 유동은, 일정한 압력에서의 열 용량, 일정 부피에서의 열 용량, 및 관련된 가스들의 각각의 분자량이 알려지면, 열역학 제 1 법칙들에 의해 결정될 수 있다. 모든 요구되는 가스 유동들은 요구되는 레시피 단계에 대하여 전체 유동을 결정하기 위해 함께 가산될 수 있다. 특히, 전체 질소 등가 가스 유동은 다음의 식 (1)에 의해 연산될 수 있다.
전체 질소 등가 유동 = G1*CF1 + G2*CF2 + …Gn*CFn (1)
식 (1)에서, Gn은 특정 가스의 유동이고, CFn은 그 가스에 대한 변환 계수이다. 특정 가스에 대한 변환 계수는 식 (2) 내지 (4)로부터 유도될 수 있다.
CF = (Γnp * √Mwn2) / (Γn2 * √Mwnp) (2)
Γ = SQRT(K*((2/(K+1))^((K+1)/(K-1)))) (3)
K= Cp/Cv (4)
식 (2)에서, Γnp 및 Γn2는 식들 3 및 4에 의해 결정될 수 있는 관심대상의 가스 및 질소 가스에 대한 각각의 상수들이다. Mwnp 및 Mwn2는 관심대상의 가스 및 질소 가스의 각각의 분자량들이다. 식 (3)에서, K는 식 (4)에 의해 정의된 바와 같은 상수이다. 식 (4)에서, (Γnp을 연산하는 경우) 관심대상의 가스 또는 (Γn2을 연산하는 경우) 질소 가스 중 어느 하나에 대하여 Cp는 일정한 압력에서의 열 용량이고, Cv는 일정 부피에서의 열 용량이다.
다음으로 404에서, 가능한 오리피스 조합들이 가장 작은 오리피스를 통한 최소 질소 등가 유동에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 요구되는 가스 유동에 대하여 위에서 연산된 질소 등가 유동은 요구되는 가스 유동을 용이하게 하는 가장 작은 오리피스를 결정하기 위해 허용 가능한 최소 질소 등가 유동들의 테이블과 비교될 수 있다.
다음으로 406에서, 일단 가장 작은 오리피스 크기가 결정되면, 오리피스들 중 선택된 제 1 및 제 2 세트들은 요구되는 유동 비율을 제공하도록 결정될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 일단 가장 작은 오리피스가 알려지면, 단일의 더 큰 오리피스가 선택되어 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있다(즉, 제 1 세트는 하나의 오리피스를 포함하고, 제 2 세트는 하나의 오리피스를 포함함). 일부 실시예들에서, 하나 보다 많은 더 큰 오리피스가 제 1 및 제 2 세트들 중 어느 하나 또는 둘 모두에 제공되어 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있다. 예를 들면, 둘 또는 셋 이상의 더 큰 오리피스들이 조합되어 유동 제어 매니폴드들 중 하나를 통해서 제 1 가스 유동을 제공할 수 있고, 가장 작은 오리피스(또는 가장 작은 오리피스 더하기 하나 또는 둘 이상의 더 큰 오리피스들)가 사용되어 유동 제어 매니폴드들 중 다른 것을 통해서 제 2 가스 유동을 제공할 수 있다. 조합된 제 1 및 제 2 가스 유동들은 전체 가스 유동을 제공하고, 초크된 유동 조건에서 요구되는 유동 비율로 제공된다.
대안적으로, 404에서, 가능한 오리피스 조합들은 가장 작은 큰 오리피스를 통한 최소 질소 등가 유동에 기초하여 결정될 수 있고, 그 다음, 406에서, 오리피스들 중 선택된 제 1 및 제 2 세트들은 404에서 결정된 큰 오리피스 크기에 기초하여 요구되는 유동 비율을 제공하도록 결정될 수 있다. 예를 들면, 일단 큰 오리피스 크기가 알려지면, 단일의 작은 오리피스가 선택되어 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있고(예를 들면, 제 1 세트는 하나의 오리피스를 포함하고, 제 2 세트는 하나의 오리피스를 포함함), 또는 복수의 작은 오리피스들이 제 1 및 제 2 세트들 중 어느 하나 또는 둘 모두에 제공되어 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 요구되는 유동 비율들을 제공하는데 이용가능한 오리피스들의 조합들은 수동으로, 또는 프로세스 레시피의 일부로서 입력된 요구되는 가스 유동 및 유동 비율에 기초하여 제 1 및 제 2 세트들을 자동으로 결정하기 위해, 예를 들면, 제어기에 의해 참조될 수 있는 테이블에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 테이블은 상술한 바와 같이, 초크된 유동 조건을 유지하기 위해 및/또는 요구되는 최소 상류 압력을 유지하기 위해 어떤 오리피스들의 조합들이 선택될 수 있는지를 나타낼 수 있다.
게다가, 방법(400)(뿐만 아니라 후술하는 방법(500))은 요구되는 가스의 요구되는 유량에 대응하는 질소 등가 유동을 결정하는데 제한될 필요는 없다. 예를 들면, 아르곤 등가 유동, 압력 등가 유동, 모델링된 유체 역학 등의 하나 또는 둘 이상이 오리피스들의 세트들에 대한 선택 기준(criteria)을 결정하기 위해 이용될 수 있다.
도 3으로 돌아가서, 다음, 306에서, 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들(126, 128)로의 가스 유동은 오리피스들의 선택된 제 1 및 제 2 세트들을 통해서 제공될 수 있으며, 그에 의해, 상술한 바와 같이, 가스 유동을 요구되는 유동 비율로 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 오리피스들의 요구되는 세트를 결정하는 본 발명의 방법은, 가스 분배 시스템(100)에 걸친 배압을 최소화하면서, 각 오리피스에 걸친 가스 유동들이 임계 유동 내에 보유됨을 보증하는 것에 기초하여 제공된다. 오리피스들의 요구되는 세트는 요구되는 가스들, 유량들 및 요구되는 비율의 함수일 수 있다. 예를 들면, 도 5는 위의 이점들을 제공하는 방식으로 오리피스들의 선택을 유리하게 촉진할 수 있는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 요구되는 유동 비율로 가스를 분배하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 5의 방법(500)은 서로에 대하여 요구되는 유동 비율을 제공하는 2개의 단일 오리피스들(예를 들면, 하나의 제 1 오리피스(110) 및 하나의 제 2 오리피스(118))을 선택하기 위해 사용된다.
방법(500)은 일반적으로 요구되는 가스의 요구되는 전체 유량에 대응하는 전체 질소 등가 유동이 결정될 수 있는 502에서 시작한다. 전체 질소 등가 유동(TNEF)은 도 4에 대하여 상술한 바와 같이 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 테이블은 관심 대상의 하나 또는 둘 이상의 가스들에 대한 변환 계수를 제공하기 위해 결정될 수 있다. 예를 들면, 테이블은 제조 시설 내에서, 특정 프로세스 챔버, 복수의 프로세스 챔버들에서 전형적으로 사용되는 가스들 또는 임의의 요구되는 세트의 가스들에 대한 변환 계수들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 테이블은, 제어기가 방법(500)의 모두 또는 서브세트를 실행하고 있는 경우와 같이 필요한 경우, 제어기가 테이블에 액세스할 수 있도록, 예를 들면, 제어기(예를 들면, 600)의 메모리(예를 들면, 608) 또는 제어기에 의해 액세스할 수 있는 메모리에 전자적으로 저장될 수 있다.
다음으로, 504에서, 오리피스를 통한 최소 및 최대 질소 등가 유동이 결정될 수 있다. 최소 및 최대 질소 등가 유동은 제공되고 있는 가스 또는 가스들의 전체 유량 및 요구되는 유동 비율에 대응한다. 오리피스를 통한 최소 및 최대 질소 등가 유동들은 식들 (5) 및 (6)에 의해 각각 결정될 수 있다.
Mmin = TNEF/(R+1) (5)
Mmax = TNEF*R/(R+1) (6)
식들 (4) 및 (5)에서, Mmin은 오리피스를 통한 최소 질소 등가 유동이고, Mmax는 오리피스를 통한 최대 질소 등가 유동이며, TNEF는 위의 502에서 연산된 바와 같이, 전체 질소 등가 유동이고, R은 십진법으로 표현된 요구되는 유동 비율(예를 들면, 1:1 = 1, 2:1 = 2 등)이다.
다음으로, 506에서, 초기 작은 오리피스가 선택될 수 있다. 작은 오리피스는 어떤 가스 전달 구역(126, 128)이 더 작은 가스 유동을 수용할 수 있는지에 따라 제 1 오리피스(110)이거나 또는 제 2 오리피스(118)일 수 있다(도 1 참조). 일부 실시예들에서, 선택된 작은 오리피스는 초크된 유동을 여전히 제공할 가장 큰 크기의 오리피스일 수 있다. 이는, 예를 들면, 상술한 모델링 소프트웨어를 사용함으로써 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각 오리피스에 대하여 사전 결정된 최소 및 최대 유동들의 테이블이 제공될 수 있다. 제어기가 방법(500)을 수행하게 하는 소프트웨어 명령들이 테이블에서 탐색될 수 있고, 최소 질소 등가 유동(Mmin)이 해당 특정 오리피스에 대한 최소 유동보다 크거나 또는 같은 가장 큰 오리피스를 결정할 수 있도록, 이 테이블은 제어기(예를 들면, 600)에 의해 액세스할 수 있는 메모리(예를 들면, 608)에 저장될 수 있다. 최소 질소 등가 유동이 지원되는 가장 작은 최소 유동(즉, 가장 작은 오리피스에 의해 필요한 최소 유동)보다 작은 경우, 소프트웨어는 필요한 유동 및 비율이 가스 분배 시스템(100)의 동작 범위의 밖에 있음을 사용자에게 알리기 위해 경보음을 제공할 수 있다.
다음으로, 508에서, 요구되는 유동 비율을 제공하기 위해 필요한 초기의 큰 오리피스가 선택될 수 있다. 큰 오리피스는 어떤 가스 전달 구역(126, 128)이 더 큰 가스 유동을 수신할지에 따라 제 1 오리피스(110)이거나 또는 제 2 오리피스(118)(도 1을 참조)일 수 있다. 큰 오리피스는 선택된 작은 오리피스를 요구되는 유동 비율만큼 승산함으로써 선택될 수 있다.
다음으로, 510에서, 선택된 큰 오리피스의 이용 가능성(availability)이 결정되어야 한다. 선택된 큰 오리피스의 이용 가능성은, 선택된 오리피스에 의해 지원되는 이용가능한 유동들의 범위 내에 포함됨(즉, Mmax는 오리피스를 통해 필요한 최소 유동과 같거나 그보다 커야하고, 오리피스를 통해 필요한 최대 유동과 같거나 그보다 작아야 함)을 보장하기 위해 연산된 최대 질소 등가 유동(Mmax)을 비교함으로써 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 오리피스들을 통한 최소 및 최대 유동들은 테이블에 제공될 수 있고, 선택된 큰 오리피스가 이용가능한지의 여부를 제어기가 결정하게 하기 위해 제어기에 의해 액세스될 수 있다.
510에서, 선택된 큰 오리피스가 이용가능한 경우, 방법(500)은, 후술하는 바와 같이, 518로 진행한다. 그러나, 선택된 큰 오리피스가 이용가능하지 않은 경우, 방법(500)은 506에서 상술한 바와 같이 다음의 더 작은, 작은 오리피스가 선택되고 검증되는 512로 진행한다. 514에서, 요구되는 유동 비율을 제공하기 위한 다음의 큰 오리피스가 508에서 상술한 바와 같이 결정된다. 516에서, 510에서 상술한 바와 같이, 큰 오리피스의 이용 가능성이 다시 결정된다. 516에서, 선택된 큰 오리피스가 이용가능한 경우, 방법(500)은 후술하는 바와 같이 518로 진행한다. 그러나, 선택된 큰 오리피스가 이용가능하지 않은 경우, 방법(500)은 작은 오리피스들을 보다 작게 증분하여 선택하는 단계, 요구되는 유량을 제공하기 위해 필요한 대응하는 큰 오리피스를 결정하는 단계, 및 큰 오리피스의 이용 가능성을 검증하는 단계인 512 내지 516을 반복한다. 임의의 시간에서, 루틴이 선택하기 위한 오리피스들을 다 실행하면, 방법은 종료되고, 가스 분배 시스템(100)은 요구되는 초크 유량 및 최소 배압을 유지하면서, 요구되는 가스 유동 및 유동 비율을 제공할 수 없다.
일단 큰 오리피스가 결정되었으면, 518에서, 대응하는 제어 밸브들은 선택된 오리피스들을 통해서 요구되는 유량 비율을 제공하기 위해 개방될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 제어 밸브들 및 대응하는 오리피스들을 색인하는 테이블이 제공될 수 있다. 따라서, 테이블을 참조함으로써, 오퍼레이터 또는 제어기는 선택된 오리피스들에 대응하는 제어 밸브들(112, 120)을 개방할 수 있다. 오리피스들의 선택된 세트들을 결정하고 대응하는 밸브들을 개방한 직후에, 방법(500)은 일반적으로 종료된다.
방법(500)은 또한 각각의 선택된 오리피스들의 세트 내에서 복수의 오리피스들을 선택하기 위해 수정될 수 있다. 예를 들면, 각 오리피스를 통한 가장 작은 및 가장 큰 질소 등가 유동들은 단일 오리피스를 통하는 대신, 복수의 오리피스들을 통해서 유동을 더 분할함에 기초하여 연산될 수 있다. 요구되는 전체 유량에서 요구되는 유동 비율을 제공하기 위해 필요한 제 1 오리피스들(110) 및 제 2 오리피스들(118)의 선택된 세트들을 결정한 직후에, 대응하는 제어 밸브들(112, 120)은 가스 전달 구역들(126, 128)로 가스 유동을 제공하기 위해 개방될 수 있다.
상기 방법은 상술한 바와 동일한 기법들을 이용하여 제 3 또는 그 초과의 추가적인 가스 전달 구역들로 가스를 제공하기 위해 유사하게 이용될 수 있다. 제 3 (또는 그 초과의) 가스 전달 구역들은 주어진 프로세스 챔버, 추가적인 상이한 프로세스 챔버들, 또는 그의 조합들 내에서의 추가적인 구역들에 대응할 수 있다. 예를 들면, 상술한 방법과 유사하게, 제 3 가스 전달 구역과 제 1 가스 전달 구역 및 제 2 가스 전달 구역 중 어느 하나 또는 둘 모두 사이의 요구되는 가스의 요구되는 유동 비율이 선택될 수 있다. 그 다음, 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있는 제 3 가스 전달 구역들에 선택적으로 커플링된 복수의 제 3 오리피스들로부터 선택된 제 3 세트가 선택될 수 있다. 그 다음, 소정 가스는 오리피스들 중 선택된 제 3 세트를 통해서 요구되는 유동 비율로 제 3 전달 구역으로 유동될 수 있다.
예를 들면, 일부 실시예들에서, 제 1 가스 전달 구역은 제 1 프로세스 챔버 내의 제 1 구역일 수 있고, 제 2 가스 전달 구역은 제 1 프로세스 챔버 내의 제 2 구역일 수 있으며, 방법은 제 1 프로세스 챔버에서의 제 3 구역에 대응하는 제 3 가스 전달 구역과 제 1 가스 전달 구역 및 제 2 가스 전달 구역 중 어느 하나 또는 둘 모두 사이의 요구되는 가스의 요구되는 유동 비율을 선택하는 단계; 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있는 제 3 가스 전달 구역에 선택적으로 커플링된 복수의 제 3 오리피스들로부터 선택된 제 3 세트를 결정하는 단계; 및 제 3 전달 구역으로 오리피스들 중 선택된 제 3 세트를 통해서 요구되는 유동 비율로 요구되는 가스를 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 가스 전달 구역은 제 1 프로세스 챔버 내의 제 1 구역일 수 있고, 제 2 가스 전달 구역은 제 2 프로세스 챔버 내의 제 1 구역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 가스 전달 구역은 제 2 프로세스 챔버에서의 제 2 구역을 더 포함할 수 있고, 제 2 가스 전달 구역은 제 1 프로세스 챔버에서의 제 2 구역을 더 포함할 수 있다. 요구되는 가스의 요구되는 유동 비율은 제 3 프로세스 챔버에서의 제 1 구역에 대응하는 제 3 가스 전달 구역과 제 1 가스 전달 구역 및 제 2 가스 전달 구역 중 어느 하나 또는 둘 모두 사이에서 선택될 수 있다. 선택된 제 3 세트는 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있는 제 3 가스 전달 구역에 선택적으로 커플링된 복수의 제 3 오리피스들로부터 결정될 수 있고, 요구되는 가스는 오리피스들 중 선택된 제 3 세트를 통해서 요구되는 유동 비율로 제 3 전달 구역으로 유동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 요구되는 가스 유동을 요구되는 유동 비율들의 범위에 걸쳐 둘 또는 셋 이상의 요구되는 가스 전달 구역들로 분배하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본 발명의 장치 및 방법들은 가스 유동의 특정 조합 및 저 증기압 가스들의 상 변화의 방지를 위한 초크된 유동을 제공하면서, 요구되는 유동 비율들의 범위를 유리하게 제공할 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법들은 초크된 유량을 유지할 수 없음으로 인해 또는 가스 분배 시스템을 통해 유동하는 프로세스 가스들의 상 변화를 방지하기 위해 필요한 상류 압력을 초과하는 것 중 어느 하나에 의해 특정 비율이 달성될 수 없는 경우의 표시를 더 제공한다.
본 발명의 가스 분배 시스템은 센서들을 사용하지 않고, 따라서, 유리하게 시간이 지남에 따라 드리프트 하지 않는다. 따라서, 본 발명의 가스 분배 시스템은 주기적인 0 오프셋 및 스팬 체크들(span checks)을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명의 가스 분배 시스템은 제어 밸브들의 고 신뢰성으로 인해 그리고 능동 전자장치들 또는 센서들을 이용하지 않음으로써 센서-기반 유동 제어기에 비해 개선되도록 기대되는 평균 교체 시간(MTTR; mean time to replace)을 갖는다. 게다가, 본 발명의 가스 분배 시스템은 가열된 센서를 갖지 않으며, 그래서, 혼합된 가스들은 바람직하지 않은 반응들이 발생할 수 있는 상승된 온도들에 노출되지 않는다. 본 발명의 가스 분배 시스템은 유동 센서의 스케일에 제한되지 않기 때문에 종래의 센서-기반 유동 비율 제어기들보다 더 넓은 동작 범위를 더 갖는다. 또한, 폐쇄 루프 제어가 동작에 필요 없기 때문에, 응답 시간은 본 발명의 가스 분배 시스템에 대하여 유리하게 줄어든다.
앞서 말한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들은 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있다.
Claims (15)
- 다수의 가스 전달 구역들로의 가스 분배를 제어하기 위한 장치로서,
요구되는 전체 가스 유동을 제공하는 질량 유동 제어기;
제 1 유입부, 제 1 배출부, 및 그 사이에 선택가능하게(selectably) 커플링된 복수의 제 1 오리피스들을 포함하는 제 1 유동 제어 매니폴드―상기 제 1 유입부는 상기 질량 유동 제어기에 커플링됨―; 및
제 2 유입부, 제 2 배출부, 및 그 사이에 선택가능하게 커플링된 복수의 제 2 오리피스들을 포함하는 제 2 유동 제어 매니폴드―상기 제 2 유입부는 상기 질량 유동 제어기에 커플링됨―;를 포함하고,
상기 제 1 배출부와 상기 제 2 배출부 사이의 요구되는 유동 비율은, 선택가능하게 상기 복수의 제 1 오리피스들 중 하나 또는 둘 이상 및 상기 복수의 제 2 오리피스들 중 하나 또는 둘 이상을 통해서 유체를 유동시킴으로써 제공되고,
상기 질량 유동 제어기와 상기 제 1 유동 제어 매니폴드 및 상기 제 2 유동 제어 매니폴드의 각 유입부들 사이에 제공된 도관의 전도도는 상기 장치를 통해서 가스를 유동시키는 경우, 초크된 유동(choked flow) 조건을 제공하기에 충분한, 가스 분배를 제어하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배출부는 제 1 프로세스 챔버의 제 1 가스 전달 구역에 커플링되고, 상기 제 2 배출부는 상기 제 1 프로세스 챔버의 제 2 가스 전달 구역에 커플링되는, 가스 분배를 제어하기 위한 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 배출부는 제 2 프로세스 챔버의 제 1 가스 전달 구역에 추가로 커플링되고, 상기 제 2 배출부는 제 2 프로세스 챔버의 제 2 가스 전달 구역에 추가로 커플링되는, 가스 분배를 제어하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배출부는 제 1 프로세스 챔버의 가스 전달 구역에 커플링되고, 상기 제 2 배출부는 제 2 프로세스 챔버의 가스 전달 구역에 커플링되는, 가스 분배를 제어하기 위한 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 유동 제어 매니폴드 및 상기 제 2 유동 제어 매니폴드는 상기 제 1 유동 제어 매니폴드 및 상기 제 2 유동 제어 매니폴드의 상류에 제한된 압력을 유지하기에 충분한 압력 강하를 제공하는, 가스 분배를 제어하기 위한 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제한된 상류 압력은:
155 Torr 미만이거나;
저 증기압 가스들의 응축을 방지하도록 낮거나; 또는
시스템의 응답 시간을 조절하도록 제어된 것 중 적어도 하나인, 가스 분배를 제어하기 위한 장치. - 다수의 가스 전달 구역들로의 가스 분배를 제어하기 위한 방법으로서,
제 1 가스 전달 구역과 제 2 가스 전달 구역 사이의 요구되는 가스의 요구되는 유동 비율을 선택하는 단계;
상기 요구되는 유동 비율을 제공할 수 있는, 상기 제 1 가스 전달 구역에 선택적으로 커플링된 복수의 제 1 오리피스들로부터의 선택된 제 1 세트 및 상기 제 2 가스 전달 구역에 선택적으로 커플링된 복수의 제 2 오리피스들로부터 선택된 제 2 세트를 결정하는 단계; 및
상기 오리피스들의 상기 선택된 제 1 세트 및 상기 선택된 제 2 세트를 통해서 상기 요구되는 가스를 상기 제 1 가스 전달 구역 및 상기 제 2 가스 전달 구역으로 유동시키는 단계를 포함하고,
상기 선택된 제 1 세트 및 상기 선택된 제 2 세트를 결정하는 단계는,
상기 복수의 제 1 오리피스들로부터 제 1 작은 오리피스를 결정하는 단계, 상기 복수의 제 2 오리피스들로부터 대응하는 제 1 큰 오리피스를 선택하는 단계, 및 상기 제 1 큰 오리피스의 이용 가능성(availability)을 결정하는 단계; 또는
상기 복수의 제 1 오리피스들로부터 제 1 큰 오리피스를 결정하는 단계, 상기 복수의 제 2 오리피스들로부터 대응하는 제 1 작은 오리피스를 선택하는 단계, 및 상기 제 1 작은 오리피스의 이용 가능성을 결정하는 단계; 중 어느 하나를 더 포함하는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 오리피스들로부터 제 1 작은 오리피스를 결정하는 단계는, 상기 제 1 작은 오리피스와 동일한 크기를 갖는 오리피스를 통한 미리결정된 허용가능한 최대 및 최소 질소 등가 가스 유동들에 기초하고, 상기 제 1 큰 오리피스의 이용 가능성을 결정하는 단계는 상기 제 1 큰 오리피스와 동일한 크기를 갖는 오리피스를 통한 미리결정된 허용가능한 최대 및 최소 질소 등가 가스 유동들에 기초하며; 또는
상기 복수의 제 1 오리피스들로부터 제 1 큰 오리피스를 결정하는 단계는 상기 제 1 큰 오리피스와 동일한 크기를 갖는 오리피스를 통한 미리결정된 허용가능한 최대 및 최소 질소 등가 가스 유동들에 기초하고, 상기 제 1 작은 오리피스의 상기 이용 가능성을 결정하는 단계는 상기 제 1 작은 오리피스와 동일한 크기를 갖는 오리피스를 통한 미리결정된 허용가능한 최대 및 최소 질소 등가 가스 유동들에 기초하는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
각 오리피스를 통한 상기 허용가능한 최대 및 최소 질소 등가 가스 유동들은 하류 압력의 2배와 같거나 그보다 큰 상류 압력을 제공하도록 미리결정되고, 상기 상류 압력은 상기 요구되는 가스를 제공하는 질량 유동 제어기와 상기 제 1 및 제 2 오리피스들 사이에서 측정되고, 그리고 상기 하류 압력은 상기 제 1 및 제 2 오리피스들과 상기 제 1 및 제 2 가스 전달 구역들 사이에서 측정되는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 큰 오리피스의 비이용 가능성(unavailability)을 결정할 때,
제 2 작은 오리피스를 선택하는 단계―상기 제 2 작은 오리피스는 상기 제 1 작은 오리피스보다 작음―;
상기 요구되는 유동 비율을 제공하기 위해 대응하는 제 2 큰 오리피스를 선택하는 단계; 및
상기 제 2 큰 오리피스의 이용 가능성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 큰 오리피스의 비이용 가능성을 결정할 때,
작은 오리피스들 및 큰 오리피스들 모두가 이용 가능하거나, 또는 어떠한 작은 오리피스 및 대응하는 큰 오리피스도 이용 가능한 것으로 결정되지 않을 때까지, 순차적인 작은 오리피스들 및 대응하는 큰 오리피스들에 적용되는 것으로서 제 12 항의 한정들을 반복하는 단계; 및
선택적으로, 어떠한 작은 오리피스 및 대응하는 큰 오리피스도 이용 가능한 것으로 결정되지 않을 때, 상기 요구되는 유동 비율 및 요구되는 전체 유량이 제공될 수 없음을 표시하는 단계를 더 포함하는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법. - 제 7 항에 있어서,
선택된 오리피스들을 통해서 요구되는 유량 비율을 제공하기 위해 오리피스들의 선택된 제 1 세트 및 선택된 제 2 세트에 대응하는 제어 밸브들을 개방하는 단계를 더 포함하는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 가스 전달 구역은 제 1 프로세스 챔버 내의 제 1 구역이고, 상기 제 2 가스 전달 구역은 상기 제 1 프로세스 챔버 내의 제 2 구역이고, 또는
상기 제 1 가스 전달 구역은 제 1 프로세스 챔버 내의 제 1 구역이고, 상기 제 2 가스 전달 구역은 제 2 프로세스 챔버 내의 제 1 구역이며, 선택적으로, 상기 제 1 가스 전달 구역은 상기 제 2 프로세스 챔버에서 제 2 구역을 더 포함하고, 상기 제 2 가스 전달 구역은 상기 제 1 프로세스 챔버에서 제 2 구역을 더 포함하는, 가스 분배를 제어하기 위한 방법.
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