KR102306675B1 - 액체 및 고체 유출물의 수집 및 가스 유출물로의 후속 반응을 위한 장치 - Google Patents

액체 및 고체 유출물의 수집 및 가스 유출물로의 후속 반응을 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본원에서 개시되는 실시예들은 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 저감 시스템을 포함한다. 저감 시스템은 플라즈마 소스의 하류에 위치된 배기 냉각 장치를 포함한다. 배기 냉각 장치는 플레이트, 및 플레이트의 하류에 배치된 냉각 플레이트를 포함한다. 동작 동안, 플레이트 상에 수집된 재료들은 세정 라디칼들과 반응하여 가스를 형성한다. 플레이트의 온도는, 플레이트 상의 재료들과 세정 라디칼들의 반응의 반응 레이트를 개선하기 위해, 냉각 플레이트의 온도보다 더 높다.

Description

액체 및 고체 유출물의 수집 및 가스 유출물로의 후속 반응을 위한 장치
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 장비에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감(abate)시키기 위한 저감 시스템 및 진공 프로세싱 시스템에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱 설비들에 의해 사용되는 프로세스 가스들은 다수의 화합물들, 이를테면 과불화 탄소(PFC)들을 포함하며, 그 화합물들은 규제 요건들, 및 환경 및 안전 문제들로 인해, 폐기 전에 저감 또는 처리되어야만 한다. 전형적으로, 프로세싱 챔버로부터 나오는 화합물들을 저감시키기 위해, 프로세싱 챔버에 원격 플라즈마 소스가 커플링될 수 있다. 화합물들의 저감을 보조하기 위해, 시약이 플라즈마 소스 내로 주입될 수 있다.
[0003] PFC들을 저감시키기 위한 종래의 저감 기술은 시약으로서 수증기를 활용하며, 이는 양호한 DRE(destruction removal efficiency)를 제공한다. 그러나, 원격 플라즈마 소스에서 수증기를 사용한 특정 화합물들의 저감은 원격 플라즈마 소스, 및 원격 플라즈마 소스의 하류에 있는 장비, 이를테면 배기 라인 및 펌프들에서 고체 입자들이 형성되게 할 수 있다. 부가하여, 원격 플라즈마 소스에서 빠져나가는 배기 가스는 온도가 높을 수 있으며, 이는 원격 플라즈마 소스의 하류에 있는 펌프에서 문제를 발생시킬 수 있다.
[0004] 따라서, 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 개선된 저감 시스템이 본 기술분야에 필요하다.
[0005] 본 개시내용의 실시예들은 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 저감 시스템 및 진공 프로세싱 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 배기 냉각 장치는, 제1 단부, 제2 단부, 유입 포트, 및 유출 포트를 갖는 바디 조립체(body assembly) ― 상기 바디 조립체는 유입 포트와 유출 포트를 유동적으로(fluidly) 연결하는 중공 내부를 가짐 ―; 중공 내부에 배치된 제1 플레이트; 및 중공 내부에서 제1 플레이트와 유출 포트 사이에 배치된 제2 플레이트를 포함하며, 제2 플레이트는 제1 플레이트보다 더 낮은 온도로 제2 플레이트를 유지하도록 동작가능한 온도 제어 엘리먼트들을 갖는다.
[0006] 다른 실시예에서, 저감 시스템은 제1 플라즈마 소스; 제1 플라즈마 소스에 커플링된 배기 냉각 장치; 및 배기 냉각 장치에 커플링된 제2 플라즈마 소스를 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 배기 냉각 장치는, 제1 단부, 제2 단부, 유입 포트, 및 유출 포트를 갖는 바디 조립체 ― 바디 조립체는 유입 포트와 유출 포트를 유동적으로 연결하는 중공 내부를 가짐 ―; 중공 내부에 배치된 트레이; 및 중공 내부에서 트레이와 유출 포트 사이에 배치된 플레이트를 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 배기 냉각 장치를 포함하는 진공 프로세싱 시스템의 개략적인 측면도이다.
[0010] 도 2a는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 배기 냉각 장치의 개략적인 사시도이다.
[0011] 도 2b는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 2a의 배기 냉각 장치의 개략적인 단면도이다.
[0012] 도 2c는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 2a의 배기 냉각 장치의 개략적인 단면도이다.
[0013] 도 3a는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 배기 냉각 장치의 개략적인 사시도이다.
[0014] 도 3b는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 3a의 배기 냉각 장치의 개략적인 단면도이다.
[0015] 도 3c는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 3a의 배기 냉각 장치의 개략적인 단면도이다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0017] 도 1은 저감 시스템(193)에서 활용되는 배기 냉각 장치(117)를 갖는 진공 프로세싱 시스템(170)의 개략적인 측면도이다. 진공 프로세싱 시스템(170)은 적어도 진공 프로세싱 챔버(190), 플라즈마 소스(100), 및 배기 냉각 장치(117)를 포함한다. 저감 시스템(193)은 적어도 플라즈마 소스(100) 및 배기 냉각 장치(117)를 포함한다. 일반적으로, 진공 프로세싱 챔버(190)는 적어도 하나의 집적 회로 제조 프로세스, 이를테면, 증착 프로세스, 에칭 프로세스, 플라즈마 처리 프로세스, 사전세정 프로세스, 이온 주입 프로세스, 또는 다른 집적 회로 제조 프로세스를 수행하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 진공 프로세싱 챔버(190)는 디스플레이 또는 솔라(solar) 애플리케이션들을 위해 기판을 프로세싱하도록 구성된다. 진공 프로세싱 챔버(190)에서 수행되는 프로세스는 플라즈마 보조식일 수 있다. 예컨대, 진공 프로세싱 챔버(190)에서 수행되는 프로세스는 실리콘-계 재료를 증착하기 위한 플라즈마 증착 프로세스, 또는 실리콘-계 재료를 제거하기 위한 플라즈마 에칭 프로세스일 수 있다.
[0018] 진공 프로세싱 챔버(190)는 챔버 배기 포트(191)를 가지며, 그 챔버 배기 포트(191)는 포어라인(foreline)(192)을 통해 저감 시스템(193)의 플라즈마 소스(100)에 커플링된다. 배기 냉각 장치(117)는 플라즈마 소스(100)로부터 빠져나오는 배기 가스를 냉각시키기 위해, 그리고 플라즈마 소스(100)에서 형성된 입자들을 수집하기 위해, 플라즈마 소스(100)에 커플링된다. 배기 냉각 장치(117)는, 펌프들 및 설비 배기부로의 배기 도관(194)에 커플링되며, 펌프들 및 설비 배기부는 도 1에서 단일 참조 번호 196으로 개략적으로 표시된다. 펌프들은 일반적으로, 진공 프로세싱 챔버(190)를 진공배기시키는 데 활용되는 한편, 설비 배기부는 일반적으로, 진공 프로세싱 챔버(190)의 유출물이 대기에 진입할 준비를 하기 위한 스크러버(scrubber)들 또는 다른 배기 세정 장치를 포함한다.
[0019] 플라즈마 소스(100)는 진공 프로세싱 챔버(190)에서 빠져나가는 가스들 및/또는 다른 재료들에 대해 저감 프로세스를 수행하는 데 활용되며, 그에 따라, 그러한 가스들 및/또는 다른 재료들은 더 환경적인 및/또는 프로세스 장비 친화적인 조성으로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저감 시약 소스(114)가 포어라인(192) 및/또는 플라즈마 소스(100)에 커플링된다. 저감 시약 소스(114)는 플라즈마 소스(100) 내에 저감 시약을 제공하며, 그 저감 시약은 에너자이징되어, 진공 프로세싱 챔버(190)에서 빠져나가는 재료들과 반응할 수 있거나, 또는 그렇지 않으면, 진공 프로세싱 챔버(190)에서 빠져나가는 재료들을 더 환경적인 및/또는 프로세스 장비 친화적인 조성으로 변환시키는 것을 보조할 수 있다. 선택적으로, 퍼지 가스 소스(115)가 플라즈마 소스(100) 내부의 컴포넌트들 상의 증착을 감소시키기 위해 플라즈마 소스(100)에 커플링될 수 있다.
[0020] 배기 냉각 장치(117)는 플라즈마 소스(100)에서 빠져나오는 배기 가스의 온도를 감소시키기 위해, 그리고 플라즈마 소스(100)에서 형성된 입자들을 수집하기 위해, 플라즈마 소스(100)와 배기 도관(194) 사이에 커플링된다. 일 예에서, 배기 냉각 장치(117)는 저감 시스템(193)의 일부이다. 플라즈마 소스(100)에서 빠져나가는 배기 가스는 배기 냉각 장치(117) 내부의 저온 표면들(배기 가스의 온도보다 실질적으로 더 낮은 온도를 갖는 표면들) 상에 증착될 수 있다. 배기 냉각 장치에서 증착되는 재료의 예는 실리콘 이산화물이다. 일부 실시예들에서, 진공 프로세싱 챔버(190)는, 진공 프로세싱 챔버(190)를 세정하기 위해 진공 프로세싱 챔버(190) 내로 유동되는 세정 라디칼들, 이를테면 불소 라디칼들을 생성하기 위한 원격 플라즈마 소스를 포함한다. 미반응 세정 라디칼들은 진공 프로세싱 챔버(190)에서 빠져나갈 수 있고, 플라즈마 소스(100) 및 배기 냉각 장치(117)에 진입하여, 플라즈마 소스(100) 및 배기 냉각 장치(117)에 증착된 재료들을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 진공 프로세싱 챔버(190)의 세정 프로세스는 효율적으로 수행되고, 그에 따라, 최소량의 미반응 세정 라디칼들이 진공 프로세싱 챔버(190)에서 빠져나갈 수 있다. 최소량의 세정 라디칼들은 플라즈마 소스(100) 및 배기 냉각 장치(117)를 세정하기에 충분하지 않다.
[0021] 플라즈마 소스(100) 및/또는 배기 냉각 장치(117)를 세정하기 위한 세정 라디칼들을 생성하기 위해, 제2 플라즈마 소스(102)가 활용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 플라즈마 소스(102)는 도관(104)을 통해 배기 냉각 장치(117)에 커플링될 수 있다. 제2 플라즈마 소스(102)에서 생성된 세정 라디칼들은 배기 냉각 장치(117)에서 형성 또는 수집된 재료들을 제거하기 위해 배기 냉각 장치(117) 내로 유동할 수 있다. 대안적으로, 제2 플라즈마 소스(102)는 플라즈마 소스(100)에 세정 라디칼들을 제공하기 위해 도관(106)을 통해 포어라인(192)에 커플링될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 플라즈마 소스(102)는 도관(미도시)을 통해 플라즈마 소스(100)에 커플링된다. 제2 플라즈마 소스(102)는 저감 시스템(193)의 일부일 수 있다.
[0022] 선택적으로, 압력 조절 모듈(182)이 플라즈마 소스(100) 또는 배기 도관(194) 중 적어도 하나에 커플링될 수 있다. 압력 조절 모듈(182)은 압력 조절 가스, 이를테면 Ar, N, 또는 다른 적합한 가스를 주입하며, 이는 플라즈마 소스(100) 내의 압력이 더 양호하게 제어될 수 있게 하고, 그에 의해, 더 효율적인 저감 성능을 제공한다. 일 예에서, 압력 조절 모듈(182)은 저감 시스템(193)의 일부이다.
[0023] 도 2a는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 배기 냉각 장치(117)의 개략적인 사시도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 배기 냉각 장치(117)는 바디 조립체(202)를 포함하며, 그 바디 조립체(202)는 제1 단부(204), 제1 단부(204)와 대향하는 제2 단부(206), 유입 포트(212), 및 유입 포트(212)와 대향하는 유출 포트(214)를 갖는다. 바디 조립체(202)는 유입 포트(212)와 유출 포트(214)를 유동적으로 연결하는 중공 내부를 갖는다. 바디 조립체(202)는 도 2a에 도시된 바와 같이 원통형일 수 있거나, 또는 다른 적합한 형상일 수 있다. 제1 플레이트(208)가 복수의 체결 디바이스들(207), 이를테면 복수의 클램프들, 볼트들에 의해, 또는 다른 적합한 기법들에 의해 제1 단부(204)에 커플링된다. 일 실시예에서, 제1 플레이트(208)는 바디 조립체(202)의 일체형 부분이다. 제2 플레이트(210)가 복수의 체결 디바이스들(209), 이를테면 복수의 클램프들, 볼트들에 의해, 또는 다른 적합한 기법들에 의해 제2 단부(206)에 커플링된다. 일 실시예에서, 제2 플레이트(210)는 바디 조립체(202)의 일체형 부분이다. 하나 이상의 뷰잉 포트(viewing port)들(224, 226)이 제1 및/또는 제2 플레이트들(208, 210)에 형성된다.
[0024] 플레이트(220)가 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)에 배치된다. 플레이트(220)는 평면형 또는 곡면형(curved)일 수 있다. 동작 동안, 플레이트(220)는 플라즈마 소스(100)(도 1에 도시된 바와 같음)에서 빠져나가는 재료들, 이를테면 실리콘 이산화물을 수집한다. 세정 라디칼들, 이를테면 불소 라디칼들이 배기 냉각 장치(117) 내로 도입되고, 그리고 플레이트(220) 상에 수집되거나 그렇지 않으면 배기 냉각 장치(117)에 존재하는 재료들과 반응하여, 가스, 이를테면 실리콘 테트라플루오라이드를 형성한다. 세정 라디칼들은 제2 플라즈마 소스(102)(도 1에 도시된 바와 같음)에서 생성될 수 있거나, 또는 진공 프로세싱 챔버(190)(도 1에 도시된 바와 같음)에 커플링된 원격 플라즈마 소스에서 생성될 수 있다.
[0025] 세정 라디칼들과 플레이트(220) 상에 수집된 재료들의 반응은, 상승된 온도, 이를테면, 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스의 온도에서, 증가된 반응 레이트를 가질 수 있다. 따라서, 플레이트(220)는 냉각되지 않는다. 예컨대, 플레이트(220)는 냉각제가 유동하기 위해 플레이트(220)에 형성된 냉각 채널을 포함하지 않는다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 플레이트(220)의 온도는 온도 제어 디바이스에 의해 제어되지 않는다. 플레이트(220)는 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스의 온도를 실질적으로 취한다. 대안적으로, 플레이트(220)는, 예컨대 저항성 가열기들에 의해, 능동적으로 가열될 수 있다. 플레이트(220)는 낮은 열 전도율을 갖는 재료로 제작된다. 플레이트(220)는 스테인리스 강, 이를테면 316L 스테인리스 강으로 제작될 수 있다.
[0026] 세정 라디칼들과 플레이트(220) 상에 수집된 재료들의 반응은 발열성일 수 있고, 그에 따라, 플레이트(220)의 상승된 온도를 유지하는 데 추가로 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 플레이트(220)의 온도는 섭씨 약 400도 내지 섭씨 약 500도의 범위이다.
[0027] 냉각 디바이스(222)는, 제2 플레이트(210)의 상승된 온도로 인해, 바디 조립체(202)의 제2 단부(206)와 제2 플레이트(210) 사이에 배치된 밀봉부가 열화되는 것을 방지하기 위해, 제2 플레이트(210)에 커플링될 수 있다. 냉각 디바이스(222)는 냉각제 소스에 연결된 튜브 또는 통로일 수 있으며, 냉각제가 제2 플레이트(210)의 온도를 낮추기 위해 튜브를 통해 유동된다. 냉각된 제2 플레이트(210)에 의한 플레이트(220)의 냉각을 방지하기 위해, 단열재(미도시)가 제2 플레이트(210)와 플레이트(220) 사이에 배치될 수 있다. 제1 플레이트(208)의 상승된 온도로 인해, 제1 단부(204)와 제1 플레이트(208) 사이에 배치된 밀봉부가 열화되는 것을 방지하기 위해, 냉각 디바이스(미도시)가 제1 플레이트(208)에 커플링될 수 있다. 유사하게, 냉각 디바이스들(216, 218)이 각각 유입 포트(212) 및 유출 포트(214)에 커플링되어, 배기 냉각 장치(117)의 그 구역에서 밀봉부들을 보호할 수 있다. 일 예에서, 냉각 디바이스(216)는, 냉각제 유입구(228) 및 냉각제 유출구(230)를 포함하는 튜브일 수 있다. 냉각 디바이스(218)는 냉각 디바이스(216)와 동일할 수 있다. 냉각 디바이스들(216, 218)은 유입 포트(212) 및 유출 포트(214)의 개구들의 형상과 일치할 수 있다. 일 실시예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 냉각 디바이스들(216, 218)은 원형이다.
[0028] 도 2b는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 2a의 배기 냉각 장치(117)의 개략적인 단면도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 배기 냉각 장치(117)는 플레이트(220), 및 플레이트(220)의 하류에 위치된 냉각 플레이트(231)를 포함한다. 냉각 플레이트(231)는 제1 플레이트(208)에 커플링될 수 있다. 냉각 플레이트(231)는 냉각제를 유동시키기 위해, 냉각 플레이트(231)에 형성된 냉각 채널, 냉각제 유입구(232), 및 냉각제 유출구(미도시)를 포함할 수 있다. 플레이트(220)와 달리, 냉각 플레이트(231)는 냉각 채널을 통해 유동하는 냉각제에 의해 능동적으로 냉각된다. 냉각 플레이트(231)는 스테인리스 강, 알루미늄, 니켈 코팅 알루미늄, 또는 임의의 적합한 재료로 제작된다. 냉각 플레이트(231)는 배기 냉각 장치(117) 밖으로 유동하기 전에 배기 가스를 냉각시키며, 이는 하류의 컴포넌트들, 이를테면 펌프들이 손상되는 것을 보호한다. 냉각 플레이트(231)는 또한, 응축가능 유출물이 응축 및 수집될 위치를 제공하기 위한 냉각된 표면을 제공한다. 응축된 재료는 후속 세정 프로세스 동안, 이를테면 세정 라디칼들을 사용하여 가스를 형성하도록 반응된다. 따라서, 응축가능 유출물은 하류의 펌프 또는 더 낮은 온도를 갖는 다른 표면들에 응축되지 않을 것이다. 동작 동안, 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)는 상이한 온도들로 유지된다. 일 실시예에서, 냉각 플레이트(231)는 섭씨 약 20도 이하의 온도로 유지된다. 냉각 플레이트(231)는 플레이트(220)의 온도보다 실질적으로 더 낮은 온도를 가지며, 플레이트(220)의 온도와 냉각 플레이트(231)의 온도 사이의 차이는 섭씨 약 100도 내지 섭씨 500도의 범위이다.
[0029] 플레이트(220)는, 예컨대 복수의 볼트들(234) 또는 다른 적합한 기법을 통해, 제2 플레이트(210)에 커플링된다. 냉각된 제2 플레이트(210)로부터 플레이트(220)를 단열시키기 위해, 선택적인 단열재(240)가 제2 플레이트(210)와 플레이트(220) 사이에 배치될 수 있다. 단열재(240)는 임의의 적합한 단열재, 이를테면, 볼트들(234) 위에서 슬라이딩되는 세라믹 스탠드오프(standoff) 또는 튜브일 수 있다. 일 실시예에서, 단열재(240)는 세라믹 와셔이다. 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)는 동일한 재료로 제작될 수 있다. 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)는 각각, 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)의 길이 미만의 길이를 가질 수 있다. 바디 조립체(202)의 길이는 제1 플레이트(208)와 제2 플레이트(210) 사이의 길이로서 정의된다. 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)가 대향 플레이트들(210, 208)에 커플링되고, 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)의 길이가 바디 조립체(202)의 길이 미만이기 때문에, 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스는, 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231) 주위에 정의된 서펜타인(serpentine) 경로(P1)를 따라 유동할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)는 길이 방향으로 오프셋된다.
[0030] 다르게 설명하면, 플레이트(220)는 제1 단부에서 제2 플레이트(210)에 캔틸레버 방식으로 커플링될 수 있는 한편, 플레이트(220)의 제2 단부는 제1 플레이트(208)로부터 이격될 수 있다. 유사하게, 냉각 플레이트(231)는 제1 단부에서 제1 플레이트(208)에 캔틸레버 방식으로 커플링될 수 있는 한편, 냉각 플레이트(231)의 제2 단부는 제2 플레이트(210)로부터 이격될 수 있다. 플레이트들(220, 231)의 대향 단부들이 대향 플레이트들(208, 210)로부터 이격되기 때문에, 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스는 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231) 주위에 정의된 서펜타인 경로(P1)를 따라 유동할 수 있다. 서펜타인 경로(P1)는 배기 냉각 장치(117)를 통과하는 배기 가스들의 잔류 시간을 증가시키고, 그에 의해, 배기 스트림으로부터의 입자 제거의 효율을 증가시킨다. 게다가, 서펜타인 경로(P1)는 어떠한 입자들도 유출 포트(214)를 통해 펌프 내로 직접적으로 떨어질 수 없게 되는 것을 보장한다. 플레이트들(220, 231)의 대향 단부들과 대향 플레이트들(208, 210) 사이의 갭들(G1, G2)은 유입 포트(212)로부터 유출 포트(214)로의 압력 강하를 최소화한다. 갭들(G1, G2)이 없는 경우, 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231) 상에 증착된 재료는 가스 경로를 빠르게 차단할 수 있고, 그리고 진공 펌핑이 프로세스 챔버 요건들을 만족시키기에 비효율적이게 될 때까지, 유입 포트(212)에서 유출 포터(214)에 걸쳐 계속 증가되는 압력 강하를 생성할 수 있다.
[0031] 도 2c는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 2a의 배기 냉각 장치(117)의 개략적인 단면도이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 배기 냉각 장치(117)는 원통형 바디 조립체(202), 플레이트(220), 및 냉각 플레이트(231)를 포함한다. 플레이트(220)는 플레이트(220)를 통과하는, 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)의 현보다 더 작은 폭을 갖는다. 다시 말하면, 갭들(G3, G4)은 바디 조립체(202)와 플레이트(220)의 대향 측면들 사이에 형성된다. 유사하게, 냉각 플레이트(231)는 냉각 플레이트(231)를 통과하는, 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)의 현보다 더 작은 폭을 갖는다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)는 측 방향으로(폭 방향으로) 오프셋된다. 플레이트(220) 및 냉각 플레이트(231)는 길이 방향 및 폭 방향 둘 모두로 오프셋되고, 그에 따라, 배기 가스는 바디 조립체(202)와 플레이트(220)의 측면들 사이 그리고 바디 조립체(202)와 냉각 플레이트(231)의 측면들 사이에 형성된 갭들을 통해 유동하여, 배기 냉각 장치(117) 내의 압력 증가가 방지되고, 배기 냉각 장치(117) 내의 배기 가스의 잔류 시간이 증가됨으로써, 세정 효율이 증가된다.
[0032] 플레이트(220)는 복수의 보강재들(250), 이를테면, 튜브들, 바들, 빔들, 앵글들, 또는 다른 세장형 프로파일에 의해 추가로 지지될 수 있다. 볼트들(234), 플레이트(220), 및 복수의 보강재들(250)은, 열팽창 계수들의 불일치들로 인한 휨 또는 분리를 감소시키기 위해, 동일한 재료로 제작될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 플레이트(220)는 곡면형일 수 있다. 플레이트(220)의 곡률(curvature)은 오목할 수 있거나 또는 볼록할 수 있다. 플레이트(220)의 곡률은 플레이트(220)의 강도를 개선하고, 그리고 상승된 온도, 이를테면 섭씨 150도 초과, 예컨대 섭씨 400도 내지 섭씨 500도에 플레이트(220)가 노출될 때, 플레이트(220)의 추가적인 휨을 방지한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 곡률은 폭 방향으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 곡률은 길이 방향으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 플레이트(220)는 폭 방향으로 오목하며, 이는 배기 냉각 장치 내로 유동하는 재료들의 수집을 개선한다.
[0033] 뷰잉 포트(224)는 윈도우(252) 및 셔터(256)를 포함한다. 윈도우(252)는 사파이어로 제작될 수 있고, UV 방사선을 차단하는 코팅을 포함할 수 있다. 셔터(256)는 배기 냉각 장치(117)의 내부로부터 윈도우(252)를 차폐하거나 또는 배기 냉각 장치(117)의 내부에 윈도우(252)를 노출시키도록 자동적으로 또는 수동적으로 작동될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 셔터(256)는 예시를 위해 반개되어 있다. 동작 동안, 셔터(256)는 개방되거나(즉, 배기 냉각 장치(117)의 내부에 윈도우(252)를 노출시킴) 또는 폐쇄된다(즉, 배기 냉각 장치(117)의 내부로부터 윈도우(252)를 차폐함). 셔터(256)가 개방될 때, 오퍼레이터는, 플레이트(220) 상에 증착된 재료들을 제거하도록 세정 라디칼들이 배기 냉각 장치(117) 내로 유동되어야 하는지를 결정하기 위해, 플레이트(220)를 뷰잉할 수 있다. 유사하게, 뷰잉 포트(226)는 윈도우(254) 및 셔터(258)를 포함한다. 윈도우(254)는 윈도우(252)와 동일한 재료로 제작될 수 있다. 셔터(258)는 윈도우(254)를 차폐 또는 노출시키도록 자동적으로 또는 수동적으로 작동될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 셔터(258)는 예시를 위해 반개되어 있다. 동작 동안, 셔터(258)는 개방되거나(즉, 배기 냉각 장치(117)의 내부에 윈도우(254)를 노출시킴) 또는 폐쇄된다(즉, 배기 냉각 장치(117)의 내부로부터 윈도우(254)를 차폐함). 셔터(258)가 개방될 때, 오퍼레이터는, 냉각 플레이트(231) 상에 증착된 재료들을 제거하도록 세정 라디칼들이 배기 냉각 장치(117) 내로 유동되어야 하는지를 결정하기 위해, 냉각 플레이트(231)를 뷰잉할 수 있다. 오퍼레이터는 또한, 플레이트(220) 또는 냉각 플레이트(231)의 조건에 기초하여, 자동 세정 사이클 세정 성능을 최적화하기 위해, 세정 레시피를 튜닝할 수 있다(세정 라디칼 유량들, 플라즈마 전력, 또는 퍼지 유량들을 증가 또는 감소시킬 수 있음). 셔터들(256, 258)의 사용은 유리하게, 윈도우들(252, 254)의 수명을 연장시킨다.
[0034] 도 3a는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 배기 냉각 장치(117)의 개략적인 사시도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 배기 냉각 장치(117)는 바디 조립체(202)를 포함하며, 그 바디 조립체(202)는 제1 단부(204), 제1 단부(204)와 대향하는 제2 단부(206), 유입 포트(212), 및 유입 포트(212)와 대향하는 유출 포트(214)를 갖는다. 바디 조립체(202)는 도 3a에 도시된 바와 같이 원통형일 수 있거나, 또는 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 제1 플레이트(208)는 복수의 체결 디바이스(207)에 의해 제1 단부(204)에 커플링되며, 제2 플레이트(210)는 복수의 체결 디바이스들(209)에 의해 제2 단부(206)에 커플링된다. 제1 및 제2 플레이트들(208, 210)은 바디 조립체(202)의 일체형 부분일 수 있다. 일 실시예에서, 배기 냉각 장치(117)는 하나 이상의 뷰잉 포트들을 포함하지 않는다. 트레이(302)가 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)에 배치된다. 동작 동안, 트레이(302)는 플라즈마 소스(100)(도 1에 도시된 바와 같음)에서 빠져나가는 재료들, 이를테면 실리콘 이산화물을 수집한다. 세정 라디칼들, 이를테면 불소 라디칼들이 배기 냉각 장치(117) 내로 도입되고, 그리고 트레이(302)에 수집된 재료들과 반응하여, 가스, 이를테면 실리콘 테트라플루오라이드를 형성한다. 세정 라디칼들은 제2 플라즈마 소스(102)(도 1에 도시된 바와 같음)에서 생성될 수 있거나, 또는 진공 프로세싱 챔버(190)(도 1에 도시된 바와 같음)에 커플링된 원격 플라즈마 소스에서 생성될 수 있다.
[0035] 세정 라디칼들과 트레이(302) 상에 수집된 재료들의 반응은, 상승된 온도, 이를테면, 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스의 온도에서, 증가된 반응 레이트를 가질 수 있다. 따라서, 트레이(302)는 냉각되지 않는다. 예컨대, 트레이(302)는 냉각제가 유동하기 위해 트레이(302)에 형성된 냉각 채널을 포함하지 않는다. 다시 말하면, 트레이(302)의 온도는 온도 제어 디바이스에 의해 제어되지 않는다. 트레이(302)는 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스의 온도를 실질적으로 취한다. 대안적으로, 트레이(302)는, 예컨대 저항성 가열기들에 의해, 능동적으로 가열될 수 있다. 트레이(302)는 높은 열 전도율을 갖는 재료로 제작된다. 트레이(302)는 알루미늄 또는 스테인리스 강, 이를테면 316L 스테인리스 강으로 제작될 수 있다.
[0036] 세정 라디칼들과 트레이(302) 상에 수집된 재료들의 반응은 발열성일 수 있다. 트레이(302)와 제2 플레이트(210) 사이의 열 전달은, 플레이트(220)와 제2 플레이트(210) 사이의 열 전달에 대하여 위에서 설명된 기법들을 활용하여 억제될 수 있다.
[0037] 제1 플레이트(208)의 상승된 온도로 인해, 제1 단부(204)와 제1 플레이트(208) 사이에 배치된 밀봉부가 열화되는 것을 방지하기 위해, 냉각 디바이스(308)가 제1 플레이트(208)에 커플링된다. 냉각 디바이스(308)는 냉각제 소스에 연결된 튜브(310)를 포함하며, 냉각제가 제1 플레이트(208)의 온도를 낮추기 위해 튜브(310)를 통해 유동된다. 유사하게, 냉각 디바이스(304)는, 제2 플레이트(210)의 상승된 온도로 인해, 제2 단부(206)와 제2 플레이트(210) 사이에 배치된 밀봉부가 열화되는 것을 방지하기 위해, 제2 플레이트(210)에 커플링될 수 있다. 냉각 디바이스(304)는 냉각제 소스에 연결된 튜브(306)를 포함할 수 있으며, 냉각제가 제2 플레이트(210)의 온도를 낮추기 위해 튜브(306)를 통해 유동된다. 냉각된 제2 플레이트(210)와 트레이(302) 사이의 열 전달을 감소시키기 위해, 단열재(미도시)가 제2 플레이트(210)와 트레이(302) 사이에 배치될 수 있다. 유사하게, 냉각 디바이스들(216, 218)이 각각, 유입 포트(212) 및 유출 포트(214)에 커플링될 수 있다.
[0038] 도 3b는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 3a의 배기 냉각 장치(117)의 개략적인 단면도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 배기 냉각 장치(117)는 트레이(302), 및 트레이(302)의 하류에 위치된 냉각 플레이트(231)를 포함한다. 트레이(302)는 하나 이상의 체결기들(320)을 통해 제2 플레이트(210)에 커플링될 수 있다. 냉각된 제2 플레이트(210)로부터 트레이(302)를 단열시키기 위해, 선택적인 단열재(322)가 제2 플레이트(210)와 트레이(302) 사이에 배치될 수 있다. 단열재(322)는 임의의 적합한 단열재일 수 있다. 일 실시예에서, 단열재(322)는 세라믹 와셔이다. 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)는 동일한 재료로 제작될 수 있다. 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)는 각각, 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)의 길이 미만의 길이를 가질 수 있다. 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)가 대향 플레이트들(210, 208)에 커플링되고, 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)의 길이가 바디 조립체(202)의 길이 미만이기 때문에, 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스는, 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231) 주위에 정의된 서펜타인 경로(P2)를 따라 유동할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)는 길이 방향으로 오프셋된다.
[0039] 다르게 설명하면, 트레이(302)는 제1 단부에서 제2 플레이트(210)에 캔틸레버 방식으로 커플링될 수 있는 한편, 트레이(302)의 제2 단부는 제1 플레이트(208)로부터 이격될 수 있다. 유사하게, 냉각 플레이트(231)는 제1 단부에서 제1 플레이트(208)에 캔틸레버 방식으로 커플링될 수 있는 한편, 냉각 플레이트(231)의 제2 단부는 제2 플레이트(210)로부터 이격될 수 있다. 트레이(302) 및 플레이트(231)의 대향 단부들이 대향 플레이트들(208, 210)로부터 이격되기 때문에, 배기 냉각 장치(117)에 진입하는 배기 가스는 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231) 주위에 정의된 서펜타인 경로(P2)를 따라 유동할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 서펜타인 경로(P2)는 배기 냉각 장치(117)를 통과하는 배기 가스들의 잔류 시간을 증가시키고, 그에 의해, 배기 스트림으로부터의 입자 제거의 효율을 증가시킨다.
[0040] 라이너(324)가 유출 포트(214)의 내부 표면에 커플링된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 라이너(324)는 원통형일 수 있다. 라이너(324)는 임의의 입자들이 유출 포트(214)를 통해 펌프 내로 떨어지는 것을 방지하기 위한 부가적인 대책으로서 활용된다. 가스가 라이너(324)의 립 상에서 그리고 위에서 유동할 것이지만, 충분한 질량의 입자들은 유출 포트(214)를 통해 배기 냉각 장치(117)에서 빠져나가는 것이 방지될 것이다.
[0041] 도 3c는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 3a의 배기 냉각 장치(117)의 개략적인 단면도이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 배기 냉각 장치(117)는 원통형 바디 조립체(202), 트레이(302), 및 냉각 플레이트(231)를 포함한다. 트레이(302)는 트레이(302)를 통과하는, 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)의 현보다 더 작은 폭을 갖는다. 다시 말하면, 갭들(G5, G6)은 바디 조립체(202)와 트레이(302)의 대향 측면들 사이에 형성된다. 유사하게, 냉각 플레이트(231)는 냉각 플레이트(231)를 통과하는, 배기 냉각 장치(117)의 바디 조립체(202)의 현보다 더 작은 폭을 갖는다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)는 측 방향으로(폭 방향으로) 오프셋된다. 트레이(302) 및 냉각 플레이트(231)는 길이 방향 및 폭 방향 둘 모두로 오프셋되고, 그에 따라, 배기 가스는 바디 조립체(202)와 트레이(302)의 측면들 사이 그리고 바디 조립체(202)와 냉각 플레이트(231)의 측면들 사이에 형성된 갭들을 통해 유동하여, 배기 냉각 장치(117) 내의 압력 증가가 방지됨으로써, 세정 효율이 증가된다.
[0042] 배기 냉각 장치에 플레이트(220)와 같은 플레이트 또는 트레이(302)와 같은 트레이를 포함시킴으로써, 플레이트 또는 트레이의 상승된 온도로 인한, 플레이트 상에 또는 트레이 내에 증착된 재료들과 세정 라디칼들 사이의 반응의 반응 레이트가 개선된다. 게다가, 플레이트 또는 트레이는 고체 재료들이 배기 냉각 장치를 통해 펌프들 내로 유동하는 것을 방지한다. 플레이트 상에 증착되거나 또는 트레이에 수집된 고체 재료들은 세정 라디칼들과 반응되어 가스를 형성하며, 이는 하류의 컴포넌트들에 대한 어떠한 손상도 발생시키지 않는다.
[0043] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 배기 냉각 장치로서,
    제1 단부, 상기 제1 단부에 대향하여 형성된 제2 단부, 유입 포트, 및 유출 포트를 갖는 바디 조립체(body assembly) ― 상기 바디 조립체는 상기 유입 포트와 상기 유출 포트를 유동적으로(fluidly) 연결하는 중공 내부를 가짐 ―;
    상기 제1 단부에 커플링된 제1 단부 플레이트;
    상기 제2 단부에 커플링된 제2 단부 플레이트;
    상기 제1 단부 플레이트로부터 캔틸레버링(cantilever)되며 상기 중공 내부에 배치된 제1 플레이트 ― 상기 제1 플레이트는 온도 제어 디바이스에 의해 제어되지 않음 ―; 및
    상기 제2 단부 플레이트로부터 캔틸레버링되며 상기 제1 플레이트와 상기 유출 포트 사이의 중공 내부에 배치된 제2 플레이트
    를 포함하고,
    상기 제2 플레이트는, 상기 제2 플레이트를 상기 제1 플레이트보다 낮은 온도로 유지하도록 동작가능한 온도 제어 엘리먼트들을 갖는,
    배기 냉각 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트 사이에서 제1 방향으로 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 주위에 정의된 제1 서펜타인(serpentine) 유동 경로를 더 포함하는,
    배기 냉각 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트 사이에서 제2 방향으로 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 주위에 정의된 제2 서펜타인 유동 경로를 더 포함하며,
    상기 제1 방향은 상기 제2 방향에 대하여 90도로 배향되는,
    배기 냉각 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 트레이(tray)인,
    배기 냉각 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 곡면형인,
    배기 냉각 장치.
  8. 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 저감 시스템으로서,
    제1 플라즈마 소스;
    상기 제1 플라즈마 소스에 커플링된 배기 냉각 장치; 및
    상기 배기 냉각 장치에 커플링된 제2 플라즈마 소스
    를 포함하고,
    상기 배기 냉각 장치는,
    제1 단부, 상기 제1 단부에 대향하여 형성된 제2 단부, 유입 포트, 및 유출 포트를 갖는 바디 조립체(body assembly) ― 상기 바디 조립체는 상기 유입 포트와 상기 유출 포트를 유동적으로(fluidly) 연결하는 중공 내부를 가짐 ―;
    상기 제1 단부에 커플링된 제1 단부 플레이트;
    상기 제2 단부에 커플링된 제2 단부 플레이트;
    상기 제1 단부 플레이트로부터 캔틸레버링(cantilever)되며 상기 중공 내부에 배치된 제1 플레이트 ― 상기 제1 플레이트는 온도 제어 디바이스에 의해 제어되지 않음 ―; 및
    상기 제2 단부 플레이트로부터 캔틸레버링되며 상기 제1 플레이트와 상기 유출 포트 사이의 중공 내부에 배치된 제2 플레이트
    를 포함하며,
    상기 제2 플레이트는, 상기 제2 플레이트를 상기 제1 플레이트보다 낮은 온도로 유지하도록 동작가능한 온도 제어 엘리먼트들을 갖는,
    저감 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 배기 냉각 장치는,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트 사이에서 제1 방향으로 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 주위에 정의된 제1 서펜타인 유동 경로를 포함하는,
    저감 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 배기 냉각 장치는,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트 사이에서 제2 방향으로 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 주위에 정의된 제2 서펜타인 유동 경로를 포함하며,
    상기 제1 방향은 상기 제2 방향에 대하여 90도로 배향되는,
    저감 시스템.
  12. 배기 냉각 장치로서,
    제1 단부, 상기 제1 단부에 대향하여 형성된 제2 단부, 유입 포트, 및 유출 포트를 갖는 바디 조립체 ― 상기 바디 조립체는 상기 유입 포트와 상기 유출 포트를 유동적으로 연결하는 중공 내부를 가짐 ―;
    상기 제1 단부에 커플링된 제1 단부 플레이트;
    상기 제2 단부에 커플링된 제2 단부 플레이트;
    상기 제1 단부 플레이트로부터 캔틸레버링되며 상기 중공 내부에 배치된 트레이 ― 상기 트레이는 온도 제어 디바이스에 의해 제어되지 않음 ―; 및
    상기 제2 단부 플레이트로부터 캔틸레버링되며 상기 트레이와 상기 유출 포트 사이의 중공 내부에 배치된 냉각 플레이트
    를 포함하는,
    배기 냉각 장치.
  13. 삭제
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트 사이에서 제1 방향으로 상기 트레이 및 상기 냉각 플레이트 주위에 정의된 제1 서펜타인 유동 경로를 더 포함하는,
    배기 냉각 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 유입 포트와 상기 유출 포트 사이에서 제2 방향으로 상기 트레이 및 상기 냉각 플레이트 주위에 정의된 제2 서펜타인 유동 경로를 더 포함하며,
    상기 제1 방향은 상기 제2 방향에 대하여 90도로 배향되는,
    배기 냉각 장치.
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