KR102415321B1 - 이온 빔 디바이스에 대한 가스 주입 시스템 및 이의 추출 플레이트를 제조하는 방법 - Google Patents

이온 빔 디바이스에 대한 가스 주입 시스템 및 이의 추출 플레이트를 제조하는 방법 Download PDF

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제이 알. 월리스
어니스트 이. 알렌
리차드 제이. 허텔
알렉산더 씨. 콘토스
슈롱 리앙
제프리 이. 크램퍼트
타일러 락웰
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

이온 빔 디바이스에 대한 가스 주입 시스템 및 이의 추출 플레이트를 제조하는 방법이 제공된다. 가스 주입 시스템은 추출 플레이트를 통한 이온 빔의 통과를 가능하게 하기 위한 추출 개구를 갖는 상기 추출 플레이트를 포함하며, 추출 플레이트는 추출 플레이트로부터의 잔여물 제거 가스의 방출을 위한 가스 슬롯을 더 갖는다. 가스 주입 시스템은 가스 슬롯과 가스 매니폴드 사이에서 추출 플레이트를 통해 연장하는 가스 도관을 더 포함할 수 있으며, 가스 소스는 가스 매니폴드와 유체 연동하도록 연결되고, 가스 소스는 잔여물 제거 가스를 포함한다. 가스 매니폴드는, 잔여물 제거 가스가 추출 플레이트 내로 흐르도록 허용되는 제 1 위치와 잔여물 제거 가스가 추출 플레이트로부터 배출될 수 있는 제 2 위치 사이에서 조정이 가능한 밸브를 포함할 수 있다. 가스 주입 시스템은 가스 매니폴드에 결합되는 매니폴드 커버를 더 포함할 수 있다.

Description

이온 빔 디바이스에 대한 가스 주입 시스템 및 이의 추출 플레이트를 제조하는 방법
관련 출원들
본 출원은, "GAS INJECTION SYSTEM FOR ION BEAM DEVICE"라는 명칭으로 2016년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 제No.　62/436,047호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 개시의 실시예들은 이온 빔 디바이스들이 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 잔여물 제거 가스들을 이온 빔 디바이스의 프로세스 챔버 내로 주입하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 다른 기판 상에 희망되는 표면 특징부들을 생성하기 위하여, 미리 규정된 에너지의 이온 빔이 기판 내에 희망되는 특징부들을 "에칭"하기 위하여 미리 결정된 패턴으로 기판의 표면 상으로 투사될 수 있다. 에칭 프로세스 동안, 기판은 이온 소스에 의해 기판 상으로 투사되는 이온 빔을 가로지르는 방향으로 기계적으로 드라이브(drive)되거나 또는 "스캔(scan)"될 수 있다. 예를 들어, 이온 빔이 수직으로 배향된 기판을 향해 수평 평면을 따라 투사되는 경우, 기판은 수직 방향으로 및/또는 투사되는 이온 빔에 수직하는 측면 방향으로 스캔될 수 있다. 따라서, 기판의 전체 표면이 이온 빔에 노출될 수 있다.
이온 빔으로 기판을 에칭하는 것은 기판의 에칭된 표면으로부터 제거되고 기판의 다른 부분 상에 재증착되는 스퍼터링된 원자들의 형태의 잔여물을 생성한다. 이러한 잔여물은 제거되지 않는 경우 최종 기판의 품질에 유해할 수 있다. 잔여물을 제거하기 위하여, 기판의 에칭 이전에, 에칭 동안에, 및/또는 에칭 이후에 메탄올, 에탄올, 또는 이소프로판올과 같은 다양한 "잔여물 제거 가스들"에 기판이 노출될 수 있다. 이러한 잔여물 제거 가스들은 휘발성 분자들을 형성하기 위하여 기판의 에칭된 표면으로부터 스퍼터링된 원자들과 반응할 수 있다. 그런 다음, 이러한 휘발성 분자들이 진공 펌프들 또는 유사한 것을 사용하여 배기될 수 있다.
전통적으로, 잔여물 제거 가스들은 프로세싱되고 있는 기판에 인접하여 위치된 "샤워 헤드(shower head)" 구조체를 통해 이온 빔 디바이스의 프로세스 챔버 내로 도입된다. 기판에 대하여 그리고 이온 빔 장치의 컴포넌트들에 대하여 간격을 제공하기 위해, 샤워 헤드는 기판으로부터 어떤 거리만큼 떨어져 위치된다. 따라서, 샤워 헤드의 존재는 그렇지 않았다면 필요했을 것보다 상당히 더 큰 프로세스 챔버를 필요로 한다. 추가적으로, 샤워 헤드가 기판으로부터 상당한 거리만큼 떨어져 위치되기 때문에, 샤워 헤드에 의해 방출되는 잔여물 제거 가스들은 흘러서 기판과 접촉하기 이전에 프로세스 챔버의 많은 부분에 걸쳐 확산한다. 잔여물 제거 가스들의 많은 부분이 기판의 표면에 도달하기 이전에 프로세스 챔버로부터 제거되며, 이는 잔여물 제거 가스들의 불충분하고 비효율적인 전달을 야기한다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여 본 개선들이 요구될 수 있다.
본 요약은 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구되는 내용의 핵심 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 본 요약이 청구되는 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로서 의도되지도 않는다.
본 개시에 따른 이온 빔 디바이스에 대한 가스 주입 시스템의 예시적인 실시예는, 추출 플레이트를 통한 이온 빔의 통과를 가능하게 하기 위한 추출 개구를 갖는 추출 플레이트를 포함할 수 있으며, 추출 플레이트는 추출 플레이트로부터의 가스의 방출을 용이하게 하기 위한 가스 슬롯을 더 갖는다.
본 개시에 따른 이온 빔 디바이스에 대한 가스 주입 시스템의 예시적인 실시예는, 추출 플레이트를 통한 이온 빔의 통과를 가능하게 하기 위한 추출 개구를 갖는 추출 플레이트를 포함할 수 있으며, 추출 플레이트는 추출 플레이트로부터의 잔여물 제거 가스의 방출을 용이하게 하기 위한 가스 슬롯을 더 갖는다. 이러한 실시예는, 가스 슬롯과 추출 플레이트에 장착된 가스 매니폴드(manifold) 사이에서 추출 플레이트를 통해 연장하는 가스 도관을 더 포함할 수 있다. 가스 소스는 가스 매니폴드와 유체 연통하도록 연결될 수 있으며, 가스 소스는 잔여물 제거 가스를 포함할 수 있다. 가스 매니폴드는, 잔여물 제거 가스가 추출 플레이트 내로 흐르도록 허용되는 제 1 위치와 잔여물 제거 가스가 추출 플레이트로부터 배출될 수 있는 제 2 위치 사이에서 선택적으로 조정이 가능한 밸브, 및 가스 매니폴드에 결합된 매니폴드 커버를 포함할 수 있다. 매니폴드 커버는 밸브에 결합되며 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 밸브를 이동시키도록 적응된 전자적으로 제어가능한 드라이브 메커니즘을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 가스 주입 시스템에 대한 추출 플레이트를 제조하는 방법의 예시적인 실시예는 플레이트 내에 세장형(elongated) 추출 개구를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 추출 개구의 제 1 측면 상의 플레이트의 제 1 측면에 가스 슬롯을 형성하는 단계, 및 가스 슬롯이 가스 소스와 유체 연통하게끔 하기 위하여 플레이트 내에 도관들의 네트워크를 형성하는 단계로서, 도관들의 네트워크는 제 1 가스 슬롯과 교차하는 슬롯 도관을 포함하는, 단계를 더 포함할 수 있다.
예시로서, 개시된 장치의 다양한 실시예들이 이제 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 이온 빔 디바이스의 예시적인 실시예를 예시하는 측면 단면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 가스 주입 시스템의 예시적인 실시예를 예시하는 사시도이다.
도 3a는 본 개시에 따른 예시적인 추출 플레이트를 예시하는 절개도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 추출 플레이트의 일 부분을 예시하는 상세도이다.
도 4는 본 개시에 따른 추출 플레이트의 대안적인 실시예의 일 부분을 예시하는 단면 상세도이다.
도 5는 도 2에 도시된 가스 주입 시스템의 가스 매니폴드의 후방 사시도이다.
도 6은 매니폴드 커버가 생략된 상태의 도 2에 도시된 가스 주입 시스템의 가스 매니폴드의 측면 사시도이다.
도 7은 본 개시에 따른 가스 주입 시스템의 예시적인 대안적 실시예를 예시하는 정면도이다.
도 8은 본 개시에 따른 가스 주입 시스템에 대한 추출 플레이트를 제조하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 예시하는 순서도이다.
이제 이하에서 본 실시예들이, 일부 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 본 개시의 내용이 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 본원의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
본 실시예들은 기판들을 처리하기 위한 신규한 시스템 및 방법을 제공하며, 특히 기판 표면으로부터 에칭된 잔여물 재료를 제거하도록 적응된 시스템과 같은 신규한 가스 주입 시스템 및 이를 제조하는 방법을 제공한다. 특정 실시예들에 있어서, 표면의 에칭 이전에, 에칭 동안에, 및/또는 에칭 이후에 기판 표면에 매우 가깝게 하나 이상의 잔여물 제거 가스들을 방출하기 위한 통합된 가스 슬롯들을 갖는 추출 플레이트가 개시된다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이온 빔 디바이스(100)(이하에서 "디바이스(100)")를 도시한다. 디바이스(100)는 플라즈마 챔버(102)를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버(102)는 예시된 바와 같이 플라즈마(104)를 하우징(house)할 수 있다. 디바이스(100)는 프로세스 챔버(106)를 포함할 수 있다. 디바이스(100)는 (이하에서 설명되는) 작업 가스를 플라즈마 챔버(102)에 제공하기 위한 적어도 하나의 가스 소스(108)를 포함할 수 있다. 디바이스(100)는 플라즈마(104)를 점화하고 유지하기 위한 전력을 생성하기 위한, 플라즈마 전원(114)으로서 도시된 바와 같은 전원을 더 포함할 수 있다. 플라즈마 전원(114)은, RF 플라즈마 전원, 유도-결합 플라즈마(inductively-coupled plasma; ICP) 소스, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 소스, 헬리콘(helicon) 소스, 전자 사이클트론 공진(electron cyclotron resonance; ECR) 소스), 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 소스, 글로우(glow) 방전 소스, 또는 당업자들에게 공지된 다른 플라즈마 소스들일 수 있다. 디바이스(100)는 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이 잔여물 제거 가스를 프로세스 챔버(106) 내로 도입하기 위한 가스 주입 시스템(115)을 더 포함할 수 있다. 디바이스(100)는 플라즈마 챔버(102)에 결합된 바이어스 공급부(116)를 더 포함할 수 있다.
바이어스 공급부(116)는 프로세스 챔버(106) 내에 배치된 기판 스테이지(124)와 플라즈마 챔버(102) 사이에 전압 차이를 생성하도록 구성될 수 있다. 도 1의 실시예에 있어서, 바이어스 공급부(116)는, 프로세스 챔버(106) 및 기판 스테이지(124)가 접지 전위로 유지되고 있는 동안 접지 전위에 대하여 플라즈마 챔버(102)를 포지티브하게 바이어싱할 수 있다. 플라즈마(104)가 플라즈마 챔버(102) 내에 존재하고 바이어스 공급부(116)가 접지 전위에 대하여 플라즈마 챔버(102)를 포지티브하게 바이어싱할 때, 포지티브 이온들을 포함하는 이온 빔(120)이 플라즈마(104)로부터 추출될 수 있다. 디바이스(100)의 다른 실시예들에 있어서, 플라즈마 챔버(102)는 접지 전위로 유지될 수 있으며, 기판(122) 및 기판 스테이지(124)가 접지 전위에 대하여 포지티브하게 바이어싱될 수 있다.
이온 빔(120)은 추출 플레이트(118)를 통해 추출될 수 있으며, 기판 스테이지(124) 상에 홀딩되는 기판(122)으로 프로세스 챔버(106) 내로 보내질 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 기판 스테이지(124)는 추출 플레이트(118)에 대하여 이동이 가능할 수 있다. 예를 들어, 기판 스테이지(124)는 화살표(125)에 의해 표시되는 바와 같이 직교 좌표계의 Z 축에 평행한 방향으로 이동이 가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 기판(122)의 표면과 추출 플레이트(118) 사이의 거리가 변화될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 기판 스테이지(124)는 기판(122)의 평면(162)에 평행한 방향으로 추출 플레이트(118)에 대하여 기판(122)을 스캔하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(124)는 화살표(126)에 의해 표시되는 바와 같이 Y-축에 평행하게 수직으로 이동이 가능할 수 있다. 도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(124)는 기판(122)을 가열하기 위한 가열기(128)를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 디바이스(100)의 가스 소스(108)는 플라즈마(104)를 생성하는데 사용하기 위한 하나 이상의 공급 가스들을 플라즈마 챔버(102)에 공급할 수 있다. 이러한 공급 가스들은 네온 가스, 크세논 가스, 크립톤 가스, 및 아르곤 가스를 포함할 수 있다. 전술한 비활성 가스들 중 하나 이상으로부터 형성된 플라즈마로부터 추출되는 이온 빔들은 실리콘을 포함하여 다양한 기판 재료들을 에칭하는데 효과적이라는 것이 발견되었다.
도 2를 참조하면, 디바이스(100)의 예시적인 가스 주입 시스템(115)을 예시하는 사시도가 도시된다. 가스 주입 시스템(115)은 이온 빔(120)(도 1)의 통과를 가능하게 하기 위하여 거기를 통해 형성된 추출 개구(140)를 갖는 추출 플레이트(118)를 포함할 수 있다. 추출 개구(140)는 X-축을 따른 폭 및 Y-축을 따른 높이를 가질 수 있으며, 여기에서 폭이 높이보다 더 크다. 일부 예들에 있어서, 폭은 150 mm 내지 450 mm 또는 그 이상의 범위 내의 값을 가질 수 있으며, 반면 높이는 3 mm 내지 30 mm의 범위 내의 값을 가질 수 있다. 본 개시의 실시예들이 이와 관련하여 한정되지 않는다. 따라서, 이온 빔(120)(도 1)은 빔 높이보다 더 큰 빔 폭을 갖는 리본 빔으로서 추출 개구(140)를 통해 추출될 수 있다.
추출 플레이트(118)에는, 각기 프로세스 챔버(106)(도 1) 내로 하나 이상의 잔여물 제거 가스들을 방출하기 위한, 추출 개구(140) 위에 그리고 아래에 위치되는 제 1 및 제 2 세장형 수평-배향 가스 슬롯들(177a, 177b)이 구비될 수 있다. 가스 슬롯들(177a, 177b)은, (이하에서 상세하게 설명되는) 제 1 및 제 2 가스 슬롯들(177a, 177b)을 추출 플레이트(118)의 후방에 장착된 가스 매니폴드(182)에 연결하는, 추출 플레이트(118)의 내부를 통해 연장하는 도관들의 네트워크와 유체 연통할 수 있다. 가스 매니폴드(182)는 가압된 가스 소스(188)(도 1)로부터 가스 매니폴드(182)로 잔여물 제거 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인(186)에 연결될 수 있다. 가스 소스(188)는 디바이스(100)(도 1)의 프로세스 챔버(106)로부터 후속 제거를 위한 휘발성 분자들을 형성하기 위하여 기판(122)(도 1)의 에칭된 표면(192)으로부터의 스퍼터링된 원자들과 반응하기 위한 능력에 대하여 선택된 하나 이상의 잔여물 제거 가스들을 포함할 수 있다. 이러한 잔여물 제거 가스들은, 비제한적으로, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 아세톤, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 아산화질소, 에틸렌 글리콜, 염소, 플루오린, 삼플루오르화질소, 및 시안화수소를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 추출 플레이트(118)를 통해 연장하는 다양한 내부 가스 도관들을 예시하는 사시 절개도 및 사시 상세도가 도시된다. 이들은, 가스 슬롯들(177a, 177b)과 인접하며 그 아래에 그리고 위에 위치된 추출 플레이트(118)의 면(face)에 평행하게 연장하는 수평-배향 슬롯 도관들(194a, 194b)을 포함할 수 있다(예를 들어, 가스 슬롯들(177a, 177b)은 추출 플레이트(118)의 전방 표면과 슬롯 도관들(194a, 194b)의 교차부들에 의해 형성될 수 있다). 추출 플레이트(118)는, 각기 슬롯 도관들(194a, 194b) 위에 그리고 아래에 위치되며 추출 플레이트(118)의 면에 평행하게 연장하는 수평-배향 매니폴드 도관들(196a, 196b)을 더 포함할 수 있다. 슬롯 도관들(194a, 194b)은, 각기 추출 플레이트(118)의 상단 및 하단 에지로부터 연장하는 개별적인 일련의 수직으로 배향되고 수평으로 이격된 상호연결 도관들(198a, 198b)에 의해 매니폴드 도관들(196a, 196b)에 연결될 수 있다.
이하에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 잔여물 제거 가스는 매니폴드 도관들(196a, 196b)로부터 상호연결 도관들(198a, 198b)을 통해 슬롯 도관들(194a, 194b)로 흐를 수 있으며, 도 3b에 도시된 점선 화살표(204)에 의해 표시되는 바와 같이 가스 슬롯들(177a, 177b)을 통해 추출 플레이트(118)로부터 배출될 수 있다. 특히, 각기 슬롯 도관들(194a, 194b) 위의 및 아래의 매니폴드 도관들(196a, 196b)의 배열에 기인하여, 잔여물 제거 가스는, 각기 추출 개구(140)로부터 수직으로 멀어지는 대각선-상향 및 대각선-하향 경로들을 따라 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터 배출될 수 있다. 따라서, 잔여물 제거 가스가 기판(122)의 표면(192)(도 1)에 충돌할 때, 잔여물 재료는 표면(192)으로부터 날릴(blown off) 수 있으며 추출 개구(140)로부터 수직으로 멀어지게 될 수 있다. 따라서, 잔여물이 추출 개구(140) 향해서 그리고 이를 통해, 잔여물이 바람직하지 않은 방식으로 플라즈마(104)와 반응할 수 있는 플라즈마 챔버(102) 내로 흐르는 것이 방지된다.
매니폴드 도관들(196a, 196b)과 슬롯 도관들(194a, 194b) 사이에서 연장하는 상호연결 도관들(198a, 198b)의 부분들은 각기 희망되는 방식으로 가스 전달(예를 들어, 가스 압력)을 제어하기 위하여 크기가 결정될 수 있다(예를 들어, 특정 직경들을 가지고 형성될 수 있다). 일부 실시예들에 있어서, 교체가능 노즐들 또는 제트(jet)들이, 상이한 직경들의 오리피스(orifice)들을 가지고 노즐들 또는 제트들을 구현함으로써 가스 전달의 선택적인 변동을 가능하게 하기 위하여 매니폴드 도관들(196a, 196b)과 슬롯 도관들(194a, 194b) 사이에서 연장하는 상호연결 도관들(198a, 198b)의 부분들 내에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(118), 슬롯 도관들(194a, 194b), 매니폴드 도관들(196a, 196b) 및 상호연결 도관들(198a, 198b)은 그것의 수평 및 수직 에지들로부터 추출 플레이트(118)를 크로스-드릴링(cross-drilling)함으로써 형성될 수 있다. 가스가 추출 플레이트(118)를 빠져 나가는 것을 방지하기 위하여 특정 도관들이 플러그(plug)될 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 3a에 도시된 모든 상호연결 도관들(198a)을 나타내는 상호연결 도관(198a)은 추출 플레이트(118)의 상단 에지로부터 상호연결 도관(198a) 내로 연장하는 착탈가능 플러그(200)를 가지고 플러그될 수 있다. 상호연결 도관들(198b)에 유사한 플러그들이 제공될 수 있다.
추출 플레이트(118)의 다양한 대안적인 실시예들에 있어서, 가스 슬롯들(177a, 177b), 슬롯 도관들(194a, 194b), 매니폴드 도관들(196a, 196b) 및 상호연결 도관들(198a, 198b)은 크로스-드릴링 이외의 제조 기술들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 단면도를 참조하면, 가스 슬롯들(177a), 슬롯 도관들(194a), 매니폴드 도관들(196a) 및 상호연결 도관들(198a)은 추출 플레이트(118)의 전방 및 후방 표면들 내로 채널들을 라우팅(routing)함으로써 형성될 수 있다. 라우팅된 채널들은 추출 플레이트(118)의 후방에 결합되는(예를 들어, 용접되는) 밀봉 플레이트(202)를 가지고 밀봉될 수 있다. 도관들을 통한 가스의 흐름은 점선(206)으로 표시된다. 도 4에 예시된 추출 플레이트(118)의 대안적인 실시예의 하부 가스 슬롯들(177b), 슬롯 도관들(194b), 매니폴드 도관들(196b) 및 상호연결 도관들(198b)은 가스 슬롯들(177a), 슬롯 도관들(194a), 매니폴드 도관들(196a) 및 상호연결 도관들(198a)과 유사하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 잔여물 제거 가스는 추출 플레이트(118)의 후방에 장착된 가스 매니폴드(182)를 통해 매니폴드 도관들(196a, 196b)(도 3a)로 공급될 수 있다. 구체적으로, 잔여물 제거 가스는 가스 공급 라인(186)을 통해 가스 매니폴드(182)에 진입할 수 있으며, 가스 매니폴드(182) 내의 도관들을 통해 추출 플레이트(118)의 매니폴드 도관들(196a, 196b)로 채널링될 수 있다. 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 매니폴드 커버(208)가 가스 매니폴드(182)에 장착되며, 가스 매니폴드(182)내의 개별적인 밸브들(210a, 210b)에 결합된 하나 이상의 전자적으로 제어할 수 있는 드라이브 메커니즘들(209a, 209b)(예를 들어, 서보 모터들)을 하우징할 수 있다. 매니폴드 커버(208)의 내부는 대기압으로 유지될 수 있으며, 매니폴드 커버(208)는 드라이브 메커니즘들(209a, 209b)로의 전력 및 제어 라인들을 라우팅하기 위하여 그것의 후면에 결합된 도관(211)을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 가스 매니폴드(182) 내의 밸브들(210a, 210b)은 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 (예를 들어, 이상에서 설명된 드라이브 메커니즘들(209a, 209b)의 동작을 통한) 선택적인 조정능력을 위하여 적응된 3-웨이 밸브들일 수 있다. 제 1 위치에서, 밸브들(210a, 210b)은 화살표들(212a, 212b)에 의해 표시되는 바와 같이 잔여물 제거 가스가 가스 공급 라인(186)으로부터 추출 플레이트(118)로 흐르는 것을 허용할 수 있다. 제 2 위치에서, 밸브들(210a, 210b)은 화살표들(214a, 214b)에 의해 표시되는 바와 같이 잔여물 제거 가스가 추출 플레이트(118)로부터 진공(vacuum)으로 흐르는 것을 허용할 수 있다. 제 2 위치는 나머지 잔여물 제거 가스를 추출 플레이트(118)로부터 배출하기에 적절할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 디바이스(100)는, 미리 결정된(예를 들어, 미리 프로그래밍된) 방식으로 추출 플레이트(118)로의 잔여물 제거 가스의 전달을 제어하기 위하여 가스 소스(188)에 동작이 가능하게 연결된 제어기(198)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(198)는 기판(122)의 스캐닝 동안 (지지 암(arm)(199)을 통해) 기판 스테이지(124)를 드라이브하기 위한 드라이브 메커니즘(197)에 동작가능하게 연결될 수 있다. 제어기(198)는 희망되는 방식으로 잔여물 제거 가스를 기판(122)에 전달하기 위하여 기판 스테이지(124)의 위치 및 움직임을 가지고 추출 플레이트(118)로의 잔여물 제거 가스의 전달 및 그에 따른 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터의 잔여물 제거 가스의 방출을 조정하도록 프로그래밍될 수 있다. 일 예에 있어서, 제어기(198)는 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터 방출되는 잔여물 제거 가스의 압력을 변화시키기 위하여 추출 플레이트(118)로 전달되는 잔여물 제거 가스의 레이트를 제어할 수 있다.
추출 플레이트(118)에 이상에서 설명된 것보다 더 많거나 또는 더 적은 수의 가스 슬롯들이 구비되는 가스 주입 시스템(115)의 실시예들이 고려된다. 예를 들어, 추출 플레이트(118)의 가스 슬롯들(177a, 177b) 중 하나가 생략될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(118)는 추출 개구(140) 위에 및/또는 아래에 위치된 복수의 가스 슬롯들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(118)는 추출 개구(140)에 인접하여 수평으로 위치된 하나 이상의 가스 슬롯들을 포함할 수 있다. 이상에서 설명된 슬롯 도관들(194a, 194b), 매니폴드 도관들(196a, 196b) 및 상호연결 도관들(198a, 198b)의 수, 구성, 및 배열이 마찬가지로 변화될 수 있다. 추가적으로, 다양한 대안적인 실시예들에 있어서, 추출 플레이트(118)는 추출 플레이트(118)로 상이한 잔여물 제거 가스들을 공급하기 위한 2개 이상의 가스 소스에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 개략적으로 도시된 가스 주입 시스템(115)의 대안적인 실시예를 참조하면, 매니폴드 도관(196a)은 제 1 잔여물 제거 가스를 포함하는 제 1 가스 소스(188)에 연결된 제 1 가스 공급 라인(186)에 결합될 수 있다. 매니폴드 도관(196b)은 제 1 잔여물 제거 가스와는 상이한 제 2 잔여물 제거 가스를 포함하는 제 2 가스 소스(189)에 연결된 제 2 가스 공급 라인(187)에 결합될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 기판 스테이지(124) 상에 배치된 기판(122)을 에칭하는 것과 같은 디바이스(100)의 동작 동안, 기판 스테이지(124)는 이상에서 설명된 방식으로 추출 플레이트(118)에 대하여 스캔될 수 있다. 예를 들어, 기판 스테이지(124)는, 기판(122)을 추출 개구(140)를 통해 투사되는 이온 빔(120)에 노출시키기 위하여 추출 플레이트(118)에 대하여 수직으로 스캔될 수 있다. 따라서 기판 스테이지(124)가 스캔될 때, 가스 소스(188)에 의해 공급되는 잔여물 제거 가스는 가스 공급 라인(186) 및 가스 매니폴드(182)를 통해 추출 플레이트(118)의 매니폴드 도관들(196a, 196b)(도 3a)로 제어가 가능하게 공급될 수 있다. 그러면, 잔여물 제거 가스는 상호연결 도관들(198a, 198b)을 통해 슬롯 도관들(194a, 194b)로 흐를 수 있으며, 그 이후에 잔여물 제거 가스는 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터 방출될 수 있다. 따라서, 잔여물 제거 가스는, 잔여물 제거 가스가 거기에 인가될 때 표면(192)이 가스 슬롯들(177a, 177b)에 매우 가깝게(예를 들어, 5-25 밀리미터) 위치된 상태에서 기판(122)의 움직이는 표면(192) 상으로 바로 분사될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 개시에 따른 가스 주입 시스템에 대한 추출 플레이트를 제조하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 순서도가 도시된다. 이제 도 1 내지 도 7에 도시된 본 개시의 실시예들을 참조하여 방법이 상세하게 설명될 것이다.
예시적인 방법의 블록(300)에서, 이온 빔(120)의 통과를 가능하게 하기 위한 추출 개구(140)가 추출 플레이트(118)에 형성될 수 있다. 방법의 블록(310)에서, 가스 슬롯들(177a, 177b)이 추출 개구(140)의 위아래에서 추출 플레이트(118)의 제 1 전방 면(side)에 형성될 수 있다. 방법의 블록(320)에서, 가스 슬롯들(177a, 177b)로의 잔여물 제거 가스의 전달을 가능하게 하기 위하여 도관들의 네트워크가 추출 플레이트(118)에 형성될 수 있다.
추출 플레이트(118)에 도관들의 네트워크를 형성하는 단계는, 예시적인 방법의 블록(320a)에서, 각기 가스 슬롯들(177a, 177b)과 인접하며 추출 플레이트(118)를 통해 연장하는 슬롯 도관들(194a, 194b)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 추출 플레이트(118)에 도관들의 네트워크를 형성하는 단계는, 예시적인 방법의 블록(320b)에서, 각기 슬롯 도관들(194a, 194b)에 인접하여 위치되고 가스 매니폴드(182)에 대한 결합을 위하여 추출 플레이트(118)의 하나 이상의 에지들로 연장하는 매니폴드 도관들(196a, 196b)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추출 플레이트(118)에 도관들의 네트워크를 형성하는 단계는, 예시적인 방법의 블록(320c)에서, 그 사이에 유체 연통을 제공하기 위하여 매니폴드 도관들(196a, 196b)과 슬롯 도관들(194a, 194b) 사이에서 연장하는 상호연결 도관들(198a, 198b)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 상호연결 도관들(198a, 198b), 매니폴드 도관들(196a, 196b), 및 슬롯 도관들(194a, 194b)을 포함하는 도관들의 네트워크는, 개구 플레이트(118)의 대응하는 에지들로부터 개구 플레이트(118)의 제 1 전방 면에 평행한 방향들로 개구 플레이트(118)를 크로스-드릴링함으로써 형성될 수 있다. 그에 따라서 도관들의 네트워크가 형성된 경우, 특정 크로스-드릴링된 보어(bore)들(예를 들어, 상호연결 도관들(198a, 198b)을 형성하는 크로스-드릴링된 보어들)은, 예시적인 방법의 블록(330a)에서, 그 후에 가스가 개구 플레이트(118)를 탈출하는 것을 방지하기 위하여 플러그될 수 있다. 다른 고려되는 실시예에 있어서, 상호연결 도관들(198a, 198b), 매니폴드 도관들(196a, 196b), 및 슬롯 도관들(194a, 194b)은, 도 4에 도시된 바와 같은 개구 플레이트(118)의 제 1 전방 면 및 개구 플레이트(118)의 제 2 대향 후방 면 내에 교차하는 채널들을 라우팅함으로써 형성될 수 있다. 그에 따라서 도관들의 네트워크가 형성되는 경우, 예시적인 방법의 블록(330b)에서, 도 4에 도시된 바와 같이 도관들의 네트워크를 밀봉하기 위하여 밀봉 플레이트(202)가 개구 플레이트(118)의 후방 면에 결합될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 기판(122)의 표면(192)과 가스 슬롯들(177a, 177b) 사이의 상대적으로 짧은 거리에 기인하여, 가스 주입 시스템(115)은 통상적인 샤워 헤드 가스 전달 시스템들에 비하여 더 낮은 흐름 레이트 및 더 높은 압력으로 표면(192)에 잔여물 제거 가스를 인가할 수 있다. 유익하게는, 가스 주입 시스템(115)의 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터 방출되는 잔여물 제거 가스는 표면(192)에 의해 받아들여질 때 상대적으로 집중되고 확산되지 않는다. 따라서, 본 개시의 구성은 더 높은 표면 커버리지(coverage) 및 더 높은 가스-표면 충돌 레이트를 야기하며 그에 따라서 통상적인 샤워 헤드 가스 전달 시스템들에 비하여 잔여물 제거 가스의 더 효율적이고 더 효과적인 인가를 제공한다. 따라서, 통상적인 샤워 헤드 가스 전달 시스템들에 비하여 기판을 프로세싱하기 위하여 필요한 잔여물 제거 가스의 전체 양이 감소될 수 있으며 동시에 잔여물 제거 가스의 효율성이 강화된다.
추가적인 이점으로서, 프로세스 챔버(106) 내에 별개의 샤워 헤드 구조체에 대한 필요성이 없기 때문에, 프로세스 챔버(106)가 더 작게 만들어질 수 있으며, 따라서 디바이스(100)는 통상적인 샤워 헤드 가스 전달 시스템들을 이용하는 이온 빔 디바이스들보다 더 작은 폼 팩터(form factor)를 가질 수 있다. 다른 이점으로서, 잔여물 제거 가스가 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터 집중된 스트림들로 기판(122)의 표면(192) 상으로 바로 방출되기 때문에, 잔여물 제거 가스는 기판(122)의 에칭 이전에, 에칭 동안에, 및/또는 에칭 이후에 정밀한 목표형 방식으로 표면(192)에 인가될 수 있다. 일 예에 있어서, 기판 스테이지(124)가 기판(122)이 추출 개구(140) 아래에 위치된 상태에서 시작하여 에칭 프로세스 동안 위쪽으로 수직으로 기판(122)을 스캔하는 경우, 가스 슬롯(177a)로부터 방출되는 잔여물 제거 가스는, 표면(192)이 이온 빔(120)에 노출되기 이전에 기판(122)의 표면(192)에 인가될 수 있다. 제 2 가스 분배기(172a) 내의 가스 슬롯(177b)으로부터 방출되는 잔여물 제거 가스는, 표면(192)이 이온 빔(120)에 의해 노출된 이후에 기판(122)의 표면(192)에 인가될 수 있다. 이러한 동작은, 가스 슬롯들(177a, 177b)로부터 방출되는 잔여물 제거 가스들이 상이한 잔여물 제거 가스들인 경우에 특히 유익할 수 있다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 그 유용함이 이에 한정되지 않다는 것을 인식할 것이다. 본 개시의 실시예들은 임의의 수의 목적들을 위하여 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (15)

  1. 이온 빔 디바이스에 대한 잔여물 제거 가스 주입 시스템으로서,
    추출 플레이트를 통한 이온 빔의 통과를 가능하게 하기 위한 추출 개구를 갖는 상기 추출 플레이트로서, 상기 추출 플레이트는 그 안에 상기 추출 플레이트로부터의 잔여물 제거 가스의 방출을 용이하게 하기 위한 잔여물 제거 가스 슬롯을 더 갖는, 상기 추출 플레이트;
    상기 추출 플레이트에 장착된 잔여물 제거 가스 매니폴드(manifold)와 상기 잔여물 제거 가스 슬롯 사이에서 상기 추출 플레이트를 통해 연장하는 잔여물 제거 가스 도관; 및
    상기 잔여물 제거 가스 매니폴드와 유체 연통하도록 연결되며 제 1 잔여물 제거 가스를 포함하는 제 1 잔여물 제거 가스 소스를 포함하는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 주입 시스템은, 상기 잔여물 제거 가스 매니폴드와 유체 연통하도록 연결되며 상기 제 1 잔여물 제거 가스와는 상이한 제 2 잔여물 제거 가스를 포함하는 제 2 잔여물 제거 가스 소스를 더 포함하는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 도관은 상기 추출 플레이트를 통해 상기 추출 플레이트의 에지로부터 연장하는 보어(bore)에 의해 획정되는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 도관은 상기 추출 플레이트의 전방 표면 및 후방 표면 중 적어도 하나에 형성된 채널에 의해 획정되는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 매니폴드는 상기 잔여물 제거 가스가 상기 추출 플레이트 내로 흐르도록 허용되는 제 1 위치와 상기 잔여물 제거 가스가 상기 추출 플레이트로부터 주변 대기로 배출될 수 있는 제 2 위치 사이에서 선택적으로 조정이 가능한 밸브를 포함하는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 주입 시스템은 상기 잔여물 제거 가스 매니폴드에 결합되는 매니폴드 커버를 더 포함하며, 상기 매니폴드 커버는, 상기 밸브에 결합하며 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 상기 밸브를 이동시키도록 적응된 전자적으로 제어가능한 드라이브 메커니즘을 포함하는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 슬롯은 상기 추출 개구의 제 1 면 상에 위치되는 제 1 잔여물 제거 가스 슬롯이며, 상기 잔여물 제거 가스 주입 시스템은 상기 제 1 면과 대향되는 상기 추출 개구의 제 2 면 상에 위치된 제 2 잔여물 제거 가스 슬롯을 더 포함하는, 잔여물 제거 가스 주입 시스템.
  10. 잔여물 제거 가스 주입 시스템에 대한 추출 플레이트를 제조하는 방법으로서,
    추출 플레이트에 세장형 추출 개구를 형성하는 단계;
    상기 추출 개구의 제 1 면 상의 상기 플레이트의 제 1 면에 잔여물 제거 가스 슬롯을 형성하는 단계; 및
    상기 잔여물 제거 가스 슬롯이 잔여물 제거 가스 소스와 유체 연통하게끔 하기 위하여 상기 플레이트에 도관들의 네트워크를 형성하는 단계로서, 상기 도관들의 네트워크는 상기 잔여물 제거 가스 슬롯과 교차하는 슬롯 도관을 포함하는, 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 도관들의 네트워크는,
    상기 플레이트의 에지로부터 연장하는 매니폴드 도관; 및
    상기 매니폴드 도관과 상기 슬롯 도관 사이에서 연장하는 상호연결 도관을 더 포함하는, 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 도관들의 네트워크를 형성하는 단계는 상기 플레이트의 상기 제 1 면에 평행한 방향으로 상기 플레이트 내로 보어들을 크로스-드릴링(cross-drilling)하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 도관들의 네트워크를 형성하는 단계는 상기 플레이트의 상기 제 1 면 및 상기 제 1 면에 대향되는 상기 플레이트의 제 2 면 중 적어도 하나 내로 채널들을 라우팅(route)하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 슬롯은 제 1 잔여물 제거 가스 슬롯이며, 상기 방법은, 상기 추출 개구의 제 1 면에 대향되는 상기 추출 개구의 제 2 면 상의 상기 플레이트의 상기 제 1 면에 제 2 잔여물 제거 가스 슬롯을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 잔여물 제거 가스 소스는 제 1 잔여물 제거 가스 소스이며, 상기 도관들의 네트워크는 도관들의 제 1 네트워크이고, 상기 방법은, 상기 제 2 잔여물 제거 가스 슬롯이 상기 제 1 잔여물 제거 가스 소스와는 상이한 제 2 잔여물 제거 가스 소스와 유체 연통하게끔 하기 위하여 상기 플레이트에 도관들의 제 2 네트워크를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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