KR102525048B1 - 펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

진공 펌핑 라인 플라즈마 소스가 제공된다. 플라즈마 소스는 중앙 길이방향 축 A를 따라 연장되는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정하는 본체를 포함한다. 본체는 입력 펌핑 라인에 커플링하기 위한 입력 포트, 출력 펌핑 라인에 커플링하기 위한 출력 포트, 및 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 중심으로 배치된 내부 표면을 갖는다. 플라즈마 소스는 또한 리턴 전극에 인접하게 배치된 공급 전극, 및 배리어 유전체 부재를 포함하고, 배리어 유전체 부재 중 적어도 일부는 공급 전극과 리턴 전극 사이에 위치된다. 플라즈마 소스는 공급 전극, 리턴 전극 및 배리어 유전체 부재로 형성된 유전체 배리어 방전 구조물을 더 포함한다. 유전체 배리어 방전 구조물은 일반적으로 원통형 내부 볼륨에서 플라즈마를 생성하도록 적응된다.

Description

펌핑 라인에서의 증착물 클리닝을 위한 방법 및 장치
[0001] 본 출원은, 현재 출원의 양수인이 소유하고 전체가 인용에 의해 본원에 통합되는, 2016년 1월13일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제14/994,668 호의 부분 연속 출원이다.
[0002] 본 발명은 일반적으로 반도체 프로세싱 환경에서 펌핑 라인 중 적어도 일부를 클리닝하기 위한 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 소스에 관한 것이다.
[0003] CVD(chemical vapor deposition) 프로세스들을 포함하는 증착 프로세스들은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제조에서 사용된다. 예컨대, 통상적인 CVD 프로세스에서, 반응 기체들은 반응 챔버 내로 유입되고 가열된 기판으로 지향되어 제어되는 화학 반응들을 유도하고, 이는 기판의 표면 상의 박막의 증착을 발생시킨다. 증착 프로세스 동안에, 챔버 압력은 반응 챔버의 다운스트림에 연결된 하나 또는 그 초과의 기계적 디바이스들, 이를테면, 진공 밸브들에 의해 정밀하게 제어된다. 예컨대, 격리 밸브는 통상적으로 반응 챔버의 배기 기체 포트에 직접 연결되고, 스로틀 밸브는 격리 밸브의 다운스트림에 위치되고, 진공 펌프는 격리 및 스로틀 밸브들 둘 모두에서 더 다운스트림에 위치된다. 반응 챔버와 진공 펌프(예컨대, 파이프라인들 및 밸브) 간의 배관(plumbing)은 일반적으로 포어라인(foreline), 러핑 라인(roughing line) 또는 진공 펌핑 라인으로 지칭된다.
[0004] 증착 프로세스 동안에, 스로틀 밸브는 반응 챔버 내부의 기체 압력을 조절하기 위해 개방 포지션과 폐쇄 포지션 간에 사이클링할 수 있다. 반응 기체들로부터 생성된 대부분의 물질은 반응 챔버 내의 기판 표면 상에 증착된다. 그러나, 일부 물질은 또한 반응 챔버의 외부 표면들, 이를테면, 스로틀 밸브 상에 증착된다. 원하지 않는 물질이 스로틀 밸브 상에 축적될 때, 스로틀 밸브의 유용 수명은, 예컨대, 시일 마모(seal wear)의 도입, 로드 추가, 높은 토크 구동 시스템들에 대한 요건 및 컨덕턴스 특징들의 변경에 의해 감소될 수 있다. 궁극적으로, 스로틀 밸브 상의 원하지 않는 물질의 증착들은 밸브의 정확한 동작을 약화시키고, 이로써 반응 챔버 내부의 기체 압력을 제어하기 위한 밸브의 능력을 감소시킨다. 진공 펌핑 라인을 따르는 다른 진공 밸브들은 원하지 않는 물질 증착에 의해 마찬가지로 영향을 받을 수 있다. 또한, 폐쇄 루프 압력 제어 동안에 스로틀 밸브의 포지션은 유용한 진단 정보를 제공할 수 있다. 그러나, 밸브 포지션이 증착량에 따라 변하기 때문에, 밸브 상에 원하지 않는 증착은 시스템의 다른 변화들의 표시로서 밸브 포지셔닝의 유용성을 제한할 수 있다.
[0005] 통상적으로, 운영자는 클리닝 또는 교체를 위해 기계적 시스템에서 밸브들을 수동으로 제거할 필요가 있다. 이는 툴의 비가동 시간(downtime) 및 포어라인 배관의 배기(venting)를 요구한다. 대안적으로, 원격 플라즈마 소스들은 펌프 및 포어라인 클리닝을 위해 사용되었고, 여기서 플라즈마 출력은 포어라인으로 지향되지만, 최적화되고 타겟팅된 컴포넌트 클리닝을 제공하기 위해 밸브들에 가깝지는 않다.
[0006] 또한, 웨이퍼 증착 프로세스 동안에, 반응 기체들로부터 생성된 원하지 않는 물질은 또한, 반응 기체들이 펌핑 라인을 통해 프로세싱 챔버 외부로 펌핑됨에 따라 진공 펌핑 라인을 따라 증착될 수 있다. 스로틀 밸브와 마찬가지로, 진공 펌프 라인에서 원하지 않는 물질의 축적은, 펌핑 라인 및 다른 다운스트림 장비를 막는 것, 연관된 진공 펌프의 정상 동작을 간섭하는 것, 진공 펌프의 유용 수명을 감소시키는 것, 및 프로세싱 챔버에서 프로세싱 단계들을 오염시키는 것을 포함하는 다수의 문제점들을 생성할 수 있다.
[0007] 따라서, 밸브(예컨대, 스로틀 밸브)의 자동적인, 타겟팅된 클리닝을 제공하고, 우선(in the first place) 밸브 상의 증착을 방지하기 위한 시스템들 및 방법들이 필요로 된다. 본 발명은, 실질적으로 밸브 상에 축적되는 증착물을 제거하고 향후 증착을 방지할 수 있는, 로컬화된 플라즈마를 생성하기 위한 어셈블리를 제공한다. 예컨대, 본 발명은, 증착이 밸브에 문제가 되는 하나 또는 그 초과의 타겟 위치들에서 로컬화된 플라즈마를 생성하기 위해 밸브와 통합된 플라즈마 소스를 제공한다.
[0008] 또한, 진공 펌핑 라인의 자동화된 클리닝을 제공하고 펌핑 라인에서 증착을 방지하기 위한 시스템들 및 방법들이 필요로 된다. 본 발명은, 진공 펌핑 라인 상에 축적되는 증착물을 실질적으로 제거하고 향후 증착들을 방지할 수 있는, 진공 펌핑 라인에서 로컬화된 플라즈마들을 생성하기 위한 하나 또는 그 초과의 어셈블리들을 제공한다. 예컨대, 본 발명은, 펌핑 속도 또는 펌핑 라인을 따른 컨덕턴스(conductance)를 감소시키거나 펌핑 경로를 막는 것과 같이 진공 펌핑 라인의 기능을 간섭하지 않고서, 라인의 하나 또는 그 초과의 세그먼트들을 클리닝하기 위한 로컬화된 플라즈마를 생성하기 위한, 진공 펌핑 라인과 통합된 하나 또는 그 초과의 플라즈마 소스들을 제공한다.
[0009] 일 양상에서, 전기적으로 접지된 표면을 포함하는 진공 밸브 및 진공 밸브의 전기적으로 접지된 표면에 인접한 전극을 포함하는 밸브 어셈블리가 제공된다. 밸브 어셈블리는 또한 배리어 유전체를 포함하고, 배리어 유전체 중 적어도 일부는 전극과 전기적으로 접지된 표면 사이에 위치된다. 밸브 어셈블리는 전기적으로 접지된 표면, 전극, 및 배리어 유전체로 형성된 유전체 배리어 방전 구조물을 더 포함한다. 유전체 배리어 방전 구조물은 진공 밸브 중 적어도 일부를 프로세싱하기 위해 전기적으로 접지된 표면 상에서 플라즈마를 생성하도록 적응된다.
[0010] 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리는 전극, 배리어 유전체 및 절연 유전체를 포함하는 매립된 전극 어셈블리를 더 포함한다. 진공 밸브의 본체 및 매립된 전극 어셈블리는 실질적으로 원통형일 수 있어서, 본체 및 매립된 전극 어셈블리는 길이방향 축을 따라 동심으로 정렬된다. 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리는, 진공 밸브에 대해 매립된 전극 어셈블리를 고정시키기 위해 진공 밸브의 본체에 커플링된 연장부를 더 포함한다.
[0011] 일부 실시예들에서, 전극은 배리어 유전체의 내부 표면 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전기적으로 접지된 표면은 플라즈마를 생성하기 위한 접지된 전극을 형성한다. 전극 또는 전기적으로 접지된 표면은 진공 밸브의 제어 엘리먼트 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 진공 밸브 어셈블리는 플라즈마를 생성하기 위해 전극과 전기적으로 접지된 표면 사이에 연결된 전력 공급기를 더 포함한다.
[0012] 일부 실시예들에서, 진공 밸브는 스로틀 밸브, 격리 밸브 또는 진자 밸브 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예들에서, 배리어 유전체는 석영, 알루미나, 질화 알루미늄, 유리 또는 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함한다.
[0013] 일부 실시예들에서, 진공 밸브, 전극 및 배리어 유전체는 일체형 구조물을 포함한다. 대안적으로, 진공 밸브 또는 전극 각각은 교체 가능한 소모품이다.
[0014] 다른 양상에서, 본체 및 제어 엘리먼트를 포함하는 진공 밸브를 제공하는 단계, 전기적으로 접지된 표면을 형성하기 위해, 본체 또는 제어 엘리먼트 중 적어도 하나의 표면을 전기적으로 접지시키는 단계, 및 진공 밸브의 전기적으로 접지된 표면에 인접하게 전극을 위치시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 방법은 또한 전극과 진공 밸브의 전기적으로 접지된 표면 사이에 배리어 유전체 중 적어도 일부를 삽입하는 단계, 및 전극, 배리어 유전체, 및 전기적으로 접지된 표면을 사용하여 유전체 배리어 방전 구조물을 생성하는 단계를 포함한다. 유전체 배리어 방전 구조물은 진공 밸브 중 적어도 일부를 프로세싱하기 위해 진공 밸브에 커플링된 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 적응된다.
[0015] 일부 실시예들에서, 방법은 전극을 배리어 유전체의 내부 표면 상에 위치시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 진공 밸브의 본체에 대해 전극 및 배리어 유전체를 고정시키는 단계를 더 포함한다.
[0016] 일부 실시예들에서, 방법은 로컬화된 플라즈마를 생성하기 위해 전극과 전기적으로 접지된 표면 사이에 고압 교류(AC)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 로컬화된 플라즈마의 전력은 대략 2 Torr에서 대략 15 Watts이다.
[0017] 일부 실시예들에서, 방법은 진공 밸브 및 유전체 배리어 방전 구조물을 웨이퍼 프로세싱 챔버로부터 다운스트림에 위치시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 웨이퍼 프로세싱 챔버의 동작 동안에 방지 모드 또는 웨이퍼 프로세싱 챔버의 동작 후에 제거 모드 중 적어도 하나에서 진공 밸브 중 적어도 일부를 클리닝하기 위해 로컬화된 플라즈마를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 로컬화된 플라즈마는 또한 진공 밸브에 인접한 러핑 라인 중 적어도 일부를 클리닝하는 데 사용될 수 있다.
[0018] 방지 모드는 웨이퍼 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스의 수행과 관련하여 웨이퍼 프로세싱 챔버에서 1차 플라즈마를 생성하는 단계, 웨이퍼 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스와 관련하여, 웨이퍼 프로세싱 챔버로부터 진공 밸브로 유동하는 기체 부산물을 생성하는 단계, 및 진공 밸브 상의 고체 증착물들로의 기체 부산물들의 응결을 방지하기 위해, 웨이퍼 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스의 수행 동안에, 진공 밸브에 커플링된 로컬화된 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0019] 제거 모드는 웨이퍼 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스의 실행과 관련하여 웨이퍼 프로세싱 챔버에서 1차 플라즈마를 생성하는 단계, 웨이퍼 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스와 관련하여, 진공 밸브 상의 고체 증착물들을 생성하는 단계, 및 진공 밸브 상의 고체 증착물들을 실질적으로 에칭 제거하기 위해, 웨이퍼 증착 프로세스의 실행 후에, 진공 밸브에 커플링된 로컬화된 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제거 모드는 로컬화된 플라즈마를 생성하기 전에 그리고/또는 그 동안에, 클리닝 기체를 진공 밸브에 공급하는 단계를 더 포함한다.
[0020] 다른 양상에서, 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스가 제공된다. 플라즈마 소스는 중앙 길이방향 축 A를 따라 연장되는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정하는 본체를 포함한다. 본체는 입력 펌핑 라인에 커플링하기 위한 입력 포트, 출력 펌핑 라인에 커플링하기 위한 출력 포트, 및 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 중심으로 배치된 내부 표면을 갖는다. 플라즈마 소스는 또한 리턴 전극에 인접하게 배치된 공급 전극 및 배리어 유전체 부재를 포함하고, 배리어 유전체 부재 중 적어도 일부는 공급 전극과 리턴 전극 사이에 포지셔닝된다. 플라즈마 소스는 공급 전극, 리턴 전극 및 배리어 유전체 부재로 형성된 유전체 배리어 방전 구조물을 더 포함한다. 유전체 배리어 방전 구조물 중 적어도 일부는 본체 내에 또는 본체의 내부 표면 상에 배치되고, 유전체 배리어 방전 구조물은 일반적으로 원통형 내부 볼륨에서 플라즈마를 생성하도록 적응된다.
[0021] 일부 실시예들에서, 리턴 전극은 전기적으로 접지된다. 일부 실시예들에서, 리턴 전극은 플라즈마 소스의 본체의 전기적으로 접지된 부분을 포함한다. 일부 실시예들에서, 리턴 전극 및 공급 전극은 배리어 유전체 부재에 임베딩된다.
[0022] 일부 실시예들에서, 일반적으로 원통형 내부 볼륨은 중앙 길이방향 축을 따라 실질적으로 직선으로 연장된다. 일부 실시예들에서, 공급 전극, 배리어 유전체 부재 또는 리턴 전극 중 적어도 하나는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정한다. 공급 전극 및 리턴 전극은 중앙 길이방향 축까지 대략 동일한 방사상 거리(radial distance)를 유지할 수 있다.
[0023] 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는 본체에 임베딩된 냉각 채널을 더 포함한다. 냉각 채널은 본체를 통해 냉각 유체를 운반하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는 본체를 냉각하기 위해 본체의 외부 표면 상에 배치된 하나 또는 그 초과의 핀들을 더 포함한다.
[0024] 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는, 중앙 길이방향 축을 따라 교번하는 어레인지먼트로 포지셔닝된 복수의 공급 전극들 및 복수의 리턴 전극들을 더 포함한다.
[0025] 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는, 본체에 배치되고 입력 포트 및 출력 포트로부터의 이격된 2차 포트를 더 포함한다. 2차 포트는 기체 유동을 본체의 일반적으로 원통형 내부 볼륨으로 운반하도록 구성된다.
[0026] 또 다른 양상에서, 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은 중앙 길이방향 축 A를 따라 연장되는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정하는 본체를 제공하는 단계를 포함한다. 본체는 펌핑 라인의 입력에 커플링하기 위한 입력 포트, 펌핑 라인의 출력에 커플링하기 위한 출력 포트, 및 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정하기 위해 중앙 길이방향 축을 중심으로 배치된 내부 표면을 갖는다. 방법은 또한 리턴 전극에 인접하게 공급 전극을 위치시키는 단계, 및 공급 전극과 리턴 전극 사이에 배리어 유전체 부재 중 적어도 일부를 포지셔닝하는 단계를 포함한다. 방법은 공급 전극, 리턴 전극 및 배리어 유전체 부재를 사용하여 유전체 배리어 방전 구조물을 생성하는 단계를 더 포함한다. 유전체 배리어 방전 구조물 중 적어도 일부는 본체 내에 또는 본체의 내부 표면 상에 배치되고, 유전체 배리어 방전 구조물은 일반적으로 원통형 내부 볼륨에서 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 적응된다.
[0027] 일부 실시예들에서, 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법은 리턴 전극을 접지시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 본체 중 적어도 일부를 전기적으로 접지시킴으로써 리턴 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 리턴 전극 또는 공급 전극 중 적어도 하나를 배리어 유전체 부재에 임베딩하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 본체 내에 또는 본체의 내부 표면 상에 공급 전극, 리턴 전극 및 배리어 유전체 부재를 위치시키는 단계를 더 포함한다.
[0028] 일부 실시예들에서, 유전체 배리어 방전 구조물은 대략 20 watts 내지 대략 1000 watts의 전력으로 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 구성될 수 있다.
[0029] 일부 실시예들에서, 일반적으로 원통형 내부 볼륨은 펌핑 라인과 동축이다.
[0030] 일부 실시예들에서, 동시-소성 기술(co-fire technique)은 절연 유전체 부재, 배리어 유전체 부재, 및 공급 전극을 포함하는 유전체 배리어 방전 구조물 중 적어도 일부를 일체형으로 형성하는 데 사용된다. 배리어 유전체 부재 및 절연 유전체 부재는 하나 또는 그 초과의 세라믹 물질들을 포함할 수 있다.
[0031] 또 다른 양상에서, 복수의 인라인 플라즈마 소스들이 커플링된 펌핑 라인을 클리닝하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 클리닝 기체를 펌핑 라인에 연결된 웨이퍼 프로세싱 챔버로부터의 펌핑 라인에 공급하는 단계 및 펌핑 라인에서 유동하는 클리닝 기체를 사용하여 복수의 인라인 플라즈마 소스들 중 하나 또는 그 초과에서 로컬화된 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 각각의 로컬화된 플라즈마는 펌핑 라인 중 적어도 일부를 클리닝하도록 적응된다. 방법은 하나 또는 그 초과의 인라인 플라즈마 소스들에서 로컬화된 플라즈마의 하나 또는 그 초과의 임피던스들을 결정하는 단계, 및 클리닝의 종료점을 검출하기 위해 하나 또는 그 초과의 임피던스들을 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
[0032] 일부 실시예들에서, 복수의 인라인 플라즈마 소스들 중 적어도 하나는 펌핑 라인의 스로틀 밸브로부터 업스트림에 있다. 인라인 플라즈마 소스는 복수의 인라인 플라즈마 소스들 내의 인접한 플라즈마 소스로부터 대략 2 미터 내지 대략 3 미터 이격될 수 있다.
[0033] 일부 실시예들에서, 클리닝의 종료점을 검출하는 단계는 모니터링되는 임피던스들 중 적어도 하나의 정상 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 펌핑 라인으로의 클리닝 기체의 공급은 종료점을 검출한 후에 중단될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 인라인 플라즈마 소스들에서의 로컬화된 플라즈마는, 종료점을 검출한 후에, 턴 오프될 수 있다.
[0034] 일부 실시예들에서, 각각의 로컬화된 플라즈마의 전압 또는 전류 중 적어도 하나가 모니터링되고, 이에 기반하여 하나 또는 그 초과의 임피던스들이 결정된다.
[0035] 일부 실시예들에서, 로컬화된 플라즈마는 각각의 인라인 플라즈마 소스의 내부 표면 상에 형성되고, 내부 표면은 펌핑 라인의 섹션을 형성하는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정한다. 컨덕턴스는 인라인 플라즈마 소스들의 일반적으로 원통형 내부 볼륨들 및 펌핑 라인을 따라 실질적으로 일정할 수 있다.
[0036] 일부 실시예들에서, 제2 클리닝 기체는 적어도 하나의 인라인 플라즈마 소스의 포트를 통해 인라인 플라즈마 소스들 중 적어도 하나의 내부 볼륨에 주입된다. 제2 클리닝 가스는 펌핑 라인의 벽을 따라 분산 유동 패턴 및/또는 환형 유동 패턴으로 지향될 수 있다.
[0037] 위에서 설명된 본 발명의 이점들은, 추가의 이점들과 함께, 첨부 도면들과 함께 이루어지는 다음의 설명을 참조함으로써 더 양호하게 이해될 수 있다. 도면들은 반드시 실척대로 도시되는 것은 아니고, 본 기술의 원리들을 예시할 때 일반적으로 배치되는 것 대신에 강조된다.
[0038] 도 1은 포어라인에서 공통 부산물인 염화 암모늄(ammonium chloride)의 예시적인 상(phase) 도면을 도시한다.
[0039] 도 2a-2c는 몇몇의 예시적인 유전체 배리어 방전 구성들을 도시하고, 이에 기반하여 본 발명의 밸브 어셈블리가 구성될 수 있다.
[0040] 도 3a 및 3b는 폐쇄 포지션 및 개방 포지션에 예시된 스로틀 밸브에 커플링된 매립된 전극 어셈블리를 포함하는 예시적인 밸브 어셈블리의 단면도들을 각각 도시한다.
[0041] 도 4는 스로틀 밸브가 개방 포지션에 있는 도 3a 및 3b의 밸브 어셈블리의 상면도를 도시한다.
[0042] 도 5는 도 3a 및 3b의 밸브 어셈블리 내의 매립된 전극 어셈블리 중 적어도 일부의 상세도를 도시한다.
[0043] 도 6a-6d는 도 3a 및 3b의 매립된 전극 어셈블리에 관련하여 전기 방전 및 플라즈마 형성을 지원하는 다양한 예시적인 전기적으로 접지된 표면들을 도시한다.
[0044] 도 7a 및 7b는, 로컬화된 플라즈마가 폐쇄 포지션 및 개방 포지션에 예시된 스로틀 밸브를 프로세싱하기 위해 생성되는 도 3a 및 3b의 밸브 어셈블리의 단면도들을 각각 도시한다.
[0045] 도 8은 로컬화된 플라즈마를 포함하는 도 7a 및 7b의 밸브 어셈블리의 상면도를 도시한다.
[0046] 도 9a 및 9b는 예시적인 진자 밸브(pendulum valve)의 측면도 및 단면도를 각각 도시하고, 이에 기반하여 밸브 어셈블리가 밸브의 인-시튜(in-situ), 로컬화된 프로세싱을 제공하도록 생성될 수 있다.
[0047] 도 10은 예시적인 격리 밸브(isolation valve)의 단면도를 도시하고, 이에 기반하여 밸브 어셈블리가 밸브의 인-시튜, 로컬화된 프로세싱을 제공하도록 생성될 수 있다.
[0048] 도 11은 밸브 어셈블리, 이를테면, 도 3-10의 밸브 어셈블리를 생성하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
[0049] 도 12는, 2 개의 동작 모드들 중 하나에서 밸브 중 적어도 일부를 클리닝하기 위해, 매립된 전극 어셈블리 및 밸브를 포함하는 본 발명의 밸브 어셈블리를 사용하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
[0050] 도 13a 및 13b는 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 예시적인 플라즈마 소스의 외부도 및 단면도를 각각 도시한다.
[0051] 도 14는 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 다른 예시적인 플라즈마 소스의 단면도를 도시한다.
[0052] 도 15는 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 또 다른 예시적인 플라즈마 소스의 단면도를 도시한다.
[0053] 도 16은 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 또 다른 예시적인 플라즈마 소스의 단면도를 도시한다.
[0054] 도 17은 2차 유체를 수용하기 위한 보조 포트를 통합한 도 14의 플라즈마 소스의 예시적인 섹션을 도시한다.
[0055] 도 18은 플라즈마 소스의 내부 볼륨 중 적어도 한 섹션으로의 유입을 위한 2차 유체의 경계 층 또는 이동 벽을 생성하도록 구성된 노즐 어셈블리의 예시적인 설계를 도시한다.
[0056] 도 19는 플라즈마 소스의 내부 볼륨 내에 분포된 2차 유체 유동을 생성하도록 구성된 예시적인 설계를 도시한다.
[0057] 도 20은 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 또 다른 예시적인 플라즈마 소스의 단면도를 도시한다.
[0058] 도 21은 어셈블리의 펌핑 라인 중 적어도 한 섹션을 클리닝하기 위한 본 발명의 하나 또는 그 초과의 플라즈마 소스들을 포함하는 예시적인 플라즈마 클리닝 어셈블리를 도시한다.
[0059] 도 22는, 다수의 플라즈마 소스들이 펌핑 라인을 클리닝하기 위해 펌핑 라인의 길이를 따라 분포된, 도 21의 펌핑 라인을 도시한다.
[0060] 도 23a 내지 23c는 도 22의 펌핑 라인을 클리닝하기 위한 예시적인 단계들의 시퀀스를 도시한다.
[0061] 도 24는 도 13-18의 플라즈마 소스들을 형성하는 것과 같이 인라인 플라즈마 소스를 형성하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
[0062] 도 25는 펌핑 라인 중 적어도 일부를 클리닝하기 위한, 본 발명의 복수의 인라인 플라즈마 소스들을 사용하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
[0063] 증착 프로세스에서, 포어라인(또한 진공 펌핑 라인으로 지칭됨)을 따라 또는 포어라인 자체 내의 컴포넌트들(예컨대, 스로틀 밸브) 상의 원하지 않는 물질 증착을 생성할 수 있는 일반적으로 2 개의 타입들의 화학 반응들이 존재한다. 하나의 타입의 화학 반응은 레이트 제한 반응들이고, 여기서 반응 챔버 내의 대부분 또는 모든 반응물들(예컨대, 입력 기체들)이 웨이퍼 평면에서 소비되지는 않는다. 대신에, 웨이퍼 상에서 발생하도록 의도된 반응들은 또한 챔버의 추가의 다운스트림 및/또는 외부에서 발생할 수 있다. 예컨대, 반응 챔버에 공급되는 기체들은, 챔버 외부로 펌핑될 때 계속 반응할 수 있다. 벽 상호작용은 그러한 레이트 제한 반응들의 가능성을 증가시킬 수 있고, 여기서 2 개의 기체 반응물들이 반응 챔버 외부로 펌핑되고, 부산물들을 생성하는 반응이 후속하여 발생하는 동일한 표면에 부착된다. 일부 경우들에서, 벽 상호작용은, 와전류 유동 패턴(eddy current flow pattern)의 기체들이 반응 챔버 외부로 펌핑되는 것으로 인해, 밸브의 제어 엘리먼트의 표면 상에서(예컨대, 스로틀 밸브의 플래퍼(flapper)의 후면 상에서) 발생할 가능성이 더 높다. 일부 경우들에서, 고압(예컨대, 대기압 미만(sub-atmospheric pressure)) 프로세스들은 레이트 제한 반응들을 경험할 가능성이 더 높다. 레이트 제한 반응들로부터 생성된 부산물들은 고체들 및/또는 증기 형태일 수 있다. 다른 타입의 화학 반응은 반응물이 제한되고, 여기서 기체 반응물들은 반응 챔버에서 웨이퍼 상에서 소비되고, 가능하게는 고체 형태의, 반응물들로부터의 부산물들은 반응 챔버로부터 펌핑되고, 포어라인을 통해 다운스트림으로 배출된다. 일부 경우들에서, 반응물 제한 반응은 레이트 제한 반응으로부터의 부산물과 비교하여 화학적으로 더 안정적인 부산물을 발생시킬 수 있다. 레이트 제한 반응과 반응물 제한 반응 간의 전환들은 프로세스 온도 및 압력에 따라 조작될 수 있다. 일반적으로, 레이트 제한 반응 및 반응물 제한 반응 둘 모두로부터 생성된 고체 및/또는 증기 부산물들은 포어라인의 또는 포어라인 자체 내의 하나 또는 그 초과의 컴포넌트들 상의 원하지 않는 물질 증착물이 될 수 있다.
[0064] 도 1은, 반응물 제한 반응으로부터 생성될 수 있는, 포어라인 내의 공통, 화학적으로 안정적인 부산물인 염화 암모늄의 예시적인 상 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 포어라인에서, 이를테면, 대략 10 ℃ 내지 30 ℃ 범위의 상대적으로 작은 온도 강하는 증기로부터 고체로의 염화 암모늄의 응축(102)으로 이어질 수 있고, 이는 부산물들이 원하지 않는 증착물들로서 포어라인 내의 하나 또는 그 초과의 표면들 상에 용이하게 축적되도록 하는 형태이다. 또한, 포어라인이 대략 150 ℃로 가열될 때 대략 200m Torr보다 더 큰 포어라인 압력 ― 이는 공통 프로세스 조건임 ― 은, 그러한 바람직하지 않은 응축이 발생하기 전에 기체 냉각을 위한 여유를 거의 허용하지 않는다. 따라서, 포어라인을 따른 냉각은 포어라인의 컴포넌트들 상의 물질 증착을 가속화할 수 있다. 예컨대, 스로틀 밸브의 속도는 스로틀 포인트에서 현격하게 증가할 수 있기 때문에, 이는 에너지의 보존으로 인해 엔탈피(enthalpy)의 감소, 더 낮은 기체 온도 및 스로틀 밸브 근처의 냉각으로 이어질 수 있다. 또한, Joule-Thomson 냉각 이론에 따라, 엔탈피가 일정한 경우에조차, 비-이상적인 기체 거동은 온도가 강하하게 할 수 있고, 여기서 강하의 양은 기체, 압력 및/또는 온도 조건들에 크게 의존한다. 도 1의 염화 암모늄의 예시적인 상 도면에 예시된 바와 같이, 스로틀 밸브 주변의 온도 강하는 부산물이 증기에서 스로틀 밸브 상에 용이하게 증착되는 고체로 변하게 할 수 있다. 따라서, 포어라인 컴포넌트들 및/또는 포어라인 상의 증착을 방지하기 위해, 기체 부산물들을 증기 상태로 유지하도록 환경 온도를 증가시키기 위한 시스템들 및 방법들이 필요로 된다. 또한, 이미 컴포넌트들 상에 증착된 고체 부산물들을 감소/제거하기 위한 시스템들 및 방법들이 필요로 된다.
[0065] 일 양상에서, 밸브와 통합된 유전체 배리어 방전 구조물을 포함하는 밸브 어셈블리가 제공되고, 여기서 밸브 어셈블리는 (예컨대, 기체 부산물들을 그의 증기 형태로 유지함으로써) 밸브 상의 증착을 방지하고 그리고/또는 (예컨대, 적어도 하나의 클리닝 기체와 상호작용함으로써) 밸브 상의 기존 증착물들을 에칭 제거하기 위한 로컬화된 플라즈마를 생성할 수 있다. 밸브 어셈블리에서 사용하기에 적절한 밸브는 임의의 타입의 밸브, 이를테면, 스로틀 밸브, 격리 밸브 또는 진자 밸브일 수 있는 진공 밸브일 수 있다.
[0066] 도 2a-2c는 몇몇의 예시적인 유전체 배리어 방전 구성들을 도시하고, 이에 기반하여 본 발명의 밸브 어셈블리가 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 유전체 배리어 방전은 일반적으로 전극(202), 적어도 하나의 배리어 유전체 층(204), 적어도 하나의 방전 갭(206) 및 전기적으로 접지된 전극(208)을 포함한다. 전력 공급기(210)는 전극(202)과 접지 전극(208) 사이에 연결된다. 유전체 배리어 방전 구조물에서 배리어 유전체 층(들)(204) 및 방전 갭(들)(206)의 가능한 몇몇의 어레인지먼트들이 존재한다. 예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이, 배리어 유전체 층(204)은 전극(202)과 물리적으로 접촉할 수 있고, 방전 갭(206)은 배리어 유전체(204)와 접지 전극(208) 사이에 위치된다. 도 2b에서, 2 개의 배리어 유전체 층들(204a, 204b)은 전극들(202, 208) 각각과 물리적으로 접촉할 수 있고, 배리어 방전 갭(206)은 2 개의 배리어 유전체 층들 사이에 샌드위칭된다. 도 2c에서, 배리어 유전체 층(204)은 방전 갭들(206a 및 206b)에 의해 전극들(202, 208) 둘 모두로부터 물리적으로 격리된다. 다른 유전체 배리어 방전 구조물들이 가능하고, 본 발명의 범위 내에 있다. 동작 시에, 전력 공급기(208)가 전극(202)과 접지 전극(208) 간에 고전압, 교류(AC)를 제공할 때, 전하들은 배리어 유전체 층(들)(204)을 통해 이동하고, 이들 층(들)(204)의 표면 상에서 수집된다. 표면 전위가 파괴 임계치 전압에 도달할 때, 플라즈마를 생성하기 위한 AC 파형의 절반 사이클마다 매우 많은 수의 작은 방전들이 발생한다. 연속하는 에너지 소스가 요구된 이온화도를 제공하면, 플라즈마가 유지되고, 재결합 프로세스를 극복하는 것은 방전 플라즈마의 소멸(extinction)로 이어진다.
[0067] 도 3a 및 3b는 폐쇄 포지션 및 개방 포지션들에 예시된 스로틀 밸브(302)에 커플링된 매립된 전극 어셈블리(301)를 포함하는 예시적인 밸브 어셈블리(300)의 단면도들을 각각 도시한다. 도 4는 스로틀 밸브(302)가 개방 포지션에 있는 도 3a 및 3b의 밸브 어셈블리(300)의 상면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 밸브 어셈블리(300)의 스로틀 밸브(302)는 제어 엘리먼트(304)(예컨대, 원형 플래퍼), 개방 포지션과 폐쇄 포지션 사이에서 제어 엘리먼트(304)를 회전시키는데 사용되는 샤프트(306), 및 제어 엘리먼트(304)가 개방 포지션에 있을 때 기체가 유동하는 본체(308)를 포함한다. 스로틀 밸브(302)의 본체(308)는 제어 엘리먼트(304)의 이동을 수용하기 위해 중앙 개구(324)를 갖는 원통형 및 디스크- 형상일 수 있다. 밸브 본체(308)는, 예컨대, 스테인레스 강 또는 양극 처리된 알루미늄으로 구성될 수 있다. 밸브 본체(308)는 개구(324)를 통해 연장되는 길이방향 축 A를 규정한다. 스로틀 밸브(302)의 컨덕턴스는 본체(308)의 내부 표면(즉, 개구(324)의 원주 상의 표면) 및 제어 엘리먼트(304)의 원주 사이의 거리의 함수이다.
[0068] 스로틀 밸브 본체(308), 제어 엘리먼트(304) 또는 샤프트(306) 중 적어도 하나의 표면은 전기적으로 접지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일단 밸브 본체(308)의 표면이 전기적으로 접지되면, 전체 밸브 본체(308)는 전기적으로 접지된다. 일반적으로, 전기적으로 접지된 표면(310)은 스로틀 밸브(302)의 접지된 표면을 지칭하고, 로컬화된 플라즈마는 스로틀 밸브(302)에 관련하여 매립된 전극 어셈블리(301)의 배치로 인해 그 접지된 표면으로 지향된다. 플라즈마가 가능한 가장 낮은 에너지 상태를 차지하려고 시도하기 때문에, 플라즈마는 매립된 전극 어셈블리(301)로부터, 매립된 전극 어셈블리(301)에 가장 가까운 무엇이든 접지된 표면으로 방전하는 경향이 있다. 따라서, 스로틀 밸브(302)에 관련하여 매립된 전극 어셈블리(301)를 선택적으로 포지셔닝함으로써, 운영자는 통합된 플라즈마 소스를 갖는 밸브(302)의 원하는 부분들의 타겟팅된, 인-시튜 클리닝을 수행할 수 있다. 일부 경우들에서, 전기적으로 접지된 표면(310)은 스로틀 밸브(302)의 "젖은(wetted)" 표면 또는 "내부 진공 노출" 표면일 수 있다. 전기적으로 접지된 표면(310)은 제어 엘리먼트(304), 스로틀 밸브 본체(308), 샤프트(306) 또는 전기 방전을 지원하는 스로틀 밸브(302) 상의 또는 이에 가까운 다른 표면 상에 위치될 수 있다.
[0069] 도 5는 밸브 어셈블리(300) 내의 도 3a 및 3b의 매립된 전극 어셈블리(301) 중 적어도 일부의 상세도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 매립된 전극 어셈블리(301)는 전극(312), 배리어 유전체(314) 및 절연 유전체(316)를 포함한다. 전극(312)은, 전극(312)이 2 개의 컴포넌트들의 내부 표면들 상에 형성되도록 절연 유전체(316)와 배리어 유전체(314) 사이에 샌드위칭된다. 일부 실시예들에서, 매립된 전극 어셈블리(301)는 스로틀 밸브(302)의 제어 엘리먼트(304)를 방사상으로 둘러싸고, 여기서 배리어 유전체(314)는 방사상 방향(즉, 길이방향 축 A에 수직인 방향)으로 제어 엘리먼트(304)에 가장 가깝고, 절연 유전체(316)는 방사상 방향으로 제어 엘리먼트(304)로부터 가장 멀리 떨어져 있다. 전극(312)은 또한 스로틀 밸브(302) 상의 또는 이에 가까운 전기적으로 접지된 표면(310)에 인접하고, 배리어 유전체(314) 중 적어도 일부는 전극(312) 및 전기적으로 접지된 표면(310) 사이에 위치된다. 일부 실시예들에서, 절연 유전체(316) 또는 배리어 유전체(314) 중 적어도 하나는 석영, 알루미나, 세라믹 물질(예컨대, 질화 알루미늄), 유리 또는 안정적인 중합체, 이를테면, 폴리이미드(예컨대, Klypton)로 구성된다. 일부 실시예들에서, 전극(312)은 텅스텐으로 구성된다.
[0070] 도 3a 및 3b를 참조로, 매립된 전극 어셈블리(301)는, 2 개의 컴포넌트들(301, 308)이 길이방향 축 A를 따라 함께 동심으로 정렬하고 적층되도록, 스로틀 밸브(302)의 본체(308)와 유사하게 형상화(예컨대, 원통형 및 디스크-형상)될 수 있다. 구체적으로, 디스크-형상의 매립된 전극 어셈블리(301)는, 매립된 전극 어셈블리(301)가 밸브(302)에 부착될 때, 길이방향 축 A를 따라 밸브 본체(308)의 중앙 개구(324)와 실질적으로 정렬되는 원형, 중앙 개구(334)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극(312), 배리어 유전체(314) 및 절연 유전체(316)는 원통형이고, 매립된 전극 어셈블리(301)를 형성하기 위해 길이방향 축 A를 중심으로 동심으로 배열될 수 있고, 여기서 전극(312)은 실질적으로 배리어 유전체(314)를 둘러싸고, 절연 유전체(316)는 실질적으로 전극(312)을 둘러싼다. 일부 실시예들에서, 매립된 전극 어셈블리(301)는, 스테인레스 강으로 구성되고, 예컨대, 스로틀 밸브(302)에 대해 매립된 전극 어셈블리(301)를 고정시키도록 구성된 연장부(315)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 진공 시일들(320)은 전극(312)의 기판을 밸브 본체(308)에 부착하는 데 사용될 수 있다.
[0071] 일반적으로, 밸브 어셈블리(300)는, 전기적으로 접지된 표면(310) 및 매립된 전극 어셈블리(301)에 기반하여 생성된 유전체 배리어 방전 구조물을 포함한다. 전력 공급기(도시되지 않음)는 매립된 전극 어셈블리(301)의 전극(312)과 전기적으로 접지된 표면(310) 사이에 연결되어, 그 표면 및 그의 부근을 클리닝하기 위해 전기적으로 접지된 표면(310)을 향해 지향되는 로컬화된 플라즈마를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리(300)의 유전체 배리어 방전 구조물은, 전기적으로 접지된 표면(310)에 관련하여 전극(312), 절연 유전체(316) 및/또는 배리어 유전체(314)를 적절히 배열함으로써, 도 2a-2c의 유전체 배리어 방전 구성들 중 하나와 유사한 지오메트리 및 구조물을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, 전기적으로 접지된 표면(310)은 전기적으로 접지된 전극(208)과 실질적으로 동일한 기능을 서빙할 수 있고, 전극(312)은 전극(202)과 동일한 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 배리어 유전체(314)는 배리어 유전체 층(들)(204)과 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 또한, 매립된 전극 어셈블리(301)와 스로틀 밸브(302)의 접지된 표면(310) 사이의 갭은 도 2a-2c의 방전 갭(206)과 유사한 방전 갭의 역할을 할 수 있다.
[0072] 위에 설명된 바와 같이, 전기적으로 접지된 표면(310)은, 매립된 전극 어셈블리(301)가 유전체 배리어 방전을 통해 플라즈마를 형성하기 위해 전기적으로 접지된 표면(310)에 충분히 가깝게 위치되는 한, 전기 방전을 지원하는 스로틀 밸브(302) 상의 또는 그에 가까운 임의의 표면일 수 있다. 도 6a-6d는 매립된 전극 어셈블리(301)에 관련하여 전기 방전 및 플라즈마 형성을 지원하는 다양한 예시적인 전기적으로 접지된 표면들(310)을 도시한다. 위에 설명된 바와 같이, 스로틀 밸브(302)에 관련하여 매립된 전극 어셈블리(301)를 선택적으로 포지셔닝함으로써, 운영자는 결과적인 플라즈마 방전이 타겟팅되는 전기적으로 접지된 표면(310)을 선정할 수 있다. 도 6a에서, 전기적으로 접지된 표면(310)은 스로틀 밸브(302)의 제어 엘리먼트(304) 상에 위치되고, 플라즈마는 매립된 전극 어셈블리(301)와 제어 엘리먼트(304)의 접지된 표면 사이의 방전 갭(322)에 형성될 수 있다. 도 6b에서, 전기적으로 접지된 표면(310)은 밸브 본체(308)의 내부 표면(예컨대, 밸브 본체(308)의 중앙 개구(324)의 내부 원통형 표면) 상에 위치되고, 플라즈마는 매립된 전극 어셈블리(301)와 밸브 본체(308)의 접지된 내부 표면 사이의 방전 갭(322)에 형성될 수 있다. 도 6c에서, 제2 선택적인 배리어 유전체(602)는 밸브 본체(308) 상에 위치된 전기적으로 접지된 표면(310)과 매립된 전극 어셈블리(301) 사이에 삽입된다. 이러한 제2 배리어 유전체(602)는 배리어 방전에서 금속 스퍼터링(metallic sputtering)을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 양극 처리된 알루미늄 본체의 양극 처리된 층은 제2 배리어 유전체(602)의 역할을 할 수 있다. 전기적으로 접지된 표면(310)은 양극 처리된 층 아래에 놓이는 알루미늄 층 상에 위치될 수 있다. 도 6d는, 공급 전극(608) 및 리턴(예컨대, 접지된) 전극(610) 둘 모두가 공유된 절연 유전체(612) 및 공유된 배리어 유전체(614)를 갖는 하나의 구조물에 통합되는 매립된 전극 어셈블리(606)를 도시한다. 예컨대, 공급 전극(608) 및 리턴 전극(610)은 절연 유전체(612)와 배리어 유전체(614) 사이에 배치될 수 있다. 방전 갭(616)은 공급 전극(608)과 리턴 전극(610) 사이에 형성될 수 있다.
[0073] 도 7a 및 7b는, 로컬화된 플라즈마(702)가 폐쇄 포지션 및 개방 포지션에 예시된 스로틀 밸브(303)를 프로세싱하기 위해 생성되는 밸브 어셈블리(300)의 단면도들을 각각 도시한다. 도 8은 로컬화된 플라즈마(702)를 포함하는 밸브 어셈블리(300)의 상면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 방전(702)은 전극(312)(매립된 전극 어셈블리(301)의 중앙 개구(334)의 내부 원통형 표면을 따라 위치됨)과 인접한 접지된 표면(310)(스로틀 밸브 본체(308)의 중앙 개구(324)의 내부 원통형 표면 상에 위치됨) 사이에 생성된다. 플라즈마(702)는 중앙 개구들(324 및 334)의 내부 원통형 표면들을 따라 생성된 얇은 원형 층일 수 있다. 플라즈마(702)는 길이방향 축 A를 따라 절연 유전체(316), 전극(312) 또는 매립된 전극 어셈블리(301)의 배리어 유전체(314) 중 적어도 하나와 동심이고 그리고/또는 그에 평행할 수 있다. 동작 시에, 플라즈마 방전(702)은 인근 밸브(302)를 가열하고, 전기적으로 접지된 표면(310)은 가장 많은 양의 열에 노출된다. 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리(300)에 의해 생성된 플라즈마 방전은 대략 2 Torr에서 대략 15 Watts의 전력을 가질 수 있다.
[0074] 일부 실시예들에서, 매립된 전극 어셈블리(301)는 스로틀 밸브(302)의 하나의 컴포넌트 상에 형성되고, 반면에 전기적으로 접지된 표면(310)은 스로틀 밸브(302)의 또 다른 컴포넌트 상에 있다. 예컨대, 매립된 전극 어셈블리(301)는 제어 엘리먼트(304) 상에 형성될 수 있고(예컨대, 제어 엘리먼트(304)가 전극(312)인 경우), 이러한 경우에 접지된 전기 표면(310)은 스로틀 밸브 본체(308)의 중앙 개구(324)의 내부 원통형 표면 중 적어도 일부가 된다. 정반대가 또한 구성될 수 있다. 구체적으로, 매립된 전극 어셈블리(301)는 밸브 본체(308) 상에 형성될 수 있고(예컨대, 밸브 본체(308)가 전극(312)인 경우), 반면에 접지된 전기 표면(310)은 제어 엘리먼트(304) 상에 위치된다. 이러한 경우들에서, 전극(312) 또는 전기적으로 접지된 표면(310)은 제어 엘리먼트(304) 중 적어도 일부를 포함한다.
[0075] 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리(300)는 단일 컴포넌트로서 통합된 밸브(302) 및 매립된 전극 어셈블리(301)를 갖는 일체형(unitary) 구조물이다. 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리(300)의 각각의 컴포넌트(예컨대, 밸브(302) 또는 매립된 전극 어셈블리(301))는 소모품이며, 개별적으로 교체될 수 있다. 또한, 매립된 전극 어셈블리(301)의 컴포넌트들(예컨대, 절연 유전체(316), 전극(312) 또는 배리어 유전체(314))은 소모품들일 수 있고, 개별적으로 교체될 수 있다.
[0076] 밸브 어셈블리(300)가 스로틀 밸브에 대해 위에서 설명되지만, 밸브 어셈블리는 격리 밸브 또는 진자 밸브를 포함하는 다른 타입들의 진공 밸브들을 클리닝하도록 용이하게 적응될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 밸브 어셈블리는 매립된 전극 어셈블리 및 밸브를 포함할 수 있다. 매립된 전극 어셈블리는 전극 및 적어도 하나의 배리어 유전체로 구성될 수 있다. 밸브의 표면(또는 밸브에 가까운 표면)은 전기적으로 접지될 수 있다. 따라서, 밸브 어셈블리는 전기적으로 접지된 표면 및 매립된 전극 어셈블리로부터 유전체 배리어 방전을 생성할 수 있다. 동작 시에, 유전체 배리어 방전은 밸브 및 그의 부근(예컨대, 밸브가 위치된 포어라인 중 적어도 일부)을 프로세싱하기 위한 플라즈마 전하를 생성한다.
[0077] 도 9a 및 9b는 예시적인 진자 밸브(900)의 측면도 및 단면도를 각각 도시하고, 이에 기반하여 밸브 어셈블리가 밸브(900)의 인-시튜, 로컬화된 프로세싱을 제공하도록 생성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 진자 밸브(900)는 개구(907)를 노출시키기 위한 개방 포지션과 개구(907)를 커버하기 위한 폐쇄 포지션 사이에서 방향(905)으로 제어 엘리먼트(904)를 회전시키는 데 사용되는 샤프트(906) 및 제어 엘리먼트(904)(예컨대, 게이트)를 포함한다. 또한, 진자 밸브(900)는, 제어 엘리먼트(904)가 개방 포지션에 있을 때, 기체가 유동하는 본체(908)를 포함한다. 밸브 본체(908)는 일반적으로 윈위 단부(920) 및 근위 단부(922)를 규정한다. 진자 밸브(900)의 컨덕턴스는 본체(908)에 배치된 개구(907)에 대해 제어 엘리먼트(904)의 포지션에 의해 규정된 개구의 양의 함수이다.
[0078] 밸브 본체(908), 제어 엘리먼트(904) 또는 샤프트(906)의 표면을 포함하는, 진자 밸브(900)의 적어도 하나의 표면은 전기적으로 접지된 표면을 형성하기 위해 전기적으로 접지될 수 있다. 예컨대, 전기적으로 접지된 표면은, 제어 엘리먼트(904)에 근접한 개구(907)의 원주를 따라 표면(910) 상에 위치될 수 있다(즉, 제어 엘리먼트(904)에 의해 커버되거나 커버되지 않을 수 있음). 다른 예로서, 전기적으로 접지된 표면은, 제어 엘리먼트(904)의 원위에 있는 개구(907)에 가까운 표면(912) 상에 위치될 수 있다. 대안적으로, 전기적으로 접지된 표면은 진자 밸브(900)에 인접한 표면(도시되지 않음) 상에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스로틀 밸브(302)에 대해 위에 설명된 매립된 전극 어셈블리(301)와 유사한 매립된 전극 어셈블리(도시되지 않음)는, 매립된 전극 어셈블리와 전기적으로 접지된 표면 간에 플라즈마 방전을 생성하기 위해 진자 밸브(900) 및 전기적으로 접지된 표면에 인접하게 포지셔닝될 수 있다.
[0079] 도 10은 예시적인 격리 밸브(1000)의 단면도를 도시하고, 이에 기반하여 밸브 어셈블리가 밸브(1000)의 인-시튜, 로컬화된 프로세싱을 제공하도록 생성될 수 있다. 격리 밸브(1000)는 개구(1007)를 노출시키기 위한 개방 포지션과 개구(1007)를 차단하기 위한 폐쇄 포지션 사이에서 수직 방향(1005)으로 제어 엘리먼트(1004)를 이동시키는 데 사용되는 샤프트(1006) 및 제어 엘리먼트(1004)(예컨대, 노즈피스(nosepiece))를 포함한다. 또한, 격리 밸브(1000)는, 제어 엘리먼트(1004)가 개방 포지션에 있을 때, 기체가 유동하는 본체(1008)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제어 엘리먼트(1004)는 근위 표면(1012) 및 원위 표면(1014)을 갖고, 근위 표면(1012)에는 스프링(1010)이 연결되고, 원위 표면(1014)에는 하나 또는 그 초과의 o-링들(1016)이 부착된다. 스프링(1010)의 연장은, o-링들(1016)이 개구(1007)를 폐쇄하기 위해 시트(1018)에 물리적으로 접촉하도록, 제어 엘리먼트(1004)가 밸브(1000)의 본체(1008)의 시트(seat)(1018)에 인접하게 한다. 스프링(1010)의 수축은 제어 엘리먼트(1004)를 시트(1018)로부터 멀어지게 이동시켜 개구(1007)를 개방(uncover)한다. 격리 밸브(1000)는 또한, 제어 엘리먼트(1004)의 수직 방향(1005)의 모션을 허용하면서, 대기로부터 진공을 격리시키기 위한 하나 또는 그 초과의 벨로우들(1022)을 포함할 수 있다. 격리 밸브(1000)의 컨덕턴스는 시트(1018)에 대해 제어 엘리먼트(1004)의 포지션에 의해 규정된 개구의 양의 함수이다.
[0080] 밸브 본체(1008), 제어 엘리먼트(1004) 또는 샤프트(1006)의 표면을 포함하는, 격리 밸브(1000)의 적어도 하나의 표면은 전기적으로 접지된 표면을 형성하기 위해 전기적으로 접지될 수 있다. 예컨대, 전기적으로 접지된 표면은 제어 엘리먼트의 원위 표면(1014) 상에 위치될 수 있다. 다른 예에서, 전기적으로 접지된 표면은 개구(1007)를 규정하는 밸브 본체(1008)의 표면(1020) 상에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스로틀 밸브(302)에 대해 위에 설명된 매립된 전극 어셈블리(301)와 유사한 매립된 전극 어셈블리(도시되지 않음)는, 매립된 전극 어셈블리와 전기적으로 접지된 표면 간에(예컨대, 개구(1007)에서) 플라즈마 방전을 생성하기 위해 격리 밸브(1000) 및 전기적으로 접지된 표면에 인접하게 포지셔닝될 수 있다.
[0081] 도 11은 밸브 어셈블리, 이를테면, 도 3-10을 참조로 위에 설명된 밸브 어셈블리를 생성하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다. 프로세스는, 진공 밸브, 이를테면, 스로틀 밸브(302), 진자 밸브(900) 또는 격리 밸브(1000)가 제공될 때(단계 1102), 시작된다. 밸브는 일반적으로 본체 및 제어 엘리먼트(예컨대, 스로틀 밸브(302)의 플래퍼(304), 진자 밸브(900)의 게이트(904) 또는 격리 밸브(1000)의 노즈피스(1004))를 포함한다. 본체의 표면 또는 밸브의 제어 엘리먼트는 전기적으로 접지된 표면을 형성하기 위해 전기적으로 접지될 수 있다(단계 1104). 매립된 전극 어셈블리를 형성하기 위해, 전극은 진공 밸브의 전기적으로 접지된 표면에 인접하게 위치될 수 있고(단계 1106), 배리어 유전체 중 적어도 일부는 전극과 전기적으로 접지된 표면 사이에 삽입될 수 있다(단계 1108). 매립된 전극 어셈블리는, 전극이 배리어 유전체의 내부 표면 상에 있도록 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 절연 유전체는 또한 매립된 전극 어셈블리에 포함되고, 전극은 절연 유전체의 내부 표면 상에 배치된다. 즉, 전극은 절연 유전체와 배리어 유전체 사이에 샌드위칭될 수 있다. 이로써, 유전체 배리어 방전 구조물은 매립된 전극 어셈블리(전극 및 배리어 유전체를 포함함) 및 전기적으로 접지된 표면에 기반하여 생성된다(단계 1110). 유전체 배리어 방전 구조물은, 진공 밸브 중 적어도 일부를 프로세싱하기 위해, 이를테면, 매립된 전극 어셈블리와 전기적으로 접지된 표면 사이에서, 진공 밸브에 커플링된 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 적응된다. 고전압 교류는, 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 유전체 배리어 방전 구조물을 활성화하기 위해, 전극과 전기적으로 접지된 표면 사이에 공급될 수 있다. 일부 실시예들에서, 결과적인 플라즈마의 전력은 대략 2 Torr에서 대략 15 Watts이다.
[0082] 일부 실시예들에서, 본 발명의 밸브 어셈블리는 증착 프로세스에서 웨이퍼들을 프로세싱하는 데 사용되는 반응 챔버의 다운스트림에 위치된다. 위에 설명된 바와 같이, 증착 프로세스로부터의 고체 및/또는 증기 부산물들은, 반응 챔버의 다운스트림에 있는 밸브 상의 원하지 않는 물질 증착물이 될 수 있다. 따라서, 포어라인에 밸브를 중심으로 밸브 어셈블리를 형성하는 것은 밸브의 타겟팅된, 인-시튜 클리닝을 가능하게 한다. 도 12는, 2 개의 동작 모드들 중 하나에서 밸브 중 적어도 일부를 클리닝하기 위해, 적어도 매립된 전극 어셈블리 및 밸브를 포함하는 본 발명의 밸브 어셈블리를 사용하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다. 프로세스는, 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스와 관련하여 반응 챔버에서 1차 플라즈마의 생성으로 시작한다(단계 1202). 위에 설명된 바와 같이, 웨이퍼 증착물 프로세스는, 다운스트림으로 밸브로 유동할 수 있는 기체 부산물들 및/또는 밸브 상에 증착할 수 있는 고체 물질들의 생성으로 인해, 다운스트림 진공 밸브 상에 원하지 않는 물질 증착을 잠재적으로 발생시킬 수 있다(단계 1204). 반응 챔버 내의 웨이퍼 증착 프로세스가 레이트 제한 프로세스인지(즉, 입력 반응 기체들 중 일부가 웨이퍼 평면에서 소비되지 않는지) 또는 반응물 제한 프로세스인지(즉, 입력 반응 기체들 중 대부분 또는 전부가 웨이퍼 평면에서 소비되는지)에 대한 결정이 이루어진다(단계 1206). 반응물 제한 프로세스가 결정되면, 반응 챔버에서의 증착 프로세스 동안에 실질적으로 발생하는 방지 동작 모드가 실행된다. 그렇지 않다면, 웨이퍼 증착 프로세스는 레이트 제한 프로세스이고, 제거 동작 모드는, 웨이퍼들이 반응 챔버로부터 제거되고 챔버가 비교적 비활성인 후에 실행된다. 위에 설명된 바와 같이, 반응물 제한 반응은 레이트 제한 반응보다 화학적으로 더 안정적인 부산물들을 생성하는 경향이 있다. 플라즈마가 기체 부산물에 인가될 때, 결과적인 열은 또한 부산물의 많은 분자들을 자신들의 구성 엘리먼트들로 해리시킬 수 있다. 오리지널 분자들이 (예컨대, 반응물 제한 반응으로부터) 화학적으로 안정적이면, 그들은 플라즈마 가열 후에 동일한 안정적인 모듈들로 재형성되도록 적응된다. 그러나, 부산물 내의 오리지널 분자들이 (예컨대, 레이트 제한 반응으로부터) 안정적이지 않다면, 해리된 엘리먼트들은 포어라인 컴포넌트들 상의 원하지 않는 증착물들이 될 수 있는 다른 분자들을 형성할 가능성이 있다. 따라서, 레이트 제한 반응에 대해, 증착 동안의 로컬화된 플라즈마 가열은 추가적인 고체 증착물을 생성할 수 있기 때문에, 로컬화된 플라즈마는 웨이퍼 증착 동안에 활성화되지 않는다. 그러나, 레이트 제한 반응에 대해, 로컬화된 플라즈마는, 특정 클리닝 화학반응(chemistry)의 도움으로 고체 증착 물들을 클리닝 어웨이하기 위해, 웨이퍼 증착 후에, 활성화될 수 있다.
[0083] 방지 동작 모드에서, 클리닝될 밸브를 통합하는 밸브 어셈블리는, 밸브 상의 전기적으로 접지된 표면과 인접한 매립된 전극 어셈블리 사이에 로컬화된 플라즈마를 생성하기 위해 (예컨대, 고전압 교류를 인가함으로써) 활성화될 수 있다(단계 1208). 로컬화된 플라즈마는, 밸브 상의 기체 부산물의 고체 증착물들로의 응결을 방지하기 위해 웨이퍼 증착 프로세스 중 적어도 일부 동안에 유지될 수 있고(단계 1210), 여기서 기체 부산물들은 화학적으로 안정적인 인 경향이 있다. 일부 실시예들에서, 로컬화된 플라즈마는, 반응 챔버에서 웨이퍼 증착 프로세스의 완료 후에 약간 유지된다. 따라서, 반응 챔버 내의 1차 플라즈마 및 반응 챔버의 다운스트림에서 밸브 어셈블리 내의 로컬화된 플라즈마는 방지 동작 모드의 시간과 대략 동일한 시간에 발생하거나, 방지 동작 모드의 시간 중 적어도 일부와 적어도 중첩될 수 있다. 방지 모드에서, 밸브 어셈블리의 로컬화된 플라즈마는, 예컨대, 밸브가 스로틀 밸브인 경우, 스로틀링 프로세싱으로 인해 밸브의 온도가 냉각될 때조차, 기체 부산물이 증기 형태로 계속 유지하도록, 기체 부산물을 가열하는데 사용된다. 따라서, 방지 모드는, 밸브에 내재하는 압력 감소 기능 동안에 기체들의 빠른 냉각에 의해 발생되는 기체들의 응결로 인해 우선 증착이 발생하는 것을 방지하도록 적응된다.
[0084] 대안적으로, 제거 동작 모드에서, 밸브 어셈블리는 반응 챔버에서 웨이퍼 증착의 수행 후에 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 활성화될 수 있다(단계 1212). 로컬화된 플라즈마는 이미 밸브 상에 형성된 고체 증착물들을 에칭 제거할 수 있다. 따라서, 반응 챔버에서의 1차 플라즈마의 생성과 밸브 어셈블리에서의 로컬화된 플라즈마의 생성 간에 중첩이 실질적으로 거의 또는 전혀 없을 수 있다. 제거 동작 모드의 일부 실시예들에서, 클리닝 기체, 이를테면, 플루오르화 또는 염소화된 기체(즉, NF3)는, 밸브 어셈블리의 로컬화된 플라즈마의 활성화 전에 진공 밸브에 공급된다. 클리닝 기체는, 밸브 상의 고체 증착물들을 에칭 제거하기 위한 라디칼들(radicals)을 생성하기 위해, 로컬화된 플라즈마와 상호작용한다. 동작 모드 둘 모두의 일부 실시예들에서, 로컬화된 플라즈마는 밸브 어셈블리와 통합된 밸브뿐만 아니라 밸브가 위치된 포어라인의 인접한 부분들을 프로세싱할 수 있다.
[0085] 일부 실시예들에서, 도 12의 프로세스를 자동화하기 위한 제어 회로(도시되지 않음)가 제공된다. 예컨대, 제어 회로는, 모든 각각의 웨이퍼 증착 프로세스 동안에 또는 특정 횟수가 이미 발생된 후의 증착 프로세스 동안에, 방지 모드에서 밸브 어셈블리를 자동적으로 동작시킬 수 있다. 마찬가지로, 제어 회로는, 모든 각각의 웨이퍼 증착 후에 또는 특정 횟수의 증착 프로세스들 후에 제거 모드에서 밸브 어셈블리를 자동적으로 동작시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 회로는 밸브 어셈블리에서 로컬화된 플라즈마를 활성화하기 위한 고전압 AC를 생성하도록 구성된 전력 공급기를 포함한다. 예컨대, 전력 공급기는 대략 50 kHz에서 대략 600 V 내지 1000 V를 제공할 수 있는 전류-조절된 전력 공급기일 수 있다. 밸브 어셈블리에 의한 플라즈마 방전은 플라즈마의 전압 및 전류 조절 제어 전력을 클램핑하도록 적응된다. 일부 실시예들에서, 다수의 밸브 어셈블리들은 포어라인을 따라 다수의 밸브들 주위에 구성될 수 있다. 제어 회로는 필요에 따라 개개의 밸브를 클리닝하기 위해 각각의 밸브 어셈블리를 독립적으로 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 밸브 어셈블리의 배리어 방전 구조물은 밸브 이외에 포어라인 배관을 클리닝하기 위해 유사하게 사용될 수 있다. 예컨대, 일반적으로 프로세스 증착물들을 제거하기 위해 정규 유지보수를 요구하는 포어라인은 인 시튜 클리닝을 위한 표면 배리어 방전 소스를 포함할 수 있다.
[0086] 본 발명의 다른 양상에서, 진공 펌핑 라인에서 원하지 않는 증착물 축적을 감소 및/또는 제거하기 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 펌핑 라인 플라즈마 소스들은 이러한 원하지 않는 부산물들의 처리를 위해 제공된다. 이러한 플라즈마 소스는 도 2a-2c에 관련하여 위에 설명된 유전체 배리어 방전 원리들에 기반하여 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 플라즈마 소스는 로컬화된 플라즈마 방전을 생성하기 위한 유전체 배리어 방전 구조물을 포함할 수 있다. 유전체 배리어 방전 구조물은 (i) 공급 전극, (ii) 공급 전극에 인접하게 위치된 리턴 전극, 및 (iii) 배리어 유전체 물질로 형성될 수 있고, 배리어 유전체 물질 중 적어도 일부는 공급 전극과 리턴 전극 사이에 포지셔닝된다. 고전압 교류는 공급 전극과 리턴 전극 사이에 공급되어 유전체 배리어 방전 구조물을 활성화할 수 있고, 이로써 유전체 배리어 방전 구조물 내에 로컬화된 플라즈마를 생성한다. 일부 실시예들에서, 결과적인 플라즈마의 전력은 대략 20 Watts 내지 대략 1000 Watts이다. 강제 대류(Forced convection) 또는 수냉(water cooling)은 생성된 플라즈마에서 더 높은 전력 강도를 달성하기 위해 플라즈마 소스에 통합될 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 소스들은 하나 또는 그 초과의 펌핑 라인 세그먼트들을 갖는 인라인 연결을 형성할 수 있고, 여기서 각각의 인라인 플라즈마 소스는, 펌핑 라인을 따른 펌핑 속도 및/또는 컨덕턴스를 변경하지 않고서, 펌핑 라인으로부터의 기체가 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 통해 유동하도록 허용하는 원통형 내부 볼륨을 제공한다. 각각의 플라즈마 소스의 플라즈마는 내부의 기체 유동을 해리시키기 위해 원통형 내부 볼륨의 표면을 따라 형성될 수 있다. 일반적으로, 인라인 플라즈마 소스에 의해 제공되는 저압 및 긴 평균 자유 경로(mean free path)로 인해, 결과적인 플라즈마는 내부 볼륨들의 전체 직경 중 상당한 부분을 충전하도록 적응된다.
[0087] 본 발명의 콘텍스트에서, 유전체 배리어 방전 구조물의 공급 전극은 일반적으로 연결된 전력 공급기로부터 포지티브 전압, 예컨대, 대략 300 내지 대략 2000 V를 수신하는 전극을 지칭한다. 리턴 전극은 일반적으로 공급 전극에 대해 더 낮은 전압으로 유지되는 전극을 지칭한다. 예컨대, 리턴 전극은 전기적으로 접지되거나, 플로팅(즉, 전력 소스에 연결되지 않음)되거나, 공급 전극에 관련하여 네거티브 전압으로 바이어싱될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 배리어 방전 구조물의 공급 전극 및 리턴 전극 둘 모두는 배리어 유전체 물질에 임베딩되고, 리턴 전극은 전기적으로 접지되거나 접지되지 않는다(예컨대, 플로팅). 일부 실시예들에서, 공급 전극은 배리어 유전체 물질에 임베딩되고, 반면에 전기적으로-접지된 리턴 전극은 배리어 유전체 물질 외부에 있다. 매립된 전극 어셈블리는 일반적으로 배리어 유전체 물질을 포함하고, 배리어 유전체 물질에 임베딩된 리턴 전극 또는 공급 전극 중 적어도 하나를 갖는 구조물을 지칭한다.
[0088] 도 13a 및 13b는 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 예시적인 플라즈마 소스(1300)의 외부 도면 및 단면도를 각각 도시한다. 플라즈마 소스(1300)는 중앙 길이방향 축 A를 따라 연장되고 그를 중심으로 배치되는 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1304)을 규정하는 본체(1302)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스(1300)의 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1304) 중 적어도 일부는 내부 볼륨(1304)을 중심으로 배치된 본체(1300)의 내부 표면에 의해 규정된다. 플라즈마 소스(1300)의 본체(1302)는 도전성 물질, 예컨대, 스테인리스 강 또는 양극 처리된 알루미늄으로 구성될 수 있다.
[0089] 본체(1302)는 입력 펌핑 라인 세그먼트(도시되지 않음)에 커플링하기 위해 길이방향 축 A를 따른 근위 단부에서의 입력 포트(1306) 및 출력 펌핑 라인 세그먼트(도시되지 않음)에 커플링하기 위한 길이방향 축 A를 따른 근위 단부에서의 출력 포트(1308)를 갖는다. 따라서, 일단 플라즈마 소스(1300)가 입력 포트(1306)에서 입력 펌핑 라인 세그먼트 및 출력 포트(1308)에서 출력 펌핑 라인 세그먼트에 연결되면, 플라즈마 소스(1300)는 전체 펌핑 라인의 세그먼트가 된다. 또한, 플라즈마 소스(1300)의 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1304)은, 펌핑 라인의 결과적으로 내부 채널이 채널 내의 유체 유동을 방해하는 채널 내의 어떠한 추가적인 구조물들도 없이 실질적으로 원통형이 되도록, 입력 펌핑 라인 세그먼트 및 출력 펌핑 라인 세그먼트의 내부 볼륨들에 대해 동축이고, 중앙 길이방향 축 A를 따라 실질적으로 직선일 수 있다. 또한, 유체가 입력/출력 펌핑 라인 세그먼트들의 내부 볼륨들을 통해 이동하는지 또는 플라즈마 소스(1300)의 내부 볼륨(1304)을 통해 이동하는지에 상관없이, 펌핑 라인의 결과적인 내부 채널 전반에 걸쳐 일반적으로 일정한 펌핑 속도 및/또는 컨덕턴스가 유지될 수 있다.
[0090] 도 13a 및 13b의 플라즈마 소스(1300)는, (i) 길이방향 축 A에 수직하는 방사상 방향으로 배리어 유전체 물질(1314)과 절연 유전체 물질(1316) 사이에 샌드위칭된 공급 전극(1312)을 포함하는 매립된 전극 어셈블리(1301), 및 (ii) 매립된 전극 어셈블리(1301) 외부의 리턴 전극을 포함하는 유전체 배리어 방전 구조물을 형성할 수 있다. 따라서, 공급 전극(1312)은 매립된 전극 어셈블리(1301) 내의 배리어 유전체 물질(1314) 또는 절연 유전체 물질(1316) 중 적어도 하나에 임베딩될 수 있다. 매립된 전극 어셈블리(1301)는 길이방향 축 A를 중심으로 플라즈마 소스 본체(1302)의 내부 표면 상에 배치될 수 있다. 매립된 전극 어셈블리(1301)의 공급 전극(1312)은 도전성 물질, 예컨대, 구리로 구성될 수 있다. 유전체 배리어 방전 구조물의 리턴 전극은, 전기적으로 접지될 수 있는 플라즈마 소스(1300)의 본체(1302)를 포함할 수 있다. 따라서, 플라즈마 소스(1300)에서, 리턴 전극은 매립된 전극 어셈블리(1301) 외부에 위치된 전기적으로 접지된 플라즈마 소스 본체(1302)를 포함한다. 배리어 유전체 물질(1314) 및/또는 절연 유전체 물질(1316)은, 인접한 리턴 전극(즉, 플라즈마 소스 본체(1306)) 및 내부 볼륨(1304)으로부터 공급 전극(1312)을 전기적으로 그리고 물리적으로 격리시키기 위해, 매립된 전극 어셈블리(1301) 내의 공급 전극(1312)을 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에서, 매립된 전극 어셈블리(1301)는 도 5에 대해 위에 설명된 매립된 전극 어셈블리(301)와 실질적으로 동일하고, 여기서 공급 전극(1312)은 전극(312)과 실질적으로 동일하고, 배리어 유전체 물질(1314)은 배리어 유전체(314)와 실질적으로 동일하고, 절연 유전체 물질(1316)은 절연 유전체(316)와 실질적으로 동일하다.
[0091] 도시된 바와 같이, 매립된 전극 어셈블리(1301) 및 플라즈마 소스 본체(1302)는 실질적으로 플라즈마 소스(1300)의 내부 볼륨(1304)을 규정한다. 예컨대, 배리어 유전체 물질(1314)은 내부 볼륨(1304)의 벽 중 적어도 일부를 규정할 수 있고, 프로세스 기체들에 노출된다. 따라서, 배리어 유전체(1304)는 프로세스 기체들로부터 공급 전극(1312)의 노출을 방지한다. 플라즈마 소스 본체(1302) 및 매립된 전극 어셈블리(1301)의 일반적으로 원통 형상으로 인해, 그들의 대응하는 내부 표면들 각각은 중앙 길이방향 축 A까지의 대략 동일한 방사상 거리(1318)를 유지할 수 있다.
[0092] 동작 시에, 플라즈마 소스(1300) 내의 유전체 배리어 방전 구조물의 활성화 시에, 플라즈마 방전은 내부 볼륨(1304)의 표면을 따라 형성된다. 구체적으로, 플라즈마 방전은 공급 전극(1312)과 리턴 전극(즉, 플라즈마 소스 본체(1302)) 사이에 생성되고, 길이방향 축 A를 중심으로 일반적으로 환상 형상을 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 방전은 대략 20 Watts 내지 대략 1000 Watts의 전력을 가질 수 있다. 플라즈마 소스(1300)에 의해 제공되는 낮은 압력 및 긴 평균 자유 경로로 인해, 플라즈마는 내부 볼륨(1304)의 직경 중 상당한 부분을 채우도록 적응된다.
[0093] 도 14는 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 다른 예시적인 플라즈마 소스(1400)의 단면도를 도시한다. 플라즈마 소스(1400)는 중앙 길이방향 축 A를 따라 연장되고 그를 중심으로 배치되는 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1404)을 규정하는 도전성 본체(1402)를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스(1300)와 마찬가지로, 본체(1402)는 입력 펌핑 라인 세그먼트(도시되지 않음)에 커플링하기 위해 길이방향 축 A를 따른 근위 단부에서의 입력 포트(1406) 및 출력 펌핑 라인 세그먼트(도시되지 않음)에 커플링하기 위한 길이방향 축 A를 따른 근위 단부에서의 출력 포트(1408)를 갖는다. 플라즈마 소스(1400)의 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1404)은, 이러한 펌핑 라인 세그먼트들이 대략 일정한 펌핑 속도 및/또는 컨덕턴스를 유지하도록, 입력 펌핑 라인 세그먼트 및 출력 펌핑 라인 세그먼트의 내부 볼륨들에 대해 동축이고, 중앙 길이방향 축 A를 따라 실질적으로 직선일 수 있다.
[0094] 플라즈마 소스(1400)는 또한, 길이방향 축 A를 중심으로 플라즈마 소스 본체(1402)의 내부 표면 상에 배치된 매립된 전극 어셈블리(1401)에 의해 규정된 유전체 배리어 방전 구조물을 형성한다. 매립된 전극 어셈블리(1401)는 하나 또는 그 초과의 리턴 전극(1413) 사이에 산재된 하나 또는 그 초과의 공급 전극들(1412)을 포함하며, 여기서 공급 전극들(1412) 및 리턴 전극(1413)은 방사상 방향으로 공유된 배리어 유전체 물질(1414)과 공유된 절연 유전체 물질(1416) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 공급 전극들(1412) 및 리턴 전극들(1413)은 배리어 유전체 물질(1414) 또는 절연 유전체 물질(1416) 중 적어도 하나에 임베딩된다. 일부 실시예들에서, 매립된 전극 어셈블리(1401)는 도 6d의 매립된 전극 어셈블리(606)와 유사하게 구성된다. 공급 및 리턴 전극들(1412, 1413)은, 각각의 공급 전극(1412)이 길이방향 축 A를 따라 리턴 전극(1413)에 인접하도록, 길이방향 축 A를 따라 교번하는 어레인지먼트로 배치될 수 있다. 따라서, 플라즈마 소스 구조물(1300)의 매립된 전극 어셈블리(1301)와 달리, 매립된 전극 어셈블리(1401)는 공급 및 리턴 전극들(1412, 1413) 둘 모두를 포함한다. 리턴 전극(1412)은 전기적으로 접지되거나 접지에 대해 플로팅될 수 있다. 플라즈마 소스 본체(1402)는 전기적으로 접지될 수 있다. 리턴 전극들(1412)이 플로팅 상태로 남아있는 경우에, 플라즈마는 매립된 전극 어셈블리(1401) 내의 전극들 사이에 형성될 수 있지만, 접지된 본체(1402)에 대해 형성되지 않을 수 있다. 리턴 전극들(1412)이 접지된 경우에, 플라즈마는 매립된 전극 어셈블리(1401) 내의 전극들 사이에 그리고 매립된 전극 어셈블리(1401) 내의 가장 가까운 전극들과 접지된 본체(1402) 사이에 형성될 수 있다. 배리어 유전체 물질(1414) 및/또는 절연 유전체 물질(1416)은, 서로로부터, 주변 플라즈마 소스 본체(1402)로부터, 그리고 내부 볼륨(1404)으로부터 공급 전극들(1412) 및 리턴 전극들(1413)을 전기적으로 그리고 물리적으로 격리시키기 위해, 그들 각각을 실질적으로 둘러쌀 수 있다.
[0095] 매립된 전극 어셈블리(1401) 및 플라즈마 소스 본체(1402)는, 프로세스 기체들이 유동하는 실질적으로 플라즈마 소스(1400)의 내부 볼륨(1404)을 규정할 수 있다. 예컨대, 배리어 유전체 물질(1414)은 내부 볼륨(1404)의 벽 중 적어도 일부를 규정할 수 있고, 프로세스 기체들에 노출된다. 따라서, 배리어 유전체(1414)는 프로세스 기체들로부터 전극들(1412 및 1413)의 노출을 방지할 수 있다. 매립된 전극 어셈블리(1401) 및 플라즈마 소스 본체(1402)의 일반적으로 원통 형상으로 인해, 그들의 대응하는 내부 표면들 각각은 중앙 길이방향 축 A까지의 대략 동일한 방사상 거리(1418)를 유지할 수 있다. 또한, 공급 전극들(1412) 및 리턴 전극들(1413)은 중앙 길이방향 축 A까지 대략 동일한 방사상 거리를 유지할 수 있다.
[0096] 도 13a 및 13b의 플라즈마 소스(1300)와 비교하여 도 14의 플라즈마 소스(1400)의 장점들 중 하나는, 매립된 전극 어셈블리(1401) 내의 공급 및 리턴 전극들(1412, 1413)의 수의 증가로 인해, 기체 유동의 축을 따르는(즉, 길이방향 축 A를 따르는) 결과적인 플라즈마는 플라즈마 소스(1300)에 의해 생성된 플라즈마와 비교하여 확대된다는 것이다. 이것은 결국 플라즈마에서 클리닝 기체의 잔류 시간을 증가시켜, 이는 더 높은 대용량 유속들 또는 기체 속도들에서 해리(dissociation) 효율성을 증가시키는데, 이는, 더 많은 원하지 않는 부산물들이 클리닝 기체 내의 해리된 분자들에 의해 에칭 제거될 수 있다는 것을 의미한다.
[0097] 도 15는 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 또 다른 예시적인 플라즈마 소스(1500)의 단면도를 도시한다. 플라즈마 소스(1500)는, 적어도 하나의 공급 전극(1512) 및 적어도 하나의 리턴 전극(1513)을 포함하는 매립된 전극 어셈블리(1501)에 의해 규정되는 유전체 배리어 방전 구조물을 형성하고, 적어도 하나의 공급 전극(1512) 및 적어도 하나의 리턴 전극(1513) 각각은 방사상 방향으로 공유된 배리어 유전체 물질(1514) 및 공유된 절연 유전체 물질(1516) 사이에 배치된다. 플라즈마 소스(1500)는 도 14의 플라즈마 소스(1400)와 실질적으로 유사하다. 2 개의 플라즈마 소스들(1400, 1500) 사이의 하나의 차이는 매립된 전극 어셈블리(1501) 내의 공급 전극 및 리턴 전극의 어레인지먼트이다. 도 15에 도시된 바와 같이, "T" 형상 공급 전극(1512)은, 절연 유전체 물질(1516) 중 적어도 일부 및 배리어 유전체 물질(1514) 중 적어도 일부가 서로로부터 2 개의 전극들을 물리적으로 분리하기 위해 그들 사이에 샌드위칭되는 "U" 형상 리턴 전극(1513)에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 또한, 배리어 및 절연 유전체 재료들(1514, 1516)은 인근 플라즈마 소스 본체(1502) 및 내부 볼륨(1505)으로부터 전극들(1512, 1513)을 물리적으로 그리고 전기적으로 분리할 수 있다.
[0098] 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스(1500)는, 활성화될 때, 플라즈마 소스(1500)의 온도를 감소시키기 위한 하나 또는 그 초과의 냉각 메커니즘들을 포함하고, 이로써 더 높은 전력 강도 플라즈마가 플라즈마 소스(1500)에서 생성되도록 허용한다. 도시된 바와 같이, 핀들(1520)은 에어에 의한 강제 대류 냉각을 통해 열 방산(heat dissipation)을 제공하기 위해, 플라즈마 소스 본체(1502)의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. 핀들은 열 전도성 물질, 예컨대, 알루미늄으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 핀들(1520)은, 플라즈마가 생성되는 동안에, 대략 100 ℃ 미만의 온도에서 플라즈마 소스(1500)를 유지하기에 충분히 사이즈가 정해진다.
[0099] 도 16은 진공 펌핑 라인에 커플링되도록 구성된 또 다른 예시적인 플라즈마 소스(1600)의 단면도를 도시한다. 플라즈마 소스(1600)는 도 15의 플라즈마 소스(1500)와 실질적으로 유사하다. 2 개의 플라즈마 소스들(1500, 1600) 사이의 하나의 차이는 채용된 냉각 메커니즘이다. 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 냉각 채널(1620)은, 예컨대, 본체(1602)를 따라 길이 방향으로 연장하여, 플라즈마 소스(1600)의 본체(1602)에 배치될 수 있다. 냉각 채널(1620)은 유입구(1622)로부터 냉각 유체(예컨대, 물)를 수용하고, 플라즈마 생성 프로세스 동안에 열을 제거하기 위해 플라즈마 본체(1602)의 길이를 따라 유체를 운반하고, 출구(1624)를 통해 본체(1602)로부터 유체를 운반하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 냉각 채널들(1620)은 냉각을 최대화하기 위해 플라즈마 소스 본체(1602)의 상이한 섹션들에 배치될 수 있다.
[00100] 도 13-16을 참조로 위에 설명된 플라즈마 소스 구성들은 단지 예시적이다. 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고서 형태 및 세부사항에서 변동들이 이루어질 수 있다. 일 예에서, 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600) 내의 공급 전극(들) 및 리턴 전극(들)으로 지정된 컴포넌트들은, 여전히 실질적으로는 동일한 플라즈마 생성 성능을 보존하면서, 공급 전극들이 리턴 전극들로서 기능할 수 있고, 그 역도 가능하도록 극성이 반대일 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 소스들(1500, 1600)에 대해 위에 설명된 에어 냉각 메커니즘 및/또는 유체 냉각 메커니즘은 또한 유사한 냉각 기능들을 달성하기 위해 플라즈마 소스들(1300 및 1400) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
[00101] 일반적으로, 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600)의 유전체 배리어 방전 구조물들은 도 2a-2c에 대해 위에 설명된 플라즈마 방전 원리들에 따라 동작한다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고서, 도 2a-2c에 설명된 상이한 플라즈마-생성 구성들을 구현하기 위한 이러한 유전체 배리어 방전 구조물들에 대해 변화들이 이루어질 수 있다. 예컨대, 상세히 설명되지 않지만, 유전체 절연체는 원하는 플라즈마 방전 기능을 달성하기 위해 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600)의 매립된 전극 어셈블리들에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600)의 매립된 전극 어셈블리들 중 적어도 하나는 동시 소성된(co-fired) 세라믹 구조물로 형성된다. 예컨대, 배리어 유전체 물질 및/또는 유전체 절연체 물질은 세라믹이고, (예컨대, 실온에서) "녹색 상태"로 형성될 수 있다. 이어서, 배리어 유전체 및/또는 유전체 절연체의 세라믹 물질(들)과 유사한 열팽창 계수를 갖는 적어도 하나의 고온 금속 엘리먼트는 세라믹 물질(들) 상에 패터닝될 수 있다. 고온 금속은 매립된 전극 어셈블리의 공급 전극의 역할을 할 수 있다. 결과적인 구조물은 일체형 구조물을 형성하기 위해 고온, 예컨대, 대략 1550 ℃ 내지 대략 1700 ℃에서 가압되어 동시 소성된다.
[00102] 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600) 중 하나 또는 그 초과는, 플라즈마 소스의 입력 포트(예컨대, 입력 포트(1306))로부터 수용되는 1차 유체 이외에 플라즈마 소스로의 2차 유체(예컨대, 2차 기체)의 유입을 허용하는 특징들을 포함할 수 있다. 1차 유체 또는 2차 유체 중 적어도 하나는 클리닝 기체, 예컨대, 플루오르화 또는 염소화된 기체(즉, NF3, CF4, O2와 결합된 NF3, SF6 등)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 및 2차 유체들 둘 모두는 동일한 클리닝 기체이다. 다른 실시예들에서, 그들은 상이한 기체들이다. 각각의 클리닝 기체는, 펌핑 라인에서 고체 증착물들을 에칭 제거할 수 있는 라디칼들을 생성하기 위해, 플라즈마 소스의 로컬화된 플라즈마와 상호작용할 수 있다.
[00103] 도 17은 2차 유체, 예컨대, 클리닝 기체를 수용하기 위한 보조 포트(1720)를 통합한 도 14의 플라즈마 소스(1400)의 예시적인 섹션을 도시한다. 2차 유체는 입력 포트(1406)를 통해 플라즈마 소스(1400)에 의해 수용된 1차 유체를 보충할 수 있고, 여기서 1차 유체는 2차 유체와 동일할 수 있거나 동일하지 않을 수 있는 또 다른 클리닝 기체일 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 소스(1400)는, 프로세싱 챔버(도시되지 않음)와 유체 연통하는 입력 펌핑 라인 세그먼트(도시되지 않음)에 연결될 수 있는 입력 포트(1406)를 포함한다. 프로세싱 챔버는, 프로세싱 챔버로부터의 1차 클리닝 기체가 펌핑 라인을 통해 펌핑될 수 있도록, 플라즈마 소스(1400)에 대해 업스트림에 포지셔닝될 수 있다. 플라즈마 소스(1400)는 입력 포트(1406)를 통해 프로세싱 챔버로부터 1차 클리닝 기체를 수용하고, 1차 클리닝 기체와 상호작용하기 위해 로컬화된 플라즈마를 활성화할 수 있고, 이로써 펌핑 라인에서 증착물들을 에칭 제거하도록 적응된 라디칼들을 생성한다. 이러한 처리 방법에 관한 세부사항들은 아래에서 설명된다.
[00104] 또한, 플라즈마 소스(1400)는, 환형 노즐일 수 있는 보조 포트(1720)를 통해 2차 클리닝 기체를 직접 수용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스(1400)의 본체(1402)는 본체(1402)의 외부 표면에 노출된 유입구(1722)를 갖는 보조 포트(1720)를 포함한다. 보조 포트(1720)의 유입구(1722)는 플라즈마 소스(1400)로의 주입을 위해 2차 클리닝 기체(도시되지 않음)의 소스에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(도시되지 않음)는 2차 클리닝 기체를 플라즈마 소스(1400)에 피딩(feed), 펌핑 또는 그렇지 않다면 유입하고, 유입되는 기체의 양을 제어, 모니터링 또는 조절하기 위해, 2차 클리닝 기체의 소스와 보조 포트(1720)의 유입구(1722) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 일부 실시예들에서, 보조 포트(1720)는 플라즈마 소스(1400)의 본체(1402)에 실질적으로 임베딩되고, 입력 포트(1406) 및 출력 포트(1408)로부터 이격된다. 보조 포트(1720)는, 출구(1724)가 유입구(1722)로부터 수용된 2차 클리닝 기체를 내부 볼륨(1404)으로 유입할 수 있도록, 플라즈마 소스(1400)의 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1404)에 노출되고, 이와 유체 연통하는 출구(1724)를 가질 수 있다. 보조 포트(1720)는, 입력 포트(1406)에 가깝게 그리고 매립된 전극 어셈블리(1401)와 접촉하지 않고서 매립된 전극 어셈블리(1401)로부터 업스트림에서 플라즈마 소스(1400)의 본체(1402)에 임베딩될 수 있다.
[00105] 일단 내부 볼륨(1404) 내에 있다면, 2차 기체는 프로세싱 챔버로부터 다운스트림 방향(1726)으로 유동할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 소스(1400)는, 2차 클리닝 기체가 다운스트림 방향(1726)에서 내부 볼륨(1404)의 벽에 가까운 환형 유동 패턴으로 유동하도록 허용하는 방식으로 구성될 수 있다. 보조 포트(1720)에서 환형 노즐의 더 큰 구경(bore diameter)을 갖는 구현들에서, 플라즈마 사이즈는 분자들의 평균 자유 경로에 의해 제한된다. 따라서, 결과적인 플라즈마는 내부 볼륨(1404)의 벽에 가깝게 형성될 가능성이 있다. 내부 볼륨(1404)의 벽에 가깝게 클리닝 기체를 주입하는 것은 플라즈마 내의 클리닝 기체의 잔류 시간을 증가시킴으로써 클리닝 기체를 해리시키는 확률을 증가시킨다.
[00106] 일반적으로, 클리닝 기체의 해리를 촉진하기 위해, 기체는, 플라즈마 내의 잔류 시간을 증가시키기 위해 내부 볼륨(1404)의 벽을 따라 기체 유동을 지향시키는 방식으로, 내부 볼륨(1404)에 주입되거나 그렇지 않으면 유입될 수 있다. 도 18은 플라즈마 소스의 내부 볼륨 중 적어도 한 섹션으로의, 예컨대, 플라즈마 소스(1400)의 내부 볼륨(1404)으로의 유입을 위한 2차 유체의 경계 층 또는 이동 벽을 생성하도록 구성된 노즐 어셈블리(1800)의 예시적인 설계를 도시한다. 도 18의 노즐 어셈블리(1800)의 지오메트리는 2차 유체가 일련의 각진 갭들(예컨대, 노즐들)(1890, 1892, 1894)에서 내부 볼륨(1404)에 주입되도록 허용하고, 여기서 각각의 갭 세그먼트는 배리어 방전 섹션(예컨대, 플라즈마가 형성되는 내부 볼륨(1404)의 섹션)을 포함할 수 있다. 노즐 어셈블리(1800)는 일반적으로 중공 원통형 또는 관형 형상을 가지며, (i) 업스트림 칼라(collar) 섹션(1822), (ii) 다운스트림 스페이서 링 또는 섹션(1824), 및 (iii) 예컨대, 업스트림 칼라(1822)와 다운스트림 스페이서 링(1824) 사이에 포지셔닝되고 이들에 연결되는 환형 링으로 구성된 하나 또는 그 초과의 모듈의 중간 섹션들(1826)을 포함한다. 노즐 어셈블리(1800)는 적층 구성으로 배열되고, 부산물들이 특히 증착되기 쉬운 펌핑 라인의 하나 또는 그 초과의 섹션들에 위치될 수 있다. 도 18에 예시된 실시예에서, 노즐 어셈블리(1800) 중 적어도 일부는, 노즐 어셈블리(1800)가 플라즈마 소스 본체(1402)에 의해 외부적으로 둘러싸이도록, 플라즈마 소스(1400)의 일반적으로 원통형 내부 볼륨(1404)의 섹션에 포지셔닝된다. 예컨대, 노즐 어셈블리(1800)는 매립된 전극 어셈블리(1401)와 통합되거나 매립된 전극 어셈블리(1401)의 업스트림에 포지셔닝될 수 있다. 다른 실시예들에서, 노즐 어셈블리(1800) 중 적어도 일부는, 플라즈마 소스(1400)의 입력 포트(1406)에 연결된 입력 펌핑 라인 세그먼트의 중공 원통형 볼륨 내에 포지셔닝된다. 또 다른 실시예들에서, 노즐 어셈블리(1800)는 입력 펌핑 라인 세그먼트가 플라즈마 소스(1400)와 만나는 접합부(junction)에 포지셔닝되며, 노즐 어셈블리(1800)의 일부는 입력 펌핑 라인 세그먼트의 내부 볼륨 내에 배치되고, 노즐 어셈블리(1800)의 나머지 부분은 플라즈마 소스(1400)의 내부 볼륨(1404) 내에 배치된다.
[00107] 도 17의 보조 포트(1720)와 유사한 보조 포트(1820)는, 내부 볼륨(1404)으로의 2차 기체의 유동을 유입하기 위해, 플라즈마 소스(1400)의 본체(1402)에 배치될 수 있다. 보조 포트(1820)로부터 주입된 2차 기체가 중간 섹션들(1826)에 의해 규정된 다수의 슬롯들(1884)을 통해 유동하도록 허용하기에 충분한 볼륨이 형성되는 것을 가능하게 하기 위한 갭이 플라즈마 소스 본체(1402)의 내부 표면(1854)과 각각의 중간 섹션(1826)의 외부 표면(1879) 사이에 유지된다. 특히, 2차 기체는, 화살표들 B로 표시된 바와 같이, 플라즈마 소스 본체(1402)의 내부 표면(1854)과 노즐 어셈블리(1800)의 중간 섹션들(1826)의 외부 표면들(1879) 사이의 볼륨을 실질적으로 또는 완전히 채우기 위해 유동한다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 o-링 시일들(도시되지 않음)은, 업스트림 및 실질적으로 기체 전부가 슬롯들(1884)을 통해 유동하는 채널을 기체가 유동하는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 중간 섹션들(1826)의 각각의 슬롯(1884)이 업스트림 칼라(1822)의 평활한 부분(1877)(칼라(1822)에 가장 가까운 중간 섹션(1826)에 속함) 또는 또 다른 중간 섹션(1826)의 평활한 부분(1883)(나머지 중간 섹션들(1826)에 속함) 중 어느 하나에 인접하게 포지셔닝되도록, 다수의 중간 섹션들(1826)은 길이방향 축 A를 따라 적층 및/또는 스태거링되다. 따라서, 갭(1890)은 칼라(1822)에 가장 가까운 중간 섹션(1826)의 내부 표면(1885)과 업스트림 칼라(1822)의 평활한 부분(1877) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 갭(1892)은 다운스트림 스페이서(1822)에 가장 가까운 중간 섹션(1826)의 평활한 표면 부분(1883)과 스페이서(1824)의 내부 표면(1878) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 다수의 갭들(1894)은 하나의 중간 섹션(1826)의 내부 표면(1885)과 또 다른 중간 섹션(1826)의 평활한 표면(1883) 사이에 형성될 수 있다.
[00108] 보조 포트(1820)를 통해 플라즈마 소스(1400)에 주입된 기체는 실질적으로 슬롯들(1884) 및 갭들(1890, 1892, 1894)을 통해 다운스트림 방향으로 내부 볼륨(1404)으로 유동시키기 위해 산재하도록 적응된다. 그러나, 기체는 길이방향 축 A를 향해 방사상 안쪽으로 유동하지 않는다. 오히려, 기체의 유동은, 기체가 중간 섹션들(1826)의 내부 표면들(1885) 및 다운스트림 스페이서 링(1824)의 내부 표면(1878)을 커버 또는 코팅하고, 이들을 따라 환형으로 유동하도록, 평활한 부분들(1877, 1883)에 의해 재지향되거나 편향된다. 더 구체적으로, 환형 노즐 어셈블리(1820)의 내부 표면들(1885, 1878) 중 적어도 상당한 부분을 커버하고, 환형 유동 패턴으로 환형 노즐 어셈블리(1820)의 내부 표면들(1885, 1878) 상에서 또는 이들을 따라 (프로세싱 챔버로부터) 일반적으로 축 방향 및 다운스트림 방향으로 유동하는 경계 층 또는 이동 벽을 기체가 형성한다. 일부 실시예들에서, 노즐 어셈블리(1820)는 미국 특허 제5,827,370 호의 노즐 어셈블리 또는 미국 특허 제9,314,824 호의 환형 노즐들과 실질적으로 유사하고, 상기 특허들의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 통합된다.
[00109] 일부 실시예들에서, 노즐 어셈블리(1800)는, 노즐 어셈블리(1800)가 펌핑 라인의 섹션 내에 배치될 때, 전력 전송을 위한 전기 접촉 수단을 제공하기 위해 전기적으로 도전성이다. 따라서, 업스트림 칼라 섹션(1822), 다운스트림 스페이서 링 또는 섹션(1824), 또는 하나 또는 그 초과의 모듈식 중간 섹션들(1826) 중 적어도 하나는 전기적으로 도전성 물질로 구성된다. 도 17의 보조 포트(1720) 및 도 18의 노즐 어셈블리(1800)가 플라즈마 소스(1400)의 콘텍스트에서 설명되지만, 다른 실시예들에서, 플라즈마 소스들(1300, 1500, 1600) 중 어느 하나는 2차 클리닝 유체를 수용하기 위한 동일하거나 유사한 보조 포트(1720) 및/또는 특정 유동 패턴을 2차 클리닝 유체에 부여하기 위한 노즐 어셈블리(1800)를 통합할 수 있다.
[00110] 도 19는 플라즈마 소스의 내부 볼륨, 예컨대, 플라즈마 소스(1400)의 내부 볼륨(1404) 내에 분포된 2차 유체 유동을 생성하도록 구성된 예시적인 설계를 도시한다. 도시된 바와 같이, 일련의 주입 포트들(1952)은 클리닝 기체를 내부 볼륨(1404)에 분산 방식으로 유입하기 위해 매립된 전극 어셈블리(1401)에 형성된다. 일부 실시예들에서, 각각의 주입 포트(1952)는, 전극들(1412, 1413)에 접촉하지 않고서, 절연 유전체 물질(1416) 및/또는 매립된 전극 어셈블리(1401)의 배리어 유전체 물질(1414)의 부분들에 임베딩된다. 예컨대, 주입 포트들(1952)은 중앙 길이방향 축 A를 따라 축 방향으로뿐만 아니라 배리어 유전체 물질(1414) 및 절연 유전체 물질(1416) 내의 내부 볼륨(1404)을 중심으로 방사상으로 이격될 수 있다. 각각의 주입 포트(1952)는, 플라즈마 소스(1400)의 외부 표면을 내부 볼륨(1404)의 벽 상의 출구(1956)에 유동적으로 연결하는 유입구(1954)를 포함한다. 또한, 각각의 주입 포트(1952)는, 클리닝 기체가 포트들(1952)에서 나간 후에 내부 볼륨(1404)의 벽을 코팅하도록 각이 질(angles) 수 있다. 일부 실시예들에서, 클리닝 기체는, 주입 포트(1952)에서 나간 후 길이방향 축 A를 향해 방사상 안쪽으로 유동한다. 도 19의 주입 포트들(1952)이 플라즈마 소스(1400)의 콘텍스트에서 설명되지만, 다른 실시예들에서, 플라즈마 소스들(1300, 1500, 1600) 중 어느 하나는 분산된 유동 패턴을 2차 클리닝 유체에 부여하기 위한 동일하거나 유사한 설계를 통합할 수 있다.
[00111] 도 20은 진공 펌핑 라인(1902)에 커플링되도록 구성된 또 다른 예시적인 플라즈마 소스(1900)의 단면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 펌핑 라인(1902)은 펌핑 라인(1902)의 입력(1910)을 통해 프로세싱 챔버로부터 배기된 기체의 유동을 수용하기 위한 프로세싱 챔버(도시되지 않음)에 업스트림으로 연결된다. 배기 기체 유동은 펌핑 라인(1902)의 출력 포트(1912)에서 펌핑 라인(1902)에 다운스트림으로 연결된 펌프(도시되지 않음)에 의해 펌핑 라인(1902)을 통해 프로세싱 챔버로부터 펌핑될 수 있다.
[00112] 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스(1900)는, 펌핑 라인(1902)의 적어도 한 섹션의 외부를 감싸도록 구성된 코일 관 형상의 나선형 본체(1904)를 포함한다. 나선형 본체(1904)는 클리닝 기체, 예컨대 플루오르화 또는 염소화된 기체(즉, NF3, CF4, O2와 결합된 NF3, SF6 등)의 소스를 수용하기 위한 입력 포트(1906)를 포함한다. 클리닝 기체가 플라즈마 소스 본체(1904)의 내부 볼륨(1908)을 통해 다운스트림으로 이동할 때, 본체(1904) 내의 활성화된 플라즈마는 내부의 클리닝 기체를 이온화 및 해리시키도록 적응된다. 플라즈마 소스 본체(1904)는 또한 펌핑 라인(1902) 상에 증착된 부산물들을 에칭 제거하기 위해, 플라즈마 소스(1900)의 내부 볼륨(1908)으로부터의 이온화되고 해리된 기체를, 펌핑 라인(1902)의 내부에 주입하기 위해 펌핑 라인(1902)과 유체 연통하는 출력 포트(1910)를 포함하고, 부산물들은 프로세싱 챔버로부터의 배기 유동에 의해 유입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스(1900) 내의 플라즈마는 유전체 배리어 방전 구조물(도시되지 않음)에 의해 생성될 수 있고, 유전체 배리어 방전 구조 중 적어도 일부는 플라즈마 소스 본체(1904)에 임베딩된다. 예컨대, 유전체 배리어 방전 구조물은 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600)에 대해 위에 설명된 유전체 배리어 방전 구조들 중 어느 하나와 유사할 수 있다. 유전체 배리어 방전 구조물은, 자신이 관형 내부 볼륨(1908)을 통한 기체 유동을 간섭하고 그리고/또는 막지 않도록, 플라즈마 소스 본체(1904)와 실질적으로 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스 내의 플라즈마는 관형 본체(1904)에 인접한 페라이트들(ferrites)(도시되지 않음)을 배치함으로써 유도적으로 생성된다. 일반적으로, 플라즈마 소스(1900)는, 내부 볼륨(1908) 내에서 클리닝 기체의 (예컨대, 100 %에 가까운) 높은 퍼센티지의 이온화 및 해리를 달성하기에 충분히 긴 잔류 시간을 제공하기 위해 임의의 적당한 길이방향 길이를 가질 수 있다.
[00113] 도 21은 어셈블리(2000)의 펌핑 라인(2004) 중 적어도 한 섹션을 클리닝하기 위한 본 발명의 하나 또는 그 초과의 플라즈마 소스들을 포함하는 예시적인 플라즈마 클리닝 어셈블리(2000)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 클리닝 어셈블리(2000)는, 예컨대, CVD(chemical vapor deposition) 프로세스를 사용하여 챔버(2006) 내의 웨이퍼(2008)를 프로세싱하기 위한 프로세싱 챔버(2006)를 포함한다. 증착 동안에, 증착 기체들 중 일부는 웨이퍼(2008) 또는 챔버(2006)의 벽들 상에 증착된다. 나머지 소비되지 않은 기체 모듈들은, 챔버(2006)와 유체 연통하는 진공 펌핑 라인(2004)을 통해 부분적으로 반응된 화합물들 및 반응 부산물들과 함께 프로세싱 챔버(2006) 외부로 펌핑된다. 이러한 배기된 기체 유동 내의 많은 화합물들은 여전히 높은 반응성 상태들에 있고 그리고/또는 펌핑 라인(2004)에 원하지 않는 증착물들을 형성할 수 있는 잔류물들 또는 미립자 물질(particulate matter)을 포함한다. 펌핑 라인(2004)에서 원하지 않는 증착물들을 감소 또는 제거하기 위해, 하나 또는 그 초과의 플라즈마 소스들(2002), 이를테면, 도 13-19를 참조로 위에 설명된 플라즈마 소스들은 프로세싱 챔버(2006)로부터 다운스트림에 포지셔닝되고, 펌핑 라인(2004)과 인-라인으로 커플링될 수 있다. 각각의 플라즈마 소스(2002)는 펌핑 라인(2004)의 일부에 연결되거나 이를 교체할 수 있다.
[00114] 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스(2002a)는, 플라즈마 소스(2002a)가 펌핑 라인(2004)의 섹션을 형성하도록, 자신의 입력 포트에서의 펌핑 라인 세그먼트(2004a)와 자신의 출력 포트에서의 펌핑 라인 세그먼트(2004b) 사이에 끼워 맞춰진다. 마찬가지로, 플라즈마 소스(2002b)는, 플라즈마 소스(2002b)가 펌핑 라인(2004)의 다른 섹션을 형성하도록, 자신의 입력 포트에서의 펌핑 라인 세그먼트(2004b)와 자신의 출력 포트에서의 펌핑 라인 세그먼트(2004c) 사이에 연결된다. 이러한 포지셔닝은 플라즈마 챔버(2006)로부터 배기된 기체가 반드시 플라즈마 소스들(2002)의 내부 볼륨들을 통과하도록 허용한다. 플라즈마 소스들(2002)은 펌핑 라인(2004)을 따라 임의의 위치에 포지셔닝될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 플라즈마 소스(2002)는 펌핑 라인(2004) 내에 위치된 스로틀 밸브(2010)로부터 업스트림에 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 플라즈마 소스(2002)는 프로세싱 챔버(2006)에 비교적 가깝게 포지셔닝된다. 도 21이 펌핑 라인(2004)에 커플링된 2 개의 플라즈마 소스들(2002)을 도시하지만, 더 적거나(예컨대, 하나) 또는 그 초과(예컨대, 3 또는 4개)의 플라즈마 소스들이 사용될 수 있다.
[00115] 증착 단계들 사이의 클리닝 동작에서, 클리닝 기체, 예컨대 플루오르화 또는 염소화된 기체(즉, NF3, CF4, O2와 결합된 NF3, SF6 등)는 프로세싱 챔버(2006)에 유입될 수 있다. 클리닝 기체는 챔버(2006) 내의 챔버 벽들 및 다른 컴포넌트들 상에 축적되는 원하지 않는 증착 물질을 제거할 수 있다. 클리닝 기체가 펌핑 라인(2004)을 통해 챔버(2006)로부터 배기될 때, 플라즈마 소스들(2002)은 플라즈마 소스들(2002) 각각에서 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 턴 온된다. 로컬화된 플라즈마는, 클리닝 기체가 펌핑 라인(2004)에 축적된 원하지 않는 증착 물질을 에칭 제거하기 위해 펌핑 라인(2004)을 통해 유동할 때, 클리닝 기체를 이온화 및 해리시키도록 적응된다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(2006)로부터 공급되는 메인 클리닝 기체 이외에, 2차 소스의 클리닝 기체는, 플라즈마 소스들의 클리닝 효율성을 향상시키기 위해, 도 17 및 18에 대해 위에 설명된 바와 같이, 보조 포트를 통해 플라즈마 소스들(2002) 중 하나 또는 그 초과에 직접 유입된다.
[00116] 도 22는, 다수의 플라즈마 소스들(2002)이 펌핑 라인(2004)을 클리닝하기 위해 자신의 길이를 따라 분포된, 도 21의 펌핑 라인(2004)을 도시한다. 클리닝 동작 동안에, 클리닝 기체가 펌핑 라인(2004)을 통해 이동할 때, 플라즈마(2100)는 플라즈마 소스들(2002) 각각에서 활성화될 수 있고, 여기서 플라즈마(2100)는 각각의 플라즈마 소스의 내부 볼륨으로 실질적으로 국한되고 로컬화된다. 따라서, 클리닝 기체가 대응하는 플라즈마 소스들(2002)을 통해 이동하고 생성된 플라즈마에 의해 해리될 때, 해리된 기체 분자들의 농도는 이들 내부 볼륨들 내에서 피크(2102)일 가능성이 있다. 그러나, 이동하는 클리닝 기체가 플라즈마 소스(2002)로부터 멀어지게 이동함에 따라, 형성되는 해리된 기체 분자들의 농도는, 클리닝 기체가 다음의 플라즈마 소스(2002)로 이동할 때까지 펌핑 라인(2004)을 따른 재결합으로 인해 유동 경로를 따라 감소(2104)하는 경향이 있고, 다음의 플라즈마 소스로의 이동은, 피크(2102)에 다시 도달될 때까지 해리된 분자들의 농도를 다시 증가/재생성한다(2106). 일부 실시예들에서, 펌핑 라인(2004)을 따른 임의의 쌍의 플라즈마 소스들(2002) 사이의 거리는, 해리된 분자들의 농도가 펌핑 라인(2004)을 따라 유효 클리닝 성능을 유지하기에 충분한 빈도로 재생성되도록, 최적화된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스들(2002)은 유효 클리닝을 유지하기 위해 펌핑 라인(2004)을 따라 서로로부터 대략 2 미터 내지 3 미터 이격된다. 예컨대, 도 22에 도시된 바와 같이, 각각의 플라즈마 소스(2002)는 인접한 플라즈마 소스(2002)로부터 대략 2 미터 이격될 수 있다. 하나의 실험에서, 클리닝 기체 유동이 작을 때(예컨대, 대략 50 내지 대략 100 sccm), 클리닝 기체의 거의 완전한 해리(예컨대, 대략 90 % 초과)는 펌핑 라인(2004) 내에서 발생할 수 있고, 여기서 각각의 플라즈마 소스(2002)는 비교적 낮은 전력(예컨대, 대략 50 내지 대략 100 W)에서 동작될 수 있다. 일부 실시예에서, 펌핑 라인을 따른 이러한 타입의 분포된 플라즈마 클리닝은 비교적 긴 지속기간(예컨대, 대략 15 분) 동안 그리고/또는 저빈도(infrequent) 인터벌들(예컨대, 매주)로 동작할 수 있다.
[00117] 도 23a 내지 23c는 도 22의 펌핑 라인(2004)을 클리닝하기 위한 예시적인 단계들의 시퀀스를 도시한다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 클리닝 프로세스의 시작(시간=0)에서, 클리닝 기체(예컨대, NF3)(2201)가 펌핑 라인(2004)에 공급된다. 클리닝 프로세스의 시작에서, 펌핑 라인(2004)의 내부 표면(펌핑 라인 세그먼트들(2004a, 2004b)의 내부 표면을 포함함)은 아직 클리닝되지 않은, 그 위에 증착된 원하지 않는 부산물들(2202)(예컨대, Si, SiO2)을 갖는다. 클리닝 기체가 제1 플라즈마 소스(2002a)에 의해 생성된 제1 플라즈마에 진입할 때, 클리닝 기체는 개별적인 기체 모듈들(F*) 및 질소 기체(N2)로 해리된다. F* 라디칼들은 일정 시간 기간, 예컨대, 몇 분 동안에 원하지 않는 부산물들(2202)을 에칭 제거할 수 있다. 일반적으로, 제1 플라즈마 소스(2002a)에서 F*에 가장 가까운 부산물들은 우선 에칭 제거되거나 클리닝될 부산물들이다. 에칭/클리닝 프로세스가 진행될 때, F* 라디칼들은 더 먼 다운스트림으로 유동하기 위한 기회를 갖고, 이로써 에칭/클리닝 프로세스가 느린 이동파 방식으로 더 먼 다운스트림으로 진행할 수 있게 한다. 시간=0에서, 제2 플라즈마 소스(2002b) 및 마지막 플라즈마 소스(2002c)에서의 기체의 화학 조성물은 대부분 질소(N2) 및 안정적인 기체일 수 있는 에칭/클리닝 프로세스의 부산물들(즉, SiF4)을 포함할 수 있다.
[00118] 도 23b에 도시된 바와 같이, 에칭/클리닝 프로세스가 펌핑 라인(2004)을 따라 제2 플라즈마 소스(2002b)에 도달 한 후에(시간=1), 제2 플라즈마 소스(2002b)와 제3 플라즈마 소스(2002c) 간의 펌핑 라인 세그먼트(2004b) 내의 원하지 않는 부산물들(2202)은, F* 농도가 제2 플라스마 소스(2002b)에서 보충되기 때문에, 에칭/클리닝될 수 있다. 따라서, 제2 플라즈마 소스(2002b) 주변의 기체들의 화학 조성물은 대부분 질소(N2), 불소(F2) 및 클리닝 기체(F*)로부터의 해리된 기체 모듈들을 포함한다. 에칭/클리닝 프로세스가 이러한 시점에서 마지막 플라즈마 소스(2002c)에 도달하지 않았기 때문에, 마지막 플라즈마 소스(2002c) 주변의 기체들의 화학 조성물은 크게 변하지 않고 유지되고, 여전히 원하지 않는 부산물들(2202)을 포함한다. 그러나, 제1 플라즈마 소스(2002a)와 제2 플라즈마 소스(2002b) 간의 펌핑 라인 세그먼트(2004a) 내의 부산물들(2202)은 시간=1에서 감소/ 제거되었다.
[00119] 도 23c에 도시된 바와 같이, 에칭/클리닝 프로세스가 펌핑 라인(2004)을 따라 마지막 플라즈마 소스(2002c)에 도달 한 후에(시간=2), 제2 플라즈마 소스(2002b)와 제3 플라즈마 소스(2002c) 간의 펌핑 라인 세그먼트(2004b) 내의 부산물들(2202)은 감소/제거되었다. 따라서, 제3 플라즈마 소스(2002c)에서의 기체들의 화학 조성물은 대부분 질소(N2), 불소(F2) 및 클리닝 기체(F*)로부터의 해리된 기체 모듈들을 포함한다. 제3 플라즈마 소스(2002c) 주변에 축적된 부산물들(2202)(예컨대, Si, SiO2)이 실질적으로 소비된다. 따라서, 이러한 시점(시간=2)에서, 펌핑 라인(2004)은 클리닝되어, 원하지 않는 실리콘-기반 부산물들(2202)이 대부분 제거된다. 도 23a-23c에 대해 위에 설명된 클리닝/에칭 반응들은 몇 분 동안에 발생할 수 있다. 예컨대, 시간=0 내지 시간=1의 시간 세그먼트는 5 분일 수 있고, 시간=1 내지 시간=2의 시간 세그먼트는 10 분일 수 있다.
[00120] 아래의 표 1은, 도 23a-23c를 참조로 위에 설명된 클리닝 프로세스를 위해, 샘플 시점들(예컨대, 시간들=0, 1 및 2) 각각에서 플라즈마 소스들(2002) 각각에 진입되는 기체들의 화학 조성물을 도시한다.
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표 1 - 도 23a-23c의 프로세스를 위한 다양한 샘플 시점들에서 플라즈마 소스들(2002)에 진입되는 기체들의 화학 조성물.
이러한 예에 대해, 펌핑 라인(2004)에 공급되는 입력 클리닝 기체는 NF3이다. 클리닝 기체를 해리시킨 후 생성된 라디칼들은 F*로 표현된다. 펌핑 라인(2004)에 축적된 원하지 않는 부산물들은 Si 및 SiO2이다. 에칭/클리닝 프로세스에 의해 생성된 부산물들은, 안정적인 기체이고 펌핑 라인(2004)으로부터 펌핑될 수 있는 SiF4이다. 위에 설명된 바와 같이, 에칭/클리닝 프로세스의 이동 성질로 인해, 시간=1에서, 플라즈마 소스(2002b) 및 펌핑 라인 세그먼트(2004a) 근처의 영역들은 증착된 부산물들을 실질적으로 제거하도록 클리닝된다. 시간=2에서, 플라즈마 소스들(2002b, 2002c) 및 펌핑 라인 세그먼트들(2004a, 2004b) 둘 모두 근처의 영역들은 증착된 부산물들을 실질적으로 제거하도록 클리닝된다.
[00121] 일부 실시예들에서, 원하지 않는 부산물들(예컨대, Si 또는 SiO2)을 나타내는 화학적 시그니처들이 플라즈마 소스들에서 더 이상 검출 가능하지 않은 클리닝 프로세스의 종료점을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들이 개발될 수 있다. 하나의 예시적인 접근법에서, 인-라인 플라즈마 소스들에서의 로컬화된 플라즈마들의 전압 및/또는 전류가 모니터링되고, 플라즈마 소스들 각각에서의 임피던스를 계산하기 위해 결과적인 측정들이 사용된다. 고정 하드웨어 구성에 대해, 임피던스는 특정 시간, 인가되는 전력 및 기체의 압력에서 플라즈마 소스의 기체 조성물의 함수일 수 있다. 플라즈마의 임피던스는 플라즈마 소스들 적어도 하나와 연관된 임피던스의 정상 상태(steady state)를 검출하기 위해 시간에 걸쳐 모니터링될 수 있다. 예컨대, 특정 플라즈마 소스와 연관된 임피던스가 시간에 따라 변하면, 이는, 부산물들이 여전히 소비되고 클리닝 프로세스가 아직 완료되지 않음을 나타낸다. 그러나, 임피던스가 일정 시간 기간 동안에 변화들 없이 정상 상태에 도달하면, 이는, 대부분/모든 부산물들이 소비되고 추가적인 변화들이 발생할 가능성이 없다는 것을 나타내고, 이는 클리닝 프로세스의 종료를 시그널링한다. 일부 실시예들에서, 클리닝 프로세스의 종료점이 검출된 후에, 운영자는 펌핑 라인으로의 클리닝 기체의 공급을 중단하고 그리고/또는 인라인 플라즈마 소스들에서 로컬화된 플라즈마들을 턴 오프할 수 있다. 일부 실시예들에서, 클리닝 프로세스의 종료점을 결정하기 위해, 임피던스 이외의 플라즈마 특징들이 모니터링된다. 예컨대, 광학 발광 분광법(optical emission spectroscopy)은 클리닝 프로세스의 종료점을 결정하기 위해 특정 화학 종들과 연관된 파장들을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
[00122] 도 24는 도 13-18의 플라즈마 소스들을 형성하는 것과 같이 인라인 플라즈마 소스를 형성하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다. 중앙 길이방향 축 A을 따라 연장되는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정하는 본체가 제공될 때(단계 2302), 프로세스가 시작되고, 본체는 플라즈마 소스들(1300, 1400, 1500, 1600)에 각각 대응하는 본체들(1302, 1402, 1502, 1602)과 유사하다. 인라인 플라즈마 소스의 본체는, 플라즈마 소스가 펌핑 라인의 세그먼트를 형성하도록, 입력 펌핑 라인 세그먼트에 커플링하기 위한 입력 포트 및 출력 펌핑 라인 세그먼트에 커플링하기 위한 출력 포트를 가질 수 있다. 또한, 플라즈마 소스 본체는, 입력 펌핑 라인 세그먼트 및 출력 펌핑 라인 세그먼트의 내부 볼륨에 대해 실질적으로 직선이고 동축일 수 있는 일반적으로 원통형 내부 볼륨을 규정한다. 유체가 입력/출력 펌핑 라인 세그먼트들을 통해 이동하는지 또는 플라스마 소스를 통해 이동하는지와 상관없이, 펌핑 라인 내의 결과적인 내부 채널은 일반적으로 일정한 펌핑 속도 및/또는 컨덕턴스를 유지할 수 있다.
[00123] 플라즈마 소스의 유전체 배리어 방전 구조물을 형성하기 위해, 공급 전극은 리턴 전극에 인접하게 위치될 수 있고(단계 2304), 배리어 유전체 중 적어도 일부는 공급 전극과 리턴 전극 사이에 포지셔닝될 수 있다(단계 2306). 예컨대, 플라즈마 소스(1300)에서, 리턴 전극은 매립된 전극 어셈블리(1301)에 인접하게 위치된 접지된 플라즈마 소스 본체(1302)를 포함하고, 매립된 전극 어셈블리(1301)는 공급 전극(1312) 및 배리어 유전체 물질(1314)을 포함한다. 이와 대조적으로, 플라즈마 소스들(1400, 1500, 1600) 각각에서, 리턴 전극은 플라즈마 소스 본체로부터 분리되고, 리턴 전극 및 공급 전극 둘 모두는 매립된 전극 어셈블리에 포함된다. 일반적으로, 리턴 전극은 전기적으로 접지되거나, 플로팅되거나(즉, 전력 소스에 연결되지 않음), 공급 전극에 대해 네거티브 전압으로 바이어싱될 수 있다. 매립된 전극 어셈블리는, 공급 전극 및/또는 리턴 전극이 플라즈마 소스의 내부 볼륨에 노출된 배리어 유전체 물질의 내부 표면 상에 있도록, 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 절연 유전체는 또한 매립된 전극 어셈블리에 포함된다. 이로써, 공급 전극, 리턴 전극 및 배리어 유전체 부재를 통합하는 유전체 배리어 방전 구조물이 생성된다(단계 2308). 유전체 배리어 방전 구조물은, 펌핑 라인 중 적어도 일부를 클리닝하기 위해, 펌핑 라인에 커플링된 인라인 플라즈마 소스, 이를테면, 플라즈마 소스의 내부 볼륨에서 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 적응된다. 로컬화된 플라즈마를 생성하기 하도록 유전체 배리어 방전 구조물을 활성화하기 위해, 고전압 교류가 공급 전극과 리턴 전극 사이에 공급될 수 있다.
[00124] 일부 실시예들에서, 본 발명의 적어도 하나의 플라즈마 소스는, 도 21에 예시된 플라즈마 클리닝 구성(2000)과 유사하게, 펌핑 라인과 일치하여 그리고 웨이퍼 프로세싱 챔버로부터 다운스트림에 위치된다. 위에 설명된 바와 같이, 프로세싱 챔버에서 증착 프로세스로부터의 부산물들은 펌핑 라인의 내부 표면에서 원하지 않는 물질 증착물이 될 수 있다. 따라서, 펌핑 라인에 하나 또는 그 초과의 플라즈마 소스들을 커플링하는 것은, 이를테면, 프로세싱 챔버에 의한 증착 동작들 사이에서 펌핑 라인의 인-시튜 클리닝을 가능하게 한다. 도 25는 펌핑 라인 중 적어도 일부를 클리닝하기 위한, 본 발명의 복수의 인라인 플라즈마 소스들을 사용하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다. 복수의 인라인 플라즈마 소스들은 서로에 대해 규칙적인 인터벌(예컨대, 서로부터 약 2 내지 약 3 미터)로 이격되어 펌핑 라인의 길이를 따라 분포될 수 있다. 프로세스는, 클리닝 기체를 펌핑 라인에 연결된 웨이퍼 프로세싱 챔버로부터의 펌핑 라인에 공급하는 것(단계 2402)으로 시작한다. 클리닝 기체는, 프로세싱 챔버에서 또는 그의 업스트림에서 1차 플라즈마를 생성함으로써 프로세싱 챔버를 클리닝할 뿐만 아니라 복수의 인라인 플라즈마 소스들 중 하나 또는 그 초과에서 로컬화된 플라즈마를 생성함으로써 펌핑 라인을 클리닝하는 데 사용될 수 있다(단계 2404). 일반적으로, 활성화된 1차 및 로컬화된 플라즈마들은, 프로세싱 챔버 및 펌핑 라인의 벽들 상의 증착물들을 에칭 제거하기 위해 클리닝 기체를 이온화 및 해리시키도록 각각 적응된다. 펌핑 라인을 클리닝할 때, 활성화된 인-라인 플라즈마 소스들 각각에서의 로컬화된 플라즈마의 임피던스가 계산될 수 있다(단계 2406). 예컨대, 이러한 임피던스들은 대응하는 로컬화된 플라즈마들의 전류 및/또는 전압을 측정함으로써 계산될 수 있다. 임피던스들에 기반하여, 펌핑 라인에 대해 클리닝 프로세스의 종료점이 결정될 수 있다(단계 2408). 이러한 결정을 하기 위해, 프로세스는, 플라즈마 소스들 중 적어도 하나와 연관된 임피던스들의 정상 상태가 미리 정의된 시간 기간 동안에 도달되는지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 시간=1에서 플라즈마 소스에서의 임피던스가 시간=2에서 동일한 플라즈마 소스에서의 임피던스와 실질적으로 (예컨대, 임계 차이 내에서) 동일하면, 정상 상태에 도달되며, 이는, 원하지 않는 부산물들이 클리닝 프로세스에 의해 대부분 제거/소비되고 임피던스에서 어떠한 추가적인 변화들이 발생할 가능성이 없다는 것을 나타낸다. 클리닝 프로세스의 종료점이 검출되면(2410), 로컬화된 플라즈마들이 턴 오프될 수 있고 그리고/또는 펌핑 라인으로의 클리닝 기체의 공급이 중단될 수 있다. 그러나, 종료점이 검출되지 않는다면(예컨대, 적어도 하나의 플라즈마 소스의 임피던스가 미리 정의된 시간 기간 내에서 계속해서 변하면), 프로세스는, 종료점이 도달되는지 여부를 결정하기 위해(단계 2408), 로컬화된 플라즈마들의 임피던스를 규칙적인 시간 인터벌들로 계속해서 모니터링한다(단계 2406). 일부 실시예들에서, 1차 클리닝 기체와 동일하거나 상이할 수 있는 클리닝 기체의 2차 공급은, 대응하는 플라즈마 소스들의 클리닝 효율성을 향상시키기 위해 인라인 플라즈마 소스들 중 하나 또는 그 초과에 직접 공급된다.
[00125] 본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 상세하게 도시되고 설명되었지만, 형태 및 세부사항에서의 다양한 변경들이 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 그 안에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해되어야 한다.

Claims (55)

  1. 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스로서,
    중앙 길이방향 축(central longitudinal axis)을 따라 연장되는 일반적으로 원통형인 내부 볼륨을 규정하는 본체 ― 상기 본체는 입력 펌핑 라인에 커플링하기 위한 입력 포트, 출력 펌핑 라인에 커플링하기 위한 출력 포트, 및 상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨을 중심으로 배치된 내부 표면을 가짐 ― ;
    리턴 전극에 인접하게 배치된 공급 전극;
    유전체 부재(dielectric member) ― 상기 공급 전극이 상기 유전체 부재에 의해 단단히 둘러싸임 ― ; 및
    상기 공급 전극, 상기 리턴 전극, 및 상기 유전체 부재로 형성된 유전체 배리어 방전 구조물(dielectric barrier discharge structure)을 포함하고,
    상기 유전체 배리어 방전 구조물의 적어도 일부는 상기 본체 내에 또는 상기 본체의 내부 표면 상에 배치되고,
    적어도 상기 공급 전극을 단단히 둘러싸는 상기 유전체 부재를 포함하는 상기 유전체 배리어 방전 구조물은, 상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨에서 플라즈마를 생성하도록 구성되는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 리턴 전극은 전기적으로 접지되는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 리턴 전극은 상기 플라즈마 소스의 본체의 전기적으로 접지된 부분을 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 리턴 전극은 상기 유전체 부재에 의해 단단히 둘러싸이는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨은 상기 중앙 길이방향 축을 따라 실질적으로 직선으로 연장되는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨의 적어도 일부를 규정하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 공급 전극 및 상기 리턴 전극은 상기 중앙 길이방향 축까지 대략 동일한 방사상 거리(radial distance)를 유지하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스는 상기 본체에 임베딩된 냉각 채널을 더 포함하고, 상기 냉각 채널은 상기 본체를 통해 냉각 유체를 운반하도록 구성되는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 본체를 냉각하기 위해 상기 본체의 외부 표면 상에 배치된 하나 또는 그 초과의 핀들(fins)을 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 본체의 내부 표면은 하나 또는 그 초과의 금속 물질들을 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 중앙 길이방향 축을 따라 교번하는 어레인지먼트(alternating arrangement)로 포지셔닝된 복수의 공급 전극들 및 복수의 리턴 전극들을 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스는, 상기 본체에 배치되고 상기 입력 포트 및 상기 출력 포트로부터 이격된 2차 포트를 더 포함하고, 상기 2차 포트는 기체 유동을 상기 본체의 일반적으로 원통형인 내부 볼륨으로 운반하도록 구성되는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스.
  13. 진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법으로서,
    중앙 길이방향 축을 따라 연장되는 일반적으로 원통형인 내부 볼륨을 규정하는 본체를 제공하는 단계 ― 상기 본체는 펌핑 라인의 입력에 커플링하기 위한 입력 포트, 상기 펌핑 라인의 출력에 커플링하기 위한 출력 포트, 및 상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨을 규정하기 위한 상기 중앙 길이방향 축을 중심으로 배치된 내부 표면을 가짐 ― ;
    리턴 전극에 인접하게 공급 전극을 위치시키는 단계;
    상기 공급 전극을 유전체 부재로 단단히 둘러싸는 단계; 및
    상기 공급 전극, 상기 리턴 전극, 및 상기 유전체 부재를 사용하여 유전체 배리어 방전 구조물을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 유전체 배리어 방전 구조물의 적어도 일부는 상기 본체 내에 또는 상기 본체의 내부 표면 상에 배치되고,
    상기 공급 전극을 단단히 둘러싸는 상기 유전체 부재를 포함하는 상기 유전체 배리어 방전 구조물은, 상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨에서 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 구성되는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 리턴 전극을 접지시키는 단계를 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 본체 중 적어도 일부를 전기적으로 접지시킴으로써 상기 리턴 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 리턴 전극을 상기 유전체 부재로 단단히 둘러싸는 단계를 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 의해 상기 일반적으로 원통형인 볼륨의 적어도 일부를 규정하는 단계를 더 포함하는
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    20 watts 내지 1000 watts의 전력으로 상기 로컬화된 플라즈마를 생성하도록 상기 유전체 배리어 방전 구조물을 구성하는 단계를 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 일반적으로 원통형인 내부 볼륨은 상기 펌핑 라인과 동축인,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  20. 제13 항에 있어서,
    절연 유전체 부재, 상기 유전체 부재, 및 상기 공급 전극을 포함하는 상기 유전체 배리어 방전 구조물의 적어도 일부를 일체형으로 형성하기 위해 동시-소성 기술(co-fire technique)을 사용하는 단계를 더 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 유전체 부재 및 상기 절연 유전체 부재는 하나 또는 그 초과의 세라믹 물질들을 포함하는,
    진공 펌핑 라인 플라즈마 소스를 제조하는 방법.
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