KR20080032113A - 통합 가스 배합 장치 및 방법 - Google Patents

통합 가스 배합 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 활성 유체 공급원(12)과, 희석제 유체 공급원(14)과, 활성 유체와 희석제 유체 중 하나의 분배를 위한 유체 유동 계측 장치(24)와, 활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기(28), 및 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 얻기 위하여 상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체 및/또는 희석제 유체의 농도를 감지하고, 이에 응답하여 유체 유동 계측 장치(24)를 조절하도록 배치된 모니터(42)를 사용하는 희석 유체 운반 시스템(10)을 제공한다. 시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하기 위해 압력 제어부(38)가 상기 활성 유체와 희석제 유체 중 다른 하나의 유동을 제어하도록 배치되어 있다. 시스템으로부터 분배된 유체는 반도체 처리 기구와 같은 유체 사용 유닛에 소정 유량으로 제공되도록 유량 제어부, 예를 들어 질량 유동 제어부에 의해 조절 가능하게 제어될 수 있다. 최종점 모니터링 조립체는 또한, 희석한 활성 유체 혼합물의 운반 지속성을 유지하도록 유체 공급원(12, 15)을 스위칭하기 위해 제공된다.
Figure P1020087001735
활성 유체, 희석제 유체, 혼합기, 모니터, 농도, 압력 제어부, 유량 제어부, 희석 활성 유체 혼합물

Description

통합 가스 배합 장치 및 방법{APPARATUS AND PROCESS FOR INTEGRATED GAS BLENDING}
본 발명은, 예컨대 반도체 또는 기타 다른 마이크로 전자 소자 재료의 이온 주입 도핑을 위한 원료 가스로서 예정된 농도의 희석 가스를 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 산업 분야에서는, 독성이 많거나 위험한 원료를 사용하며 활성 가스 종(種)의 사용량이 적은 용례들에 상당히 다양한 종류의 희석 가스가 사용되고 있다.
예를 들어, 에피택셜 필름의 이온 주입 도핑에는 고도로 희석한 상태의 아르신(arsine), 포스핀(phosphine) 및 게르만(germane)과 같은 원료 가스가 필요하다. 일 예로써, 희석한 아르신/수소 가스 혼합물로부터 얻은 비소(arsenic)의 경우 반도체 필름에 도핑을 위해 주입될 수도 있다. 이러한 비소 도핑 용례에서는, 아르신이 예를 들어 50 ppm의 저함량으로 들어 있는 원료 가스를 수소로 더 희석시킴으로써 소정의 수소/아르신 가스 혼합물을 얻을 수도 있다. 이와 같은 시작 재료로서의 희석 아르신과, 최종 희석 아르신 가스 혼합물을 형성하기 위해 아르신에 추가되는 희석제 수소의 유동은 최종 산물인 희석한 아르신의 일정 계측량을 이온 주 입 시스템의 이온화 유닛으로 운반하도록 질량 유동 제어부에 의해 제어될 수 있다.
일반적으로, 반도체 산업에서는 소정의 용례에 유용한 가스 혼합물에 희석한 형태의 활성 가스(이하, 이 용어는 도펀트(dopant) 가스 종과 같은, 관심 가스 성분을 명시하기 위해 사용되고 있다)를 공급하기 위해 두 개의 주요한 접근법이 활용되고 있다.
희석 가스 공급 기술의 첫번째 카테고리는, 가압 상태의 가스 실린더와 같은 고압 가스 공급 베셀로부터 사용 시에 분배되고 있는 것처럼, (저농도 활성 가스 성분을 함유하는) 예비 혼합된 고압 가스 혼합물을 원료 가스 매체로서 사용하는 것이다. 그러나, 이 가스 공급 접근법은 다음과 같은 문제점을 안고 있다:
(1) 상기 가스 공급 베셀이 상당히 빠른 속도로 고갈되어, 활성 가스 소비 공정을 수행하는 동안 가스 공급 베셀을 여러 번 교체하여야 한다는 문제가 있다.
(2) 가스 공급 베셀이 고갈되어 교체되는 경우에는, 활성 가스 소비 공정의 조건을 다시 정하는 것이 필요할 수도 있는데, 그 이유는 새로이 설치된 가스 공급 베셀로부터 공급되는 활성 가스의 농도가 이전에 설치된 가스 공급 베셀로부터 분배되는 가스의 농도와 상이할 수도 있기 때문이다.
(3) 전술한 (2)의 문제점 외에도, 주어진 가스 공급 베셀로부터 분배되는 활성 가스의 농도는 가스 공급 베셀 제조자에 따른 고정 값으로서, 하류 활성 가스 소비 공정의 시간에 따라 변하는 조건에 의존하여 농도를 변화시키면서 가스를 운반할 수 있는 능력은 없는 실정이다.
(4) 가스 공급 베셀에 저장된 가스 혼합물 중의 활성 가스의 농도는, 활성 가스 성분의 부패로 인해, 시간에 따라 변할 수 있으며, 또는 가스 공급 베셀이 연속적으로 교체됨에 따라 활성 가스의 농도가 알려지지 않은 예상치 못한 방식으로 변할 수가 있다.
(5) 가스 공급 베셀은, 통상 베셀 내의 활성 가스의 인벤토리(inventory)를 최대화하기 위하여 높은 대기압으로 유지되기 때문에, 가스 공급 베셀이 파열되거나 베셀의 연관된 헤드 조립체, 밸브 등으로부터 누출 현상이 발생하는 경우 잠재적으로 위험한 상황을 수반하게 된다.
희석 가스 공급 기술의 두번째 카테고리는, 화학 반응을 통해 소정의 가스 종을 발생시키기 위한, 고체 또는 액체 원료를 사용하여 현장에서 이루어지는 가스 발생에 관한 것이다. 그러나, 이와 같은 현장에서 이루어지는 가스 발생은 다음과 같은 문제점을 안고 있다:
(1) 가스 발생을 시작하여 안정적인 가스 생산을 달성하기 까지 걸리는 시간이 일반적으로 상당하여, 달성하고자 하는 신속 응답 가스 분배 개시 작업이 허용되지 않는다.
(2) 현장 가스 발생을 위한 반응물로서 사용되는 원료가 특성상 독성이 많은 경우가 많아, 안전 및 운영상의 문제를 야기한다.
(3) 현장 가스 발생기는 통상, 예를 들어 가스 발생 챔버, 반응물 공급원, 반응물 유동 회로(고체 반응물 공급원의 경우에조차도 통상 유체 공동 반응물이 존재하므로), 분배 라인, 그리고 연관된 인라인(in-line) 여과기, 정화기, 인터로 크(interlock) 등을 포함하는 비교적 복잡한 시스템이다.
(4) 통상적으로 사용된 현장 가스 발생기는, 예컨대 여과기 및 정화기와 같은 주기적인 교체를 필요로 하는 소모품을 포함하고 있다.
(5) 현장 가스 발생 시스템은 주요 경비 지출 및 전체 소유권 비용의 모든 면에서 비교적 고가이다.
Jose I. Arno 및 Jamens A. Dietz에게 2006년 6월 20일자로 허여된 "예정된 농도의 희석 가스의 운반을 위한 현장 가스 배합 및 희석 시스템(In-Situ Gas Blending and Dilution System for Delivery of Dilute Gas at a Predetermined Concentration)"이란 명칭의 미국 특허 제7,063,097에는 활성 가스 공급원과 희석제 가스 공급원을 포함하는 예정된 농도에서의 희석 가스의 운반을 위한 현장 가스 배합 및 희석 시스템이 개시되어 있다. 이 개시된 시스템에는 예정된 유량으로 활성 가스를 분배하기 위해 가스 유동 계측 장치가 제공되어 있다. 또한, (i) 이 가스 유동 계측 장치에 의해 예정된 유량으로 분배되는 활성 가스 공급원으로부터의 활성 가스와, (ii) 희석제 가스를 혼합하여 희석 활성 가스 혼합물을 형성하기 위해 가스 배합기가 배치되어 있다. 상기 시스템은 희석 활성 가스 혼합물 중의 활성 가스의 농도를 감지하고 이에 응답하여, 활성 가스의 분배율을 제어하고 희석한 활성 가스 혼합물 중의 활성 가스의 예정된 농도를 유지하기 위하여 가스 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터를 추가로 포함한다.
반도체 제조 설비에서 이온 주입용 가스의 운반을 위해 적용된 바와 같은 미국 특허 제7,063,097호에 기술된 시스템의 일 실시예에 있어서, 모니터는 열전대열 적외선(TPIR) 검출기를 포함하며, 시스템은 또한 특정 농도의 원료 가스를 가스 배합기로부터 반도체 제조 이온 주입 기구로 운반하기 위한 마이크로-펌프와 함께, 원료 가스용 유동 제어 장치로서 가변 한정 유동 오리피스(RFO)를 사용하고, 또한 희석 가스용 유동 제어 장치로서 질량 유동 제어부(MFC)를 사용한다.
이러한 이온 주입 시스템에 있어서는, 가스 배합기로부터 이온 주입 기구로 들어가는 희석 가스 혼합물의 전체 유동을 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 이 희석 가스 혼합물의 유동 제어는 문제가 될 수 있는데, 그 이유는 유량을 조절함에 따라 가스 배합기 내측에 유지되고 있는 압력이 변하기 때문이다. TPIR 검출기에 의해 감지되는 신호는 온도 및 압력에 직접 비례하기 때문에, 전술한 바와 같은 유량 및 압력 변화는 또한, TPIR 검출기에 의해 감지되는 가스 농도 신호의 교란을 가져 오게 된다. 이와 같이 압력 변화는 TPIR의 부정확한 측정을 야기하여, 결과적으로 희석 혼합물 중의 원료 가스의 부정확한 농도 측정을 초래하는 한편 이 부정확한 측정 농도 정보를 반도체 제조 기구에 전송하게 된다.
또한, 전술한 바와 같은 이온 주입 시스템에 있어서, 가스 배합기가 예컨대 50 torr 미만의 극도로 낮은 압력에서 작동하는 경우에는, TPIR 검출기를 사용하여 원료 가스의 수준을 감지할 수 없을 수도 있다.
이와 같은 유량 조절 조건 하에서의 농도의 정확한 제어 능력 결여 및 압력이 매우 낮은 희석 원료 가스의 농도 감지 능력의 결여 가능성은 주요한 작동상 문제를 표명하게 된다.
전술한 유형의 가스 배합기 운반 시스템에 사용되는 활성 가스 공급원은, 베 셀 내에 물리적 흡수제가 포함되어, 이 물리적 흡수제 상에 활성 가스가 보유되어 있다가 분배 조건 하에서 물리적 흡수제로부터 제거되어 베셀로부터 배출되도록 하는 유체 저장 및 분배 패키지를 포함할 수 있다. 이러한 가스 공급 시스템은 상표명 SDS 및 SAGE로 미국 코네티컷주 댄버리(Danbury)에 소재하는 에이티엠아이 인코포레이티드(ATMI, Inc.)에 의해 시판되고 있으며, 예를 들어, 미국 특허 제5,518,528, 제5,704,965호, 제5,704,967호 및 제5,707,424호에 기술되어 있다.
선택적으로는, 가스 배합기 운반 시스템에 사용되는 활성 가스 공급원이 가압 상태로 활성 가스를 수용하고 있는 베셀의 내체적부에 압력 조절기가 배치되어 있는 유체 저장 및 분배 패키지를 포함할 수 있다. 압력 조절기에는 셋 포인트가 입력되어 있어, 예를 들어, 작동상 높은 수준의 안전성을 제공하는 대기압 이하 압력과 같은 셋 포인트에 의해 결정되는 압력에서 유체로부터 유도되는 가스의 분배를 허용하게 된다. 이러한 유형의 내부 조절기 가스 공급 패키지가 상표명 VAC로 미국 코네티컷주 댄버리에 소재하는 에이티엠아이 인코포레이티드에 의해 시판되고 있으며, 예를 들어 미국 특허 제6,101,816호 및 제6,089,027호에 기술되어 있다.
전술한 가스 배합기 운반 시스템의 활성 가스 공급원용의 전술한 상품명 SDS, SAGE 및 VAC 패키지의 사용 시에, 가스 저장 및 분배 패키지가 고갈 상태에 접근하더라도 사용자가 이를 알기가 힘든 경우가 종종 있다. 이러한 불명확성으로 인해, 실제 고갈 시점에 비해 너무 이른 시점에 패키지의 사용이 중단됨으로써, 패키지에 남아 있는 잔류 활성 가스가 폐기물이 되고 활성 가스 사용 공정의 경제성에 악영향을 미칠 수도 있다. 선택적으로는, 활성 가스가 완전히 고갈될 때까지 패키지가 계속 작동될 수도 있으며 패키지는 "점점 건조해진다(running dry)". 그 결과, 가스 공급 패키지를 교체하고 새로운 활성 가스 패키지를 도입하기 위해서는 빈 패키지를 사용하여 이루어지고 있는 공정은 중단하여야 한다. 이러한 상황에는 마이크로 전자 제품 제조 설비의 작동에 있어 고장 기간의 연장도 포함되어, 설비에 경제적인 악영향을 미치게 된다.
이에 따라, 마이크로 전자 제품 제조 설비는 장비의 처리를 위한 희석 가스의 효율적이고도 경제적인 운반을 위해서, 개선된 가스 공급원 및 가스 분배 작업의 모니터링을 지속적으로 필요로 한다.
본 발명은 반도체 소자 및 집적 회로 구조체의 제조 또는 기타 다른 마이크로 전자 소자 제조 작업에 사용되는 이온 주입 기구와 같은, 예를 들어, 유체 활용 유닛에 희석 유체를 운반하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일 태양에 있어서, 본 발명은,
활성 유체 공급원;
희석제 유체 공급원;
활성 유체와 희석제 유체 중 하나의 분배를 위한 유체 유동 계측 장치와;
활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기;
상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체 및/또는 희석제 유체의 농도를 감지하고, 이에 응답하여 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 얻기 위하여 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터; 및
시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하기 위하여 상기 활성 유체와 희석제 유체 중 다른 하나의 유동을 제어하도록 배치된 압력 제어부를 포함하는 것인 희석 유체 운반 시스템에 관한 것이다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은,
활성 유체 공급원;
희석제 유체 공급원;
상기 활성 유체 공급원과 유체 연통 가능하도록 연결되어 활성 유체를 예정된 유량으로 분배하도록 선택적으로 조절 가능한 유체 유동 계측 장치;
상기 희석제 유체 공급원과 유체 연통 가능하도록 연결되어 희석제 유체를 예정된 압력으로 분배하도록 배치된 압력 제어부;
예정된 유량의 분배 활성 유체와 예정된 압력의 분배 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기; 및
(i) 상기 희석한 활성 유체 혼합물을 시스템으로부터 분배하기에 앞서 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도를 감지하고 (ii) 이에 응답하여, 활성 유체의 분배율을 제어하여 시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 유지하기 위하여 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터를 포함하는 것인 희석 유체 운반 시스템에 관한 것이다.
또 다른 태양에 있어서, 본 발명은,
활성 유체 공급원과 희석제 유체 공급원에 연결되도록 배치된 유동 회로;
상기 활성 유체 공급원 유동 회로와 유체 연통 가능하도록 연결되어 활성 유체를 예정된 유량으로 분배하도록 선택적으로 조절 가능한 유체 유동 계측 장치;
상기 희석제 유체 공급원 유동 회로와 유체 연통 가능하도록 연결되어 희석제 유체를 예정된 압력으로 분배하도록 배치된 압력 제어부;
예정된 유량의 분배 활성 유체와 예정된 압력의 분배 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기; 및
(i) 상기 희석한 활성 유체 혼합물을 유체 배합기 장치로부터 분배하기에 앞서 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도를 감지하고 (ii) 이에 응답하여, 활성 유체의 분배율을 제어하여 유체 배합기 장치로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 유지하기 위하여 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터를 포함하며,
상기 유체 유동 계측 장치, 압력 제어부, 혼합 장치 및 모니터는 유체 배합기 박스 내에 포함되어 있으며, 상기 유동 회로는 상기 유체 배합기 박스의 외부에 위치한 활성 유체 공급원과 희석제 유체 공급원에 연결되도록 배치되고, 상기 희석한 활성 유체 혼합물은 박스의 외측 장소로 분배되는 것인 유체 배합기 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은, 활성 유체 공급원 및 희석제 유체 공급원과 결합되도록 구성되어 상기 활성 유체 공급원으로부터의 활성 유체와 상기 희석제 유체 공급원으로부터의 희석제 유체의 혼합물인 희석한 유체를 운반하는 희석 유체 운반 장치로서,
상기 활성 유체 공급원과 유체 연통 가능하도록 연결되어 활성 유체를 예정된 유량으로 분배하도록 선택적으로 조절 가능한 유체 유동 계측 장치;
상기 희석제 유체 공급원과 유체 연통 가능하도록 연결되어 희석제 유체를 예정된 압력으로 분배하도록 구성된 압력 제어부;
예정된 유량의 분배 활성 유체와 예정된 압력의 분배 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기; 및
(i) 상기 희석한 활성 유체 혼합물을 분배하기에 앞서 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도를 감지하고 (ii) 이에 응답하여, 활성 유체의 분배율을 제어하여 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 유지하기 위하여 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터를 포함하는 것인 희석 유체 운반 장치에 관한 것이다.
또 다른 다양한 태양에 있어서, 본 발명은 전술한 유형의 장치 및 시스템을 사용하는 유체 운반 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은,
활성 유체 공급원과 희석제 유체 공급원을 제공하는 단계;
활성 유체와 희석제 유체 중 하나를 그 유체 공급원으로부터의 예정된 유량으로 제어 가능하게 분배하는 단계;
상기 활성 유체와 희석제 유체 중 다른 하나를 그 유체 공급원으로부터 예정된 압력으로 분배하는 단계;
분배 희석제 유체와 분배 활성 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하는 단계;
상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체와 희석제 유체 중 적어도 하나의 농도를 모니터링하고 이에 응답하여, 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 유지하도록 예정된 유량으로 분배되는 유체의 분배율을 조절하는 단계; 및
사용을 위해 상기 희석한 활성 유체 혼합물을 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 희석 유체 운반 방법에 관한 것이다.
또 다른 태양에 있어서, 본 발명은,
활성 유체 공급원과 희석제 유체 공급원을 제공하는 단계;
상기 활성 유체 공급원으로부터의 활성 유체를 예정된 유량으로 제어 가능하게 분배하는 단계;
상기 희석제 유체 공급원으로부터의 희석제 유체를 예정된 압력으로 분배하는 단계;
상기 예정된 유량으로 분배된 상기 활성 유체 공급원으로부터의 활성 유체와 상기 희석제 유체 공급원으로부터의 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하는 단계;
상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도를 모니터링하고 이에 응답하여, 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 유지하기 위하여 상기 활성 유체의 분배율을 조절하는 단계; 및
사용을 위해 상기 희석한 활성 유체 혼합물을 분배하는 단계를 포함하는 것인 희석 유체 운반 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은,
활성 유체 공급원;
희석제 유체 공급원;
활성 유체와 희석제 유체 중 하나를 분배하기 위한 유체 유동 계측 장치;
상기 활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기;
상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체 및/또는 희석제 유체의 농도를 감지하고 이에 응답하여, 상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 달성하기 위하여 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터; 및
다음 구성 요소 중 적어도 하나:
(I) 시스템으로부터 분배되는 상기 희석한 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하도록 배치된 압력 제어부; 및
(II) 상기 활성 유체 공급원과 희석제 유체 공급원 중 적어도 하나가 비워지거나 비워진 상태 또는 거의 비워진 상태에 도달했는지를 결정하고 이에 응답하여 상기 유체 공급원(들)이 유체를 분배하지 못하도록 하는 최종점 검출기 조립체
를 포함하는 것인 희석 유체 운반 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은, 다중 성분 유체의 하나 이상의 성분의 농도를 모니터링하고 이에 응답하여 배합을 조정하여, 상기 다중 성분 유체의 하나 이상의 성분의 예정된 수준(들)의 농도를 유지하는 단계; 그리고 배합 유체의 적어도 하나의 압력을 모니터링하고 이에 응답하여 배합 유체 중 적어도 하나의 유동을 조정하여 다중 성분 유체의 예정된 수준(들)의 압력을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 성분 유체를 형성하기 위한 유체 배합 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은 전술한 단락의 방법에 의해 준비되는 다중 성분 유체의 사용을 포함하는 것인 마이크로 전자 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은,
다중 성분 유체의 하나 이상의 성분의 농도를 결정하도록 구성된 모니터;
결정된 농도에 응답하여 상관 출력 값을 발생시키도록 모니터에 작동 가능하게 결합되는 제어부;
상관 출력 값에 응답하여 상기 다중 성분 유체의 하나 이상의 성분의 유동을 조정하도록 배치된 유동 제어 장치;
성분을 혼합하여 상기 다중 성분 유체를 형성하도록 배치된 혼합기; 및
상기 모니터에 도입되는 다중 성분 유체의 예정된 압력을 유지하도록 구성된 압력 제어부를 포함하는 것인 유체 운반 조립체에 관한 것이다.
또 다른 태양에 있어서, 본 발명은 전술한 바와 같은 유체 운반 조립체를 포함하는 마이크로 전자 제품 제조 설비에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 태양은 유체 운반 방법 및 마이크로 전자 제품 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은, 예정된 농도의 하나 이상의 성분 유체를 포함하는 다중 성분 유체를 형성하기 위한 두 가지 이상의 유체의 조합 방법으로서, 하나 이상이지만 전체 두 개 이상보다는 적은 유체로 이루어진 조정 첨가물과 상기 두 가지 이상의 유체를 배합하는 단계와, 상기 다중 성분 유체의 압력을 예정된 압력으로 제어하는 단계를 포함하며, 상기 첨가물은 상기 하나 이상이지만 전체 두 개 이상보다는 적은 유체 중 적어도 하나의 유체의 농도 감지에 응답하여 조정되는 것을 특징으로 하는 예정된 농도의 하나 이상의 성분 유체를 포함하는 다중 성분 유체를 형성하기 위한 두 가지 이상의 유체의 조합 방법에 관한 것이다. 상기 다중 성분 유체의 압력 제어 대신에 또는 이 압력 제어에 추가하여, 온도, 밀도, 탁도와 같은 기타 다른 다중 성분 유체 파라미터가 본 발명의 특정 실시예에 따라 제어될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 전술한 단락의 방법에 의해 생산되는 바와 같은 다중 성분 유체의 사용을 포함하는, 마이크로 전자 제품 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은,
활성 유체와 희석제 유체 중 하나를 분배하도록 구성된 유체 유동 계측 장치;
상기 활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기;
상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체 및/또는 희석제 유체의 농도를 감지하고, 이에 응답하여 상기 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 달성하기 위하여 상기 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터; 및
상기 활성 유체와 희석제 유체 중 다른 하나의 유동을 제어하여, 시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하도록 배치된 압력 제어부를 포함하는 것인 활성 유체와 희석제 유체를 배합하여 희석한 유체를 운반하도록 활성 유체 공급원 및 희석제 유체 공급원과 결합 가능한 서브조립체에 관한 것이다.
본 발명의 기타 다른 태양, 특징 및 실시예가 이하의 기술 내용 및 청구의 범위로부터 보다 분명하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 이온 주입 반도체 제조 기구에 희석 가스 혼합물을 공급하기 위해 배치된 가스 운반 시스템을 도시한 개략도이다.
Jose I. Arno의 이름으로 2005년 6월 20일자로 허여된 "반응물의 광도 조정 운반(Photometically Modulated Delivery of Reagents)" 이란 명칭의 미국 특허 제6,909,973호 및 Jose I. Arno 등의 이름으로 2006년 6월 20일자로 허여된 "예정된 농도의 희석 가스의 운반을 위한 현장 가스 배합 및 희석 시스템(In-Situ Gas Blending and Dilution System for Delivery of Dilute Gas at a Predetermined Concentration)"이란 명칭의 미국 특허 제7,063,097호에 개시된 전체 내용이 다양한 용도로 본 명세서에 참조로써 인용되어 있다.
본 발명은, 활성 유체 공급원과, 희석제 유체 공급원과, 활성 유체와 희석제 유체 중 하나의 분배를 위한 유체 유동 계측 장치와, 활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기, 그리고 상기 희석 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체 및/또는 희석제 유체의 농도를 감지하고 이에 응답하여 유체 유동 계측 장치를 조절함으로써 희석 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 달성하도록 배치된 모니터를 사용하는 희석 유체 운반 시스템을 제공한다. 압력 제어부가 상기 활성 유체와 희석제 유체 중 다른 하나의 유동을 제어하여 시스템으로부터 분배된 희석 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하도록 배치되어 있다. 시스템으로부터 분배된 유체는 반도체 처리 기구와 같은 유체 사용 유닛에 소정 유량으로 제공되도록 유량 제어부, 예를 들어 질량 유동 제어부에 의해 조절 가능하게 제어될 수 있다. 이러한 목적에 유용한 반도체 처리 기구는 예를 들어, 이온 주입 기구와, 화학적 증착 기구, 에피텍셜 도핑 기구, 에칭 기구 등과 같은 어느 적당한 유형일 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 본 발명은, 활성 유체 공급원과, 희석제 유체 공급원과, 상기 활성 유체의 분배를 위한 유체 유동 계측 장치와, 혼합기, 예를 들어 혼합 장치 또는 이러한 장비를 포함하는 하우징이나 챔버, 또는 유동 회로의 일부, 또는 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하기 위해 활성 유체와 희석제 유체를 혼합하도록 배치된 기타 다른 장치 또는 구조체를 포함한다. 본 실시예에서, 모니터는 희석 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도를 감지하고 이에 응답하여, 활성 유체의 분배율을 제어하여 시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 달성하기 위하여 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치되어 있다. 본 실시예에서는 또한, 압력 제어부가 제공되어 시스템으로부터 분 배되는 상기 희석 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하도록 희석 유체의 유동을 제어한다.
본 발명은 예를 들어, 반도체 재료의 이온 주입 도핑을 위한 원료 가스와 같은 예정된 농도의 희석 가스를 공급하기 위한 상당히 효과적인 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 희석 가스를 운반하기 위한 질량 유동 제어부의 사용과 연관된 주요 문제, 즉 웨이퍼 처리 기구에 사용되는 질량 유동 제어부의 상당한 압력 편차의 수용 능력 결여 문제를 해결한다. MFC가 압력 변화에 민감한 흐름에 사용되는 경우, 예를 들어 캐리어 가스의 유동이 활성 가스 성분과 캐리어 가스를 조합하여 형성되는 혼합 가스 흐름 중의 활성 가스 성분의 소정 농도를 달성하도록 조정되는 경우, 전술한 바와 같은 질량 유동 제어부의 능력 결여 문제가 야기된다.
특정한 일 실시예에 있어서, 이하에 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 유체 유동 계측 장치는 활성 유체를 혼합기로 유동시키기 위한 펌프와 활성 유체 공급원을 상호 연결하는 유체 유동 라인에 설치된 가변 RFO를 포함하며, 상기 압력 제어부는 희석제 가스 공급원과 혼합기를 상호 연결하는 유체 유동 라인에 배치된 기계적 압력 제어부 및/또는 전자식 압력 제어부를 포함하고, 상기 혼합기는 정적 혼합기를 포함하며, 상기 모니터는 희석 활성 유체 혼합물 중의 감지된 활성 유체 농도에 상관된 출력 제어 신호를 생성하도록 배치된 인-라인 유체 분석기를 포함하고, 상기 제어 신호는 유체 유동 계측 장치로 전송되어 유체 유동 계측 장치의 셋 포인트를 조정하여, 희석 활성 유체 혼합물의 소정 용례에 맞는 예정된 일정한 활성 유 체 농도를 달성한다.
이에 따라, 본 발명은 선택된 농도의 희석 성분 유체를 포함하는 제어된 압력의 희석한 유체 혼합물의 운반 시스템을 제공하여, 분배 유체 혼합물의 사용자가 소정의 하류 공정에서 사용할 수 있도록 희석 성분 유체의 소정 농도로 유체의 유동을 조절 가능하게 제어할 수 있도록 한다.
유체 유동 계측 장치는 예시적으로 전술한 바와 같이, 예를 들어 가변 RFO 장치, 또는 선택적으로는 질량 유동 제어부와, 활성 유체 공급원으로부터의 매우 낮은 유량의 활성 유체 성분을 분배하도록 작동 가능한 마이크로-밸브 요소, 또는 활성 가스 공급원으로부터 활성 유체의 선택된 유량을 제공하기에 효과적인 기타 다른 요소나 조립체를 포함하는 어느 적당한 유형일 수 있다.
다른 실시예의 유체 유동 계측 장치는 예를 들어, 미국 특허 제6,089,027호에 개시된 유형의 유체 저장 및 분배 베셀과 연관된 유체 조절기 요소를 포함하며, 상기 유체 조절기 요소는 분배 유체 혼합물의 소정의 활성 가스 농도를 달성하도록 배치되고 피드백 제어 루프와 작동 가능하게 결합되어 있다.
활성 유체 공급원은 예를 들어, 사용을 위해 희석되는 순수 활성 가스를 보유하고 있는 가스 저장 및 분배 베셀 또는 용기와 같은 어느 적당한 유형일 수 있다. 일 실시예에서, 활성 유체 공급원은 미국 코네티컷주 댄버리에 소재하는 상표명 SDS로 에티엠아이 인코포레이티드에 의해 시판되고 있는 Glenn M. Tom 등에게 허여된 미국 특허 제5,518,528호에 개시된 유형의 대기압 이하 압력의 활성 가스 저장 및 분배 베셀을 포함한다. 이 베셀 내에는 활성 가스가 물리적 흡수제에 흡 수 가능하게 유지되어 있으면서 베셀로부터 활성 가스를 분배하기 위해 흡수제로부터 선택적으로 제거된다. 다른 실시예에서, 순수 활성 유체 공급원은, 조절기 셋 포인트에 의해 결정된 압력으로 활성 가스를 분배하기 위한 조절기 요소가 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 상표명 VAC로 미국 코네티컷주 댄버리에 소재하는 에이티엠아이 인코포레이티드에 의해 시판되고 있으며 Luping Wang 등에게 허여된 미국 특허 제6,089,027호에 기술된 유형의 가스 저장 및 분배 베셀을 포함한다.
활성 유체 공급원은 선택적으로는, 예를 들어 공급 구조, 재료 또는 작동과 같은 어느 적당한 방식으로 구성 및/또는 배치될 수도 있다. 예를 들어, 활성 유체 공급원은 Glenn M. Tom 등에게 허여된 미국 특허 제5,518,528호에 개시된 유형의 고체 물리적 흡수제에 기초한 패키지를 포함할 수도 있다. 기타 다른 실시예에서, 활성 유체는 액상 용매로부터 유리되거나, 현장 발생기에 의해 발생되거나, "반응성 액체를 이용한 가스 저장 및 분배 시스템(Reactive Liquid Based Gas Storage and Delivery System)"이란 명칭으로 2004년 10월 공개된 미국 특허 공보 제20040206241호에 개시된 바와 같은 반응성 액체로부터 발생되거나, 증발 가능한 또는 승화 가능한 고체로부터 또는 반응성 고체로부터 얻어질 수도 있다. 일반적으로, 어느 적절한 활성 유체 공급원이 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 활성 유체 공급원은 "고용량 가스 저장 및 분배 시스템(High Capacity Gas Storage and Dispensing System)"이란 명칭으로 1999년 6월 29일자로 허여된 미국 특허 제5,916,245호에 개시된 바와 같은 보유 구조체를 포함한다.
활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기는, 활성 유체와 희석제 유체가 상호 혼합되어 예를 들어, 하류 공저으로서의 희석 유체 혼합 사용 공정으로 유동하도록 활성 유체의 소정의 희석 농도로 배출되도록 하는 어느 적당한 유형일 수 있다. 혼합기는 예를 들어, 펌프, 압축기, 로터리 혼합기 등과 같은 동적 혼합 장치, 또는 선택적으로는 벤츄리, 정적 혼합기, 이젝터, 이덕터, 대향 제트 장착 혼합 챔버 또는 기타 다른 장치, 또는 희석한 활성 유체 혼합물을 생성하도록 활성 유체와 희석 유체를 혼합하는 기타 다른 장치, 구조체 또는 조립체를 포함할 수 있다. 특정 예로서, 본 발명의 실시에 유리하게 사용될 수 있는 하나의 혼합 장치는 미국 뉴햄프셔주 살렘(Salem)에 소재하는 콘프로 테크, 인코포레이티드(ConPro Tec, Inc.)에 의해 시판되고 있는 상품명 ConPro Tec ST 250-36의 정적 혼합기이다. 다른 실시예의 혼합기는 희석 가스와 활성 가스를 혼합하도록 배치된, 혼합 장치를 수용하는 혼합 챔버로 구성된다.
희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 달성하도록 희석한 활성 유체 혼합물의 활성 유체의 농도를 감지하고 이에 응답하여 활성 유체의 분배율을 제어하도록 배치된 모니터는, 스펙트로미터(spectrometric), 스펙트로스코픽(spectroscopic), 전기화학, 음향, 열적, 포토미터(photometric), 크로마토그래픽(chromatographic), 컬러미터(colorimetric), 표면 음향파(SAW), 포토닉스(photonics) 및 플레임(flame) 이온화 유형을 포함하는 어느 적당한 유형일 수 있다. 바람직한 모니터 유형은 TPIR, 푸리에 변환-적외선(FT-IR) 및 IR 포토미터 모니터를 포함한다. 모니터는 어느 적당한 방식으로, 예를 들어 희석한 활성 유체 혼합물 배출 라인에 일렬로, 또는 측면-흐름 샘플링 배열을 통해 유체를 샘플링하도록, 또는 기타 다른 적당한 방식으로 배치될 수 있다.
모니터는 본 발명의 주어진 용례에서 소망되는 바와 같이, 하나 또는 복수 개의 모니터링 장치 또는 성분을 포함할 수 있다. 복수 개의 모니터 장치가 채택된 경우에는, 서로 다른 감지 양식을 통해 모니터링 할 수 있도록 하기 위하여, 희석한 활성 유체 혼합물의 활성 유체의 농도를 나타내는 구성 모니터링 장치 또는 성분 각각에 의해 발생되는 신호는 희석한 활성 유체 혼합물의 활성 유체의 농도에 상관적인 평균 또는 보정 출력 신호를 제공하도록 처리될 수 있다. 이러한 목적으로, 모니터는 제어부와 작동 가능하게 결합될 수 있어, 제어부가 시스템의 모니터(들)로부터의 신호(들)에 응답하고 이에 따라 활성 가스와 캐리어 가스에 의해 형성된 다중 성분 가스 혼합물 중의 활성 가스의 예정된 농도를 유지하도록 시스템을 조절한다.
이러한 신호 처리는 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도에 상관된 총 출력 신호를 제공하도록, 적당한 알고리즘 또는 컴퓨터 처리 절차에 따라 개개의 모니터링 장치 또는 성분의 개개의 출력 신호를 처리하도록 프로그래밍된 프로그램 가능한 일반적인 용도의 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 신호 처리는 희석한 활성 유체 혼합물의 소정의 활성 유체 농도를 달성하도록 유체 유동 계측 장치를 조정하기 위한 적절한 출력 값을 제공하기 위하여, 비교기 또는 브리지 회로, 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛(CPU) 또는 기타 다른 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 희석한 유체 공급 시스템의 활성 유체는 희석한 활성 유체 혼합물이 제공되어야 하는 특정한 희석 활성 유체 혼합물 사용 공정에 따른 어느 적당한 유형일 수 있다. 유체는 예를 들어, 반도체 또는 기타 다른 마이크로 전자 제품의 제조를 위해 도펀트 또는 추적 반응물 종을 형성하기 위한 원료 재료로서의 가스일 수 있다. 유체는 선택적으로는, 연구 및 시험 목적 등을 위해 저농도 돌연변이 촉매 샘플의 준비에 사용되거나 나노-농도 화학 반응용의 반응물로서, 위험한 농도 수준 아래로 사용하기 위한 살균제와 같이 보정 표준 물질로서 사용하기 위해 희석될 수 있다. 활성 유체는, 통상 단일 성분 유체를 구성하긴 하지만, 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서는, 이후 희석제 가스와 배합되는 예비 혼합된 가스 혼합물로서 제공될 수 있다. 희석제 가스는 다시, 단일 성분 또는 다중 성분 가스일 수도 있다.
희석한 활성 유체 혼합물 사용 공정은 이에 대응하여 변경될 수 있으며, 산업 공정, 의학적 진단, 연구 조사, 농업 분석 평가, 희석한 방사선 치료 작용제 등을 이용한 신체 치료를 다양하게 포함할 수 있다. 바람직한 최종 사용례에 있어서, 희석한 활성 유체 혼합물은 마이크로 전자 소자의 제조에서 반도체 소자 또는 집적 회로 구조 또는 기판을 형성하도록 이온 주입에 사용하기 위해 분배된다.
희석제 유체는 어느 적당한 유형일 수 있으며, 다중 성분 희석제 뿐만 아니라 단일 성분 희석제 조성물을 다양하게 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 용례에 있어서 예시적인 적당할 수도 있는 희석제 유체는, 제한적인 것은 아니지만, 질소, 아르곤, 헬륨, 공기, 크립톤, 크세논, 할로겐화크세논, 수소, 산소, 암모니아 및 가스상 유기금속 화합물을 포함한다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 이온 주입 반도체 제조 기구(20)에 희석 가스 혼합물을 공급하도록 배치되어 있는 가스 운반 시스템(10)을 도시한 개략도이다.
희석 가스 공급 시스템(10)은 예를 들어, 통상의 고압 가스 실린더와 같은 유체 저장 및 분배 베셀이나, 선택적으로는 Glenn M. Tom 등에게 허여된 미국 특허 제5,518,528호에 개시된 유형 또는 Luping Wang 등에게 허여된 미국 특허 제6,089,027호에 개시된 유형의 대기압 이하 압력의 가스 분배 시스템과 절충 가능한 순수 활성 가스 공급원(12)을 포함한다.
따라서, 순수 활성 가스 공급원(12)은, 밸브 헤드가 장착되거나, 선택적으로는 외부 조절기, 한정 오리피스 유동 제어 부품(들), 및 기타 다른 통상의 유동 회로 부품이 결합된 베셀을 포함할 수도 있다. 밸브 헤드는 핸드 휠 액츄에이터에 의해 제어 가능하거나, 선택적으로는 예를 들어, 공압 액츄에이터나 전기 솔레노이드 밸브 액츄에이터 등과 같은 자동 밸브 제어부에 의해 제어 가능한 통상의 유동 제어 밸브(헤드 밸브)를 포함할 수 있다.
순수 활성 가스 공급원(12)은 밸브(24)를 구비한 배출 라인(22) 및 이 배출 라인에 배치된 가변 제한 유동 오리피스(RFO)(24)와 폐쇄 가스 유동 전달 방식으로 결합되어 있다. 가변 RFO(24)의 하류에 위치한 배출 라인(26)은 미니 펌프(28)에 결합되어 있다. 이 미니 펌프는, 순수 활성 가스가 배출 라인(26)으로부터 라인(36)으로 유동하여 라인(36)의 첨가된 희석 가스와 함께 정적 혼합기(38)로 통과하도록 배출 라인(26)으로부터 분기 라인(30)으로 순수 활성 가스를 급송하도록 작 동 가능하다. 특정 예를 들자면, 본 발명의 실시에 유용하게 사용될 수도 있는 이러한 일 미니 펌프는 미국 매사츠세츠주 새론(Sharon)에 소재하는 시니어 오퍼레이션즈 인코포레이티드(Senior Operations, Inc.)에 의해 시판되고 있는 MB-41 벨로우즈 펌프이다. 본 발명의 실시에 유용할 수도 있는 가변 RFO 장치의 일 예로는, 미국 뉴햄프셔주 홀리스(Hollis)에 소재하는 뉴트로닉스 디비젼 오브 파커-하니핀(Pneutronics Division of Parker-Hannifin)에 의해 시판되고 있는 모델 1 VSO 밸브이다.
본 발명의 시스템에는 희석 가스 공급원(14)이 제공되어 있다. 이 희석 가스 공급원(14)은 라인(32)의 희석 가스를 전자 압력 제어부(EPC)(34)로 배출하여, 희석 가스가 라인(36)의 EPC를 통과하여 EPC로부터 정적 혼합기(38)로 배출되도록 한다. 선택적으로는, 로터리 혼합기, 임펠러 혼합기, 이덕터(eductor), 또는 기타 다른 혼합기가 사용될 수 있다.
상기 정적 혼합기(38)는 활성 가스와 희석제 가스를 배합하여 희석한 활성 가스 혼합물을 형성하는 역할을 한다. 이 희석한 활성 가스 혼합물은 라인(40)의 정적 혼합기로부터 방출되어, 희석한 활성 가스 혼합물 중의 활성 성분의 농도를 결정하는 분해 작용을 위한 TPIR 유닛(42)으로 통과한다.
TPIR 인-라인 가스 분석기(42)는 질량 유동 제어부(18)로 유동하도록 라인(40)으로부터 분석기를 통과하여 유동하여 라인(44)의 분석기(42)로부터 분배되는 희석한 가스 흐름 중의 활성 가스의 농도를 지시하는 출력 제어 신호를 발생하도록 구성 및 배치되어 있다. 희석한 활성 가스 혼합물의 조절이 이루어진 유량 흐름은 질량 유동 제어부(18)로부터 라인(46)으로 배출되어, 예를 들어 이온 주입 설비나 기타 다른 반도체 처리 기기 또는 마이크로 전자 소자 제조 설비와 같은 처리 유닛(20)을 사용하여 하류 가스를 향해 유동한다.
가스 혼합물의 희석 가스 농도를 지시하는 전자 신호는 TPIR 인-라인 분석기(42)에 의해 발생되어, 신호 전송 라인(48)을 통해 제어부(50)로 전송된다. 제어부(50)는 이에 응답하여 제어 신호를 발생시킨다. 이 제어 신호는 RFO 장치의 셋팅을 조절하도록 신호 전송 라인(52)을 통해 가변 RFO(24)로 전송되어, 라인(30, 36)을 통해 정적 혼합기(38)로 급송하기 위한 미니 펌프(28)로 유동하는 배출 라인(26)의 순수 활성 가스의 유량을 조정함으로써, TPIR 분석기(42)로 유동하는 가스 혼합물 중의 예정된 농도의 활성 가스 성분이 유지된다.
이와 동시에, EPC 유닛(34)은 가스 유동 라인(36, 40, 44)을 포함하는 유로에 일정한 셋 포인트 압력을 유지하는 기능을 하여, 하류 질량 유동 제어부(18)에 들어가는 희석한 가스 혼합물이 소정의 압력 레벨에 일정하게 유지된다. 배합 가스 운반 시스템의 별개의 독립적인 성분으로서 압력 제어부가 통상 사용되고 있긴 하지만, 유체 유동 계측 장치와 관련하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서는, 압력 제어부가 유체 유동 계측 장치로서의 역할을 하여, 별개의 계측 장치 성분의 필요성을 배제할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가변 RFO(24)와, 미니 펌프(28)와, EPC(34)와, 정적 혼합기(38)와, TPIR 분석기(42), 그리고 제어부(50)와 함께 연관된 가스 유동 라인 및 신호 전송 라인을 포함하는 가스 운반 시스템(10)의 구성 요소들은 단일 엔클로저(enclosure;16) 내에 제공되어, 모듈식 단일 장치로서의 가스 배합기 박스에 이 가스 배합기 박스로부터 돌출되거나, 다시 말해 박스 표면의 포트, 커넥터 또는 기타 다른 결합 구조에서 종결되는 라인(22, 32, 44)이 제공됨으로써, 활성 가스 공급원(12)과, 희석제 가스 공급원(14), 그리고 외부 유동 제어기(18)로의 이러한 라인의 접속을 촉진할 수 있다.
작업시에, 순수 활성 가스(농도 100%)가 순수 가스의 운반율을 제어하도록 작동하는 가변 RFO(24)를 포함하는 순수 가스 공급원(12)으로부터 배출 라인(22)으로 배출된다. 라인(22)은 순수 활성 가스 공급원(12)으로부터 가스가 분배되는 동안에는 개방되어 있는 격리 밸브(17)를 포함하며, 이 동안 분기 라인(19)의 격리 밸브(21)는 폐쇄되어 있다. 배출 라인(22)의 활성 가스 공급원(12)으로부터 초래하는 조정 유량의 순수 가스는, 이 순수 가스를 희석제 가스 공급원(14)으로부터 라인(32) 및 EPC(34)을 통해 라인(36)으로 유동되는 희석제 가스 흐름과 혼합하기 위한 미니 펌프(28)에 의해, 라인(30)을 통해 라인(36)으로 급송된다. 이렇게 해서 얻은 혼합 희석 가스 흐름(활성 가스 및 희석 가스로 구성됨)이 라인(40)을 통해 TPIR 인-라인 가스 분석기(42)로 유동하여, 이 TPIR 인-라인 가스 분석기에서 가스 혼합물 중의 활성 가스의 농도가 결정되고 이에 응답하여 신호 전송 라인(48)을 통해 제어부(50)로 전송되는 제어 신호를 발생시키도록 사용된다. 제어부는 이에 응답하여 라인(52)을 통해 전송되는 제어 신호를 발생시켜 가변 RFO를 조정함으로써, 즉 활성 가스 운반율을 증가 또는 감소시킴으로써, 하류 처리 유닛(20)으로 유동되는 라인(44)의 희석한 활성 가스 혼합물 중의 소정의 활성 가스 농도를 달성 한다.
TPIR 유닛이 예시로서 기술되어 있지만, 인-라인 가스 모니터/분석기(42)가 예를 들어, 광도 측정, 분광학, 전기 화학, 음향 모니터링, 열적 모니터링 등, 또는 이들 작동 모드 중 두 개 이상의 조합 모드를 포함하는 적당한 작동 모드에 의해 선택적으로 작동하여, 하류 가스 사용 공정으로 유동하기 위한 희석한 가스 혼합물 중의 활성 가스의 농도를 결정할 수 있다. 본 발명의 선택적인 실시예에 있어서, 가스 모니터/분석기는 미국 특허 제6,909,973호에 개시된 유형의 적외선 광도 측정 모니터이다.
이에 추가하여, 도 1에 도시된 실시예에는 활성 유체를 분배하는 유체 유동 계측 장치와, 활성 유체의 농도를 감지하는 모니터, 그리고 희석 유체의 유동을 제어하는 압력 제어부가 제공되어 있는 반면, 도 1에 도시된 운반 시스템은 선택적으로는 유체 유동 계측 장치가 희석제 유체를 분배하도록 구성되고, 모니터가 희석한 활성 유체 혼합물 중의 희석제 유체의 농도를 감지하도록 배치되며, 압력 제어부가 활성 유체 유동을 제어하여 시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하도록 구성될 수도 있다. 다른 선택적인 실시예로서, 본 발명의 주어진 용례에 필요하거나 바람직할 수도 있는 바와 같이, 복수 개의 유체 유동 계측 장치, 모니터 및 압력 제어부가 각각의 활성 흐름 및 희석제 흐름에 대해 제공될 수도 있으며, 및/또는 복수 개의 활성 유체 및/또는 희석제 유체가 배합기 운반 시스템 내에서 배합될 수 있다.
전술한 바와 같은 활성 유체는 예를 들어, 반도체 공정 또는 기타 마이크로 전자 공정 사용례의 경우, 수소화물(예를 들어, 아르신, 포스핀, 실란, 게르만 등)과 같은 가스와, 산성 가스(예를 들어, SiHCl3, SiF4, SiH2Cl2)와, 보란(borane) 등을 포함하는 적당한 유형 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 반도체 또는 마이크로 전자 소자 제조 용례용의 희석제 가스에는 예를 들어, 동핵 이원자 종(種)(예를 들어, H2, N2, O2) 또는 원자 가스(예를 들어, 아르곤, 헬륨 등)가 포함될 수 있다. 활성 유체는 본 발명의 주어진 실시예에서 적절할 수도 있는 바와 같이, 단일 성분 유체일 수도 있고, 또는 선택적으로는 다중 성분 유체일 수 있다. 본 발명의 특정 용례에서 활성 유체에 존재하거나 활성 유체를 구성할 수도 있는 예시적인 가스에는, 제한적인 것은 아니지만, 아르신, 포스핀, 수소, 삼플루오르화질소, 암모니아, 질소 산화물, 육플루오르화텅스텐, 염화 수소, 염소, 브롬화수소, 디보란, 메탄, 메탄, 에틸렌, 클로로포름, 프로판, 부탄, 육플루오르화황, 질소, 불소, 플루오르화암모늄, 인산암모늄, 수산화암모늄, 삼플루오르화붕소, 삼염화붕소, 디클로로실란, 게르만, 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 플루오르화메틸, 헥사플루오르에탄, 펜타플루오르메탄, 퍼플루오르프로판, 옥타플로오르시클로부탄, 일산화질소, 실란, 사염화실리콘, 사플루오르화실리콘, 트리클로로실란, 세렌화수소 및 유기금속 반응물 가스가 포함된다.
본 발명이 활성 유체와 같은 희석 가스 종의 운반을 참조하여 예시적으로 도시되어 있긴 하지만, 본 발명이 또한 소정 농도의 활성 액체를 포함하는 액상 재료 배합물의 운반과도 관련이 있음을 인지할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 희석 유체 공급 시스템이 예를 들어, 복합 도펀트 배합물과 같은 복수 종의 활성 반응물을 공급하도록 작동 및 배치될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
다른 실시예에 있어서, 활성 유체 및/또는 희석제 유체는 초임계 유체를 포함할 수도 있다.
본 발명의 시스템의 안전한 사용과 같은 장점은, 활성 유체 공급원이 전술한 Tom 등 및 Wang 등의 특허에 개시된 바와 같은 대기압 이하 압력의 가스 공급원인 경우 보다 더 부각된다.
따라서, 본 발명의 시스템은, 실시간 유체 모니터를 사용한 덕택에, 유체 혼합물을 연속적으로 측정하여 운반된 희석 유체 혼합물의 일정한 희석한 활성 유체 농도를 보장할 수 있으며, 동시에 인-라인 분석기의 정확성 손실이나 희석한 유체 혼합물 중의 활성 유체 성분의 소정의 농도 수준으로부터의 편차 없이 최종 사용자에 의한 하류 유동 제어를 수용하는 (EPC 또는 기타 압력 제어 유닛에 의해 결정된) 셋 포인트 압력으로 운반된 희석 유체 혼합물을 제공한다. 활성 유체 농도가 셋 포인트 값으로부터 벗어나는 경우, 제어 신호가 유체 모니터로부터 활성 유체 측정 장치, 예를 들어 가변 RFO로 전송되어, 소정의 농도 값을 유지하도록 활성 유체 운반율을 증가 또는 감소시키게 된다.
전술한 바와 같이 가스 배합기 박스에 사용되는 경우, 본 발명의 시스템은 원료 가스 베셀 또는 기타 다른 가스 공급 수단 및 하류 유동 제어부 및 가스 사용 공정 설비에 즉각적으로 연결되어 정밀하게 조절된 농도의 활성 성분을 포함하는 소정량의 희석한 가스 혼합물을 제공할 수 있는, 편리한 방식으로 이송되어 설치된 사용 지점 가스 운반 유닛을 제공한다.
희석제 가스의 유동을 제어하기 위해 종래 기술의 유체 운반 시스템에 채용된 질량 유동 제어부 대신에 전자 압력 제어부 또는 기타 다른 압력 제어부를 사용함으로써, 전체 유량이 하류 가스 사용 설비로의 운반을 위해 최종 사용자에 의해 선택되었는지에 상관없이 가스 배합기 내에 일정한 압력이 유지될 수 있다. 전자 압력 제어부의 예시적인 일 예로, 전술한 바와 같은 목적으로 유용하게 채용될 수 있는 미국 매사추세츠주 윌밍톤(Wilmington)에 소재하는 엠케이에스 인코포레이티드(MKS, Inc.)에 의해 시판되고 있는 MKS 640 절대 압력 제어부가 있다. 가스 배합기를 일정한 압력에 유지함으로써 분석기로 하여금 항상 정확한 방식으로 희석 활성 가스 성분의 농도를 결정할 수 있도록 한다.
이에 추가하여, 최종 사용자가 유체 배합기로부터 하류 유체 사용 유닛으로의 유체 혼합물의 유동을 제어하는 질량 유동 제어부 또는 기타 다른 하류 유동 제어부를 끄고 나면, 유체 배합기 박스 내측의 압력이 압력 제어부의 압력 셋 포인트에 도달하므로 유체 배합기 시스템의 압력 제어부에 의해 희석 유체의 유동이 종결된다. 이 셋 포인트에서, 활성 유체의 유동 또한 중단되는데, 그 이유는 활성 유체가 가변 RFO(또는 기타 다른 유동 제어부)에 의해 제어되고 있기 때문이다. 가변 RFO는 제어부와 작동 가능하게 결합되어 있으며, 제어부는 다시 인-라인 분석기와 상호 연결되어 있다. 배합기로부터의 유체 혼합물의 유동이 중단되고 나면, 인-라인 분석기가 유체 혼합물 중의 활성 유체의 농도를 감지하게 된다. 이 활성 유 체의 농도는 제어부 셋 포인트를 약간 초과하여 상승하여, 가변 RFO(또는 기타 다른 유동 제어부)가 제어부의 작동에 의해 폐쇄되도록 함으로써, 배합기 내로의 활성 유체의 유동 또한 종결되도록 한다.
그 후, 최종 사용자가 유체 배합기로부터 하류의 가스 사용 설비로의 유체 혼합물의 유동을 개시하는 경우, EPC(또는 기타 다른 압력 제어부)에 의해 다시 유체 배합기 내로 희석 유체가 유동할 수 있도록 됨으로써, 배합기 내의 전체 압력이 EPC(또는 기타 다른 압력 제어부) 셋 포인트에 유지되며, 가변 RFO(또는 기타 다른 유동 제어부)가 다시 개방되어 활성 유체 또한 배합기에 들어갈 수 있도록 한다. 이에 따라, 이후 제어부의 활성 유체 농도 셋 포인트가 유지된다.
본 발명의 배합기 운반 시스템 또한, 최종점 검출 능력과 연속 사용이 가능하도록 제공된 복수 개의 활성 유체 패키지에 의해 실시되어, 패키지가 고갈 상태에 다다랐음이 검출되고 새로운 활성 유체 패키지의 전원이 스위칭 온되는 동안 고갈 패키지가 스위칭 오프되어, 분배 작업의 지속성을 유지할 수 있게 된다. 희석 유체 공급원이 패키지 형태로 형성되는 경우, 고갈되거나 거의 고갈된 패키지로부터 새로운 유체 패키지로 희석 유체 패키지가 대응하여 스위칭됨으로써 최종점 검출 성능이 추가로 채택될 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 가스 운반 시스템(10)에는 도시된 바와 같이 두 개의 활성 가스 공급원(12, 15)이 배치될 수도 있다. 이들 활성 가스 공급원은 활성 가스 공급원(12)의 고갈 시에 이 공급원이 격리될 수 있으며 새로운 공급원이 활성 가스 분배 작업에 참여하도록 배치되어 있다. 이를 위해, 가스 운반 시스템(10)은 전술한 바와 같이 배출 라인(22)에 의해 가변 한정 유동 오리피스(24)에 결합되어 있는, 공급원(12)을 포함한 두 개의 활성 가스 공급원(12, 15)을 특징으로 한다. 격리 밸브(17)가 라인(22)에 배치되어, 공급원(12)이 고갈 시에 작동이 중단될 수 있도록 되어 있다.
공급원(15)은 활성 가스를 포함하고 있으며, 격리 밸브(21)를 포함하는 분기 라인(19)에 의해 배출 라인(22)에 결합되어 있다. 공급원(12)이 고갈되면, 이 공급원으로부터의 정상적인 분배 작업 동안에는 개방되어 있는 유동 제어 밸브(17)는 폐쇄되며, 동시에 이전까지는 폐쇄되어 있었던 유동 제어 밸브(21)는 개방되어, 공급원(15)으로부터 배출 분기 라인(19)을 통해 배출 라인(22)으로 활성 가스가 유동할 수 있게 된다.
이러한 방식으로, 공급원(12)이 고갈 시에 또는 고갈이 가까워지고 있는 상태에서 스위칭 오프되고, 공급원(15)은 스위칭 온 됨으로써, 활성 가스의 유동이 지속될 수 있도록 되어 있다.
가스 운반 시스템(10)은 유동 제어 장치로서 가변 RFO(24)를 사용한다. 가변 RFO가 제어부(50)에 연결되며, 제어부(50)는 또한 TPIR 분석기(42)에 결합된다. TPIR 분석기는 하류 가스 농도를 측정하고 이에 응답하여 신호 전송 라인(48)을 통해 제어부(50)에 농도 감지 신호를 전송한다. 제어부의 농도 셋 포인트에 기초하여, 가변 RFO(24)의 오리피스는 제어부(50)의 농도 셋 포인트가 TPIR 농도 판독 값에 일치할 때까지 개방 또는 폐쇄된다.
활성 가스가 작동 중인 공급원(12)으로부터 유동함에 따라, 이 공급원 내부 의 압력은 감소한다. 공급원의 압력이 감소함에 따라, 가변 RFO(24)의 오리피스가 추가로 개방되어 활성 가스의 설정 유량이 유지될 수 있다. 일 실시예의 가변 RFO는 전압 응답성 유동 제어 장치로서, 이에 공급되고 있는 전압의 크기에 기초하여 개방 및 폐쇄된다. 가변 RFO에 공급되는 전압이 높아질수록, 이러한 장치의 오리피스도 보다 더 많이 개방된다. 따라서, 오리피스에 공급되고 있는 전압을 모니터링함으로써, 활성 가스 공급원(12)의 최종점이 결정될 수 있는데, 그 이유는 공급원(12)이 점진적으로 비워짐에 따라 이 공급원으로부터 분배되는 활성 가스의 압력 또한 강하하기 때문이다. TPIR 분석기(42)에 의해 측정된 바와 같은 제어부 셋 포인트에 가스 농도를 유지하기 위하여, 가변 RFO(24)의 오리피스는 오리피스 전체에 걸쳐 추가로 압력 강하가 일어나지 않을 때까지 지속적으로 추가로 개방된다. 가변 RFO가 전압 공급원에 의해 작동되므로, 최대 전압이 가변 RFO에 공급되면, 공급원(12)이 거의 비워지게 되어, 이러한 공급원의 최종점이 신호로 나타내어지며, 이에 대응하여 공급원(12)이 격리되고 새로운 공급원(15)이 스위칭 온될 필요가 있다.
따라서, 제어부(50)는 가변 RFO에 인가되고 있는 전압을 모니터링하도록 프로그램되어 있으며, 이 전압이 예정된 값을 갖는 경우, 제어부가 신호 전송 라인(23)의 격리 밸브(17)에 제어 신호를 전송하여 격리 밸브를 폐쇄하여 공급원(12)을 격리시키도록 작동함으로써, 공급원이 유동회로로부터 분리되어 가스 운반 시스템으로부터 제거될 수 있다. 동시에, 제어부(50)는 신호 전송 라인(25)을 통해 라인(19)의 격리 밸브(21)로 신호를 전송하여, 공급원(15)으로부터 하류 유동 회로로 새로운 활성 가스가 공급되도록 밸브를 개방한다.
본 발명이 그 특정 태양과, 특징 및 예시적인 실시예와 관련하여 기술되어 있긴 하지만, 본 발명의 유용성이 이로만 제한되는 것은 아니며, 오히려 본 명세서의 기술 내용에 기초하여 본 발명의 당업자에게 제안되는 바와 같은 기타 다른 다수의 변형예와 수정예 및 선택적인 실시예로 확장되어 이를 포함함을 알 수 있을 것이다. 이에 따라, 이하에 청구되고 있는 바와 같은 본 발명은, 본 발명의 사상 및 범위 내에서, 그러한 모든 변형예, 수정예 및 선택적인 실시예를 포함하는 것으로서 광범위하게 해석되고 이해되는 것을 의도하고 있다.

Claims (1)

  1. 활성 유체의 활성 유체 공급원;
    희석제 유체의 희석제 유체 공급원;
    활성 유체 및 희석제 유체 중 하나를 분배하는데 적합한 유체 유동 계측 장치;
    활성 유체와 희석제 유체를 혼합하여 희석한 활성 유체 혼합물을 형성하도록 배치된 혼합기;
    희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체 및/또는 희석제 유체의 농도를 감지하고, 이에 응답하여 희석한 활성 유체 혼합물 중의 활성 유체의 예정된 농도를 얻기 위하여 상기 유체 유동 계측 장치를 조절하도록 배치된 모니터; 및
    시스템으로부터 분배되는 희석한 활성 유체 혼합물의 예정된 압력을 유지하기 위하여 상기 활성 유체와 희석제 유체 중 다른 하나의 유동을 제어하도록 배치되는 압력 제어부를 포함하는 것인 희석 유체 운반 시스템.
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