KR20090023257A - 플라즈마 처리 장치를 위한 교번 가스 전달 및 배기 시스템 - Google Patents
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Abstract
가스 혼합물을 플라즈마 처리 챔버에 공급하기 위한 가스 분배 시스템이 제공된다. 제 1 밸브 구성이 제 1 가스 라인 및 제 2 가스 라인의 업스트림 말단들에 접속된다. 제 2 밸브 구성은 제 1 가스 라인 및 제 2 가스 라인의 다운스트림 말단들에 접속된다. 제 1 가스 분배 출구 라인이 가스 공급부와 제 1 밸브 구성 사이에 접속되고, 제 1 챔버 입구 라인이 제 2 밸브 구성과 플라즈마 처리 챔버 사이에 접속된다. 제 1 배기 라인이 제 1 밸브 구성과 제 2 밸브 구성 사이의 위치에서 제 1 가스 라인에 접속된다. 제 2 배기 라인이 제 1 밸브 구성과 제 2 밸브 구성 사이의 위치에서 제 2 가스 라인에 접속된다. 제 1 배기 라인 및 제 2 배기 라인은 진공 라인과 유체 연결된다. 제어기는 제 1 밸브 구성 및 제 2 밸브 구성을 작동시켜, 제 2 가스가 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안 가스 혼합물을 가스 공급부로부터 제 1 가스 라인을 통해 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하거나; 또는, 제 1 가스 라인이 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안 가스 혼합물을 가스 공급부로부터 제 2 가스 라인을 통해 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다.
플라즈마, 에칭, 가스 분배, 챔버
Description
본 출원은, 35 U.S.C. 119 에 의해, 2007년 8월 29일 출원되고, 발명의 명칭이 "ALTERNATE GAS DELIVERY AND EVACUATION SYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUSES" 이며, 본 명세서에 참조로서 통합된 미국 가특허출원 제 60/935,750 호에 대해 우선권을 주장한다.
플라즈마 처리 챔버, 그 챔버에 가스 혼합물들을 공급하는 가스 소스, 및 그 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하는 에너지 소스를 포함하는 플라즈마 처리 장치에서 반도체 구조들이 처리된다. 반도체 구조들은, 건식 에칭 처리, 화학 증착 (CVD), 물리 증착, 또는 금속, 유전체 및 반도체 재료의 플라즈마 화학 기상 증착 (PECVD) 과 같은 증착 처리, 및 레지스트 스트리핑 처리를 포함하는 기술에 의해 이러한 장치에서 처리된다. 이러한 처리 기술들 및 상이한 재료의 반도체 구조들의 처리를 위해 상이한 처리 가스들이 사용된다.
특정 에칭 애플리케이션에 있어서는, 동일한 반도체 웨이퍼를 동일한 플라즈마 처리 챔버 (140A, 140B, 140C) 에서 상이한 가스 화학물질들의 다수의 플라즈마로 연속적으로 에칭하는 것이 필요하다. 예를 들어, 2 단계의 에칭 레시피는, 제 1 가스 혼합물로 제 1 플라즈마를 생성하고 그 후 제 2 가스 혼합물로 제 2 플라즈마를 생성하는 것을 요구할 수도 있다. 제 1 가스 혼합물에 의한 플라즈마 에칭이 완료된 후, 제 1 가스 혼합물의 플로우는 중단되고, 제 1 플라즈마는 소멸된다. 제 2 플라즈마가 제 2 가스 혼합물에 의해 생성되어, 그 동일한 웨이퍼를 추가적으로 에칭한다. 임의의 특정 가스 조성물에 대한 총 에칭 시간은 약 1 내지 2 분 사이일 수 있다. 그러나, 가스 분배 시스템이 제 1 가스 혼합물 및 제 2 가스 혼합물을 동일한 가스 라인들을 통해 분배하면, 제 1 가스 혼합물의 잔여물이 제 2 가스 혼합물을 오염시켜, 플라즈마 가스 화학물질을 변경하고, 에칭 프로파일에 악영향을 미칠 수 있다.
가스 혼합물들의 오염을 방지하기 위한 하나의 접근방법은, 제 1 가스 혼합물로부터 제 2 가스 혼합물로의 체인지오버 이전에 그 가스 라인들을 배기함으로써 처리 가스 잔여물들을 세정하는 것이다. 가스 라인들은, 그 가스 라인들과 유체 연결되며 가스 라인들을 약 30 Torr 미만의 압력으로 배기하는 진공 펌프에 의해 배기될 수 있다. 가스 라인들의 길이 및 원하는 압력에 따라, 이 배기 단계는 전반적 웨이퍼 처리에서의 체인지오버 시간을 도입할 수 있다. 예를 들어, 제 1 처리의 플로우의 중단과 제 2 가스 혼합물의 플로우의 개시 사이의 체인지오버 시간은, 가스 소스로부터 플라즈마 처리 챔버까지 약 8 미터인 가스 라인들에 대해 약 10 내지 약 15 초 사이일 수 있다. 총 에칭 시간이 약 60 초이면, 가스 라인들의 배기와 관련된 15 초의 체인지오버 시간은, 전체 에칭 시간의 1/4 을 나타내기 때문에 현저한 지연이다. 대용량 반도체 웨이퍼 처리 설비에 있어서, 이 체인지오버 시간은, 하루에 100 개의 웨이퍼까지 플라즈마 에칭 장치의 전체 처리율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단과 제 2 가스 혼합물의 플로우 사이의 체인지오버 시간이 약 10 초 미만, 바람직하게는 약 5 초 미만, 더 바람직하게는 약 3 초 미만인, 다수의 처리 가스를 분배하는 가스 분배 시스템이 요구된다.
가스 혼합물을 플라즈마 처리 챔버에 공급하는 가스 분배 시스템이 제공된다. 제 1 밸브 구성이 제 1 가스 라인 및 제 2 가스 라인의 업스트림 말단 (end) 들에 접속된다. 제 2 밸브 구성이 제 1 가스 라인 및 제 2 가스 라인의 다운스트림 말단들에 접속된다. 제 1 가스 분배 출구 라인이 가스 공급부와 제 1 밸브 구성 사이에 접속되고, 제 1 챔버 입구 라인이 제 2 밸브 구성과 플라즈마 처리 챔버 사이에 접속된다. 제 1 배기 라인이 제 1 밸브 구성과 제 2 밸브 구성 사이의 위치에서 제 1 가스 라인에 접속된다. 제 2 배기 라인이 제 1 밸브 구성과 제 2 밸브 구성 사이의 위치에서 제 2 가스 라인에 접속된다. 제 1 배기 라인 및 제 2 배기 라인은 진공 라인과 유체 연결된다. 제어기는, 제 1 밸 브 구성 및 제 2 밸브 구성을 작동시켜, 제 2 가스가 진공 라인에 의해 선택적으로 방출되는 동안, 가스 혼합물을 가스 공급부로부터 제 1 가스 라인을 따라 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하거나; 또는 제 1 가스 라인이 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 가스 혼합물을 가스 공급부로부터 제 2 가스 라인을 따라 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다.
또 다른 실시형태에서는, 가스 분배 시스템을 포함하는 플라즈마 처리 챔버에서 반도체 웨이퍼를 처리하는 방법이 제공된다. 반도체 웨이퍼가 플라즈마 처리 챔버에 배치된다. 제 1 가스 혼합물이 제 1 가스 라인에 의해 플라즈마 처리 챔버로 흐르고, 이와 동시에, 제 2 가스 라인을 진공 라인에 의해 방출시킨다. 제 1 플라즈마가 제 1 가스 혼합물에 의해 생성된다. 웨이퍼는 제 1 플라즈마에 의해 처리되고, 그 제 1 플라즈마는 소멸된다. 제 1 가스 라인 내의 제 1 가스 혼합물의 플로우가 중단된다. 제 1 가스 라인 내의 제 1 가스 혼합물의 플로우가 중단되고 약 10 초 이내에 제 2 가스 혼합물이 제 2 가스 라인에 의해 플라즈마 처리 챔버로 흐르고, 이와 동시에 제 1 가스 라인이 진공 라인에 의해 배기된다. 제 2 플라즈마가 제 2 가스 혼합물에 의해 생성된다. 웨이퍼는 제 2 플라즈마에 의해 처리되고, 제 2 플라즈마는 제 2 가스 라인 내의 제 2 가스 혼합물의 플로우의 중단에 의해 소멸된다.
본 발명에 따르면, 교번 쌍의 가스 라인들은 단일 쌍의 가스 라인들과 관련된 배기 시간에 비해, 가스 혼합물의 플로우가 완료된 이후 배기 시간 지연을 현저 하게 감소시킨다.
예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 형성된 반도체 디바이스들과 같은 반도체 재료들을 처리하는 플라즈마 처리 장치들은, 에칭, 증착, 레지스트 스트리핑 등과 같은 다양한 처리 단계들이 수행될 수 있는 플라즈마 처리 챔버, 및 그 플라즈마 처리 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 분배 시스템을 포함한다. 이 가스 분배 시스템은, 플라즈마 처리 동안 웨이퍼의 표면에 걸쳐, 단일 영역에, 또는 중심 (내부) 및 에지 (외부) 와 같은 다중 영역에 가스를 분배할 수 있다. 이 가스 분배 시스템은, 동일하거나 상이한 처리 가스 또는 가스 혼합물의 상기 영역들로의 플로우의 비율을 제어하여, 가스 플로우 및 가스 조성의 기판 전체에 걸친 균일성에 대한 인-프로세스 조절을 가능하게 하는 플로우 제어기들을 포함할 수 있다.
도 1a 는 예시적인 반도체 재료 플라즈마 처리 챔버 (140A) 를 도시한다. 플라즈마 처리 챔버 (140A) 는, 플라즈마 처리 동안 웨이퍼 (16) 가 지지되는 기판 지지부 (14) 를 포함하는 내부를 포함한다. 기판 지지부 (14) 는, 처리 동안 웨이퍼 (16) 를 기판 지지부 (14) 상에 클램핑하도록 동작할 수 있는 클램핑 디바이스, 바람직하게는, 정전 척 (18) 을 포함한다. 웨이퍼는, 본 명세서에 참조로 통합된 공동 소유의 미국 특허 제 6,984,288 호에 개시된 포커스 링 및/또는 에지 링 (미도시) 에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 1a 에 도시된 예시적인 플라즈마 처리 챔버 (140A) 는, 그 플라즈마 맴버 의 벽을 형성하는 상판 (20) 및 그 상판에 부착된 샤워헤드 전극 (22) 을 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함한다. 배플 어셈블리가 샤워헤드 전극 (22) 과 상판 (20) 사이에 위치되어, 샤워헤드의 백사이드 (28) 에 처리 가스를 균일하게 분배한다. 배플 어셈블리는 하나 이상의 배플판을 포함할 수 있다. 이 실시형태에서, 이 배플 어셈블리는 배플판 (30A, 30B) 을 포함한다. 개방된 플레넘 (48A, 48B) 이 배플판 (30A, 30B); 및 배플판 (30B) 과 샤워헤드 전극 (22) 사이에 규정된다. 배플판 (30A, 30B) 및 샤워헤드 전극 (22) 은 플라즈마 처리 챔버 (140A) 의 내부로 처리 가스를 흐르게 하는 관통 경로를 포함한다.
도 1a 의 실시형태에서, 상판 (20) 과 배플판 (30A) 사이의 플레넘 및 배플판 (30A, 30B) 사이의 플레넘 (48A, 48B) 은 O-링과 같은 밀봉 (38A, 38B, 38C) 에 의해 중심 영역 (42) 및 에지 영역 (46) 으로 분할된다. 중심 영역 (42) 및 에지 영역 (46) 에는, 상이한 각각의 가스 화학물질 및/또는 유량을 갖는 처리 가스가 가스 소스 (130A; 예를 들어, 다수의 가스 소스들을 포함하는 가스 분배 패널) 에 의해 공급될 수 있다. 가스는, 제 1 가스 라인 (110A) 으로부터 중심 영역 (42) 에 공급되고, 제 2 가스 라인 (112A) 으로부터 환형 채널 (44) 을 통해 에지 영역 (46) 에 공급된다.
처리 가스는 배플판 (30A, 30B) 및 샤워헤드 전극 (22) 내의 경로들을 통해 플라즈마 처리 챔버 (140A) 의 내부로 흐른다. 다음으로, 처리 가스는, 샤워헤드 전극 (22) 을 구동하는 RF 소스와 같은 전원 (52), 및/또는 하나 이상의 주파수 (예를 들어, 2 MHz, 13.56 MHz, 60 MHz) 로 기판 지지부 (14) 내의 전극을 구동하 는 하나 이상의 주파수 (예를 들어, 2 MHz, 13.56 MHz, 60 MHz) 의 전원 (54) 에 의해 에너지가 공급되어, 플라즈마 상태가 된다. 샤워헤드 전극 (22) 에 인가되는 RF 전력은, 상이한 가스 조성물들이 플라즈마 처리 챔버 (140A) 에 공급되는 경우와 같이 상이한 처리 단계들을 수행하도록 변경될 수 있다.
일 실시형태에서는, 2 개의 RF 소스들로부터 샤워헤드 전극 (22) 및/또는 기판 지지부 (14) 에 RF 에너지를 공급함으로써 플라즈마 처리 챔버 (140A) 의 내부에서 플라즈마가 생성될 수 있고, 또는, 샤워헤드 전극 (22) 은 전기적으로 접지되고, 기판 지지부 (14) 에는 단일 주파수 또는 다수의 주파수들의 RF 에너지가 공급될 수 있다.
도 1b 는, 가스 공급부 (130B) 로부터, 반도체 웨이퍼 (미도시) 를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 (140B) 의 중심 영역 및 에지 영역으로의 가스 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 가스 혼합물들은 제 1 가스 라인 (110B) 및 제 2 가스 라인 (112B) 를 따라 각각 플라즈마 처리 챔버 (140B) 의 중심 영역들 및 에지 영역들에 전달된다. 플라즈마 처리 챔버 (140B) 의 압력은 터보분자 펌프 (150B) 및 러핑 펌프 (152B) 에 의해 진공 압력 (예를 들어, 50 내지 200 mTorr) 으로 유지된다. 터보분자 펌프 (150B) 및 러핑 펌프 (152B) 에 의해 플라즈마 처리 챔버 (140B) 및 가스 라인들로부터 제거된 가스는 방출 설비 시스템으로 릴리스된다.
예를 들어, 가스 공급부 (130B) 는, 건식 에칭에 사용되는 다수의 가스 소스들을 포함하는 가스 분배 패널일 수 있고, 각각의 가스 소스는 제 1 가스 라인 (110B) 및 제 2 가스 라인 (112B) 과 유체 연결된다. 개별적 가스들이 제 1 가스 라인 (110B) 및 제 2 가스 라인 (112B) 을 따라 전달되기 전에 미리 혼합될 수 있다. 또한, 가스 공급부 (130B) 는, 각각의 가스의 플로우를 조절하는 매스 플로우 제어기와 같은 플로우 제어 디바이스들을 갖는 가스 매니폴드를 포함할 수 있다. 가스의 예로는, 하이드로카본 가스 (예를 들어, CXHY), 플루오로카본 가스 (예를 들어, CXFY), 하이드로플루오로카본 가스 (예를 들어, CXHYFZ), 할로겐 함유 가스 (예를 들어, NF3, HBr, Cl2), 산소 함유 가스 (예를 들어, O2), 질소 함유 가스 (예를 들어, N2, NH3), 또는 불활성 가스 (예를 들어, He, Ar) 가 포함된다. 가스 혼합물들은, 예를 들어, 본 명세서에 참조로 그 전체가 통합된, 공동 소유의 미국 특허 출원 공개 공보 제 2005/0241763 호 및 2007/0066038 호의 고속 스위칭 가스 시스템에 의해 전달될 수 있다.
또 다른 실시형태에서는, 도 1a 의 배플판 (30A, 30B) 이, 단일 가스 소스 라인에 의해 공급되는, 다수의 영역들 (즉, 중심 영역 (42) 및 에지 영역 (46)) 이 아닌 단일 영역을 포함한다. 도 1c 는, 가스 공급부 (130C) 로부터, 반도체 웨이퍼 (미도시) 를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 (140C) 의 단일 영역으로의 가스 전달 시스템의 실시형태를 도시한다. 가스 혼합물은 단일 가스 라인 (110C) 을 따라 플라즈마 처리 챔버 (140C) 에 전달된다. 가스 처리 챔버 (140C) 의 압력은 터보분자 펌프 (150C) 및 러핑 펌프 (152C) 에 의해 진공 압력 (예를 들어, 50 내지 200 mTorr) 으로 유지된다. 터보분자 펌프 (150C) 및 러핑 펌프 (152C) 에 의해 플라즈마 처리 챔버 (140C) 및 가스 라인들로부터 제거된 가스는 방출 설비 시스템으로 릴리스된다.
특정 에칭 애플리케이션에 있어서는, 동일한 반도체 웨이퍼를 동일한 플라즈마 처리 챔버 (140A, 140B, 140C) 에서 상이한 가스 화학물질들의 다수의 플라즈마로 연속적으로 에칭하는 것이 필요하다. 예를 들어, 2 단계의 에칭 레시피는, 제 1 가스 혼합물로 제 1 플라즈마를 생성하고 그 후 제 2 가스 혼합물로 제 2 플라즈마를 생성하는 것을 요구할 수도 있다. 제 1 가스 혼합물에 의한 플라즈마 에칭이 완료된 후, 제 1 가스 혼합물의 플로우는 중단되고, 제 1 플라즈마는 소멸된다. 제 2 플라즈마가 제 2 가스 혼합물에 의해 생성되어, 그 동일한 웨이퍼를 추가적으로 에칭한다. 임의의 특정 가스 조성물에 대한 총 에칭 시간은 약 1 내지 2 분 사이일 수 있다. 그러나, 가스 분배 시스템이 제 1 가스 혼합물 및 제 2 가스 혼합물을 동일한 가스 라인들을 통해 분배하면, 제 1 가스 혼합물의 잔여물이 제 2 가스 혼합물을 오염시켜, 플라즈마 가스 화학물질을 변경하고, 에칭 프로파일에 악영향을 미칠 수 있다.
가스 혼합물들의 오염을 방지하기 위한 하나의 접근방법은, 제 1 가스 혼합물로부터 제 2 가스 혼합물로의 체인지오버 이전에 그 가스 라인들을 배기함으로써 처리 가스 잔여물들을 세정하는 것이다. 가스 라인들은, 그 가스 라인들과 유체 연결되며 가스 라인들을 약 30 Torr 미만의 압력으로 배기하는 진공 펌프에 의해 배기될 수 있다. 가스 라인들의 길이 및 원하는 압력에 따라, 이 배기 단계는 전반적 웨이퍼 처리에서의 체인지오버 시간을 도입할 수 있다. 예를 들어, 제 1 처리의 플로우의 중단과 제 2 가스 혼합물의 플로우의 개시 사이의 체인지오버 시간은, 가스 소스로부터 플라즈마 처리 챔버까지 약 8 미터인 가스 라인들에 대해 약 10 내지 약 15 초 사이일 수 있다. 총 에칭 시간이 약 60 초이면, 가스 라인들의 배기와 관련된 15 초의 체인지오버 시간은, 전체 에칭 시간의 1/4 을 나타내기 때문에 현저한 지연이다. 대용량 반도체 웨이퍼 처리 설비에 있어서, 이 체인지오버 시간은, 하루에 100 개의 웨이퍼까지 플라즈마 에칭 장치의 전체 처리율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단과 제 2 가스 혼합물의 플로우 사이의 체인지오버 시간이 약 10 초 미만, 바람직하게는 약 5 초 미만, 더 바람직하게는 약 3 초 미만인, 다수의 처리 가스를 분배하는 가스 분배 시스템이 요구된다.
도 2a 및 도 2b 는, 주 가스 라인 (제 1 가스 라인 (210)) 과 교번 가스 라인 (제 2 가스 라인 (211)) 사이에서 가스 혼합물의 플로우가 교번하여, 가스 혼합물들을 가스 공급부 (230) 로부터, 반도체 웨이퍼 (미도시) 를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 (240) 로 전달하는 단일 영역용 가스 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 이 플라즈마 처리 챔버 (240) 의 압력은 터보분자 펌프 (250) 및 러핑 펌프 (252) 에 의해 진공 압력 (예를 들어, 50 내지 200 mTorr) 으로 유지된다. 터보분자 펌프 (250) 및 러핑 펌프 (252) 에 의해 플라즈마 처리 챔버 (240) 및 가스 라인들로부터 제거된 가스는 방출 설비 시스템으로 릴리스된다. 이 실시형태에서, 가스 혼합물은 제 1 가스 라인 (210) 을 따라 전달되고, 제 2 가스 라인 (211) 은 이와 동시에 러핑 펌프 (252) 에 의해 배기되며, 그 역도 마찬가지이다. 초기에, 제 1 가스 라인 (210) 및 제 2 가스 라인 (211) 은 배기 상태 (예를 들어, 약 30 Torr, 20 Torr 또는 10 Torr 미만의 진공 압력) 로 유지된다.
도 2a 는, 교번 가스 라인인 제 2 가스 라인 (211) 이 배기되는 동안 (이중 헤드 화살표로 나타냄), 이와 동시에 주 가스 라인인 제 1 가스 라인 (210) 을 통한 제 1 가스 혼합물의 플로우 (단일 헤드 화살표로 나타냄) 를 도시한다. 도 2a 로부터, 제 1 밸브 구성 (212) 및 제 2 밸브 구성 (213) 이 제 1 가스 라인 (210) 및 제 2 가스 라인 (211) 의 업스트림 및 다운스트림 말단에 존재한다. 제 1 가스 분배 출구 라인 (214) 이 가스 공급부 (230) 를 제 1 밸브 구성 (212) 에 접속시킨다. 제 1 챔버 입구 라인 (215) 이 제 2 밸브 구성 (213) 을 플라즈마 처리 챔버 (240) 에 접속시킨다. 제 1 밸브 구성 (212) 및 제 2 밸브 구성 (213) 은 자동으로 동작하여, 제 1 가스 라인 (210) 또는 제 2 가스 라인 (211) 을 따르는 가스 혼합물의 플로우를 제한할 수 있다. 제 1 밸브 구성 (212) 및 제 2 밸브 구성 (213) 의 어두운 영역들은 그 밸브들이 제 2 가스 라인 (211) 으로의 플로우를 셧오프하는 것을 나타낸다. 제 1 밸브 구성 (212) 및 제 2 밸브 구성 (213) 은 이중 작동 3 방향 가스 밸브 (double-actuated three-way gas valve) 일 수 있으며, 여기서, 2 개의 가스 플로우 위치 사이에서 그 밸브들을 동작시키기 위해 전기 신호가 사용된다 (예를 들어, 제 1 가스 혼합물은 제 1 가스 분배 출구 라인 (214) 을 통해 제 1 가스 라인 (210) 또는 제 2 가스 라인 (211) 으로 흐른다). 가스 스위칭을 달성하기 위해 다른 밸브 구성이 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 제 1 가스 분배 출구 라인 (214) 은 제 1 가스 라인 (210) 및 제 2 가스 라인 (211) 의 업스트림 말단에서 2 개의 업스트림 밸브에 접속된 2 개의 브랜치로 분리될 수 있고, 제 1 챔버 입구 라인 (215) 은 제 1 가스 라인 (210) 및 제 2 가스 라인 (211) 의 다운스트림 말단에서 2 개의 다운스트림 밸브에 접속된 2 개의 브랜치로 분리될 수 있다 (예를 들어, Y 형 이중 밸브, 도 2 에는 미도시됨).
또한, 도 2a 는 제 2 가스 라인 (211) 의 동시적 배기를 도시한다. 러핑 펌프 (252) 는 제 1 배기 라인 (216) 및 제 2 배기 라인 (217) 을 따라 각각 제 1 가스 라인 (210) 및 제 2 가스 라인 (211) 에 유체 연결된다. 제 3 밸브 구성 (218) 은, 진공 라인 (219) 과 제 1 배기 라인 (216) 및 제 2 배기 라인 (217) 의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속된다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 제 3 밸브 구성 (218) 은, 어두운 영역에 의해 나타낸 바와 같이, 제 1 배기 라인 (216) 으로의 플로우를 셧오프하여, 제 2 배기 라인 (217) 을 통해 제 2 가스 라인 (211) 을 선택적으로 배기한다. 일 실시형태에서, 제 3 밸브 구성 (218) 은 이중 작동 3 방향 가스 밸브이며, 여기서, 가스 플로우 위치를 사이에서 그 밸브를 동작시키기 위해 전기 신호가 사용된다. 그러나, 원한다면, 제 1 배기 라인 (216) 과 제 2 배기 라인 (217) 의 다운스트림 말단들에 별개의 밸브들이 접속될 수 있고, 진공 라인 (219) 이 이러한 별개의 밸브들에 접속된 2 개의 브랜치로 분리될 수 있다 (예를 들어, Y 형 더블 밸브).
도 2a 로부터, 제어기 (260) 는 제 1 밸브 구성 (212), 제 2 밸브 구성 (213) 및 제 3 밸브 구성 (218) 을 작동시켜, 제 2 가스 라인 (211) 이 러핑 펌프 (250) 에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 제 1 가스 혼합물을 가스 공급부 (230) 로부터 제 1 가스 라인 (210) 을 따라 처리 챔버 (240) 로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다. 제어기 (260) 로부터 각각의 개별적 밸브로의 전기 접속들은 도 2a 에 점선으로 도시되어 있다. 제어기 (260) 는 별개의 컴포넌트일 수도 있고, 가스 공급부 (230) 및/또는 처리 챔버 (240) 와 같은 컴포넌트들에 통합될 수도 있다.
제 1 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버 (240) 에서의 웨이퍼 처리를 위해 제 1 가스 혼합물에 의해 생성된다. 제 1 가스 혼합물에 의한 에칭이 완료된 이후, 제 1 플라즈마는, 가스 공급부 (230) 로부터 제 1 가스 혼합물의 플로우를 중단시킴으로써 소멸된다. 따라서, 제 1 가스 라인 (210) 에서 제 1 가스 혼합물의 플로우 동안 제 2 가스 라인 (211) 이 배기되고, 따라서, 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단 즉시 제 2 가스 혼합물로의 스위치오버가 준비되기 때문에, 제 1 가스 라인 (210) 에서 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단과 제 2 가스 라인 (211) 에서 제 2 가스 혼합물의 플로우의 시작 사이의 체인지오버 시간은, 플라즈마 처리 챔버에 대해 단일 라인을 사용하는 것 (즉, 도 1a 의 실시형태) 에 비해 현저하게 감소될 수 있다.
체인지오버 동안, 제 1 가스 혼합물의 잔여물, 제 2 가스 혼합물 등은, 이 가스 분배 시스템의 제 1 가스 분배 출구 라인 (214) 및 제 1 챔버 입구 라인 (215) 이 배기되지 않기 때문에, 이들 부분에 트랩되어 잔류할 수 있다. 따라서, 제 1 가스 출구 라인 (214) 및 제 1 챔버 입구 라인 (215) 의 길이는 최소화되 어야 한다. 예를 들어, 제 1 가스 라인 (210) 또는 제 2 가스 라인 (211) 이 각각 약 8 미터이면, 제 1 가스 출구 라인 (214) 또는 제 1 챔버 입구 라인 (215) 의 길이는, 제 1 가스 라인 (210) 또는 제 2 가스 라인 (211) 의 길이의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만 (예를 들어, 4% 미만, 3% 미만 또는 2% 미만) 이며, 예를 들어, 약 12 내지 15 센티미터이다.
제 1 압력 스위치 (270) 및 제 2 압력 스위치 (272) 는 제 1 배기 라인 (216) 및 제 2 배기 라인 (217) 을 따라 각각 배열된다. 제 1 압력 스위치 (270) 및 제 2 압력 스위치 (272) 는, 제 1 배기 라인 (210) 또는 제 2 배기 라인 (211) 이 적절하게 배기된 것 (예를 들어, 약 30 Torr, 20 Torr 또는 10 Torr 미만의 진공 압력) 을 보장한다. 예를 들어, 제 1 가스 라인 (210) 을 통한 제 1 가스 혼합물의 플로우 및 제 2 가스 라인 (211) 의 배기 동안, 제 2 압력 스위치 (272) 는, 제 2 가스 라인 (211) 및 제 2 배기 라인 (217) 이 10 Torr 이하의 압력으로 배기될 시점을 나타내는 전기 신호를 제어기 (260) 에 전송한다. 유사하게, 제 2 가스 라인 (211) 을 통한 제 2 가스 혼합물의 플로우 및 제 1 라인 (210) 의 배기 동안, 제 1 압력 스위치 (270) 는, 제 1 가스 라인 (210) 및 제 1 배기 라인 (216) 이 10 Torr 이하의 압력으로 배기될 시점을 나타내는 전기 신호를 제어기 (260) 에 전송한다. 제어기 (260) 로부터 각각의 개별적 압력 스위치로의 전기 접속들은 도 2a 에 점선으로 도시되어 있다.
도 2b 는, 주 가스 라인인 제 1 가스 라인 (210) 이 배기되는 동안 (이중 헤드 화살표로 나타냄), 이와 동시에, 교번 가스 라인인 제 2 가스 라인 (211) 을 통 한 제 2 가스 혼합물의 플로우 (단일 헤드 화살표로 나타냄) 를 도시한다. 제 1 밸브 구성 (212) 및 제 2 밸브 구성 (213) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 가스 공급부 (230) 로부터 제 1 가스 라인 (210) 을 따르는 제 2 가스 혼합물의 플로우를 방지하는 것을 나타낸다. 제 2 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버 (240) 에서의 웨이퍼 처리를 위해 제 2 가스 혼합물에 의해 생성된다.
도 2b 로부터, 제어기 (260) 는, 제 1 압력 스위치 (270) 및 제 2 압력 스위치 (272) 를 모니터링하고 제 1 밸브 구성 (212), 제 2 밸브 구성 (213) 및 제 3 밸브 구성 (218) 을 작동시켜, 제 1 가스 라인 (210) 이 러핑 펌프 (252) 에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 제 2 가스 혼합물을 가스 공급부 (230) 로부터 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다. 제어기 (260) 로부터 각각의 개별적 밸브로의 전기 접속들은 도 2b 에 점선으로 도시되어 있다.
도 2b 는 또한 제 1 가스 라인 (210) 의 동시적 배기를 도시한다. 도 2b 에 도시된 바와 같이, 제 3 밸브 구성 (218) 은, 어두운 영역에 의해 나타낸 바와 같이, 제 2 배기 라인 (217) 에 대해 폐쇄되어, 제 1 가스 라인 (210) 을 선택적으로 배기한다. 제 2 가스 혼합물에 의한 에칭이 완료된 이후, 제 2 플라즈마는 소멸되고, 가스 공급부 (230) 로부터의 제 2 가스 혼합물의 플로우가 중단된다. 따라서, 제 1 가스 라인 (210) 이, 제 2 가스 혼합물의 플로우가 완료된 이후가 아닌 제 2 가스 라인 (211) 에서 제 2 가스 혼합물의 플로우 동안 배기되기 때문에, 제 2 가스 혼합물의 플로우의 중단과 제 1 가스 라인 (210) 에서 임의의 추가적 가스 혼합물의 플로우와의 사이의 체인지오버 시간은 현저하게 감소된다.
원한다면, 제 1 가스 라인 (210) 을 통해 플라즈마 처리 챔버 (240) 로 제 3 가스를 흐르게 함으로써 추가적인 처리 단계들이 수행될 수 있다. 도 2a 의 실시형태에 도시된 바와 같이, 제 3 가스 혼합물은 제 1 가스 라인 (210) 을 통해 흐르고 (단일 헤드 화살표로 나타냄), 이와 동시에 제 2 가스 라인 (211) 이 배기된다 (이중 헤드 화살표로 나타냄). 제 3 플라즈마가 플라즈마 처리 챔버 (240) 에서의 웨이퍼 처리를 위해 제 3 가스 혼합물에 의해 생성된다.
제 1 가스 라인 (210) 과 제 2 가스 라인 (211) 사이에서 가스 분배를 교번하는 처리는, 웨이퍼의 다중 단계 처리가 완료될 때까지 제 4 가스 혼합물, 제 5 가스 혼합물 등의 플라즈마 처리 챔버 (240) 로의 분배를 위해 추가적으로 구현될 수 있다.
도 3a 및 도 3b 는, 플라즈마 처리 챔버 (340) 에 대한 중심 영역 및 그 중심 영역을 둘러싸는 에지 영역으로의 가스 전달을 위해, 제 1 가스 라인 (310), 제 2 가스 라인 (311), 제 3 가스 라인 (320) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 포함하는 가스 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 플라즈마 처리 챔버 (340) 내의 압력은 터보분자 펌프 (350) 및 러핑 펌프 (352) 에 의해 진공 압력 (예를 들어, 용량적으로 커플링된 플라즈마 처리 챔버에 대해 50 내지 200 mTorr) 으로 유지된다. 터보분자 펌프 (350) 및 러핑 펌프 (352) 에 의해 플라즈마 처리 챔버 (340) 및 가스 라인들로부터 제거된 가스들은 방출 설비 시스템으로 릴리스된다. 제 1 가스 라인 (310) 및 제 2 가스 라인 (311) 은 플라즈마 처리 챔버 (340) 의 중심 영역으로 처리 가스를 전달한다. 제 3 가스 라인 (320) 및 제 4 가스 라 인 (321) 은 플라즈마 처리 챔버 (340) 의 에지 영역으로 처리 가스를 전달한다.
상이한 가스 혼합물들의 플로우는: (1) 2 개의 주 가스 라인들, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320); 과 (2) 2 개의 교번 가스 라인들, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 사이에서 교번하여, 가스 혼합물을 가스 공급부 (330) 로부터 반도체 웨이퍼 (미도시) 를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 (340) 로 전달한다. 이 실시형태에서, 가스 혼합물은 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 따라 전달되고, 이와 동시에, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 은 러핑 펌프 (352) 에 의해 배기되며, 그 역 또한 마찬가지이다. 초기에, 모든 4 개의 가스 라인들은 배기 상태 (예를 들어, 약 30 Torr, 20 Torr, 10 Torr 미만의 진공 압력) 으로 유지된다.
도 3a 는, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 이 배기되는 동안 (단일 헤드 화살표로 나타냄) 이와 동시에 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 통한 제 1 가스 혼합물의 플로우 (이중 헤드 화살표로 나타냄) 를 도시한다.
도 3a 로부터, 제 1 밸브 구성 (312) 및 제 2 밸브 구성 (313) 은 제 1 가스 라인 (310) 및 제 2 가스 라인 (311) 의 업스트림 및 다운스트림 말단에 접속된다. 제 1 가스 분배 출구 라인 (314) 은 가스 공급부 (330) 와 제 1 밸브 구성 (312) 사이에 접속되고; 제 1 챔버 입구 라인 (315) 은 제 2 밸브 구성 (313) 과 플라즈마 처리 챔버 (340) 사이에 접속된다. 또한, 제 3 밸브 구성 (322) 및 제 4 밸브 구성 (323) 은 제 3 가스 라인 (320) 및 제 4 가스 라인 (321) 의 업스 트림 및 다운스트림 말단에 접속된다. 제 2 가스 분배 출구 라인 (324) 은 가스 공급부 (330) 와 제 3 밸브 구성 (322) 사이에 접속되고; 제 2 챔버 입구 라인 (325) 은 제 4 밸브 구성 (323) 과 플라즈마 처리 챔버 (340) 사이에 접속된다.
러핑 펌프 (352) 는, 제 1 배기 라인 (316), 제 2 배기 라인 (317), 제 3 배기 라인 (326) 및 제 4 배기 라인 (327) 을 따라, 각각 제 1 가스 라인 (310), 제 2 가스 라인 (311), 제 3 가스 라인 (320) 및 제 4 가스 라인 (321) 과 유체 연결된다. 제 5 밸브 구성 (318) 이 진공 라인 (319) 과 제 1 배기 라인 (316) 및 제 3 배기 라인 (326) 의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속된다. 제 6 밸브 구성 (328) 이 진공 라인 (319) 와 제 2 배기 라인 (317) 및 제 4 배기 라인 (327) 의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속된다. 진공 라인 (319) 은 제 5 밸브 구성 (318), 제 6 밸브 구성 (328) 및 러핑 펌프 (352) 사이에 접속된다.
제 1 밸브 구성 (312) 및 제 2 밸브 구성 (313) 은 제 1 가스 라인 (310) 또는 제 2 가스 라인 (311) 을 따라 가스 혼합물의 플로우를 제한하여, 가스 혼합물을 플라즈마 처리 챔버 (340) 의 중심 영역으로 분배한다. 유사하게, 제 3 밸브 구성 (322) 및 제 4 밸브 구성 (323) 은 제 3 가스 라인 (320) 또는 제 4 가스 라인 (321) 을 따라 가스 혼합물의 플로우를 제한하여, 가스 혼합물을 플라즈마 처리 챔버 (340) 의 에지 영역으로 분배한다. 제 1 밸브 구성 (312) 및 제 2 밸브 구성 (313) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 가스 공급부 (330) 으로부터 제 2 가스 라인 (311) 으로의 가스의 플로우를 방지함을 나타낸다. 유사하게, 제 3 밸브 구성 (322) 및 제 4 밸브 구성 (323) 의 어두운 부분들은, 이 밸브들이 가스 공급부 (330) 로부터 제 4 가스 라인 (321) 으로의 가스의 플로우를 방지함을 나타낸다. 일 실시형태에서, 제 1 밸브 구성 (312), 제 2 밸브 구성 (313), 제 3 밸브 구성 (322) 및 제 4 밸브 구성 (323) 은 이중 작동 3 방향 가스 밸브일 수 있고, 여기서, 이 밸브들을 2 개의 가스 플로우 위치 사이에서 작동시키기 위해 전기 신호가 사용된다. 그러나, 이러한 3 방향 밸브들은 전술한 바와 같이, 1 쌍의 밸브 (예를 들어, Y 형 이중 밸브) 와 같은 다른 밸브 구성으로 대체될 수 있다.
또한, 도 3a 는 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 의 동시적 배기를 도시한다. 제 5 밸브 구성 (318) 은, 제 1 배기 라인 (316) 및 제 3 배기 라인 (326) 을 따라 진공 라인 (319) 으로의 가스의 플로우를 방지하기 위해 폐쇄된다 (어두운 영역들로 나타냄). 제 6 밸브 구성 (328) 은 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 선택적으로 배기하기 위해 개방된다. 일 실시형태에서, 제 5 밸브 구성 (318) 및 제 6 밸브 구성 (328) 은 단일 동작 3 방향 가스 밸브이며, 여기서, 단일한 전기 신호가 모든 3 개의 입구들을 개방 또는 폐쇄한다. 그러나, 제 1 배기 라인 (316), 제 2 배기 라인 (317), 제 3 배기 라인 (326) 및 제 4 배기 라인 (327) 에 대해 개별적 밸브들과 같은 다른 밸브 구성 (예를 들어, Y 형 이중 밸브) 이 사용될 수 있다.
도 3a 로부터, 제어기 (360) 는 제 1 밸브 구성 (312), 제 2 밸브 구성 (313), 제 3 밸브 구성 (322), 제 4 밸브 구성 (323), 제 5 밸브 구성 (318) 및 제 6 밸브 구성 (328) 을 동작시켜, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 이 러핑 펌프 (352) 에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 제 1 가스 혼합물을 제 1 가스 공급부 (330) 로부터 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 따라 처리 챔버 (340) 로 흐르게 하도록 동작할 수 있다. 제어기 (360) 로부터 각각의 개별적 밸브로의 전기 접속들이 도 3a 에 점선으로 도시되어 있다.
제 1 플라즈마가 플라즈마 처리 챔버 (340) 에서의 웨이퍼 처리를 위해 제 1 가스 혼합물에 의해 생성된다. 제 1 가스 혼합물에 의한 에칭이 완료된 이후, 제 1 플라즈마는 가스 공급부 (330) 로부터의 제 1 가스 혼합물의 플로우를 중단시킴으로써 소멸된다. 따라서, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 에서 제 1 가스 혼합물의 플로우 동안 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 이 배기되고, 따라서, 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단 즉시 제 2 가스 혼합물로의 스위치오버가 준비되기 때문에, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 에서 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단과 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 에서 제 2 가스 혼합물의 플로우의 시작과의 사이의 체인지오버 시간은 플라즈마 처리 챔버에 대해 단일 라인을 사용하는 것 (즉, 도 1b 의 실시형태) 에 비해 현저하게 감소될 수 있다.
제 1 가스 혼합물, 제 2 가스 혼합물 등의 잔여물은, 가스 분배 시스템의 제 1 가스 출구 라인 (314), 제 1 챔버 입구 라인 (315), 제 2 가스 출구 라인 (324) 및 제 2 챔버 입구 라인 (325) 이 배기되지 않기 때문에, 이들 부분들에서 트랩되어 잔류할 수 있다. 제 1 가스 혼합물의 제 2 가스 혼합물로의 체인지오버 동안 이러한 잔여 가스를 최소화하기 위해, 제 1 가스 출구 라인 (314), 제 1 챔버 입구 라인 (315), 제 2 가스 출구 라인 (324) 및 제 2 챔버 입구 라인 (325) 의 길 이는 최소화되어야 한다. 예를 들어, 제 1 가스 라인 (310), 제 2 가스 라인 (311), 제 3 가스 라인 (320) 또는 제 4 가스 라인 (321) 이 각각 약 8 미터이면, 제 1 가스 출구 라인 (314), 제 1 챔버 입구 라인 (315), 제 2 가스 출구 라인 (324) 또는 제 2 챔버 입구 라인 (325) 의 길이는, 제 1 가스 라인 (310), 제 2 가스 라인 (311), 제 3 가스 라인 (320) 또는 제 4 가스 라인 (321) 의 길이의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만 (예를 들어, 4% 미만, 3% 미만 또는 2% 미만) 이며, 예를 들어, 약 12 내지 15 센티미터이다.
제 1 압력 스위치 (370), 제 2 압력 스위치 (372), 제 3 압력 스위치 (374) 및 제 4 압력 스위치 (376) 는 각각 제 1 배기 라인 (316), 제 2 배기 라인 (317), 제 3 배기 라인 (326) 및 제 4 배기 라인 (327) 을 따라 배열된다. 압력 스위치는 가스 체인지오버가 발생하기 이전에: (1) 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320); 및 (2) 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 이 적절하게 배기된 것 (예를 들어, 30 Torr, 20 Torr 또는 10 Torr 미만의 진공 압력) 을 보장하기 위해 제어기 (360) 에 신호를 출력한다. 예를 들어, 제 1 가스 혼합물의 플로우가 제 1 가스 라인 (310) 및 제 2 가스 라인 (320) 을 통해 시작하기 이전에, 제어기 (360) 는 제 1 압력 스위치 (370) 및 제 3 압력 스위치 (374) 로부터의 신호들을 모니터링하여, 제 1 배기 라인 (316), 제 3 배기 라인 (326), 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 이 10 Torr 미만의 압력으로 배기된 것을 보장한다. 유사하게, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 통한 제 2 가스 혼합물의 플로우가 시작하기 이전에, 제어기 (360) 는 제 2 압력 스위치 (372) 및 제 4 압력 스위치 (376) 로부터의 신호들을 모니터링하여, 제 2 배기 라인 (317), 제 4 배기 라인 (318), 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 이 10 Torr 미만의 압력으로 배기된 것을 보장한다. 제어기 (360) 로부터 각각의 개별적 압력 스위치로의 전기 접속들이 도 3a 에 점선으로 도시되어 있다.
도 3b 는, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 이 동시에 배기되는 동안 (이중 헤드 화살표로 나타냄), 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 통한 제 2 가스 혼합물의 플로우 (단일 헤드 화살표로 나타냄) 를 도시한다. 제 1 밸브 구성 (312) 및 제 2 밸브 구성 (313) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 가스 공급부 (330) 로부터 제 1 가스 라인 (310) 을 따라 플라즈마 처리 챔버 (340) 로의 가스의 플로우를 방지하는 것을 나타낸다. 유사하게, 제 3 밸브 구성 (322) 및 제 4 밸브 구성 (323) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 가스 공급부 (330) 로부터 제 3 가스 라인 (320) 을 따라 플라즈마 챔버 (340) 로의 가스의 플로우를 방지하는 것을 나타낸다. 제 2 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버 (340) 에서의 웨이퍼 처리를 위해 제 2 가스 혼합물에 의해 생성된다.
도 3b 로부터, 제어기 (360) 는 제 1 밸브 구성 (312), 제 2 밸브 구성 (313), 제 3 밸브 구성 (322), 제 4 밸브 구성 (323), 제 5 밸브 구성 (318) 및 제 6 밸브 구성 (328) 을 작동시켜, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 이 러핑 펌프 (352) 에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 제 2 가스 혼합물을 가스 공급부 (330) 로부터 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 따라 플라즈마 처리 챔버 (340) 에 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다. 제어기 (360) 로부터 각각의 개별적 밸브로의 전기 접속들은 도 3b 에 점선으로 도시되어 있다.
원한다면, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 통해 플라즈마 처리 챔버 (340) 로 제 3 가스 혼합물을 흐르게 함으로써 추가적인 처리 단계들이 수행될 수 있다. 도 3a 의 실시형태에 도시된 바와 같이, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 가스 라인 (321) 이 동시에 배기되는 동안 (이중 헤드 화살표로 나타냄), 제 3 가스 혼합물은 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 통해 흐른다 (단일 헤드 화살표로 나타냄). 제 1 밸브 구성 (312) 및 제 2 밸브 구성 (313) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 제 2 가스 라인 (311) 을 따라 폐쇄 위치에 있음을 나타낸다. 유사하게, 제 6 밸브 구성 (328) 은, 어두운 영역들에 의해 나타낸 바와 같이, 제 2 배기 라인 (317) 및 제 4 배기 라인 (327) 을 따라 폐쇄되어, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 선택적으로 배기한다. 제 3 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버 (340) 에서의 웨이퍼의 처리를 위해 제 3 가스 혼합물에 의해 생성된다.
(1) 2 개의 주 가스 라인들, 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320); 과 (2) 2 개의 교번 가스 라인들, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 사이에서 가스 분배를 교번하는 이 프로세스는, 웨이퍼의 다중 단계 처리가 완료되기 전까지 제 4 가스 혼합물, 제 5 가스 혼합물 등의 플라즈마 처리 챔버 (340) 로의 분배를 위해 추가적으로 구현될 수 있다.
도 4a 및 4b 는, 중심 영역 및 에지 영역으로의 가스 전달을 위한 제 1 가스 라인 (410), 제 2 가스 라인 (411), 제 3 가스 라인 (420) 및 제 4 가스 라인 (421) 을 포함하는 가스 전달 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한다. 제 1 가스 라인 (410) 및 제 2 가스 라인 (411) 은 처리 가스들을 플라즈마 처리 챔버 (440) 의 중심 영역으로 전달한다. 제 3 가스 라인 (420) 및 제 4 가스 라인 (421) 은 처리 가스들을 플라즈마 처리 챔버 (440) 의 에지 영역으로 전달한다.
가스 혼합물들의 플로우는, 가스 혼합물들을 가스 공급부 (430) 로부터 반도체 웨이퍼 (미도시) 를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 (440) 로 전달하는: (1) 2 개의 주 가스 라인들, 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420); 과 (2) 2 개의 교번 가스 라인들, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 사이에서 교번한다. 이 실시형태에서는, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 러핑 펌프 (452) 에 의해 동시에 배기되는 동안, 가스 혼합물이 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 을 따라 전달되고, 그 역 또한 마찬가지이다. 초기에는, 플라즈마 처리 챔버 (440) 에서 웨이퍼의 플라즈마 처리 이전에, 제 1 가스 라인 (410), 제 2 가스 라인 (411), 제 3 가스 라인 (420) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 배기 상태 (예를 들어, 약 30 Torr, 20 Torr 또는 10 Torr 미만의 진공 압력) 로 유지된다.
도 4a 는, 2 개의 교번 가스 라인들, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 동시에 배기되는 동안 (이중 헤드 화살표로 나타냄), 2 개의 주 가스 라인들, 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 을 통한 제 1 가스 혼합물의 플로우 (단일 헤드 화살표로 나타냄) 를 도시한다.
도 4a 로부터, 제 1 밸브 구성 (412) 및 제 2 밸브 구성 (413) 은 제 1 가스 라인 (410) 및 제 2 가스 라인 (411) 의 업스트림 및 다운스트림 말단들에 접속된다. 제 1 가스 출구 라인 (414) 은 가스 공급부 (430) 와 제 1 밸브 구성 (412) 사이에 접속되고; 제 1 챔버 입구 라인 (415) 은 제 2 밸브 구성 (413) 과 플라즈마 처리 챔버 (440) 사이에 접속된다. 러핑 펌프 (452) 는 제 1 배기 라인 (416) 및 제 2 배기 라인 (417) 을 따라 각각 제 1 가스 라인 (410) 및 제 2 가스 라인 (411) 과 유체 연결된다. 제 3 밸브 구성 (418) 은 진공 라인 (419) 과 제 1 배기 라인 (416) 및 제 2 배기 라인 (417) 의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속된다.
또한, 제 4 밸브 구성 (422) 및 제 5 밸브 구성 (423) 은 제 3 가스 라인 (420) 및 제 4 가스 라인 (421) 의 업스트림 및 다운스트림 말단들에 접속된다. 제 2 가스 출구 라인 (424) 은 가스 공급부 (430) 와 제 4 밸브 구성 (422) 사이에 접속되고; 제 2 챔버 입구 라인 (425) 은 제 5 밸브 구성 (423) 과 플라즈마 처리 챔버 (440) 사이에 접속된다. 러핑 펌프 (452) 는 제 3 배기 라인 (426) 및 제 4 배기 라인 (427) 을 따라 각각 제 3 가스 라인 (420) 및 제 4 가스 라인 (421) 과 유체 연결된다. 제 6 밸브 구성 (428) 은 진공 라인 (419) 과 제 3 배기 라인 (426) 및 제 4 배기 라인 (427) 의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속된다.
제 1 밸브 구성 (412) 및 제 2 밸브 구성 (413) 은, 플라즈마 처리 챔버 (440) 의 중심 영역에 가스 혼합물들을 분배하는 제 1 가스 라인 (410) 또는 제 2 가스 라인 (411) 을 따르는 가스 혼합물들의 플로우를 제한한다. 유사하게, 제 4 밸브 구성 (422) 및 제 5 밸브 구성 (423) 은, 플라즈마 처리 챔버 (440) 의 에지 영역으로 가스 혼합물들을 분배하는 제 3 가스 라인 (420) 또는 제 4 가스 라인 (421) 을 따르는 가스 혼합물들의 플로우를 제한한다. 제 1 밸브 구성 (412) 및 제 2 밸브 구성 (413) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 제 2 가스 라인 (411) 을 따라 폐쇄 위치에 있음을 나타낸다. 유사하게, 제 4 밸브 구성 (422) 및 제 5 밸브 구성 (423) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 제 4 가스 라인 (421) 을 따라 폐쇄 위치에 있음을 나타낸다. 일 실시형태에서, 제 1 밸브 구성 (412), 제 2 밸브 구성 (413), 제 4 밸브 구성 (422) 및 제 5 밸브 구성 (423) 은 이중 작동 3 방향 가스 밸브일 수 있으며, 이 밸브를 2 개의 위치 사이에서 작동시키기 위해 전기 신호가 사용된다. 그러나, 제 1 가스 라인 (410), 제 2 가스 라인 (411), 제 3 가스 라인 (420) 및 제 4 가스 라인 (421) 에 대해 가스 스위칭을 달성하기 위해 개별적 밸브들과 같은 다른 밸브 구성 (예를 들어, Y 형 이중 밸브) 이 사용될 수도 있다.
또한, 도 4a 는 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 의 동시적 배기를 도시한다. 도 4a 에 도시된 바와 같이, 제 3 밸브 구성 (418) 은 제 1 배기 라인 (416) 을 따라 폐쇄된다 (어두운 영역들로 나타냄). 유사하게, 제 6 밸브 구성 (428) 은 제 3 배기 라인 (426) 을 따라 폐쇄되어, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 을 선택적으로 배기한다. 일 실시형태에서, 제 3 밸브 구성 (418) 및 제 6 밸브 구성 (428) 은 이중 작동 3 방향 가스 밸브이며, 이 밸브를 2 개의 가스 플로우 위치에서 작동시키기 위해 전기 신호가 사용된다. 그러나, 제 1 배기 라인 (416), 제 2 배기 라인 (417), 제 3 배기 라인 (426) 및 제 4 배기 라인 (427) 에 대해, 개별적 밸브들과 같은 다른 밸브 구성 (예를 들어, Y 형 이중 밸브) 이 사용될 수 있다.
도 4a 로부터, 제어기 (460) 는 제 1 밸브 구성 (412), 제 2 밸브 구성 (413), 제 3 밸브 구성 (418), 제 4 밸브 구성 (422), 제 5 밸브 구성 (423) 및 제 6 밸브 구성 (428) 을 동작시켜, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 러핑 펌프 (452) 에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 제 1 가스 혼합물을 가스 공급부 (430) 로부터 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 을 따라 플라즈마 처리 챔버 (440) 로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다. 제어기 (460) 로부터 각각의 개별적 밸브로의 전기 접속들은 도 4a 에 점선으로 도시되어 있다.
제 1 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버 (440) 에서의 웨이퍼의 처리를 위해 제 1 가스 혼합물에 의해 생성된다. 제 1 가스 혼합물에 의한 에칭이 완료된 이후, 제 1 플라즈마는 가스 공급부 (430) 로부터 제 1 가스 혼합물의 플로우를 중단시킴으로써 소멸된다. 따라서, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 에서의 제 1 가스 혼합물의 플로우 동안 배기되고, 따라서, 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단 즉시 제 2 가스 혼합물로의 스위치오버가 준비되기 때문에, 제 1 가스 라인 (410) 에서 제 1 가스 혼합물의 플로우의 중단과 제 2 가스 라인 (411) 에서 제 2 가스 혼합물의 플로우 의 시작 사이에서의 체인지오버 시간은 플라즈마 처리 챔버에 대해 단일 라인을 사용하는 것 (즉, 도 1b 의 실시형태) 에 비해 현저하게 감소될 수 있다.
제 1 가스 혼합물, 제 2 가스 혼합물 등의 잔여물들은, 이 가스 분배 시스템의 제 1 가스 출구 라인 (414), 제 1 챔버 입구 라인 (415), 제 2 가스 출구 라인 (424) 및 제 2 챔버 입구 라인 (425) 이 배기되지 않기 때문에, 이들 부분에서 트랩되어 잔류할 수 있다. 제 1 가스 혼합물의 제 2 가스 혼합물로의 체인지오버 동안 이러한 잔여 가스를 최소화하기 위해, 제 1 가스 출구 라인 (414), 제 1 챔버 입구 라인 (415), 제 2 가스 출구 라인 (424) 및 제 2 챔버 입구 라인 (425) 의 길이가 최소화되어야 한다. 예를 들어, 제 1 가스 라인 (410), 제 2 가스 라인 (411), 제 3 가스 라인 (420) 또는 제 4 가스 라인 (421) 이 각각 약 8 미터이면, 제 1 가스 출구 라인 (414), 제 1 챔버 입구 라인 (415), 제 2 가스 출구 라인 (424) 또는 제 2 챔버 입구 라인 (425) 의 길이는, 제 1 가스 라인 (410), 제 2 가스 라인 (411), 제 3 가스 라인 (420) 또는 제 4 가스 라인 (421) 의 길이의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만 (예를 들어, 4% 미만, 3% 미만 또는 2% 미만) 이며, 예를 들어, 약 12 내지 15 센티미터이다.
제 1 압력 스위치 (470), 제 2 압력 스위치 (472), 제 3 압력 스위치 (474) 및 제 4 압력 스위치 (476) 은 각각 제 1 배기 라인 (416), 제 2 배기 라인 (417), 제 3 배기 라인 (426) 및 제 4 배기 라인 (427) 을 따라 배열된다. 이 압력 스위치들은: (1) 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420); 및 (2) 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 적절하게 배기된 것 (예를 들어, 약 30 Torr, 20 Torr 또는 10 Torr 미만의 진공 압력) 을 보장하기 위해 제어기 (460) 에 신호를 출력한다. 예를 들어, 제 1 가스 혼합물의 플로우가 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 을 통해 시작하기 이전에, 제어기 (460) 는 제 1 압력 스위치 (470) 및 제 3 압력 스위치 (474) 로부터의 신호들을 모니터링하여, 제 1 배기 라인 (416), 제 3 배기 라인 (426), 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 이 10 torr 미만의 압력까지 배기되었음을 보장한다. 유사하게, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 을 통한 제 2 가스 혼합물의 플로우의 시작 이전에, 제어기 (460) 는 제 2 압력 스위치 (472) 및 제 4 압력 스위치 (476) 로부터의 신호들을 모니터링하여, 제 2 배기 라인 (417), 제 4 배기 라인 (418), 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 이 10 Torr 미만의 압력까지 배기되었음을 보장한다. 제어기 (460) 로부터 각각의 개별적 압력 스위치까지의 전기 접속들은 도 4a 에 점선으로 도시되어 있다.
도 4b 는, 2 개의 주 가스 라인들, 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 이 동시에 배기되는 동안 (이중 헤드 화살표로 나타냄), 2 개의 교번 가스 라인들, 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 을 통한 제 2 가스 혼합물의 플로우를 도시한다. 제 1 밸브 구성 (412) 및 제 2 밸브 구성 (413) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 제 1 가스 라인 (410) 을 따라 폐쇄 위치에 있음을 나타낸다. 유사하게, 제 4 밸브 구성 (422) 및 제 5 밸브 구성 (423) 의 어두운 영역들은, 이 밸브들이 제 3 가스 라인 (420) 을 따라 폐쇄 위치에 있음을 나타낸다.
도 4b 로부터, 제어기 (460) 는 제 1 밸브 구성 (412), 제 2 밸브 구성 (413), 제 3 밸브 구성 (418), 제 4 밸브 구성 (422), 제 5 밸브 구성 (423) 및 제 6 밸브 구성 (428) 을 작동시켜, 제 1 가스 라인 (410) 및 제 3 가스 라인 (420) 이 러핑 펌프 (452) 에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 제 2 가스 혼합물을 가스 공급부 (430) 로부터 제 2 가스 라인 (411) 및 제 4 가스 라인 (421) 을 따라 처리 챔버 (440) 로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있다. 제어기 (460) 로부터 각각의 개별적 밸브로의 전기 접속들은 도 4b 에 점선으로 도시되어 있다.
또 다른 실시형태에서는, 가스 혼합물들을 가스 소스로부터 처리 챔버로 전달하기 위해 다수의 주 가스 라인들 (예를 들어, 3 개의 가스 라인, 4 개의 가스 라인, 5 개의 가스 라인 등) 이 사용될 수 있다. 상이한 가스 혼합물들간의 플로우의 중단 사이에 체인지오버 시간을 현저하게 감소시키기 위해, 주 라인들 각각은 적절한 밸브 구성 및 배기 라인과 함께 대응하는 교번 라인을 가질 수 있다.
실시예
가스 혼합물들의 플로우가 완료된 이후, 가스 라인들을 특정 압력으로 배기시키는 것과 관련하여 지연 시간을 결정하기 위한 테스트를 수행하였다. 이 테스트는, 제 1 쌍의 가스 라인들 및 제 2 쌍의 가스 라인들 사이의 교번 (즉, 도 3a 및 도 3b 의 실시형태) 과의 비교를 위해, 단일 쌍의 가스 라인들 (즉, 도 1b 의 실시형태) 을 배기하는 압력-시간 프로파일의 생성을 포함한다. 캘리포니아, 프레몬트에 위치한 램 리써치 코포레이션에 의해 제조된 EXELAN® HPT™ 플라즈마 처리 시스템에서 테스트를 수행하였다. 가스 공급부로부터 플라즈마 처리 챔버까지의 가스 라인들의 대략적 길이는 약 8 미터였다.
제 1 테스트에서는, 도 1b 의 실시형태와 유사한 구성을 갖는 EXELAN® HPT™ 플라즈마 처리 시스템을 사용하였다. 제 1 가스 라인 (110B) 및 제 2 가스 라인 (112B) 를 사용하여, 110 Torr 에서, 600 SCCM (standard cubic centimeters per minute) Ar/ 50 SCCM CF4/ 10 SCCM N2 인 제 1 가스 혼합물을 가스 공급부 (130B) 로부터 플라즈마 처리 챔버 (140B) 로 분배하였다. 제 2 가스 혼합물의 플로우를 준비하기 위해, 이 가스 플로우를 중단하고, 중심 영역에 공급하는 제 1 가스 라인 (110B) 및 에지 영역에 공급하는 제 2 가스 라인 (112B) 을 러핑 펌프 (152B) 를 이용하여 배기하였다. Ar/CF4/N2 인 제 1 가스 혼합물을 전달하기 위해 제 1 가스 라인 (110B) 및 제 2 가스 라인 (112B) 모두를 사용하였기 때문에, 제 2 가스 혼합물을 전달하기 위해 그 가스 라인들을 사용할 수 있기 이전에, 동일한 쌍의 가스 라인들을 러핑 펌프 (152B) 를 이용하여 배기시켜야 했다. 가스 공급부 (130B) 인근에 위치된 업스트림 압력계 및 플라즈마 처리 챔버 (140B) 인근에 위치된 다운스트림 압력계를 사용하여 압력-시간 프로파일을 측정하였다. 단일 쌍의 가스 라인들의 배기에 대한 압력-시간 프로파일이 도 5 에 도시되어 있다. 점선은 업스트림 압력계로 측정한 압력-시간 프로파일을 나타내고, 실선은 다운스트림 압력계로 측정한 압력-시간 프로파일을 나타낸다.
제 2 테스트에서는, 도 3a 및 도 3b 의 실시형태와 유사한 구성을 갖는 EXELAN® HPT™ 플라즈마 처리 시스템을 사용하였다. 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 동시에 배기하면서, 제 1 가스 혼합물을 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 통해 흐르게 하여, 제 1 가스 혼합물을 전달하였다. 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 을 따라 110 Torr 의 압력에서 가스 공급부 (330) 로부터 처리 챔버 (340) 로 600 SCCM Ar/ 50 SCCM CF4/ 10 SCCM N2 인 제 1 가스 혼합물을 전달하였다. 제 1 가스 라인 (310) 및 제 3 가스 라인 (320) 에서 Ar/CF4/N2 가스 혼합물의 플로우를 중단한 후, 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 을 따라 제 2 처리 가스의 플로우를 준비하기 위해, 제 1 밸브 구성 (312), 제 2 밸브 구성 (313), 제 3 밸브 구성 (322) 및 제 4 밸브 구성 (323) 을 조절하였다. 러핑 펌프 (352) 에 의한 배기 동안 제 2 가스 라인 (311) 및 제 4 가스 라인 (321) 의 압력-시간 프로파일을 측정하였다. 가스 공급부 (330) 인근에 위치된 업스트림 압력계 및 플라즈마 처리 챔버 (340) 인근에 위치된 다운스트림 압력계를 사용하여 배기 동안의 압력-시간 프로파일을 측정하였다. 이 압력-시간 프로파일이 도 5 에 도시되어 있다. 점선은 업스트림 압력계로 측정한 압력-시간 프로파일을 나타내고, 실선은 다운스트림 압력계로 측정한 압력-시간 프로파일을 나타낸다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 교번 쌍의 가스 라인들 (즉, 도 3a 및 도 3b 의 실시형태) 은 단일 쌍의 가스 라인들 (즉, 도 1b 의 실시형태) 과 관련된 배기 시간에 비해, 가스 혼합물의 플로우가 완료된 이후 배기 시간 지연을 현저하게 감소 시킨다.
본 발명을 특정 실시형태들을 참조하여 상세히 설명했지만, 첨부한 청구항들의 범주를 벗어나지 않으면서, 다양한 변경예 및 변형예가 가능하고 균등물이 이용될 수 있음이 당업자에게는 자명할 것이다.
도 1a 는 플라즈마 처리 장치의 예시적인 실시형태의 단면도.
도 1b 는 가스 공급부로부터 플라즈마 처리 챔버의 중심 및 에지 영역으로의 가스 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 1c 는 가스 공급부로부터 플라즈마 처리 챔버의 단일 영역으로의 가스 전달 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b 는 가스 혼합물들을 플라즈마 챔버로 공급하기 위해 2 개의 교번 가스 라인들을 갖는 가스 분배 시스템의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b 는 가스 혼합물들을 플라즈마 처리 챔버의 중심 및 에지 여역들로 공급하기 위해 2 쌍의 교번 가스 라인들을 갖는 가스 분배 시스템의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b 는 가스 혼합물들을 중심 및 에지 영역들로 공급하기 위해 2 쌍의 교번 가스 라인들을 갖는 가스 분배 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 5 는, 교번 쌍의 가스 라인들에 대해 미리 배기된 쌍의 가스 라인들의 압력-시간 프로파일과 비교한 단일 쌍의 가스 라인들의 배기 동안 생성되는 압력-시간 프로파일의 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
14 : 기판 지지부 16 : 웨이퍼
18 : 정전 척 20 : 상판
22 : 샤워헤드 전극 28 : 백사이드
30A, 30B : 배플판 38A, 38B, 38C : 밀봉
42 : 중심 영역 44 : 환형 채널
46 : 에지 영역 48A, 48B : 플레넘
54 : 전원 110A, 110B : 제 1 가스 라인
112A, 112B : 제 2 가스 라인 130A : 가스 소스
140B : 처리 챔버 150B : 터보 펌프
152B : 러핑 펌프 210 : 제 1 가스 라인
211 : 제 2 가스 라인 212 : 제 1 밸브 구성
213 : 제 2 밸브 구성 214 : 제 1 가스 분배 출구 라인
215 : 제 1 챔버 입구 라인 216 : 제 1 배기 라인
217 : 제 2 배기 라인 218 : 제 3 밸브 구성
219 : 진공 라인
Claims (20)
- 가스 혼합물을 플라즈마 처리 챔버에 공급하는 가스 분배 시스템으로서,제 1 가스 라인 및 제 2 가스 라인의 업스트림 말단들에 접속되는 제 1 밸브 구성;상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 2 가스 라인의 다운스트림 말단들에 접속되는 제 2 밸브 구성;가스 공급부와 상기 제 1 밸브 구성 사이에 접속되는 제 1 가스 분배 출구 라인, 및 상기 제 2 밸브 구성과 상기 플라즈마 처리 챔버 사이에 접속되는 제 1 챔버 입구 라인;상기 제 1 밸브 구성과 상기 제 2 밸브 구성 사이의 위치에서 상기 제 1 가스 라인에 접속되고, 진공 라인과 유체 연결되는 제 1 배기 라인;상기 제 1 밸브 구성과 상기 제 2 밸브 구성 사이의 위치에서 상기 제 2 가스 라인에 접속되고, 상기 진공 라인과 유체 연결되는 제 2 배기 라인; 및상기 제 1 밸브 구성 및 상기 제 2 밸브 구성을 작동시켜, 상기 제 2 가스 라인이 상기 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 1 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하거나; 또는 상기 제 1 가스 라인이 상기 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 2 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있는 제어기를 포함하는, 가스 분배 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 진공 라인과 상기 제 1 배기 라인 및 상기 제 2 배기 라인의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속되는 제 3 밸브 구성을 더 포함하며,상기 제어기는 또한,상기 제 3 밸브 구성을 작동시켜, 상기 제 2 가스 라인이 상기 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 1 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하거나; 또는 상기 제 1 가스 라인이 상기 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 2 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있는, 가스 분배 시스템.
- 제 2 항에 있어서,제 3 가스 라인 및 제 4 가스 라인의 업스트림 말단들에 접속되는 제 4 밸브 구성;상기 제 3 가스 라인 및 상기 제 4 가스 라인의 다운스트림 말단들에 접속되는 제 5 밸브 구성;상기 가스 공급부와 상기 제 4 밸브 구성 사이에 접속되는 제 2 가스 분배 출구 라인 및 상기 제 5 밸브 구성과 상기 플라즈마 처리 챔버 사이에 접속되는 제 2 챔버 입구 라인;상기 제 4 밸브 구성과 상기 제 5 밸브 구성 사이의 위치에서 상기 제 3 가스 라인에 접속되고, 상기 진공 라인과 유체 연결되는 제 3 배기 라인;상기 제 4 밸브 구성과 상기 제 5 밸브 구성 사이의 위치에서 상기 제 4 가스 라인에 접속되고, 상기 진공 라인과 유체 연결되는 제 4 배기 라인; 및상기 진공 라인과 상기 제 3 배기 라인 및 상기 제 4 배기 라인의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속되는 제 6 밸브 구성을 더 포함하며,상기 제어기는 또한,상기 제 4 밸브 구성, 상기 제 5 밸브 구성 및 상기 제 6 밸브 구성을 작동시켜, 상기 제 4 가스 라인이 상기 제 2 가스 라인과 동시에 상기 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 1 가스 라인과 동시에 상기 제 3 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버의 내부 및 외부 영역들로 선택적으로 흐르게 하거나; 또는 상기 제 3 가스 라인이 상기 제 1 가스 라인과 동시에 상기 진공 라인에 의해 선택적으로 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 2 가스 라인과 동시에 상기 제 4 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버의 내부 및 외부 영역들로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있는, 가스 분배 시스템.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 밸브 구성, 상기 제 2 밸브 구성, 상기 제 3 밸브 구성, 상기 제 4 밸브 구성, 상기 제 5 밸브 구성 및 상기 제 6 밸브 구성 각각은 이중 작동 3 방향 가스 밸브인, 가스 분배 시스템.
- 제 1 항에 있어서,제 3 가스 라인 및 제 4 가스 라인의 업스트림 말단들에 접속되는 제 3 밸브 구성;상기 제 3 가스 라인 및 상기 제 4 가스 라인의 다운스트림 말단들에 접속되는 제 4 밸브 구성;상기 가스 공급부와 상기 제 3 밸브 구성 사이에 접속되는 제 2 가스 분배 출구 라인 및 상기 제 4 밸브 구성과 상기 플라즈마 처리 챔버 사이에 접속되는 제 2 챔버 입구 라인;상기 제 3 가스 밸브 구성과 상기 제 4 밸브 구성 사이의 위치에서 상기 제 3 가스 라인에 접속되고, 상기 진공 라인과 유체 연결되는 제 3 배기 라인;상기 제 3 밸브 구성과 상기 제 4 밸브 구성 사이의 위치에서 상기 제 4 가스 라인에 접속되고, 상기 진공 라인과 유체 연결되는 제 4 배기 라인;상기 진공 라인과 상기 제 1 배기 라인 및 상기 제 3 배기 라인의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속되는 제 5 밸브 구성; 및상기 진공 라인과 상기 제 2 배기 라인 및 상기 제 4 배기 라인의 다운스트림 말단들과의 사이에 접속되는 제 6 밸브 구성을 더 포함하며,상기 제어기는,상기 제 3 밸브 구성, 상기 제 4 밸브 구성, 상기 제 5 밸브 구성 및 상기 제 6 밸브 구성을 작동시켜, 상기 제 2 가스 라인 및 상기 제 4 가스 라인이 동시에 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 3 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하거나; 또는 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 3 가스 라인이 동시에 배기되는 동안, 상기 가스 혼합물을 상기 가스 공급부로부터 상기 제 2 가스 라인 및 상기 제 4 가스 라인을 따라 상기 플라즈마 처리 챔버로 선택적으로 흐르게 하도록 동작할 수 있는, 가스 분배 시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 밸브 구성, 상기 제 2 밸브 구성, 상기 제 3 밸브 구성 및 상기 제 4 밸브 구성 각각은 이중 작동 3 방향 가스 밸브이고; 상기 제 5 밸브 구성 및 상기 제 6 밸브 구성은 단일 작동 3 방향 가스 밸브인, 가스 분배 시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 배기 라인을 따라 배열되는 제 1 압력 스위치, 상기 제 2 배기 라인을 따라 배열되는 제 2 압력 스위치, 상기 제 3 배기 라인을 따라 배열되는 제 3 압력 스위치 및 상기 제 4 배기 라인을 따라 배열되는 제 4 압력 스위치를 더 포함하며,상기 제 1 압력 스위치, 상기 제 2 압력 스위치, 상기 제 3 압력 스위치 및 상기 제 4 압력 스위치는, 상기 제 1 배기 라인, 상기 제 2 배기 라인, 상기 제 3 배기 라인 및 상기 제 4 배기 라인이 배기 상태에 있는 시점에 대한 신호들을 상기 제어기에 공급하도록 동작할 수 있는, 가스 분배 시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 2 가스 라인은 상기 가스 혼합물을 상기 플라즈마 처리 챔버 내의 샤워헤드의 중심 영역으로 공급하도록 구성되고,상기 제 3 가스 라인 및 상기 제 4 가스 라인은 상기 가스 혼합물을 상기 플라즈마 처리 챔버 내의 샤워헤드의 에지 영역으로 공급하도록 구성되는, 가스 분배 시스템.
- 제 1 항에 기재된 가스 분배 시스템을 통합하는 플라즈마 처리 챔버 내에서 반도체 웨이퍼를 처리하는 방법으로서,상기 반도체 웨이퍼를 상기 플라즈마 처리 챔버에 배치하는 단계;상기 제 2 가스 라인을 상기 진공 라인으로 배기하는 동시에, 제 1 가스 혼합물을 상기 제 1 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 단계;상기 제 1 가스 혼합물로 제 1 플라즈마를 생성하는 단계;상기 제 1 플라즈마로 상기 반도체 웨이퍼를 처리하는 단계;상기 제 1 가스 라인 내의 상기 제 1 가스 혼합물의 플로우를 중단시켜, 상기 제 1 플라즈마를 소멸시키는 단계;상기 제 1 가스 라인을 상기 진공 라인으로 배기하는 동시에, 상기 제 1 가스 혼합물의 플로우를 중단하는 약 10 초 미만 내에 제 2 가스 혼합물을 상기 제 2 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하여 가스 체인지오버를 실행하는 단계;상기 제 2 가스 혼합물로 제 2 플라즈마를 생성하는 단계;상기 제 2 플라즈마로 상기 반도체 웨이퍼를 처리하는 단계;상기 제 2 가스 라인 내의 제 2 가스 혼합물의 플로우를 중단시켜, 상기 제 2 플라즈마를 소멸시키는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 가스 체인지오버는 5 초 이내에 실행되는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 가스 체인지오버는 3 초 이내에 실행되는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 2 가스 라인을 상기 진공 라인으로 배기하는 동시에, 제 3 가스 혼합물을 상기 제 1 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 단계;상기 제 3 가스 혼합물로 제 3 플라즈마를 생성하는 단계;상기 제 3 플라즈마로 상기 반도체 웨이퍼를 처리하는 단계;상기 제 1 가스 라인 내의 상기 제 3 가스 혼합물의 플로우를 중단시켜, 상기 제 3 플라즈마를 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 가스 라인을 상기 진공 라인으로 배기하는 동시에, 제 4 가스 혼합물을 상기 제 2 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 단계;상기 제 4 가스 혼합물로 제 4 플라즈마를 생성하는 단계;상기 제 4 플라즈마로 상기 반도체 웨이퍼를 처리하는 단계;상기 제 2 가스 라인 내의 상기 제 4 가스 혼합물의 플로우를 중단시켜, 상기 제 4 플라즈마를 소멸시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼를 처리하는 단계는 다중 단계 플라즈마 에칭 처리를 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 가스 혼합물을 상기 제 1 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 동시에, 상기 제 2 가스 라인을 약 30 Torr 미만의 압력으로 배기하는 단계; 또는상기 제 2 가스 혼합물을 상기 제 2 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 동시에, 상기 제 1 가스 라인을 약 30 Torr 미만의 압력으로 배기하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 가스 혼합물을 상기 제 1 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 동시에, 상기 제 2 가스 라인을 약 20 Torr 미만의 압력으로 배기하는 단계; 또는상기 제 2 가스 혼합물을 상기 제 2 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 동시에, 상기 제 1 가스 라인을 약 20 Torr 미만의 압력으로 배기하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 가스 혼합물을 상기 제 1 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 동시에, 상기 제 2 가스 라인을 약 10 Torr 미만의 압력으로 배기하는 단계; 또는상기 제 2 가스 혼합물을 상기 제 2 가스 라인을 통해 상기 플라즈마 처리 챔버로 흐르게 하는 동시에, 상기 제 1 가스 라인을 약 10 Torr 미만의 압력으로 배기하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 처리 방법.
- 제 1 항에 기재된 가스 분배 시스템을 포함하며, 상기 플라즈마 처리 챔버와 유체 연결되는, 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 기재된 가스 분배 시스템을 포함하며,상기 제 1 가스 분배 출구 라인 또는 상기 제 1 챔버 입구 라인의 길이가 상기 제 1 가스 라인 또는 상기 제 2 가스 라인의 길이의 5% 미만인, 플라즈마 처리 장치.
- 제 3 항에 기재된 가스 분배 시스템을 포함하며,상기 제 1 가스 분배 출구 라인, 상기 제 2 가스 분배 출구 라인, 상기 제 1 챔버 입구 라인 또는 상기 제 2 챔버 입구 라인의 길이가 상기 제 1 가스 라인, 상기 제 2 가스 라인, 상기 제 3 가스 라인 또는 상기 제 4 가스 라인의 길이의 5% 미만인, 플라즈마 처리 장치.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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