KR20120050396A - 이온 주입 툴 세정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

이온 주입기 및/또는 그 구성요소를 세정하기 위한 장치 및 방법이 개시되며, 이들은 잔류 침착물과 반응하여 이들의 제거를 실행하는 세정제를 이용한다. 종점 검출 장치 및 방법이 또한 개시되며, 이들은 세정제의 매우 높은 이용성과, 세정이 완료된 후에 세정제가 주입기 또는 구성요소에 계속 노출되어 있을 때에 달리 발생할 수 있는 나뿐 영향을 방지할 수 있도록 세정 장치 및 방법에 일체화될 수 있다.

Description

이온 주입 툴 세정 장치 및 방법{ION IMPLANTATION TOOL CLEANING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소를 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 또한 이온 주입 시스템의 세정 동안에 사용하기 위한 종점 검출 장치에 관한 것이다.

이온 주입은 마이크로전자/반도체 제조의 기본적인 프로세스로서, 조절된 양의 도펀트 종을 반도체 웨이퍼내로 정확하게 도입하기 위해서 집적 회로 제조에 광범위하게 이용되고 있다. 이온 주입 시스템의 작동시에, 이온 소스는 도펀트 소스 물질을 이온화시키며, 이온들은 소망의 에너지의 이온 비림의 형태로 소스로부터 추출된다. 추출은 추출된 비임의 통과를 위한 개구를 포함하는 적절한 형상의 추출 전극을 거쳐서 높은 전압을 가함으로써 성취된다. 결과적인 이온 비임은 반도체 웨이퍼와 같은 피처리체의 표면으로 지향되어, 소망의 전도성의 영역을 형성하도록 피처리체의 표면을 관통하는 선택된 도펀트 종에 의해 피처리체에 주입된다.

다양한 형태의 이온 소스는, 열전극을 이용하고 전기 아크에 의해 동력이 가해지는 프리맨 앤드 버나스(Freeman and Bernas) 타입, 전자를 이용하는 마이크로웨이브 타입, 직접 가열 캐소드 소스 및 RF 플라즈마 소스를 포함하는 통상적인 이온 주입 시스템에서 많이 이용되고 있으며, 이들 모든 것은 통상적으로 진공에서 작동된다. 이온 소스는 진공 챔버에 대응적으로 장착되며, 가스상 형태(통상적으로, "공급원료 가스(feedstock gas)"라고 한다)의 도펀트 소스 물질은 그 이온화를 위해 상기 진공 챔버내로 도입된다. 이에 의해, 공급원료 가스는 평행화된 이온 비임을 형성하도록 상술한 추출을 위해서 포지티브 및 네가티브 이온을 포함하는 이온화된 플라즈마를 생산한다. 공급원료 가스는 BF₃, B₁₀H₁₄, B₁₂H₂₂, PH₃, AsH₃, PF₅, AsF₅, H₂Se, N₂, Ar, GeF₄, SiF₄, O₂, H_{2 ,} 및 GeH₄를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

이러한 기술은 이온 주입 시스템의 발전 및 개선에 계속해서 초점이 맞춰져 있다. 웨이퍼 사이즈를 증가시키는 것, 임계 치수를 감소시키는 것, 및 회로 복잡성이 커지는 것은, 높은 효율 프로세스 제어, 낮은 에너지로 높은 비임 전류의 전달, 및 평균 고장 간격(mean time between failures : MTBF)을 최소화하기 위한 요구와 관련해서, 이온 주입 툴에 있어서 증가되고 있는 강력한 요구사항이다.

주기적인 유지보수를 필요로 하는 이온 주입기 툴의 다양한 구성요소는 소스 챔버 및 내부 구성요소(예를 들면, 이온 소스, 추출 전극 및 높은 전압 절연체), 터보 펌프, 포어라인(forelines) 및 비임-라인을 포함하지만, 이들로만 제한되지 않는다. 이상적으로 모든 공급원료 가스 몰분자가 이온화되어 추출될지라도, 실제로 특정 양의 공급원료 가스 분해가 야기되며, 그 결과 소스 챔버내의 구성요소상에 침전 및 구성요소의 오염을 야기시킨다.

예를 들면, 저마늄은 예를 들면 저 전압 절연체상에서와 같은 이온 소스 영역내의 표면상에 쉽게 침전되어, 전기 단락을 야기시키고, 그로 인해 열전자를 생성하기 위해 필요한 아크를 차단하게 된다. 이러한 현상은 일반적으로 "소스 글리치(source glitching)"로서 공지되어 있다. 이것은 이온 비임 불안정성에 중요한 영향을 미치며, 궁극적으로는 소스의 조기 파손을 야기시킬 수 있다.

또한, 소스 절연체 또는 추출 전극의 표면과 같은 높은 전압 구성요소상에 잔류물이 형성되어, 강력한 높은 전압 스파크를 야기시킨다. 또한, 이러한 스파크는 비임 불안정성을 야기시키며, 스파크에 의해 해제된 에너지는 민감한 전자 구성요소를 손상시킬 수 있어서, 결국 기구 파손의 증가와 나쁜 평균 고장 간격(mean time between failures : MTBF)을 야기시킨다.

예를 들면, 비할로겐 함유 소스 물질을 이용하는 특정 이온 주입 시스템에 대한 이온 소스 수명 기댓값은, GeF₄와 같은 할로겐 함유 물질이 소스 물질로서 이용되고 있는 경우, 168시간 정도일 수 있는 반면에, 이온 소스 수명은 소스 작동시에 잔류 침착물의 나뿐 영향의 결과로서 10시간 정도로 낮을 수 있다.

이온 주입 시스템에서 저마늄 프로세스를 이용할 때 전형적인 터보분자("터보") 펌프 수명은 대략 3~6개월이며, 그 시간 종료시에 터보 펌프에 침착물(잔류물)의 형성은 펌프를 작동되지 않게 할 수 있고, 작동을 정지시킬 수 있다. 또한, 소스 터보 펌프 바로 이후에 뿐만 아니라 러핑 펌프를 통해 전체 파이프 시스템을 따라 내려가는 포어라인은 이 포어라인을 통한 유동을 막히게 하기에 충분히 무거운 침착물이 축적될 수 있으며, 포어라인을 제거할 때 유해한 상태가 존재할 수 있다. 포어라인내의 침착물의 이러한 형성은 침전된 물질의 연소를 또한 야기시키고, 툴 내측을 태울 수 있다. 또한, 잔류물은 시스템내의 조건에 따라서 이온 주입 시스템의 구성요소와 소스 물질의 반응으로부터 야기될 수 있으며, 시스템의 구성요소상에 또는 구성요소내에 축적된다.

이온 주입기내의 잔류물에 의해 야기되는 작동 곤란함에 추가해서, 이온 주입 시스템의 구성요소들이 세정을 위해 제거될 때, 유독성 또는 부식성 증기의 배출로부터 중요한 사람 안전 문제가 또한 야기될 수 있다. 이러한 안전 문제는 잔류물이 존재할 때 항상 야기되지만, 이온 주입기의 가장 빈번하게 유지보수되는 구성요소가 있는 이온 소스 영역에서 특히 문제가 있다. 정지 시간을 최소화하기 위해서, 증기의 배출을 증가시키고 그리고 안전 문제를 악화시킬 수 있는, 실온보다 상당히 높은 온도에서, 오염된 이온 소스는 주입기로부터 종종 제거될 수 있다.

따라서, 자체 세정, 즉 주입 작동 동안에 주입기 장치를 통해 침전된 원하지 않는 잔류물의 효율적이고 선택적인 제거를 제공하는 방식으로, 주입 툴을 분해함이 없이 세정이 이뤄지게 하여, 사람 안전을 향상시키고, 주입 기구의 안정되고 정지시키지 않는 작동이 가능하게 하는 것이 유리하다.

한정된 개수의 가스 스틱 또는 포트를 갖고 있는 기존의 주입기 툴로부터 침착물을 제거하기 위한 공지된 세정 방법 및 시스템의 이용은 세정제의 전달의 선택사항을 제한한다. 이온 주입 툴의 자체 세정과 관련된 추가적인 문제점은 툴 내의 침착물 및 잔류물의 제거를 위한 종점 상태를 결정하는 것이 어렵다는 것이다. 세정은 안전하고 효율적인 방식으로 실행되어야 하며, 이용된 세정제는 낮은 진공 상태, 예를 들면 10^-5 내지 10^-7torr의 압력하에서 부작용없이 다음 작동이 이뤄질 수 있어야 한다.

본 발명은 세정제의 도입을 위한 제한된 포트 또는 유동 회로를 제공하는 기존의 이온 주입 시스템을 세정하기 위한 특정 시설을 갖는 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소를 세정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이온 주입 시스템 세정 작동에 사용하기 위한 종점 검출 장치에 관한 것이다.

일 실시형태에 있어서, 본 발명은 이온 주입기 또는 그 구성요소로 세정제를 전달하기 위한 일체식 세정 장치에 있어서, 상기 장치는 하우징과; 상기 하우징과 구조적으로 결합된, (ⅰ) 적어도 하나의 세정제 공급 용기, (ⅱ) 상기 적어도 하나의 세정제 공급 용기에 결합된 세정제 유동 회로, 및 (ⅲ) 상기 적어도 하나의 세정제 공급 용기로부터의 세정제를 상기 유동 회로를 통해서 통과시켜서 상기 이온 주입기 또는 그 구성요소로 분배하는 것을 실행하도록 구성된 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체를 포함하는 일체식 세정 장치에 관한 것이다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 봉입 내부 용적을 형성하는 하우징을 포함하는 이온 주입기에 있어서, 상술한 바와 같은 일체식 세정 장치가 이온 주입기 또는 그 구성요소의 세정을 위해 상기 내부 용적내에 작동식으로 배치되거나, 또는 주입기 또는 그 구성요소의 세정을 위해 하우징의 표면상에 또는 하우징에 근접하여 위치되고 그리고 상기 이온 주입기와 작동식으로 결합되어 있는 이온 주입기에 관한 것이다.

다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 반응 가스성 세정제 세정 작동을 위한 종점 검출 시스템에 있어서, 세정 작동의 유출 스트림내에 위치하도록 구성된 인서트를 포함하며, 상기 가스성 세정제과 발열성으로 반응하는 물질을 포함하며, 상기 인서트는 상기 물질과 접촉시에 세정제의 존재를 나타내는 상기 물질의 온도 상태를 감지하도록 구성된 열 모니터링 소자를 포함하는 종점 검출 시스템에 관한 것이다.

또다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 이온 주입기 또는 그 구성요소를 세정하는 방법에 있어서, 세정제를 이 세정제의 소스로부터 이온 주입기 또는 그 구성요소로 유동시키는 동시에, 상기 이온 주입기의 유체 전달 스틱을 작동시켜서, 세정제를, 상기 유체 전달 스틱에 의해 전달된 유체 대신에 또는 유체에 추가해서 상기 이온 주입기 또는 그 구성요소로 유동시킬 수 있는 세정 방법에 관한 것이다.

일 실시형태에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소를 세정하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 기존의 포트에 세정제 전달 시스템을 연결하는 단계와, 세정제 전달 시스템으로부터의 세정제를, 상기 기존의 포트를 통해 적어도 하나의 이온 주입 시스템내로 도입하는 단계와, 일정 조건하에서 적어도 하나의 이온 주입 시스템내의 침착물과 세정제를 접촉시켜서, 상기 침착물의 제거를 적어도 부분적으로 실행하는 단계와, 세정의 종점을 검출하는 단계와, 세정제의 전달을 반응적으로 종료하는 단계를 포함하는 세정 방법에 관한 것이다.

다른 실시형태에 있어서, 세정 조립체의 세정을 위한 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소와 선택적으로 결합가능한 세정 조립체 있어서, 상기 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소에 세정제를 전달하도록 배치된 적어도 하나의 세정제 컨테이너 및 매니폴드와, 상기 세정제를 도입하기 위한 유동 제어 장치를 포함하며, 상기 세정 조립체는 상기 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 기존의 포트에 연결되도록 구성되어 있는 세정 조립체에 관한 것이다.

다른 실시형태에 있어서, 세정제로 세정하는 동안에 이온 주입 시스템에 사용하기 위한 종점 검출 장치에 있어서, 상기 종점 검출 장치가 세정제와 발열성으로 반응하는 물질로 코팅된 열 모니터링 소자를 포함하며, 상기 소자는 이온 주입 시스템에 결합되어 있는 종점 검출 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시형태, 특징 및 실시예는 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 4개의 가스 스틱 이온 주입기에 결합되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체식 세정 장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체식 세정 장치의 반투명 사시도,
도 3은 이온 주입기의 각종 구성요소의 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합된 일체식 세정 장치의 반투명 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 유형의 이온 주입기와 통합된 일체식 세정 장치의 반투명 사시도로서, 통합된 일체식 세정 장치가 장착될 수 있는 주입기의 대안적인 위치를 도시함,
도 6은 본 발명의 일체식 세정 장치의 조작자 인터페이스 패널의 사시도,
도 7은 일체식 세정 장치의 유체 공급 조립체에 인접하여 배열되는, 일체식 세정 장치의 전기 제어 박스를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동형의 일체식 세정 장치의 반투명 사시도,
도 9는 이온 주입기와 도 8의 가동형 일체식 세정 장치의 반투명 사시도로서, 이온 주입기에 관련하여 가동형 일체식 세정 장치의 위치를 도시함,
도 10은 본 발명에 따른 일체식 세정 장치와 함께 이용될 수도 있는 예시적인 종점(end-point) 검출 시스템의 개략도.

본 발명은 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 이상의 구성요소를 세정하기 위한 장치 및 방법과, 그러한 세정의 종료지점을 판단하기 위하여 이온 주입 시스템의 세정중 사용하기 위한 종점 검출 장치에 관한 것이다.

그러한 장치 및 방법은 기상 반응 물질을 세정제로서 이용한다. 이 세정제는 임의의 적절한 유형을 가질 수도 있으며, 예를 들면 이온 주입기 시스템 및 화합물로부터 재료 침착물의 제거를 수행하기에 유용한 할로겐 화합물, 예로써 불소를 함유하는 화합물을 포함할 수 있다. 세정제는 개시설명의 각종 실시예에 기체형태 증기형태, 및 이온 형태 또는 플라즈마 형태와 같은 유체 내에 유용하게 이용된다. 개시설명의 각종 바람직한 실시예에 있어서, 세정제는 이불화크세논(XeF₂)을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 것과 같은 이온 주입기를 참조한 "이온 소스 영역"은 진공 챔버, 소스 아크 챔버, 소스 절연체, 추출 전극, 억제 전극, 고전압 절연체, 소스 부싱, 필라멘트 및 리펠러 전극을 포함한다.

각종 관점에서의 본 개시설명은 하나 이상의 현존하는 포트 또는 유동 접속부를 거쳐서 하나 이상의 이온 주입 시스템에 결합되도록 구성된 일체식 세정 장치를 생각한다. 본 세정 장치는 세정제, 및 적어도 하나의 이온 주입 시스템으로의 세정제의 반송에 적합한 적절한 유동 회로를, 내장형 및/또는 외장형 프로세서 및 그러한 세정 동작을 수행하기 위한 제어기와 함께 수용하는 하나 이상의 용기를 포함하는 일체식 조립체로서 사용하도록 구성된다.

다양한 실시예에 있어서, 일체식 세정 장치는, 여전히 고온에서 하나 이상의 기판 내에 주입을 수행하고 있는 동안에, 세정제를 이온 주입 공구를 통하여 유동시키도록 구성되어서, 공구 또는 구성요소의 세정과 동시에 주입이 수행된다. 따라서, 장치를 주변 온도로 냉각함이 없이도 세정 동작이 수행될 수도 있다. 그렇지 않았다면 이온 주입 작업을 방해할 수 밖에 없었을 것이다.

다른 실시예에 있어서, 일체식 세정 장치는 이온 주입 공구가 고온에 있는 동안, 활성 이온 주입 작업의 기간 중에 세정제를 반송하도록 구성되므로, 주변 온도 레벨로의 냉각이 필요하지 않다. 그러한 "고온" 작업은 유사하게 이온 주입기의 활성처리의 방해를 회피 또는 최소화하는 이점을 제공하는데, 그렇지 않았다면, 계속적인 이온 주입 동작 사이에 공구가 있는 기간 동안에 세정이 수행되어야 할 것이다.

본 개시설명은 장치의 주변 온도에서 이온 주입 공구 또는 공구들의 세정을 수행하기 위한 일체식 세정 장치를 사용하는 것을 고려하는데, 여기에서 세정제는 고온으로 가열될 수도 있고, 마찬가지로 주변 온도로 제공될 수도 있다.

추가의 변형예로서는, 세정제를 외부 챔버(ex-situ chamber)로 반송하기 위하여 일체식 세정 장치를 이용할 수도 있는데, 여기에서는 이온 주입기로부터 분해되어 제거된 이온 주입 시스템의 구성요소들이 세정제와 접촉함으로써 세정을 받는다.

따라서, 활성 작업 도중 또는 개시설명의 특정 주입시에 소망될 수도 있는 바와 같이 이온 주입기의 비사용 기간 중에 사용을 위하여 일체식 세정 장치가 다양한 모드 중 임의의 모드로 이용될 수 있다.

각종 실시예의 일체식 세정 장치는 내부 용적을 둘러싸는 단 구조로서의 하우징으로 구성될 수도 있는데, 그 내에는 세정제를 위한 공급 용기, 공급 용기로부터 이온 주입기 세정 접속부로의 세정제 반송을 위한 관련 구동 회로가 제공된다. 상기 이온 주입기 세정 접속부는 포트, 커플링, 공급 라인, 또는 세정제를 이온 주입기로 도입하고 세정을 필요로 하는 구성요소를 선택할 수 있게 하는 다른 구조체의 형태를 취할 수도 있는 다른 구조체의 형태를 취할 수도 있다. 일체식 세정 장치는 반송 속도, 내구성, 온도, 압력 및 세정제의 조성물 - 유동 회로를 통하여 이온 주입기 또는 그것의 구성요소로 유동됨 - 을 제어하기 위한 프로세서 또는 제어기 구성요소를 더 포함할 수도 있다.

프로세서 및 제어기 구성요소는 유동 제어 밸브, 배압 밸브, 유동 제어 오리피스 요소, 질량 유동 제어기, 압력 조절기, 압력 센서, 온도 감시 장치, 세정제 분석기, 유동 모니터, 유동 토탈라이저(flow totalizer)와 같은 유동 회로와 관련된 구성요소, 유동 회로 라인의 열교환 추적, 유동 회로 라인과 통합된 열 교환 통로와 같은 가열 구성요소, 또는 세정제를 감시, 분석 또는 제어하기 위한 다른 구성요소 및 그와 관련된 각종 처리변수를 구비할 수도 있다. 프로세서 구성요소로는 마이크로프로세서, 프로그램화가능한 논리 구성요소, 중앙 처리 유닛(CPU), 특수 목적으로 프로그램된 컴퓨터, 및 일반 목적의 프로그램된 컴퓨터를 들 수 있다. 이들은 관련 디스플레이, 데이타 출력부, 무선 송신기 등에 소프트웨어 수행 세정 동작을 수행하도록 배열되어서, 관찰 및/또는 사용을 위하여 그래픽 또는 디지탈 출력을 발생 또는 전송할 수 있다. 그러한 프로세서 및 제어기 구성요소는 피드백 작업을 수행하도록 구성될 수도 있는데, 모니터링된 시스템 변수를 이용하여 일체식 세정 장치의 활성도 또는 그것의 크기를 조절할 수 있다.

일체식 세정 장치는 시스템의 비세정 동작중 이온 주입 작업에 이용되는 물질, 예를 들면 반송 가스, 동시 유동 시약(co-flow reagent), 가스 공급원료(gas feedstock), 또는 다른 구성요소를 주입 공구 또는 세정 대상의 다른 구성요소로 반송하기 위하여 이용되는 현존하는 포트 또는 커플링을 거쳐서 이온 주입 시스템에 쉽게 결합되도록 구성될 수 있다. 일체식 세정 장치를 이온 주입기 또는 이온 주입기 구성요소에 접속하기 위하여 사용되는 것과 같은 현존하는 포트 또는 커플링은 임의의 적절한 유형을 가질 수도 있으며, 예를 들면 가스 스틱 접속기, 게이지 또는 인스트루먼트 접속기(instrument connection), 밸브 또는 밸브 접속기 사이트, 또는 이온 주입 시스템 또는 세정 대상의 그 구성요소와 연통하고 있는 임의의 다른 통로, 루멘 입구 또는 개구를 구비할 수 있다.

하나의 실시예에 있어서, 개시설명의 일체식 세정 장치는 다수의 가스 스틱을 포함하는 유동 회로를 구비한 이온 주입기의 세정을 위하여 제공될 수 있는데, 상기 가스 스틱중 하나는 공급 가스 및 결과적인 이온 종(ionic species)의 전송을 위하여 이온 주입기에 반송 가스를 도입하기 위한 스틱이다. 그러한 실시예에 있어서, 일체식 세정 장치는 하나 이상의 세정제 공급 용기, 프로세서 및 제어기 구성요소, 그리고 이온 주입기 또는 세정을 수행하기 위하여 세정제를 도입하기 위한 이온 주입기의 구성요소에 결합되도록 구성된 관련 유동 회로와, 그리고, (i) 반송 가스 스틱을 통한 반송 가스의 유동을 봉쇄하고 그러한 봉쇄의 부재시 반송 가스가 유동하는 이온 주입기의 유동 경로를 통하여 세정제가 유동할 수 있게 하는 것, 또는 (ii) 이온 주입기 또는 그 구성요소의 세정을 위하여 세정제가 반송 가스와 함께 유동할 수 있도록 세정제를 그러한 유동 경로로 도입하는 것 중에 어느 하나를 수행할 수 있도록 하는 일체식 세정 장치의 프로세서 또는 제어기 구성요소로 구성된다.

따라서, 반송 가스 유동 경로는 반송 가스 스틱과, 관련 매니폴딩 및 유동 도관을 구비할 수도 있는데, 이 상기 매니폴딩 및 도관은 반송 가스 스틱 및 이온 주입기 또는 세정 대상의 그 구성요소와 유체 유통 상태에 있다.

반송 가스 스틱은 전형적으로 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소에 의하여 소망하는 바에 따라 조절 또는 봉쇄될 수 있는 밸빙 및/또는 다른 유동 제어 구성요소를 구비한다. 주입기의 반송 가스 스틱 또는 관련 매니폴딩 및 반송 가스 유동 도관은 또한 전형적으로 도관 인스트루먼트 피팅, 커플링 또는 다른 요소를 가질 것이다. 상기 포트 등에 의하여 일체식 세정 장치의 유동 회로는 주입기의 반송 가스 유동 회로 또는 세정 대상의 구성요소와 유동 연통 상태로 결합될 수 있다.

예를 들면 관련 매니폴딩은 세정 동작을 수행하기 위하여 일체식 세정 장치의 접속을 위한 장소(locus)로서 이용될 수 있는 압력 변환기 인터페이스와 관련 인스트루먼트 피팅을 가질 수도 있다. 실제로, 압력 변환기가 통상적으로 접속되어 있는 커플링 또는 피팅으로부터 해제되고, 일체식 세정 장치의 유동 회로가 그러한 커플링 또는 피팅에 접속됨으로써, 세정제가 세정 장치 내측의 공급 용기 또는 용기들로부터 세정 장치 유동 회로를 통하여 유동하여서, 이온 주입기의 매니폴드로 유동할 수 있게 한다. 이 세정제는 궁극적으로 이온 주입기 또는 그 구성요소로 유동할 것이다.

전술한 바와 같이, 이온 주입기 또는 세정 대상의 구성요소의 반송 가스 유동 경로로 일체식 세정 장치를 접속하는 것은 반송 가스의 유동을 봉쇄 그렇지 않으면 소망하는 정도로 조절하는 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소의 움직임과 관련될 수 있다. 예를 들면, 프로세서 및 제어기 구성요소는 이온 주입기의 현존하는 처리 모니터링 및 제어 시스템과의 인터페이스를 구비하여서 - 그렇지 않으면 이온 주입 작업중 반송 가스 유동을 제어할 것이다 - 반송 가스 스틱 내의 유동 제어 밸브가 그러한 유동 제어 밸브를 위한 관련 밸브 작동기의 작동에 의하여 폐쇄되도록 한다. 변형예로서, 프로세서 및 제어기 구성요소는 그러한 유동 제어 밸브 또는 작동기에 직접 결합된 인터페이스를 구비하여서 소망하는 바에 따라 유동 제어 밸브의 폐쇄 또는 조절을 수행할 수도 있다. 이온 주입기 또는 세정 대상의 그 구성요소로 세정제를 유동시키기 위한 경로로서 반송 가스 유동 경로를 이용하기 위하여 많은 잠재적인 배열구조가 개발될 수 있다.

이온 주입기의 동작에 반송 가스 유동을 제공하기 위하여 사용되는 현존하는 유동 경로 및 관련 구성 요소를 이용하는 것에 의하여, 본 개시설명의 일체식 세정 장치는 현존하는 이온 주입기 시스템의 실질적인 변경, 현존하는 파이핑, 밸빙 등의 레버리지(leverages)의 필요를 제거하고, 간단하고 효율적인 방식으로 세정 동작을 수행할 수 있게 한다. 그러한 방식으로, 반송 가스 유동의 타이밍, 내구성, 그 크기를 제어하기 위해 사용될 수 있는 이온 주입기의 현존하는 모니터링 및 프로세스 제어 구성요소는 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소에 부수하는 것과 같이 세정 동작의 대응하는 제어를 위하여 사용될 수 있다. 그러한 방식으로, 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소의 인스트루멘테이션, 구성요소 및 복잡성이, 반송 가스와 관련하여 이온 주입기의 특정 특징 배치 및 동작에 대응하는 크기로 실질적으로 간단화될 수 있다.

따라서, 이온 주입기의 현존하는 반송 가스 능력의 그러한 개발을 위한 일체식 세정 장치의 적용은 특정 수행, 세정 장치 유동 회로의 접속, 특정 프로세서 및 제어기 구성요소, 계산 인터페이스(computational interface), 세정 장치의 주입기 처리 제어 시스템 사이의 신호 반송 및 신호 처리 상호작용과 관련하여 크게 변할 수도 있는데, 그러한 적용은 특정 이온 주입기 시스템에 적용되는 바와 같이 본원의 개시설명에 기초하여 당업자에 의해 행해질 수 있다.

일체식 세정 장치는 구성요소의 구조, 확인 및 배열이 대응하여 변할 수도 있지만, 이온 삽입기와 결합되어서, 세정제를 이온 주입기 또는 세정대상의 그 구성요소로 반송하도록 작동될 수 있는 조립체로 유체 공급 용기, 유동 회로 및 프로세서 와 제어기 구성요소를 구성할 수 있다는 면에서는 일체형이다.

세정대상의 구성요소는 임의의 적절한 유형을 가질 수도 있으며, 예를 들면 이온 소스, 이온 챔버, 포어라인(foreline), 터보 펌프, 비임 라인 및/또는 이온 주입기의 다른 구성요소를 구비할 수도 있다.

이온 주입기 또는 세정 대상의 그 구성요소로의 반송을 위하여 일체식 세정 장치 내에 제공되는 세정제는 이온 주입기 또는 구성요소로부터 침착물을 제거하는데 효율적인 임의의 적절한 유형일 수도 있다. 침착물은 다양한 유형을 가질 수 있으며, 하나 이상의 실리콘, 붕소, 인, 게르마늄, 망간, 비소, 텅스텐, 몰리브덴, 셀렌, 안티몬, 인듐, 탄소, 알루미늄, 탄탈, 및 그것을 포함하는 화합물을 다양하게 포함하거나, 그것으로 구성되거나 또는 본질적으로 구성될 수 있다. 세정제는 세정 위치로부터 침착물을 선택적으로 방식으로 적어도 부분적으로 제거하도록 효율적으로 선택될 수도 있는데, 이것은 이온 주입기의 구성 및 구성요소의 재료, 예를 들면 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 흑연, 절연체 재료 및 밀봉 재료 등에 큰 영향을 주지 않을 것이다.

세정제는 다양한 유형을 가질 수도 있다. 본 발명의 개시설명의 다양한 응용예에 잠재적으로 이용되는 세정제는 XeF₂, GeF₄, SiF₄, BF₃, AsF₅, AsF₃, PF₅, PF₃, F₂, TaF₃ 및/또는 TaF₅를 제한 없이 구비한다. 특정 실시예로서, 이온 주입 시스템에서 게르마늄 도핑이 수행되는 경우에, 세정제는 게르마늄 플루오라이드 중간 생성물을 형성하도록 반응하는 가스를 포함할 수도 있다. 그러한 세정 가스는 예를 들면 XeF₂, SiF₄, BF₃, AsF₅, AsF₃, PF₅ 및/또는 PF₃를 구비할 수도 있다.

XeF₂는 본 발명의 넓은 실시예의 바람직한 세정제이다. XeF₂는 실온에서 승화할 것이지만, 그러한 물질이 주변 온도로 제공되면 가열되어 승화율을 증가시킬 수도 있다. XeF₂는 실리콘, 붕소, 비소 및 인 침착물의 제거를 위한 효율적인 세정제이다.

아르곤, 헬륨 등과 같은 반송 가스를 위하여 사용되는 주입기 장치 내의 유동 경로를 거쳐서 이온 주입기 또는 세정 대상의 구성요소에 도입되는 것으로서 예시적으로 전술하였지만, 세정제가 이온 주입기 또는 세정 대상의 구성요소에 임의의 다른 적절한 방식으로 도입될 수 있다. 예를 들면, 세정제가 이온 주입기 또는 세정 대상의 그 구성요소의 다수의 포트를 통하여 동시에 또는 순차적으로 도입될 수 있다. 다른 물질의 처리를 위하여 이용되는 통로를 통한 세정제 도입이 수행될 수 있다. 예를 들면, 세정제는 공급원료 가스 도관, 도펀트 반송 도관, 퍼지 가스 라인, 또는 세정제를 이온 주입기 또는 세정 대상의 구성요소와 접촉하도록 반송하기에 효율적인 임의의 다른 침입 또는 접근 구조, 배열 또는 기술로 도입될 수도 있다. 따라서, 세정제는 그러한 선 또는 통로를 통하여 통상적으로 유동되는 유체에 부가하여, 또는 그러한 유체 대신에 현존하는 유체 라인 또는 통로를 통하여 도입될 수도 있다.

세정제는 이온 주입기의 위치 또는 구성요소에서 침착물과 적절한 접촉 방식으로 접촉할 수도 있다. 어떤 실시예에 있어서, 세정제는 세정제의 활성화(플라즈마 형성)에 의하여, 또는 활성화 없이, 세정을 수행하기 위하여 이온 주입기의 위치 또는 구성요소를 통해 연속적으로 유동된다. 세정제는 주변 온도 또는 고온에 있을 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 세정제는 특정 압력에 도달할 때까지 이온 주입기의 위치 또는 구성요소 내로 유동될 수도 있다. 그 후 세정제는 주입기의 위치 또는 구성 요소 내의 침착물과 사전결정된 시간 동안 반응하게 되며, 그 다음에 세정제 및 세정 반응 생성물이 이온 주입기의 그러한 위치 또는 구성요소로부터 회수 또는 배출된다. 또다른 실시예에 있어서, 세정제는 펄스화된 방식으로 도입될 수도 있다. 예를 들면 시간의 함수로서의 세정제의 압력이 펄스화된 유동과 같은 비선형 특성일 수 있는데, 압력이 시간의 함수로서 톱니파형을 나타낼 수도 있고, 사인파형을 나타낼 수도 있으며, 최대 압력까지 계단형으로 증가할 수도 있고, 또 세정제 도입을 위한 다른 시간 변화 형태를 나타낼 수도 있다. 세정제는 주입기의 정상적인 작업중에, 또는 주입기의 계속적인 동작 사이의 기간 중에, 또는 보수관리를 위한 주입기의 비가동시간 중에, 또는 다른 적절한 방식으로 접촉을 위해 도입될 수도 있다.

각종 변형 모드에 있어서, (예를 들면 세정제가 상대적인 비율이 서로 변할 수도 있는 다수의 온도 구배를 포함하는 경우, 또는 유체 또는 그러한 유체 스트림 내의 유체 구성요소에 대한 세정제의 상대적인 농도가 변할 수도 있는 다른 유체 스트림 내로 세정제가 도입되는 경우) 세정제는 온도, 압력, 조성물, 유량 등에 있어서의 임의의 적절한 세정 처리 상태로 도입될 수 있다.

일반적으로, 세정 동작은, 주변 온도, (주변 온도를 초과하는) 고온, 플라즈마의 존재, 플라즈마의 부재, 대기압 미만의 압력(sub-atmospheric pressure), 대기압, 대기압 이상의 압력(superatmospheric pressure)을 제한 없이 포함하는 임의의 적절한 처리 상태에서 수행될 수도 있다. 세정 가스를 침착물 물질과 접촉시키는 것은 세정제를 반송 가스 내에서 니트(neat) 형태로, 또는 추가 세정제, 동시 반응물질, 보조제, 도펀트 등과의 혼합물로 반송하는 것을 포함할 수 있다. 기상 반응물질은 세정 작용의 동력학 및 효험을 증가시키기 위하여 주변 온도에 있는 도펀트와 화학반응하도록 가열될 수 있다.

다양한 실시예에 있어서의 침착물의 제거를 위한 세정의 특정 온도는 약 0℃ 내지 약 1600℃의 범위일 수 있고, 이러한 세정은 10℃ 내지 800℃, 20℃ 내지 500℃, 50℃ 내지 300℃, 400℃ 내지 600℃, 700℃ 내지 약 1600℃ 범위의 온도, 또는 임의의 다른 적절한 온도 혹은 온도의 범위와 같은 다양한 특정 범위의 온도에서 실행될 수 있다. 일반적으로, 온도는 대기 레벨, 예컨대 20℃, 내지 1200℃ 이상 범위일 수 있지만, 보다 전형적으로는 20℃ 내지 300℃의 범위이고, 가장 바람직하게는 20℃ 내지 70℃의 범위이다. 특히 많은 비임 라인 구성요소에서 그러한 것과 같이 세정 위치에 흑연이 존재하는 경우에, 압력은 0.05Torr 내지 1500Torr 이상 범위일 수 있지만, 보다 전형적으로는 0.05Torr 내지 20Torr의 범위이고, 보다 구체적으로는 0.05Torr 내지 4.0Torr 범위이다.

세정 작동의 지속시간은 30초 내지 1시간 이상일 수 있지만, 보다 전형적으로는 약 5분 내지 30분의 범위이다. 펄스식 작동 모드에 있어서, 세정제는 0.1Torr 내지 100Torr 범위의 펄스 압력으로 도입될 수 있고, 이어서 세정제는 10초 내지 5분의 주기 동안 세정 위치를 "소킹(soaking)"하게 되고, 계속해서 잔류 세정제 및 세정 반응 부산물이 세정 위치로부터 배출되며, 이어서 세정제 도입, 소킹 및 배출의 프로세스가 복수 사이클, 예컨대 5 내지 20 사이클 반복될 수 있다.

세정 작용, 예컨대 오염 침착물과의 세정제의 반응은 세정 작동의 변화하는 특성에 근거하여 모니터링 및/또는 조절될 수 있다. 이러한 특성은 압력, 지속시간, 온도, 농도, 특정 화학종의 유무, 압력 변화율, 온도 변화율, (특정 화학종의) 농도 변화율, 전류 변화 등을 포함할 수 있다. 시스템에의 세정제의 도입은 세정 작동의 사전결정된 특성 달성에 근거하여 종료될 수 있는데, 이러한 사전결정된 특성은 진공 챔버내의 사전결정된 압력, 사전결정된 시간의 경과, 사전결정된 온도의 도달, 시스템내의 특정 요소 또는 컴파운드의 농도, 시스템내의 특정 부산물, 반응 생성물 또는 다른 화학종의 존재, 혹은 모니터링 작동에 있어서의 사전결정된 전류 상태의 실현 등을 포함할 수 있다.

세정 작동을 조정하는데 이용되는 프로세스 변수의 모니터링은 중앙 처리 장치(CPU) 또는 다른 제어기와 신호 전송 관계로 결합된 임의의 적절한 모니터, 센서, 검출기 등을 이용하여 실행될 수 있으며, 제어기는 소망 정도의 세정이 달성되었다는 하나 이상의 프로세스 변수의 감지 및 CPU 또는 다른 제어기에 의한 대응하는 결정에 응답하여 세정 작동을 종료하도록 작동가능하게 배열 및 구성된다.

따라서, 다양한 방법이 세정 작동의 경과를 모니터링하는데 이용될 수 있다. 하나의 작동에 있어서, 침착물과 세정제의 접촉 동안의 압력 변화가 모니터링되고, 시간에 따른 압력 변화가 제로로 갈 때 잔류물과 세정제의 접촉이 종료된다. 대안적으로, 접촉은 세정제의 부분 압력, 또는 세정제로부터 유도된 반응물의 부분 압력을 모니터링함으로써 수행될 수도 있으며, 모니터링된 부분 압력이 종점(endpoint)으로서 사전결정된 값에 도달하면 접촉이 종료된다.

예를 들면, 이러한 종점 모니터링은 적절한 종점 모니터, 예컨대 미국 특허 제 6,534,007 호, 및 미국 특허 출원 제 10/273,036 호, 제 10/784,606 호, 제 10/784,750 호 및 제 10/758,825 호에 보다 충분하게 개시된 타입의 종점 모니터, 혹은 압력, 조성 등의 종점 조건을 검출하는데 효과적인 서모파일형 적외선(TPIR) 또는 다른 적외선 검출기에 의해 수행될 수 있다. 가스상 물질의 부분 압력의 조절 및 반응 속도의 제어를 가능하게 하는 프로세스 장비 시스템의 구성요소를 이용하여 세정제의 유동을 제어함으로써 접촉이 실행될 수 있다. 대안적으로, 사전결정된 유량으로 연속적인 세정제의 유동이 세정 작동을 실행하는데 채용될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 세정제의 유동은 적절하게 연속적이거나 간헐적일 수도 있으며, 펄스식 또는 다른 주기적 유동 형태를 포함할 수 있다. 구체적으로, 유동은 적절하게 층류 또는 난류일 수 있다.

세정 작동에 대한 종점 조건은 온도 또는 온도차 종점 조건일 수 있다. 열적으로 결정되는 종점의 결정은 예를 들어 세정제 XeF₂가 세정 프로세스 동안 펌프를 출발하여 압축되고 저온 구성요소와 접촉하여 공구 표면에 XeF₂의 응축물을 생성하는 경우에 중요할 수 있다. 이러한 응축물은 배기 라인에 있어서의 폐색을 야기하고 펌프 성능을 열화시켜서 잠재적인 유해 상태를 야기한다.

따라서, 열 모니터링은 검사되지 않으면 유동 통로에서의 응축을 야기할 수 있는 상태를 검출하는데 유용하게 이용될 수 있다. 따라서, 모니터링 및 제어 시스템은 적절한 위치에서 온도를 모니터링하도록 구성될 수 있으며, 응축을 야기할 수 있는 온도 상태의 초기에, 압력, 유량 또는 다른 시스템 변수를 변경하여, 응축물이 생성하는 것을 방지하거나, 히터가 추가적인 열 입력에 이용되어 응축물의 생성을 방지할 수도 있다.

열 모니터링은 종점 조건의 열적 검출에 이용될 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 열 모니터닝 소자로부터 CPU 또는 다른 제어기로 열 모니터링 신호를 전송하도록 작동적으로 구성된 열 모니터링 소자를 포함하는 종점 모니터링 장치를 이용하여 열 모니터링에 의해 종점이 결정되며, 이에 응답하여 세정제의 유동이 종료되어 세정 작동이 종결된다. 종점 모니터링 장치는 세정 프로세스를 종료하거나 수정하여 변화하는 세정 요구조건을 수용하도록 프로그램적으로 구성될 수도 있다. 열 모니터링 소자는 임의의 적절한 타입을 가질 수 있고, 예를 들어 온도 프로브, 열전대, 고온용 감지 소자, 혹은 온도, 온도차 또는 특정 크기의 온도 변화를 검출하도록 구성된 임의의 다른 소자, 장치 또는 조립체를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 종점 검출 장치는 세정제와 발열 반응하는 물질로 코팅된 열 모니터링 소자를 포함한다. 종점 검출 장치는 이온 주입 시스템에서 세정될 구성요소로부터 하류측에 배치될 수 있고, 반응성 세정제(예를 들면, XeF₂)가 세정을 개시하도록 도입된다. 그 후에, 세정 작동의 XeF₂의 소모에 따라, 세정을 받는 구성요소로부터 방출된 유출물(effluent)에서의 이러한 세정제의 농도가 낮아질 것이다. 계속 세정이 실행되면, 세정제는 증가된 농도로 유물출내에 존재하고, 열 모니터링 소자상의 발열 반응성 코팅과 반응할 것이다. 이러한 발열 반응은 온도를 높이고, 이러한 온도 상승은 검지되어서 세정 작동의 종료를 위해 CPU에 전송되는 검출 신호를 발생하게 할 수 있다.

이러한 열 모니터링 소자에 있어서의 세정제와 발열 반응하는 물질은 임의의 적절한 타입을 가질 수 있다. 예를 들면, XeF₂와 발열 반응하는 물질은 실리콘, 게르마늄 및 마그네슘을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 발열 반응성 물질이 종점 검출 장치에 이용되는 경우, 발열 반응성 물질은 온도를 모니터링하도록 구성될 수 있거나, 혹은 발열 반응성 물질은 발열 반응의 결과로서 소모되어서 세정 작동의 종료를 위한 출력 신호를 발생하는 스트랜드 또는 다른 가는 선형 요소의 형태로 제공될 수도 있다. 따라서, 희생 필라멘트는 세정 장치용 모니터링 및 제어 시스템의 대체 소자로서 이용될 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 프로브는 이온 비임과 접촉하는 이온 주입 챔버, 또는 이러한 주입 공구의 다른 환경에 배치되고, 그에 따라 이온 주입 시스템의 정상적인 이온 주입 작동시에 발생되는 잔류물이 이온 주입 동안 프로브의 표면상에 축적되어 코팅을 형성할 수도 있다. 이러한 코팅은 예를 들어 적절한 모니터링 장비를 통해 세정이 필요한지를 결정하는데 이용될 수 있는 프로브의 전도도, 저항률 또는 다른 특성을 변화시킬 수 있고, 대안적으로 세정제가 프로브로부터 침적된 물질을 제거하면, 정상적인 모니터링 신호의 회복이 세정 상태에 도달한 것을 표시하며, 그에 따라 세정 작동이 종료될 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 온도 프로브는 이온 주입 시스템의 잔류물 축적 위치 근방에 또는 감지 어레이의 일부로서 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 따라서 세정에 대한 필요성을 결정하거나, 또는 이전에 개시된 세정 작동이 원하는 정도의 세정을 수행했는지, 예를 들어 세정 작동의 종점 조건에 도달했는지를 결정하기 위해 온도 변화가 검출될 수 있다.

또한, 본 명세서는 새로운 감지 작동을 위한 감지 프로브 또는 감지 물질을 새롭게 하여 이러한 프로브 또는 감지 물질이 세정이 필요한지 또는 세정이 완료되었지를 결정할 수 있도록 세정제에 의한 또는 특정 재생 시약에 의한 감지 프로브 또는 감지 물질의 원위치 재생을 고려하고 있다.

다른 실시예에 있어서, 종점 검출 장치는 온도차를 검출하도록 구성된 하나 이상의 열전대를 포함한다. 이러한 열전대는 예를 들어 온도를 모니터링하기 용이하도록 러핑 라인(roughing line)으로 구성될 수도 있다. 하나의 특정 실시예에 있어서, 그 표면상에 반응성 물질을 포함할 수 있는 인서트 요소(예를 들면, 튜브)를 포함하는 열전대가 이용될 수 있다. 다른 특정 실시예에 있어서, 종점 검출 장치에 있어서의 상이한 위치에서의 차등 온도 상태를 모니터링하는데 2개의 열전대가 이용될 수도 있다. 사전결정된 차등 온도 상태가 되면, 세정이 종료될 수 있거나, 혹은 "소킹 시간"이 동일하거나 상이한 세정제에 의해 보조 세정하도록 설정될 수도 있다.

세정 작동에서의 종점 검출의 다양한 실시예는 세정 프로세스의 소킹 시간(dP/dt) 동안 압력 변화의 모니터링을 포함할 수 있다. 모니터링된 압력이 시간에 따라 변하는 것이 멈추면, 불변하는 압력차는 세정의 종점을 나타낸다. 종점 검출은 또한 모니터링된 종점 검출 변수로서 임의의 원하는 주입기 공구 파라미터에 근거하여 실행될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 종점 검출 방법은 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)을 이용한다.

본 명세서는 상이한 엄격도의 세정 상태를 실현하기 위해 또는 대안적으로 특정 침착물에 최적인 세정제를 이용하고 이어서 다른 침착물의 제거를 위해 선택된 다른 세정제를 이용하기 위해 순차적으로 사용되는 상이한 세정제의 사용을 고려하고 있다. 세정제들은 순차적으로 또는 "칵테일" 형태로 사용되어 본 명세서의 다양한 실시예에서 소망 레벨의 세정을 달성하게 할 수 있다.

보다 상세하게 원위치 세정을 고려하면, 이러한 세정은 3개의 인자, 즉 세정 전구체의 반응성, 세정 반응 부산물의 휘발성, 화학적 세정에 이용되는 반응 조건에 크게 좌우된다. 세정 성분은 원치않는 잔류물을 제거하면서 주입기의 구성 물질의 마모를 최소화하여야 한다. 세정 반응에 의해 생성된 부산물은 이온 주입기 또는 다른 펌핑 장치의 진공 시스템에 의해 용이하게 제거되기에 충분한 휘발성을 가져야 한다.

주입기의 구성요소와 동일한 물질로 형성된 잔류물의 세정은 구성요소 자체의 일부 마모를 야기한다. 구체적으로, 텅스텐 아크 챔버를 이용하는 시스템으로부터 텅스텐 침착물을 제거하기 위한 세정제로서 XeF₂를 사용함으로써, 아크 챔버의 내부로부터 일부의 텅스텐을 제거할 수 있다. 그러나, 시스템 효율을 최대화하기 위하여, 아크 챔버의 내부 물질의 일부 손실은, 시스템이 세정되지 않고 텅스텐 침착물이 시스템내에 축적되게 되는 경우에 시스템 성능의 저하의 관점에서 보면 크지 않다.

시스템에서의 이온 주입 프로세스 동안에 이온화 관련 침착물을 축적하는 이온 주입기 장치의 구성요소(들)는, 임의의 적절한 타입, 예컨대 진공 챔버, 아크 챔버, 전극, 필라멘트, 고전압 부싱, 자석 도파관, 웨이퍼 핸들링 구성요소, 클램프 링, 휠, 디스크 등을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 구성요소에는 소스(예를 들면, 진공) 챔버 및/또는 하나 이상의 구성요소(들)가 수납되어 있다.

세정제가 사용 동안 선택적으로 분배될 수 있는 임의의 적절한 공급 용기에 세정제가 공급될 수 있다. 세정제가 사용 동안 휘발되는 이불화크세논 또는 다른 고형 소스 세정제를 포함하는 적용예에 있어서, 세정제는 ATMI 인코포레이티드(미국 코네티컷주 댄베리 소재)로부터 상품명 PROE-VAP로 상업적으로 입수가능한 타입의 고형 이송 용기에 제공될 수 있으며, 이러한 이송 용기는 고상 세정제를 휘발시키고 또한 용기로부터 분배하기 위해 가스상 세정제를 생성하도록 가열될 수 있다. 이러한 용기에 있어서, 고형 소스 세정제는 다공성 금속 지지 구조체상에 제공되거나, 또는 용기의 내부 공간에 적층된 트레이에 제공될 수 있으며, 또한 용기 내부 공간은 연장된 표면 요소를 포함하여 세정제 공급 용기가 가열되는 경우에 가스상 세정제를 형성하도록 균일한 열전달 및 고형 소스 세정제의 휘발을 용이하게 할 수 있다.

세정제 공급 용기에는, 일체식 세정 장치의 관련 유동 회로를 통해 유동하도록 가스상 세정제를 해제하기 위해 수동 또는 자동으로 개방될 수 있는 분배 밸브를 포함하는 밸브 헤드가 설치될 수 있으며, 분배 작동은 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소에 의해 관리된다.

일체식 세정 장치는 하나 이상의 세정제 공급 컨테이너를 포함할 수 있다. 장치가 복수의 공급 컨테이너를 포함하는 경우, 이러한 컨테이너는 관련 유동 회로에 통합될 수 있어, 세정제 함유량이 고갈되어 가는 용기로부터 세정제가 완전히 충전된 다른 새로운 용기로의 용기의 교체를 가능하게 하고, 그에 따라 세정 작동 중단없이 계속 이루어질 수 있다. 대안적으로, 각 용기가 액티브 분배 작동 동안에 세정제 재고량을 결정하도록 모니터링되도록 구성된 프로세서 및 제어기 구성요소와 함께 용기가 일체식 세정 장치에 배열될 수도 있으며, 이러한 프로세서 및 제어기는 용기가 종점 상태, 예컨대 빈 상태로 가고 있다는 것이 모니터링에 의해 나타나면 특정 용기와 관련된 분배 작동을 중단하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 일체식 세정 장치는 압력 센서, 유량 센서, 중량 센서중 임의의 하나를 포함하는 빈 컨테이너 검출기를 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 컨테이너가 비어감에 따라 압력이 빠르게 하강한다는 점을 이용하여 컨테이너 압력의 변화율을 모니터링하기 위해 압력 센서를 채용함으로써, 사전결정된 변화율 또는 압력 하강이 발생되었을 때 종점 상태를 신호로 알릴 수 있다.

일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소는, 세정제가 고체 형태이고 고상으로부터 다량의 가스상 세정제를 휘발시키도록 가열될 필요가 있는 경우, 하나 이상의 세정제 공급 용기의 가열하기 위한 열 관리 능력을 제공하도록 형성 및 구성될 수 있다. 그러므로, 프로세서 및 제어기 구성요소는, 세정될 이온 주입기 또는 그 구성요소의 세정 요구조건을 만족하기에 충분한 승화 또는 휘발이 이루어지도록 하기 위해 세정제 용기를 요구 수준으로 가열하도록 구성될 수 있다.

일체식 세정 장치의 다양한 특정 실시예에 있어서, 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소는 세정 작동을 수용하도록 원자 질량 단위(AMU) 재프로그램밍 신호 또는 다른 프로그래밍 신호를 이온 주입기 프로세스 제어 시스템에 생성 및 전송하도록 구성된다. 예를 들면, 아르곤 또는 다른 캐리어 가스를 이온 챔버내로 유동시키는 이온 주입기의 유동 경로내에 세정제가 도입되는 경우, AMU 또는 다른 설정과 같은 이온 주입기 시스템 설정은 일체식 세정 장치 프로세서 및 제어기 구성요소로부터의 신호 또는 신호들에 의해 전환되어서 (예를 들어 XeF₂에 대해서는 이불화크세논이 세정제로서 사용되고 아르곤 캐리어 가스 공급의 차단 후에 아르곤 통로를 통해 유동할 때) 세정제 설정이 개시될 수 있다. 이러한 방식에서, 일체식 세정 장치는 세정 작동을 가장 효과적으로 실행하기 위해서 이온 주입기의 정상적인 프로세스 제어기 작동을 "무효로 하거나", 또는 그것을 변경 또는 보조하도록 구성되거나 배열될 수 있다.

다양한 실시예에 있어서, 일체식 세정 장치는 프로세서 및 제어기 구성요소가 예를 들어 이온 주입기 프로세스 제어 시스템의 그래픽 유저 인터페이스 또는 다른 출력 디바이스상에 작동 파라미터 및 모니터링된 상태를 표시하기 위해 이러한 이온 주입기 프로세스 제어 시스템의 CPU에 프로세스 및 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.

또한, 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소는, 추가적인 고장 대비 안전 특징부로서, 세정 장치의 출력 디스플레이 및/또는 이온 주입기의 프로세스 제어 시스템에 도킹 또는 인터로킹 신호를 제공하도록 구성될 수도 있다.

특정 실시예에 있어서의 일체식 세정 장치는 이온 주입기의 기존의 장비 및 가스 스틱을 이용하여 이온 주입기의 아크 챔버에 세정 화학물질을 이송할 수 있으며, 하나 이상의 가스 스틱이 세정 화학물질의 도입에 이용되며, 관련 가스 스틱 또는 스틱들은 일체식 세정 장치의 작용에 의해, 예를 들어 유동 제어 밸브의 폐쇄 또는 이러한 스틱(들)을 통해 통상 전달되는 유체의 유동을 종료시키도록 작용하는 다른 작동에 의해 차단될 수 있다. 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소는 이러한 차단을 실행하기 위해 연동 로직을 제공할 수도 있다. 대안적으로, 세정 화학물질은, 기존의 장비 및 가스 스틱내에서, 이온 주입기에의 정상적인 주입 작동시에 캐리어 가스, 도펀트 또는 다른 유체 유동과 함께 유동될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 이온 주입기는 사전결정된 작동 모드에 따라 작동하면서 이온 주입 동안 또는 주입 동작의 주기 사이에 세정 동작을 실행할 수 있다.

이온 주입기가 이온 주입을 위한 구체적인 방법을 실행하기 위하여, 이온 주입기는 실제적인 문제로서, 적절한 가스 유동이 이온 주입기의 아크 챔버에 이송되고 있는 것을 보장하기 위해 가스 유동 피드백 신호를 활용해야만 한다. 일체식 세정 장치는, 아르곤 또는 다른 처리 가스에 대한 유량 피드백 신호를 스위칭하기에, 그리고 예컨대 질량 유량 제어기, 압력 제어 밸브, 제한 유동 오리피스(restricted flow orifice), 니들 밸브 또는 눈금 설정된 길이의 관 등의 세정 화학 유동 제어 장치(cleaning chemistry flow control device)와 교체되기에 적합할 수도 있다. 세정 작동 동안의 그와 같은 교체에 의하면, 세정 화학 질량 유량 제어기 뿐만 아니라 이온 주입기 질량 유량 제어기도 전원 공급된 상태를 유지하게 하며, 세정 화학 유량 제어기는 연동된 유동 신호를 이온 주입기 처리 제어 시스템에 공급한다. 이 시스템과 일체식 세정 장치는 세정 화학 질량 유량 제어기의 유량을 이온 주입기 조작자 인터페이스에 디스플레이하도록 구성될 수도 있다.

특정 실시예에서, 일체식 세정 장치 및 이온 주입기는 안전한 작동을 허용하는 연동 기구(interlock scheme)를 채용하도록 배열될 수도 있다. 예컨대, 일체식 세정 장치는 이온 주입기가 세정 시퀀스를 수행하도록 안전한 작동 상태에 있는 것을 보장하기 위해 가스 스틱 아이솔레이션 밸브(gas stick isolation valve)에 공급된 공기 압력을 활용할 수도 있다. 그러한 연동 배열체는 세정 작동에 대한 조작자 확인의 용이성을 위해 주입기 툴 상의 조작자 인터페이스를 추가로 활용할 수도 있다.

프로세서 및 제어기 구성요소의 특정 배열체는, 열 충격, 압력 스파이크, 이온 주입기 알람의 작동 등을 회피하기 위해, 세정 작동 상태와 비세정 작동 상태 사이의 트랜지션(transitions)을 줄이거나 원활하게 하도록 채용될 수도 있다.

일체식 세정 장치는, 예컨대 절연체 또는 전극 표면 상의 소스 챔버 내의 잔류 침착물에 의한 야기되는 고장을 줄이기 위해 이온 주입기를 세정하는데 활용될 수도 있다. 소스 챔버만이 세정되어야 하는 경우, 이온 주입기의 비임-라인 아이솔레이션 밸브 및 소스 터보 아이솔레이션 밸브는 일반적으로 세정 작동 동안 폐쇄될 것이다. 이온 주입기의 터보 펌프를 세정함에 있어서, 세정제를 가능한 한 터보 펌프의 입구에 근접하게 도입하는 것이 바람직하다. 몇몇 이온 주입기는, 주입기의 변형 없이, 터보 펌프와 관련된 주입기 상의 현존하는 포트의 유용성에 의존하여, 소스 챔버의 세정이 없는 터보 펌프의 세정을 허용할 수도 있다. 포어라인(fore-line)의 세정은, 소스 터보 펌프 직후뿐만 아니라 전체 파이핑 시스템을 따라 러핑 펌프를 통해 하향으로 포어라인 상의 잔류 침착물의 퇴적을 감소시키기 위해 수행될 수 있다(그러한 침착물은 다양한 이온 주입기 시스템 내의 수많은 발화로 인해 야기되거나 그에 기여하는 것으로 알려져 있다).

일체식 세정 장치는 소스 챔버를 세정하여 고장 및 주기적인 정비의 빈도를 감소시키기 위해 활용될 수도 있다. 소스 터보 펌프, 포어라인, 포어라인 터보 펌프 및 비임 라인에 대한 별도의 또는 총체적인 세정은 본 발명에 의해 예기된다.

다양한 실시예에서의 일체식 세정 장치는 퍼징 기능을 구비하며, 이에 의해 이 장치의 유동 회로는, 종점에 도달하여 새로운 세정제 함유 용기로 교체되어야만 하는 세정제 공급 용기를 분리 및 제거하기 전에 퍼지될 수도 있다. 그러한 목적을 위해, 일체식 세정 장치는 유동 회로에 대한 결합부 또는 연결부를 포함할 수도 있으며, 이에 의해 유동 회로는 유동 회로의 퍼징을 실행하도록 질소 또는 다른 퍼지 가스의 소스에 결합될 수 있다. 그러한 결합부는 예컨대 반도체 제조 설비의 하우스 질소 라인에 유동 회로를 연결하기에 적합할 수도 있다.

본 발명의 일체식 세정 장치의 유용성 및 신속한 이송을 촉진하기 위해, 세정될 이온 주입기를 포함하는 반도체 제조 설비 또는 다른 설비 내의 한 위치로부터 다른 위치로의 수동 또는 운송 수단에 의한 이동을 가능케 하는 크기의 가동형, 예컨대 바퀴형 조립체와 같은 것이 제공될 수도 있다. 따라서, 일체식 세정 장치의 하우징은 카트 조립체로서 부착식 바퀴를 구비하도록 배열될 수도 있으며, 이 장치는 장치의 이송을 위해 수동에 의한 장치의 이동을 제공하는 핸들 또는 파지 구조체를 포함한다. 선택적으로, 이 하우징은 예컨대 배터리-전동식 카트 차량과 같은 차량에 상호 연결될 수 있게 하는 연결 장치, 결합부 또는 다른 구조체를 포함하거나 또는 그에 고정됨으로써, 일체식 세정 장치로 하여금, 서로 이동을 필요로 하는 거리만큼 이격되어 있는 다수의 이온 주입기를 포함하는 설비 내의 다양한 위치로 이동 가능하게 할 수도 있다. 추가 변형예로서, 일체식 세정 장치는, 차량의 섀시 상에 장착되거나 또는 다른 방법으로 차량에 탑재되는 조립체 내에 프로세서 및 제어기 구성요소, 세정제 공급 용기 및 유동 회로를 통합하는 배터리-전동식 차량과 같이 조작자에 의해 운전 가능한 차량형 조립체를 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "하우징"의 용어는 폐쇄형(enclosing) 구조체뿐만 아니라 비폐쇄형(non-enclosure) 구조체를 지칭하는 것으로 광범위하게 이해될 의도이다. 예컨대, 하우징은, 세정 조립체의 구성요소 및 구성요소로 하여금 서로 근접하게 배치되어 구조적인 조립체를 구성하게 하는 편평한 플랫폼, 개방 트레이 부재 또는 다른 베이스 구조체일 수도 있다. 하우징이 폐쇄 구조체에 의해 구성되는 경우, 이 폐쇄체는 통기될 수도 있으며, 예컨대 결합부, 통기구 등을 구비함으로써, 하우징이 반도체 제조 설비의 하우징 배기구에 결합될 수 있게 하거나, 또는 세정 장치가 사용되는 설비의 주위 환경으로의 세정제의 누출을 방지하기 위한 안전 조치로서 그를 관통하는 가스의 유동을 허용하는 청정 건조 공기(CDA) 라인을 구비할 수도 있다.

일체식 세정 장치는, 예컨대 각각의 이온 주입기를 위한 다수의 연결부를 갖는 유동 회로 배열체와, 다수의 이온 주입기와 접속되도록 배열된 프로세서 및 제어기 구성요소를 제공함으로써, 다수의 이온 주입기를 서비스하도록 구성될 수도 있다. 일체식 세정 장치는, 이온 주입기 및/또는 그의 구성요소를 세정하기 위해 의도된 세정 장치의 사용을 위한 일체식 세정 장치의 일정한 실시예에서 필요하거나 요구되는 바와 같이, 임의의 적절한 구조 또는 폼 팩터를 가질 수도 있다.

다양한 실시예에서의 일체식 세정 장치는 이온 주입기 또는 그의 구성요소를 순환 퍼지하기 위해 탑재 기능(on-board capability)을 제공하도록 배열될 수도 있다. 예컨대, 일체식 세정 장치는 탑재형 진공 펌프 또는 그러한 목적을 위한 다른 적절한 구성요소를 포함할 수도 있다. 선택적으로, 일체식 세정 장치는 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소의 지배 및 제어 하에서의 이온 주입기 퍼징 유닛(들)에 의한 퍼징 작동을 실행하기에 적합한 프로세서 및 제어기 구성요소를 포함할 수도 있다.

다양한 실시예에서, 일체식 세정 장치는 예컨대 세정제에 대하여 선택적인 화학 흡착 재료 또는 물리적 흡착 재료의 형태의 세정 기능(scrubbing capability)을 또한 통합할 수도 있는데, 이로써 일체식 세정 장치의 공급 용기, 유동 회로 또는 다른 구성요소로부터의 세정제의 누출이 즉시 흡착되어 주위 환경으로의 누출이 방지되게 된다.

특정 실시예에서의 일체식 세정 장치는 세정 작동을 위한 원격 플라즈마 생성용 플라즈마 생성기를 포함하는데, 이는 가스상 세정제를 이온화 상태를 겪게 함으로써 플라즈마 세정제를 형성하는 것을 수반한다.

일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소는 대응하는 설비 내에서의 작동의 통합을 위해 원격 데이터 로깅 시스템 또는 설비 자동화 시스템과의 연결을 가능케 하는 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서 및 제어기 구성요소는, 이온 주입기의 세정 작동을 비세정 작동과 통합하기 위해, 주입기의 처리 제어 시스템과 접속되기에 적합할 수 있다. 예컨대, 일체식 세정 장치가 세정 작동 동안에 아르곤 캐리어 가스 대신에 XeF₂를 도입하도록 배열되며 세정 작동이 4torr의 압력에서 수행되는 경우, 이온 주입기가 후속하는 이온 주입 작동을 위한 캐리어 가스로서 아르곤을 10psi(69.9㎪)로 유동시키는 것으로 다시 스위칭하는 경우, 유해한 압력 스파이크가 소스 터보 펌프로 보내질 수 있는 가능성이 존재한다. 그러므로, 일체식 세정 장치는 이온 주입기의 처리 제어 시스템과 상호 작용하여, 세정 작동이 종료된 후의 아르곤 스틱 유동 제어 밸브의 점진적인 개방을 실행함으로써, 그러한 압력 스파이크의 발생을 회피하게 하는데 적합할 수도 있다. 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 구성요소는, 이온 주입기 내의 압력뿐만 아니라, 온도, 유량 및 다른 트랜지션을 포함하여 이온 주입 작동과 세정 작동 사이의 트랜지션 내에 발생할 수 있는 트랜지션을 완화 또는 조절함으로써, 각각의 트랜지션에서의 안전성 및 효율을 최대화하는데 적합할 수도 있다.

일체식 세정 장치의 다양한 실시예에서, 세정제(예컨대, XeF₂)의 원치않는 응축의 회피는 공급 용기(들) 및/또는 유동 회로의 가열, 세정제의 이송 동안의 온도 및 압력에 대한 제어된 조절, 세정제 이송 후의 이송 라인의 질소 퍼징, 유동 회로 내의 이송 라인의 주기적인 배출, 세정제 공급 용기 설치 및 배향, 및 최적화된 세정 주기에 의해 달성될 수도 있다.

따라서, 본 발명은, 세정제를 이온 주입기 또는 그의 구성요소로 이송하기 위한 일체식 세정 장치를 예기하는데, 이 장치는 하우징을 포함하고, 상기 하우징과 구조적으로 연관되어 있으며, 상기 하우징은, (i) 적어도 하나의 세정제 공급 용기와, (ⅱ) 상기 적어도 하나의 세정제 공급 용기에 연결된 세정제 유동 회로와, (ⅲ) 상기 적어도 하나의 세정제 공급 용기로부터 상기 유동 회로를 통해 상기 이온 주입기 또는 그의 구성요소로 세정제를 분배하기에 적합한 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체를 포함한다.

따라서, 폐쇄된 내부 체적을 구획하는 하우징을 포함하는 이온 주입기가 제공될 수도 있으며, 상술한 바와 같은 일체식 세정 장치가 이온 주입기 또는 그의 구성요소의 세정을 위해 상기 내부 체적 내에 작동 가능하게 배열되거나, 또는 하우징의 표면 상에 또는 하우징에 근접하여 위치 설정되어 이온 주입기 또는 그의 구성요소의 세정을 위해 이온 주입기에 작동 가능하게 연결된다.

본 발명은 또한 반응성 가스상 세정제 세정 작동을 위한 종점 검출 시스템을 예기하며, 이 시스템은, 세정 작동의 유출물 스트림 내에 배치되기에 적합하며 가스상 세정제와 발열 반응하는 물질을 포함하는 삽입체(insert)를 포함하며, 상기 삽입체는 상기 재료와 접촉하는 세정제의 존재를 표시하는 상기 재료의 온도 상태를 감지하기에 적합한 열적 모니터링 요소를 포함한다.

다양한 실시예에서, 본 발명은 이온 주입기 또는 그의 구성요소를 세정하는 방법을 예기하며, 이 방법은, 유체 이송 스틱에 의해 이송되는 유체 대신에 또는 그에 추가하여 세정제로 하여금 이온 주입기 또는 그의 구성요소로 유동하게 하는 방식으로 이온 주입기의 유체 이송 스틱을 작동시키는 동안, 세정제를 상기 세정제의 소스로부터 이온 주입기 또는 그의 구성요소로 유동시키는 단계를 포함한다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 4개의 가스 스틱형 이온 주입기(50)에 연결되어 있는, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체식 세정 장치(10)의 개략도이다. 일체식 세정 장치는 이온 주입기의 아크 챔버 내로 세정제를 이송하도록 배치된다.

본 배열체 내의 주입기는, 도펀트 공급 용기(54), 도펀트 공급 용기(60), 도펀트 공급 용기(66) 및 아르곤 캐리어 가스 공급 용기(68)에 각각 연결된 유체 이송 라인(48, 56, 62, 70)을 포함하는 4개의 가스 스틱의 매니폴드형 배열체를 포함한다. 각각의 유체 이송 라인(48, 56, 62, 70)은 이들의 종점의 하류측에서, 유동 제어 밸브(130, 140)를 포함하는 유체 공급 매니폴드(42)에 연결된다.

각각의 유체 이송 라인(48, 56, 62, 70)은 각각 연관된 분기 라인(128, 126, 124, 72)을 갖는데, 이들은 각각 유동 제어 밸브(122, 112, 110, 90)를 포함하며, 유동 제어 밸브(106)를 구비하는 퍼지 매니폴드(44)에 연결된다.

유체 공급 매니폴드(42) 및 퍼지 매니폴드(44)의 각각은, 내부에 유동 제어 밸브(132, 108)를 구비하는 질소 공급 라인(46)에 연결되고, 질소 공급 라인(46)은 이어서 질소 공급부(38)에 연결되는데, 이 질소 공급부(38)는 반도체 제조 설비 하우스 질소 라인일 수도 있다.

이온 주입기 매니폴드 배열체에서, 아르곤 이송 라인을 포함하는 아르곤 스틱은 내부에 밸브(88)를 구비하는 분기 라인(72)을 거쳐서 아르곤 공급부(74)와 유체 연통 상태로 연결된다. 아르곤 공급부(74)는 반도체 제조 설비 하우스 아르곤 라인일 수도 있다. 따라서, 아르곤 스틱은 아르곤 공급부(74)나 아르곤 공급 용기(68) 중 어느 하나의, 또는 양자 모두로부터의 아르곤에 의해 공급되는 것으로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 아르곤 이송 라인(70)은 유체 압력 조정기(86)와, 유동 제어 아르곤 블로킹 밸브(78)와, 질량 유량 제어기(MFC)(76)와, 이 질량 유량 제어기(76)의 상류측 및 하류측 각각의 밸브(80, 82)를 포함한다. 나머지 가스 스틱의 각각은 도펀트 공급 용기(54, 60, 66)로부터의 도펀트 이송에 할당된다. 도펀트 공급 용기(66)와 관련된 도펀트 이송 스틱은, 유동 제어 밸브(96)를 구비하는 바이패스 루프(64)와 함께 질량 유량 제어기(84), 상류측 및 하류측 밸브(92, 94)를 포함하여, 라인(62) 내의 질량 유량 제어기를 우회하는 도펀트 유동을 제공한다. 아르곤 블로킹 밸브는 몇몇 실시예에서 일체식 세정 장치와 함께 개장 밸브(retrofit valve)로서 제공되어, 세정 작동을 조절한다.

이에 대응하여, 도펀트 이송 라인(56)은 질량 유량 제어기(98)와 상류측 및 하류측 유동 제어 밸브(101, 12)를 포함하며, 그러한 도펀트 이송 라인은 유동 제어 밸브(104)를 포함하는 바이패스 루프(58)와 연통된다. 유사한 방식으로 구성되기 때문에, 도펀트 이송 라인(48)은 질량 유량 제어기(114)와 상류측 및 하류측 밸브(118, 116)를 포함하며, 유동 제어 밸브(120)를 포함하는 바이패스 루프(52)는 라인(48)과 유체 연통되어 있다.

일체식 세정 장치(10)는 내부에 내부 체적(14)을 구획하는 하우징(12)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러한 내부 체적 내에는 세정제 공급 용기(16)가 배치되어 있다. 세정제 공급 용기(16)는, 유동 제어 아이솔레이션 밸브(28)를 구비하는 세정제 이송 라인(20)과 질량 유량 제어기(26)와 압력 변환기(24)와 유동 제어 밸브(22)를 포함하는 유동 회로(18)와 유체 연통되어 있다. 유동 회로(18)는 유동 제어 밸브(30)를 구비하는 바이패스 루프(19)를 포함하여, 질량 유량 제어기를 우회하는 세정제의 유동을 허용한다. 압력 변환기(24)는 압력을 모니터링하며, 장치(10)의 작동시에 특정 제어 함수를 개시하도록 배치된다.

또한, 세정제 공급 라인(20)에는 질소 퍼지 라인(36)이 연결되어 있는데, 이 질소 퍼지 라인(36)은 세정제 공급 라인(20)을 질소 공급 라인(46)에 상호 연결한다. 질소 공급 라인은 체크 밸브(34) 및 유동 제어 밸브(32)를 포함한다. 질소 공급 라인을 구비하는 그러한 배열체에 의해, 세정제 공급 용기(16)가 소진되거나 또는 종점 상태에 도달함으로써 유동 회로와의 연결부로부터 분리되어 새로운 세정제의 용기와 교체되어야만 하는 경우, 유동 회로(18)는 선택적으로 퍼지될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 있어서의 일체식 세정 장치 내에는 질소 퍼지 기능이 제공되지 않을 수도 있으며, 일체식 세정 장치의 선택적인 특징으로서 다른 퍼지 또는 재생 기능이 제공될 수도 있음을 인식할 것이다.

또한, 하우징(12)에 의해 둘러싸인 내부 체적(14) 내에는 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)가 배치되는데, 이 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)는, 아르곤 이송 라인(70)을 구비하는 아르곤 스틱 내의 유동 제어 밸브(78)와 신호 전송 라인(148)에 의해 신호 전송 관계로 연결되어 있다. 이러한 배열체에 의해, 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)는, 예컨대 유동 제어 밸브(78)와 관련된 공압식 또는 다른 타입의 밸브 액추에이터에 의해 유동 제어 밸브(78)를 조절 또는 폐쇄할 수 있다. 또한, 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)는 신호 전송 라인(146)을 거쳐서 이온 주입기와 신호 전송 관계로 연동되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이에 의해 이온 주입기 내에서 그리고 반응 가능하게 발생되는 신호에서 세정 작동의 종점 상태가 감지될 수 있게 되는데, 이 신호는 신호 전송 라인(146)을 따라 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)로 전송되며, 그 후에 이 신호는, 유동 제어 밸브(78)가 세정 작동을 조절하도록 폐쇄되는 경우에 유동 제어 밸브(78)의 개방을 구동할 수 있다. 또한, 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)는 세정제 공급 용기(16)와 관련된 유동 제어 밸브(22)와 제어 관계로 연결될 수 있다.

프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(144)의 신호 전송 관계는, 본 발명의 일체식 세정 장치의 다양한 모드의 작동에 대하여 본 명세서에서 상술한 바와 일치하는 이온 주입기 시스템의 세정 작동 및 그와 관련된 구성요소, 요소 및 변수를 작동 가능하게 제어하도록 광범위하게 변형될 수도 있다.

도 1에 도시된 구성에 의하면, 유체 공급 매니폴드와 연결된 공급 용기(vessel)로부터의 아르곤 및 도펀트가, 도펀트 공급 용기 및 아르곤 공급 용기 또는 아르곤 소스(74)와 연관된 라인 내의 밸브의 적절한 개방에 의해서, 유동 제어 밸브(134)를 구비하는 라인 내의 이온 주입기(ion implanter)로 유동해 갈 수 있다. 이어서, 세정 운전이, 프로세서 및 제어기 부분품 조립체의 작동에 의한 유동 제어 밸브(78)의 폐쇄로 이온 주입기로의 아르곤 공급을 종료함에 의해서, 개시될 수 있다. 동시에, 유동 제어 밸브(22, 28)가 세정제 공급 라인(20)에서 개방되어, 세정제가, 그러한 라인(22)을 통해서 유체 공급 매니폴드(42)로 그리고 나서 밸브(134)를 구비하는 라인을 통해서 이온 주입기로, 유동한다. 그리고 나서 이온 주입기 또는 이온 주입기의 선택된 부분품이나 개소의 세정이, 세정제를 그러한 개소 또는 개소들의 침착물에 접촉하면서, 실시된다. 세정은 계속적인 유동 공정 내에서의 세정제와 침착물의 접촉을 포함할 수도 있고, 또는 세정제가 주입기 내의 특정 챔버 또는 세정될 부분에 도입되어 이 챔버를 소정 압력으로 채우고, 이후에 사전설정된 시간 동안 반응이 발생하도록 허여 될 수도 있다. 이와 같은 세정 반응 후에, 이제 미반응 세정제 및 반응 산물을 포함하고 있는 부분품이, 예를 들어, 진공 펌프, 러핑 펌프(roughing pump) 또는 배기를 유발하는 다른 장치에 의해서, 배기되고, 이러한 충전, 불림(soak) 및 배기 단계가 그 후, 필요하다고 결정된 만큼의 사이클 회수로, 반복될 수 있다. 이온 주입기로의 세정제의 흐름은, 맥박식, 간헐식, 또는 관련된 특정 세정의 응용에 적합한 임의의 적절한 방법의 그 밖의 시간 변경식일 수 있다.

세정 작동에 이어서, 프로세서 및 제어기 부분품 조립체(144)는 유동 제어 밸브(78)를 작동시켜 개방되고 주입 기구의 다음 이온 주입 운전 동안, 공급 용기(54, 60, 66)의 하나 또는 둘 이상으로부터 하나 또는 둘 이상의 도펀트가 제공되는 상태에서, 아르곤을 인계한다. 세정 작동 자체는 유동 제어 밸브(22, 28)의 폐쇄에 의해서 종료된다. 그 이후, 유동 회로망(18)이, 밸브(32)가 퍼지 운전을 위해서 개방될 때 질소 공급 라인(46) 및 질소 퍼지 라인(36)으로부터 인계되는 질소에 의해서 퍼지(purge)될 수 있다.

따라서, 일체식 세정 장치(10)는, 단지 4개의 가스 공급 용기를 수용하도록 구성된 (그리고 여기소 주입기 소프트웨어 인터페이스는 4개의 가스 공급 용기 이외는 인식하도록 프로그램되어 있지 않다) 이온 주입기에, 세정제 공급 용기를 이온 주입기가 아르곤 스틱(stick)에 근거한 처리 레시피를 실행가능하도록 하는 제 5 가스 공급 용기로 제공함으로써, 세정 기능을 제공하도록 기능한다. 일체식 세정 장치는 유동 제어 밸브(78)를 이용하여 이르곤의 흐름을 차단하고 이것을 세정 화학약품으로 대체하는 기능을 한다. 질량 유동 제어기(26)는, 세정제 공급 용기로부터 사용자-규정 지정 개소로의 세정제의 유량을 제어하는 기능을 한다.

일체식 세정 장치(10)는 그래서, 만약 일체식 세정 장치(10)가 세정 운전을 위해서 이온 주입기에 단지 짧은 시간만의 연결을 요구하는 잠정적 또는 간헐적 기준에서 이용되는 경우 요청될 수 있는 것과 같은, 유체 공급 매니폴드(42)에 연결 및 분리를 제공하는 세정제 공급 라인(20) 상의 그리고 질소 공급 라인(46)에 연결 및 분리를 제공하는 질소 퍼지 라인(36) 상의 적합한 연결 부재에 의해서, 용이하게 이온 주입기에 연결되고 떼어질 수 있다. 신호 전송 라인(146, 148)은 용이한 연결 및 분리를 위해 부합되게 배열될 수 있다. 특정 실시예에서, 프로세서 및 제어기 부분품 조립체(144)는 무선 신호 통신에 적합하게 구성될 수 있어 그러한 신호 전송 라인을 이용한 유선 연결의 필요를 제거한다.

또는, 일체식 세정 장치(10)는, 주입기 또는 주입기의 선택된 개소 또는 부분품의 간헐적 또는 주기적 세정을 포괄하도록, 이온 주입기에 영구적 개장(retrofit)으로서 제공될 수 있다.

비록 본 개시의 일체식 세정 장치는, 세정제를 반도체 제조 기구와 같은 산업용 기구, 예를 들어, 이온 주입 장치에 이의 세정을 위해 공급하기 위하여 이용되어지는 것으로 여기서 다양하게 설명되었지만, 개시된 일체식 장치는 추가적으로 또는 이와 달리 세정제 이외의 물질의 공급을 위해서 사용될 수 있고, 다양한 다른 산업용 장비에서 사용될 수 있다는 점은 인지될 것이다. 예를 들어, 개시된 일체식 장치는 응용으로, 한정된 수의 유동 라인 또는 유동 회로 스틱을 갖는 프로세스 시스템 시설에, 프로세스 시스템의 기능을 확장하기 위해 유동 회로에 도입되는 추가적인 동축류(co-flow) 가스와 같은 추가적인 물질의 프로세스 시스템으로의 공급을 위해서, 채택될 수 있다. 일체식 장치는 따라서 폭넓게 다양한 타입의 프로세스 시스템으로의 추가적인 반응물, 희석액, 조절제, 동반이행 유체(entrainment fluids) 또는 다른 물질의 공급을 위한 응용을 찾을 수 있다.

도 2는 개시되는 또다른 실시예에 따른 일체식 세정 장치(200)의 반 투영 사시도이다. 도시된 바와 같이, 장치(200)는 하우징(210)을 포함하고, 여기서 하우징은 유동 회로(214)를 구비하는 내부 체적(212)을 감싼다. 일체식 세정 장치는, 유체가 고갈된 용기로부터 다른 가득 찬 용기로의 전환 기능 및 선택적으로 고갈 감지 장치 또는 작동중인 세정제 공급 용기의 고갈 상태로의 접근의 결정을 위한 구성체를 갖고 그러한 전환을 시작하도록 구성된 적절한 분배기(manifolding)와 함께, 세정 운전의 연속성을 확보하도록 구성된 복수의 세정제 공급 용기를 구비할 수 있다. 유동 회로(214)는 다양한 밸브, 질량 유동 제어기 및 압력 변환기(203)를 포함한다. 압력 변환기(203)는 매니폴드 압력을 모니터하고 다양한 제어 기능을 시작하도록 구성된다. 도 1에 개괄적으로 도시된 조립체(144)에 대응한 도 2의 일체식 세정 장치의 프로세서 및 제어기 부분품 조립체는 둘러싸인 하우징(210) 내에 장착되어 도 2에서 가시적이지 않으나, 프로그램가능한 논리 제어기(programmable logic controller; PLC), 전원 공급장치 및 관련 부분품을 구비한다.

도 3은 공급 챔버(301), 터보 펌프(302) 및 포어라인(304)을 구비하는 이온 주입기(300)의 다양한 부분품의 사시도이다. 포어라인(304)에는 다양한 열전쌍(306, 308, 310, 312)이 연결되며, 열전쌍은 세정 반응을 모니터링하기 위한 프로세서 및 제어기 부분품에 신호 전송 관계로 연결된 연장부(314, 316, 318, 320)를 갖는다. 세정제, 예를 들면, XeF₂는 일체식 세정 장치(도 3에 도시안됨)로부터 공급 챔버(301)로 도입되고 공급 챔버(301)로부터 터보 펌프(302)를 거쳐서 포어라인(304)을 따라서 흘러 배기된다. 배기된 세정제 및 반응물 유출물은 다음으로 유출물의 처리 및/또는 미반응 XeF₂의 회수를 위한 스크러버(scrubber)로 이동될 수 있다. 그래서 일체식 세정 장치는 주입기(300)의 공급 챔버, 터보 펌프 및 전단 라인 부분품 내에 잔존하는 침착물을 제거하는 기능을 한다.

도 4는 개시된 또다른 실시예에 따른 결합식 일체식 세정 장치(350)의 반 투영 사시도이다. 본 실시예에서 일체식 세정 장치는 두 개의 세정제 공급 용기(354, 356)와 함께 관련 유동 회로(360)의 구성체가 배치되는 내부 체적을 감싸는 하우징(352) 및 세정제의 주입기 또는 세정될 주입기의 선택된 구성요소로의 공급을 위한, 유동 회로 내의 다양한 밸브의 작동을 위해서 가압된 가스의 소스에 연결을 위한, 그리고 유동 회로의 퍼지를 위해서 질소 퍼지 가스에 연결을 위한 집적 연결 포트(362)를 포함한다. 배기 연결부(366)는 주입기 설비의 하우스 배기 시스템 또는 다른 배기 시스템과 연결을 위해 제공된다. 하우징은 일체식 세정 장치의 밸브 및 다른 부분품의 작동을 위한 접근 판넬을 갖는다.

도 4에 도시된 일체식 세정 장치(350)는 전형적인 형상에서 상대적으로 작은 치수의 것이다. 일 실시예에서, 장치는 폭이 12인치, 길이 20인치 및 높이 10인치인 하우징 내에 둘러싸여 있어 대응적으로 작은 점유면적을 갖는 특 소형 유닛을 제공한다. 이런 소형성을 갖는 일체식 세정 장치는 주입기의 인클로저의 상부나 내부에 용이하게 설치될 수 있어 주입기 설비의 바닥 면적 및 전체적 형상에 주는 영향을 최소화한다.

도 5는 이온 주입기(482) 및 도 4에 도시된 형태의 결합식 일체식 세정 장치(480)의 반 투영 사시도로서, 결합식 일체식 세정 장치가 장착될 수 있는 이온 주입기의 또다른 개소를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일체식 세정 장치(480)는 화살표(T)로 나타낸 바와 같이 이온 주입기의 상부 표면(484) 상에 설치될 수 있다. 이러한 구성은 포스트 악셀(post acel) 기능을 구비하는 형태의 주입기와 함께 유용하게 채택될 수 있다. 도 5는, 화살표(I)로 나타낸 바와 같이, 일체식 세정 장치(480)가 이온 주입기(482)의 내부 체적(486)에 설치되는 또다른 구성을 도시한다. 일체식 세정 장치의 이러한 내부 배치는, 일체식 세정 장치가 주입기의 바닥에 위치한 상태로, 포스트 액셀 기능을 결여한 형태의 주입기와 유용하게 채택될 수 있다.

도 6은 개시의 일체식 세정 장치용 조작자 인터페이스 패널(412)의 사시도이다.

도 7은 세정 장치의 유체 공급 조립체(460)에 인접하여 배치된 일체식 세정 장치(400)의 전기 제어 박스(410)를 도시한다. 전기 제어 박스(410)는 세정 운전을 행하기 위해 필요한 프로그램화가능한 논리 회로(PLC) 및 모든 전기 장치를 수용한다. 이러한 제어 박스는 상대적으로 소형이고, 일 실시예에서는 10인치 X 10인치 X 10인치의 치수로 모양지어 진다. 제어 박스는, 모니터링 및 제어 신호의 전송 및 수신을 위한 광 섬유 통신 기능을 갖고, 제어 박스는 연동(interlock) 기능을 제공하도록 인클로저의 내부에 위치하는 수동 스위치를 갖는다.

도 6에 도시된 작업자 인터페이스 판넬(412)은 세정 공정을 시작하도록 하는 기능을 제공하고, 상태 표시 뿐만 아니라 테이타 로그(logging) 및 디스플레이 기능을 가능하도록 한다.

전기 제어 박스(410) 및 작업자 인터페이스(412)는 일체식 세정 장치의 분리된 부분품으로 제공되거나 단일의 패키지 조립체로 결합될 수 있다. 작업자 인터페이스는 키 스위치(keyed switches)와 같은 연동 특징을 가질 수 있고, 무선 통신 기술을 이용하는 운전을 위하여 구성될 수도 있다.

도 7에 도시된 세정 장치의 유체 공급 조립체(460)는 세정 유체 공급 용기(462, 464)를 포함하며, 각각은, 예를 들어, 용기(462, 464)의 하나로부터, 다른 하나는 흐름이 중단된 동안에, 세정 액의 분배(dispensing)를 시작하게 작동 가능한, 싸이클(cycle) 운전에 유용한 다지관 구성체의 유동 제어 부분품을 포함하는 유동 회로(466)에 연결되어 있다. 이러한 싸이클 운전에서, 공급 중인 유체 공급 용기 하나가 분배 서비스 동안 고갈되어 감에 따라, 적절한 밸브 폐쇄에 의해서 사용에서 제외되도록 전환되고, 세정 액을 담고 있는 다른 가득 찬 용기로의 분배 운전의 전환이 일어나 분배 및 세정 운전의 연속성이 달성된다.

도 8은 개시의 또다른 실시예 따른 이동식 일체식 세정 장치(420)의 반 투영 사시도이다. 도시된 바와 같이, 이러한 장치는 외부 하우징(422)을 구비하며, 세정 장치(즉, 세정제 공급 용기, 유동 회로 등)의 비전기적 부분품을 수용하는 내부 하우징(424)이 그 내부에 제공되어 전기적 부분품이 비전기적 부분품으로부터 격리된다. 도시된 바와 같이 집적 운전자 인터페이스를 구비하는 전기적 부분품은 외부 인클로저의 왼쪽편 앞 문 패널에 제공된다. 배기 연결부(428)는 외부 인클로저의 상부 패널에 제공되어, 내부 인클로저 및 내부 체적과 연통하고, 하우징 배기 시스템 또는 다른 배기 시스템에 연결될 수 있다.

핸들이 외부 하우징 상에 제공될 수 있어 이온 주입기 시설 내에서 이동식 일체식 세정 장치의 수작업 이동을 용이하게 하고, 이러한 목적을 위해서 외부 인클로저는 캐스터(casters; 430) 상에 장착되어 이온 주입기 시설 내 한 장소에서 다른 장소로의 장치 이동시 용이한 수작업 조작 기능을 제공한다.

도시된 구성에 의하면, 도 8에 도시된 일체식 세정 장치는 외부 인클로저의 내부에 공간을 수용하며, 이 공간은 소형 및 용이한 이동식 조립체로 된 세정 장치와 유용하게 이용되는 유체 공급 라인 및 다른 장치 장치의 수납을 위한 용도이며, 내부 인클로저는 세정제 공급 용기 및 관련 다기관부(manifolding), 밸브 등을 포함하고 배기 연결부(428)를 통해서 배기된다.

도 9는 도 8의 이온 주입기(402) 및 이동식 일체식 세정 장치(420)의 반 투영 사시도로서, 주입기 옆 바닥에 배치된(화살표(S)로 지시된 위치) 또는 다르게 이온 주입기의 인클로저 내에 배치된(화살표(C)로 지시된 위치) 것과 같이 이온 주입기와 관련하여 이동식 세정 장치의 가능한 위치를 도시한다. 이동식 일체식 세정 장치는 하나 또는 하나 보다 많은 이온 주입기를 동시에 세정하도록 구성될 수 있다는 점은 인식될 것이다.

이동식 일체식 세정 장치는 따라서 주입기의 세정을 위해서 주입기로 이동될 수 있고, 이때 배기 라인은 배기 연결부 및 모든 공급 라인과 상호 연결될 수 있고 세정 운전을 위한 관련 연결이 준비된다. 이동식 장치는 주입기 인클로저 바로 외측에 또는 인클로저 내부에 배치될 수 있다. 세정 후, 휴지(idle) 상태 동안, 이동식 장치는 보관 동안에 환기 및 배기되어 있도록 배기 구조체에 연결될 수 있다. 바람직하게 이동식 일체식 세정 장치는 연동 기구를 구비하여 운전의 안전성을 확보한다. 유독 가스 모니터링 기능이 세정 장치 인클로저에 제공되거나, 주입기 시설의 모니터링 기능과 연결을 위한 연결부가 제공될 수 있다. 이동식 장치는 탑재된 배터리 또는 다른 전원 공급장치를 구비하여, 세정 운전 동안에 외부에서 공급되는 전력이 필요하지 않다.

본 발명의 일체식 세정 장치는 사용 및 응용 분야에서 광범위하게 변형될 수 있다. 상기 장치는 세정제 용기 가열 성능, 예를 들어, 세정제 공급 용기 상에 열전쌍 또는 다른 온도 센서를 제공하여, 설정치 온도 상태로 가열할 수 있다. 가열 성능은 세정제 공급 용기를 미리 결정된 산출 압력으로 가열하며, 응축을 억제하기 위해서 구성될 수 있으며, 용기 가열기는 플러스 가열을 위해 구성될 수 있다. 고 전도 밸브, 예를 들어, 적어도 0.7 이상의 유동 전도, Cv를 갖는 밸브, 즉, Cv가 0.7 내지 2.5인 밸브, 보다 바람직하게는 0.8 내지 2.0, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.2인 밸브와 같은 고 전도 밸브를 포함하는 고 전도 유동 회로가 사용되어 세정제의 고 유동률을 제공하여 이온 주입기 또는 이온 주입기의 구성요소를 세정시킬 수 있다. 상기 장치는 사이클 퍼징 성능 및 탑재 진공 발생, 또는 이온 주입기 진공 시스템을 이용하기 위해서 이러한 성능을 제공할 수 있다. 탑재 스크러빙 성능이 제공되어 장치 내의 세정제의 임의의 누출을 수용할 수 있다.

일체식 세정 장치는, 세정될 이온 주입기 또는 이온 주입기의 구성요소에, 필 세정 및 소크 세정, 플로우 스루 세정 또는 세정제의 일정한 블리드 도입을 포함하는, 다양한 세정 작동 모드를 제공하는 저장된 세정 레시피와 관련된 프로그램 성능을 제어기 구성요소 내의 프로세서에 더 포함할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기는 비임 라인 세정 작동, 및 이온 주입기 기능 자동 시스템과 통하는 성능을 위해서 일체식 세정 장치 내에 제공될 수 있다.

종점 검출 성능은, 세정이 완료되는 종점 상태를 결정하기 위해서 일체식 세정 장치에 제공될 수 있으며, 그 결과 세정 장치가 정지될 수 있다. 이러한 종점 검출 성능은, 소크 타임(dP/dt 모니터링) 중에 압력 변화를 모니터링하는 단계를 포함하여, 일단 이러한 압력 차이가 시간이 흐름에 따라 변하지 않으면 세정 작동이 완료되는 것이 입증된다. 종점 검출 성능은, 이온 주입기의 매개변수, 온도 레벨, 열전쌍 또는 다른 열 측정 요소에 의한 온도 감지, 또는 세정 로커스에 따른 희생 구성요소의 이용을 기반으로 할 수 있어서, 세정제는, 종점 결정요인으로서, 예를 들어, 전류 통로를 변경시키는 침식 또는 제거에 의해 희생 구성요소의 침식 또는 제거를 야기할 수 있다. 세정 폐수의 FTIR 검출가 세정의 종점 상태를 결정하기 위해서 실행될 수 있다.

대응하여, 고갈 검출 구성은, 세정제를 세정 작동에 분배하도록 이용되는 세정제 공급 용기로부터 세정제의 고갈 발생(onset)을 결정하도록 이용될 수 있다. 이러한 고갈 검출 구성은 공급 용기가 고갈됨에 따라 보다 신속하게 압력 드로핑 현상을 이용하도록 압력 기반 또는 용기 압력 결정의 변화율을 포함할 수 있다. 고갈 검출 구성은 유동 기반 특성일 수 있으며, 또는 종래에 측정된 필 중량 또는 본래의 필 중량 대 이용되는 세정제 양의 계산 또는 결정을 기반으로 할 수 있다. 고갈 검출 구성은 중량 기반으로 할 수 있으며, 세정제 분배 작동 중에 용기의 중량을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.

그래파이트 성분의 출현과 관련하여, 비임-라인 세정과 같은 분야에서, 플루오르와 같은 바람직하지 않은 성분의 그래파이트 삽입은, 세정의 구체적인 작동 매개변수의 결과로서 필 압력 또는 종 혼합 변경에 의해 해결될 수 있다.

응축 문제는 용기 및 전달 라인 가열, 전달 중 온도 및 압력 제어를 위해 조기에 턴오프시키는 용기 가열의 최적화, 세정제 유동 후에 질소로 유동 통로 및 구성요소의 백필링, 전달 라인의 주기적인 배기, 세정제 공급 용기(들)의 방향 및 설치, 및 세정 주기의 최적화에 의해 최소화되거나 방지될 수 있다.

도 10은 일체식 세정 장치(500)로 유용하게 이용될 수 있는 종점 검출 시스템의 예시적인 개략도이다.

세정 장치(500)는 밸브 헤드(516) 및 밸브 헤드 액추에이터(518)를 구비한 세정제 공급 용기(514)가 배치된 내부 용적(512)을 규정하는 하우징(510)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 세정제 공급 용기(514)는 밸브 헤드(516) 내의 밸브가 개방될 때, 유동 제어 밸브(522)를 내부에 포함하는 세정제 전달 라인(520)으로 세정제를 분배한다. 밸브(522)는 밸브 액추에이터(524)와 연결되어 있다. 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(526)는 하우징(510)의 내부 용적(512) 내에도 제공되며, 신호 전달 라인(528)에 의해 밸브 헤드 액추에이터(518)에 연결되며, 신호 전달 라인(530)에 의해 밸브 액추에이터(524)에 연결된다.

세정제 전달 라인(520)은 세정제를, 배기 도관(540)과 연통하는, 세정될 이온 주입기 또는 이온 주입기의 구성요소에 전달하며,(이온 주입기의 포어라인, 비임 라인 또는 다른 구성요소를 나타내는 관형 섹션 (536)에 의해 도 10에 예시적으로 도시됨) 상기 관형 섹션(536) 및 배기 도관(540)은, 각각의 플랜지(538, 542)를 구비하는 것으로 도시되어 있으며, 각각의 플랜지는 연결된 요소를 통해 세정제의 유동을 제공하도록 서로 연결될 수 있다.

종점 감지 삽입부(546)는, 관형 섹션(536)과 배기 도관(540) 사이에 끼워 맞춰지도록 크기가 형성된 원통형 부재의 형태로 제공된다. 삽입부(546)는 관통하여 세정제의 유동을 수용하도록 개방되어, (관형 섹션(536), 삽입부(546) 및 배기 도관(540)을 통해 도 10에 연속 화살표(A, B 및 C)로 나타낸 방향으로 유체 유동을 세정하며), 삽입부의 내측 원통형 표면 상에 세정제와 발열 반응하는 재료의 코팅(548)을 구비하여 원통형 삽입부의 대응하는 가열을 제공한다. 원통형 삽입부는 삽입부(546)의 온도를 감지하도록 구성된 열전쌍(560)을 구비하여, 신호 전달 라인(564)에 전달되는 감지 신호를 일체식 세정 장치(500) 내의 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(526)로 반응하여 발생시킨다.

도시된 형태의 삽입부 대신에, 임의의 적합한 구조체 또는 구성요소(들), 예를 들어, 프로브, 캐비티 구조물, 사이드스트림 통로 등이 대안적으로 사용되어 잔류 침착물이 상부에 축적될 수 있어, 세정이 필요할 때 검출하는 성능을 제공할 수 있다.

열전쌍(562)은 배기 도관(540) 내에 대응하여 제공되며, 신호 전달 라인(566) 내의 온도 감지 신호를 세정 장치(500) 내의 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(526)로 산출하도록 구성된다.

이러한 구성으로서, 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(526)는 열전쌍(560 및 562)로부터 온도 감지 신호를 수신하며, 밸브 액추에이터(518 및/또는 522)를 각각 작동시키기 위해 신호 전달 라인(528 및 530)으로 제어 신호를 응답하여 산출하여, 밸브 헤드(516) 내의 분배 제어 밸브 및 유동 제어 밸브(522)가, 열전쌍(560 및 562) 사이의 온도차 감지에 응답하여 유동을 변형시키며, 열전쌍(560 및 562) 사이에 온도차 감지가 세정 작동이 완성되는 것을 나타낼 때 세정 작동을 종료하도록 세정 작동 중에 조절가능하다. 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체(526)는, 밸브 중 하나만을 액추에이터하거나, 일체식 세정 장치 및/또는 이온 주입기 내의 다른 밸브를 작동시키거나, 및/또는 디스플레이 상의 도표 산출, 알람의 작용, 또는 다른 셧다운 또는 응답 작동과 같은, 세정의 완료의 작용 지시 또는 다른 산출을 제공하도록 구체적인 실시예로 구성될 수 있음을 이해할 수 있다.

도 10에 도시된 구성은 이온 주입기 챔버 및 펌프를 통한 이불화크세논의 유동이 세정이 완료된 후에도 연속되는 경우, 세정제의 응축이 발생할 수 있기 때문에 세정제로서 이불화크세논의 이용이 매우 유익하다. 이는 배기 라인 내의 제약 및 펌프 성능의 퇴화를 차례로 야기할 수 있다. 따라서, 세정이 완료되자마자 세정제의 유동을 종료시키는 것이 매우 바람직하며, 이러한 성능이 도 10에 도시된 반응 삽입 구성에 의해 제공된다.

다양한 실시예에서, 도 10에 도시된 형태의 종점 검출 시스템은 이온 주입기 내에서 이용될 수 있으며, 이온 주입기 내에서 특정 시간 주기, 예를 들어, 사이클-시간 프로그램에 의해 프로그래밍되어 실행된다. 이러한 응용예에서, 종점 검출 시스템에 의한 온도차 모니터링은, 세정 작동이 이러한 작동을 위해 할당된 프로그램된 시간에 의해 완료되지 않는 경우에, 오버라이드 성능으로 이용될 수 있어서, 종점 검출 시스템은 세정 작동 기간을 응답하여 연장하여, 세정될 이온 주입기 또는 이온 주입기의 구성요소 내의 침착물의 원하는 제거를 확실히 할 수 있다.

도 10에 도시된 종점 검출 시스템은 예시적 형태이며, 상기 시스템의 구성 및 구성요소는 상세한 설명의 광범위한 실시예에서 실질적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 관형 섹션(536)의 내측 원통형 표면 상의 코팅(548) 대신에, 종점 검출 시스템의 활성 구성요소가 세정제와 발열 반응하는 재료로 코팅될 수 있으며, 온도 모니터링 및 신호 발생 구성요소에 작동가능하게 연결되거나, 열전쌍 구성요소가 이러한 재료로 코팅될 수 있는 프로브일 수 있으며, 또는 종점 모니터링 서비스를 위해 구성되는 하나 이상의 모니터링 구성요소를 이용하는 다른 구성이 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일체식 장치는 현존하는 유동 회로, 가스 전달 스틱 등의 한계로 인해, 이러한 유동제에 있어서, 현존하는 유체 전달 성능이 충분히 부족한 프로세스 시스템에 유동제를 도입하는 성능을 제공하며, 그리고 이온 주입기 세정의 분야에서, 이온 주입기의 시스템 구성요소의 고장 중간에 동시에 실질적으로 감소할 수 있는 증편 세정 기능을 제공하며, 이온 주입기의 온-라인 시간 및 이의 효율성을 증가시킨다.

본 발명의 장치 및 방법의 특징 및 이점은 제한되지 않고 하기에 보다 명백하게 기재된다.

예 1

8250 중 전류 주입기는 요구되는 6-주 주기 유지 스케쥴을 야기하는 절연체를 통해 서프레션 피드(suppression feed) 상의 코팅으로 인한 글리치(glitching)를 겪는다. 본 발명의 일체식 세정 장치는 이불화크세논을 이용하여 주입기의 세정을 효율적으로 하기 위해 이용된다. 결과적으로 주기 유지 간격이 10 주로 연장되어 글리치가 감소된다.

예 2

케스트렐(Kestrel) 고 에너지 장비의 세정은 본 발명의 일체식 세정 장치로 실행되며, 챔버 하우징 침착물 근원의 효율적인 세정을 야기한다.

예 3

본 발명의 일체식 세정 장치를 이용함에 있어서, 프루오르화크세논이 케스트렐 장비 상의 레이볼드 매그-레브 터보 펌프(Lleybold mag-lev turbo pump) 내의 침착물을 세정하는데 이용되며, 이불화크세논의 노출로서, 상기 터포 펌프는 제거되는 모든 시각적 흔적의 침착물이 제거된 상태로 완벽히 세정되며 기대되는 바와 같이 작동된다.

예 4

BF₃, PH₃, AsH₃ 및 GeF₄를 프로세싱하는 xR80 이온 주입기 상에서 이전에 설치된 Pfeiffer TMP1000C 터보 펌프는 스핀되지 않기 때문에 장비로부터 이동된다. 본 발명의 일체식 세정 장치에 의해 전달되는 이불화크세논을 이용한 세정은 효율적이며, 상기 펌프는 세정 후에 스핀업될 수 있다.

예 5

본 발명의 일체식 세정 장치에 의해 전달되는 이불화크세논을 이용한 다른곳(Ex situ) 세정은 Varian HCi 고 전류 주입기에 이전에 연결된 Pfeiffer TPH2102 터보 펌프 상에서 실행된다. 세정은 공지된 침착물을 제거하는데 효율적이다.

예 6

본 발명의 일체식 세정 장치는 매주 추가 10g의 마그네슘과, 60/40% PH₃ 및 BF₃가 흐르는 케스트렐 고 에너지 장비의 세정을 위해 이용된다. 상기 장비는 이전에 몇번의 화재를 겪은 적이 있다. 세정은 이불화크세논으로 실행되며, 침착물의 제거에 성공적이며, 세정 작동이 완료되자마자 파이프 표면을 베어 메탈(bare metal)로 회복시킨다.

예 7

Varian HCi 고 전류 장비의 터보 펌프 포어라인의 다른곳(Ex situ) 세정은 본 발명의 일체식 세정 장치에 의해 전달된 이불화크세논으로 세정한 후에 파이프 표면을 베어 메탈로 회복시킨다.

본 명세서에서는 본 발명의 특정 양태, 특징 및 예시적인 실시예를 참고하여 본 발명을 기술하였지만, 본 발명의 유용성이 이에 따라 제한되는 것은 아니며 오히려 본 명세서의 개시 내용에 기초하여 본 발명의 관련 분야의 당업자에게 제안할 수 있는 바와같이 다수의 다양한 변형, 변화 및 대안적인 실시예로 확장되고 이들을 포함한다는 점을 이해할 것이다. 대응하여, 이하에서 청구되는 발명은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 전술한 변형, 변화 및 대안적인 실시예를 포함하는 것으로 광범위하게 고려되고 해석되기 위한 것이다.

Claims (52)

1. 이온 주입기 또는 그 구성요소로 세정제를 전달하기 위한 일체식 세정 장치에 있어서,
   상기 장치는 하우징과; 상기 하우징과 구조적으로 결합된, (ⅰ) 적어도 하나의 세정제 공급 용기, (ⅱ) 상기 적어도 하나의 세정제 공급 용기에 결합된 세정제 유동 회로, 및 (ⅲ) 상기 적어도 하나의 세정제 공급 용기로부터의 세정제를 상기 유동 회로를 통해서 통과시켜서 상기 이온 주입기 또는 그 구성요소로 분배하는 것을 실행하도록 구성된 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체를 포함하는
   일체식 세정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체는 사전결정된 작동 시퀀스에 따라 이러한 세정을 실행하도록 프로그램적으로 구성되어 있는
   일체식 세정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 세정제 공급 용기의 사전결정된 고갈 상태를 결정하기 위한 고갈-검출 시스템을 더 포함하는
   일체식 세정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 이온 주입기의 유체 전달 스틱과 결합되도록 배치된 유체 치환 구성요소를 더 포함하여, 상기 유체 전달 스틱에 의해 전달된 유체 대신에 또는 이 유체에 추가하여, 상기 세정제가 상기 이온 주입기로 유동될 수 있게 하는
   일체식 세정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 유체 치환 구성요소는 상기 유체 전달 스틱과 유체 연통으로 연결된 소스로부터의 유체의 유동으로 유체 전달 스틱을 폐쇄하도록 구성된 유체 차단 밸브를 포함하는
   일체식 세정 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체와 결합된 종점 검출 시스템을 더 포함하는
   일체식 세정 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 종점 검출 시스템은 세정제와 접촉하고 그리고 이와 발열성으로 반응하도록 배치된 물질과, 상기 물질과의 접촉시에 세정제의 존재를 나타내는 상기 물질의 온도 상태를 감지하도록 구성된 열 모니터링 소자를 포함하는
   일체식 세정 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은 일체식 세정 장치의 움직임을 용이하게 하기 위해서 캐스터 또는 휠을 구비하는
   일체식 세정 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 세정제는 XeF₂를 포함하는
   일체식 세정 장치.
10. 봉입 내부 용적을 형성하는 하우징을 포함하는 이온 주입기에 있어서,
    제 1 항에 따른 일체식 세정 장치가 이온 주입기 또는 그 구성요소의 세정을 위해 상기 내부 용적내에 작동식으로 배치되거나, 또는 주입기 또는 그 구성요소의 세정을 위해 하우징의 표면상에 또는 하우징에 근접하여 위치되고 그리고 상기 이온 주입기와 작동식으로 결합되어 있는
    이온 주입기.
11. 반응 가스성 세정제 세정 작동을 위한 종점 검출 시스템에 있어서,
    세정 작동의 유출 스트림내에 위치하도록 구성된 인서트를 포함하며, 상기 가스성 세정제과 발열성으로 반응하는 물질을 포함하며, 상기 인서트는 상기 물질과 접촉시에 세정제의 존재를 나타내는 상기 물질의 온도 상태를 감지하도록 구성된 열 모니터링 소자를 포함하는
    종점 검출 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    세정 작동을 종료하도록 구성된 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체를 더 포함하는
    종점 검출 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서 및 제어기 구성요소 조립체는 세정 작동으로의 세정제의 유동을 종료하는데 유효한 적어도 하나의 유동 제어 밸브와 작동식으로 연결되어 있는
    종점 검출 시스템.
14. 이온 주입기 또는 그 구성요소를 세정하는 방법에 있어서,
    세정제를 이 세정제의 소스로부터 이온 주입기 또는 그 구성요소로 유동시키는 동시에, 상기 이온 주입기의 유체 전달 스틱을 작동시켜서, 세정제를, 상기 유체 전달 스틱에 의해 전달된 유체 대신에 또는 유체에 추가해서 상기 이온 주입기 또는 그 구성요소로 유동시킬 수 있는
    세정 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 세정제가 XeF₂를 포함하는
    세정 방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    세정은 세정 작동의 종점을 결정하도록 그리고 세정 작동을 반응적으로 종료하도록 작동되는 모니터링 시스템에 의해 모니터링되는
    세정 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    세정 작동으로부터의 유출물과 접촉되고 그리고 세정제와 발열성으로 반응하는 물질을 이용하는 것을 포함하는
    세정 방법.
18. 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소를 세정하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 이온 주입 시스템의 기존의 포트에 세정제 전달 시스템을 연결하는 단계와,
    세정제 전달 시스템으로부터의 세정제를, 상기 기존의 포트를 통해 적어도 하나의 이온 주입 시스템내로 도입하는 단계와,
    일정 조건하에서 적어도 하나의 이온 주입 시스템내의 침착물과 세정제를 접촉시켜서, 상기 침착물의 제거를 적어도 부분적으로 실행하는 단계와,
    세정의 종점을 검출하는 단계와,
    세정제의 전달을 반응적으로 종료하는 단계를 포함하는
    세정 방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기존의 포트는 제 1 물질을 전달하도록 배치되고, 상기 도입 단계는 상기 제 1 물질 대신에 또는 추가되어 이뤄지는
    세정 방법.
20. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이온 주입 시스템은 복수의 이온 주입 시스템을 포함하는
    세정 방법.
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 도입 단계는 매스 플로우 제어기, 압력 제어 밸브, 제한 유동 오리피스, 니들 밸브 및 조정된 길이의 관중 적어도 하나를 포함하는 유동 제어 장치를 사용하는 것을 포함하는
    세정 방법.
22. 제 18 항에 있어서,
    상기 세정제의 상기 도입을 개시하도록 적어도 하나의 이온 주입 시스템에 연동 유동 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는
    세정 방법.
23. 제 18 항에 있어서,
    상기 종점의 상기 검출 단계는 온도, 압력 및 시간중 적어도 하나를 모니터링하는 것을 포함하는
    세정 방법.
24. 제 18 항에 있어서,
    상기 종점 검출 단계는 온도차를 검출하도록 배치된 온도 프로브 및 하나 또는 그 이상의 열전쌍중 적어도 하나를 사용하는 것을 포함하는
    세정 방법.
25. 제 18 항에 있어서,
    상기 종점 검출 단계는 세정제와 발열성으로 반응하는 물질로 코팅된 열 모니터링 소자를 이용하는 것을 포함하는
    세정 방법.
26. 제 18 항에 있어서,
    상기 기존의 포트는 가스 스틱 연결부, 게이지 연결부 또는 밸브를 포함하는
    세정 방법.
27. 제 18 항에 있어서,
    세정제를 가열하는 단계를 더 포함하는
    세정 방법.
28. 제 18 항에 있어서,
    상기 세정제는 이불화크세논(xenon difluoride)을 포함하는
    세정 방법.
29. 제 18 항에 있어서,
    가스를 백필링(back-filling)하는 것을 더 포함하며, 상기 백필링은 세정제의 적어도 하나의 이온 주입 시스템을 적어도 부분적으로 비우는
    세정 방법.
30. 세정 조립체의 세정을 위한 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소와 선택적으로 결합가능한 세정 조립체 있어서,
    상기 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소에 세정제를 전달하도록 배치된 적어도 하나의 세정제 컨테이너 및 매니폴드와,
    상기 세정제를 도입하기 위한 유동 제어 장치를 포함하며,
    상기 세정 조립체는 상기 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 기존의 포트에 연결되도록 구성되어 있는
    세정 조립체.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 기존의 포트는 제 1 물질을 전달하도록 배치되며, 상기 유동 제어 장치는 상기 제 1 물질 대신에 또는 제 1 물질에 추가하여 상기 세정제를 도입하도록 구성되어 있는
    세정 조립체.
32. 제 30 항에 있어서,
    상기 세정 조립체는 가동성인
    세정 조립체.
33. 제 30 항에 있어서,
    상기 세정제는 이불화크세논(xenon difluoride)을 포함하는
    세정 조립체.
34. 제 30 항에 있어서,
    상기 세정 조립체는 적어도 하나의 이온 주입 시스템의 기존의 포트에 연결되도록 구성되어 있는
    세정 조립체.
35. 제 34 항에 있어서,
    상기 기존의 포트는 가스 스틱 연결부, 게이지 연결부 또는 밸브를 포함하는
    세정 조립체.
36. 제 30 항에 있어서,
    상기 유동 제어 장치는 매스 플로우 제어기, 압력 제어 밸브, 제한 유동 오리피스, 니들 밸브 및 조정된 길이의 관중 적어도 하나를 포함하는
    세정 조립체.
37. 제 30 항에 있어서,
    상기 세정 조립체 및 적어도 하나의 이온 주입 시스템중 적어도 하나는 종점 검출 장치를 포함하는
    세정 조립체.
38. 제 37 항에 있어서,
    상기 종점 검출 장치는 온도, 압력 및 시간중 적어도 하나를 모니터링하는
    세정 조립체.
39. 제 38 항에 있어서,
    상기 종점 검출 장치는 온도차를 검출하도록 배치된 온도 프로브 및 하나 또는 그 이상의 열전쌍중 적어도 하나를 포함하는
    세정 조립체.
40. 제 39 항에 있어서,
    상기 온도 프로브는 세정제에 의해 제거된 잔류물의 적어도 일부분과 접촉이 이뤄지도록 배치되어 있는
    세정 조립체.
41. 제 30 항에 있어서,
    상기 종점 검출 장치는 세정제와 발열성으로 반응하는 물질로 코팅된 열 모니터링 소자를 포함하는
    세정 조립체.
42. 제 30 항에 있어서,
    상기 세정 조립체에 키형 연결하기 위한 연동 기구를 더 포함하는
    세정 조립체.
43. 제 30 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 세정제 컨테이너는 복수의 컨테이너를 포함하는
    세정 조립체.
44. 제 43 항에 있어서,
    고갈-검출 주 세정제 컨테이너의 검출시에 다른 세정제 컨테이너로부터 세정제를 도입하도록 구성된 자동화 컨테이너 스위치를 더 포함하는
    세정 조립체.
45. 제 30 항에 있어서,
    압력 센서, 유동 센서 및 중량 센서중 적어도 하나를 포함하는 고갈 컨테이너 검출기를 더 포함하는
    세정 조립체.
46. 제 30 항에 있어서,
    적어도 하나의 세정제 컨테이너내의 세정제를 사전결정된 범위로 가열하도록 배치된 히터를 더 포함하는
    세정 조립체.
47. 제 46 항에 있어서,
    상기 사전결정된 범위는 세정제의 온도, 실린더 압력, 및 히터의 펄스형 출력의 시간 간격중 적어도 하나를 포함하는
    세정 조립체.
48. 제 30 항에 있어서,
    진공 발생기를 더 포함하는
    세정 조립체.
49. 제 30 항에 있어서,
    스크러버를 더 포함하는
    세정 조립체.
50. 제 30 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구성요소는 소스 챔버, 터보 펌프 또는 포어라인(fore-line)중 어느 하나를 포함하는
    세정 조립체.
51. 세정제로 세정하는 동안에 이온 주입 시스템에 사용하기 위한 종점 검출 장치에 있어서,
    상기 종점 검출 장치가 세정제와 발열성으로 반응하는 물질로 코팅된 열 모니터링 소자를 포함하며,
    상기 소자는 이온 주입 시스템에 결합되어 있는
    종점 검출 장치.
52. 제 51 항에 있어서,
    상기 열 모니터링 소자는 온도차를 검출하도록 배치된 온도 프로브 및 하나 또는 그 이상의 열전쌍중 적어도 하나를 포함하는
    종점 검출 장치.

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