KR20130141398A - 원자층 증착 및 화학 기상 증착 반응기들에 대한 pou 밸브 매니폴드 - Google Patents

원자층 증착 및 화학 기상 증착 반응기들에 대한 pou 밸브 매니폴드 Download PDF

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KR20130141398A
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라메시 찬드라세카란
춘광 시아
칼 에프 리서
데미안 슬레빈
토마스 지 쥬얼
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노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

다수의 전구체들이 공통 유출구를 통해 반도체 프로세싱 챔버에 전달되도록 허용하는 POU 밸브 (point-of-use valve) 매니폴드가 제공된다. 매니폴드는 복수의 전구체 유입구들 및 퍼지 가스 유입구를 구비할 수도 있다. 매니폴드는, 퍼지 가스가 매니폴드를 통해 전해질 때에 매니폴드에 데드 레그 (dead leg) 들이 없도록 구성될 수도 있고, 측부들을 교대시키는 POU 밸브들에 대한 장착 위치를 제공할 수도 있다. 하나 이상의 내부 유로 체적들은 엘보 (elbow) 피쳐들을 포함할 수도 있다.

Description

원자층 증착 및 화학 기상 증착 반응기들에 대한 POU 밸브 매니폴드{POINT OF USE VALVE MANIFOLD FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CHEMICAL VAPOR DEPOSITION REACTORS}
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은, 대리인 도켓팅 넘버가 NOVLP493P/NVLS003774P1 이며 2012년 6월 15일자로 출원되고 발명의 명칭이 "POINT OF USE VALVE MANIFOLD FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT" 인 미국 가특허출원 61/660,606, 및 대리인 도켓팅 넘버가 NOVLP493/NVLS003774 이며 2012년 9월 25일자로 출원되고 발명의 명칭이 "POINT OF USE VALVE MANIFOLD FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT" 인 미국 특허출원 13/626,717 에 대해, 35 U.S.C.§119(e) 하에서 우선권의 이익을 주장하며, 이들의 개시내용은 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.
원자층 증착 (ALD; atomic layer deposition) 툴에서, 반도체 웨이퍼 제조 프로세스들을 용이하게 하기 위해 다수의 전구체들이 사용될 수도 있다. 전구체들은 조합시에 증착층을 형성할 수도 있다. 조기 증착을 방지하기 위해, 즉, 프로세스 챔버로 이어지는 가스 또는 유체 라인들 내부에서 조기 증착을 방지하기 위해, 전구체들은 서로 분리되어 유지될 수도 있다.
본 개시물의 시스템들, 방법들 및 디바이스들은 각각 몇몇 혁신적인 양태들을 가지는데, 그 양태들 중 어떠한 단일 양태가 본 명세서에 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 책임지는 것은 아니다. 이 개시물에 기재된 과제의 하나의 혁신적인 양태는 다양한 방식들로 구현될 수 있다.
몇몇 구현들에 있어서, 반도체 프로세싱 툴에 사용되는 밸브 매니폴드가 제공될 수도 있다. 밸브 매니폴드는 매니폴드 바디를 포함할 수도 있다. 매니폴드 바디는, 퍼지 가스 유입구, 매니폴드 바디의 제 1 측부에 위치된 매니폴드 유출구, 매니폴드 바디의 제 1 측부와는 상이한 제 2 측부에 위치된 제 1 밸브 인터페이스, 및 매니폴드 바디의 제 1 측부 및 제 2 측부와는 상이한 제 3 측부에 위치된 제 2 밸브 인터페이스를 포함할 수도 있다. 제 1 밸브 인터페이스 및 제 2 밸브 인터페이스는 각각 제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트를 포함할 수도 있다. 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 1 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성될 수도 있고, 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그 (dead leg) 들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 1 유로를 통해 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있다. 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 2 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성된 인터페이스와 유체 연결될 수도 있고, 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 2 유로에 의해 매니폴드 유출구와 유체 연결될 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 퍼지 가스 유입구는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 밸브 매니폴드는 퍼지 밸브 인터페이스를 더 포함할 수도 있다. 퍼지 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함할 수도 있다. 퍼지 가스 유입구는, 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 퍼지 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있고, 퍼지 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 4 유로에 의해 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 밸브 매니폴드는 덤프 션트 (dump shunt) 유출구 및 덤프 션트 밸브 인터페이스를 더 포함할 수도 있다. 덤프 션트 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함할 수도 있다. 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 1 포트는, 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 5 유로에 의해 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트와 유체 연결될 수도 있고, 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 6 유로에 의해 덤프 션트 유출구와 유체 연결될 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 매니폴드 유출구가 위치되는 매니폴드 바디의 측부는, 반도체 프로세싱 챔버 상의 결합 피쳐 (mating feature) 들에 부착되도록 구성될 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 제 2 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 제 1 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영 (projection) 에 의해 정의된 제 1 기준 체적과, 제 3 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 제 2 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영에 의해 정의된 제 2 기준 체적 사이에 오버랩이 존재할 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 매니폴드 바디는 하나 이상의 히터 인터페이스들을 더 포함할 수도 있고, 히터 인터페이스 각각은 히팅 디바이스를 수용하도록 구성된다. 몇몇 다른 구현들에 있어서, 하나 이상의 히터 인터페이스들은 매니폴드 바디 내부의 리셉터클 (receptacle) 들일 수도 있다.
몇몇 다른 구현들에 있어서, 퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치가 제공될 수도 있다. 장치는 밸브 매니폴드, 제 1 밸브, 및 제 2 밸브를 포함할 수도 있다. 밸브 매니폴드는 매니폴드 바디를 포함할 수도 있다. 매니폴드 바디는 퍼지 가스 유입구, 매니폴드 바디의 제 1 측부에 위치된 매니폴드 유출구, 매니폴드 바디의 제 1 측부와는 상이한 제 2 측부에 위치된 제 1 밸브 인터페이스, 및 매니폴드 바디의 제 1 측부 및 제 2 측부와는 상이한 제 3 측부에 위치된 제 2 밸브 인터페이스를 포함할 수도 있다. 제 1 밸브 인터페이스 및 제 2 밸브 인터페이스는 각각 제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트를 포함할 수도 있다. 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 1 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성될 수도 있고, 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 1 유로를 통해 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있다. 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 2 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성된 인터페이스와 유체 연결될 수도 있고, 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 2 유로에 의해 매니폴드 유출구와 유체 연결될 수도 있다. 제 1 밸브 및 제 2 밸브는 각각, 밸브 바디; 제 1 밸브 포트, 제 2 밸브 포트 및 제 3 밸브 포트를 포함하는 매니폴드 인터페이스 영역; 그리고 개방된 상태와 폐쇄된 상태 사이에서 움직이는 밸브 메커니즘을 포함할 수도 있다. 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때와 폐쇄된 상태에 있을 때 모두에서 제 1 밸브 포트는 제 3 밸브 포트에 유체 연결될 수도 있고, 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때에 제 2 밸브 포트는 제 1 밸브 포트 및 제 3 밸브 포트에 유체 연결될 수도 있고, 밸브 메커니즘이 폐쇄된 상태에 있을 때에 제 2 밸브 포트는 제 1 밸브 포트 및 제 3 밸브 포트에 유체 연결되지 않을 수도 있다. 제 1 밸브의 제 1 밸브 포트는 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트에 유체 연결될 수도 있고, 제 1 밸브의 제 2 밸브 포트는 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트에 유체 연결될 수도 있고, 제 1 밸브의 제 3 밸브 포트는 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트에 유체 연결될 수도 있고, 제 2 밸브의 제 1 밸브 포트는 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트에 유체 연결될 수도 있고, 제 2 밸브의 제 2 밸브 포트는 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트에 유체 연결될 수도 있고, 제 2 밸브의 제 3 밸브 포트는 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트에 유체 연결될 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 장치는 또한, 제 1 밸브의 제 1 밸브 포트와 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트 사이의 시일 (seal) 을 제공하는 제 1 개스킷 (gasket), 제 1 밸브의 제 2 밸브 포트와 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트 사이의 시일을 제공하는 제 2 개스킷, 제 1 밸브의 제 3 밸브 포트와 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트 사이의 시일을 제공하는 제 3 개스킷, 제 2 밸브의 제 1 밸브 포트와 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트 사이의 시일을 제공하는 제 4 개스킷, 제 2 밸브의 제 2 밸브 포트와 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트 사이의 시일을 제공하는 제 5 개스킷, 및 제 2 밸브의 제 3 밸브 포트와 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트 사이의 시일을 제공하는 제 6 개스킷을 포함할 수도 있다.
이러한 장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 제 1 개스킷, 제 2 개스킷, 제 3 개스킷, 제 4 개스킷, 제 5 개스킷, 및 제 6 개스킷은 각각 C 시일, W 시일 및 탄성중합체 시일로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 퍼지 가스 유입구는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 밸브 매니폴드는 퍼지 밸브 인터페이스를 더 포함할 수도 있다. 퍼지 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함할 수도 있다. 퍼지 가스 유입구는, 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 퍼지 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있고, 퍼지 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 4 유로에 의해 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결될 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 밸브 매니폴드는 덤프 션트 유출구 및 덤프 션트 밸브 인터페이스를 더 포함할 수도 있다. 덤프 션트 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함할 수도 있다. 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 1 포트는, 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 5 유로에 의해 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트와 유체 연결될 수도 있고, 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 6 유로에 의해 덤프 션트 유출구와 유체 연결될 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 매니폴드 유출구가 위치되는 매니폴드 바디의 측부는, 반도체 프로세싱 챔버 상의 결합 피쳐들과 결합되도록 구성될 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 제 2 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 제 1 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영에 의해 정의된 제 1 기준 체적과, 제 3 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 제 2 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영에 의해 정의된 제 2 기준 체적 사이에 오버랩이 존재할 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 매니폴드 바디는 하나 이상의 히터 인터페이스들을 더 포함할 수도 있고, 히터 인터페이스 각각은 히팅 디바이스를 수용하도록 구성된다. 장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 하나 이상의 히터 인터페이스들은 매니폴드 바디 내부의 리셉터클들일 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 각각 제 1 밸브의 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있고 제 2 밸브의 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때에, 매니폴드 바디 내부의 제 1 유로는, 제 1 밸브를 통한 최대 제 1 흐름 제한 또는 제 2 밸브를 통한 최대 제 2 흐름 제한보다 더 큰 흐름 제한을 포함할 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 각각 제 1 밸브의 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있고 제 2 밸브의 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때에, 매니폴드 바디 내부의 제 2 유로는, 제 1 밸브를 통한 최대 제 1 흐름 제한 또는 제 2 밸브를 통한 최대 제 2 흐름 제한보다 더 큰 흐름 제한을 포함할 수도 있다.
장치의 몇몇 다른 구현들에 있어서, 장치는 매니폴드 바디의 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 센서를 포함할 수도 있다.
이 명세서에 기재된 과제의 하나 이상의 구현들의 상세사항들은 첨부 도면들 및 하기 기재로부터 설명된다. 다른 특징들, 양태들 및 이점들은 기재, 도면들 및 청구항들로부터 분명해질 것이다.
도 1a 는 2개의 전구체들, 퍼지/캐리어 가스 소스, 전구체 덤프 션트, 그리고 유출구를 지원하는 예시 POU (point-of-use) 밸브 매니폴드의 오프각 (off-angle) 도면을 나타낸다.
도 1b 는 COTS (commercial-off-the-shelf) 밸브들이 부착되어 있는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드를 나타낸다.
도 1c 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 1d 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 변형예의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 1e 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 다른 오프각 도면을 나타낸다.
도 1f 는 COTS 밸브들이 부착되어 있는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드를 나타낸다.
도 1g 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 1h 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들 및 전구체 덤프 션트에 의해 수반되는 퍼지 사이클과 연관된 유로들을 나타낸다.
도 1i 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들 및 제 2 전구체 덤프 션트에 의해 수반되는 제 1 전구체 전달 사이클과 연관된 유로들을 나타낸다.
도 1j 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들 및 제 2 전구체에 대한 전달 사이클과 연관된 유로를 나타낸다.
도 1k 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들 및 제 1 전구체에 대한 전달 사이클과 연관된 유로를 나타낸다.
도 1l 은 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 제 3 도면을 나타낸다.
도 1m 은 나타낸 2개의 밸브 인터페이스들과 연관된 투영 체적들을 갖는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 도면을 나타낸다.
도 2a 는 6개의 전구체들을 지원하는 예시 POU 밸브 (point-of-use valve) 매니폴드 그리고 POU 밸브들이 부착되어 있는 유출구의 오프각 도면을 나타낸다.
도 2b 는 COTS 밸브들이 부착되지 않은 도 2a 의 예시 POU 밸브 매니폴드를 나타낸다.
도 2c 는 COTS 밸브들이 부착되지 않은 도 2a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 히든 라인 (hidden-line) 도면을 나타낸다.
도 2d 는 도 2a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2e 는 보다 용이한 관찰을 가능하게 하기 위해 전구체 유입구들 및 유출구에 연결된 확장 체적들을 갖는 도 2d 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2f 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 퍼지 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2g 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 제 1 전구체에 대한 전달 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2h 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 제 2 전구체에 대한 전달 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2i 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 제 3 전구체에 대한 전달 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2j 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 제 4 전구체에 대한 전달 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2k 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 제 5 전구체에 대한 전달 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2l 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 제 6 전구체에 대한 전달 사이클을 증명하는 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
(POU 밸브들에 대한 흐름 체적들 및 확장 체적들이 실제 흐름 체적들의 크기 또는 형상을 나타내지 않을 수도 있지만) 도 1a 내지 도 2l 은 일정한 비율로 묘사되어 있다.
본 명세서에 개시된 기법들 및 디바이스들은, 이하 기재되는 다양한 구현들을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 다양한 방식들로 구현될 수도 있다. 당업자는 이 문서에 개시된 정보와 일치하는 다른 구현들을 생성하기 위해 본 명세서에 기재된 기법들 및 디바이스들을 이용할 수도 있고 그러한 대안적인 구현들도 또한 이 개시물의 범위 내에 있는 것으로 고려되어야 함을 이해해야 한다.
도 1a 는 2개의 전구체들을 지원하는 예시 POU (point-of-use) 밸브 매니폴드 (100) 의 오프각 도면을 나타낸다. 밸브 매니폴드 (100) 는 매니폴드 바디 (102), 예컨대, 스테인리스강과 같은 재료의 블록을 포함하고, 퍼지/캐리어 가스 소스, 전구체 덤프 션트 및 유출구를 포함하는 다양한 목적지들로 가스들 또는 유체들을 수송하기 위한 내부 통로들을 포함한다. 알 수 있듯이, 예컨대, 샤워헤드 또는 가스 분배 매니폴드를 통해 반도체 프로세싱 챔버에 연결하는 매니폴드 유출구 (106) 가 제공될 수도 있다. 또한 제 1 전구체에 대한 제 1 프로세스 가스 공급 유입구 (118), 제 2 전구체에 대한 제 2 프로세스 가스 공급 유입구 (122), 및 퍼지 가스 유입구 (104) 가 나타나 있다. 제 2 프로세스 가스 공급 유입구 (122) 와 연관된 덤프 션트 유출구 (136) 가 또한 시인된다. 밸브 매니폴드 (100) 의 상부 표면 상에 2개의 c-시일 표면들이 또한 시인된다. 이러한 특정한 설계에서, 밸브 인터페이스들을 밀봉하기 위해 하이-플로우 (high-flow) C-시일들이 이용된다. 그러나, 설계 요건들과 일치하는 바와 같은, 1.125" 표준 C-시일들, W-시일들, 탄성중합체 시일들 등을 포함하지만 이들에 한정되지 않은 다른 시일 기술들이 역시 이용될 수도 있다. 여기서 나타낸 배치물은 하나의 2-포트 및 하나의 3-포트 밸브가 매니폴드의 상부 표면 상에 장착될 수 있게 구성된다. 제 1 포트 (110), 제 2 포트 (112) 및 제 3 포트 (114) 를 포함할 수도 있는 3-포트 밸브가 제 2 밸브 인터페이스 (116) 에 장착될 수도 있다 (제 1 밸브 인터페이스가 이하에 기재되어 있지만 이 도면에서는 시인되지 않음). 제 1 포트 (130) 및 제 2 포트 (132) 를 포함할 수도 있는 2-포트 밸브가 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 에 장착될 수도 있다.
도 1b 는 밸브들이 부착되어 있는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드 (100) 를 나타낸다. COTS 밸브들 또는 커스텀 2-포트 또는 3-포트 다이어프램 또는 유사한 밸브들이 사용될 수도 있다. 밸브 매니폴드 장치 (146) 는 예를 들면 제 1 밸브 (148) 를 제 1 밸브 인터페이스 (이 도면에서는 시인되지 않음) 에 연결하고, 제 2 밸브 (160) 를 제 2 밸브 인터페이스에 연결하고, 퍼지 밸브 (172) 를 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 에 연결하고, 덤프 밸브 (174) 를 덤프 션트 인터페이스 (이 도면에서는 시인되지 않음) 에 연결함으로써 밸브 매니폴드 장치 (146) 가 형성될 수도 있다.
도 1c 는 도 1a 의 예시 POU 밸브 매니폴드 (100) 의 내부 유로 체적들을 나타낸다. 알 수 있듯이, 매니폴드 경험의 내부 유로들은 모두 그들 안에 엘보 (elbow) 들을 가진다. 이러한 매니폴드들에 있어서 내부 유로마다 엘보들이 요구되지는 않지만, 매니폴드 내부에 있는 적어도 일부 엘보들의 사용은 밸브들이 매우 치밀한 패키징 배치물 내에 장착되도록 허용한다. 이것은, POU 밸브 매니폴드가 반도체 프로세싱 툴의 샤워헤드에 매우 근접하게 장착될 수도 있고 이러한 위치들에 있어서의 공간 제한들이 이러한 매니폴드들의 크기를 엄격하게 한정할 수도 있다는 주어진 특정한 이점을 가질 수도 있다. 밸브들에 대한 유로 체적들은 나타나 있지 않지만, 음영 타원형 영역들은, 밸브들 (V1-V4) 이 매니폴드의 내부에 있는 유로 체적들에 연결될 수도 있는 구역들을 나타낸다. 이 특정한 구현에 있어서의 유로들은 약 0.3" 의 공칭 직경 (nominal diameter) 을 가진다. 엘보들의 사용은 또한 감소된 내부 체적을 허용하며, 따라서 퍼지 체적을 허용한다. 이것은 각각의 퍼지 사이클 동안 더 적은 프로세스 가스가 퍼징되기 때문에 동작 비용을 절감시킨다.
도 1c 에서는 퍼지 가스 유입구 (104), 매니폴드 유출구 (106), 제 1 프로세스 가스 공급 유입구 (118), 및 제 2 프로세스 가스 공급 유입구 (122) 가 시인된다. 또한 도 1c 에서는 밸브 매니폴드 (100) 에 의해 지원되는 다양한 밸브 인터페이스들을 나타내는 음영 영역들이 시인된다 (음영 영역들은 각각의 밸브 인터페이스에 포함되는 포트들의 그룹화들을 나타내기 위해 사용되며 - 밸브 인터페이스, 예컨대, 시일들, 장착 피쳐들 등은 실제로 더 클 수도 있고, 나타낸 음영 구역과는 상이한 형상을 가질 수도 있다). 알 수 있듯이, 제 1 밸브 인터페이스 (108) 가 시인되며, 마찬가지로 덤프 션트 밸브 인터페이스 (138) 가 시인된다 (이들은 이전 도면들에서 매니폴드 바디 (102) 에 의해 가려져 있었다). 제 1 밸브 인터페이스 (108) 는, 제 2 밸브 인터페이스 (116) 와 유사하게, 제 1 포트 (110), 제 2 포트 (112) 및 제 3 포트 (114) 를 포함할 수도 있고, 덤프 션트 밸브 인터페이스 (138) 는, 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 와 유사하게, 제 1 포트 (130) 및 제 2 포트 (132) 를 포함할 수도 있다. 도 1c 에서 시인되는 다양한 포트들 간의 다양한 상호접속들은 후술된다.
제 1 밸브 인터페이스 (108) 의 제 3 포트 (114) 는 제 1 유로 (120) 에 의해 제 2 밸브 인터페이스 (116) 의 제 1 포트 (110) 에 유체 연결될 수도 있다 (제 1 유로 (120) 는 나중 도면들에서 상이한 관점에서 더 잘 시인될 수도 있다). 제 2 유로 (124) 는 제 2 밸브 인터페이스 (116) 의 제 3 포트 (114) 를 매니폴드 유출구 (106)와 유체 연결할 수도 있다. 제 3 유로 (126) 는 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 의 제 1 포트 (130) 를 퍼지 가스 유입구 (104) 와 유체 연결할 수도 있고, 제 4 유로 (134) 는 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 의 제 2 포트 (132) 를 제 1 밸브 인터페이스 (108) 의 제 1 포트 (110) 와 유체 연결할 수도 있다. 마지막으로, 제 5 유로 (140) 는 제 2 밸브 인터페이스 (116) 의 제 2 포트 (112) 를 제 2 프로세스 가스 공급 유입구 (122) 에, 그리고 스퍼 (spur) 를 통해, 덤프 션트 밸브 인터페이스 (138) 의 제 1 포트 (130) 에 유체 연결할 수도 있고, 제 6 유로 (142) 는 덤프 션트 밸브 인터페이스 (138) 의 제 2 포트 (132) 를 덤프 션트 유출구 (136) 에 유체 연결할 수도 있다.
도 1d 는 오프-매니폴드 퍼지 밸브를 가지며 덤프 션트 피쳐를 갖지 않는 POU 밸브 매니폴드에 대한 교대 내부 유로 배치물을 나타낸다. 그리하여, 나타낸 변형예에 있어서, 제 3 유로 (126) 는 퍼지 가스 유입구 (104) 를 제 1 밸브 인터페이스 (108) 의 제 1 포트 (110) 에 직접 유체 연결한다. 이러한 구현에 있어서, 퍼지 가스 흐름 제어는 오프-매니폴드 밸브에 의해 제공될 수도 있다. 또한, 제 5 유로 (140) 는 덤프 션트 밸브 인터페이스에 대해 스퍼를 포함하지 않는다. 이러한 교대 구성은, 제공된 개시물과 일치하고 그리고 이 개시물의 범위 내에 있다고 보아야 하는 유로들 및 밸브 인터페이스들의 많은 대안적인 치환물들이 존재할 수도 있음을 설명하기 위해 단지 제공된 것이다.
이제 밸브 매니폴드 (100) 의 "후방 (back)" 을 나타내는 사시도로부터 도 1a 내지 도 1c 의 밸브 매니폴드 (100) 를 나타내는 도 1e 로 돌아가면 (용어 "후방"은 단순히 이전 도면들에서 시인되지 않은 밸브 매니폴드 (100) 의 표면을 지칭하기 위해 사용됨을 이해해야 한다), 밸브들/밸브 인터페이스들은 매니폴드의 2개의 상이한 면들 상에 교대하는 엇갈린 방식으로 배치될 수도 있음이 분명하다. 예를 들면, 제 2 밸브 인터페이스 (116) 및 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 는 매니폴드의 "상부"면 상에 있고, 제 1 밸브 인터페이스 (108) 및 덤프 션트 밸브 인터페이스 (138) 는 밸브 매니폴드 (100) 의 "후방"면 상에 있다. 도 1e 로부터 또한 분명하듯이, 밸브 인터페이스들은 밸브 매니폴드 (100) 의 장축을 따라 서로 오버랩하고, 이는 밸브 매니폴드 (100) 가 정규보다 더 작은 패키지 크기를 지원하도록 허용한다. 이러한 교대하는 밸브 배치로 인해, 엘보들의 사용은 몇몇 경우에 있어서 2개의 인접 POU 밸브들 사이에 코너들을 "전환할" 필요가 있을 수도 있다. 엘보들은 직선일 수도 있고 (예컨대, V2 로부터 제 1 전구체 유입구로 오른쪽 엘보) 또는 다소 굽어 있을 수도 있다 (예컨대, V1 및 V2 를 합류시키는 오른쪽 엘보 또는 V2 와 V3 사이의 굽은 엘보). POU 밸브들 및 매니폴드의 외부 공간 포락선 (exterior space envelope) 을 감소시키는 것에 추가하여, 도시된 배치물은 또한 매니폴드 내부의 감소된 유로 체적을 제공한다. 이것은 각각의 퍼지 사이클 동안 퍼징되어야 하는 (그리고 낭비되는) 전구체 가스의 양을 감소시키므로, 프로세스 소비 효율을 증가시킨다. 이러한 설계의 다른 이로운 양태는, 더 낮은 퍼지 체적으로 인해 퍼지에 필요한 시간이 더 적어지기 때문에 웨이퍼 스루풋이 증가된다는 점이다. 또한, 감소된 내부 체적으로 인해, 전구체 가스들은 주어진 퍼지 사이클 시간 동안 더 큰 효율로 제거되어, 매니폴드가 더 클린하게 유지되게 야기하며, 즉, 매니폴드 내부에서 잔류 전구체들의 혼합 및 반응의 기회가 줄어든다.
도 1f 는, 도 1e 에 사용된 사시도로부터의, 도 1b 에 도시되어 있는 바와 동일한 밸브 매니폴드 장치 (146) 를 나타낸다. 유사하게, 도 1g 는, 도 1e 및 도 1f 에 사용된 사시도로부터의, 도 1c 의 밸브 매니폴드 (100) 의 내부 유로 체적들을 나타낸다. 도 1h 내지 도 1l 은 밸브 동작의 다양한 상태들 동안 도 1g 에 나타낸 유로 체적들을 나타낸다.
도 1h 내지 도 1l 에서는, 매니폴드에 대해 나타낸 유로들에 추가하여 밸브들의 일부에 대한 유로 체적들이 나타나 있다. 밸브 유로 체적들은 실제 유로 형상 또는 크기를 나타내지 않을 수도 있지만 (예를 들면, 3-포트 밸브는, 밸브가 폐쇄되어 있을 때에도 3-포트 밸브의 제 1 포트 및 제 3 포트를 유체 연결하고 그리고 3-포트 밸브의 제 2 포트를 지나치는 환형 유로를 가질 수도 있고 - 3-포트 밸브가 개방되어 있을 때에, 다이어프램 밸브가 개방될 수도 있고, 3-포트 밸브의 제 2 포트를 환형 유로와 유체 연결할 수도 있다), 비유적인 도움으로서 단지 사용된다. 2-포트 POU 밸브들에 대해, 밸브가 폐쇄되어 있을 때에 밸브를 통한 흐름은 완전히 중지된다. 이전 도면들에 나타낸 퍼지 밸브 및 덤프 션트 밸브는 둘다 2-포트 POU 밸브들이다. 이전 도면들에 나타낸 제 1 밸브 및 제 2 밸브는 둘다 3-포트 밸브들인데, 이 3-포트 밸브에서는 가스가 항상 2개의 외측 포트들 사이에서 흐를 수도 있고, 그리고 3-포트 밸브가 개방되어 있을 때에만 중심 포트 내로 흐를 수도 있다. 도 1h 내지 도 1l 에서, 그들 상에 "X들" 을 갖는 밸브 인터페이스 포트에서 종단되는 유로 체적들은 "폐쇄되어" 있다.
도 1h 는 퍼지 상태에서의 밸브 매니폴드 (100) 를 나타낸다. 흰색 화살표들로 나타낸 유로에 의해 나타내는 바와 같이, 도 1h 에서의 퍼지 가스의 흐름은 퍼지 밸브, 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 통해 이동하고, 매니폴드 유출구 (106) 를 통해, 예컨대, 반도체 프로세싱 챔버 유입구 내로 배기된다. 알 수 있듯이, 퍼지 가스에 대한 유로에는 데드 레그들이 없으며, 그래서 퍼지 가스에 대한 유로에 트랩되는 제 1 전구체 유입구 또는 제 2 전구체 유입구로부터의 임의의 가스들은 퍼지 가스의 도입에 의해 밸브 매니폴드 (100) 로부터 퍼징될 것이다. 데드 레그란 일반적으로, 데드 레그에 있는 가스 또는 유체가 시스템에 여전히 남아 있는, 예컨대 대체로 고여 있는 동안, 데드 레그의 "업스트림"인 가스 또는 유체가 시스템으로부터 진공화되는 것을 허용할 수도 있는 상당한 체적의 가스 또는 유체 흐름 시스템을 지칭한다.
퍼지 사이클이 일어나고 있는 동안, (검은색 화살표에 의해 나타낸) 제 2 전구체는 덤프 션트 밸브 (172) 를 통해 덤프 션트 내로 지향시킴으로써 흐르는 상태로 유지될 수도 있다. 이것은 제 2 전구체가 챔버로 전달되고 있지 않을 때에도 제 2 전구체의 흐름이 계속되는 것을 허용하는데, 이는, 요구되는 기간에서 계측 불가능, 신뢰성, 또는 둘다로 인해, 연속 흐름 모드들에서 잘 동작하고 고-빈도 사이클링 모드들에서 잘 동작하지 않는 흐름 제어기들 또는 다른 제어 메커니즘들 (예컨대, 일시적인 흐름 거동에 대한 높은 감도를 갖는 제어기들) 을 사용하여 제 2 전구체 전달의 증가된 정확성 및 제어를 허용한다.
도 1i 는 예시 밸브 매니폴드 (100) 의 내부 유로 체적들 및 제 2 전구체 덤프 션트에 의해 수반되는 제 1 전구체 전달 사이클과 연관된 유로들을 나타낸다. 알 수 있듯이, 퍼지 밸브 (172) 는 폐쇄되어 있고 (퍼지 밸브 인터페이스 (128) 의 제 1 포트 (130) 및 제 2 포트 (132) 상에 X들에 의해 표시됨) 제 3 유로 체적 (126) 및 제 4 유로 체적 (134) 은 이러한 폐쇄에 의해 서로로부터 밀봉되어 있다. 또한, 제 1 밸브가 개방되어 있어서, 제 1 프로세스 가스 공급 유입구 (118) 로부터 제 1 밸브 인터페이스 (108) 의 제 3 포트 (114) 내로, 제 1 유로 (120) 를 통해, 제 2 밸브 인터페이스 (116) 의 제 1 포트 (110) 의 밖으로, 제 2 밸브 인터페이스 (116) 의 제 3 포트 (114) 내로, 그리고 매니폴드 유출구 (106) 를 통해 밖으로 제 1 프로세스 가스의 자유로운 흐름을 허용한다 (이 도면에서 흰색 화살표들에 의해 표시됨). 도 1h 에서와 같이, 덤프 밸브 (174) 가 개방되어서, 제 2 전구체가 덤프 션트 (검은색 화살표들로 표시됨) 내로 흐를 수 있게 한다. 이 흐름 상태에서, 도 1h 를 참조하여 논의된 바와 같이, 제 2 프로세스 가스가 밸브 매니폴드 (100) 내로 도입하기 이전에, 제 4 유로 (134) 는 데드 레그로서 작용하고 - 제 1 프로세스 가스가 그 안으로 흐를 수도 있고, 퍼지 동작으로 제 4 유로 (134) 를 퍼징하는 것이 바람직할 수도 있음을 이해해야 한다.
도 1j 는 밸브 매니폴드 (100) 의 내부 유로 체적들 및 제 2 전구체에 대한 전달 사이클과 연관된 유로 (검은색 화살표들로 나타냄) 를 나타낸다. 도 1j 에서, 제 2 밸브를 제외한 모든 밸브들이 폐쇄되어 있어서, 퍼지 가스 또는 제 1 프로세스 가스의 전달을 방지하면서 제 2 전구체가 챔버로 전달될 수 있게 한다. 이 흐름 상태에서, 예를 들면, 제 1 유로 (120) 및 제 4 유로 (134) (그리고 퍼지 밸브, 덤프 밸브, 제 1 밸브, 및 제 2 밸브의 일부 내부에서) 뿐만 아니라, 덤프 션트 밸브 인터페이스 (138) 의 제 1 포트 (130) 로 이어지는 제 5 유로 (140) 의 외부의 스퍼에 의해 데드 레그들이 형성될 수도 있음을 이해해야 한다. 제 2 프로세스 가스는 이들 데드 레그들 내로 흐를 수도 있고, 도 1h 를 참조하여 논의된 바와 같이, 다른 프로세스 가스들을 밸브 매니폴드 (100) 내로 도입하기 이전에, 퍼지 동작으로 이들 유로들을 퍼징하는 것이 바람직할 수도 있다.
도 1k 는 밸브 매니폴드 (100) 의 내부 유로 체적들 및 제 1 전구체에 대한 전달 사이클과 연관된 유로 (흰색 화살표들로 나타냄) 를 나타낸다. 도 1k 에서, 제 1 밸브를 제외한 모든 밸브들이 폐쇄되어 있다. 제 1 밸브는 제 1 프로세스 가스가 제 1 유로 (120) 를 통해 챔버로 전달될 수 있게 한다. 이 흐름 상태에서, 덤프 밸브는 폐쇄되어 있어서, 제 2 프로세스 가스의 순환을 방지한다.
상기 논의된 바와 같이, 전구체 전달 동안 매니폴드의 "데드 레그들" 내로 전구체의 일부 흐름이 일어날 수도 있음을 이해해야 하고; 이들 가스의 흐름들은 상기 도면들에서 화살표들로 도시되어 있지 않다. 이들 데드 레그들 모두가 퍼지 가스 유로에 있기 때문에, 데드 레그 내로의 전구체 가스의 임의의 이러한 흐름은, 퍼지 사이클이 발생하여 데드 레그(들)를 통해 퍼지 가스를 흘릴 때에 제거될 것이다.
도 1l 은 밸브 매니폴드 (100) 의 "하측"의 오프각 도면을 나타낸다. 도 1l 에서는 3개의 히터 인터페이스들이 시인되는데, 히터 인터페이스들은, 예를 들면, 카트리지 히터 요소를 수용하도록 구성된 구멍 및 리셉터클 내부에 히터 요소를 유지하는 패스너 (fastener) 를 수용하도록 구성된 이웃 유지 나사 구멍을 포함할 수도 있다. 또한 도 1l 에서는 열전대 인터페이스 (170) 가 시인되는데, 열전대 인터페이스 (170) 는 밸브 매니폴드 (100) 의 온도를 모니터링하는 열전대를 장착하기 위해 사용될 수도 있다. 대안적으로, 다른 온도 감지 기술들, 예컨대, 서미스터들이 사용될 수도 있다.
도 1m 은 도 1e 에서 사용된 사시도로부터의 밸브 매니폴드 (100) 의 간략화된 도면을 나타낸다 (많은 피쳐들이 생략되어 있음). 그러나, 제 1 밸브 인터페이스 (108) 및 제 2 밸브 인터페이스 (116) 는 나타나 있다. 또한 각각의 밸브 인터페이스 영역들에 실질적으로 수직인 방향으로 밸브 인터페이스 영역들의 투영들에 의해 정의되는 기준 체적들이 나타나 있다. 알 수 있듯이, 밸브 매니폴드의 축을 따른 밸브 인터페이스들의 오버랩으로 인해, 제 1 밸브 인터페이스 (108) 의 투영에 의해 정의되는 제 1 기준 체적 (162) 과, 제 2 밸브 인터페이스 (116) 의 투영에 의해 정의되는 제 2 기준 체적 (164) 은, 투영된 기준 체적들의 체적 오버랩 (166) 에서 교차한다.
도 2a 는 유출구 및 6개의 전구체들을 지원하는 예시 POU 밸브 매니폴드 장치 (246) 의 오프각 도면을 나타낸다. 알 수 있듯이, 이 구현은 상술된 버전보다 휠씬 더 큰 수의 밸브들을 가진다. 이 구현은 또한 덤프 션트를 포함하지 않는다. (비록 부착된 부품은 없지만) 퍼지 가스 유입구 (204) 가 나타나 있고, 퍼지 밸브 (272), 제 1 밸브 (248), 제 2 밸브 (260), 제 3 밸브 (284), 제 4 밸브 (286), 제 5 밸브 (288), 및 제 6 밸브 (290) 가 또한 나타나 있다.
도 2b 는 밸브들이 부착되지 않은 도 2a 의 예시 밸브 매니폴드 (200) 를 나타낸다. 도 2c 는 밸브들이 부착되지 않은 도 2a 의 예시 밸브 매니폴드 (200) 의 히든 라인 도면을 나타낸다. 알 수 있듯이, 이 구현에서의 밸브들은 그들의 포트 배치물들과 일직선으로 배치되어 있으며; 패키징 제한들이 요구할 경우에, 도 1a 에서의 퍼지 밸브 인터페이스 (128) 및 제 2 밸브 인터페이스 (116) 와 같이, 서로 직교하는 일부 포트 배치물들을 갖는 구성이 또한 사용될 수도 있다.
또한 도 2b 및 도 2c 에서는, 제 1 포트 (230) 및 제 2 포트 (232) 를 갖는 퍼지 밸브 인터페이스 (228), 그리고 각각이 제 1 포트 (210), 제 2 포트 (212) 및 제 3 포트 (214) 를 갖는, 제 1 밸브 인터페이스 (208), 제 2 밸브 인터페이스 (216), 제 3 밸브 인터페이스 (276), 제 4 밸브 인터페이스 (278), 제 5 밸브 인터페이스 (280), 및 제 6 밸브 인터페이스 (282) 가 시인된다.
또한 도 2c 에서는 여러 가지 유로들이 시인된다. 예를 들면, 제 1 유로 (220) 는 제 1 밸브 인터페이스 (208) 의 제 3 포트 (214) 를 제 2 밸브 인터페이스 (216) 의 제 1 포트 (210) 와 유체 연결할 수도 있다. 제 2 유로 (224) 는 제 6 밸브 인터페이스 (282) 의 제 2 포트 (212) 를 매니폴드 유출구 (206) 와 유체 연결할 수도 있다. 제 3 유로 (226) 는 퍼지 밸브 인터페이스 (228) 의 제 1 포트 (230) 를 퍼지 가스 유입구 (204) 와 유체 연결할 수도 있다. 제 4 유로는 제 1 밸브 인터페이스 (208) 의 제 1 포트 (210) 를 퍼지 밸브 인터페이스 (228) 의 제 2 포트 (232) 와 유체 연결할 수도 있다. 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 추가적인 유로들은 인접 밸브들의 제 1 포트들 (210) 및 제 2 포트들 (214) 을 유체 연결할 수도 있다.
도 2d 는 도 2a 의 예시 밸브 매니폴드 (200) 의 내부 유로 체적들을 나타낸다. 도 2e 는 보다 용이한 관찰을 가능하게 하기 위해 전구체 유입구들 및 유출구에 연결된 확장 체적들을 갖는 도 2a 의 예시 POU 밸브 매니폴드의 내부 유로 체적들을 나타낸다.
도 2f 는 매니폴드에 연결된 밸브들의 내측 흐름을 나타내고 그리고 퍼지 사이클을 증명하는, 도 1h 에서의 것들과 유사하게, 추가적인 유로 체적들을 갖는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타낸다. 알 수 있듯이, 퍼지 사이클에서, 제 1 밸브 (248), 제 2 밸브 (260), 제 3 밸브 (284), 제 4 밸브 (286), 제 5 밸브 (288), 및 제 6 밸브 (290) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고, 퍼지 밸브 (272) 는 개방된 상태에 있어서, 퍼지 가스 (흰색 화살표들) 가 퍼지 가스 유입구 (204) 로부터, 제 4 유로 (234), 제 1 유로 (220) 등을 통해, 퍼지 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다. 도 1h 에 나타낸 밸브들에 대한 유로 체적들과 같이, 도 2f 내지 도 2l 에 나타낸 밸브들에 대한 유로 체적들은 개념적 체적들이며, 이러한 체적들의 실제 형상 및 크기는 나타낸 것과 상이할 수도 있음을 이해해야 한다.
도 2g 는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타내고 그리고 제 1 프로세스 가스에 대한 전달 사이클을 증명한다. 알 수 있듯이, 제 1 프로세스 가스 전달 사이클에서, 퍼지 밸브 (272), 제 2 밸브 (260), 제 3 밸브 (284), 제 4 밸브 (286), 제 5 밸브 (288), 및 제 6 밸브 (290) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고 제 1 밸브 (248) 가 개방된 상태에 있어서, 제 1 프로세스 가스 (흰색 화살표들) 가 제 1 프로세스 가스 공급 유입구 (218) 로부터 제공된 유로들을 통해, 제 1 프로세스 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다.
도 2h 는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타내고 그리고 제 2 프로세스 가스에 대한 전달 사이클을 증명한다. 알 수 있듯이, 제 2 프로세스 가스 전달 사이클에서, 퍼지 밸브 (272), 제 1 밸브 (248), 제 3 밸브 (284), 제 4 밸브 (286), 제 5 밸브 (288), 및 제 6 밸브 (290) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고 제 2 밸브 (260) 가 개방된 상태에 있어서, 제 2 프로세스 가스 (흰색 화살표들) 가 제 2 프로세스 가스 공급 유입구 (222) 로부터 제공된 유로들을 통해, 제 2 프로세스 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다.
도 2i 는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타내고 그리고 제 3 프로세스 가스에 대한 전달 사이클을 증명한다. 알 수 있듯이, 제 3 프로세스 가스 전달 사이클에서, 퍼지 밸브 (272), 제 1 밸브 (248), 제 2 밸브 (260), 제 4 밸브 (286), 제 5 밸브 (288), 및 제 6 밸브 (290) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고 제 3 밸브 (284) 가 개방된 상태에 있어서, 제 3 프로세스 가스 (흰색 화살표들) 가 제 3 프로세스 가스 공급 유입구 (292) 로부터 제공된 유로들을 통해, 제 3 프로세스 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다.
도 2j 는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타내고 그리고 제 4 프로세스 가스에 대한 전달 사이클을 증명한다. 알 수 있듯이, 제 4 프로세스 가스 전달 사이클에서, 퍼지 밸브 (272), 제 1 밸브 (248), 제 2 밸브 (260), 제 3 밸브 (284), 제 5 밸브 (288), 및 제 6 밸브 (290) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고 제 4 밸브 (286) 가 개방된 상태에 있어서, 제 4 프로세스 가스 (흰색 화살표들) 가 제 4 프로세스 가스 공급 유입구 (294) 로부터 제공된 유로들을 통해, 제 4 프로세스 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다.
도 2k 는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타내고 그리고 제 5 프로세스 가스에 대한 전달 사이클을 증명한다. 알 수 있듯이, 제 5 프로세스 가스 전달 사이클에서, 퍼지 밸브 (272), 제 1 밸브 (248), 제 2 밸브 (260), 제 3 밸브 (284), 제 4 밸브 (286), 및 제 6 밸브 (290) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고 제 5 밸브 (288) 가 개방된 상태에 있어서, 제 5 프로세스 가스 (흰색 화살표들) 가 제 5 프로세스 가스 공급 유입구 (296) 로부터 제공된 유로들을 통해, 제 5 프로세스 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다.
도 2l 는 도 2e 의 내부 유로 체적들을 나타내고 그리고 제 6 프로세스 가스에 대한 전달 사이클을 증명한다. 알 수 있듯이, 제 6 프로세스 가스 전달 사이클에서, 퍼지 밸브 (272), 제 1 밸브 (248), 제 2 밸브 (260), 제 3 밸브 (284), 제 4 밸브 (286), 및 제 5 밸브 (288) 가 모두 "폐쇄된" 상태에 있고 제 6 밸브 (290) 가 개방된 상태에 있어서, 제 6 프로세스 가스 (흰색 화살표들) 가 제 6 프로세스 가스 공급 유입구 (298) 로부터 제공된 유로들을 통해, 제 6 프로세스 가스가 매니폴드 유출구 (206) 에 도착할 때까지 흐를 수 있게 한다. 상술된 도면들은 단일-가스 전달의 맥락에서의 매니폴드 동작의 맥락으로 기재되어 있지만, 프로세스 화학 견지로부터 허용가능하다면, 프로세싱 시간을 증가시키고 퍼징 시간을 감소시키기 위해 다수의 프로세스 가스들이 또한 동시에 전달될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에 기재된 POU 밸브 매니폴드들은 2개의 모드들 중 어느 하나로 이용될 수도 있다. 제 1 의 또는 격리된 (segregated) 모드에서, 각각의 전구체 가스를 매니폴드를 통해 챔버로 도입하고 나서, 매니폴드를 통한 다음 전구체의 도입 이전에 의도적인 퍼지를 실시할 수도 있다 (펄스-퍼지-펄스-퍼지 거동). (그 ALD 단계의 포화 부족 또는 웨이퍼 두께 불균일 이유들로 인한) 임의의 부가된 희석제들 없이 챔버 내에 순수 전구체 가스가 요구되는 경우에 이것은 매니폴드 내부의 전구체들의 임의의 혼합들을 방지하고 이동 시퀀스들을 가능하게 한다. 제 2 의 또는 연속적 모드에서, 전구체 가스들이 순차적으로 도입되는 동안 (예를 들면, 매니폴드를 퍼징하기 위해 사용된 것과 같은 가스일 수도 있는) 캐리어 가스가 퍼지 유입구를 통해, 매니폴드를 통해 흐르는 가스 내로 연속적으로 제공될 수도 있다. 이러한 모드는, 부가된 희석제들이 용인될 수 있을 때에 및/또는 밸브 매니폴드가 2개의 유출구들을 가질 때에 동작하는데, 각각의 유출구는 챔버 내의 듀얼 플리넘 (dual plenum) 가스 분배 매니폴드/샤워헤드 상의 섹션들을 분리하도록 야기한다.
본 명세서에 기재된 POU 밸브 매니폴드들은 또한 역으로 사용되어, 예컨대, 매니폴드 유출구를 프로세스 가스 유입구로서 사용하고 그리고 프로세스 가스 유입구들을 매니폴드 유출구들로서 사용함으로써, 예컨대, 다수의 유출구들이 단일 프로세스 가스 유입구로부터 제공받는 것을 가능하게 할 수도 있다.
POU 밸브 매니폴드는 스테인리스강 또는, VIM VAR, AOD/VAR 또는 하스텔로이 (Hastelloy) 재료들과 같은 다른 재료들로부터 제조될 수도 있다. 몇몇 구현들에 있어서, POU 밸브는 불소-계 전구체들 또는 세정제들에 대한 노출시에 불화알루미늄으로 패시베이션되게 되는 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 몇몇 다른 구현들에 있어서, 매니폴드는 세라믹스, 예컨대, 산화알루미늄으로 제작될 수도 있다. 몇몇 구현들에 있어서, 매니폴드 또는 적어도 내부 흐름 통로들은 불화이트륨 (YF3) 과 같은 피막으로 코팅될 수도 있다.
매니폴드 블록에 대해 사용된 재료들에 따라, POU 밸브들을 매니폴드에 밀봉하기 위해 다양한 밀봉 동작들이 채택될 수도 있다. POU 밸브들과 매니폴드 사이의 인터페이스를 밀봉하기 위해 다양한 표면-장착 밀봉 기술들, 예컨대, 금속 C 또는 W 시일들이 사용될 수도 있다. 그러나, 알루미늄 매니폴드들에서는, 대신에 탄성중합체 시일들이 사용될 수도 있다.
몇몇 구현들에 있어서, 매니폴드는 히터 삽입부들을 위한 리셉터클들을 포함할 수도 있다. 이러한 히터 삽입부들은, 상승된 온도에서 전구체들을 유지하고 매니폴드 내부의 응축을 방지하기 위해 전구체 유입구들에 가깝게 위치될 수도 있다. 매니폴드는 또한 매니폴드의 온도를 모니터링하기 위한 열전대를 위한 리셉터클을 포함할 수도 있다. 도 1l 은, 도 1a 에 나타낸 매니폴드 상의 히터 삽입 구멍들의 위치들 및 열전대 장착 위치를 나타낸다.
몇몇 구현들에 있어서, 매니폴드는 흐름 제한기들을 포함할 수도 있으며, 흐름 제한기들은 매니폴드 내에 설치되거나 또는 매니폴드 내에 제거가능하게 삽입된다. 이러한 흐름 제한기들은 POU 밸브들의 흐름 제한들보다 더 작은 흐름 제한들을 갖도록 구성될 수도 있다. 이러한 방식으로, 흐름 제한기들은 매니폴드 어셈블리에서의 가장 제한된 초크 포인트 (choke point) 들로서 기능할 수도 있다. 이것은 POU 밸브들이 가장 제한된 초크 포인트들인 경우에 관찰할 수도 있는 흐름 제한 변동성을 회피하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것은 다수의 POU 밸브 매니폴드들이 공통 전구체 소스에 대해 사용되고 각각의 POU 밸브 매니폴드의 밖으로의 흐름들을 매칭시킬 필요가 있는 구현들에서 특히 유용하다.
몇몇 구현들에 있어서, 전구체 가스가 매니폴드를 통하는 대신에 펌프로 우회될 수도 있도록 전구체 가스는 밸브형일 수도 있다. 이러한 구현들은 POU 밸브 매니폴드의 외부에 있는 배관을 수반할 수도 있다.
본 발명의 다른 양태는 본 명세서에 기재된 POU 밸브 매니폴드를 이용하도록 구성된 장치이다. 적합한 장치는, 상술된 바와 같은 하나 이상의 POU 밸브 매니폴드들, 및 특정한 반도체 프로세스의 가스 흐름 요건들에 따라 동작들을 수행하도록 이들 매니폴드들에 대해 POU 밸브들을 제어하기 위한 명령들을 갖는 시스템 제어기를 포함할 수도 있다. 시스템 제어기는 통상, 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이며, 하나 이상의 프로세서들은, 장치가 본 발명에 따라 POU 밸브 매니폴드를 제어하도록, 예컨대, 매니폴드에서의 다양한 POU 밸브들을 개방/폐쇄하고, 매니폴드에서의 온도 레벨들을 모니터링하고, 그리고 매니폴드 내에 삽입된 임의의 히터 요소들을 제어하도록 명령들을 실행하게 구성된다. 본 발명에 따라 프로세스 동작들을 제어하기 위한 명령들을 포함하는 머신-판독가능 매체가 시스템 제어기에 커플링될 수도 있다.
상기 본 명세서에 기재된 장치 및 프로세스들은, 예를 들어 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광기전력 패널들 등의 제조 또는 제작을 위해, 리소그라피 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 필수는 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 통상의 제조 설비에서 함께 사용되거나 수행되게 된다. 일반적으로, 막의 리소그라피 패터닝은 다음의 단계들의 일부 또는 전부를 포함하며, 각 단계는 다수의 가능한 툴들에 의해 인에이블된다 : (1) 워크피스, 즉 기판 상에 스핀 온 또는 스프레이 온 툴을 사용하여 포토레지스트를 도포; (2) 핫 플레이트 또는 노 (furnace) 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴에 의한 가시 또는 UV 또는 x - 레이 광에 대해 포토레지스트를 노광; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거함으로써 패터닝하도록 레지스트를 현상; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 하부막 또는 워크피스에 레지스트 패턴을 전사; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거.
특정한 기재된 구현들 중 임의의 것에서의 피쳐들이 서로 호환되지 않는다고 명확하게 식별되거나 또는 주위 문맥이 상호 보완적인 및/또는 지원적인 견지에서 그들이 상호 배타적이고 용이하게 조합불가능함을 함축하지 않는다면, 이 개시물의 전체는 그들 상호 보완적인 구현들의 특정 피쳐들이 하나 이상의 포괄적이지만 약간 상이한 기술적 솔루션들을 제공하기 위해 선택적으로 조합될 수 있음을 고려하고 상정한다는 것을 또한 이해할 것이다. 따라서, 상기 기재는 오직 예시로서 주어진 것이며 발명의 범위 내에서 상세사항의 변형들이 이루어질 수도 있음을 또한 인식할 것이다.

Claims (12)

  1. 반도체 프로세싱 툴에 사용되는 밸브 매니폴드로서:
    매니폴드 바디;
    퍼지 가스 유입구;
    상기 매니폴드 바디의 제 1 측부에 위치된 매니폴드 유출구;
    상기 매니폴드 바디의 상기 제 1 측부와는 상이한 제 2 측부에 위치된 제 1 밸브 인터페이스; 및
    상기 매니폴드 바디의 상기 제 1 측부 및 상기 제 2 측부와는 상이한 제 3 측부에 위치된 제 2 밸브 인터페이스를 포함하며:
    상기 제 1 밸브 인터페이스 및 상기 제 2 밸브 인터페이스는 각각 제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트를 포함하고,
    상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 1 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성되고,
    상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그 (dead leg) 들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 1 유로를 통해 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되고,
    상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 2 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성된 인터페이스와 유체 연결되고,
    상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 2 유로에 의해 상기 매니폴드 유출구와 유체 연결되는, 밸브 매니폴드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 유입구는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되는, 밸브 매니폴드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    퍼지 밸브 인터페이스를 포함하며:
    상기 퍼지 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하고,
    상기 퍼지 가스 유입구는, 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 상기 퍼지 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되고,
    상기 퍼지 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 4 유로에 의해 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되는, 밸브 매니폴드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    덤프 션트 (dump shunt) 유출구; 및
    덤프 션트 밸브 인터페이스를 포함하며:
    상기 덤프 션트 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하고,
    상기 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 1 포트는, 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 5 유로에 의해 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트와 유체 연결되고,
    상기 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 6 유로에 의해 상기 덤프 션트 유출구와 유체 연결되는, 밸브 매니폴드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 제 1 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영 (projection) 에 의해 정의된 제 1 기준 체적과, 상기 제 3 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 제 2 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영에 의해 정의된 제 2 기준 체적 사이에 오버랩이 존재하는, 밸브 매니폴드.
  6. 퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치로서:
    밸브 매니폴드;
    제 1 밸브; 및
    제 2 밸브를 포함하며:
    상기 밸브 매니폴드는,
    매니폴드 바디,
    퍼지 가스 유입구,
    상기 매니폴드 바디의 제 1 측부에 위치된 매니폴드 유출구,
    상기 매니폴드 바디의 상기 제 1 측부와는 상이한 제 2 측부에 위치된 제 1 밸브 인터페이스, 및
    상기 매니폴드 바디의 상기 제 1 측부 및 상기 제 2 측부와는 상이한 제 3 측부에 위치된 제 2 밸브 인터페이스를 포함하며:
    상기 제 1 밸브 인터페이스 및 상기 제 2 밸브 인터페이스는 각각 제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트를 포함하고,
    상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 1 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성되고,
    상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 1 유로를 통해 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되고,
    상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트는 제 2 프로세스 가스 공급부에 연결하도록 구성되고,
    상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 2 유로에 의해 상기 매니폴드 유출구와 유체 연결되고,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브는 각각, 밸브 바디; 제 1 밸브 포트, 제 2 밸브 포트 및 제 3 밸브 포트를 포함하는 매니폴드 인터페이스 영역; 그리고 개방된 상태와 폐쇄된 상태 사이에서 움직이는 밸브 메커니즘을 포함하고,
    상기 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때와 폐쇄된 상태에 있을 때 모두에서 상기 제 1 밸브 포트는 상기 제 3 밸브 포트에 유체 연결되고,
    상기 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때에 상기 제 2 밸브 포트는 상기 제 1 밸브 포트 및 상기 제 3 밸브 포트에 유체 연결되고, 상기 밸브 메커니즘이 폐쇄된 상태에 있을 때에 상기 제 2 밸브 포트는 상기 제 1 밸브 포트 및 상기 제 3 밸브 포트에 유체 연결되지 않고,
    상기 제 1 밸브의 제 1 밸브 포트는 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트에 유체 연결되고,
    상기 제 1 밸브의 제 2 밸브 포트는 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 2 포트에 유체 연결되고,
    상기 제 1 밸브의 제 3 밸브 포트는 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 3 포트에 유체 연결되고,
    상기 제 2 밸브의 제 1 밸브 포트는 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 1 포트에 유체 연결되고,
    상기 제 2 밸브의 제 2 밸브 포트는 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트에 유체 연결되고,
    상기 제 2 밸브의 제 3 밸브 포트는 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 3 포트에 유체 연결되는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 유입구는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브 매니폴드는 퍼지 밸브 인터페이스를 더 포함하며:
    상기 퍼지 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하고,
    상기 퍼지 가스 유입구는, 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 3 유로에 의해 상기 퍼지 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되고,
    상기 퍼지 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 데드 레그들을 갖지 않고 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 4 유로에 의해 상기 제 1 밸브 인터페이스의 제 1 포트와 유체 연결되는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브 매니폴드는, 덤프 션트 유출구; 및 덤프 션트 밸브 인터페이스를 더 포함하며:
    상기 덤프 션트 밸브 인터페이스는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하고,
    상기 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 1 포트는, 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 5 유로에 의해 상기 제 2 밸브 인터페이스의 제 2 포트와 유체 연결되고,
    상기 덤프 션트 밸브 인터페이스의 제 2 포트는, 상기 매니폴드 바디의 내부에 있는 제 6 유로에 의해 상기 덤프 션트 유출구와 유체 연결되는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 제 1 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영에 의해 정의된 제 1 기준 체적과, 상기 제 3 측부에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 제 2 밸브 인터페이스의 외부 경계의 투영에 의해 정의된 제 2 기준 체적 사이에 오버랩이 존재하는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
  11. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각 상기 제 1 밸브의 상기 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있고 상기 제 2 밸브의 상기 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때에, 상기 매니폴드 바디 내부의 상기 제 1 유로는, 상기 제 1 밸브를 통한 최대 제 1 흐름 제한 또는 상기 제 2 밸브를 통한 최대 제 2 흐름 제한보다 더 큰 흐름 제한을 포함하는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
  12. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각 상기 제 1 밸브의 상기 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있고 상기 제 2 밸브의 상기 밸브 메커니즘이 개방된 상태에 있을 때에, 상기 매니폴드 바디 내부의 상기 제 2 유로는, 상기 제 1 밸브를 통한 최대 제 1 흐름 제한 또는 상기 제 2 밸브를 통한 최대 제 2 흐름 제한보다 더 큰 흐름 제한을 포함하는,
    퍼지 가스, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 반도체 프로세싱 툴에 전달하기 위한 장치.
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