KR20140088040A - 기판 프로세싱 챔버들에 대한 가스 공급 시스템들 및 그의 방법들 - Google Patents

기판 프로세싱 챔버들에 대한 가스 공급 시스템들 및 그의 방법들 Download PDF

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마크 타스카
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Abstract

프로세스 가스들의 세트를 기판 프로세싱 챔버에 제공하기 위한 가스 공급 서브시스템이 기재되며, 프로세스 가스들의 세트는 기판 프로세싱 챔버에 이용가능한 복수의 프로세스 가스들의 서브세트이다. 가스 공급 서브시스템은 이용가능한 프로세스 가스들의 수보다 더 적은 멀티-가스 대용량 흐름 제어기들을 가지며, 여기서, 다수의 프로세스 가스들은 멀티-가스 대용량 흐름 제어기들 중 하나 이상의 입력에서 멀티플렉싱된다. 펌프-퍼지는, 멀티-가스 대용량 흐름 제어기들에 대한 가스 스위칭 속도를 개선시키도록 이용될 수도 있다.

Description

기판 프로세싱 챔버들에 대한 가스 공급 시스템들 및 그의 방법들{GAS SUPPLY SYSTEMS FOR SUBSTRATE PROCESSING CHAMBERS AND METHODS THEREFOR}
본 발명은 반도체 기판들 (예를 들어, 웨이퍼들, 평판 디스플레이들 등) 을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 발명은, 그러한 기판들을 프로세싱하기 위해 구성된 기판 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들을 공급하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다.
기판 프로세싱은 다른 프로세스 단계들 중에서, 기판 표면으로부터의 재료들의 선택적인 증착 및 제거를 수반한다. 많은 증착 및 에칭 프로세스들은, 전술된 증착 및 에칭을 수행하도록 프로세스 소스 가스들을 이용한다. 플라즈마-향상된 에칭은, 하나 이상의 프로세싱 단계들에서 복수의 프로세스 가스들을 이용하는 예시적인 기판 프로세싱 프로세스이다.
다음의 발명에서, 플라즈마-향상된 에칭 및 플라즈마-향상된 에칭 챔버들은, 다양한 개념들 및 구현 예들을 예시하도록 이용된다. 그러나, 여기에 기재된 개념들 및 실시형태들이, 기판들의 프로세싱에서 하나 이상의 프로세스 가스들을 이용하는 임의의 프로세싱 시스템 또는 기술에 적용될 수도 있음을 이해해야 한다.
통상적인 플라즈마 프로세싱 챔버에서, 복수의 소스 가스들은 챔버에 이용가능하게 될 수도 있다. 이용가능한 소스 가스들은, 플라즈마 프로세싱 챔버와 연관된 가스 전달 시스템에 제공된다. 레시피 요건들에 의존하여, 이용가능한 가스들의 서브세트는 임의의 주어진 프로세스 단계 동안 챔버로 가스 전달 시스템에 의해 제공될 수도 있다.
예를 들어, 레시피는, 주어진 레시피 동안 챔버로 전달될 N2의 20sccm (standard cubic centimeter), CHF3의 60sccm, 및 Ar의 30sccm을 요청할 수 있다. 요구된 가스들의 흐름을 제어 (즉, 턴 온/오프 및/또는 미터링 (meter)) 하기 위해, 가스 피드 소스로부터 챔버로 특정한 가스를 운반하는 각각의 피드 (feed) 라인은 대용량 흐름 제어기 (MFC) 가 탑재될 수도 있다.
따라서, 그에 이용가능한 16개의 가능한 프로세스 가스들을 갖는 챔버는, 16개의 MFC들을 이용하는 가스 공급 시스템이 탑재될 수도 있으며, 각각의 MFC는 16개의 이용가능한 가스들 중 하나를 턴 온/오프하고 미터링한다. (전술된 N2, CHF3 및 Ar과 같은) 특정한 프로세스 단계 동안 흐르는 개별 구성 가스들은, 챔버로 전달되기 전에 혼합 매니폴드에서 혼합될 수도 있다.
도 1은 예시적인 종래 기술의 가스 공급 어레인지먼트 (arrangement) (100) 를 도시하며, 그에 의해, 16개의 MFC들 (102A-102P) 이 16개의 가스 공급 라인들 (각각, 104A-104P) 에 커플링된다. 각각의 MFC는, 그것이 커플링되는 프로세스 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 흐름을 미터링하기 위해 MFC를 턴 온/오프하고 및/또는 그 MFC를 사용함으로써, 프로세스 가스는 프로세싱 단계로부터 배제될 수도 있거나, 프로세스 레시피에 의해 특정된 유동율로 챔버에 제공될 수도 있다.
이러한 어레인지먼트가 과거에는 유용한 것으로 증명되었지만, 개선들이 행해질 수 있다. 상술된 예를 참조하면, 16개의 공급 가스들을 제어하기 위한 16개의 MFC들의 사용은, 가스 공급 시스템 및 그에 대한 인클로저 (enclosure) (110) 가 적어도 16개의 MFC들을 물리적으로 수용하기 위해 특정한 사이즈를 갖는다는 것을 나타낸다. 또한, 16개의 MFC들의 사용은, 혼합 매니폴드 (112) 가 16개의 MFC들의 유출구들에 커플링하기에 충분히 길다는 것을 나타낸다.
추가적으로, 16개의 MFC들 및 큰 혼합 매니폴드는, 가스 공급 시스템 풋프린트를 증가시킬 뿐만 아니라 큰 가스 공급 인클로저 내부 볼륨을 발생시킨다. 환경 개선 요건들이 종종 가스 공급 시스템 인클로저의 내부 볼륨에 존재하거나 그 볼륨으로부터 배출되는 임의의 가스 재료의 스크러빙을 필요로 하므로, 큰 내부 볼륨은 스크러빙될 가스 재료의 큰 볼륨만큼 증가된 비용을 발생시킨다.
추가적으로, 더 큰 가스 공급 시스템 인클로저는 챔버로부터 (예를 들어, 더 작은 가스 공급 시스템에 관해) 더 떨어져 위치되도록 가스 공급 시스템에게 요구한다. 결과적으로, 챔버에 혼합 매니폴드를 접속시키는 더 긴 챔버 가스 공급 라인이 종종 요구된다.
더 추가적으로, 특정한 레시피들은 공급된 가스들의 펄싱을 요구한다. 예를 들어, 레시피는 가스 혼합물 1과 가스 혼합물 2 사이의 펄싱을 교번하여 요구할 수도 있다. 펄싱 애플리케이션에서, 더 큰 혼합 매니폴드 및 더 긴 챔버 가스 공급 라인은 가스 거주 시간을 증가시켜서, 하나의 가스 혼합물로부터 다른 가스 혼합물로의 신속한 스위칭을 비실용적이게 한다.
적어도 이들 이유들 때문에, 기판 프로세싱 챔버들 및 그에 대한 방법들에 대한 개선된 가스 공급 어레인지먼트들이 소망된다.
일 실시형태에서, 본 발명은, 기판 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들의 세트를 제공하기 위한 가스 공급 서브시스템에 관한 것이며, 프로세스 가스들의 세트는 기판 프로세싱 챔버에 이용가능한 복수의 프로세스 가스들의 서브세트이다. 복수의 프로세스 가스들을 제공하는 복수의 프로세스 가스 도관들이 포함된다. 일 실시형태에서, 본 발명은 또한, 복수의 프로세스 가스들에서 프로세스 가스들의 총 수보다 더 적은 대용량 흐름 제어기들을 갖는 복수의 대용량 흐름 제어기들을 포함하며, 여기서, 복수의 프로세스 가스들의 적어도 제 1 프로세스 가스는, 복수의 대용량 흐름 제어기들 중 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들에 의한 선택적인 가스 흐름 제어 하에 있고, 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 적어도 제 1 대용량 흐름 제어기는 또한, 복수의 프로세스 가스들 중 제 2 프로세스 가스로의 선택적인 가스 흐름 제어를 제공한다.
다른 실시형태에서, 본 발명은 프로세스 가스들의 세트를 기판 프로세싱 챔버에 제공하는 방법에 관한 것이며, 프로세스 가스들의 세트는 기판 프로세싱 챔버에 이용가능한 복수의 프로세스 가스들의 서브세트이다. 방법은, 복수의 프로세스 가스들 중 제 1 프로세스 가스를 대용량 흐름 제어기에 제공하는 단계를 포함하며, 그에 의해, 대용량 흐름 제어기는 기판 프로세싱 챔버로의 제 1 프로세스 가스의 흐름을 제어한다. 방법은 또한, 그 후, 대용량 흐름 제어기로부터 제 1 가스의 적어도 일부를 플러시 (flush) 하기 위해 업스트림 밸브를 진공으로 개방하는 단계를 포함하며, 여기서, 업스트림 진공 밸브는 대용량 흐름 제어기의 유입구와 가스 연통한다. 방법은 또한, 그 후, 복수의 프로세스 가스들 중 제 2 프로세스 가스를 대용량 흐름 제어기에 제공하는 단계를 포함하며, 그에 의해, 대용량 흐름 제어기는 기판 프로세싱 챔버로의 제 2 프로세스 가스의 흐름을 제어한다.
본 발명은 첨부한 도면들에서 제한이 아닌 예로서 도시되어 있으며, 도면에서, 유사한 참조 번호들은 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1은 예시적인 종래 기술의 가스 공급 어레인지먼트를 도시하며, 그에 의해, 16개의 MFC들 (102A-102P) 은 16개의 가스 공급 라인들 (각각, 104A-104P) 에 커플링된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 플라즈마 프로세싱 챔버 및 가스 공급 시스템을 포함하는 플라즈마 프로세스 시스템의 일부의 간략화된 표현을 도시한다.
도 3은 본 발명의 선택적인 펌프-퍼지 (pump-purge) 양태의 설명을 용이하게 하기 위해, 2개의 가능한 가스 공급부들 X 및 Y를 수신하도록 커플링된 예시적인 MFC를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 선택적인 펌프-퍼지를 수행하기 위한 단계들의 간략화된 흐름도를 도시한다.
이제, 본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 바와 같은 본 발명의 몇몇 실시형태들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 다수의 특정한 세부사항들은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 기재된다. 그러나, 이들 특정한 세부사항들 중 몇몇 또는 전부 없이도 본 발명이 실시될 수도 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 잘 알려진 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않는다.
방법들 및 기술들을 포함하는 다양한 실시형태들이 여기에 후술된다. 본 발명이 또한, 본 발명의 기술의 실시형태들을 수행하기 위한 컴퓨터-판독가능 명령들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 제조 물품들을 커버할 수도 있음을 유념해야 한다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 예를 들어, 반도체, 자기, 광-자기, 광학, 또는 컴퓨터 판독가능 코드를 저장하기 위한 다른 형태들의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 추가적으로, 본 발명은 또한 본 발명의 실시형태들을 실시하기 위한 장치들을 커버할 수도 있다. 그러한 장치는, 본 발명의 실시형태들에 관한 태스크들을 수행하도록 전용되고 및/또는 프로그래밍가능한 회로들을 포함할 수도 있다. 그러한 장치의 예들은, 적절히 프로그래밍된 경우, 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 디바이스를 포함하며, 본 발명의 실시형태들에 관한 다양한 태스크들을 위해 적응된 컴퓨터/컴퓨팅 디바이스 및 전용/프로그래밍가능 회로들의 결합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시형태들은, 기판을 프로세싱하도록 구성된 기판 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들의 세트를 제공하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 여기에서의 본 발명은, 많은 프로세스 가스들이 통상적인 기판 프로세싱 챔버에 이용가능하게 될 수도 있지만, 그럴지라도, 프로세스 레시피 (예를 들어, 증착 또는 에칭 중 어느 하나에 대한 레시피) 가 기판 프로세싱 시스템에 이용가능한 프로세스 가스들의 서브세트 (및 종종 작은 서브세트) 보다 큰 것을 요구할 수도 있다는 것은 매우 드물다는 것을 인식한다. 이것은, 몇몇 프로세스 가스 결합들이 호환가능하지 않거나 간단히, 기판 프로세싱을 위해 함께 사용되지 않기 때문이다.
따라서, 가스 흐름을 제어 (즉, 턴 온/오프 및/또는 미터링) 하는 대용량 흐름 제어기가, 대용량 제어기 (MFC) 가 하나보다 많은 프로세스 가스에 대한 선택적인 가스 흐름 제어를 수행할 수 있도록 커플링될 수 있으면, MFC들의 총 수가 감소될 수 있다는 것이 인식된다. 용어가 여기서 이용된 바와 같이, MFC는, MFC가 임의의 주어진 시간에 복수의 프로세스 가스들 중 임의의 하나에 커플링될 수 있고 그 MFC가 현재 수신하는 프로세스 가스를 제어 (즉, 턴 온/오프 및/또는 미터링) 할 수 있으면, 복수의 프로세스 가스들에 대한 선택적인 가스 흐름 제어를 수행하는 것으로 지칭된다.
하나 이상의 실시형태들에서, 본 발명의 어레인지먼트가 제안되며, 그에 의해, 챔버로 프로세스 가스들을 공급하도록 요구되는 MFC들의 수는 챔버에 이용가능한 프로세스 가스들의 총 수보다 작다. 용어가 여기서 이용된 바와 같이, "이용가능한 프로세스 가스들" 은, 챔버에 공급될 수 있는 모든 가능한 프로세스 가스들을 나타내지만, 주어진 레시피는 이용가능한 프로세스 가스들의 서브세트만을 요청할 수도 있다.
이용가능한 프로세스 가스들의 총 수보다 더 적은 MFC들이 존재하도록 MFC들의 수를 감소시키기 위해, 적어도 하나, 또는 몇몇, 또는 모든 MFC들은 1개보다 많은 프로세스 가스 각각을 수신 및 제어하도록 커플링될 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, 가스가 제공되는 MFC들 중 임의의 MFC가 그 프로세스 가스의 흐름을 제어하도록 이용될 수도 있도록, 주어진 프로세스 가스가 1개보다 많은 MFC에 제공될 수도 있다.
하나 이상의 실시형태들에서, 이용가능한 프로세스 가스들 또는 이용가능한 프로세스 가스들의 서브세트는, 1개보다 많은 프로세스 가스가 주어진 MFC에 이용가능할 수도 있더라도, 하나의 프로세스 가스만이 임의의 주어진 시간에 MFC에 의해 제어되도록 (또는 어느 프로세스 가스도 MFC에 의해 제어되지 않도록), 주어진 MFC의 유출구 측면 상에서 멀티플렉싱될 수도 있다.
추가적으로, 본 발명의 실시형태들은, 특정한 프로세스 가스 결합들이 주어진 MFC의 유출구 측면에서 멀티플렉싱되지 않도록 록-아웃 (lock-out) 결합들의 서브세트를 제안한다. 록-아웃 능력은, MFC 내부의 호환가능하지 않은 가스들의 잔류물들 사이/중에서 유해한 또는 손상있는 의도치 않은 반응을 방지하는데 특히 유용하다.
하나 이상의 실시형태들에서, 주어진 MFC를 통해 하나의 프로세스 가스로부터 다른 프로세스 가스로 스위칭하는데 요구되는 시간을 단축시키기 위해, 펌프-퍼지 절차가 제한된다. 일 실시형태에서, 업스트림 밸브가 MFC의 유입구에 커플링된다. 업스트림 밸브는, 가스 스위칭 전에 MFC를 통해 이전에 흘려진 임의의 프로세스 가스가 방출 (vacuum) 될 수도 있도록 진공으로 개방될 수 있다. 이러한 방출은 임의의 잔류의 이전 가스를 최소화시킨다. 그 후, 제 2 프로세스 가스가 MFC의 유입구 측면으로 흐르기 전에, 그와 동시에, 또는 그 직후에, 업스트림 밸브는 진공으로 폐쇄될 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, (이전의 프로세스 가스 또는 후속 프로세스 가스 중 어느 하나와 비교적 비-반응성인 비활성 가스 또는 프로세스-호환가능한 가스와 같은) 퍼지 가스는, 이전의 프로세스 가스로부터 후속 프로세스 가스로 스위칭하기 전에 MFC 및/또는 그와 커플링된 도관들을 퍼지하는데 이용될 수도 있다.
더 적은 MFC들이 이용되므로, MFC들의 유출구에 커플링된 혼합 매니폴드가 단축될 수 있다. 가스 공급 시스템의 추가적인 풋프린트는, 더 적은 MFC들이 요구되므로, 더 작아지게 될 수도 있다. 더 적은 가스 공급 시스템이 챔버에 더 근접하여 위치될 수도 있으며, 그에 의해, 혼합-매니폴드-챔버 가스 공급 라인의 길이를 감소시킨다. 혼합 매니폴드 및 혼합-매니폴드-챔버 가스 공급 라인 중 하나 또는 양자가 단축된 경우, 가스 거주 시간은 감소되며, 더 신속한 가스 스위칭이 가능하다. 일 실시형태에서, 가스 스위칭은, 가스 펄싱을 요청하는 프로세싱 레시피를 수용하기 위해, 가능한 다양한 가스 혼합물들 사이에서 가스 펄싱을 행하기에 충분히 신속하게 될 수도 있다.
MFC들의 유입구에서 이용가능한 프로세스 가스들 (또는 그의 서브세트들) 을 멀티플렉싱하지만, 본 발명의 발명자들은, MFC들의 업스트림 측에 대한 도관 길이 및 풋프린트 제한이, 업스트림 측 상에서 가스 펄싱 또는 가스 스위칭이 존재하지 않으므로 덜 중요하다는 것을 인식한다. 이용된 MFC들의 수에서의 감소, 혼합 매니폴드의 길이의 감소 및/또는 혼합-매니폴드-챔버 가스 공급 라인의 길이의 감소는 유리한 트레이드-오프를 나타낸다.
본 발명의 실시형태들의 특성들 및 이점들은 후속하는 도면들 및 설명들을 참조하여 더 양호하게 이해될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 프로세싱 챔버 (202) 및 가스 공급 시스템 (204) 을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템 (200) 의 일부의 간략화된 표현을 도시한다. 가스 공급 시스템 (204) 은 4개의 예시적인 MFC들 (206A, 206B, 206C, 및 206D) 을 포함하고, 이들의 유출구들은 혼합 매니폴드 (208) 에 커플링된다. 이용가능한 공급 가스들 (210A-210H) 은 8개의 예시적인 이용가능한 공급 가스들을 나타내며, 이들의 다양한 조합들이 챔버 (202) 에 이용가능하게 될 수도 있다. 8개의 이용가능한 공급 가스들 및 4개의 MFC들만이 도시되어 있지만, 가스 공급 시스템이 임의의 자유로운 수의 MFC들을 가질 수도 있고 임의의 수의 이용가능한 공급 가스들을 핸들링할 수도 있음을 이해해야 한다.
도 2의 예에서, (본 발명의 예를 설명하려는 목적을 위해) 챔버 (20) 에서 실행하는 레시피들이 임의의 주어진 시간에서 최대 4개의 프로세스 가스들을 이용한다고 결정된다. 따라서, MFC들의 수를 감소시키고 혼합 매니폴드 (208) 의 길이를 단축시킬 뿐만 아니라 (가스 공급 시스템 (204) 의 풋프린트가 감소되므로) 혼합-매니폴드-챔버 가스 공급 라인 (260) 을 단축시키기 위해, 4개의 MFC들만이 제공된다.
관측될 수 있는 바와 같이, MFC (206A) 는, 가스 공급 라인들 (210A, 210B, 210C, 및 210D) 을 통해 제공된 프로세스 가스들에 대한 선택적인 가스 흐름 제어를 수행하기 위하여 (가스 도관 세그먼트들 (214A, 214B, 214C, 및 214D) 각각을 통해) 가스 공급 라인들 (210A, 210B, 210C, 및 210D) 에 커플링된다. 1차 밸브 (230A) 는, 가스 공급 라인 (210A) 및 가스 도관 세그먼트 (214A) 을 통해 MFC (206A) 에 제공된 가스 흐름을 적어도 턴 온/오프하기 위해, 가스 도관 세그먼트 (214A) 상에 제공된다. 유사한 1차 밸브들 (230B, 230C, 및 230D) 은 가스 도관 세그먼트들 (214B, 214C, 및 214D) 상에 각각 제공될 수도 있다. 1차 밸브들 (230A-230D) 은 MFC (206A) 로의 모든 가스 입력을 셧 오프 (shut off) 하거나, 가스 공급 라인들 (210A, 210B, 210C, 및 210D) 로부터 MFC (206A) 의 유입구 측으로의 가스들 중 최대 하나를 멀티플렉싱한다.
도 2에서 관측될 수 있는 바와 같이, 1차 밸브들 (230A, 230B, 230C, 및 230D) 의 출력들은, MFC (206A) 의 유입구 측과 가스 연통하는 공통 MFC 유입구 매니폴드 (240) 에 커플링된다. 하나 이상의 실시형태들에서, 업스트림 밸브 (242) 는, MFC (206A) 및 공통 MFC 유입구 매니폴드 (240) 에 존재하는 임의의 가스를 더 신속하게 배출하기 위해 MFC (206A) 및 공통 MFC 매니폴드 (240) 의 내부를 진공 (도 2에 도시된 바와 같이 (238)) 으로 개방하도록 선택적으로 제공될 수 있어서, 그에 의해, MFC (206A) 에 의한 더 신속한 가스 스위칭을 용이하게 한다. 원한다면, 업스트림 밸브 (242) 는 또한 셧-오프 밸브의 부가적인 기능을 수행할 수도 있다. 펌프-퍼지가 구현되면, 업스트림 밸브들 및 유사한 진공 퍼지 능력이 MFC들 (206B, 206C, 및 206D) 와 함께 제공될 수도 있음을 이해해야 한다. 이러한 선택적인 펌프-퍼지 양태가 여기서 후술된다.
MFC (206B) 는, 유사하게 구성된 가스 도관 세그먼트들 및 1차 밸브들을 통해 가스 공급 라인들 (210E, 210F, 210G, 및 210H) 에 커플링된다. MFC (206C) 는 유사하게 구성된 가스 도관 세그먼트들 및 1차 밸브들을 통해 가스 공급 라인들 (210A, 210C, 및 210G) 에 커플링된다. MFC (206D) 는 유사하게 구성된 가스 도관 세그먼트들 및 1차 밸브들을 통해 가스 공급 라인들 (210A, 210B, 210C, 210D, 210E, 210F, 210G, 및 210H) 에 커플링된다. 도 2에서 관측될 수 있는 바와 같이, 주어진 MFC는 그의 유입구 측 상에서 멀티플렉싱 방식으로, 이용가능한 공급 가스들의 임의의 서브세트를 수신하거나 이용가능한 공급 가스들 모두를 수신하도록 커플링될 수 있다. 언급된 바와 같이, 선택적인 업스트림 밸브들은 또한, 각각의 MFC의 유입구 측에 커플링된 공통 유입구 매니폴드 상에 제공될 수도 있다.
하나 이상의 실시형태들에서, 선택적인 다운스트림 밸브 (250) 는 또한, MFC (206A) 의 유출구 측에 제공될 수도 있다. 선택적인 다운스트림 밸브 (250) 는 업스트림 밸브 (242) 와 관련하여 설명된 동일한 방식으로 셧 오프 밸브 및/또는 진공 퍼지 밸브의 기능을 수행할 수도 있다. 원한다면, 업스트림 밸브는 MFC들 (206A, 206B, 206C, 및 206D) 의 각각을 제공받을 수도 있다.
도 2에서 관측될 수 있는 바와 같이, 8개의 이용가능한 프로세스 가스들이 존재하지만, 챔버 (202) 에서 실행하는 레시피들이 최대 4개의 프로세스 가스들을 이용한다고 결정되므로, 단지 4개의 MFC들 (206A, 206B, 206C, 및 206D) 이 요구된다. 더 적은 MFC들이 요구되므로, 혼합 매니폴드 (208) 의 길이가 감소될 수도 있다. 더 짧은 매니폴드 (208) 가 더 적은 볼륨을 가지며, 그에 의해, MFC (206A) 및 가스 공급 시스템 (204) 에 의한 더 신속한 가스 스위칭을 가능하게 하기 위해 가스 거주 시간을 감소시킨다.
추가적으로, 더 적은 MFC들이 이용되므로, 가스 공급 시스템 (204) 의 풋프린트가 감소될 수도 있다. 더 작은 가스 공급 시스템 (204) 은 챔버 (202) 에 더 근접하게 배치될 수도 있으며, 그에 의해, 혼합-매니폴드-챔버 가스 라인 (260) 의 길이를 감소시킨다. 더 짧은 혼합-매니폴드-챔버 가스 라인 (260) 은 더 적은 볼륨을 가지며, 그에 의해, 가스 공급 시스템 (204) 에 의한 더 신속한 가스 스위칭을 가능하게 하기 위해 가스 거주 시간을 감소시킨다.
부가적으로, (가스 라인 (210G) 을 통해 공급된 프로세스 가스와 같은) 주어진 프로세스 가스가 1개 초과의 MFC (도 2의 예에서, MFC (206B) 및 MFC (206C)) 에 의해 제어될 수도 있으므로, MFC들 중 (예를 들어, MFC (206B) 와 같은) 하나가 유지보수를 위해 오프라인으로 (offline) 취해질 필요가 있으면, 가스 라인 (210G) 을 통해 공급된 프로세스 가스가 MFC (206C) 를 통해 챔버로 계속 미터링되고 공급될 수도 있으므로, 프로세싱이 계속될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 선택적인 펌프-퍼지 절차는 MFC 또는 가스 공급 시스템에 의해 가스 스위칭 속도를 증가시키도록 구현될 수도 있다. 도 3은, 1차 밸브들 (304A 및 304B) 을 각각 통해 2개의 가능한 가스 공급들 X 및 Y를 수신하도록 커플링된 예시적인 MFC (314) 를 도시한다. 업스트림 밸브 (308) 는, MFC (314), MFC (314) 의 유입 도관 (312), 및 공통 유입구 매니폴드 (316) 를 진공 (310) 으로 벤팅 (vent) 하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 업스트림 밸브 (308) 는, 가스가 유입 도관 (312) 으로 흐르거나 공통 유입구 매니폴드 (316) 로부터 유입 도관 (312) 또는 진공 (310) 으로 흐르게 하는 것을 셧 오프하게 하도록 개방될 수도 있다.
프로세스의 주어진 단계가 MFC (314) 를 통하여 (개방된 1차 밸브 (304) 및 폐쇄된 1차 밸브 (304B) 를 통한) 가스 X의 흐름을 요구한다고 제안한다. 이러한 경우, 업스트림 밸브 (308) 는, 공통 유입구 매니폴드 (316) 로부터의 가스가 유입 도관 (312) 으로 흐르게 하도록 개방된다. 따라서, MFC (314) 는 이러한 셋업 하에서 가스 X에 대한 선택적인 흐름 제어를 수행한다.
후속 프로세스 단계 (또는 현재의 프로세스 단계의 후속 서브-단계) 가 가스 Y의 선택적인 제어 (즉, 가스 X로부터 가스 Y로의 펄싱) 를 요청하면, 1차 가스 밸브 (304A) 는 MFC (314) 로의 가스 X의 공급을 먼저 셧 오프하도록 폐쇄될 수도 있다. 후속하여, 업스트림 밸브 (308) 는 진공 (310) 으로 벤팅될 수도 있어서, 그에 의해, MFC (314), 유입 도관 (312) 및/또는 공통 유입구 매니폴드 (316) 내의 가스 X 잔류물이 진공 (310) 으로 배출되게 한다.
원한다면, 1차 밸브 (304B) 는, 가스 Y가 가스 Y로 공통 유입구 매니폴드 (316) 를 플러시하게 하도록 턴 온될 수도 있다. 그 후, 업스트림 밸브 (308) 는 공통 유입구 매니폴드 (316) 가 유입 도관 (312) 과 가스 연통하게 하도록 흐름-통과 모드로 스위칭될 수도 있다. 1차 밸브 (304B) 가 이미 턴 온되면, 가스 Y는 MFC (314) 에 제공될 것이다. 대안적으로, 업스트림 밸브 (308) 가 진공 퍼지 모드로부터 흐름-통과 모드로 스위칭된 이후까지, 1차 밸브 (304B) 는 오프로 유지될 수도 있다. MFC (314), 유입 도관 (312) 및/또는 공통 유입구 매니폴드 (314) 내의 가스 X의 잔류물이 진공 (310) 으로 배출되므로, 가스 X로부터 가스 Y로의 가스 스위칭 시간이 단축되며, 가스 X 및 가스 Y의 임의의 우연한 또는 바람직하지 않은 혼합이 최소화된다.
도 3은 또한, MFC (314) 의 출력과 혼합 매니폴드 (332) 사이에 커플링된 선택적인 다운스트림 밸브 (330) 를 도시한다. 진공 퍼지는, MFC (314) 의 출력 측에 커플링한 출력 도관으로 또는 혼합 매니폴드 (332) 로부터 가스 X 잔류물을 배출하도록 다운스트림 밸브 (330) 에 의해 수행될 수도 있다. 업스트림 밸브 (308) 및 다운스트림 밸브 (330) 양자가 가스 X로부터 가스 Y로 스위칭하기 전에 진공으로 배출되면, 실질적으로 모든 가스 X 잔류물이, 1차 밸브 (304B) 를 통한 가스 Y의 흐름 전에 공통 유입구 매니폴드 (316), 유입 도관 (312), MFC (314), 출력 도관 (340) 및 혼합 매니폴드 (332) 로부터 배출될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 선택적인 펌프-퍼지를 수행하기 위한 단계들의 간략화된 흐름도를 도시한다. 이러한 예에서, 가스 X로부터 가스 Y로의 가스 스위칭이 수행된다. 단계 (402) 에서, 가스 X는 MFC를 통해 흐른다. 단계 (404) 에서, 가스 X의 흐름은 (예를 들어, MFC로의 가스 X의 흐름을 제어하는 1차 밸브를 통해) 셧 오프된다. 단계 (406) 에서, 업스트림 밸브를 진공으로 개방함으로써 MFC 및 MFC 유입측 도관(들)로부터 가스 X 잔류물을 제거하기 위해 진공 퍼지가 수행된다.
단계 (408) 에서, 진공 퍼지는, 다운스트림 밸브를 진공으로 개방함으로써, MFC, MFC 유출구 측 도관 및/또는 혼합 매니폴드로부터 가스 X 잔류물을 제거하도록 선택적으로 수행된다.
단계 (410) 에서, 가스 Y는 MFC로의 가스 Y의 흐름을 제어하는 1차 밸브를 개방함으로써 MFC로 흐르게 된다. 업스트림 밸브는, 가스 Y가 공통 유입구 매니폴드로부터 MFC로 공급되게 하도록 흐름-통과 모드에 있다. (제공되면) 다운스트림 밸브는, 가스 Y가 MFC를 혼합 매니폴드로 빠져나오게 하기 위해 흐름-통과 모드에 있다. 가스 Y의 흐름을 제어하는 1차 밸브는, (진공 퍼지 모드로부터) 흐름-통과 모드로의 업스트림 및/또는 다운스트림 밸브들의 스위칭 약간 이전에, 그와 동시에, 또는 그 약간 이후에 턴 온될 수도 있다.
전술한 것으로부터 인식될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시형태들은, MFC들의 수를 이용가능한 공급 가스들의 수보다 더 적게 감소시킴으로써 가스 공급 시스템 풋프린트를 실질적으로 감소시킨다. 가스 공급 시스템 내의 더 적은 MFC들을 이용하여, 혼합 매니폴드의 길이는 감소될 수도 있으며, 그에 의해, 혼합 매니폴드 볼륨 및 그 내의 가스 거주 시간을 감소시켜 가스 스위칭 시간을 개선시킨다.
추가적으로, 더 적은 가스 공급 시스템 풋프린트는 가스 공급 시스템이 플라즈마 챔버에 더 근접하게 위치되게 하며, 그에 의해, (도 2의 가스 라인 (260) 과 같은) 혼합-매니폴드-챔버 가스 라인의 길이를 감소시킨다. 더 짧은 혼합-매니폴드-챔버 가스 라인 길이는 또한, 내부의 볼륨을 감소시키며, 그에 의해, 내부의 가스 거주 시간을 감소시키고 가스 스위칭 시간을 개선시킨다. 그러한 더 신속한 가스 스위칭 시간은, 공급 가스들이 다수의 초들 또는 초-미만 (sub-second) 범위로 스위칭될 수 있는 가스 펄싱 레시피들을 구현하는 것을 가능하게 한다.
주어진 프로세스 가스가 1개보다 많은 MFC에 의한 선택적인 가스 흐름 제어 하에 있을 수도 있으므로, 시스템 신뢰도가 개선된다. 주어진 MFC가 유지보수를 위해 오프라인으로 취해지면, 그 프로세스 가스는 제어되고 다른 MFC를 통해 챔버로 공급될 수도 있으며, 그에 의해, 프로세싱이 계속되게 한다. 이는, 각각의 프로세스 가스는 그 자신의 MFC에 의해 제어되고 MFC의 비이용가능성은 그 프로세스 가스에 대한 흐름 제어가 프로세싱 목적들을 위해 이용가능하지 않게 할 것인 종래 기술의 도 1의 상황과는 다르다.
본 발명이 수 개의 바람직한 실시형태들의 관점들에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 수정들, 치환들, 및 등가물들이 존재한다. "세트" 라는 용어가 여기서 이용되면, 그러한 용어는 제로, 하나, 또는 하나 초과의 멤버를 커버하기 위한 그의 일반적으로 이해되는 수학적인 의미를 갖도록 의도된다. 본 발명은, 이들 수정들, 치환들, 및 등가물들을 또한 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 존재함을 유의해야 한다. 다양한 예들이 여기에 제공되지만, 이들 예들이 본 발명에 대한 제한이 아닌 예시임이 의도된다.

Claims (20)

  1. 기판 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들의 세트를 제공하기 위한 가스 공급 서브시스템으로서,
    상기 프로세스 가스들의 세트는 상기 기판 프로세싱 챔버에 이용가능한 복수의 프로세스 가스들의 서브세트이며,
    상기 가스 공급 서브시스템은,
    복수의 프로세스 가스들을 제공하는 복수의 프로세스 가스 도관들; 및
    상기 복수의 프로세스 가스 도관들 중 선택적인 프로세스 도관들과 가스 연통하는 입력들을 각각 갖는 복수의 대용량 흐름 제어기들로서, 상기 복수의 대용량 흐름 제어기들은 상기 복수의 프로세스 가스들 내의 프로세스 가스들의 총 수보다 더 적은 대용량 흐름 제어기들을 갖는, 상기 복수의 대용량 흐름 제어기들을 포함하며,
    상기 복수의 프로세스 가스들 중 적어도 제 1 프로세스 가스는, 상기 복수의 대용량 흐름 제어기들 중 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들에 의한 선택적인 가스 흐름 제어 하에 있고,
    상기 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 적어도 제 1 대용량 흐름 제어기는 상기 복수의 프로세스 가스들 중 제 2 프로세스 가스에 선택적인 가스 흐름 제어를 또한 제공하는, 가스 공급 서브시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 제 2 대용량 흐름 제어기는 또한, 상기 복수의 프로세스 가스들 중 상기 제 2 프로세스 가스에 선택적인 가스 흐름 제어를 제공하는, 가스 공급 서브시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 제 2 대용량 흐름 제어기는 또한, 상기 복수의 프로세스 가스들 중 제 3 프로세스 가스에 선택적인 가스 흐름 제어를 제공하는, 가스 공급 서브시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대용량 흐름 제어기의 유입구에 커플링된 제 1 업스트림 밸브를 더 포함하며,
    상기 제 1 업스트림 밸브는, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스 중 적어도 하나를 제공하는 도관 또는 진공 (vacuum) 중 어느 하나에 상기 유입구를 선택적으로 커플링시키는, 가스 공급 서브시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 에칭 소스 가스를 나타내는, 가스 공급 서브시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 챔버는 플라즈마 프로세싱 챔버를 나타내는, 가스 공급 서브시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 증착 소스 가스를 나타내는, 가스 공급 서브시스템.
  8. 기판 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법으로서,
    상기 프로세스 가스들의 세트는 상기 기판 프로세싱 챔버에 이용가능한 복수의 프로세스 가스들의 서브세트이며,
    상기 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법은,
    상기 복수의 프로세스 가스들 중 제 1 프로세스 가스를 대용량 흐름 제어기에 제공하는 단계로서, 상기 대용량 흐름 제어기는 상기 기판 프로세싱 챔버로의 상기 제 1 프로세스 가스의 흐름을 제어하는, 상기 제 1 프로세스 가스를 대용량 흐름 제어기에 제공하는 단계;
    그 후, 상기 대용량 흐름 제어기로부터 상기 제 1 가스의 적어도 일부를 플러시 (flush) 하기 위해 진공으로 업스트림 밸브를 개방시키는 단계로서, 상기 업스트림 진공 밸브는 상기 대용량 흐름 제어기의 유입구와 가스 연통하는, 진공으로 업스트림 밸브를 개방시키는 단계; 및
    그 후, 상기 복수의 프로세스 가스들 중 제 2 프로세스 가스를 상기 대용량 흐름 제어기에 제공하는 단계로서, 상기 대용량 흐름 제어기는 상기 기판 프로세싱 챔버로의 상기 제 2 프로세스 가스의 흐름을 제어하는, 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 대용량 흐름 제어기에 제공하는 단계를 포함하는, 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 프로세스 가스를 상기 대용량 흐름 제어기에 제공하는 시간 지속기간의 적어도 일부 동안 상기 업스트림 밸브를 상기 진공으로의 개방으로 유지하는 단계를 더 포함하는, 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 업스트림 밸브를 상기 진공으로 개방시킨 이후지만 상기 제 2 가스를 제공하기 전에, 제 3 가스를 이용하여 상기 대용량 흐름 제어기를 퍼지 (purge) 하는 단계를 더 포함하는, 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 에칭 소스 가스를 나타내는, 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 챔버는 플라즈마 프로세싱 챔버를 나타내는, 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 증착 소스 가스를 나타내는, 프로세스 가스들의 세트를 제공하는 방법.
  14. 기판 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들의 세트를 제공하기 위한 가스 공급 서브시스템으로서,
    상기 프로세스 가스들의 세트는 상기 기판 프로세싱 챔버에 이용가능한 복수의 프로세스 가스들의 서브세트이며,
    상기 가스 공급 서브시스템은,
    상기 복수의 프로세스 가스들 내의 프로세스 가스들의 총 수보다 더 적은 대용량 흐름 제어기들을 갖는 복수의 대용량 흐름 제어기들; 및
    복수의 가스 입력 멀티플렉서들로서, 상기 복수의 가스 입력 멀티플렉서들 각각은 상기 복수의 대용량 흐름 제어기들 중 각각의 대용량 흐름 제어기에 커플링되고, 상기 복수의 가스 입력 멀티플렉서들 각각은 이용가능한 상기 복수의 프로세스 가스들 중 다수의 프로세스 가스들을 수신하고, 상기 복수의 대용량 흐름 제어기들 중 상기 각각의 대용량 흐름 제어기에 상기 다수의 프로세스 가스들 중 하나를 제공하는, 상기 복수의 가스 입력 멀티플렉서들을 포함하며,
    상기 복수의 프로세스 가스들 중 적어도 제 1 프로세스 가스는 상기 복수의 대용량 흐름 제어기들 중 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들에 의한 선택적인 가스 흐름 제어 하에 있고,
    상기 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 적어도 제 1 대용량 흐름 제어기는 또한, 상기 복수의 프로세스 가스들 중 제 2 프로세스 가스에 선택적인 가스 흐름 제어를 제공하는, 가스 공급 서브시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 제 2 대용량 흐름 제어기는 또한, 상기 복수의 프로세스 가스들 중 상기 제 2 프로세스 가스에 선택적인 가스 흐름 제어를 제공하는, 가스 공급 서브시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 대용량 흐름 제어기들 중 제 2 대용량 흐름 제어기는 또한, 상기 복수의 프로세스 가스들 중 제 3 프로세스 가스에 선택적인 가스 흐름 제어를 제공하는, 가스 공급 서브시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 대용량 흐름 제어기의 유입구에 커플링된 제 1 업스트림 밸브를 더 포함하며,
    상기 제 1 업스트림 밸브는, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스 중 적어도 하나를 제공하는 도관 또는 진공 중 어느 하나에 상기 유입구를 선택적으로 커플링시키는, 가스 공급 서브시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 에칭 소스 가스를 나타내는, 가스 공급 서브시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 챔버는 플라즈마 프로세싱 챔버를 나타내는, 가스 공급 서브시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 증착 소스 가스를 나타내는, 가스 공급 서브시스템.
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