KR20170099371A - 플로우 쓰루 라인 충전 볼륨 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼들을 프로세싱하기 위한 반응기로의 가스의 전달에 사용되는 충전 볼륨 구성이 제공된다. 충전 볼륨은 근위 단부와 원위 단부 사이에서 연장하는 챔버를 포함한다. 베이스는 챔버의 근위 단부에 연결되고, 그리고 베이스는 유입부 포트 및 유출부 포트를 포함한다. 튜브는 챔버 내에 배치된다. 튜브는 챔버 직경 미만인 튜브 직경을 갖는다. 튜브는 챔버의 근위 단부에서 유입부 포트에 커플링된 연결 단부 및 챔버의 원위 단부에 배치된 출력 단부를 갖는다.

Description

플로우 쓰루 라인 충전 볼륨부{FLOW THROUGH LINE CHARGE VOLUME}
본 실시예들은 반도체 프로세싱 장비, 특히, 프로세싱 장비로의 라인 충전 볼륨부 전달에 관한 것이다.
반도체 디바이스들을 제조하도록 사용되는 반도체 장비는 다양한 통합된 시스템들을 포함한다. 애플리케이션에 따라, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 위에 막을 증착하도록 사용될 때, 반응기로 프로세스 가스들을 전달할 필요가 종종 있다. 예를 들어, 일부 반응기들은 또한 ALCVD (atomic layer chemical vapor deposition) 로서 공지된, ALD (atomic layer deposition) 를 수행하도록 사용된다. 이들 증착 방법들은 매우 컨포멀하고, 평활하고, 그리고 훌륭한 물리적 특성들을 보유한 매우 박형의 막들을 생성하도록 사용된다. ALD는 가열된 기판 위에 순차적으로 도입되는 (또는 펄싱되는) 휘발성 가스들, 고체들, 또는 증기들을 사용한다.
통상적으로, 제 1 전구체가 기판 내에 흡수되는 (또는 흡착되는) 가스로서 도입되고, 그리고 반응기 챔버는 가스 전구체가 없다. 제 2 전구체는 목표된 재료의 모노레이어 (monolayer) 를 형성하도록 흡수된 전구체와 반응하는 가스로서 도입된다. 이 시퀀스를 조절함으로써, ALD에 의해 생성된 막들은 기판 위에 2 개 이상의 반응성 가스들의 순차적인 플로우를 반복적으로 스위칭함으로써 한 번에 모노레이어로서 증착된다. 그러므로, 이러한 가스들의 공급 및 다양한 페이즈들에서 도입된 가스들의 양을 제어하는 것이 보다 고품질 막들을 달성하는데 중요해진다.
일부 구현예들에서, "충전 볼륨" 방법은 반응기의 프로세스 챔버 내로의 화학물질의 정밀한 버스트들 (bursts) 을 개별적으로 계량하기 위해 사용된다. 예를 들어, 도 1은 LCV (line charge volume) (102) 가 반응기 (120) 내로 가스의 버스트들을 공급하도록 사용되는 시스템 (100) 을 도시한다. 제 1 라이프 사이클 상태에서, 유출부 밸브 (106) 가 폐쇄되고, 유입부 밸브 (104) 가 개방되고, 그리고 라인 충전 볼륨부 (102) 는 업스트림 소스 (130) 로부터의 가스의 플로우에 노출된다. 이는 라인 충전 볼륨부 (102) 가 결국 명시된 노출 시간 동안 계량된 플로우와 평형화되는 압력일 수도 있다. 라인 충전 볼륨부 내의 화학물질의 양은 적합한 가스 법칙들로부터 도출될 수 있다. 화학 반응이 이상적인 가스 법칙을 따른다면, 그러면: m=PV/(R_m T) 이다.
제 2 라이프 사이클 상태에서, 유입부 밸브 (104) 가 폐쇄되고, 그리고 유출부 밸브 (106) 가 개방되고 그리고 라인 충전 볼륨부 (102) 의 전체 볼륨이 반응기 (120) 에 노출되고, 라인 충전 볼륨부 (102) 로부터 반응기 (120) 로의 가스의 유출을 발생시킨다. 도시된 바와 같이, 반응기 (120) 는 기판 (110) 을 지지하는 페데스탈 (112) 및 샤워헤드 (108) 를 포함할 수도 있다. 그러므로 라인 충전 볼륨부 (102) 로부터 가스의 버스트는 샤워헤드 (108) 에 의해 기판 (110) 위의 프로세싱 구역으로 전달된다. 제 2 상태에서, 라인 충전 볼륨부 (102) 와 반응기 (120) 사이에 매우 높은 컨덕턴스를 갖는 것이 바람직하다.
다른 구성들에서, LCV (line charge volume) 의 표면 장착 IGS (integrated gas system) 가 도 2에 도시된 바와 같이 사용될 수도 있다. 이 구성에서, 충전 볼륨부 (122) 및 CDG (capacitance diaphragm gauge) (124) 는 LCV (102) 를 규정하도록 나란히 제공된다. 이 배열은 2 개의 최적 미만의 특성들을 갖는다. 첫째로, 압력 판독 (Pg) 이 측정 에러를 발생시키고, 여기서 Pg=Pv-(m/C) 이고 "m"은 분자 질량이고 "C"는 컨덕턴스이다. 업스트림 압력에 노출된다면, 그러면 최초의 과도 후, 충전 볼륨부 (122) 와 CDG (124) 사이의 질량 유량 차는 0이 될 것이다. 그러나, 가스 플로우가 명시된 지속기간 동안 사용된다면, 압력 판독 에러는 문제가 될 것이다.
둘째로, CDG (124) 내에 캐비티에 의해 형성된 싱글-엔드형 (single-ended) 볼륨은 데드 레그를 나타내기 때문에 퍼지하기 어렵다. 이와 같이, 싱글-엔드형 설계들은 잔류하는 대기 중의 산소 또는 수증기의 적절한 퍼지에 적합하지 않다. 충전 볼륨부 (122) 의 제 3 라이프 사이클 상태 동안, 퍼지 가스들은 충전 볼륨부 (122) 를 통해 흐르지만, 유입부 포트 (103) 에 대한 유출부 포트 (105) 의 근접에 기인하여, 상당한 재순환이 발생하고 그리고 충전 볼륨부 (122) 의 원위 부분들의 퍼지는 효과가 없다. 이는 룸 내의 공기가 룸 벤트들 (vents) 에 진입하고 떠나는 공기 플로우와 시간에 걸쳐 교환될 때 에어 컨디셔닝을 사용하여 룸이 얼마나 냉각될 수 있는지와 유사하다. 이 볼륨을 퍼지하는 것이 가능하지만, 방대한 볼륨들의 퍼지 가스가 사용되어야 하고 그리고 상당한 퍼지 시간이 요구되기 때문에 매우 비효율적이다.
개시들은 이 맥락에서 발생한다.
본 개시의 실시예들은 가스의 출력부로부터 이격되어 충전 볼륨부의 챔버 내로 흐르는 가스의 입력부를 연장시키도록 기능하는 통합된 내부 튜브를 가진 충전 볼륨부를 위한 예시적인 구성들을 제공한다. 이 구성은 또한 효율적인 플로우-쓰루 퍼지를 인에이블하면서 충전 볼륨부의 동적인 성능을 개선시킨다. 플로우-쓰루 퍼지에서, 가스의 점성은 유입부 밸브 및 유출부 밸브 양자가 개방되고 그리고 퍼지 플로우가 충전 볼륨부의 내부 튜브 내로 그리고 충전 볼륨부의 내부 튜브를 통해 들어올 때 충전 볼륨부 외부로 잔여 분위기를 완전히 밀어내도록 사용될 수 있다. 이 구성은 재순환-기반 퍼지에 의존하는 종래의 가스-교환 구성들보다 효과적인 퍼지의 개선된 효율들을 제공한다.
일 실시예에서, 반도체 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해 사용되는 반응기로의 가스의 전달에 사용되는 충전 볼륨부가 제공된다. 충전 볼륨부는 근위 단부 (proximal end) 와 원위 단부 (distal end) 사이에서 연장하는 챔버를 포함한다. 베이스는 챔버의 근위 단부에 연결되고, 그리고 베이스는 유입부 포트 및 유출부 포트를 포함한다. 튜브는 챔버 내에 배치된다. 튜브는 챔버 직경 미만인 튜브 직경을 갖는다. 튜브는 챔버의 근위 단부에서 유입부 포트에 커플링된 연결 단부 및 챔버의 원위 단부에 배치된 출력 단부를 갖는다.
일 구성에서, 유입부 밸브는 가스 전달 제어기와 유입부 포트 사이에서 인터페이싱되고, 그리고 유출부 밸브는 유출부 포트와 반응기 사이에서 인터페이싱된다.
일부 실시예들에서, 길이 (l) 가 튜브의 출력 단부와 베이스의 유출부 포트 사이로 규정되고 그리고 거리 (d) 가 튜브의 외측 벽과 충전 볼륨부 내측 표면 사이로 규정된다. 일부 실시예들에서, (l)/(d) 의 비는 약 5 이상이다.
일부 실시예들에서, 튜브의 출력 단부는 베이스의 유입부 포트와 정렬되는 개구부를 갖는다.
일부 실시예들에서, 프로세스 소스는 유입부 밸브에 커플링되고, 그리고 유입부 밸브는 베이스의 유입부 포트에 연결된다. 베이스의 유출부 포트는 유출부 밸브에 커플링된다. 유출부 밸브는 반응기에 연결된다. 제어기는 충전 볼륨부로의 프로세스 가스들 및 퍼지 가스들의 플로우를 제어하기 위한, 유입부 밸브 및 유출부 밸브와 인터페이싱된다.
일부 실시예들에서, 압력 센서는 원위 단부에서 챔버에 통합된다. 압력 센서는 챔버의 내부에 노출된 다이어프램을 갖는다.
일부 실시예들에서, 압력 센서는 다이어프램의 편향을 측정하기 위한 측정면을 갖는다. 튜브의 출력 단부를 통해 챔버 내로 제공되는 가스에 의해 생성된 압력이 다이어프램 상에 힘을 생성하도록 다이어프램은 챔버의 내부에 직접적으로 노출된다.
일부 실시예들에서, 측정면은 다이어프램의 편향에 대응하는 커패시턴스 값을 측정하기 위한 전자장치를 포함한다. 편향은 압력차에 상관되고, 압력차는 챔버의 압력 볼륨 (Pv) 과 동등하다.
일부 실시예들에서, 다이어프램은 적어도 부분적으로 금속성 재료로 규정되고 그리고 측정면은 하나 이상의 전극들을 포함한다. 하나 이상의 전극들은 다이어프램의 편향에 대응하는 커패시턴스 값을 측정하기 위한 전자장치에 연결되고, 다이어프램이 측정면을 향하여 또는 측정면으로부터 이격되어 편향되게 될 때 커패시턴스 값이 변화한다.
일부 실시예들에서, 압력 센서는 격리 인터페이스를 더 포함한다. 격리 인터페이스는 전극들 및 전자장치와 다이어프램 사이에 배치된다.
또 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 시스템의 프로세스 챔버로의 가스의 전달에 사용되는 충전 볼륨부를 포함한다. 시스템은 프로세스 가스 소스를 포함하고, 그리고 충전 볼륨부는 근위 단부와 원위 단부 사이에서 연장하는 튜브형 형상을 가진 챔버를 포함한다. 베이스는 챔버의 근위 단부에 통합된다. 베이스는 유입부 포트 및 유출부 포트를 포함하고, 그리고 유입부 포트는 이격부에 의해 유출부 포트로부터 이격된다. 튜브는 챔버 내에 배치된다. 튜브는 챔버의 챔버 직경의 0.5 배 이하인 튜브 직경을 갖는다. 튜브는 챔버의 근위 단부에서 유입부 포트를 둘러싸도록 베이스에 커플링된 연결 단부를 갖는다. 튜브의 출력 단부는 챔버의 원위 단부에 배치된다. 튜브의 출력 단부는 베이스의 유입부 포트와 정렬되는 개구부를 갖는다.
일부 실시예들에서, 길이 (l) 가 튜브의 출력 단부와 베이스의 유출부 포트 사이로 규정되고 그리고 거리 (d) 가 튜브의 외측 벽과 충전 볼륨부 내측 표면 사이로 규정되고, 그리고 (l)/(d) 의 비는 약 5 이상이다.
이들 및 다른 이점들은 전체 명세서 및 청구항들을 판독시 당업자들에 의해 이해될 것이다.
도 1은 반도체 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 반응기로 가스를 제공하기 위한 LCV (line charge volume) 의 예시적인 사용을 예시한다.
도 2는 반응기로의 가스의 전달을 위해 사용된 챔버 내의 압력을 측정하기 위한 별개의 압력 센싱 시스템의 사용을 예시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 프로세싱 시스템 (200) 의 예를 예시한다.
도 3b는 통합된 압력 센서를 포함하는 LCV의 예시적인 치수화 (dimensioning) 를 예시한다.
도 4 내지 도 6은 다이어프램이 얼마나 편향될 수 있는지 그리고 편향의 측정이 압력 센서에 의해 얼마나 캡처될 수 있는지를 예시한다.
도 7a는 통합된 LCV의 압력 센서와 제어기를 인터페이싱하는 예를 예시한다.
도 7b는 압력 센서와 LCV의 챔버 사이의 예시적인 상호연결들을 예시한다.
도 7c는 챔버의 벽과 압력 센서의 벽을 인터페이싱하는 방식의 예를 도시하는 확대된 단면도를 제공한다.
도 8a는 압력 센서 바디 내에 전자장치를 배치하고, 그리고 제어기와 인터페이싱하는 예를 예시한다.
도 8b는 커패시턴스의 변화들을 센싱하기 위해 다이어프램의 금속성 재료와 통신하기 위한 상이한 전극 패턴들을 활용하는 예를 예시한다.
도 9는 통합된 라인 충전 볼륨부들이 반응기로의 상이한 전달 가스 라인 경로들을 따라 사용되는 시스템 도면 및 라인 충전 볼륨부들 내의 압력을 센싱하기 위한 그리고 반응기로 가스들을 전달하기 위한 제어를 위한 제어기의 사용을 도시한다.
도 10은 충전 볼륨부를 통한 플로우의 예를 예시한다.
도 11a는 일 실시예에 따른, 충전 볼륨부의 유출부 포트에서 이격된 위치로부터 충전 볼륨부 내로 가스들을 전달하기 위해 통합된 내부 튜브를 가진 플로우-쓰루 충전 볼륨부의 예를 예시한다.
도 11b는 일 실시예에 따른, 통합된 튜브뿐만 아니라 통합된 압력 센서를 포함하는 충전 볼륨부의 또 다른 구성을 예시한다.
도 11c는 반응기 내의 과도 농도뿐만 아니라 과도 압력 감쇠 커브들 양자의 컴포짓 플롯 (composite plot) 을 예시한다.
도 12는 일 실시예에 따른, 내부에 배치된 통합된 튜브를 가진 충전 볼륨부의 또 다른 구성, 및 원위 단부에서 결과로 발생한 가스 입력에 대한 그리고 근위 단부에서 가스 출력에 대한 충전 볼륨부의 배향을 예시한다.
도 13은 도 12의 충전 볼륨부의 단면도를 예시하고, 베이스는 충전 볼륨부의 챔버뿐만 아니라 베이스에 통합되고 연결되는 튜브를 수용하고; 도 13은 일 실시예에 따른, 베이스의 유입부 포트 및 유출부 포트에 대한 튜브의 포지셔닝의 일 예시적인 예시를 더 도시한다.
도 14는 상기에 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (800) 을 도시한다.
본 개시의 실시예들은 또한 효율적인 플로우-쓰루 퍼지를 인에이블하면서 목표된 동적인 성능을 인에이블하도록 수정된 토폴로지 (topology) 를 가진 충전 볼륨부 컴포넌트들 (components) 의 예들을 제공한다. 일 구성에서, 충전 볼륨부의 수정된 토폴로지는 실질적인 유입부 위치가 유출부 포트에 근접하지 않도록 유입부에 부가된 튜브를 포함한다. 플로우-쓰루 퍼지에서, 유입부 밸브 및 유출부 밸브 양자가 개방되고 그리고 퍼지 플로우가 충전 볼륨부 내로 그리고 충전 볼륨부를 통해 들어올 때 충전 볼륨부 외부로 잔류 분위기를 완전히 밀어내도록 사용될 수 있다. 그러므로 이 구성은 재순환-기반 퍼지를 필요로 하는 종래의 가스-교환 구성들보다 효과적인 퍼지의 개선된 효율들을 제공한다. 일부 컨덕턴스 제한이 유입부에 부가되지만, 개선된 설계의 결과로서 동적인 성능 손실이 없고 그리고 유출부 컨덕턴스는 배출 속도를 향상시키도록 수정되지 않고 여전히 크다.
다른 구성들에서, 충전 볼륨부의 구조체와 CDG (capacitance diaphragm gauge) 를 통합시킴으로써 LCV 내부의 직접적이고 연속적인 질량 추정을 인에이블하는 설계들이 제공된다. 예를 들어, 실린더형 CDG는 LCV 장치의 실린더형 구조체의 단부에 연결된다. 개시된 설계는 별개의 압력 게이지를 사용하는 표면 장착 충전 볼륨부의 설계 결함을 극복한다. 이하에 기술되는 바와 같이, CDG와 충전 볼륨부를 통합하여 단일의 구조체로 만듦으로써, 반응기로 전달될 가스 버스트들에 대한 보다 빠르고 보다 효율적인 압력의 측정들을 제공하는 것이 가능하다. 측정 사이클은 평형을 달성하기 위해 종래 기술의 시스템들에서 필요한 대기 시간들을 방지하고 그리고 또한 충전 볼륨부와 별개의 측정 게이지들 사이의 데드 레그들의 도입을 방지한다. 그리고 통합된 설계가 충전 볼륨부 내의 압력을 직접적으로 측정하기 때문에, 측정 에러가 없고, 그러므로 Pg=Pv이다. 설계의 추가의 이득으로서, 질량 측정은 정확하고 그리고 명시된 지속기간 동안 평형되는 업스트림 압력에 대한 노출에 의해 또는 정밀한 질량 유량으로, 충전 볼륨부가 충전되는 방식과 관계가 없다. 이들 및 다른 이점들은 이제 도 3 내지 도 9를 참조하여 이하에 기술될 것이다.
도 1 및 도 2는 반응기 (120) 로 전달될 프로세스 가스들의 양들의 압력을 측정하기 위한 예시적인 시스템들 및 방법들에 대해 기술되었다. 도 1 및 도 2의 양태들은 이하에 기술된 압력 측정 시스템들의 기능, 구성 및 용도의 이해에 유용할 수도 있다. 도 3a 내지 도 9는 통합된 CDG (capacitance diaphragm gauge) 를 포함하는 구성들을 예시하고, 그리고 도 10 내지 도 13은 또한 효율적인 플로우 쓰루 퍼지를 인에이블하면서 효율적인 동적인 성능을 인에이블하는 수정된 충전 볼륨부의 예들을 예시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 프로세싱 시스템 (200) 의 예를 예시한다. 이 예에서, 동작 동안 반응기 (120) 로 측정된 양들의 프로세스 가스를 제공하기 위해, 라인 충전 볼륨부 (LCV) (202) 가 프로세싱 시스템 (200) 에 제공된다. 기술 분야에서 구현되는 시스템들에서, 반응기 (120) 는 통상적으로 LCV (202) 보다 실질적으로 더 크고, 그리고 통상적으로 복수의 LCV들 (202) 은 동작 동안 반응기 (120) 로 프로세스 가스들을 전달하는 복수의 가스 라인들 각각을 따라 활용된다. 상기에 언급된 바와 같이, LCV (202) 는 프로세스 가스의 양을 측정하고 그리고 측정된 가스의 양이 목표된 양에 도달할 때 반응기 (120) 로 프로세스 가스의 버스트를 전달하도록 구성된다.
예를 들어, 기판 위에 재료의 제어된 박형 층들을 증착하도록, 반응기 (120) 에 의해 최적의 프로세싱을 달성하기 위해서, 프로세스 레시피들에 의해 제어된 특정한 프로세싱 동작 단계들 동안 반응기 (120) 로 전달된 가스들의 양은 정밀하게 측정되고 빠른 레이트로 전달될 필요가 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 별개의 측정 디바이스들이 전달 가스 라인을 따라 활용될 때, 가스 전달 프로세스의 효율을 감소시키는 측정 지연들이 도입된다. 부가적으로, 별개의 측정 디바이스들은 또한 퍼지되어야 하고 가스 전달 동작들 사이에서 안정화될 시간을 요구하는 데드 레그들 (예를 들어 측정 디바이스들을 상호연결하는 배관) 에 관한 문제들을 도입한다.
도 3a에 도시된 LCV (202) 는 챔버 (204) 에 직접적으로 연결되는 통합된 압력 센서 (206) 를 활용한다. 이 구성에서, 챔버 (204) 는 유입부 포트 및 유출부 포트를 가진 제 1 단부 및 압력 센서 (206) 가 직접적으로 연결되는 제 2 단부 사이에서 연장하는 튜브형 구조체이다. 압력 센서 (206) 는 챔버 (204) 의 내부 볼륨과 직접적으로 콘택트하는 일 측면을 가진 다이어프램 (220) 을 포함한다. 다이어프램 (220) 의 반대편의 측면은 압력 센서 (206) 의 상단 부분과 대면한다. 압력 센서 (206) 는 기준 압력 (Pref) 을 사용하여 컨디셔닝되는 공간을 포함한다. 일 실시예에서, 기준 압력 (Pref) 은 다이어프램 (220) 과 격리 인터페이스 (224) 사이의 공간을 펌핑 다운하고 (pumping down), 이어서 기준 압력 (Pref) 을 유지하도록 공간을 시일링함으로써 규정된다. 일 실시예에서, 기준 압력 (Pref) 은 나노-Torr 범위 내인 압력으로 펌핑 다운된다. 다른 실시예들에서, 압력 (Pref) 은 거의 또는 약 40 mT로 단순히 펌핑 다운된다. 또 다른 실시예에서, 압력 (Pref) 은 단순히 약 200 mT 미만인 압력일 수 있다. 일 실시예에서, 기준 압력 (Pref) 은 바람직하게 압력 센서 (206) 에 의해 측정될 가장 낮은 압력보다 낮은 압력으로 설정된다.
격리 인터페이스 (224) 는 상이한 형상들 또는 윤곽들을 가질 수 있지만, 바람직하게 측정 디바이스들이 포함되는 공간으로부터 기준 압력 (Pref) 이 유지되는 공간을 격리시키도록 설계되어야 한다. 일 실시예에서, 측정 디바이스는 전자장치 (228) 와 인터페이싱되는 전극들 (226) 을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 다이어프램 (220) 은 바람직하게 금속성 재료를 포함하거나 플렉싱 (flexing) 을 인에이블하는 금속성 재료로 규정된다. 다이어프램 (220) 의 플렉싱은, 프로세스 가스가 챔버 (204) 내로 흐르는 경우 챔버 (204) 내부의 압력이 증가하기 시작할 때 다이어프램 (220) 이 격리 인터페이스 (224) 를 향하여 편향하게 인에이블한다. 그러므로, 다이어프램 (220) 의 표면은 기준 압력이 압력 센서 (206) 에서 유지되는 공간을 향하여 다이어프램 (220) 을 가압하는 챔버 (204) 내로부터 힘을 겪을 것이다.
일 실시예에서, 다이어프램 (220) 은 격리 인터페이스 (224) 를 향하여 편향하게 허용된다. 압력 센서 (206) 내의 전극들 (226) 은 전극들 (226) 을 향하여 변형되는 다이어프램 (220) 에 기인하는 커패시턴스의 변화를 센싱하도록 구성된다. 일 실시예에서, 격리 인터페이스 (224) 는 유전체 재료로 이루어진다. 기준 압력이 유지되는 빈 공간은 또한 공기 자체의 유전 상수를 가질 것이다. 그러므로, 공기의 유전 상수 및 격리 인터페이스 (224) 의 유전 상수는 다이어프램 (220) 과 전극들 (226) 사이의 커패시턴스를 결정하도록 전자장치 (228) 에 의해 활용된다. 그러므로 전자장치 (228) 에 의해 측정된 커패시턴스의 변화는 다이어프램 (220) 의 센싱된 편향과 상관될 것이다. 그러므로 전자장치 (228) 에 의해 식별되는 편향은 기준 압력과 챔버 (204) 내에 포함된 볼륨 (Pv) 내의 압력 사이의 압력차 (ΔP) 와 상관된다.
다이어프램 (220) 은 다이어프램 (220) 에 걸쳐 인가된 압력차 (ΔP) 의 함수로서 편향된다. 작은 편향 이론으로부터, 반경 R 및 두께 h의 다이어프램의 편향은 다음과 같다:
Figure pat00001
상기 수식에서, R은 반경이고, E는 영률 (Young's Modulus) 이고, h는 다이어프램 두께이고, v는 Poisson의 비이고, 그리고
Figure pat00002
이다. 이 실시예에서, 압력 센서 (206) 가 LCV (202) 와 통합되기 때문에, Pg는 챔버 (204) 의 볼륨 내의 압력, 즉, Pv와 동일하다. 또한, Pref가 나노-Torr 값으로 펌핑 다운되기 때문에, Pref는 본질적으로 0이다. 그러므로, 압력차 (ΔP) 는 실질적으로 Pv와 동일하다. 그 결과, 전극들 (226) 및 전자장치 (228) 에 의해 제공된 측정 디바이스를 사용하여 커패시턴스를 측정함으로써, 압력차 (ΔP) 와 상관되는 다이어프램 (220) 의 편향을 식별하는 것이 가능하고, 이는 LCV (202) 의 챔버 (204) 내의 압력 (Pv) 을 규정한다.
도시된 바와 같이, LCV (202) 는 가스 라인에 의해 유입부 밸브 (104) 에 연결된 유입부 포트 (103) 를 갖는다. 유입부 밸브 (104) 는 가스 전달 제어기 (210) 에 연결된다. 가스 전달 제어기 (210) 는 MFC (mass flow controller) 또는 압력 제어기에 의해 규정될 수도 있다. 그러므로 가스 전달 제어기 (210) 는 프로세스 가스 소스 (130) 에 의해 LCV (202) 의 챔버 (204) 내로 공급되는 가스의 양을 계량하도록 구성된다. 동작시, 유출부 밸브 (106) 는, 유입부 밸브 (104) 가 LCV (202) 의 챔버 (204) 로 하여금 프로세스 가스 소스 (130) 에 의해 공급된 프로세스 가스를 사용하여 충전되게 하도록 개방될 때 폐쇄된다. CDG (capacitance diaphragm gauge) 로서 기능하는 압력 센서 (206) 는 챔버 (204) 내의 압력 (Pv) 을 직접적으로 측정할 것이다. 이 측정은 모든 외부 게이지를 방지하고 또한 별개의 압력 센싱 디바이스들과 연관된 결점들을 방지하도록 챔버 (204) 내로부터 행해진다.
일단 챔버 (204) 가 목표된 압력 (Pv) 에 도달한다면, 가스로 하여금 챔버 (204) 로부터 유출부 포트 (105) 를 통해 반응기 (120) 내로 흐르게 하도록 유입부 밸브 (104) 가 폐쇄되고 그리고 유출부 밸브 (106) 가 개방된다. LCV (202) 로부터 프로세스 가스의 출력은 반응기 (120) 에 의한 효율적인 프로세싱을 인에이블하도록, 측정되고 그리고 반응기로 신속하게 효율적으로 전달되는 가스의 버스트를 생성할 것이다. 이하에 기술될 바와 같이, 반응기 (120) 는 상이한 프로세스 가스 소스들 (130) 을 제공하도록, 고유의 LCV (202) 를 포함할 수도 있는 몇몇의 가스 라인들에 연결될 수도 있다. 실제로, 목표된 레시피에 기초하여 반응기 (120) 로 상이한 양들의 프로세스 가스들의 공급을 인에이블하는, 상이한 볼륨 용량들을 위한 상이한 사이즈의 챔버들 (204) 을 사용하는 것이 가능하다. 상이한 사이즈의 챔버들 (204) 각각은 챔버 (204) 의 제 2 단부에 커플링된 각각의 압력 센서 (206) 를 가질 것이다.
제 2 단부는 챔버 (204) 의 유입부 포트들 및 유출부 포트들 반대편에 있고, 그리고 압력 센서 (206) 가 챔버 (204) 의 벽들과 통합되는 위치를 나타낸다. 챔버 (204) 에 대한 압력 센서 (206) 의 연결은 다양한 방식들로 성취될 수도 있다. 일 방식은 챔버 (204) 의 표면과 인터페이싱하는 압력 센서 (206) 의 외측 표면 주위에 링을 용접하는 (290) 것이다. 또 다른 실시예에서, 압력 센서 (206) 와 챔버 (204) 사이의 통합은 O-링들 및 클램프들을 사용하여 성취될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 나사들이 압력 센서와 챔버를 연결하도록 사용될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 클램프들, 나사들, 또는 연결 조인트들의 조합이 사용될 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 하나 이상의 O-링들은 챔버 (204) 와 압력 센서 (206) 의 연결 표면들 사이에 제공될 수 있다. 그러므로 O-링들은 하나 이상의 클램프들을 활용하여 압축될 수도 있거나 하나 이상의 용접 연결부들을 사용하여 연결될 수 있다. 일반적으로 말하면, 압력 센서 (206) 와 챔버 (204) 사이의 연결은 챔버 (204) 에 제공된 가스가 챔버 (204) 와 압력 센서 (206) 사이의 인터페이스에서 탈출하는 것을 방지하도록, 압력 시일링된 (sealed) 연결을 제공한다는 것이 바람직하다. 그러므로, 압력 센서 (206) 를 챔버 (204) 에 기계적으로 연결하는 다양한 방식들이 구상된다는 것이 이해되어야 한다.
제어기 (212) 와 압력 센서 (206) 의 전자장치 (228) 사이의 인터페이스가 더 도시된다. 제어기는 유입부 밸브 (104) 및 유출부 밸브 (106) 의 개방 및 폐쇄의 제어를 제어하거나 인스트럭팅하기 위해 (instruct) 전자장치 (228) 로부터 데이터를 수신하기 위해 구성된다. 제어기 (212) 는 또한 가스 전달 제어기 (210) 와 통신하게 도시된다. 제어기 (212) 는 또한 다른 제어들, 프로세스들, 및 반응기 (120) 의 인터페이싱 로직과 인터페이싱하도록 구성된다. 일반적으로 말하면, 제어기 (212) 는 반응기 (120) 내에서 반도체 웨이퍼들을 프로세싱하도록 레시피 또는 복수의 레시피들의 프로세싱을 핸들링하게, 그리고 프로세스 가스 (130) 를 전달하도록 사용되는 LCV (202) 및 프로세싱 동작 동안 다른 프로세스 가스들을 전달하도록 사용되는 다른 LCV들 (202) 과의 인터페이싱을 제공하게 구성된다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, LCV (202) 의 간략화된 단면을 예시한다. 이 예에서, 예시적인 치수 비가 제공되고, 이는 반응기 (120) 로의 프로세스 가스들의 전달 동안, 챔버 (204) 및 압력 센서 (206) 의 효율적인 사용을 인에이블한다. 도시된 바와 같이, 가스 라인 (320) 은 프로세스 가스들을 유입부 포트 (103) 를 통해 챔버 (204) 로 제공한다. 가스 라인 (322) 은 유출부 포트들 (105) 의 출력부이다. 일 구성에서, 인라인 (in line) 직경은 "d"로서 표현되고, 그리고 유입부 포트 (103) 와 유출부 포트 (105) 사이의 라인 길이는 라인 길이 "l"로서 표현된다. 챔버 (204) 의 물리적 직경은 실린더 직경 "D"로서 표현된다. 일 구현예에서, LCV (202) 의 챔버 (204) 의 치수화는 인라인 직경 "d"로 나눠진 라인 길이 "l"이 약 0.1 이하인 비를 생성하도록 구성된다.
예로서, 챔버 (204) 의 실린더 직경 "D"는 0.25 인치 내지 2 인치 범위일 수도 있고, 다른 예들에서 0.5 인치 내지 1 인치 범위일 수도 있고, 그리고 특정한 예들에서 약 0.75 인치일 수도 있다. 라인 길이 "d"는 1 인치 내지 12 인치 범위일 수도 있고, 다른 예들에서 2 인치 내지 6 인치 범위일 수도 있고, 그리고 특정한 예들에서 약 4 인치일 수도 있다. 라인 길이 "l"은 0.10 인치 내지 1 인치 범위일 수도 있고, 다른 예들에서 0.20 인치 내지 0.50 인치 범위일 수도 있고, 그리고 특정한 예들에서 약 0.25 인치일 수도 있다. "d"에 대해 4 인치 그리고 "l"에 대해 0.25 인치의 특정한 예를 취하면, 비는 약 0.0625이다. 비를 약 0.1 이하이게 설계함으로써, 가스의 버스트들이 반응기로 출력될 때 가스의 보다 효율적인 유출을 제공하는 것이 가능하다.
도 4는 압력 센서 (206) 와 인터페이싱된 챔버 (204) 의 예를 예시한다. 이 예에서, 다이어프램 (220) 의 편향은 전극들 (226) 및 전자장치 (228) 를 사용하여 커패시턴스를 측정하는 능력을 예시할 목적들을 위해 도시된다. 상기에 언급된 바와 같이, 다이어프램 (220) 은 예컨대, 다이어프램 (220) 과 전극들 (226) 사이에서 커패시턴스의 측정을 인에이블하도록, 금속성 재료를 포함하고 가요성인 재료에 의해 규정된다. 일부 실시예들에서, 다이어프램 (220) 의 재료는 완전히 금속성이고 그리고 플렉싱될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다이어프램 (220) 의 재료는 내부에 통합되거나 전극들 (226) 과 대면하는 다이어프램 (220) 의 후면 상에 코팅된 금속성 재료를 가진 고무 재료로부터 규정된다. 보다 큰 압력이 챔버 (204) 내에서 강화됨에 따라, 다이어프램 (220) 은 D0의 레벨로부터 D1의 레벨로 편향하게 도시된다.
도 5는 D2의 레벨로 확장하는 편향을 도시하고 그리고 도 6은 D3의 레벨로 확장하는 편향을 도시한다. 도 4 내지 도 6에 도시된 예시된 편향은 챔버 (204) 내의 압력이 다이어프램 (220) 의 편향의 양을 센싱하고 측정할 수 있는 전극들 (226) 을 사용하는 전자장치 (228) 및 다이어프램 (220) 을 누르는 힘을 생성할 것이라는 이해를 전하도록 강조된다. 상이한 전극 (226) 장치들이 압력 센서 (206) 내에 제공될 수 있고, 그러므로 도시된 세 갈래로 나눠진 (three-pronged) 전극들은 단지 예들임이 이해되어야 한다. 그러므로, 보다 많거나 보다 적은 전극들, 전극 패턴들, 전극 배치들, 기준 전압들, 접지, 및 다른 전기 컴포넌트들 또는 전기 측정 디바이스들이 압력 센서 (206) 내에서 커패시턴스의 측정을 최적화하도록 제공될 수도 있다.
도 7a는 일 실시예에 따른, 챔버 (204) 와 통합되는 압력 센서 (206) 의 단면도를 예시한다. 이 예에서, 전자장치 (228) 가 제어기 (212) 와 인터페이싱된다는 것이 도시된다. 일 실시예에서, 전자장치 (228) 는 챔버 (204) 내의 압력에 대한 정보를 자체적으로 생성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전자장치 (228) 는 압력 센서 (206) 의 전극들 (226) 에 의해 센싱된 데이터의 추가의 프로세싱을 위해 제어기 (212) 로 출력을 제공한다. 제어기는 볼륨부 내의 압력 (Pv) 을 결정하도록 LCV (202) 의 전자장치 (228) 로부터 데이터를 수신하도록 구성되는 충전 볼륨 제어 모듈 (260) 을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 압력이 챔버 (204) 내에서 강화됨에 따라, 다이어프램 (220) 은 전극들 (226) 을 향하여 편향하기 시작할 것이다. (예를 들어, 실시간으로) 센싱될 커패시턴스 값들은 충전 볼륨 제어 모듈의 용량성 값 버퍼 (262) 에 의해 캡처될 수 있다. 이어서 이 정보는 편향 추정 모듈 (264) 에 의해 프로세싱될 수 있다. 편향 추정 모듈 (264) 은 편향의 양을 계산하도록 하나 이상의 동작들을 수행할 것이다. 일 예시적인 프로세싱 동작은 상기에 기술된 방정식을 활용하여 편향 계산 동작을 실행하도록 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방정식은 제어기 (212) 에 의한 보다 효율적인 프로세싱을 위해 간략화되거나 수정될 수도 있다.
편향 추정 모듈 (264) 에 의해 생성된 편향의 양은 이어서 압력차 (ΔP) 를 식별하도록 사용된다. 일 실시예에서, 편향의 양은 룩업 함수를 프로세싱함으로써 압력차 (ΔP) 와 상관될 수 있다. 룩업 함수는 압력차들의 값들과 상관되는 미리 계산된 편향들의 표와 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 룩업 동작 대신에, 값은 프로세서 또는 펌웨어를 사용하여 실시간으로 산출될 수 있다. 여전히 다른 실시예들에서, 편향과 압력차 사이의 상관 값들은 파일에, 데이터베이스에 저장되거나 프로세서, DSP (digital signal processor), 또는 회로의 메모리에 저장된 캘리브레이션 데이터로부터 획득될 수 있다. 상기에 주지된 바와 같이, 기준 압력 (Pref) 이 나노-Torr 범위 내에 있기 때문에, 기준 압력은 무시할 수 있고 무시될 수 있다. 상기에 주지된 바와 같이,
Figure pat00003
이고, 그리고 Pref가 0이라면, 압력차 (ΔP) 는 모듈 260에 의해 결정된 바와 같이 Pv와 동일하다.
도 7b는 챔버 (204) 의 표면과 압력 센서 (206) 의 표면 사이의 인터페이스의 측면도 (302) 를 제공한다. 이 예시는 용접 비드 (290) 가 표면들 사이의 인터페이스를 시일링하도록 제공된다는 것을 도시한다. 도 7c는 챔버 (204) 의 벽과 압력 센서 (206) 의 벽을 인터페이싱하는 방식의 예를 도시한, 확대된 단면도 (302) 를 제공한다. 이 예에서, 챔버 (204) 와 압력 센서 (206) 의 연결을 용이하게 하기 위한 단차 (340) 가 제공된다. 용접 비드 (290) 는 이어서 단차 (340) 의 조인트 또는 인터페이스를 따라 제공될 수 있다.
챔버 (204) 와 압력 센서 (206) 의 인터페이스에 가까이 위치되는 다이어프램 (220) 이 더 도시된다. 일부 실시예들에서, 다이어프램 (220) 은 압력 센서 (206) 의 측벽들의 상이한 위치들에 통합될 수 있고 그리고 압력 센서 (206) 와 챔버 (204) 사이의 인터페이스에 바로 위치될 필요가 없다.
도 8a는 챔버 (204) 와 인터페이싱하는 압력 센서 (206) 의 예시적인 단면을 예시한다. 이 예는 제어기 (212) 와 인터페이싱되는 전자장치 (228) 를 도시한다. 이 예에서, 전자장치 (228) 는 도 7a에 도시된 바와 같이 상단 표면과 인터페이싱되는 것이 아니라, 압력 센서 (206) 의 바디 내에 포함된다. 또한, 격리 인터페이스 (224) 의 형상은 목표된 형태의 인자, 형상, 기능, 또는 설계에 따라 가변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이 예에서, 격리 인터페이스 (224) 는 도 7a에 도시된 바와 같이 성형되는 것이 아니라, 실질적으로 직선인 인터페이스이도록 도시된다. 격리 인터페이스 (224) 가 전자장치 (228) 및 전극들 (226) 을 기준 압력 (Pref) 이 유지되는 공간으로부터 격리시키는 한, 격리 인터페이스 (224) 는 다양한 형상들을 취할 수 있다.
도 8b는 압력 센서 (206) 와 인터페이싱되는 챔버 (204) 의 또 다른 예를 예시한다. 이 예는 임의의 수의 전극들 (226) 이 압력 센서 (206) 에 통합될 수도 있고, 그리고 상이한 패턴들, 배향들, 또는 형상들을 가질 수도 있음을 도시한다. 압력 센서 (206) 의 형상이 라운딩된 (rounded) 상단을 가질 필요가 없고 그리고 정사각형 상단을 가질 수 있다는 것이 더 도시된다. 그러므로 압력 센서 (206) 의 상단 표면의 형상은 목표된 설계에 따라 구성 가능하다. 이 예시에서, 전자장치 (228) 는 압력 센서 (206) 의 바디 내에 포함되고 그리고 격리 인터페이스 (224) 에 의해 격리된다.
이 예는 또한 압력 센서 (206) 벽 또는 매이팅 표면과 챔버 벽 또는 매이팅 표면 사이에 시일을 제공하도록 상단 O-링 (270) 및 하단 O-링 (272) 을 제공하는 것을 포함하는 선택 가능한 구성을 예시한다. 일부 실시예들에서, 인터페이스는 또한 용접 비드 (290) 를 포함할 수 있거나 용접 비드 대신에, 클램프, 나사, 접합부, 또는 다른 클램핑 수단이 제공될 수 있다. 그러므로 LCV (202') 는 LCV (202') 로 소스 가스를 제공하도록, 유입부 밸브 (104) 및 유출부 밸브 (106) 를 통해 가스 라인들 (320 및 322) 에 연결되게 도시되고, 이어서 소스 가스는 페데스탈 (112) 위의 기판 (110) 을 프로세싱하기 위해 샤워헤드 (108) 에 의한 전달을 위해 반응기 (120) 로 전달된다.
도 9는 프로세스 가스들의 제어된 버스트들을 다양한 소스들로부터 샤워헤드 (108) 로 전달하기 위한 LCV들 (line charge volume) (202) 을 활용하는 예시적인 시스템 도면을 예시한다. 제어기 (212) 의 일부인 충전 볼륨 제어 모듈 (260) 은 압력 센서들 (206) 각각과 인터페이싱된다. 그러므로 충전 볼륨 제어 모듈 (260) 은 프로세스 가스 전달 제어 모듈 (280) 과 인터페이싱할 것이다. 프로세스 가스 전달 제어 모듈 (280) 은 LCV들 (202) 각각으로부터 샤워헤드 (108) 로의 가스의 전달 그리고 반응기 (120) 로의 가스의 정밀 전달을 조정하도록, 유입부 밸브들 (104) 및 유출부 밸브들 (106) 을 포함한 다양한 프로세스 가스 소스들과 인터페이싱하도록 구성된다.
상기에 언급된 바와 같이, 다양한 LCV들 (202) 은 반응기 (120) 로의 가스의 전달의 다양한 라인들을 따라 사용될 수도 있고, 그리고 LCV들 (202) 중 LCV 각각의 물리적 사이즈는 기판 (110) 을 프로세싱하기 위해 사용된 레시피, 그리고 다른 프로세스 엔지니어링 고려 사항들에 기초하여, 전달될 가스의 타입에 기초하여 선택될 수 있다.
도 10은 표면 장착 IGS (integrated gas system) 플로우 제어부로서 기능하는 충전 볼륨부 (122) 의 싱글-엔드형 설계를 예시한다. 도 2에 대해 언급된 바와 같이, 이 설계는 잔류하는 대기 중의 산소 또는 수증기의 퍼지에 적합하지 않다. 예를 들어, 퍼지 가스들이 충전 볼륨부 (122) 내외로 흐를 때, 유입부 포트 (103) 에 대한 유출부 포트 (105) 의 근접성은 퍼지 플로우로 하여금 짧은 시간에 순환되게 한다. 즉, 유입부 (103) 내로 흐르는 근위 단부 (182) 에서의 일정량의 퍼지 가스는 유출부 포트 (105) 로부터 즉시 흐를 수도 있다. 또한, 좁고 긴 설계 및 유입부 포트 및 유출부 포트의 배치에 기인하여, 상당한 재순환이 발생한다. 그 결과, 충전 볼륨부 (122) 의 원위 단부 (180) 의 퍼지는 효과적이지 않다. 이것은 특히 이들 좁고 긴 설계들의 길이 대 직경의 종횡비들이 약 10:1일 때 그러하다. 퍼지의 비효율은 또한 시스템의 퍼지 시간을 증가시키는 단점을 갖는다.
도 11a는 일 실시예에 따른, 충전 볼륨부 (402) 내에 배치된 튜브 (404) 를 포함하도록 수정된 충전 볼륨부 (402) 의 예를 예시한다. 일 실시예에서, 튜브 (404) 는 충전 볼륨부 (402) 의 챔버의 직경 미만인 직경을 갖는다. 예로서, 튜브 (404) 의 직경은 챔버의 직경의 약 0.5 배 이하이다. 또 다른 예에서, 튜브 (404) 의 직경은 챔버의 직경의 약 0.3 배 이하이다. 또 다른 예에서, 튜브 (404) 의 직경은 챔버의 직경의 약 0.2 배 이하이다. 일부 실시예들에서, 챔버 (402) 내부의 총 체적은 챔버 (402) 내의 체적 더하기 튜브 (404) 내 그리고 튜브 (404) 주위의 체적이고, 이는 일정하다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 볼륨의 동적인 성능은 시간 상수 (τ=V/C ) 에 의해 좌우되고, 여기서 V는 총 체적이고 C는 한계 컨덕턴스이다. 가장 낮은 시간 상수에 대해, 튜브 (404) 주위의 구역의 컨덕턴스와 거의 동일하게 튜브 (404) 의 컨덕턴스를 갖는 것이 바람직하다. 개선된 동적인 성능을 위해 최적화될 수 있는 또 다른 파라미터는 반응기에 의해 관찰된 바와 같이 농도 과도이고, 농도 과도는 가장 빠른 가능한 퍼지 성능을 위해 가능한 한 빨라야 한다. 도 11c의 예시적인 커브들은 과도 압력 감쇠 커브들뿐만 아니라 반응기 내의 과도 농도 양자의 컴포짓 플롯을 도시한다. 그래프에서, "+"는 보다 큰 시간 상수 또는 컨덕턴스를 나타내고 그리고 마이너스는 보다 적은 시간 상수 또는 컨덕턴스를 나타낸다. 농도 과도는 화학물질의 전체 슬러그가 LCV로부터 얼마나 빨리 이동하는지에 의해 결정된다. 그러므로, D2는 역확산을 방지하도록 Peclet 수 > 10이게 충분히 작아야 한다. 또한, 증기의 질량이 일정하기 때문에, 증기가 보다 빠르게 흐를 수 있다면 컨덕턴스가 보다 높기 때문에, 그러면 계속 펌핑되는 대표적인 진공 시스템에 대해, 피크 농도는 보다 높을 것이지만, 농도는 보다 빠르게 감소할 것이다. 다시, C+는 보다 큰 컨덕턴스를 나타낸다.
이 구성에서, 충전 볼륨부 (402) 의 챔버는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 연장한다. 예로서, 챔버는 튜브형 또는 실린더형 형상을 가질 수도 있다. 제 1 단부는 유입부 포트 (103) 및 유출부 포트 (105) 를 포함한다. 이 구성은 튜브 (404) 의 연결 단부 (404a) 가 충전 볼륨부 (402) 의 챔버가 또한 연결되는 베이스 (420) 에 커플링된다는 것을 도시한다. 튜브 (404) 는 충전 볼륨부 (402) 내에서 원위 단부 (480) 를 향하여 연장하도록 구성된다. 튜브 (404) 는 충전 볼륨부 (402) 내의 가스들을 원위 단부 (480) 에서 배출하는 출력 단부 (404b) 를 갖는다. 튜브 (404) 의 출력 단부 (404b) 는 베이스 (420) 의 유입부 포트 (103) 와 정렬되는 직접적인 개구부를 갖는다. 그러므로 배출된 가스들은 근위 단부 (482) 에서 유출부 포트 (105) 로부터 나가기 전에 충전 볼륨부 (402) 의 길이의 거리를 이동할 것이다. 이 방식으로, 유입부 포트 (103) 는 출력 단부 (404b) 로 본질적으로 이동된다.
충전 볼륨부 (402) 내에 튜브 (404) 를 포함하는 전체 시스템의 디펙트 성능은 퍼지 성능을 개선한다고 더 여겨진다. 또한, 부적절한 퍼지는 프로세스 화학물질과 시스템 내의 잔류 산소 및/또는 수증기 사이의 원치 않은, 기생 반응들을 야기할 수도 있다. 아래에 도시된 바와 같이, 이 구성에서, 기본적인 양태는 충전 볼륨부 (402) 의 챔버 내로의 유체에 대한 가스 입력 (432) 을 제공하는 출력 단부 (404b) 가 가스 출력 (434) 에 대해 반대편의 단부에 주로 배치된다는 것이다. 이 실시예의 추가의 양태는 내부에 통합된 튜브 (404) 가 없는 충전 볼륨부들 (122) 과 비교할 때, 충전 볼륨부 (402) 의 풋프린트가 변화되지 않는다는 것이다.
도 11b는 도 11a의 충전 볼륨부 (402) 가 충전 볼륨부 (402) 의 챔버의 상단 구역에 커플링된, 도 3a의 압력 센서 (206) 를 포함하도록 수정될 수도 있는 일 구성을 도시한다. 이 방식으로, 튜브 (404) 의 출력 단부 (404b) 로부터의 유체 운동량이 압력 센서 (206) 의 다이어프램 (220) 에 여전히 도달하도록, 충전 볼륨부 (402) 의 챔버는 튜브 (404) 그리고 또한 압력 센서 (206) 를 포함할 것이다. 이 구성에서, 치수 (D1) 는 (존재한다면) 다이어프램으로의 유체 운동량 전달이 유지되도록 적어도 어떤 치수 값이도록 규정된다. 그러므로 이 구성은 충전 볼륨부 (402) 내에 배치된 통합된 튜브 (404) 의 개선된 퍼지 및 통합된 압력 센서를 통한 정확한 압력 센싱의 이득을 제공한다.
도 12는 일 실시예에 따른, 충전 볼륨부 (402) 의 보다 상세한 도면을 예시한다. 이 구성에서, 튜브 (404) 는 베이스 (420) 에 커플링된 연결 단부 (404a) 를 갖는 것이 도시된다. 일 구성에서, 튜브 (404) 는 가스를 충전 볼륨부 (402) 내로 공급하는 가스 라인과 직접적으로 인터페이싱하는 튜브 내측 표면 (442) 을 가질 것이다. 일 실시예에서, 튜브 (404) 는 베이스가 충전 볼륨부 (402) 의 바디에 연결되기 전에 베이스 (420) 에 용접될 수 있다. 일부 실시예들에서, 튜브 (404) 는 베이스 (420) 의 스레드된 (threaded) 부분에 나사 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 튜브 (404) 는 클램프, 접착제, O-링들, 또는 다른 연결 구조체들을 활용하여 베이스에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 튜브 (404) 는 충전 볼륨부 (402) 내의 압력차들을 견디고 그리고 동작 동안 펌핑 인되거나 (pump in) 펌핑 아웃될 (pump out) 가스들에 기인하여 발생할 때 압력 변화들이 충전 볼륨부 (402) 내에서 실질적으로 수직으로 남아 있도록 충분한 강도를 가진 스테인리스 강 튜브이다.
이 예에서, 튜브 (404) 의 출력 단부 (404b) 는 출력 단부 (404b) 와 충전 볼륨부 (402) 의 상단 표면 (403) 사이의 이격을 규정하는 치수 (D1) 로 배치된다. 일 실시예에서, 치수 (D1) 는 약 0.5 ㎜ 내지 약 6 ㎜ 범위일 수 있고, 일 실시예에서 약 3 ㎜이다.
이 예에서, 치수 (D2) 는 충전 볼륨부 (402) 내로의 가스 입력들 (432) 을 규정하는 튜브 (404) 의 내경이다. 일 실시예에서, 치수 (D2) 는 약 2 ㎜ 내지 약 0.9*D3 ㎜ 범위일 수 있고, 일 실시예에서 약 6 ㎜이다.
이 예에서, 충전 볼륨부 (402) 는 충전 볼륨부 (402) 의 치수 (D3) 를 규정하는 내경을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 치수 (D3) 는 약 8 ㎜ 내지 약 25 ㎜ 범위일 수 있고, 일 실시예에서 약 20 ㎜ 또는 약 25 ㎜이다.
이 예에서, 충전 볼륨부 (402) 는 충전 볼륨부 (402) 의 치수 (D4) 를 규정하는 내측 길이를 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 치수 (D4) 는 약 20 ㎜ 내지 약 160 ㎜ 범위일 수 있고, 또 다른 실시예에서 약 50 ㎜ 내지 100 ㎜ 범위일 수 있고, 그리고 일 실시예에서 약 70 ㎜이다.
예로서, 튜브 (404) 를 나가는 가스 입력 (432) 은 유출부 포트 (105) 를 나가는 가스 출력 (434) 에 대해 이격 길이 (l) 에 있을 것이다. 튜브 (404) 의 외측 벽과 챔버 볼륨 내측 표면 (440) 사이의 거리 (d) 가 규정된다. 일 구성에서, 충전 볼륨부 (402) 는 바람직하게 약 5 이상의 거리 (d) 로 나눈 길이 (l) 의 비를 가질 것이다. 이 예시적인 치수화는 튜브 (404) 를 통해 충전 볼륨부 (402) 내로 공급될 가스들이 근위 단부 (482) 를 향하여 원위 단부 (480) 에서 가스들을 가압하고 밀어내도록 활용될 수 있다는 것을 보장할 것이다. 대안적인 구성에서, 충전 볼륨부 (402) 의 챔버 내에 2 개 이상의 튜브 (404) 를 통합시키는 것이 가능하다. 예로서, 유체가 챔버 내로 도입되는 위치를 제어하도록, 튜브 (404) 에 인접하게 배치될 수도 있는 하나 이상의 부가적인 보다 짧은 튜브들 (미도시) 을 도입하는 것이 가능할 수도 있다. 보다 짧은 튜브들은 상이한 높이들로의 가스들의 전달을 인에이블하도록, 상이한 길이들을 가질 수도 있다. 제어기는 튜브들 각각에 제공된 유체의 양을 제어하도록 다양한 밸브들에 연결될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른, 도 12에 도시된 단면 A-A의 일 예를 예시한다. 도시된 바와 같이, 베이스 (420) 는 충전 볼륨부 (402) 의 구조체를 지지하도록 구성된다. 베이스 (420) 는 여러 치수들을 가질 수 있고, 그리고 예시의 목적들을 위해 단순히 원형으로서 본 명세서에 도시된다. 일부 실시예들에서, 베이스 (420) 는 직사각형일 수 있거나 복수의 충전 볼륨부들 (402) 을 지지하는 표면일 수 있다.
튜브 (404) 는 복수의 방식들로 베이스 (420) 내에 위치될 수도 있다. 도 13에 제공된 예시는 튜브 (404) 가 유출부 포트 (105) 옆에 또는 유출부 포트 (105) 에 인접하게 위치된다는 것이다. 그러나, 튜브 (404) 와 유출부 포트 (105) 사이의 이격은 목표된 구성에 따라 가변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 유출부 포트 (105) 에 대한 튜브 (404) 의 구성 및 배치에 상관없이, 가스 입력 (432) 은 유출부 포트 (105) 로 이어지는 가스 출력 (434) 으로부터 충분히 이격될 것이다. 상기에 언급된 바와 같이, 이격부는 치수 (l) 를 가질 것이고, 그리고 이격부 (d) 는 튜브 (404) 의 외측 벽 (443) 과 챔버 볼륨 내측 표면 (440) 사이에 도시된다. 이 구성에서, 이격부 (d) 는 외측 벽 (443) 과 챔버 볼륨 내측 표면 (440) 사이에 있고, 그리고 유출부 포트 (105) 는 그들 사이에 있다. 그러므로, (d) 로 나눠진 (l) 의 비는 적어도 5 이상이게 유지된다.
더 도시되는 바와 같이, 유입부 포트 (103) 에 연결되는 튜브 (404) 는 베이스 (420) 의 유출부 포트 (105) 로부터 이격부 "S"만큼 이격된다. 이 이격부는 바람직하게 적어도 튜브 (404) 가 베이스 (420) 에 연결될 수 있도록 충분히 크고, 그리고 공간은 튜브 (404) 의 외측 벽 (443) 과 유출부 포트 (105) 사이에 남아 있다. 일 실시예에서, 이격부 "S"는 D4가 20 ㎜ 내지 160 ㎜이고 D3이 약 25 ㎜인 구성에 대해, 적어도 약 9 ㎜이다. 일부 구성들에서, 복수의 충전 볼륨부들 (402) 은 가스들 (130) 을 반응기 (120) 로 공급하기 위해 사용된다. 기판을 프로세싱하기 위해 사용된 프로세스 레시피에 따라, 복수의 충전 볼륨부들 (402) 은 다양한 사이즈의 충전 볼륨부들 (402) 로부터 규정될 수 있다. 충전 볼륨부들 (402) 의 상이한 사이즈 설정은 가스의 전달을 프로세싱 동안 보다 효율적이게 만든다. 예를 들어, 일부 가스들의 전달은 보다 적은 양들을 요구하지만 다른 가스들의 전달은 보다 많은 양들을 요구한다. 따라서, 충전 볼륨부 (402) 내에 구현된 튜브 (404) 는 상이한 사이즈의 충전 볼륨부들 (402) 에서 구현될 수도 있다. 일부 사이즈들은 단순히 치수 (D4) 에 제한되지만, 다른 구현예들에서, 치수 D4 및 치수 D3 양자는 구성에 따라 변화할 수도 있다. 또한, 구성에 따라, 튜브 (404) 의 길이 및 치수 (D1) 도 또한 변화할 것이다.
그러므로 도 11 내지 도 13에 기술된 설계들은 표면 장착 충전 볼륨부들에 대한 결함을 극복한다. 또한, 그린-투-그린 (green-to-green) 시간들 및 CoC (cost of consumables) 양자는 충전 볼륨부의 퍼지가 상당히 개선되었기 때문에 개선된다. 또한, 충전 볼륨부 (402) 를 포함한 전체 시스템의 디펙트 성능은 부적절한 퍼지가 프로세스 화학물질과 시스템 내의 잔류 산소 및 수증기 사이의 원치 않은, 기생 반응들을 야기하기 때문에 개선된다.
도 14는 상기에 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (800) 을 도시한다. 일 실시예에서, 도 3a, 도 7a, 도 8a, 도 8b, 도 9 및 도 12의 제어 모듈 (112) 은 예시적인 컴포넌트들의 일부를 부가적으로 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈 (800) 은 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 제어 모듈 (800) 은 부분적으로 센싱된 (sense) 값들에 기초하여 시스템 내의 디바이스들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어 모듈 (800) 은 센싱된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 기초하여 밸브들 (802), 필터 히터들 (804), 펌프들 (806), 및 다른 디바이스들 (808) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (800) 은 단지 예를 들면, 압력 마노미터들 (810), 유량계들 (812), 온도 센서들 (814), 및/또는 다른 센서들 (816) 로부터 센싱된 값들을 수신한다. 일부 실시예에서, 압력 마노미터들 (810) 은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 통합된 압력 센서 (206) 와 챔버 (204) 를 가진 하나 이상의 LCV (202) 로 규정될 수도 있다. 제어 모듈 (800) 은 또한 전구체 전달 및 막의 증착 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 제어 모듈 (800) 은 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다.
제어 모듈 (800) 은 전구체 전달 시스템 및 증착 장치의 액티비티들을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (800) 은 프로세스 타이밍, 전달 시스템 온도, 필터들에 걸친 압력차들, 밸브 위치들, 가스들의 혼합물, 챔버 압력, 챔버 온도, 기판 온도, RF 전력 레벨들, 기판 척 또는 페데스탈 위치, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행한다. 제어 모듈 (800) 은 또한 압력차를 모니터링할 수도 있고 증기 전구체 전달을 하나 이상의 경로들로부터 하나 이상의 다른 경로들로 자동으로 스위칭할 수도 있다. 제어 모듈 (800) 과 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들은 일부 실시예들에서 채용될 수도 있다.
통상적으로 제어 모듈 (800) 과 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (818) (예를 들어 장치 및/또는 프로세스 조건들의 디스플레이 스크린 및/또는 그래픽 소프트웨어 디스플레이들) 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들 (820) 을 포함할 수도 있다.
프로세스 시퀀스에서 전구체의 전달, 증착 및 다른 프로세스들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램들은 예를 들어 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란, 또는 다른 것들과 같은 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다. 컴파일링된 객체 코드 또는 스크립트가 프로그램 내에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해서 실행된다.
제어 모듈 파라미터들은 예를 들어, 필터 압력차들, 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, RF 전력 레벨들과 저주파수 RF 주파수와 같은 플라즈마 조건들, 냉각 가스 압력, 및 챔버 벽 온도와 같은 프로세스 조건들에 관한 것이다.
시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계 또는 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들이 본 발명의 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 (positioning) 코드, 프로세스 가스 제어 코드, 프로세스 제어 코드, 히터 제어 코드 및 플라즈마 제어 코드를 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 페데스탈 또는 척 상으로 기판을 로딩하고, 그리고 가스 유입부 및/또는 타깃과 같은 챔버의 다른 부분들과 기판 사이의 간격을 제어하도록 사용되는 챔버 컴포넌트들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한, 그리고 챔버 내의 압력을 안정화하기 위해 증착 이전에 챔버 내로 가스를 선택 가능하게 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 필터 모니터링 프로그램은 측정된 차이(들)와 미리 결정된 값(들)을 비교하는 코드 및/또는 경로들을 스위칭하기 위한 코드를 포함한다. 압력 제어 프로그램은, 예를 들어, 챔버의 배기 시스템 내의 쓰로틀 밸브를 조절함으로써 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 히터 제어 프로그램은 전구체 전달 시스템 내의 컴포넌트들, 기판 및/또는 시스템의 다른 부분들을 가열하기 위해 가열 유닛들에 대한 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 히터 제어 프로그램은 기판 척으로의, 헬륨 같은 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다.
증착 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은, 이로 제한되지 않지만, 질량 유량 제어 모듈들, 압력 마노미터들 (810) 과 같은 압력 센서들, 및 전달 시스템 내에 위치된 써모커플들, 페데스탈 또는 척 (예를 들어 온도 센서들 (814)) 을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들이 목표된 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이러한 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다. 전술한 것은 단일 또는 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴에서의 본 개시의 실시예들의 구현예를 기술한다.
일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (기판 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 예를 들어 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 전달 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 기판 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고 인스트럭션들을 발행하고 동작을 제어하고 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 기판 상에서 또는 반도체 기판에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 되는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 기판 프로세싱의 리모트 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부의 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 리모트 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 리모트 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 리모트 컴퓨터는 차후에 리모트 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 리모트 컴퓨터의 일부로서) 리모트로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제조 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
본 명세서에 기술된 일부 실시예들에서 사용될 수도 있는 예시적인 구조체 및/또는 방법들을 제공하는, 미국 특허 제 8,906,791 호, 제 6,428,859 호 및 미국 특허 제 6,627,268 호에 대한 참조가 또한 행해질 수도 있다. 이들 특허들은 본 명세서에 참조로서 인용된다.
실시예들의 전술한 기술은 예시 및 기술의 목적들을 위해 제공된다. 이는 총망라하거나 (exhaustive) 본 개시를 제한하도록 의도되지 않는다. 특정한 실시예의 개별 엘리먼트들 또는 피처들은 일반적으로 특정한 실시예로 제한되지 않지만, 적용 가능한 경우에, 특별히 도시되거나 기술되지 않을지라도, 선택된 실시예에서 교체 가능하거나 사용될 수 있다. 동일한 것이 또한 많은 방식들로 가변될 수도 있다. 이러한 변화들은 본 개시로부터의 일탈로서 간주되지 않고, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
전술한 실시예들이 이해의 명료성의 목적들을 위해 일부 상세히 기술될지라도, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실행될 수 있다는 것이 분명할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로서 고려되고, 본 실시예들은 본 명세서에 주어진 상세사항들로 제한되지 않지만, 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (17)

  1. 반도체 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해 사용되는 반응기로의 가스의 전달에 사용되는 충전 볼륨부에 있어서,
    근위 단부 (proximal end) 와 원위 단부 (distal end) 사이에서 연장하는 챔버;
    상기 챔버의 상기 근위 단부에 연결되고, 유입부 포트 및 유출부 포트를 포함하는, 베이스; 및
    상기 챔버 내에 배치되는 튜브로서, 상기 튜브는 챔버 직경 미만인 튜브 직경을 갖고, 상기 튜브는 상기 챔버의 상기 근위 단부에서 상기 유입부 포트에 커플링된 연결 단부 및 상기 챔버의 상기 원위 단부에 배치된 출력 단부를 갖는, 상기 튜브를 포함하는, 충전 볼륨부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가스 전달 제어기와 상기 유입부 포트 사이에서 인터페이싱되는 유입부 밸브; 및
    상기 유출부 포트와 상기 반응기 사이에서 인터페이싱되는 유출부 밸브를 더 포함하는, 충전 볼륨부.
  3. 제 1 항에 있어서,
    길이 (l) 가 상기 튜브의 상기 출력 단부와 상기 베이스의 상기 유출부 포트 사이로 규정되고 그리고 거리 (d) 가 상기 튜브의 외측 벽과 충전 볼륨부 내측 표면 사이로 규정되는, 충전 볼륨부.
  4. 제 3 항에 있어서,
    (l)/(d) 의 비는 약 5 이상인, 충전 볼륨부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브의 상기 출력 단부는 상기 베이스의 상기 유입부 포트와 정렬되는 개구부를 갖고, 상기 충전 볼륨부는 플로우-쓰루 (flow-through) 충전 볼륨부인, 충전 볼륨부.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스의 상기 유입부 포트에 연결될 유입부 밸브에 커플링되는 프로세스 소스;
    상기 반응기에 연결될 유출부 밸브에 커플링될 상기 베이스의 상기 유출부 포트; 및
    상기 충전 볼륨부로의 프로세스 가스들 및 퍼지 가스들의 플로우를 제어하기 위한, 상기 유입부 밸브 및 상기 유출부 밸브와 인터페이싱되는 제어기를 더 포함하는, 충전 볼륨부.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버에 통합된 압력 센서를 더 포함하는, 충전 볼륨부.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 다이어프램의 편향을 측정하기 위한 측정면을 갖고, 상기 튜브의 상기 출력 단부를 통해 상기 챔버 내로 제공되는 가스에 의해 생성된 압력이 상기 다이어프램 상에 힘을 생성하도록 상기 다이어프램은 상기 챔버의 내부에 직접적으로 노출되는, 충전 볼륨부.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측정면은 상기 다이어프램의 편향에 대응하는 커패시턴스 값을 측정하기 위한 전자장치를 포함하고, 상기 편향은 압력차에 상관되고, 상기 압력차는 상기 챔버의 압력 볼륨 (Pv) 과 동등한, 충전 볼륨부.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 적어도 부분적으로 금속성 재료로 규정되고 그리고 상기 측정면은 하나 이상의 전극들을 포함하고, 상기 하나 이상의 전극들은 상기 다이어프램의 상기 편향에 대응하는 상기 커패시턴스 값을 측정하기 위한 상기 전자장치에 연결되고, 상기 다이어프램이 상기 측정면을 향하여 또는 상기 측정면으로부터 이격되어 편향되게 될 때 상기 커패시턴스 값이 변화하는, 충전 볼륨부.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 격리 인터페이스를 더 포함하고, 상기 격리 인터페이스는 전극들 및 전자장치와 다이어프램 사이에 배치되는, 충전 볼륨부.
  12. 기판을 프로세싱하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 상기 시스템의 프로세스 챔버로의 가스의 전달에 사용되는 충전 볼륨부를 포함하고,
    상기 시스템은 프로세스 가스 소스를 포함하고,
    상기 충전 볼륨부는 근위 단부와 원위 단부 사이에서 연장하는 튜브형 형상을 가진 챔버;
    상기 챔버의 상기 근위 단부에 통합된 베이스로서, 유입부 포트가 이격부에 의해 유출부 포트로부터 이격되도록, 상기 베이스는 상기 유입부 포트 및 상기 유출부 포트를 포함하는, 상기 베이스; 및
    상기 챔버 내에 배치된 튜브로서, 상기 튜브는 상기 챔버의 챔버 직경의 적어도 0.5 배인 튜브 직경을 갖고, 상기 튜브는 상기 챔버의 상기 근위 단부에서 상기 유입부 포트를 둘러싸도록 상기 베이스에 커플링된 연결 단부 및 상기 챔버의 상기 원위 단부에 배치된 출력 단부를 갖는, 상기 튜브를 포함하고,
    상기 튜브의 상기 출력 단부는 상기 베이스의 상기 유입부 포트와 정렬되는 개구부를 갖는, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    가스 전달 제어기와 상기 유입부 포트 사이에서 인터페이싱되는 유입부 밸브; 및
    상기 유출부 포트와 상기 프로세스 챔버 사이에서 인터페이싱되는 유출부 밸브를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    길이 (l) 가 상기 튜브의 상기 출력 단부와 상기 베이스의 상기 유출부 포트 사이로 규정되고 그리고 거리 (d) 가 상기 튜브의 외측 벽과 충전 볼륨부 내측 표면 사이로 규정되고, (l)/(d) 의 비는 약 5 이상인, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 베이스의 상기 유입부 포트에 연결될 유입부 밸브에 커플링되는 프로세스 소스;
    상기 프로세스 챔버에 연결될 유출부 밸브에 커플링될 상기 베이스의 상기 유출부 포트; 및
    상기 충전 볼륨부로 그리고 상기 프로세스 챔버로의 프로세스 가스들 및 퍼지 가스들의 플로우를 제어하기 위한, 상기 유입부 밸브 및 상기 유출부 밸브와 인터페이싱되는 제어기를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 원위 단부에서 상기 챔버에 통합된 압력 센서를 더 포함하고, 상기 압력 센서는 상기 챔버의 내부에 노출된 다이어프램을 갖는, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 다이어프램의 편향을 측정하기 위한 측정면을 갖고, 상기 튜브의 상기 출력 단부를 통해 상기 챔버 내로 제공되는 가스에 의해 생성된 압력이 상기 다이어프램 상에 힘을 생성하도록 상기 다이어프램은 상기 챔버의 내부에 직접적으로 노출되는, 기판을 프로세싱하기 위한 시스템.
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