KR20210006472A - 증착 시스템들용 고 플로우 다방향 피스톤 밸브 - Google Patents

증착 시스템들용 고 플로우 다방향 피스톤 밸브 Download PDF

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KR20210006472A
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bore
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제임스 아이삭 포트너
로버트 래쉬
아론 베르케
징빈 펑
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 밸브 어셈블리가 프로세스 챔버와 함께 사용된다. 밸브 바디가 보어를 둘러싸고 유입구, 제 1 유출구 및 제 2 유출구를 포함하고, 유출구들 중 적어도 하나는 프로세스 챔버 내로 나간다. 피스톤이 제 1 플로우 경로를 갖는 제 1 섹션, 및 제 2 플로우 경로를 갖는 제 2 섹션을 포함한다. 선형 운동 액추에이터 (linear motion actuator) 가 피스톤과 커플링하도록 구성되고 제 1 포지션과 제 2 포지션 사이의 보어의 상기 피스톤의 선형 운동을 제어한다. 제 1 포지션에서, 유체가 제 1 유출구로 제 1 플로우 경로를 통해 흐르도록 피스톤의 제 1 섹션이 유입구와 정렬된다. 제 2 포지션에서, 유체가 제 2 유출구로 제 2 플로우 경로를 통해 흐르도록 피스톤의 제 2 섹션이 유입구와 정렬된다.

Description

증착 시스템들용 고 플로우 다방향 피스톤 밸브
증착을 수행하는 것을 포함하는 반도체 프로세싱 시스템들에서, 유체 이송은 유체 플로우 경로를 제어하기 위해 밸브 시스템들을 갖는 파이프를 통해 구현된다. 이들 밸브 시스템들은 유체 이송에 적합한 특정한 고순도 화학적 등급 특성들을 충족시킨다. 그러나, 상기 특성들을 충족하는 밸브 시스템들은 통상적으로 파이프 내경에 비해 매우 큰 바디들을 갖고, 이는 좁은 공간 제약들을 갖는 프로세싱 시스템들에서 이들 통상적인 밸브 시스템들의 사용을 배제한다. 이에 더하여, 다이어프램 밸브들을 사용하는 일부 통상적인 밸브 시스템들은 밸브의 불량한 플로우 계수들에 의해 제한되고, 따라서 이들 밸브 시스템들은 (예를 들어, 증착을 수행하기 위해) (매우 작은 공간적 엔빌로프들 내) 높은 플로우 레이트들을 필요로 하는 시스템들에서 사용하기 적합하지 않다. 즉, 종래의 고 플로우 다이어프램 밸브들의 성능은 공간이 통상적으로 직면하는 공간보다 작을 때 악화된다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제시하기 위한 것이다. 본 배경기술 섹션에 기술된 범위까지, 현재 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로 또는 묵시적으로 인정되지 않는다.
이 맥락에서 본 개시의 실시 예들이 발생한다.
본 실시 예들은 관련 기술에서 발견된 하나 이상의 문제들을 해결하는 것에 관한 것이고, 구체적으로 한정된 폼 팩터 내에서 저압 강하를 사용하여 유입구로부터 하나 이상의 유출구 경로들로의 유체 플로우의 스위칭을 포함하는 반도체 프로세스들을 수행하는 것에 관한 것이다. 본 개시의 몇몇 발명의 실시 예들이 이하에 기술된다.
본 개시의 실시 예들은 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기에 적합한 밸브 어셈블리를 포함한다. 밸브 어셈블리는 중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디를 포함하고, 밸브 바디는 유입구, 제 1 유출구, 및 제 2 유출구를 포함하고, 제 1 유출구 및 제 2 유출구 중 적어도 하나는 프로세스 챔버 또는 화학적 배스 (bath) 내로 나간다. 밸브 어셈블리는 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 갖는 피스톤을 포함하고, 제 1 섹션은 제 1 플로우 경로를 갖도록 구성되고, 제 2 섹션은 제 2 플로우 경로를 갖도록 구성된다. 밸브 어셈블리는 피스톤과 커플링하도록 구성되고 제 1 포지션과 제 2 포지션 사이의 보어를 통한 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성된 선형 운동 액추에이터 (linear motion actuator) 를 포함한다. 특히, 제 1 포지션에서, 유체가 제 1 플로우 경로를 통해 유입구로부터 제 1 유출구로 흐르도록 피스톤의 제 1 섹션은 유입구와 정렬된다. 또한, 제 2 포지션에서, 유체가 유입구로부터 제 2 유출구로 제 2 플로우 경로를 통해 흐르도록 피스톤의 제 2 섹션이 유입구와 정렬된다.
본 개시의 다른 실시 예들은 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 와 함께 사용하기에 적합한 또 다른 밸브 어셈블리를 포함한다. 밸브 어셈블리는 중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디를 포함하고, 밸브 바디는 유입구, 복수의 유출구들을 포함하고, 적어도 하나의 유출구가 프로세스 챔버 내로 나간다. 밸브 어셈블리는 복수의 플로우 경로들을 갖는 피스톤을 포함한다. 밸브 어셈블리는 피스톤과 커플링하도록 구성되고 복수의 위치들 사이의 보어를 통한 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성된 선형 운동 액추에이터를 포함한다. 특히, 유체가 하나 이상의 대응하는 플로우 경로들을 통해 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 흐르도록 대응하는 포지션에서 피스톤이 이동된다.
본 개시의 또 다른 실시 예는 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 와 함께 사용하기에 적합한 플로우 경로들 사이에서 스위칭하기 위한 방법을 포함한다. 방법은 중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디를 제공하는 단계를 포함하고, 밸브 바디는 유입구, 복수의 유출구들 중 적어도 하나가 프로세스 챔버 내로 나가는 복수의 유출구들을 포함한다. 방법은 밸브 바디의 보어 내에 피스톤을 포지셔닝하는 단계를 포함하고, 피스톤은 복수의 플로우 경로들을 갖는다. 방법은 복수의 포지션들 사이의 보어를 통해 중심 축을 따라 피스톤의 선형 운동을 제어하는 단계를 포함한다. 특히, 밸브 바디 내의 피스톤의 대응하는 포지션에서 유체는 하나 이상의 대응하는 플로우 경로들을 통해 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 흐른다.
본 개시의 실시 예들은 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기에 적합한 밸브 어셈블리를 포함한다. 밸브 어셈블리는 중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디를 포함하고, 밸브 바디는 유입구, 복수의 유출구들을 포함하고, 적어도 하나의 유출구가 프로세스 챔버 내로 나간다. 밸브 어셈블리는 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 갖는 피스톤을 포함하고, 고 플로우의 제 1 섹션은 제 1 플로우 경로를 갖도록 구성되고, 저 플로우의 제 2 섹션은 제 2 플로우 경로를 갖도록 구성된다. 밸브 어셈블리는 피스톤과 커플링하도록 구성되고 제 1 포지션과 제 2 포지션 사이의 보어를 통한 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성된 선형 운동 액추에이터 (linear motion actuator) 를 포함한다. 특히, 제 1 포지션에서, 유체가 제 1 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 흐르도록 피스톤의 제 1 섹션은 유입구와 정렬된다.
이들 및 다른 이점들은 전체 명세서 및 청구항들을 읽을 때 당업자에 의해 인식될 것이다.
실시 예들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 기술을 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 장치 내의 예시적인 플로우 패턴과 함께 듀얼 챔버 (분리된 애노드) 전기 도금 셀 레이아웃 및 컴포넌트들의 예를 예시한다.
도 1b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 전기 도금 셀 레이아웃의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기 적합한 피스톤 어셈블리의 사시도이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리의 단면도이고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통한 90 도의 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA (high resistance virtual anode) 플로우 배향일 수도 있다.
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리의 단면도이고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통한 교차-흐름 배향 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성된다.
도 4aa, 도 4ab, 및 도 4ba 내지 도 4bc은 본 개시의 실시 예들에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 피스톤/밸브 어셈블리의 도면들이고, 피스톤/밸브 어셈블리는 동일한 밸브 바디에서 사용하기 위해 어떤 피스톤 (및 대응하는 내부 플로우 경로들) 이 선택되는지에 따라 상이한 세트들의 유출 경로들을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버와 함께 사용하기에 적합한 다방향 피스톤 어셈블리를 사용하여 플로우 경로들 사이를 스위칭하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 피스톤 어댑터가 선형 운동 액추에이터에 고정적으로 부착되는, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 도 5a 및 도 5b의 피스톤 어댑터와 3 방향 또는 다방향 피스톤 어셈블리 사이의 인터페이싱의 사시도이다.
도 6b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 도 7a의 피스톤 어댑터와 3 방향 또는 다방향 피스톤 어셈블리 사이의 인터페이싱에 사용하도록 구성된 다이어프램의 사시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합하고, 선형 운동 액추에이터가 수축될 때 피스톤 어셈블리 내에서 피스톤을 푸시하는 단일-동작 선형 운동 액추에이터와 함께 사용되는 스프링 리턴을 포함하는, 3 방향 피스톤 어셈블리의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기 적합하고, 피스톤 어셈블리의 내부 구성에 따라 저 플로우 경로 및 고 플로우 경로를 갖도록 구성된 양방향 피스톤 어셈블리의 단면도들이다.
도 9a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리를 예시하고, 피스톤 어셈블리는 유체를 90 도 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 흘리기 위해 구성된 피스톤 어셈블리를 도시하는 상태를 포함하는 피스톤 어셈블리의 상태들을 결정하기 위한 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들을 포함하고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있다.
도 9b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리를 예시하고, 피스톤 어셈블리는 유입구로부터 유출구로 흐르는 유체 플로우를 위한 피스톤 어셈블리를 통한 교차-플로우 배향 플로우 경로를 도시하는 상태를 포함하는 피스톤 어셈블리 센서의 상태들을 결정하기 위한 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들을 포함한다.
도 9c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 피스톤 어셈블리를 예시하고, 피스톤 어셈블리는 피스톤 어셈블리 센서 자석들 및 대응하는 자기 센서들의 상태들을 결정하기 위해 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들을 포함한다.
도 10a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 피스톤 어셈블리를 예시하고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 피스톤 어셈블리는 피스톤 어셈블리를 통해 90 도 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있다.
도 10b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 피스톤 어셈블리를 예시하고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 유체를 흘리도록 구성되고, 피스톤은 감소된 직경의 2 개의 플로우 경로들로 분할되는 기울어진 플로우 경로를 통해 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 복수의 유출구들로 유체를 흘리도록 구성될 수도 있다.
도 10c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기 적합한 다방향 피스톤 어셈블리를 예시하고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 피스톤 어셈블리를 통해 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체를 흘리기 위해 구성될 수도 있고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있다.
도 11a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리의 사시, 절단 단면도를 예시하고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 선택된 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 피스톤 어셈블리는 피스톤 어셈블리를 통해 90 도 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있고, 피스톤 어셈블리는 프로세스 챔버 외부에 장착된다.
도 11b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리의 사시, 절단 단면도를 예시하고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 선택된 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 단면 배향 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있고, 피스톤 어셈블리는 프로세스 챔버 외부에 장착된다.
도 11c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리의 사시도를 예시하고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 선택된 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 단면 배향 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있고, 피스톤 어셈블리는 프로세스 챔버 외부에 장착된다.
도 12는 상기 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈을 도시한다.
이하의 상세한 기술은 예시의 목적들을 위해 많은 특정한 상세들을 포함하지만, 당업자는 이하의 상세들에 대한 많은 변형들 및 변경들이 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 기술된 본 개시의 양태들은 이 기술을 따르는 청구항들에 대한 어떠한 일반성 손실도 없이 그리고 제한들을 부과하지 않고 제시된다.
일반적으로 말하면, 본 개시의 다양한 실시 예들은 피스톤 어셈블리에 걸쳐 저 압력 강하를 갖는 밸브로서 작용하는 피스톤 어셈블리를 사용하여 복수의 유출구 경로들로 액체 화학적 플로우를 스위칭하기 위한 신규한 방법을 제공하는 시스템들 및 방법들을 기술하고, 여기서 피스톤 어셈블리는 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기 적합하다. 피스톤 어셈블리는 앞뒤로 작동되는 복수의 보어들을 갖는 내부 피스톤을 포함하고, 어느 보어가 플로우 경로와 정렬되는지에 따라 플로우 경로를 변경한다. 보어들은 직경 및 방향이 가변할 수 있고, 복수의 유출구 플로우들 사이에서 유입구 플로우를 스위칭하거나 단일 유입구 및 유출구에 대한 플로우를 제한하도록 구성된다. 피스톤 어셈블리의 밸브 아키텍처는 내부 피스톤이 다양한 설계들로 쉽게 교체될 수 있도록, 피스톤 어셈블리의 동일한 밸브 바디 및 제어 메커니즘이 매우 다양한 적용 예들에서 사용될 수 있게 한다. 예를 들어, 동일한 밸브 바디는 가능한 많은 유출구들과 함께, 한번에 하나씩 피스톤 어셈블리 (예를 들어, 밸브) 로 하여금 3 방향 피스톤 어셈블리로부터 4 방향 또는 5 방향 피스톤 어셈블리로 변환되게 하는, 복수의 피스톤 구성들과 함께 사용될 수 있다. 일 실시 예에서, 선형 운동 액추에이터 (linear motion actuator) 는 공압 실린더이다. 다른 실시 예들에서, 선형 액추에이터 또는 솔레노이드는 공압 실린더를 대체할 수 있어서, 밸브가 전기적으로 구동되게 한다.
본 개시의 실시 예들의 피스톤 어셈블리의 이점들은 기존의 솔루션들에서보다 피스톤 어셈블리에서 훨씬 보다 작은 밸브 바디의 사용을 포함하여, 셀 (예를 들어, 프로세스 챔버) 과 훨씬 보다 밀접하게 통합되게 한다. 일 실시 예에서, 피스톤 어셈블리는 (예를 들어, 도금 셀 자체와 함께) 프로세스 챔버 내에 임베딩된다. 또 다른 이점은 피스톤 어셈블리가 종래의 밸브 시스템들과 유사한 플로우 특성들을 갖지만, 보다 작은 폼 팩터 (form factor) 내에 있다는 것이다. 예를 들어, 본 개시의 실시 예의 피스톤 어셈블리는 오늘날 시장에 존재하는 것보다 훨씬 보다 작은 패키징 내에 볼 밸브의 이점들을 고유하게 포함한다. 특히, 밸브로서 작용하는 피스톤 어셈블리를 기술하는 본 개시의 실시 예들은 정상 플로우 경로에서 제한이 없고, 방향 전환된 경로에서만 벤딩된다 (bend). 플로우 계수 (예를 들어, Cv) 값들은 볼 밸브의 값들과 유사할 수도 있지만, 볼 밸브를 위한 매우 큰 액추에이터 하우징이 없다. 다른 이점들은 복수의 사용 케이스들: 고 플로우 오리피스들과 저 플로우 오리피스들 사이의 스위칭, 고속 듀티 사이클 교번하는 플로우 경로들, 또는 단순히 양방향 밸브로서 사용될 수 있는 밸브로서 작용하는 피스톤 어셈블리를 포함한다. 선형 액추에이터 또는 솔레노이드가 공압 실린더를 대체할 수 있어서 밸브가 전기적으로 구동되게 한다. 또 다른 실시 예에서, 본 개시의 실시 예들의 피스톤 어셈블리는, 볼 밸브 액추에이터들과 같이, 다이어프램 밸브들 또는 인코더와 함께 사용하기 위해 리모트 포핏을 사용하는 것보다 신뢰할 수 있는 피스톤 자체의 직접적인 상태 검출을 포함한다.
다양한 실시 예들의 상기 일반적인 이해와 함께, 실시 예들의 예시적인 상세들이 이제 다양한 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 하나 이상의 도면들에서 유사하게 번호가 붙은 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 일반적으로 동일한 구성 및/또는 기능성을 갖도록 의도된다. 또한, 도면들은 축척대로 도시되지 않을 수도 있고, 신규한 개념들을 예시하고 강조하도록 의도된다. 본 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 동작들은 본 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
본 개시의 실시 예들은 전기 도금, 전기 에칭, 전기 폴리싱, 전기 화학적 기계적 폴리싱, 증착, 습식 증착, ALD (atomic layer deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 및 TSV (through silicon via) 프로세스들에 사용된 것과 같은 플라즈마 프로세스 모듈들 내 유체 플로우에 관한 것이다. 본 개시의 실시 예들은 다양한 프로세스 모듈 구성들로 구현될 수도 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들은 본 명세서에 제공된 예들로 제한되지 않고, 상이한 구성들, 기하 구조들, 및 플라즈마-생성 기술들 (예를 들어, 유도 결합 시스템들, 용량 결합 시스템들, 전자-사이클로트론, 공진 시스템, 마이크로파 시스템, 등) 을 채용하는 상이한 플라즈마 프로세싱 시스템들에서 실시될 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 시스템들 및 플라즈마 프로세스 모듈들의 예들은 공동으로 소유된 미국 특허 제 8,862,855 호, 및 제 8,847,495 호, 및 제 8,485,128 호, 및 미국 특허 출원 번호 제 15/369,110 호에 개시된다.
단지 예시를 목적으로, 본 개시의 실시 예들은 1) 적어도 하나의 애노드를 갖는 애노드 액 챔버 (때때로 "분리된 애노드 챔버"로 지칭됨) 및 2) 애노드 액 챔버와 연통하고, 통상적으로 "HRVA (High Resistance Virtual Anode)" 플레이트 (대안적으로, 플로우 확산기 플레이트) 를 포함하는, 캐소드 액 챔버를 포함하는 전기 도금 셀 설계와 조합하여 사용될 수도 있다. 애노드 액 및 캐소드 액 챔버는 양이온 막을 통해 서로 전기적 (양이온) 연통하고 연결된다. 캐소드 액 챔버는 멤브레인 표면으로 그리고 멤브레인 표면으로부터 이격되는 일반적인 재료 이송을 개선하기 위해, 캐소드 액 챔버 내, 특히 양이온성 멤브레인 표면 상 및 주변에서 캐소드 액 플로우를 혼합하고 지향시키기 위한 메커니즘을 갖는다.
다양한 "클램 쉘" 전기 도금 장치 설계들 (예를 들어, California, San Jose 소재의 Lam Research Corp.로부터 입수 가능한 Sabre.TM. 장치) 은 2 개의 챔버, 애노드 액 챔버 및 캐소드 액 챔버를 갖는다. 애노드 액 및 캐소드 액 챔버는 양이온 막에 의해 서로 분리된다. 애노드 액 챔버는 웨이퍼와 동일한 일반적인 극성을 갖는 하나 이상의 에너자이징된 (energize) 전극들뿐만 아니라 하나 이상의 상대 전극들을 포함하고 전해질이 전극들과 직접적으로 콘택트한다. 일부 실시 예들에서, 이들 에너자이징된 전극들은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된, 2009년 7월 9일 출원되고, 명칭이 METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROPLATING인, 미국 특허 출원 번호 제 12/481,503 호에 기술된 바와 같은 보조 2 차 캐소드일 수도 있다.
상대 전극을 포함하지 않는 캐소드 액 챔버는 통상적으로 고유하게 상이한 전해질 조성, 내부적으로 순환하는 전해질 (캐소드 액) 의 별도의 메커니즘, 및 애노드 액 챔버와 별도의 전해질 공급부를 갖고, 내부에 포함된 전해질은 워크 피스 (예를 들어, 웨이퍼) 와 직접 접촉할 수 있다. 마이크로-다공성 확산기 (통상적으로 약 20 ％보다 큰 다공성; 2005 년 11 월 15 일 허여되고 본 명세서에 참조로서 인용된 미국 특허 제 6,964,792 호 참조) 또는 HRVA 플레이트 (2009 년 11 월 24 일 허여되고 본 명세서에 참조로서 인용된 미국 특허 제 7,622,024 호 참조) 에 의해, 워크 피스로 균일하게 전류의 플로우 및/또는 통과를 실질적으로 지향시키기 위한 설계가 사용될 수도 있다. HRVA 플레이트는 통상적으로 보다 단순한 플로우 확산기보다 덜 다공성이고 (HRVA 플레이트는 통상적으로 약 5 ％ 미만의 다공성임) 시스템에 상당히 보다 큰 전기 저항을 부여하지만 (저항을 추가하면 균일도/제어가 개선됨), 디퓨저와 유사하게, 웨이퍼에서 전해질의 균일한 플로우를 생성한다.
특정한 기술된 실시 예들에서, 캐소드 액 챔버는 주변 벽들, 도금될 기판 (웨이퍼) 에 대면하고 (통상적으로 약 5 ㎜ 미만) 근접한 HRVA 플레이트 (또는 확산기), 및 전해질을 챔버 내부로 지향시키는 메커니즘을 포함한다. 메인 플로우 루프 전해질은 캐소드 액 챔버로 들어가고, 다양한 포어들 또는 홀들을 통해 HRVA 플레이트 (또는 확산기) 를 통과하고, 이어서 웨이퍼 표면 상에 충돌한다. 일반적으로 웨이퍼 표면을 향해 지향되고 웨이퍼 표면 근방을 통과한 후, 유체는 도금 셀을 벗어나 결국 메인 배스 탱크로 돌아간다.
애노드 액 챔버는 주변 벽들을 포함하고 웨이퍼 표면과 콘택트하는 고유하게 상이한 "주 도금 용액 플로우 루프" 전해질 (즉, 캐소드 액) 로부터 분리된 방식으로 순환하는 (통상적으로) 실질적으로 유기-첨가제-프리 도금 용액 (즉, 전해질, 또는 애노드 액) 의 플로우를 갖는다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른, 엘리먼트들의 일부 (그러나 전부는 아님) 를 포함하는 장치 내에서 통상적인 플로우 패턴일 수도 있는 것과 함께 듀얼 챔버 (분리된 애노드) 전기 도금 셀 레이아웃 및 컴포넌트들의 예를 도시한다. 이 도면 및 이후 도면들은 예시 목적들을 위한 예들로서 제공되고, 예를 들어, 임의의 특정한 셀에 대한 실시 예들의 일반적인 적용 가능성으로, 또는 임의의 특정한 공간적 배향, 필요한 엘리먼트들, 치수들 또는 설계 컴포넌트들에 대해 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 주의한다. 전기 도금 셀 (100A) 은 캐소드 액 챔버 (102) 및 애노드 액 챔버 (103) 를 포함하는 챔버 (101) 를 포함한다. 애노드 액 챔버의 일 말단에는 애노드 챔버 (103) 를 생성하도록 애노드 (105) 를 완전히 둘러싸는 멤브레인 (104) (예를 들어, 양이온성 멤브레인) 이 있다. 멤브레인은 멤브레인 프레임 (미도시) 에 의해 지지될 수도 있다. 애노드는 도금될 활성 (용해성) 금속 또는 금속 합금 (예를 들어, 구리, 구리/인, 납, 은/주석) 또는 불활성 (치수적으로 안정한, 예를 들어, 백금 코팅된 티타늄) 애노드일 수도 있다. 애노드는 전력 공급부 (미도시) 의 일 극에 연결된다. 2 개의 분리된 전해질 플로우 루프들을 갖는 2 개의 분리된 챔버들은 일반적으로 상이한 전해질 특성들을 갖는 상이한 조성들의 전해질들을 갖는다 (예를 들어, 통상적으로, 애노드 액 챔버 내의 전해질은 전기 화학적 유기 배스 첨가제들이 실질적으로 없다).
전해질의 플로우는 위치 (106) 에서 애노드 액 챔버 내로 공급되고 이어서 하나 이상의 플로우 분배 튜브들 (또한 관개 "플루트들 (flutes)" 또는 노즐들로 지칭됨) (108) 로 들어가는 매니폴드 (107) 내로 공급된다. 본 개시의 실시 예들은 이하에 기술된 피스톤 어셈블리를 사용하여 애노드 액 챔버로의 유체 플로우를 제어하도록 사용될 수도 있다. 도 1에서, 명확성을 위해, 애노드 액 챔버 전해질 플로우 루프는 도면의 우측에만 도시된다는 것을 주의하라. 플로우 분배 튜브들은 애노드 표면 상에 충돌하도록 애노드 (105) 표면의 일반적인 방향으로 전해질을 "스프레이"하여 (필요하다면) 애노드 표면 또는 전해질 반응 물질로부터 표면으로 용해된 이온들의 대류를 증가시킨다. 예시되지 않은 또 다른 실시 예의 예에서, 애노드는 상대적으로 작은 개별 활성 금속 피스 (예를 들어, 개별 구들) 의 어셈블리 또는 파일로 구성된 다공성이다. 다공성 금속 파일은 용이한 애노드 보충뿐만 아니라 "다공성 애노드 파일"을 통해 상향 또는 하향으로 전해질 유체의 직접적인 통과를 허용한다. 이 타입의 장치는 통상적으로 애노드 챔버의 하단에 존재하는 유입구 애노드 액 플로우 매니폴드로 구성되고, 이는 개별 애노드 피스들의 어셈블리 내로 그리고 이를 통해 전해질의 균일한 플로우 및 전류의 공급을 허용하도록 설계된 다공성 애노드 전기-단자-플레이트 (또는 애노드 버스 플레이트 (anode buss plate)) 를 통해 상향으로 플로우를 지향시키기 위한 메커니즘을 더 포함한다. 분리된 애노드 챔버 설계들의 추가 예들로서, 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로서 인용된 미국 특허 제 6,527,920 호, 제 6,890,416 호, 및 제 6,821,407 호를 참조하라. 플로우는 위치 109에서 도 1의 애노드 챔버를 나간다. 애노드 액 챔버는 비전도성 재료 (예를 들어, 폴리프로필렌과 같은 다양한 플라스틱들) 로 이루어진 주변 절연 벽들에 의해 경계를 이룬다.
애노드 표면으로 지향된 전해질의 플로우는 농도 분극 (즉, 확산 저항 및 분극을 구성하는 용해된 활성 종의 축적 (build up) 또는 고갈 (depletion) 과 연관된 전압 상승) 을 감소시키고 애노드 표면이 패시베이팅되는 모든 경향을 완화시킨다. 애노드 패시베이션은 금속 염, 옥사이드, 포스페이트 설파이드, 또는 다른 형태의 표면 막이 예를 들어, 재료의 국부적인 용해도 한계를 초과하는 결과로서 형성되는 현상이다.
상기 주지된 바와 같이, 애노드 액 챔버 및 캐소드 액 챔버는 이온 투과성, 전해질 및 첨가제 확산-멤브레인 및 플로우-내성 멤브레인 (통상적으로, 양이온성 멤브레인) 에 의해 분리된다. 양이온들은 도금될 기판 (웨이퍼) 을 향하는 도중에, 전기장의 영향 하에, 애노드 액 챔버로부터 캐소드 액 챔버로 멤브레인을 횡단한다. 멤브레인은 음이온들 및 대전되지 않은 유기 도금 첨가제들과 같은, 다른 양으로 대전되지 않은 전해질 컴포넌트들의 확산 또는 대류가 애노드 액 챔버로부터 또는 애노드 액 챔버 내로 통과하는 것을 실질적으로 방지한다. 일부 예들에서, 애노드 액 챔버 및 이의 재순환 플로우 루프 (존재한다면) 는 실질적으로 도금 첨가제가 없는 반면, 캐소드 액 챔버는 기판 상의 도금 프로세스의 동작을 지원하기 위해 필요한 목표 레벨의 도금 배스 첨가제들 (예를 들어, 가속화제, 억제제, 평탄화제, 등) (예를 들어, 저 농도의 클로라이드 이온들, 티오우레아, 벤조트라졸, MPS (mercaptopropane sulphonic acid), SPS (dimercaptopropane sulphonic acid), 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 및 이들의 다양한 공중합체, 등과 같은 도금 배스 유기 화합물) 을 포함할 수도 있다.
미세 다공성이고 직접적인 유체 이송에 저항하는 매체는 멤브레인들로 작용할 수 있다. 멤브레인은 양이온 전도성 멤브레인일 수도 있다. 일부 경우들에서, 멤브레인은 최상부 및/또는 최하부 표면에서 기계적으로 지지하는 프레임 부재 (미도시) 에 의해 지지되고, 이는 멤브레인을 특정한 형상 (예를 들어, 원뿔형) 으로 고정하고 한정하고 멤브레인의 2 개의 측면들 사이 그리고 2 개의 챔버들 사이의 전해질 플로우 또는 작은 차압에도 불구하고 상대적으로 강성을 유지하는 것을 돕는다.
멤브레인이 전기적으로 유전체 (즉, 전자-전도-저항성 재료) 이고 멤브레인의 표면에서 또는 멤브레인 내에서 전자 전하 이동의 자유 플로우가 없지만, 이온으로 대전된 종은 애노드 소스와 다소 유사한 방식으로 멤브레인을 나가고, 계면 근방의 농도 프로파일들은 정성적으로 유사하다고 여겨진다. 임의의 특정한 이론에 얽매이지 않지만, 멤브레인은 어떤 점에서 종래의 이온 소스 (예컨대 전기 화학적 산화 프로세스를 겪는 활성 금속 애노드 전극 계면) 와 유사한 작용을 한다고 여겨진다.
대전된 종들은, 전기장의 자극 하에 임의의 다공성 배리어를 통과할 때, 주로 이들의 농도 및 이온 이동도에 비례하는 레이트로 통과한다. 확산은 막 배리어의 구불구불한 특성뿐만 아니라 임의의 상당한 집중 구동력의 부재로 인해 (적어도 처음 시작할 때) 크게 제한된다. 높은 이온 이동도를 갖는 경향이 있는 보다 작은 이온들 (예를 들어, 양성자) 은 보다 신속하게 마이그레이션하는 (migrate) 경향이 있다. 2 개 이상의 양이온들을 함유하는 전해질에서, 보다 높은 이동도를 갖는 이온은 애노드 액 챔버를 유리하게 통과하는 경향이 있다. 그 결과, 보다 낮은 이온 이동도 (예를 들어, 보다 큰 금속 이온) 를 갖는 이온의 농도는 애노드 액 챔버에 축적되는 경향이 있다. 결국 (활성 금속 애노드 구성의 경우) 애노드에서 생성된 보다 낮은 이동도 금속 이온의 농도는 실질적으로 상승할 수 있고, 종종 애노드 챔버 내 이온의 용해도 한계에 접근한다. 어떠한 경우든, 멤브레인의 2 개의 측면들 사이에서 상이한 이동도를 갖는 이온들 사이의 농도 차는 전하 및 시간의 경과에 따라 상승한다. 변경되지 않고 남으면, 농도 차는 (이온 농도와 이동도의 곱으로 주어진) 전기장 유도된 플럭스의 이온 종 각각이 반대 방향의 종의 시간 평균 확산과 밀접하게 밸런싱되도록 결국 2 개의 챔버 사이에서 충분히 커질 수도 있다.
예를 들어, 구리 애노드 및 황산구리 및 황산과 같은 혼합된 전해질을 포함하는 챔버의 경우, 보다 작은 수화된 수소 이온 양성자들이 우선적으로 멤브레인을 가로질러 마이그레이션하여, 캐소드 액 챔버의 pH를 상승시키는 경향이 있다. 반대로, 구리의 농도는 애노드 액 챔버 내에서 증가할 것이다. 더욱이, 양이온 성 멤브레인은 매우 적은 음이온 (이 예에서, 황산염 및 중 황산염) 이 통과하게 한다. 양이온 성 멤브레인 내에서, 이동성 대전된 양이온 성 종은 통상적으로 폴리머 백본의 단부들에 테더링된 음이온 말단기 (예를 들어, 폴리머 결합된 음이온성 술포네이트기) 와 쌍을 이룬다. 양이온은 전기장의 힘 하에서 일 고정된/테더링된 음이온의 분위기로부터 다음으로 이동한다 (따라서 멤브레인 내에서 전하 중성을 유지한다). 전기 도금 셀에서 다양한 종의 전기 화학 및 농도 프로파일들은 본 명세서에서 보다 상세히 논의된다.
다시 도 1을 참조하면, 전해질이 애노드 액 챔버로 들어가는 모드와 유사하게, 전해질은 위치 110에서 캐소드 액 챔버로 들어가고, 캐소드 액 챔버를 둘러싸는 매니폴드 (111) 로 들어가고, 여기서 HRVA 플레이트 (113) 아래의 캐소드 액 챔버 (112) 의 중앙 영역들로 도입된다. 본 개시의 실시 예들은 이하에 기술된 피스톤 어셈블리를 사용하여 캐소드 액 챔버로의 유체 플로우를 제어하도록 사용될 수도 있다. 도 1에서, 명확성을 위해, 캐소드 액 챔버 전해질 플로우 루프는 도면의 좌측에만 도시된다는 것을 주의하라. 도 1에 도시된 바와 같이, 주변부로부터 유입된 플로우는 주로 HRVA를 통해 유출되는 플로우에 대한 단면적의 합이 가장 크고, HRVA 주변에서 플로우에 대한 적분 저항이 가장 작기 때문에, 캐소드 액 챔버로보다 중앙 위치에서 감소하는 속도의 전류로 이동하는 경향이 있다. 결과는 HRVA를 통해 위로 그리고 웨이퍼 (115) 아래의 웨이퍼/HRVA 갭 영역 (114) 내로 균일한 플로우이다. HRVA를 통과한 후, 유체는 결국 도금 셀 위어 벽 (116) 위로 그리고 수집 챔버 (117) 내로 들어가고, 여기서 유체는 수집되고 캐소드 액 순환 배스 저장 탱크로 돌아간다. 캐소드 액 챔버는 또한 비전도성 주변 벽들을 갖는다.
보다 균일한 유체 및 보다 박형의 시드된 웨이퍼로의 도금 전류 플로우를 확립하기 위해 계속해서 증가하는 필요성으로 인해, HRVA (High Resistance Virtual Anode) "플레이트"가 시스템에 상당한 말단 효과 보상 저항을 유리하게 도입하도록 채용될 수도 있다. HRVA 포함 장치의 일 예는 2008 년 11 월 7 일 출원된, 명칭이 METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROPLATING인 미국 특허 출원 번호 제 12/291,356 호에 기술되고, 본 명세서에 관련 부분이 참조로서 인용된다. 또한 2006 년 8 월 16 일 출원된, 명칭이 METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROPLATING INCLUDING A REMOTELY POSITIONED SECOND CATHODE인 미국 특허 출원 번호 제 11/506,054 호를 참조하고, 관련 부분이 참조로서 본 명세서에 인용된다. 웨이퍼는 도금 동작들 동안 HRVA 플레이트 표면에 매우 근접하게 (예를 들어, 1 내지 5 ㎜) 이동된다. HRVA 플레이트는 전기 전도 및 유체 플로우 모두에 대한 저항을 도입하여, 모두 플레이트 및 표면 근방의 웨이퍼에 걸쳐 보다 균일하게 분배되게 한다.
그러나, HRVA 플레이트를 통해 상향으로 균일한 플로우를 보장하기 위해, 유체 디스펜싱 매니폴드 영역으로서 작용하는 HRVA 플레이트 아래의 캐소드 액 챔버의 부분은 저항으로 하여금 HRVA 포어들 또는 홀들에 의해 지배적이도록 (dominate) 상당한 깊이 및 단면 플로우 영역을 가져야 한다. 어떤 의미에서, HRVA 플레이트는 확산 플레이트와 유사하지만, 유체 및 전류 흐름 모두에 대해 보다 큰 저항을 갖는다. HRVA 및 확산기 모두는 통상적으로 상대적으로 박판들 (약 0.125 내지 1 인치 두께) 이다. HRVA 플레이트는 통상적으로 매우 낮고, 균일하고, 연속적이고, 일부 실시 예들에서, 단방향 다공성을 갖는다. 단방향 다공성은, 예를 들어, 비다공성 기판, 통상적으로 플레이트의 재료의 약 1 내지 5 ％에 많은 수 또는 작은 정밀 홀들을 생성함으로써 생성된다; 미국 특허 출원 번호 제 11/506,054 호 (2006 년 8 월 16 일 출원), 미국 특허 출원 번호 제 12/291,356 호 (2008 년 11 월 7 일 출원), 및 미국 특허 제 7,622,024 호 참조, 각각은 참조로서 본 명세서에 인용된다. HRVA 홀들은 드릴링, 에칭, 복제 구조 생성, 또는 다른 적절한 프로세스들에 의해 생성되고, 기판/플레이트 내에 매우 많은 수의 고정밀 평행 미세 홀들 (통상적으로 0.02 내지 0.04 인치 직경) 을 갖는 절연 표면을 발생시킨다. 단방향 홀들/포어들은 일반적으로 모든 유체 또는 전류가 워크 피스를 직접적으로 향하지 않는 임의의 방향으로 통과하는 (예를 들어, 웨이퍼 주변부를 향해 플레이트를 통해 방사상 각도로 플레이트 바로 아래로부터 이동/누설) 것을 방지한다. 이는 균일한 플로우 분배 및 잠재적인 분배를 촉진한다.
일부 예들에서, 도 1에 도시된 전기 도금 셀의 컴포넌트들이 상이한 명칭들로 지칭된다는 것을 주의한다. 때때로, 챔버들 (102 및 103) 은 총괄하여 애노드 챔버로 지칭된다. 그리고 챔버 (102)는 상부 애노드 챔버이고 챔버 (103) 는 하부 애노드 챔버이다. 이 경우, 챔버 (103) 는 분리된 애노드 액 챔버 (SAC) 로서 지칭되고, SAC는 애노드를 포함하고 멤브레인 (104) 에 의해 상부 애노드 챔버로부터 분리된다. 멤브레인 (104) 과 HRVA 플레이트 (113) 의 하부 표면 사이의 영역 (즉, 영역 (112)) 및 유체, 그리고 HRVA 플레이트 자체 내의 유체는 캐소드 액 챔버를 구성한다. 또한, 캐소드 액 챔버는 때때로 확산기 또는 HRVA 챔버로 지칭된다. HRVA 플레이트 (113) 는 애노드 챔버 (102 및 103) 상에 장착되어, 웨이퍼와 HRVA 플레이트의 상단 사이에 영역 (114) 을 생성하고, 이 경우에 웨이퍼-대-HRVA 갭 영역 (대안적으로 확산기-대-웨이퍼 갭 영역) 으로 지칭된다.
도 1b는 장치 내에서 통상적인 플로우 패턴일 수도 있는 것과 함께 전기 도금 셀 (100B) 레이아웃 및 컴포넌트들의 예를 도시한다. 도 1b에 도시된 전기 도금 셀 (100B) 은 도 1a에 도시된 전기 도금 셀 (100A) 과 유사하지만, 몇 가지 컴포넌트들이 추가된다. 전기 도금 셀 (100B) 은 캐소드 액 매니폴드 (111) 와 연관된 플로우 분배 튜브들 (133) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 플로우 분배 튜브들 (133) 은 폴리머 또는 세라믹과 같은 비전도성 재료로 구성된다. 일부 실시 예들에서, 플로우 분배 튜브는 작은 소결된 입자들로 구성된 벽들을 갖는 중공형 튜브이다. 다른 실시 예들에서, 플로우 분배 튜브는 내부에 드릴된 홀들을 갖는 중실 (solid) 벽 튜브이다. 캐소드 액 챔버에서 우수한 혼합을 가능하게 하는 다른 설계들이 또한 가능하다. 다양한 구성들에서, 플로우 분배 튜브들은 멤브레인 계면에서 유체 플로우를 지향시키도록 배치된 (예를 들어, 홀들과 같은) 개구부들로 배향될 수도 있고, 그리고/또는 유체 플로우를 멤브레인 계면 이외의 캐소드 액 챔버 내 영역들로 지향시키도록 배향되거나 구성될 수도 있다. 플로우 분배 튜브들 (133) 의 위치 및 사이즈는 가능한 가장 균일한 도금을 달성하기 위해, 튜브들의 평균 전기장 및 전류 플로우-차단 특성들이 최소화되도록 해야 한다.
다른 실시 예들에서, 전기 도금 셀 (300) 의 캐소드 액 매니폴드 (111) 는 캐소드 액 매니폴드의 작은 포트들 또는 홀들 (131) 을 포함한다 (도 3b 참조). 홀들 (131) 은 캐소드 액 챔버로 캐소드 액을 전달하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 홀들은 캐소드 액의 난류를 캐소드 액 챔버로 전달하도록 구성된다. 홀들은 캐소드 액 매니폴드에 플로우 제한을 제공하여 고속 유체로 하여금 캐소드 액 챔버 내로 들어가고 내부에서 유체를 혼합하게 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착 (예를 들어, 습식 증착) 하기 위한 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기에 적합한 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 사시도이다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 3 방향 밸브로서 구성되고 밸브에 걸친 저압 강하를 사용하여 액체 화학 물질 플로우를 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 스위칭하도록 구성가능하다. 특히, 피스톤 어셈블리 (300) 는 기존의 공압 밸브 및 서보-모터 3 방향 밸브와 비교할 때 콤팩트한 설계 또는 보다 작은 폼 팩터를 갖는, 트럼펫-타입 3 방향 피스톤 밸브로서 기술될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 도 3 내지 도 4와 관련하여 이하에 기술될 바와 같이, 피스톤을 포함하는 하우징 (210) 을 포함한다. 선형 운동 액추에이터 (310) 는 피스톤에 부착되고, 피스톤을 선형 축을 따라 앞뒤로 선택적으로 구동한다. 일 실시 예에서, 선형 운동 액추에이터 (310) 는 수동으로 제어되거나 기계로 제어될 수도 있는 공압 실린더이다. 다른 실시 예들에서, 선형 모션 액추에이터 (310) 는 솔레노이드를 사용하여 또는 임의의 다른 종류의 액추에이터를 사용하여 구현될 수도 있고, 서보로 작동될 수도 있다 (예를 들어, 서보 모터).
일 포지션에서, 하우징 (210) 내부의 밸브로서 동작하는 피스톤은 주 플로우 경로인 교차-플로우 방식으로 유입구 (371) 로부터 유출구 (372) 로 유체 플로우를 허용한다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 넓게 개방된 주 플로우 경로로 인해 매우 높은 Cv를 갖는다. 주 플로우 경로는 화학적 프로세스 동안 지배적이다. 또 다른 포지션에서, 피스톤은 유체가 유입구 (371) 로부터 유출구 (373) 로 기울어진 방식으로 흐르게 한다. 예를 들어, 플로우 경로는 피스톤 내부에서 기울어져 (예를 들어, 90 도) 돌아간다. 일 구현 예에서, 유출구 (373) 는 프로세스 챔버의 캐소드 액 챔버의 영역들로 유체 플로우를 제공하고, 영역들은 HRVA 플레이트 아래에 위치된다. 유체 플로우는 HRVA와의 적절한 상호 작용을 허용하기에 충분하다 (예를 들어, HRVA 플레이트를 통해 기포를 강제한다).
도 2에 도시된 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 3 방향 밸브로서 구성되지만, 도 4aa, 도 4ab 및 도 4ba 내지 도 4bc과 관련하여 기술될 바와 같이, 다른 밸브 구성들로 변환 가능하다. 간략하게, 밸브 바디 또는 보어 내에서 선형 운동 액추에이터에 의해 구동되는 피스톤은 밸브 바디를 변화시키지 않고 스와핑될 (swap) 수 있다. 이러한 방식으로, 피스톤/밸브 어셈블리는 어떤 피스톤이 사용되는지, 그리고 피스톤이 피스톤/밸브 어셈블리 내에서 구성되는 포지션에 따라 상이한 플로우 경로들에 대해 구성될 수 있다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리는 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 가 2 방향 밸브, 3 방향 밸브, 4 방향 밸브, 5 방향 밸브, 등일 수 있도록 2 이상의 내부 플로우 경로들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 피스톤/밸브 어셈블리는 복수의 용도 경우들에서, 예컨대 고 플로우 오리피스와 저 플로우 오리피스 사이의 스위칭, 고속 듀티-사이클 교번하는 플로우 경로들, 또는 단순히 양방향 밸브로서 사용될 수 있다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착 프로세스) 프로세스 챔버 내에서 사용하기에 적합한 도 2에 도입된 3 방향 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 단면도이다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 가 일 실시 예에서 3 방향 밸브로서 구성되지만, 다른 실시 예들은 다방향 밸브들 (예를 들어, 2 방향 밸브들, 또는 3 방향 밸브들, 4 방향 밸브들, 등) 로서 피스톤/밸브 어셈블리들에 잘 맞는다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 액체 화학 물질 플로우를 유입구 오리피스 (예를 들어, 포트) 로부터 하나 이상의 유출구 오리피스 (예를 들어, 포트들) 로 피스톤 밸브 어셈블리 (300) 내의 피스톤의 포지션에 따라 내부 밸브에 걸쳐 저압 강하로 스위칭하도록 구성된다. 예를 들어, 유입구를 통해 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 로 들어가는 유체는 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 유체 흐름을 유도하도록 보어 내보다 높은 압력이다.
일 실시 예에서, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 고 듀티 사이클들로, 그리고 분 당 수백 사이클들 이상으로 수행되도록 설계된다.
도시된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 선형 운동 액추에이터 (310) 를 포함한다. 일 구현 예에서, 선형 운동 액추에이터 또는 선형 드라이브는 공압 실린더이다. 이전에 기술된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 기계적으로 구동된 액추에이터들 (예를 들어, 서보 모터, 등), 및 전기적으로 구동된 액추에이터들 (예를 들어, 솔레노이드, 등) 을 포함하는 임의의 타입의 액추에이터에 의해 구동될 수도 있다.
선형 운동 액추에이터 (310) 는 선형 방식으로, 예컨대 선형 축 (305) 을 따라 구동되는, 쓰레드된 샤프트 (325) 를 포함한다. 일 단부에서 쓰레드된 샤프트는 이하에 기술된, 피스톤에 커플링할 목적으로 쓰레드된다. 특히, 쓰레드된 샤프트 (325) 는 (피스톤 어댑터의 쓰레드된 보어 내로 쓰레드된) 피스톤 어댑터 (320) 에 커플링된다. 이와 같이, 쓰레드된 샤프트 (325) 의 선형 운동은 피스톤 어댑터 (320) 의 선형 운동으로 이전된다 (translate). 일 실시 예에서, 피스톤 어댑터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 재료로 구성된다. 도 6a에서 더 기술될 바와 같이, 피스톤 (350) 은 피스톤의 베이스 (354) 를 통해 피스톤 어댑터 (320) 에 부착된다. 이러한 방식으로, 쓰레드된 샤프트 (325) 의 선형 운동은 피스톤 어댑터 (320) 로 이전되고, 이어서 피스톤 (350) 으로 이전된다.
피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 선형 축 (305) 과 정렬된 보어 (345) 를 둘러싸도록 구성되는 밸브 바디 (340) 를 포함한다. 밸브 바디 (340) 는 유입구 오리피스 (371), 제 1 유출구 오리피스 (372), 및 제 2 유출구 오리피스 (373) 를 포함한다. 예를 들어, 유출구 오리피스 (372) 는 교차-플로우 (cross-flow) 플로우 경로를 제공한다 (도 3a에서는 인에이블되지 않음). 이에 더하여, 유출구 오리피스 (373) 는 (도 3a에서 인에이블된) 기울어진 플로우 경로, 예컨대 피스톤 (350) 내에서 90 도 회전을 포함하는 플로우 경로 (380) 를 제공한다.
이에 더하여, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 밸브 바디 (340) 의 보어 (345) 내에 포지셔닝되는 내부 피스톤 (350) 을 포함한다. 피스톤 (350) 은 피스톤을 통해 내부 플로우 경로들을 제공하는 복수의 보어들을 포함한다. 특히, 일 실시 예에서, 피스톤 (350) 은 피스톤의 보어들 또는 플로우 경로들을 유입구 오리피스 (371) 및 유출구 오리피스들 (371 및 372) 중 하나 이상과 정렬시키기 위해 하나 이상의 상태들 사이에서 선형 운동 액추에이터 (310) 의 선형 운동과 함께 앞뒤로 이동하게 하도록 피스톤 어댑터 (320) 에 고정적으로 부착된다. 이러한 방식으로, 피스톤 (350) 은 피스톤 (350) 및 피스톤 밸브 어셈블리 (300) 를 통한 플로우 경로가 선택될 수 있도록 밸브 바디 (340) 의 보어 (345) 를 통해 제어 가능하게 이동된다. 예를 들어, 선형 운동 액추에이터 (310) 는 피스톤 (350) 과 커플링하도록 구성되고 제 1 포지션과 제 2 포지션 사이에서 보어 (345) 를 통한 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 더 구성된다. 피스톤 (350) 과 피스톤 어댑터 (320) 사이의 커플링은 이하 도 6a 및 도 6b와 관련하여 더 기술된다. 또 다른 실시 예에서, 피스톤 (350) 은 도 7과 관련하여 더 기술될 바와 같이, 피스톤 어댑터 (320) 에 부착되지 않는다. 일 구현 예에서, 피스톤 (350) 은 PTFE (polytetrafluoroethylene) 를 포함한다.
피스톤 (350) 은 베이스 (354), 베이스 (354) 에 인접한 제 1 섹션 (351), 및 제 2 섹션 (352) 을 포함하고, 제 1 섹션은 제 1 내부 플로우 경로를 갖도록 구성되고, 제 2 섹션은 제 2 내부 플로우 경로를 갖도록 구성된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 2 섹션 (352) 은 피스톤 (350) 이 정확하게 포지셔닝될 때, 보다 구체적으로, 피스톤 (350) 이 제 2 포지션에 있을 때 기울어진 플로우 경로 배향을 위해 구성되고, 유체가 제 2 내부 플로우 경로를 통해 유입구 오리피스로부터 제 2 유출구 (예를 들어, 유출구 오리피스 (373)) 로 흐르도록 피스톤 (350) 의 제 2 섹션 (352) 은 유입구 오리피스 (371) 와 정렬된다. 보다 구체적으로, 선형 운동 액추에이터 (310) 는 완전히 수축된 (retract) 상태와 같은 수축된 상태에 있다. 이와 같이, 피스톤 (350) 은 피스톤 (350) 으로 형성된 보어 (345) 의 개방 챔버 영역 (360) 을 노출시키도록 보어 (345) 내에서 (피스톤 어댑터 (320) 를 통해 이전될 때) 뒤로 풀링된다 (pull back). 한편, 피스톤 (350) 이 완전히 확장된 상태에 있을 때, 챔버 영역 (360) 은 도 3b에 도시된 바와 같이 폐쇄될 수도 있다. 피스톤 (350) 은 제 2 섹션 (352) 의 엘보우를 통한 것과 같이 기울어진 유체 플로우를 위해 내부적으로 구성된다. 그 결과, 인터페이스 (390) (예를 들어, 커플러) 로부터 유입구 오리피스 (371) 로부터 흐르는 유체는 (예를 들어, 엘보우를 통해) 피스톤 (350) 내에서 90 도 기울어진 플로우 경로를 따르고, 개방된 챔버 (360) 로 들어가고, 출구 오리피스 (373) 에서 그리고 인터페이스 (390) 를 통해 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 나간다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 통한 기울어진 배향 플로우 경로 (380) 는 유입구 오리피스 (371) 로 들어가고 유출구 오리피스 (373) 에서 나가는 것으로 도시된다. 즉, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 도시된 바와 같이, 유입구 오리피스 (371) 로부터 피스톤 (350) 을 통해 90 도 기울어진 플로우 경로 (380) 를 통해 유출구 오리피스 (373) 로 흐르는 유체를 위해 구성된다. 예를 들어, 플로우 경로 (380) 는 유체가 프로세싱 챔버 (예를 들어, HRVA 플레이트 아래 영역들을 포함하는 캐소드 액 챔버) 내로 이송되도록 HRVA 플로우 배향일 수도 있다. 본 개시의 실시 예들은 플로우 경로에 대해 임의의 각도로, 그리고 피스톤 (350) 의 바디를 통해 임의의 방향으로 지지한다. 일 구현 예에서, 제 1 유출구 오리피스 (372) 및 제 2 유출구 오리피스 (373) 중 적어도 하나는 프로세스 챔버 내로 나가도록 구성된다. 일 구현 예에서, 밸브 바디 (340) 는 폴리프로필렌 또는 천연 폴리프로필렌으로 구성된다.
제 1 섹션 (351) 은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버 (예를 들어, 습식 증착) 에 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 단면도인, 도 3b에 도시된 바와 같이 피스톤 (350) 이 정확하게 위치될 때 교차-흐름 배향을 위해 구성된다. 특히, 피스톤 (350) 이 제 1 포지션에 있을 때, 유체가 유입구 오리피스로부터 제 1 내부 플로우 경로를 통해 제 1 유출구 오리피스 (예를 들어, 유출구 오리피스 (372)) 로 흐르도록 피스톤의 제 1 섹션 (351) 은 유입구 오리피스 (371) 와 정렬된다. 도시된 바와 같이, 피스톤 (350) 은 완전히 연장된 상태에 있다. 이와 같이, 개방 챔버 영역 (360) 이 보다 더 폐쇄되거나 보다 덜 폐쇄되도록, 피스톤은 보어 (345) 내를 통해 (피스톤 어댑터 (320) 를 통해 이전될 때) 푸시된다. 예를 들어, 피스톤 (350) 은 보어 (345) 의 립 (365) 상에 놓일 수도 있고, 이에 따라 챔버 영역 (360) 을 폐쇄한다. 피스톤 (350) 은 제 1 섹션 (351) 을 통과하는 것과 같이, 교차 유체 플로우 (상당한 회전 없이 일 측면에서 다른 측면으로 교차) 를 위해 내부적으로 구성된다. 그 결과, 인터페이스 (390) 로부터 유입구 오리피스 (371) 로부터 흐르는 유체는 피스톤 (350) 내의 교차-플로우 플로우 경로를 따르고, 유출구 오리피스 (372) 에서 그리고 또 다른 인터페이스 (390) 를 통해 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 나간다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 통한 교차-플로우 배향 플로우 경로 (385) 는 유입구 오리피스 (371) 로 들어가고 유출구 오리피스 (372) 에 존재하는 것으로 도시된다.
밸브 바디 (340) 에 고정적으로 부착되는 다이어프램 클램프 (315) 가 도 3a 및 도 3b에 더 도시된다. 다이어프램 클램프 (315) 는 피스톤 (350) 내에서 흐르는 유체가 보어 (345) 를 통해 그리고 (예를 들어, 선형 운동 액추에이터 (310) 를 향해) 피스톤 밸브 어셈블리의 외부로 통과하는 것을 방지하는 방식으로 다이어프램 (330) 을 밸브 바디 (340) 에 고정하도록 구성된다. 다이어프램 (330) 은 피스톤과 보어의 표면 사이에 위치된 시일이고, 시일은 유체가 보어로부터 밸브 바디 (340) 내의 보어의 제 1 단부를 통과하는 것을 방지하도록 구성되고, 선형 운동 액추에이터 (310) 는 보어의 제 1 단부를 통해 피스톤 (350) 에 커플링된다. 즉, 유체의 흐름은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 유입구 오리피스 (371) 로 들어가고 유출구 오리피스들 (372 또는 373) 중 하나를 통해서만 나가도록 제한된다. 일 구현 예에서, 다이어프램 클램프 (315) 는 PET로 구성된다. 일 실시 예에서, 다이어프램 (330) 은 롤링 다이어프램 (rolling diaphragm) 이고, 합성 고무 및 플루오로폴리머 엘라스토머 (예를 들어, Viton®) 로 구성될 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 시일은 다이어프램이 O-링으로 대체되도록 O-링이다.
일 실시 예에서, 피스톤/밸브 어셈블리는 다른 밸브 구성들로 변환가능하다. 특히, 적합한 밸브 바디와 함께 (예를 들어, 각각 플로우 경로들을 규정하는 상이한 내부 보어들을 갖는) 피스톤들을 스와핑하거나 스위칭함으로써, 피스톤/밸브 어셈블리 내에 설치된 피스톤에 따라 피스톤 바디를 통한 그리고 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 통한 플로우 경로들의 상이한 세트가 달성될 수 있다. 특히, 도 4aa, 도 4ab 및 도 4ba 내지 도 4bc은 본 개시의 실시 예들에 따른, 동일한 밸브 바디에 사용하기 위해 선택된 피스톤 (및 대응하는 내부 플로우 경로들) 에 따라 피스톤/밸브 어셈블리를 통해 상이한 세트들의 플로우 경로들을 제공하도록 변환가능한 다방향 피스톤/밸브 어셈블리의 도면들을 포함한다.
특히, 도 4aa 및 도 4ab는 본 개시의 일 실시 예에 따른, (예를 들어, 습식 증착 프로세스들을 통해) 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 챔버) 내에서 사용하기에 적합하고, 어셈블리 내에서 피스톤을 스위칭하지만 동일한 밸브 바디 및 다른 컴포넌트들을 유지함으로써 (도 4ba 내지 도 4bc의) 다방향 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 로 변환가능한 3 방향 피스톤 밸브 어셈블리 (400A) 의 단면도들이다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 는 액체 화학 물질 플로우를 유입구 오리피스 (예를 들어, 포트) 로부터 하나 이상의 유출구 오리피스 (예를 들어, 포트들) 로 피스톤 밸브 어셈블리 (400A) 내의 피스톤의 위치에 따라 내부 밸브에 걸쳐 저압 강하로 스위칭하도록 구성된다.
피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 는 선택된 피스톤 (450-1) 때문에 도 3a 및 도 3b의 피스톤 밸브 어셈블리 (300) 와 동일하게 기능한다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 는 선형 축 (405) 을 따른 것과 같이, 선형 방식으로 구동되는, 쓰레드된 샤프트 (325) 를 또한 포함하는 선형 운동 액추에이터 (310) 를 포함한다. 또한, 쓰레드된 샤프트 (325) 는 이전에 기술된 바와 같이, 쓰레드된 샤프트 (325) 의 선형 운동이 피스톤 어댑터 (320) 의 선형 운동으로 이전되도록 피스톤 어댑터 (320) 에 커플링된다.
일 실시 예에서, 피스톤 (450-1) 은 피스톤의 베이스를 통해 피스톤 어댑터 (320) 에 부착된다. 또 다른 실시 예에서, 피스톤 (450-1) 은 도 7과 관련하여 이하에 기술될 바와 같이, 일 방향으로의 선형 운동을 위해 피스톤 어댑터와, 반대 방향으로의 운동을 위해 (예를 들어, 스프링에 의해 제공된) 또 다른 힘과 인게이지한다. 두 경우들에서, 쓰레드된 샤프트 (325) 의 선형 운동은 피스톤 어댑터 (320) 로 이전되고, 이어서 밸브 바디 (440) 의 보어 (445) 를 통해 이동하는 피스톤 (450-1) 으로 이전된다.
보다 구체적으로, 밸브 바디 (440) 는 선형 축 (405) 과 정렬되는 보어 (445) 를 둘러싸도록 구성된다. 밸브 바디 (440) 는 유입구 오리피스 (371') 및 복수의 유출구 오리피스들을 포함한다. 예를 들어, 유출구들은 유출구 오리피스 (372'), 오리피스 (373'), 및 오리피스 (470) 를 포함할 수도 있다. 플로우 경로들에 대한 유출구 오리피스들의 선택은 밸브 바디 (440) 와 인게이지되는 피스톤에 따라 결정된다. 예를 들어, 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 의 피스톤 (450-1) 은 유출구 오리피스들 (372' 및 373') 을 포함하는 유출구들의 세트로의 액세스를 제공하는 한편, 도 4ba 내지 도 4bc의 피스톤/밸브 어셈블리 (400B)의 피스톤 (450-2)은 유출구 오리피스들 (372', 373', 및 470) 을 포함하는 상이한 유출구들의 세트로의 액세스를 제공한다.
도 4aa 및 도 4ab의 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 에 도시된 바와 같이, 유출구 오리피스 (470) 는 피스톤 (450-1) 의 보어들에 의해 액세스 가능하지 않고, 효과적으로 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 는 도 3a 및 도 3b의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 와 유사하게 기능한다. 즉, 피스톤 (450) 은 밸브 바디 (440) 의 보어 (445) 내에 포지셔닝되고, 피스톤 (450-1) 을 통해 내부 플로우 경로들을 제공하는 복수의 보어들 (351' 및 352') 을 포함한다. 피스톤 (450-1) 은 유입구 오리피스 (371') 및 유출구 오리피스들 (372' 및 373') 중 하나 이상과 피스톤 (450-1) 내의 보어들 또는 플로우 경로들을 정렬시키도록 밸브 바디 (440) 의 보어 (445) 를 통해 제어 가능하게 이동된다. 피스톤 (450-1) 은 유출구 오리피스 (470) 와 정렬되지 않는다는 것을 주의한다. 예를 들어, 피스톤 (450-1) 이 제 1 포지션에 있을 때 (도 4aa에 도시된 바와 같이), 보어 (351') 는 도 3a의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 정렬과 유사한, 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 를 통한 기울어진 플로우 경로 (예를 들어, HRVA 플로우 배향을 제공하기 위해 엘보우를 통해 90 도 기울어진 회전) 를 제공하도록 유입구 오리피스 (371') 및 유출구 오리피스 (373') 와 정렬된다. 또한, 피스톤 (450-1) 이 제 2 포지션에 있을 때 (도 4ab에 도시된 바와 같이), 보어 (352') 는 도 3b의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 정렬과 유사한, 피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 를 통한 교차-플로우 플로우 경로를 제공하도록 (예를 들어, 피스톤/밸브 어셈블리를 통한 경로에서 어떠한 실질적인 기울어짐 없이) 유입 오리피스 (371') 및 유출구 오리피스 (372') 와 정렬된다.
피스톤/밸브 어셈블리 (400A) 는 동일한 밸브 바디 (440) 뿐만 아니라 다른 컴포넌트들 (예를 들어, 선형 운동 액추에이터 (310), 피스톤 어댑터 (320), 등) 내에서 사용하기 위해 피스톤 (450-2) 으로 의해 스위칭함으로써 다방향 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 로 변환가능하다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 는 선형 축 (405) 과 정렬된 보어 (445) 를 둘러싸도록 구성된 동일한 밸브 바디 (440) 를 포함하고, 밸브 바디 (440) 는 유입구 오리피스 (371') 및 복수의 유출구 오리피스들 (예를 들어, 372', 373', 및 470) 을 포함한다. 이에 더하여, 피스톤 (450-2) 은 유입구 오리피스 (371') 및 하나 이상의 유출구 오리피스들 (전체 세트) (372', 373' 및 470) 과 도 4ba 내지 도 4bc 각각에 도시될 바와 같이, 피스톤 (450-2) 의 보어들 또는 플로우 경로들을 정렬하도록 밸브 바디 (440) 내에 제어가능하게 위치된다.
특히, 도 4ba은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 (예를 들어, 4 방향) 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 의 단면도이고, 피스톤 (450-2) 은 HRVA 플로우 배향에서와 같이, 기울어진 플로우 경로를 제공하도록 포지셔닝된다. 구체적으로, 피스톤 (450-2) 이 제 1 포지션에 있을 때, 보어 (351") 는 도 3a의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 정렬과 유사하게, 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 를 통해 기울어진 플로우 경로 (예를 들어, HRVA 플로우 배향을 제공하기 위해 엘보우를 통해 90 도의 기울어진 회전) 를 제공하도록 유입구 오리피스 (371') 및 유출구 오리피스 (373') 와 정렬된다.
도 4bb는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 (예를 들어, 4 방향) 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 의 단면도이고, 피스톤 (450-2) 은 피스톤 어셈블리를 통해 교차-플로우 배향 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성된다. 구체적으로, 도 3b의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 정렬과 유사한, 피스톤 (450-2) 이 제 2 포지션에 있을 때, 보어 (352") 는 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 를 통한 교차-플로우 플로우 경로를 제공하도록 유입구 오리피스 (371') 및 유출구 오리피스 (372') 와 정렬된다.
도 4bc은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 다방향 (예를 들어, 4 방향) 피스톤 어셈블리의 단면도이고, 피스톤 (450-2) 은 피스톤 어셈블리를 통한 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있다. 구체적으로, 피스톤 (450-2) 이 선형 운동 액추에이터의 운동을 통해 제 3 포지션으로 제어 가능하게 이동될 때, 보어 (453) 는 피스톤 밸브 어셈블리 (400B) 를 통해 기울어진 플로우 경로를 제공하도록 유입구 오리피스 (371') 및 유출구 오리피스 (470) 와 정렬된다.
도 4ba 내지 도 4bc은 단지 예시를 목적으로, 플로우 경로들이 동일한 평면 내에 있는 것으로 도시된, 복수의 플로우 경로들의 예들을 예시한다. 물론, 다른 실시 예들에서, 플로우 경로들은 도 4ba 내지 도 4bc에 도시된 단면들 내외로의 경로들을 포함할 수 있다. 즉, 플로우 경로들은 동일한 평면에 평행할 필요가 없다.
프로세싱 시스템 (100A) 및 피스톤/밸브 어셈블리들 (300, 400A, 및 400B) 의 다양한 모듈들의 상세한 기술과 함께, 도 5의 흐름도 (500) 는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 와 함께 사용하기 적합한 다방향 피스톤 어셈블리를 사용하여 플로우 경로들 사이를 스위칭하기 위한 방법을 예시한다. 특히, 플로우 경로들은 어떤 피스톤이 사용되는지에 따라 선택가능하고, 피스톤 각각은 대응하는 유출구 오리피스 세트에 대한 액세스를 제공하는 대응하는 내부 플로우 경로들의 세트를 갖는다. 예를 들어, 흐름도 (500) 는 도 4aa, 도 4ab 및 도 4ba 내지 도 4bc의 피봇 밸브 어셈블리들 (400A 내지 400B) 을 사용하여 구현될 수도 있다.
510에서, 방법은 피스톤/밸브 어셈블리 내에 밸브 바디를 제공하는 단계를 포함하고, 밸브 바디는 중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성되고, 밸브 바디는 유입구, 프로세스 챔버로 나가는 적어도 하나의 유출구를 포함하는 복수의 유출구들을 포함한다.
이하에 기술된 바와 같이, 어떤 피스톤 바디가 사용되는지에 따라 상이한 세트들의 유출구들이 액세스된다. 예를 들어, 제 1 피스톤은 제 1 유출구들의 세트 중 하나 이상으로의 액세스를 제공하는 제 1 복수의 내부 플로우 경로들을 포함한다. 이에 더하여, 제 2 피스톤은 제 2 유출구들의 세트 중 하나 이상으로의 액세스를 제공하는 제 2 복수의 내부 플로우 경로들을 포함한다.
520에서, 방법은 밸브 바디의 보어 내에 제 1 피스톤을 포지셔닝하는 단계를 포함하고, 제 1 피스톤은 제 1 유출구들의 세트 중 하나 이상에 액세스한다. 530에서, 방법은 제 1 유출구들의 세트의 하나 이상의 유출구들과 유입구 사이에 제 1 플로우 경로를 제공하도록 제 1 복수의 포지션들 사이에서 중심 축을 따라 제 1 피스톤의 선형 운동을 제어하는 단계를 포함한다. 선형 운동은 제 1 피스톤과 커플링하도록 구성된 선형 운동 액추에이터를 통해 제공된다. 예를 들어, 제 1 포지션에서, 유체가 제 1 플로우 경로를 통해 유입구로부터 제 1 유출구로 흐르도록 제 1 피스톤은 유입구와 정렬되고, 제 2 포지션에서 제 1 피스톤은 유체가 제 2 플로우 경로를 통해 유입구로부터 제 2 유출구로 흐르도록 유입구와 정렬된다. 이에 더하여, 또 다른 실시 예에서, 제 3 포지션에서, 제 1 피스톤은 유체가 제 3 플로우 경로를 통해 유입구로부터 제 3 유출구로 흐르도록 유입구와 정렬된다. 또한, 또 다른 실시 예에서, 제 4 포지션에서, 유체가 2 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 유입구로부터 2 이상의 유출구들로 흐르도록 피스톤은 유입구와 정렬된다.
540에서, 방법은 제 1 피스톤을 제 2 피스톤으로 교체하는 단계, 및 밸브 바디의 보어 내에 제 2 피스톤을 포지셔닝하는 단계를 포함하고, 제 2 피스톤은 제 2 세트의 유출구들 중 하나 이상에 액세스한다. 550에서, 방법은 제 2 유출구들의 세트의 하나 이상의 유출구들과 유입구 사이에 제 2 플로우 경로를 제공하도록 제 2 복수의 포지션들 사이에서 중심 축을 따라 제 2 피스톤의 선형 운동을 제어하는 단계를 포함한다. 선형 운동은 제 2 피스톤과 커플링하도록 구성된 선형 운동 액추에이터를 통해 제공된다.
도 6a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기 적합한 도 3a 및 도 3b의 피스톤 어댑터와 3 방향 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 사이의 인터페이싱의 사시도이다. 물론, 도 6a에 기술된 인터페이싱은 다른 실시 예들에서, 도 4aa, 도 4ab 및 도 4ba 내지 도 4bc의 피스톤/밸브 어셈블리 (400A 및 400B) 에 사용하기에 적합하다.
특히, 피스톤 어댑터 (320) 는 임의의 적합한 부착 메커니즘을 통해, 예컨대 쓰레드된 샤프트 (325) 를 통해 선형 운동 액추에이터 (310) 에 고정적으로 부착된다. 이에 더하여, 피스톤 어댑터 (320) 는 임의의 적합한 부착 메커니즘을 통해 피스톤 (350) 에 고정적으로 부착된다. 예를 들어, 스크루들 (610) 은 피스톤 어댑터를 피스톤 (350) 에 고정적으로 부착하도록 사용될 수도 있다. 예시를 위해, 스크루들 (610) 은 -10 내지 24 × 1/2" (inch) 의 치수일 수도 있다. 이러한 방식으로, 피스톤 어댑터 (320) 와 피스톤 (350) 사이의 고정된 부착으로 인해, 피스톤 어댑터 (320) 가 이동함에 따라, 피스톤 (350) 도 이동한다. 도시된 바와 같이, 피스톤 (350) 은 밸브 바디 (340) 의 보어 (345) 내에 포지셔닝된다. 이와 같이, 쓰레드된 샤프트 (325) 를 통한 선형 운동 액추에이터의 선형 운동은 피스톤 어댑터 (320) 의 선형 운동으로 이전되고, 또한 피스톤 (350) 의 선형 운동으로 이전된다.
이에 더하여, 도 6a는 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 외부로 (예를 들어, 선형 운동 액추에이터 (310) 를 향해 보어 (345) 및 피스톤 (350) 의 내부 보어들 또는 플로우 경로들로부터) 의 유체 흐름을 방지하도록 구성된 다이어프램 (330) 의 확대도를 제공한다. 특히, 다이어프램 (330) 의 외측 에지 (635) 는 밸브 바디 (340) 의 상단 표면 (341) 과 다이어프램 클램프 (315) 사이에 포지셔닝된다. 또한, 다이어프램을 제자리에 록킹하기 (lock) 위해, 다이어프램 클램프 (315) 는 밸브 바디 (340) 에 고정적으로 부착되고 스크루들 (620) 과 같은 임의의 적합한 부착 메커니즘을 통해 둘 사이에 다이어프램 (330) 의 외측 에지 (635) 를 압착한다. 예시를 위해, 스크루들 (620) 은 -10 내지 24 × 1/2" (inch) 의 치수일 수도 있다.
다이어프램 (330) 은 롤링 다이어프램이지만, 다른 타입들의 다이어프램들이 다른 실시 예들에서 사용될 수도 있다. 특히, 도 6b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 피스톤 어댑터 (330), 피스톤 (350), 밸브 바디 (340) 및 다이어프램 클램프 (315) 사이의 인터페이싱에 사용하도록 구성된 롤링 다이어프램 (330) 의 사시도이다. 홀들 (630) 은 스크루들 (620) 에 의한 액세스로 하여금 피스톤 (350) 을 통해 도달하게 하지만, 일단 피스톤 어댑터 (320) 가 피스톤 (350) 에 고정적으로 부착되면 다이어프램 쓰루 홀들 (630) 을 통해 누설이 발생하지 않도록 설계된다. 일 구현 예에서, 롤링 다이어프램은 Viton® 코팅된 PET 직물로 이루어진다. 다른 실시 예에서, 다이어프램 (330) 은 피스톤 (350) 이 적절히 설치되는 것을 보장하도록 사용될 수도 있는 클로킹 피처들 (636) 을 포함한다. 또 다른 실시 예에서, 다이어프램에 의해 수행된 시일링 기능은 O-링을 사용하여 수행될 수도 있다. 일 구현 예에서, 다이어프램 (330) 은 적어도 3 만 사이클 동안 화학 물질에서 연속적으로 사용되도록 등급화된다. 예를 들어, 사이클은 다이어프램을 완전히 (예를 들어, 피스톤 (350) 의 선형 운동에 대응하는 대략 1.125" 스트로크 범위로) 연장하는 (롤아웃하는) 것을 포함할 수도 있고 (도 3b 참조), 이어서 다이어프램으로 하여금 디폴트 상태로 수축하게 (롤업) 한다 (도 3a 참조).
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합하고, 선형 운동 액추에이터가 수축됨에 따라 피스톤 어셈블리에서 피스톤을 푸시하는 단일-동작 선형 운동 액추에이터와 함께 사용되는 스프링 리턴을 포함한 3 방향 피스톤/밸브 어셈블리 (700) 의 단면도이다.
피스톤/밸브 어셈블리 (700) 는 피스톤 (350) 은 피스톤 어댑터 (320) 에 고정적으로 부착되지 않는 것을 제외하고, 도 3a 및 도 3b의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 와 유사하다. 예를 들어, 피스톤/밸브 어셈블리 (700) 는 피스톤 (350) 에 피스톤 어댑터 (320) 를 부착하는 도 6a에 도시된 부착 메커니즘 (예를 들어, 스크루들 (610)) 을 갖지 않는다. 반대로, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 피스톤 어댑터 (320) 는 양방향으로 선형 운동을 제공하도록 피스톤 (350) 과 능동적으로 인게이지한다. 즉, 선형 운동 액추에이터 (310) 가 밖으로 연장됨에 따라, 피스톤 어댑터 (320) 는 밸브 바디 (340) 의 보어 (345) 를 통해 피스톤 (350) 을 푸시한다 (도 3a 참조). 또한, 선형 운동 액추에이터 (310) 가 후퇴함에 따라, 피스톤 어댑터 (320) 는 보어 (345) 를 통해 다시 피스톤 (350) 을 능동적으로 풀링한다 (pull) (도 3b 참조).
한편, 피스톤 어댑터 (320) 는 도 7의 피스톤/밸브 어셈블리 (700) 의 피스톤 (350) 에 고정적으로 부착되지 않기 때문에, 피스톤 어댑터 (320) 는 일 방향으로만 피스톤 (350) 과 수동적으로 인게이지한다. 예를 들어, 선형 운동 액추에이터 (310) 가 밖으로 연장됨에 따라, 피스톤 어댑터 (320) 는 피스톤 (350) 과 콘택트하고 밸브 바디 (340) 의 보어 (345) 를 통해 피스톤을 푸시한다 (도 3a 참조). 그러나, 선형 운동 액추에이터 (310) 가 수축됨에 따라, 피스톤 어댑터 (320) 가 피스톤 (350) 에 고정적으로 부착되지 않기 때문에, 피스톤 (350) 은 보어를 통해 능동적으로 뒤로 풀링되지 않는다. 즉, 선형 운동 액추에이터 (310) 는 단일-동작 액추에이션을 제공한다. 이 경우, 스프링 (710) 은 디폴트 상태 (예를 들어, 다이어프램 (330) 을 통해 피스톤 어댑터 (320) 와 콘택트하는 피스톤 (350) 의 상단 표면 (359)) 로의 피스톤 (350) 의 복귀를 제공한다. 도시된 바와 같이, 스프링 (710) 은 보어 (345) 의 캐비티 (360) 내에 놓이고, 립 (361) 상에 놓인다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기에 적합하고, 피스톤/밸브 어셈블리의 내부 구성에 따른 고 플로우 경로들 및 저 플로우 경로들을 갖도록 구성된 양방향 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 의 단면도들이다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 는 양방향 구성으로 도시되고, 피스톤 (850) 은 각각 피스톤 (850) 을 통한 교차-플로우 배향인 2 개의 오리피스 플로우 경로들 사이에서 포지션들을 스위칭한다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 는 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 내 피스톤 (850) 의 포지션에 따라 내부 밸브에 걸친 저압 강하를 사용하여 유입구 오리피스 (871) 로부터 단일 유출구 오리피스 (872) 로 액체 화학 물질 플로우를 스위칭하도록 구성된다.
피스톤/밸브 어셈블리 (800) 는 이전에 기술된 바와 같이 선형 운동 액추에이터 (310) 를 포함한다. 선형 운동 액추에이터 (310) 는 선형 축 (805) 을 따라 운동을 제공한다. 액추에이터 (310) 의 선형 운동은 (예를 들어, 쓰레드된 샤프트 및 피스톤 어댑터 (320) 를 통해) 피스톤 밸브 어셈블리들 (300 및 400A 및 400B) 과 관련하여 이전에 기술된 바와 같이, 피스톤 (850) 으로 이전된다.
피스톤/밸브 어셈블리 (800) 는 선형 축 (805) 과 정렬된 보어 (845) 를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디 (840) 를 포함한다. 밸브 바디 (840) 는 유입구 오리피스 (871) 및 유출구 오리피스 (872) 를 포함한다. 유출구 오리피스 (872) 는 피스톤 (840) 을 통한, 그리고 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 를 통한 교차-플로우 플로우 경로를 제공한다.
이에 더하여, 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 는 밸브 바디 (840) 의 보어 (845) 내에 포지셔닝된 피스톤 (850) 을 포함하고, 피스톤 (850) 을 통한 내부 플로우 경로들을 제공하는 복수의 보어들을 포함한다. 특히, 피스톤 (850) 은 제 1 섹션 (851) 및 제 2 섹션 (852) 을 포함한다. 제 1 섹션 (851) 은 고 플로우의 제 1 플로우 경로를 갖도록 구성되고, 제 2 섹션 (852) 은 저 플로우의 제 2 플로우 경로를 갖도록 구성된다. 이전에 기술된 바와 같이, 피스톤 (850) 은 제 1 포지션과 제 2 포지션 사이에서 보어 (845) 를 통한 피스톤 (850) 의 선형 운동을 제어하도록 구성된 선형 운동 액추에이터 (310) 에 (예를 들어, 고정적으로 또는 콘택트를 통해) 적응적으로 커플링된다. 이러한 방식으로, 피스톤 (850) 은 2 개의 플로우 경로들 사이에서 선택하도록 밸브 바디 (940) 의 보어 (845) 를 통해 제어 가능하게 이동된다. 예를 들어, 피스톤 (840) 이 제 1 포지션에 있을 때, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제 1 섹션 (851) 은 유체가 고 플로우 경로 (예를 들어, 주 프로세스 플로우 경로) 를 통해 흐르도록 유입구 오리피스 (871) 및 유출구 오리피스 (872) 와 정렬된다. 또한, 피스톤 (840) 이 제 2 포지션에 있을 때, 제 2 섹션 (852) 은 유체가 저 플로우 경로 (예를 들어, HRVA 플로우 배향에서와 같이 2 차 프로세스 플로우 경로) 를 통해 흐르도록 유입구 오리피스 (871) 및 유출구 오리피스 (872) 와 정렬된다. 예를 들어, 제 2 섹션 (852) 은 유입구 오리피스 (871) 와 유출구 오리피스 (872) 사이의 유체의 흐름량을 제한하기 위한 환원기를 포함할 수도 있다. 일 실시 예에서, 밸브 바디 (840) 를 교체하거나 별도의 제한기 하드웨어를 설치하지 않고 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 를 통한 플로우 레이트들을 튜닝하기 위해 상이한 환원 피스톤들을 제공하도록 (예를 들어, 피스톤 (850) 이외의) 다양한 다른 피스톤들이 사용될 수있다. 예를 들어, 다양한 피스톤들이 밸브 바디 (840) 내에 설치될 수 있고, 피스톤 각각은 상이한 사이즈들의 환원 피스톤들을 갖고, 상이한 사이즈들은 상이한 플로우 레이트들을 갖는다. 이러한 방식으로, 피스톤/밸브 어셈블리 (800) 는 도 8a 내지 도 8b에 도시된 2 개의 플로우 레이트 (예를 들어, 전체 및 환원된) 로 제한되지 않고, 어떤 피스톤이 밸브 바디 (840) 내에 설치되는지에 따라 하나 이상의 선택 가능한 플로우 레이트들로 구성될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리 (300A) 를 예시하고, 어셈블리 (300A) 의 다양한 내부 상태들은 센서들 및 대응하는 자석들을 포지셔닝하는 것을 통해 결정될 수도 있다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 는 상태를 결정하기 위해 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들의 부가를 제외하고, 도 3a 및 도 3b의 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 와 유사하다. 예를 들어, 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 는 피스톤 밸브 어셈블리 (300A) 내의 피스톤의 포지션, 및 피스톤/밸브 어셈블리 내에서 사용되는 피스톤에 따라 내부 밸브에 걸친 저압 강하로 액체 화학 물질 플로우를 유입구 오리피스 (예를 들어, 포트) 로부터 하나 이상의 유출구 오리피스 (예를 들어, 포트들) 로 스위칭하도록 구성된다.
특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 는 피스톤 상태를 검출하기 위한 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들을 포함하는 다인자 센서 시스템을 포함한다. 일 실시 예에서, 멀티-팩터 센서 시스템은 피스톤 (350) 의 복수의 위치들에 복수의 자석들 (910) 을 포함한다. 순전히 예시를 위해, 자석들 (910) 은 피스톤 (350) 내로 임베딩되는 (예를 들어, 플러그 및 에폭시로 포팅된 (pot)) 네오디뮴 자석들일 수도 있다. 이에 더하여, 다인자 센서 시스템은 서로에 대해 적절히 포지셔닝될 때 대응하는 자석을 픽업하거나 검출하도록 구성된 밸브 바디 (340) 내의 복수의 위치들에 복수의 자기 센서들 (920) 을 포함한다. 일 구현 예에서, 자석들은 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 의 다양한 상태들에서 대응하는 자석들을 검출하기 위해 사용된 단거리 홀 효과 센서들일 수도 있다. 예를 들어, 센서들은 0.2" 검출 범위를 갖는 24 V DC, 0.8 A 스테인리스 스틸 센서를 포함하는 특성들을 가질 수도 있다. 일 구현 예에서, 센서들 각각은 상태를 결정하기 위해 대응하는 자석과 정렬하도록 구성되어, 대응하는 자석 및 센서 쌍이 정렬될 때 유체가 유입구로부터 하나 이상의 대응하는 유출구 경로를 통해 하나 이상의 유출구로 유체가 흐르도록 피스톤이 대응하는 포지션으로 이동된다는 것을 나타낸다.
2 인자 센서 시스템에서, 결합된 두 센서들로부터의 정보는 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 의 상태 및 대응하는 플로우 경로를 나타낸다. 특히, 도 9a에 도시된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 는 제 2 섹션 (352) (엘보우를 포함함) 을 통해 90 도 기울어진 플로우 경로 (380) 를 통해 유입구 (미도시) 로부터 유출구 (미도시) 로 흐르는 유체를 위해 구성된다 (또한 도 3a 참조). 예를 들어, 플로우 경로 (380) 는 HRVA 플로우 배향을 수행할 수도 있다. 센서들은 유체가 기울어진 글로우 경로 (380) 를 통해 흐르고 있다는 것을 나타낼 수 있다. 특히, 도 9a에 도시된 바와 같이, HRVA 플로우 배향에서, 상단 센서 (920A) 는 대응하는 상단 자석 (910A) 과 정렬되지 않고 따라서 대응하는 상단 자석 (910A) 을 감지하거나 검출하지 않는다. 이와 같이, 상단 센서 (920A) 는 OFF 포지션에 있을 수도 있다. 다른 한편으로, 하단 센서 (920B) 는 대응하는 하단 자석 (910B) 과 정렬되고 따라서 대응하는 하단 자석 (910B) 을 검출한다. 이와 같이, 하단 센서는 ON 포지션에 있을 수도 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 는 교차-플로우 플로우 경로 (385) 의 유입구 (미도시) 로부터 유출구 (미도시) 로 유체가 흐르도록 구성된다 (또한 도 3b 참조). 예를 들어, 교차-플로우 배향은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 유입구로부터 유출구로 흐르는 유체 플로우에 대한 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 통한 주 플로우 경로일 수도 있다. 교차-플로우 배향에서, 상단 센서 (920A) 는 대응하는 상단 자석 (910A) 과 정렬되고 따라서 이를 검출한다. 이와 같이, 상단 센서는 ON 포지션에 있을 수도 있다. 한편, 하단 센서 (920B) 는 대응하는 하단 자석 (910B) 과 정렬되지 않고, 따라서 감지하거나 검출하지 않는다. 이와 같이, 하단 센서는 OFF 포지션에 있을 수도 있다.
2 인자 센서 시스템은 상태 검출을 위해 리던던시를 구축하고, 따라서 보다 정확하다 (예를 들어, 보다 적은 잘못된 판독 값들). 즉, 두 센서들은 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 의 상태를 결정하기 위해 특정한 포지션 (예를 들어, 상태 또는 판독) 에 있어야 한다. 센서에 대해 인식된 포지션 (예를 들어, 상태 또는 판독 값) 에 있지 않다면, 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 에 대한 에러 상태가 나타난다 (예를 들어, 피스톤 (350) 은 보어 내에 적절히 정렬되지 않는다). 이에 더하여, 도 9a 및 도 9b에 도시된 센서들 및 대응하는 자석들의 배치는 순전히 예시를 위한 것이고, (페어링되거나 쌍을 이루지 않은) 자석들의 위치들 및 수들은 상이한 구성들의 다인자 센서 시스템들이 가능하도록 수정될 수 있다.
이하의 논리 표는 피스톤/밸브 어셈블리 (300A) 에 대한 상태의 검출을 제공한다.
Figure pct00001
도 9c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) 내에서 사용하기에 적합한 다방향 피스톤 어셈블리 (400B') 를 예시하고, 피스톤 어셈블리는 피스톤 어셈블리 센서 자석들 및 대응하는 자기 센서들의 상태들을 결정하기 위해 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들을 포함한다. 피스톤/밸브 어셈블리 (400B') 는 상태를 결정하기 위한 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들의 부가를 제외하고, 도 4ba 내지 도 4bc의 피스톤/밸브 어셈블리 (400B) 와 유사하다. 예를 들어, 피스톤/밸브 어셈블리 (400B') 는 피스톤 밸브 어셈블리 (400B') 내의 피스톤의 포지션, 및 피스톤/밸브 어셈블리 내에서 사용되는 피스톤에 따라 내부 밸브에 걸친 저압 강하로 액체 화학 물질 플로우를 유입구 오리피스 (예를 들어, 포트) 로부터 하나 이상의 유출구 오리피스 (예를 들어, 포트들) 로 스위칭하도록 구성된다.
피스톤/밸브 어셈블리 (400B') 는 피스톤 상태를 검출하기 위한 포지셔닝 센서들 및 대응하는 자석들을 포함하는 다인자 센서 시스템을 포함한다. 일 실시 예에서, 멀티-팩터 센서 시스템은 피스톤 (450) 의 복수의 위치들에 복수의 자석들 (910) (예를 들어, 910C, 910D, 및 910E) 을 포함한다. 이에 더하여, 서로에 대해 적절히 포지셔닝될 때 대응하는 자석을 픽업하거나 검출하도록 구성된 밸브 바디 (440) 내의 복수의 포지션들에 복수의 자기 센서들 (920) (예를 들어, 920C, 920D, 및 920E) 을 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 도 9c에 도시된 바와 같이, 센서 (920C)/자석 (910C), 센서 (920D)/자석 (910D), 및 센서 (920E)/자석 (910E) 를 포함하는 3 개의 센서 자석 쌍들은 피스톤/밸브 어셈블리 (400B') 의 상태를 결정한다.
센서 시스템은 단일 인자 시스템 또는 다인자 시스템으로 구성될 수도 있다. 다인자 실시 예에서, 일 센서/자석 쌍이 정렬될 때 (예를 들어, 센서가 ON일 때), 나머지 센서/자석 쌍들은 정렬되지 않고, 이들 센서들은 OFF일 수도 있다. 예를 들어, 도 9c에 도시된 바와 같이, 센서 (920D)/자석 (910D) 쌍은 정렬되지만, 센서 (920C)/자석 (910C) 및 센서 (920E)/자석 (910E) 은 정렬되지 않는다. 이와 같이, 다인자 센서 상태에 기초하여, 피스톤/밸브 어셈블리 (400B') 는 HRVA 배향과 같은 기울어진 배향 (예를 들어, 90 도 플로우 경로) 에 있다. 단일 인자 실시 예에서, 센서/자석 쌍은 (예를 들어, 대응하는 플로우 경로에 대해) 피스톤/밸브 어셈블리 (400B') 의 상태를 결정하도록 정렬된다.
도 10a 내지 도 10c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (전기 도금 셀) 에서 사용하기에 적합한 다방향 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 를 예시하고, 피스톤 (1050) 은 유입구로부터 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 를 통해 하나 이상의 유출구들로 유체가 흐르도록 구성된다. 특히, 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 는 액체 화학 물질 플로우를 유입구 오리피스 (371") (예를 들어, 포트) 로부터 하나 이상의 유출구 오리피스 (372", 373", 및 470') (예를 들어, 포트들) 로 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 내의 피스톤 (1050) 의 포지션에 따라 내부 밸브에 걸쳐 저압 강하로 스위칭하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 이하에 기술될 바와 같이, 유체 플로우는 복수의 유출구 오리피스들로 이루어질 수 있다.
피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 는 선형 축 (1005) 을 따라와 같이, 선형 방식으로 구동되는, 쓰레드된 샤프트 (325) 를 또한 포함하는 선형 운동 액추에이터 (310) 를 포함한다. 또한, 쓰레드된 샤프트 (325) 는 이전에 기술된 바와 같이, 쓰레드된 샤프트 (325) 의 선형 운동이 피스톤 어댑터 (320), 및 궁극적으로 피스톤 (1050) 의 선형 운동으로 이전되도록 피스톤 어댑터 (320) 에 커플링된다.
보다 구체적으로, 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 의 밸브 바디 (440') 는 피스톤/밸브 어셈블리 (400A 및 400B) 의 밸브 바디와 동일하다. 특히, 밸브 바디 (440') 는 선형 축 (1005) 과 정렬되는 보어 (1045) 를 둘러싸도록 구성된다. 밸브 바디 (440) 는 유입구 오리피스 (371") 및 복수의 유출구 오리피스들을 포함한다. 예를 들어, 유출구들은 유출구 오리피스 (372"), 오리피스 (373"), 및 오리피스 (470') 를 포함할 수도 있다. 피스톤 (1050) 은 유입구 오리피스 (371") 및 유출구 오리피스들 (372", 373", 및 470') 중 하나 이상과 피스톤 (1050) 내의 보어들 또는 플로우 경로들을 정렬 시키도록 밸브 바디 (440') 의 보어 (1045) 를 통해 제어 가능하게 이동된다.
도 10a는 다방향 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 의 단면도이고, 피스톤 (1050) 은 HRVA 플로우 배향과 같이 기울어진 플로우 경로를 제공하도록 포지셔닝된다. 구체적으로, 피스톤 (1050) 이 제 1 포지션에 있을 때, 보어 (1051) 는 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 를 통한 기울어진 플로우 경로 (예를 들어, HRVA 플로우 배향을 제공하도록 엘보우를 통해 90 도의 기울어진 회전) 를 제공하도록 유입구 오리피스 (371") 및 유출구 오리피스 (373") 와 정렬된다.
도 10b는 피스톤 (1050) 이 복수의 내부 플로우 경로들에 액세스하도록 포지셔닝되는, 다방향 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 의 단면도이다. 특히, 피스톤 (1050) 은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 하나 이상의 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 피스톤은 유입구로부터 피스톤 어셈블리를 통해 감소된 직경의 2 개의 플로우 경로로 분할되는 기울어진 플로우 경로를 통해 복수의 유출구들로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있다. 구체적으로, 피스톤이 선형 운동 액추에이터 (310) 의 운동을 통해 제 2 포지션으로 제어 가능하게 이동될 때, 유체는 유입구 오리피스 (371") 로부터 유출구 오리피스 (372") 의 일부로 그리고 유출구 오리피스 (470') 의 일부로 흐른다. 즉, 피스톤 (1050) 의 제 2 포지션에서, 유체는 유입구 (371") 로부터 플로우 경로 (1052) 를 통해, 그리고 플로우 경로 (1052A) 를 통해 유출구 오리피스 (372") 밖으로 나가도록, 플로우 경로 (1052B) 를 통해 유출구 오리피스 (470') 밖으로 나가도록 흐른다. 유출구 오리피스들 각각으로의 플로우 레이트들은 동일하게 또는 동일하지 않게 감소될 수도 있다.
도 10c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 다방향 피스톤 어셈블리 (1000) 의 단면도를 예시하고, 피스톤이 피스톤/밸브 어셈블리 (1000) 를 통해 기울어진 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성되고, 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있다. 구체적으로, 피스톤 (1050) 이 선형 운동 액추에이터의 운동을 통해 제 3 포지션으로 제어 가능하게 이동될 때, 보어 (453) 는 피스톤 밸브 어셈블리 (1000B) 를 통해 기울어진 플로우 경로를 제공하도록 유입구 오리피스 (371") 및 유출구 오리피스 (470') 와 정렬된다.
도 11a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버 (예를 들어, 전기 도금 셀) (1150) 에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤 어셈블리의 사시도, 절단 단면도이고, 피스톤은 피스톤 어셈블리를 통해 유입구로부터 선택된 유출구로 유체가 흐르도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 를 통해 90 도 기울어진 플로우 경로를 통해, 예컨대 피스톤 (350) 의 제 2 섹션 (352) 을 통해 유입구 (371) 로부터 유출구 (373A) 로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 유출구 (373A) 로부터 흐르는 유체가 HRVA 플레이트 아래 캐소드 액 챔버의 영역으로 지향되는 채널 (1110) 로 들어가도록 기울어진 플로우 경로는 HRVA 플로우 배향일 수도 있다. 일 실시 예에서, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 프로세스 챔버 (1150) 외부에 장착된다. 또 다른 실시 예에서, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 프로세스 챔버 (1150) 의 벽 내에 통합된다.
도 11b 및 도 11c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 (예를 들어, 습식 증착) 프로세스 챔버에서 사용하기에 적합한 3 방향 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 의 사시도들 및 절단 단면도들로서, 피스톤은 유입구로부터 선택된 유출구로 피스톤 어셈블리를 통해 유체가 흐르도록 구성된다. 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 에서, 피스톤은 피스톤 (350) 의 제 1 섹션 (351) 을 통해서와 같이, 피스톤 어셈블리를 통해 교차-플로우 배향 플로우 경로를 통해 유입구로부터 유출구로 유체가 흐르도록 구성될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 피스톤/밸브 어셈블리 (300) 는 프로세스 챔버 (1150) 외부에 장착된다. 예를 들어, 교차 플로우 배향으로 흐르는 유체는 (예를 들어, 유입구 포트들을 통해 애노드 액 챔버로 유체를 전달하기 위해 채널들 (1106) 에 액세스하는) 주 프로세스 플로우일 수도 있다.
도 12는 상기 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (1200) 을 도시한다. 예를 들어, 제어 모듈 (1200) 은 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 제어 모듈 (1200) 은 부분적으로 센싱된 값들에 기초하여 시스템의 디바이스들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어 모듈 (1200) 은 센싱된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 기초하여 밸브들 (1202), 필터 가열기들 (1204), 펌프들 (1206), 및 기타 디바이스들 (1208) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (1200) 은 단지 예를 들어, 압력 마노미터들 (1210), 플로우 미터들 (1212), 온도 센서들 (1214), 및/또는 기타 센서들 (1216) 로부터 센싱된 값들을 수신한다. 제어 모듈 (1200) 은 또한 전구체 전달 및 막의 증착 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 제어 모듈 (1200) 은 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다.
제어 모듈 (1200) 은 전구체 전달 시스템 및 증착 장치의 액티비티들을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (1200) 은 프로세스 타이밍, 전달 시스템 온도, 및 필터들에 걸친 압력 차들, 밸브 포지션들, 가스들의 혼합물, 챔버 압력, 챔버 온도, 기판 온도, RF 전력 레벨들, 기판 척 또는 페데스탈 포지션, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행한다. 제어 모듈 (1200) 은 또한 압력 차를 모니터링할 수도 있고 하나 이상의 경로들로부터 하나 이상의 다른 경로들로 증기 전구체 전달을 자동으로 스위칭할 수도 있다. 제어 모듈 (1200) 과 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다.
통상적으로 제어 모듈 (1200) 과 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (1218) (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 (1220) 을 포함할 수도 있다.
프로세스 시퀀스에서 전구체의 전달, 증착 및 다른 프로세스들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램들은 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C++, Pascal, Fortran 또는 다른 것들로 작성될 수 있다. 컴파일된 객체 코드 또는 스크립트는 프로그램에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행된다.
제어 모듈 파라미터들은 예를 들어, 필터 압력 차들, 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, RF 전력 레벨들 및 저 주파수 RF 주파수와 같은 플라즈마 조건들, 냉각 가스 압력, 및 챔버 벽 온도와 같은 프로세스 조건들에 관련된다.
시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계되거나 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브 루틴들 또는 제어 객체들이 본 발명의 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 코드, 프로세스 가스 제어 코드, 압력 제어 코드, 가열기 제어 코드, 및 플라즈마 제어 코드를 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 기판을 페데스탈 또는 척 상으로 로딩하도록 그리고 기판과 가스 유입구 및/또는 타깃과 같은 챔버의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용되는 챔버 컴포넌트들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드 및 선택 가능하게 챔버 내 압력을 안정화시키기 위해 증착 전에 챔버 내로 가스를 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 필터 모니터링 프로그램은 측정된 차(들)를 미리 결정된 값(들)과 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. 가열기 제어 프로그램은 전구체 전달 시스템, 기판 및/또는 시스템의 다른 부분들 내의 컴포넌트들을 가열하기 위해 가열 유닛들로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 가열기 제어 프로그램은 기판 척으로의 헬륨과 같은 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다.
증착 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 질량 유량 제어 모듈들, 압력 마노미터들 (1210) 과 같은 압력 센서들, 및 전달 시스템 내에 위치된 열전대들 (thermocouple), 페데스탈 또는 척, 및 도 9a 내지 도 9c의 상태 센서들 (920) 을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들은 목표된 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다. 전술한 바는 단일 또는 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴에서 본 개시의 실시 예들의 구현 예를 기술한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (기판 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 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, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 기판 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 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), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 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 특정한 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플 링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 기판 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부의 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현재 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 메트릭들을 조사하고, 현재 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현재 프로세싱에 후속하는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스 시작하도록 시스템에 대한 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 제공할 수 있다.
원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 수행될 프로세스의 타입 및 제어기가 인터페이싱하거나 제어하도록 구성된 툴의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예를 들어, 함께 네트워킹되고 공통 목적, 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 향해 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 결합하는 (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치된 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
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 챔버 또는 모듈, ALE 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 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 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 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, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
실시 예들의 전술한 기술은 예시 및 기술의 목적으로 제공되었다. 이는 본 개시를 포괄하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 특정한 실시 예의 개별적인 엘리먼트들 또는 특징들은 일반적으로 특정한 실시 예로 제한되지 않고, 구체적으로 도시되거나 기술되지 않더라도 적용 가능한 경우, 상호 교환 가능하고, 선택된 실시 예에서 사용될 수 있다. 동일한 것이 또한 많은 방식들로 가변될 수도 있다. 이러한 변형들은 본 개시로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
전술한 실시 예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 실시 예들은 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 실시 예들은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 청구항들의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (29)

  1. 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버와 함께 사용하기 적합한 밸브 어셈블리에 있어서,
    중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디로서, 상기 밸브 바디는 유입구, 제 1 유출구, 및 제 2 유출구를 포함하고, 상기 제 1 유출구 및 상기 제 2 유출구 중 적어도 하나는 상기 프로세스 챔버 내로 나가는, 상기 밸브 바디;
    제 1 섹션 및 제 2 섹션을 갖는 피스톤으로서, 상기 제 1 섹션은 제 1 플로우 경로를 갖도록 구성되고, 그리고 상기 제 2 섹션은 제 2 플로우 경로를 갖도록 구성되는, 상기 피스톤;
    상기 피스톤과 커플링하도록 구성되고 제 1 포지션과 제 2 포지션 사이의 상기 보어를 통한 상기 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성된 선형 운동 액추에이터 (linear motion actuator) 를 포함하고,
    상기 제 1 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 상기 제 1 유출구로 상기 제 1 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤의 상기 제 1 섹션을 상기 유입구와 정렬시키고,
    상기 제 2 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 상기 제 2 유출구로 상기 제 2 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤의 상기 제 2 섹션을 상기 유입구와 정렬시키는, 밸브 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤과 상기 보어의 표면 사이에 포지셔닝된 시일 (seal) 을 더 포함하고, 상기 시일은 상기 보어로부터 상기 밸브 바디의 상기 보어의 제 1 단부를 통해 유체가 통과하는 것을 방지하도록 구성되고, 상기 선형 운동 액추에이터는 상기 보어의 상기 제 1 단부를 통해 상기 피스톤에 커플링되는, 밸브 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시일은 롤링 다이어프램 (rolling diaphragm) 을 포함하는, 밸브 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 시일은 O-링을 포함하는, 밸브 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 운동 액추에이터는 공압 실린더 (pneumatic cylinder) 를 포함하고;
    상기 밸브 어셈블리는 상기 피스톤의 베이스 (base) 에 부착되도록 구성된 피스톤 어댑터로서, 상기 베이스는 상기 제 1 섹션에 인접한 상기 피스톤 어댑터를 더 포함하고,
    상기 피스톤 어댑터는 상기 공압 실린더의 샤프트에 부착되도록 구성되고, 상기 샤프트의 상기 선형 운동은 상기 피스톤 어댑터를 통해 상기 피스톤으로 이전되는 (translate), 밸브 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 운동 액추에이터는 서보 모터를 포함하는, 밸브 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구를 통해 상기 밸브 어셈블리로 들어가는 유체는 상기 유입구로부터 상기 제 1 유출구 및 상기 제 2 유출구 중 하나로 유체 플로우를 유도하도록 상기 보어 내보다 높은 압력인, 밸브 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 바디의 상기 보어의 제 2 단부 내에 장착된 스프링을 더 포함하고, 상기 스프링은 상기 선형 운동 액추에이터가 수축될 (retract) 때 상기 보어의 제 1 단부를 향해 상기 피스톤을 푸시하도록 구성되는, 밸브 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤이 상기 제 1 포지션 또는 상기 제 2 포지션에 있는지 여부를 검출하기 위한 2-인자 센서 시스템을 더 포함하고,
    상기 2-인자 센서 시스템은,
    상기 피스톤 내 제 1 위치의 제 1 자석;
    상기 피스톤 내 제 2 위치의 제 2 자석;
    상기 밸브 바디 내 제 1 위치의 제 1 자기 센서; 및
    상기 밸브 바디 내 제 2 위치의 제 2 자기 센서를 포함하고,
    상기 피스톤이 상기 제 1 포지션에 있을 때, 상기 제 1 자석 및 상기 제 1 자기 센서는 정렬되고 그리고 상기 제 2 자석 및 상기 제 2 자기 센서는 정렬되지 않고,
    상기 피스톤이 상기 제 2 포지션에 있을 때, 상기 제 1 자석 및 상기 제 1 자기 센서는 정렬되지 않고 그리고 상기 제 2 자석 및 상기 제 2 자기 센서는 정렬되는, 밸브 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 운동 액추에이터는 유체가 상기 유입구로부터 상기 제 1 플로우 경로를 통해 상기 제 1 유출구의 일부분으로 그리고 상기 제 2 플로우 경로를 통해 상기 제 2 유출구의 일부분으로 흐르도록, 제 3 포지션으로 상기 피스톤의 운동을 제어하도록 구성되는, 밸브 어셈블리.
  11. 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버와 함께 사용하기 적합한 밸브 어셈블리에 있어서,
    중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디로서, 상기 밸브 바디는 유입구, 복수의 유출구들을 포함하고, 유출구들 중 적어도 하나는 상기 프로세스 챔버 내로 나가는, 상기 밸브 바디;
    복수의 플로우 경로들을 갖는 피스톤;
    상기 피스톤과 커플링하도록 구성되고 복수의 포지션들 사이의 상기 보어를 통한 상기 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성된 선형 운동 액추에이터를 포함하고,
    유체가 상기 유입구로부터 하나 이상의 대응하는 플로우 경로들을 통해 하나 이상의 유출구들로 흐르도록 대응하는 포지션에서 상기 피스톤이 이동하는, 밸브 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 제 1 유출구로 제 1 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키고,
    제 2 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 제 2 유출구로 제 2 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키는, 밸브 어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 3 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 제 3 유출구로 제 3 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키는, 밸브 어셈블리.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 1 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 2 이상의 유출구들로 2 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키는, 밸브 어셈블리.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 피스톤과 상기 보어의 표면 사이에 포지셔닝된 시일을 더 포함하고, 상기 시일은 상기 보어로부터 상기 밸브 바디의 상기 보어의 제 1 단부를 통해 통과하는 것을 방지하도록 구성되고, 상기 선형 운동 액추에이터는 상기 보어의 상기 제 1 단부를 통해 상기 피스톤에 커플링되는, 밸브 어셈블리.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 시일은 롤링 다이어프램을 포함하는, 밸브 어셈블리.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 선형 운동 액추에이터는 공압 실린더를 포함하고;
    상기 밸브 어셈블리는 상기 피스톤의 베이스에 부착되도록 구성된 피스톤 어댑터로서, 상기 베이스는 상기 제 1 섹션에 인접한 상기 피스톤 어댑터를 더 포함하고,
    상기 피스톤 어댑터는 상기 공압 실린더의 샤프트에 부착되도록 구성되고, 상기 샤프트의 상기 선형 운동은 상기 피스톤 어댑터를 통해 상기 피스톤으로 이전되는, 밸브 어셈블리.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브 바디의 상기 보어의 제 2 단부 내에 장착된 스프링을 더 포함하고, 상기 스프링은 상기 선형 운동 액추에이터가 수축될 때 상기 보어의 제 1 단부를 향해 상기 피스톤을 푸시하도록 구성되는, 밸브 어셈블리.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 유입구를 통해 상기 밸브 어셈블리로 들어가는 유체는 상기 유입구로부터 상기 제 1 유출구 및 상기 제 2 유출구 중 하나로 유체 플로우를 유도하도록 상기 보어 내보다 높은 압력인, 밸브 어셈블리.
  20. 제 11 항에 있어서,
    피스톤 상태를 검출하기 위한 다인자 센서 시스템을 더 포함하고,
    상기 다인자 센서 시스템은,
    상기 피스톤의 복수의 위치들에서 복수의 자석들; 및
    상기 밸브 바디 내 복수의 위치들의 복수의 자기 센서들로서, 자기 센서 각각은 대응하는 자석과 정렬할 수 있는, 상기 복수의 자기 센서들을 포함하고,
    대응하는 자석 및 센서 쌍은 정렬될 때 유체가 상기 유입구로부터 하나 이상의 유출구들로 하나 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 흐르도록 상기 피스톤이 대응하는 포지션으로 이동한다는 것을 나타내는, 밸브 어셈블리.
  21. 제 20 항에 있어서,
    제 1 자석 및 센서 쌍은 정렬될 때 유체가 상기 유입구로부터 상기 제 1 유출구로 상기 제 1 유출구 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤이 제 1 포지션으로 이동한다는 것을 나타내고,
    제 2 자석 및 센서 쌍은 정렬될 때 유체가 상기 유입구로부터 상기 제 2 유출구로 상기 제 2 유출구 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤이 제 2 포지션으로 이동한다는 것을 나타내는, 밸브 어셈블리.
  22. 제 20 항에 있어서,
    제 1 자석 및 센서 쌍은 정렬될 때 유체가 상기 유입구로부터 제 1 플로우 경로를 통해 제 1 유출구의 일부분으로 그리고 제 2 플로우 경로를 통해 제 2 유출구의 일부분으로 흐르도록 상기 피스톤이 대응하는 포지션으로 이동한다는 것을 나타내는 것을 더 포함하는, 밸브 어셈블리.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 피스톤의 상기 복수의 플로우 경로들과 상이한 제 2 복수의 플로우 경로들을 갖는 제 2 피스톤을 더 포함하고,
    상기 제 2 피스톤은 상기 밸브 어셈블리의 상기 제 1 피스톤을 대체하고,
    상기 선형 운동 액추에이터가 상기 제 2 피스톤과 커플링하도록 구성되고 제 2 복수의 포지션들 사이의 상기 보어를 통한 상기 제 2 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성되고,
    대응하는 포지션에서 유체가 상기 유입구로부터 하나 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 하나 이상의 유출구들로 흐르도록 상기 제 2 피스톤이 이동하는, 밸브 어셈블리.
  24. 웨이퍼 상에 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버와 함께 사용하기 적합한 플로우 경로들을 스위칭하는 방법에 있어서,
    중심 축과 정렬된 보어를 둘러싸도록 구성된 밸브 바디를 제공하는 단계로서, 상기 밸브 바디는 유입구, 복수의 유출구들을 포함하고, 유출구들 중 적어도 하나는 상기 프로세스 챔버 내로 나가는, 상기 밸브 바디를 제공하는 단계;
    상기 밸브 바디의 상기 보어 내에 피스톤을 포지셔닝하는 단계로서, 상기 피스톤은 복수의 플로우 경로들을 갖는, 상기 피스톤을 포지셔닝하는 단계; 및
    복수의 포지션들 사이의 상기 보어를 통해 상기 중심 축을 따라 상기 피스톤의 선형 운동을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 밸브 바디 내 상기 피스톤의 대응하는 포지션에서 유체가 상기 유입구로부터 하나 이상의 대응하는 플로우 경로들을 통해 하나 이상의 유출구들로 흐르는, 플로우 경로들을 스위칭하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    제 1 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 제 1 유출구로 제 1 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키고,
    제 2 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 제 2 유출구로 제 2 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키는, 플로우 경로들을 스위칭하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    제 3 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 제 3 유출구로 제 3 플로우 경로를 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키는, 플로우 경로들을 스위칭하는 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    제 1 포지션에서, 유체가 상기 유입구로부터 2 이상의 유출구들로 2 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 흐르도록 상기 피스톤을 상기 유입구와 정렬시키는, 플로우 경로들을 스위칭하는 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 피스톤의 복수의 위치들에 복수의 자석들을 포지셔닝하는 단계;
    상기 밸브 바디 내 복수의 위치들의 복수의 자기 센서들을 포지셔닝하는 단계로서, 자기 센서 각각은 대응하는 자석과 정렬할 수 있는, 상기 복수의 자기 센서들을 포지셔닝하는 단계를 더 포함하고,
    대응하는 자석 및 센서 쌍은 정렬될 때 유체가 상기 유입구로부터 하나 이상의 유출구들로 하나 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 흐르도록 상기 피스톤이 대응하는 포지션으로 이동한다는 것을 나타내는, 플로우 경로들을 스위칭하는 방법.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 피스톤을 상기 피스톤의 상기 복수의 플로우 경로들과 상이한 제 2 복수의 플로우 경로들을 갖는 제 2 피스톤과 스와핑하는 (swap) 단계를 더 포함하고,
    상기 선형 운동 액추에이터가 상기 제 2 피스톤과 커플링하도록 구성되고 제 2 복수의 포지션들 사이의 상기 보어를 통한 상기 제 2 피스톤의 선형 운동을 제어하도록 구성되고,
    대응하는 포지션에서 유체가 상기 유입구로부터 하나 이상의 대응하는 유출구 경로들을 통해 하나 이상의 유출구들로 흐르도록 상기 제 2 피스톤이 이동하는, 플로우 경로들을 스위칭하는 방법.
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US15/993,422 2018-05-30
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