KR20210041095A - 기판 프로세싱 챔버를 위한 가스 입력 시스템 - Google Patents

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투이 브리처
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버를 포함하며, 프로세싱 챔버는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된 기판 지지부를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템은, 프로세싱 챔버에 유동적으로 커플링되고 그리고 프로세싱 챔버 내로의 가스의 유동을 제어하도록 구성된 밸브 시스템을 포함한다. 밸브 시스템은, 1차 유동 라인, 및 제1 가스 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제1 가스 소스 유동 라인을 포함한다. 밸브 시스템은, 제2 가스 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제2 가스 소스 유동 라인을 포함한다. 제1 가스 소스 밸브와 제2 가스 소스 밸브는 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝된다.

Description

기판 프로세싱 챔버를 위한 가스 입력 시스템
[0001] 본 개시내용의 양상들은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다.
[0002] 현재 반도체 제조 산업에서, 프로세싱 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위해 가스들이 사용된다. 이러한 가스들은 프로세싱 챔버 내의 기판들을 프로세싱할 때 서로 간에 순환될 수 있다. 또한, 기판들을 프로세싱하기 위해 사용되는 특정 가스들은, 가스들이 프로세싱 챔버 내에서 또는 심지어 프로세싱 챔버로 이어지는 도관들 또는 경로들 내에서도 혼합되어서는 안 된다는 점에서, 서로 호환가능하지 않을 수 있다. 가스들의 혼합은 입자 형성 또는 더스팅(dusting)을 초래할 수 있으며, 이는 프로세싱되는 기판 상에 축적될 수 있다. 입자 형성은 비균일한 기판들 및 기판들의 오염을 초래하여 기판들의 품질 및 수율을 저하시킬 수 있다. 비-호환가능 가스들의 혼합을 방지하기 위해, 가스들은 캐리어 또는 퍼지 가스를 사용하여, 이를테면, 프로세싱 챔버 및 도관들 및 가스 전달 경로들 밖으로 퍼지된다. 가스는 기판 상의 상이한 층들의 막 증착 사이에서 퍼지될 수 있다. 그러나, 퍼지는 기판들의 프로세싱의 효율 또는 처리량을 감소시킬 수 있으며, 더 나아가 프로세싱되는 기판들을 오염시킬 수 있는 잔류 가스들을 여전히 남길 수 있다.
[0003] 따라서, 시스템 및 프로세싱 챔버 내에 남아 있는 잔류 가스의 양을 감소시키고 퍼지 시간을 감소시킬 수 있는 가스 입력 또는 전달 시스템이 필요하다.
[0004] 본 개시내용의 양상들은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버 내로 가스를 유입시키기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 일 구현에서, 기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버를 포함하며, 프로세싱 챔버는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된 기판 지지부를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템은, 프로세싱 챔버에 유동적으로 커플링되고 그리고 프로세싱 챔버 내로의 가스의 유동을 제어하도록 구성된 밸브 시스템을 포함한다. 밸브 시스템은, 1차 유동 라인, 및 제1 가스 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제1 가스 소스 유동 라인을 포함한다. 밸브 시스템은, 제2 가스 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제2 가스 소스 유동 라인을 포함한다. 제1 가스 소스 밸브와 제2 가스 소스 밸브는 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝된다.
[0005] 일 구현에서, 기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버를 포함하며, 프로세싱 챔버는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된 기판 지지부를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템은, 프로세싱 챔버에 유동적으로 커플링되고 그리고 프로세싱 챔버 내로의 가스의 유동을 제어하도록 구성된 밸브 시스템을 포함한다. 밸브 시스템은, 1차 유동 라인, 및 산소 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 산소(O2) 유동 라인을 포함한다. 밸브 시스템은, TEOS(tetraethyl orthosilicate) 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 TEOS(Si(OC2H5)4) 유동 라인을 포함한다. 밸브 시스템은, 실란 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 실란(SiH4) 유동 라인, 및 캐리어 가스 소스 밸브를 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 캐리어 가스 유동 라인을 포함한다. 산소 소스 밸브, TEOS 소스 밸브, 실란 소스 밸브, 및 캐리어 가스 소스 밸브는 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝된다. 캐리어 가스 소스 밸브는, 1차 가스 소스 라인 내에서 산소 소스 밸브, TEOS 소스 밸브, 및 실란 소스 밸브에 대해 업스트림에 포지셔닝된다.
[0006] 일 구현에서, 프로세싱 챔버 내로 가스를 분배하는 방법은 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 포지셔닝하는 단계를 포함한다. 방법은 제1 가스 소스 유동 라인을 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링하는 제1 가스 소스 밸브를 통해 제1 가스를 프로세싱 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 제2 가스 소스 유동 라인을 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링하는 제2 가스 소스 밸브를 통해 제2 가스를 프로세싱 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 제1 가스 소스 밸브와 제2 가스 소스 밸브는 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝된다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 양상들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 양상들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 양상들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 양상들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은 본 개시내용의 일 구현에 따른 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 예시이다.
[0009] 도 2는 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템의 개략도이다.
[0010] 도 3은 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템의 사시도이다.
[0011] 도 4는 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템의 사시도이다.
[0012] 도 5는 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템의 사시도이다.
[0013] 도 6은 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템의 사시도이다.
[0014] 도 7은 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템과 커플링된 프로세싱 챔버의 유동 모델이다.
[0015] 도 8은 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템과 커플링된 프로세싱 챔버의 유동 모델이다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 양상의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 양상들에 유리하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0017] 본 개시내용은 일반적으로, 프로세싱 챔버 내로 가스를 증착하기 위한, 이를테면, 기판 상에 막을 증착 또는 형성하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 다양한 구현들의 철저한 이해를 제공하기 위해, 다음의 설명 및 도 1-도 8에서 특정 세부사항들이 설명된다. 대개 증착 및 에칭 프로세스들과 연관된 잘-알려진 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부사항들은, 다양한 구현들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 다음의 개시내용에서 설명되지 않는다. 장치는 일반적으로, 프로세싱 챔버에 유동적으로 커플링된 밸브 시스템에 관한 것이다. 프로세싱 챔버는 기판 지지부를 포함하며, 기판 지지부는 프로세싱 챔버 내에서의 프로세싱 동안 기판 지지부 상에 기판을 지지하기 위한 것이다. 밸브 시스템은 제1 및 제2 가스 소스 밸브들을 통해 제1 및 제2 가스 소스 유동 라인에 유동적으로 커플링된 1차 유동 라인을 포함한다. 제1 및 제2 가스 소스 밸브들은 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝된다. 또한, 전환 가스 소스 유동 라인(diverting gas source flow line)이 제1 가스 전환 밸브(gas diverter valve)를 통해 제1 가스 소스 라인에 유동적으로 커플링될 수 있다. 이를 사용하는 방법들이 또한 제공된다.
[0018] 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 구현들에 따라 사용될 수 있는 기판 프로세싱 시스템(105)의 개략적인 예시를 도시한다. 기판 프로세싱 시스템(105)은, 제어기(110) 및 밸브 시스템(130)에 커플링된 프로세싱 챔버(100)를 포함한다. 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 프로세싱 볼륨(126)을 정의하는, 최상부 벽(124), 측벽(101), 및 최하부 벽(122)을 포함한다. 기판(190)을 지지하기 위한 기판 지지부(195)가 프로세싱 볼륨(126) 내에 제공된다. 기판 지지부(195)는 스템(stem)(193)에 의해 지지되며, 전형적으로, 알루미늄, 세라믹, 및/또는 다른 적합한 재료들로 제조될 수 있다. 기판 지지부(195)는 변위 메커니즘을 사용하여 프로세싱 챔버(100) 내부에서 수직 방향으로 이동될 수 있다.
[0019] 기판 지지부(195)는, 기판 지지부(195)의 표면(192) 상에 지지되는 기판(190)의 온도를 제어하기에 적합한 매립형 가열 엘리먼트(embedded heating element)(196)를 포함할 수 있다. 기판 지지부(195)는, 전력 공급부(104)로부터 매립형 가열 엘리먼트(196)로 전류를 인가함으로써 저항식으로(resistively) 가열 수 있다. 전력 공급부(104)로부터 공급되는 전류는 제어기(110)에 의해 조절되어, 매립형 가열 엘리먼트(196)에 의해 생성되는 열을 제어함으로써, 막 증착 동안 기판(190) 및 기판 지지부(195)를 실질적으로 일정한 온도로 유지한다. 공급되는 전류는, 기판 지지부(195)의 온도를 약 100℃ 내지 약 700℃ 사이에서 선택적으로 제어하도록 조정될 수 있다.
[0020] 종래의 방식으로 기판 지지부(195)의 온도를 모니터링하기 위해, 온도 센서(194), 이를테면, 서모커플이 기판 지지부(195)에 매립될 수 있다. 측정된 온도는, 매립형 가열 엘리먼트(196)에 공급되는 전력을 제어하여 기판을 원하는 온도로 유지하기 위해 제어기(110)에 의해 사용된다.
[0021] 배출구 포트(180)가 프로세싱 챔버(100)에 포함되는데, 이를테면, 도 1에 도시된 바와 같이 프로세싱 챔버(100)의 최하부에 형성된다. 진공 펌프(102)가 배출구 포트(180)에 커플링될(이를테면, 유동적으로 커플링될) 수 있으며, 여기서 진공 펌프(102)는 프로세싱 챔버(100) 내에 원하는 가스 압력을 유지하는 데 사용된다. 진공 펌프(102)는 또한, 잔류물 또는 프로세싱-후 가스들 및 프로세스의 부산물들을 프로세싱 챔버(100)로부터 진공배기(evacuate)한다. 진공 펌프(102)는 프로세싱 챔버(100) 밖으로 유체들, 이를테면, 가스를 펌핑하도록 구성된다.
[0022] 기판 프로세싱 시스템(105)은, 챔버 압력을 제어하기 위한 추가적인 장비, 예컨대, 챔버 압력을 제어하기 위해 프로세싱 챔버(100)와 진공 펌프(102) 사이에 포지셔닝된 밸브들(예컨대, 스로틀 밸브들 및/또는 격리 밸브들)을 더 포함할 수 있다.
[0023] 프로세싱 챔버(100) 내로 가스를 유입시키기 위해 유입구 포트(120)가 프로세싱 챔버(100)에 포함된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유입구 포트(120)는 샤워헤드로서 도시되어 있지만, 다른 유입구들이 또한 고려된다. 유입구 포트(120)는 복수의 애퍼처들(128)을 갖고, 기판 지지부(195) 위의 프로세싱 챔버(100)의 최상부 상에 배치된다. 유입구 포트(120)는 하나 이상의 가스 소스들로부터 프로세싱 챔버 내로 하나 이상의 가스들을 유입시키는 데 활용된다. 가스들은, 하나 이상의 반응 가스(reactant gas)들, 이를테면, 산소, 실란 및/또는 테트라에틸 오소실리케이트, 및 하나 이상의 캐리어 가스들, 이를테면, 아르곤, 질소 및/또는 헬륨을 포함할 수 있다. 일 예에서, 하나 이상의 캐리어 가스들은 하나 이상의 불활성 가스들을 포함한다. 애퍼처들(128)은, 상이한 프로세스 요건들에 대한 다양한 가스들의 유동을 가능하게 하기 위해, 크기들, 수, 분포, 형상, 설계, 및/또는 직경이 다양하고 상이할 수 있다. 유입구 포트(120)는, 프로세싱 동안 다양한 가스들이 프로세싱 볼륨(126)에 공급되는 것을 가능하게 하는 밸브 시스템(130)에 연결된다. 유입구 포트(120)를 빠져나가 프로세싱 볼륨(126) 내로 유동하는 가스 또는 가스들의 혼합물로부터 플라즈마가 형성된다. 플라즈마는, 기판(190)의 표면(191) 상에 재료의 증착을 유발하는 프로세스 가스들의 열분해를 향상시킬 수 있다.
[0024] 유입구 포트(120)와 기판 지지부(195)는 프로세싱 볼륨(126) 내에 한 쌍의 이격된 전극들을 형성하거나 이들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 RF 전력 소스들(108)은, 유입구 포트(120)와 기판 지지부(195) 사이에서 플라즈마의 생성을 가능하게 하기 위해, 바이어스 전위를 매칭 네트워크(106)를 통해 유입구 포트(120)에 제공한다. 하나 이상의 RF 전력 소스들(108) 및 매칭 네트워크(106)는, 유입구 포트(120)에 또는 기판 지지부(195)에 커플링될 수 있거나, 또는 유입구 포트(120) 및 기판 지지부(195) 둘 모두에 커플링될 수 있거나, 또는 프로세싱 챔버(100) 외부에 배치된 안테나에 커플링될 수 있다. 일 예에서, RF 전력 소스들(108)은, 약 50 kHz 내지 약 13.6 MHz의 주파수로 약 100 와트 내지 약 3,000 와트를 제공할 수 있다. 일 예에서, RF 전력 소스들(108)은, 약 50 kHz 내지 약 13.6 MHz의 주파수로 약 500 와트 내지 약 1,800 와트를 제공할 수 있다.
[0025] 제어기(110)는, 프로세스 시퀀스를 제어하고 밸브 시스템(130)으로부터의 가스 유동들을 조절하는 데 활용되는, CPU(central processing unit)(112), 메모리(116), 및 지원 회로(114)를 포함한다. CPU(112)는 산업 현장(industrial setting)에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴들은, 메모리(116), 이를테면, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피, 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장소에 저장될 수 있다. 지원 회로(114)는 종래의 방식으로 CPU(112)에 커플링되며, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다. 기판 프로세싱 시스템(105)의 다양한 다른 컴포넌트들과 제어기(110) 사이의 양방향 통신들은, 총괄적으로 신호 버스들(118)로 지칭되는 다수의 신호 케이블들을 통해 핸들링되며, 그 중 일부는 도 1에 예시되어 있다.
[0026] 일 예에서, 기판(190)의 표면(191)은 실질적으로 평면형이다. 대안적으로, 기판(190)은 패터닝된 구조들, 이를테면, 트렌치들, 홀들, 및/또는 비아들이 내부에 형성된 표면을 가질 수 있다. 기판(190)은 또한, 실질적인 평면형 표면을 가질 수 있으며, 그 실질적인 평면형 표면에 또는 그 실질적인 평면형 표면 상에 원하는 높이(elevation)로 구조가 형성된다. 기판(190)이 단일 바디로서 예시되지만, 기판(190)은, 금속 콘택들, 트렌치 격리부들, 게이트들, 비트라인들, 또는 임의의 다른 상호연결 피처들과 같은 반도체 디바이스들을 형성하는 데 사용되는 하나 이상의 재료들을 함유할 수 있다는 것이 이해된다. 기판(190)은, 반도체 디바이스들을 제조하는 데 활용되는, 하나 이상의 금속 층들, 하나 이상의 유전체 재료들, 반도체 재료, 및 이들의 조합들로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(190)은, 애플리케이션에 따라, 산화물 재료, 질화물 재료, 폴리실리콘 재료 등을 포함할 수 있다.
[0027] 메모리 애플리케이션에 대한 일 예에서, 기판(190)은, 폴리실리콘이 사이에 개재되어 있거나 또는 개재되어 있지 않은, 실리콘 기판 재료, 산화물 재료, 및 질화물 재료를 포함할 수 있다. 일 예에서, 기판(190)은 기판의 표면 상에 증착된 복수의 교번하는 산화물 및 질화물 재료들(예컨대, 산화물-질화물-산화물(ONO; oxide-nitride-oxide))을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 기판(190)은, 복수의 교번하는 산화물 및 질화물 재료들, 하나 이상의 산화물 또는 질화물 재료들, 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘 재료들, 비정질 탄소와 교번하는 산화물들, 폴리실리콘과 교번하는 산화물들, 도핑된 실리콘과 교번하는 도핑되지 않은 실리콘, 도핑된 폴리실리콘과 교번하는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 및/또는 도핑된 비정질 실리콘과 교번하는 도핑되지 않은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 기판(190)은 막 프로세싱이 상부에서 수행되는 임의의 기판 또는 재료 표면일 수 있다. 예컨대, 기판(190)은, 재료, 이를테면, 결정질 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 스트레인드 실리콘, 실리콘 게르마늄, 텅스텐, 티타늄 질화물, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼들 및 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼들, SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물들, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어, 저 k 유전체들, 및/또는 이들의 조합들일 수 있다.
[0028] 도 2는 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템(230)의 개략도이다. 밸브 시스템(230)(밸브 시스템(230)은 도 1의 밸브 시스템(130)과 유사하거나 또는 밸브 시스템(130)으로서 사용될 수 있음)은 프로세싱 챔버(200)(프로세싱 챔버(200)는 도 1의 프로세싱 챔버(100)와 유사할 수 있음)에 커플링되는 1차 유동 라인(240)을 포함한다. 1차 유동 라인(240)은, 하나 이상의 가스 소스들로부터의 가스를, 이를테면 유입구 포트(220)를 통해 프로세싱 챔버(200)에 선택적으로 제공하는 데 사용된다.
[0029] 도 2는 1차 유동 라인(240)을 통해 프로세싱 챔버(200)에 제공될 수 있는 가스 소스들(232, 234, 236, 및 238)을 도시한다. 특히, 가스 소스들(232, 236, 및 238)은 반응 가스 소스들일 수 있고, 가스 소스(234)는 캐리어 가스 소스일 수 있다. 따라서, 밸브 시스템(230)은 하나 이상의 반응 가스 소스들(232, 236, 또는 238), 및/또는 하나 이상의 캐리어 가스 소스들(234)을 프로세싱 챔버(200)에 제공하는 것으로 도시된다. 일 예에서, 밸브 시스템(230)은 단지 2개의 가스 소스들, 이를테면, 제1 반응 가스 소스(232) 및 캐리어 가스 소스(234)를 프로세싱 챔버(200)에 제공하는 데 사용될 수 있다. 밸브 시스템(230)은 도 2에 도시된 가스 소스들보다 더 많은 가스 소스들을 프로세싱 챔버(200)에 제공하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 도 2에 도시된 구현들 이외의 구현들을 고려한다.
[0030] 따라서, 밸브 시스템(230)은, 가스 소스들(232, 234, 236, 238)을 1차 유동 라인(240)에 제공하기 위해 1차 유동 라인(240)에 유동적으로 커플링된 다수의 가스 소스 유동 라인들(252, 254, 256, 258)을 포함한다. 그런 다음, 1차 유동 라인(240)에 제공된 가스는, 이를테면, 프로세싱 챔버(200)의 유입구 포트(220)를 통해 프로세싱 챔버(200) 내로 유입될 수 있다. 밸브 시스템(230)은, 제1 가스 소스 밸브(242)를 통해 1차 유동 라인(240)에 유동적으로 커플링된 제1 가스 소스 유동 라인(252)을 포함한다. 제1 가스 소스 유동 라인(252)은, 제1 가스 소스(232)로부터의 가스가 제1 가스 소스 유동 라인(252)을 통해 1차 유동 라인(240)에 제공되도록, 제1 가스 소스(232)에 유동적으로 커플링된다. 제1 가스 소스 유동 라인(252)으로부터의 가스는, 제1 가스 소스 밸브(242)가 제1 가스 소스 유동 라인(252)과 1차 유동 라인(240) 사이의 가스 유동을 제어하도록, 제1 가스 소스 밸브(242)를 통해 1차 유동 라인(240)에 제공된다. 제1 가스 소스(232)가 반응 가스인 경우, 제1 가스 소스 유동 라인(252)은 제1 반응 가스 소스 유동 라인으로 지칭될 수 있고, 제1 가스 소스 밸브(242)는 제1 반응 가스 소스 밸브로 지칭될 수 있다.
[0031] 유사하게, 밸브 시스템(230)은, 제2 가스 소스 밸브(244)를 통해 1차 유동 라인(240)에 유동적으로 커플링된 제2 가스 소스 유동 라인(254)을 포함한다. 제2 가스 소스 유동 라인(254)은, 제2 가스 소스(234)로부터의 가스가 제2 가스 소스 유동 라인(254)을 통해 1차 유동 라인(240)에 제공되도록, 제2 가스 소스(234)에 유동적으로 커플링된다. 제2 가스 소스 유동 라인(254)으로부터의 가스는, 제1 가스 소스 밸브(242)가 제1 가스 소스 유동 라인(252)과 1차 유동 라인(240) 사이의 가스 유동을 제어하도록, 제2 가스 소스 밸브(244)를 통해 1차 유동 라인(240)에 제공된다. 제2 가스 소스(234)가 캐리어 가스인 경우, 제2 가스 소스 유동 라인(254)은 캐리어 가스 소스 유동 라인으로 지칭될 수 있고, 제2 가스 소스 밸브(244)는 캐리어 가스 소스 밸브로 지칭될 수 있다.
[0032] 제1 가스 소스(232)가 반응 가스이고 제2 가스 소스(234)가 캐리어 가스인 경우, 캐리어 가스는, 반응 가스들을 1차 유동 라인(240)을 통해 프로세싱 챔버(200)에 제공하는 것을 가능하게 하기 위해 반응 가스들과 혼합하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 캐리어 가스를 포함하는 제2 가스 소스(234) 및 제2 가스 소스 유동 라인(254)이 다른 가스 소스들 및 가스 소스 유동 라인들의 가장 멀리 있는 업스트림에 있기 때문에, 캐리어 가스는, 프로세싱 챔버(200)로 유동하고 다운스트림으로 펌핑될 때 다른 가스 소스들의 이송을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 제2 가스 소스(234)로부터의 캐리어 가스의 이러한 업스트림 배치는, 캐리어 가스가 프로세싱 챔버(200)로 가는 도중에 제1 가스 소스 밸브(242)(및 다른 가스 소스 밸브들(포함된 경우))를 통과할 수 있게 하고, 그에 따라, 제1 가스 소스 밸브(242)를 통해 제공된 반응 가스를 운반하기 위한 캐리어 가스의 기능을 제공한다.
[0033] 추가적으로, 캐리어 가스는 1차 유동 라인(240)으로부터 임의의 잔류 가스들을 퍼지하기 위한 퍼지 가스로서 사용될 수 있다. 예컨대, 상이한 농도들 또는 유형들의 가스들이 1차 유동 라인(240)을 통해 프로세싱 챔버(200)로 제공되는 사이클들 사이에서, 캐리어 가스는 제2 가스 소스 유동 라인(254)을 통해 제공되어 1차 유동 라인(240)으로부터 잔류 가스를 퍼지할 수 있다. 이는 특히, 프로세싱 챔버(200) 내에서의 상이한 층들의 막 증착 사이에서 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 가스 소스 밸브(244) 및 제2 가스 소스 유동 라인(254)은 1차 유동 라인(240) 내에서 제1 가스 소스 밸브(242) 및 제1 가스 소스 유동 라인(252)에 대해 업스트림에 포지셔닝된다. 이러한 포지셔닝은, 1차 유동 라인(240)의 길이를 퍼지하기 위한, 이를테면, 1차 유동 라인(240)의 전체 길이를 퍼지하기 위한, 제2 가스 소스(234)로부터 캐리어 가스를 받는 것을 가능하게 한다.
[0034] 제1 가스 소스 유동 라인(252) 및 제2 가스 소스 유동 라인(254)은 제1 가스 소스 밸브(242) 및 제2 가스 소스 밸브(244)를 통해 1차 유동 라인(240)에 유동적으로 커플링된다. 또한, 제1 가스 소스 밸브(242) 및 제2 가스 소스 밸브(244)는 1차 유동 라인(240) 내에 포지셔닝되고, 1차 유동 라인(240)을 따라 직렬로 포지셔닝된다. 밸브들을 직렬로 포지셔닝하는 것은 밸브 시스템(230) 내에 잔류 가스 축적을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 밸브들이 병렬로 포지셔닝될 때, 잔류 가스가 포획될 수 있는 작은 볼륨 공간들이 밸브들과 1차 유동 라인(240) 사이에 생성된다. 이를테면, 프로세싱 사이클들 사이에서 밸브 시스템(230)을 퍼지할 때, 퍼지 가스는 작은 볼륨 공간들 내의 잔류 가스를 퍼지하지 못할 수 있다. 또한, 잔류 가스가 다른 반응 가스 소스들과 혼합될 때, 미립자들이 1차 유동 라인(240) 내에 형성될 수 있으며, 이는 비균일한 기판들의 프로세싱 또는 기판 오염을 초래할 수 있다. 따라서, 제1 가스 소스 밸브(242)와 제2 가스 소스 밸브(244)를 직렬로 포지셔닝하는 것은 밸브 시스템(230) 내의 데드 볼륨들을 감소 또는 제거하고 밸브 시스템(230) 내의 잔류 가스 축적을 감소시킬 수 있다.
[0035] 캐리어 가스는, 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이, 기판 프로세싱에 사용되는 임의의 수의 캐리어 가스들일 수 있다. 예컨대, 캐리어 가스는, 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 및/또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 캐리어 가스는 또한, 부작용 없이(without consequence) 개개의 반응 가스들과 혼합될 수 있다. 예컨대, 캐리어 가스를 개개의 반응 가스들에 도입하는 것은, 혼합물이 기판 프로세싱 시스템(105)에 부정적으로 간섭하도록 의도되지 않은 방식으로 반응하거나 또는 미립자들을 형성하지 않으면서 혼합물을 생성할 것이다.
[0036] 제1 가스 소스(232)는 반응 가스 소스를 포함할 수 있다. 반응 가스는, 산소(O2), TEOS(tetraethyl orthosilicate)(Si(OC2H5)4), 및/또는 실란(SiH4) 중 하나 이상을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음), 기판 프로세싱에 사용되는 임의의 수의 반응 가스들을 포함할 수 있다. 2개 이상의 반응 가스 소스가 밸브 시스템(230)에 포함되는 예에서, 추가적인 가스 소스 밸브들 및 가스 소스 유동 라인들이 밸브 시스템(230) 내에 포함될 수 있다.
[0037] 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 가스 소스 유동 라인(256) 및 제4 가스 소스 유동 라인(258)이 밸브 시스템(230) 내에 포함된다. 제3 가스 소스 유동 라인(256)은 제3 가스 소스 밸브(246)를 통해 1차 유동 라인(240)에 유동적으로 커플링되고, 제4 가스 소스 유동 라인(258)은 제4 가스 소스 밸브(248)를 통해 1차 유동 라인(240)에 유동적으로 커플링된다. 그런 다음, 제3 및 제4 가스 소스 유동 라인들(256, 258)로부터의 가스가 제3 및 제4 가스 소스 밸브들(246, 248)을 통해 1차 유동 라인(240)에 제공된다. 이에 따라, 제3 및 제4 가스 소스 밸브들(246, 248) 각각은 제3 및 제4 가스 소스 유동 라인들(256, 258)과 1차 유동 라인(240) 사이의 가스 유동을 각각 제어할 수 있다.
[0038] 다수의 가스 소스들(232, 234, 236, 및 238) 및 다수의 가스 소스 유동 라인들(252, 254, 256, 및 258)이 밸브 시스템(230) 내에 포함된 예에서, 가스 소스들(232, 234, 236, 및 238)은 서로 상이한 유형들의 가스를 포함할 수 있다. 예컨대, 가장 업스트림의 가스 소스인 제2 가스 소스(234)는 캐리어 가스를 유지할 수 있는 반면, 가스 소스들(232, 236, 및 238)은 반응 가스 소스들일 수 있다. 일 예에서, 제1 가스 소스(232)는 산소일 수 있고, 제3 가스 소스(236)(또는 제2 반응 가스 소스)는 TEOS(tetraethyl orthosilicate)일 수 있으며, 제4 가스 소스(238)(또는 제3 반응 가스 소스)는 실란일 수 있다. 그러한 예에서, 가스 소스 밸브들(242, 246, 및 248)은 산소 소스 밸브(242), TEOS 소스 밸브(246), 및 실란 소스 밸브(248)로 지칭될 수 있고, 반응 가스 소스 유동 라인들(252, 256, 및 258)은 산소 유동 라인(252), TEOS 유동 라인(256), 및 실란 유동 라인(258)으로 지칭될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 산소 소스 밸브(242), TEOS 소스 밸브(246), 실란 소스 밸브(248), 및 캐리어 가스 소스 밸브(244)는, 밸브 시스템(230) 내에서 사용되지 않는 볼륨의 양을 감소시키기 위해 1차 유동 라인(240)을 따라 직렬로 포지셔닝된다.
[0039] 도 2를 계속 참조하면, 제1 가스 소스 밸브(242)는 3개의 포트들(243A, 243B, 및 243C)을 포함하는 3방향 밸브일 수 있다. 또한, 제1 가스 소스 밸브(242)는 1차 유동 라인(240)에 대해 상시 개방 포지션(예컨대, 페일-세이프 개방 포지션)에 있을 수 있다. 예컨대, 제1 가스 소스 밸브(242)의 포트들(243A 및 243B)은 1차 유동 라인(240)을 따라 포지셔닝되고, 제1 가스 소스 밸브(242)의 제3 포트(243C)는 제1 가스 소스 유동 라인(252)을 따라 포지셔닝된다. 제1 가스 소스 밸브(242)는, 포트들(243A 및 243B)이 개방되어 1차 유동 라인(240)을 따라 제1 가스 소스 밸브(242)를 통해 가스를 제공하도록 상시 개방 포지션에 있다. 따라서, 심지어 밸브(242)가 고장나고 제3 포트(243C)가 폐쇄되어 제1 가스 소스 유동 라인(252)으로부터 가스가 제공될 수 없는 상황들에서도, 가스는 여전히 1차 유동 라인(240) 내에서 유동할 수 있다. 그런 다음, 제1 가스 소스 밸브(242)는, 제1 가스 소스 유동 라인(252)으로부터 프로세싱 챔버(200)로 가스를 제공하기 위해 폐쇄 포지션으로 스위칭될 수 있다. 폐쇄 포지션은 가스가 1차 유동 라인(240)으로부터 제1 가스 소스 밸브(242)의 제2 포트(243B)를 통해 유동하는 것을 방지할 수 있다. 상시 개방 포지션은, 이를테면, 밸브가 고장나거나 사용을 위해 활성화되지 않을 때, 밸브의 디폴트 포지션이 개방인 것을 보장한다.
[0040] 제1 가스 소스 밸브(242)는 소스 개방 포지션과 소스 폐쇄 포지션 사이에서 이동하도록 구성된다. 소스 개방 포지션에서, 제1 가스 소스(232)로부터의 가스는 1차 유동 라인(240)으로 유동하도록 구성된다. 소스 폐쇄 포지션에서, 제1 가스 소스(232)로부터의 가스는 제1 가스 소스 전환 유동 라인(gas source diverter flow line)(264)으로 유동하도록 구성된다. 제1 가스 소스 전환 유동 라인(264)은, 가스가 프로세싱 챔버(200)에 들어가지 않도록 제1 가스 소스(232)로부터의 가스를 전환시킨다. 일 예에서, 제1 가스 소스 전환 유동 라인(264)은 가스를 스크러버, 플레어, 저장 탱크, 가스를 재활용하거나 재사용하는 장비 중 하나 이상을 향해 전환시키고, 그리고/또는 제1 가스 소스(232)를 향해 다시 전환시킨다. 제2 가스 소스 밸브(244)는 소스 개방 포지션과 소스 폐쇄 포지션 사이에서 이동하도록 구성된다. 소스 개방 포지션에서, 제2 가스 소스(234)로부터의 가스는 1차 유동 라인(240)으로 유동하도록 구성된다. 소스 폐쇄 포지션에서, 제2 가스 소스(234)로부터의 가스는 1차 유동 라인(240)으로 유동하는 것이 방지된다. 일 예에서, 제1 가스 소스 밸브(242)가 소스 개방 포지션에 있을 때, 제2 가스 소스 밸브(244)는 소스 개방 포지션에 있다.
[0041] 또한, 위에서 논의되고 도 2에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 반응 가스 소스 유동 라인들(252, 256, 및 258)이 1차 유동 라인(240)에 가스를 공급할 때, 제2 반응 가스 소스 밸브(246) 및 제3 반응 가스 소스 밸브(248)는 1차 유동 라인(240) 내에 제1 반응 가스 소스 밸브(242)와 유사하게 포지셔닝된다. 이에 따라, 반응 가스 소스 밸브들(246 및 248)은 3방향 밸브들일 수 있으며, 여기서 제2 반응 가스 소스 밸브(246)는 포트들(247A, 247B, 247C)을 포함하고, 제3 반응 가스 소스 밸브(248)는 포트들(249A, 249B, 249C)을 포함한다. 반응 가스 소스 밸브(246)는, 1차 유동 라인(240)을 통한 가스 유동을 가능하게 하기 위해, 사용 동안 포트들(247A 및 247B)이 상시 개방 상태를 유지하도록 상시 개방 포지션에 있을 수 있다. 유사하게, 반응 가스 소스 밸브(248)는, 1차 유동 라인(240)을 통한 가스 유동을 가능하게 하기 위해, 사용 동안 포트들(249A 및 249B)이 상시 개방 상태를 유지하도록 상시 개방 포지션에 있을 수 있다.
[0042] 또한, 제2 가스 소스 밸브(244)는 제2 가스 소스(234)와 1차 유동 라인(240)을 유동적으로 커플링하는 양방향 밸브이다. 제2 가스 소스 밸브(244)는, 제2 가스 소스(234)가 1차 유동 라인(240)으로 연속적으로 유동할 수 있도록 상시 개방 포지션에 있다. 제2 가스 소스 밸브(244)가 일반적으로 캐리어 가스의 유동을 제어하기 때문에, 상시 개방 포지션은, 1차 유동 라인(240)으로부터 프로세싱 챔버(200) 내로 반응 가스들을 이송 또는 운반하기 위해 캐리어 가스가 1차 유동 라인(240) 내로 유동하거나 펌핑되는 것을 보장한다. 따라서, 제1 가스 소스 밸브(242)가 개방될 때, 제2 가스 소스 밸브(244)가 또한 개방될 것이다.
[0043] 일 예에서, 하나 이상의 전환 밸브들(262 및 266)은 밸브 시스템(230) 내에서 1차 유동 라인(240)으로부터 멀어지게 가스를 선택적으로 전환시키는 데 사용된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 가스 전환 밸브(262)를 포함하는 제1 가스 소스 전환 유동 라인(264)은 제1 반응 가스 유동 라인(252)에 유동적으로 커플링되고, 제2 가스 전환 밸브(266)를 포함하는 제2 가스 소스 전환 유동 라인(268)은 제2 반응 가스 유동 라인(256)에 유동적으로 커플링된다. 제1 가스 전환 밸브(262)는 제1 가스 소스 전환 유동 라인(264)에 대해 상시 폐쇄 포지션에 있을 수 있다. 제2 가스 전환 밸브(266)는 제2 가스 소스 전환 유동 라인(268)에 대해 상시 폐쇄 포지션에 있을 수 있다.
[0044] 제1 가스 전환 밸브(262)가 개방될 수 있고(그리고 제1 반응 가스 밸브(242)는 폐쇄될 수 있음), 그에 따라, 제1 반응 가스 소스(232)로부터의 가스가 제1 가스 전환 밸브(262)를 통해 제1 가스 소스 전환 유동 라인(264)으로 전환된다. 이러한 어레인지먼트는 밸브 시스템(230) 내에서 1차 유동 라인(240)으로부터 멀어지게 제1 반응 가스 소스(232)를 전환시킨다. 유사하게, 제2 가스 전환 밸브(266)가 개방될 수 있고(그리고 제2 반응 가스 소스 밸브(246)가 폐쇄될 수 있음), 그에 따라, 제2 반응 가스 소스(236)로부터의 가스가 제2 가스 전환 밸브(266)를 통해 제2 가스 소스 전환 유동 라인(268)으로 전환된다. 이러한 어레인지먼트는 밸브 시스템(230) 내에서 1차 유동 라인(240)으로부터 멀어지게 제2 반응 가스 소스(236)를 전환시킨다. 제2 가스 소스 전환 유동 라인(268)은, 가스가 프로세싱 챔버(200)에 들어가지 않도록 제2 반응 가스 소스(236)로부터의 가스를 전환시킨다. 일 예에서, 제2 가스 소스 전환 유동 라인(268)은 가스를 스크러버, 플레어, 저장 탱크, 가스를 재활용 또는 재사용하는 장비 중 하나 이상을 향해 전환시키고, 그리고/또는 제2 반응 가스 소스(236)를 향해 다시 전환시킨다. 하나 이상의 전환 밸브들(262 및 266)은 프로세싱 챔버에 제공되는 가스들 및/또는 가스들의 양을 신속하게 변경하는 것을 가능하게 한다. 하나 이상의 전환 밸브들(262 및 266)은 또한, 밸브 시스템(230)을 통해 유동하는 가스들의 유량들의 변경을 감소시키거나 제거하는 것을 가능하게 한다.
[0045] 이제 도 3을 참조하면, 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템(330)의 사시도가 도시된다. 밸브 시스템(330)은 위의 도 2에서 도시된 밸브 시스템(230)과 유사하거나 또는 밸브 시스템(230)으로서 사용될 수 있으며, 하나 이상의 가스 소스들을 프로세싱 챔버에 선택적으로 제공하기 위해 프로세싱 챔버에 커플링되는 1차 유동 라인(340)을 포함한다. 1차 유동 라인(340)에 제공된 가스는, 이를테면, 프로세싱 챔버에 유동적으로 커플링된 유입구 포트(320)를 통해 프로세싱 챔버 내로 유입될 수 있다.
[0046] 도 3은 밸브 시스템(330) 내의 1차 유동 라인(340)을 통해 가스 소스들을 제공하기 위해 사용되거나 또는 이들을 포함하는 가스 매니폴드(335)를 도시한다. 예컨대, 밸브 시스템(330)은, 가스 매니폴드(335)로부터 프로세싱 챔버(300)로 하나 이상의 반응 가스 소스들 또는 캐리어 가스 소스들을 제공하는 것으로 도시된다. 밸브 시스템(330)은, 가스 매니폴드(335)로부터 1차 유동 라인(340)으로 가스 소스들을 제공하기 위해 1차 유동 라인(340)에 유동적으로 커플링된 하나 이상의 가스 소스 유동 라인들(352, 354, 356, 및 358)을 포함한다.
[0047] 제1 가스 소스 유동 라인(352)이 제1 가스 소스 밸브(342)를 통해 1차 유동 라인(340)에 유동적으로 커플링되고, 제2 가스 소스 유동 라인(354)이 제2 가스 소스 밸브(344)를 통해 1차 유동 라인(340)에 유동적으로 커플링된다. 제1 가스 소스 밸브(342)와 제2 가스 소스 밸브(344)는 1차 유동 라인(340)을 따라 직렬로 포지셔닝된다. 제3 가스 소스 유동 라인(356) 및 제4 가스 소스 유동 라인(358)이 밸브 시스템(330) 내에 포함되고, 제3 가스 소스 밸브(346) 및 제4 가스 소스 밸브(348) 각각을 통해 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된다. 위에서 논의된 양상들과 마찬가지로, 가스 소스 밸브들(342, 344, 346, 및 348)은 1차 유동 라인(340)을 따라 직렬로 포지셔닝된다.
[0048] 제1 가스 소스 전환 밸브(362)가 제3 가스 소스 유동 라인(356)을 따라 포지셔닝되고, 제2 가스 소스 전환 밸브(366)가 제4 가스 소스 유동 라인(358)을 따라 포지셔닝된다. 위에서 논의된 양상들과 마찬가지로, 제1 및 제2 가스 소스 전환 밸브들(362 및 366)은 각각 제3 및 제4 가스 소스 유동 라인들(356 및 358)로부터 멀어지게 그리고 밸브 시스템(330) 밖으로 가스를 전환시키는 데 사용될 수 있다.
[0049] 도 3에 도시된 밸브 시스템(330)은, 밸브 시스템(330)의 밸브들(342, 344, 346, 348, 362, 및 366)이 하나 이상의 도관들을 통해 서로 유동적으로 커플링되어 있는 사시도이다. 예컨대, 유동 라인들(352, 354, 356, 및 358) 중 하나 이상을 하우징하는 데 사용되는 도관들은, 서로 그리고 밸브들(342, 344, 346, 348, 362, 및 366)에 용접되는 튜브들, 이를테면, 스테인리스 강 튜브들을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 밀봉부들, 이를테면, O-링 밀봉부들이 밸브 시스템(330) 내에, 이를테면, 밸브들(342, 344, 346, 348, 362, 및 366) 중 하나 이상과 유동 라인들(352, 354, 356, 및 358) 사이에 통합되어 유동적 커플링을 가능하게 할 수 있다.
[0050] 도 4는 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템(430)의 사시도이다. 도 4는 가스 매니폴드(435) 내에 부분적으로 매립된 1차 유동 라인(440)을 도시하며, 여기서 1차 유동 라인(440)은 유입구 포트(420)를 통해 프로세싱 챔버에 하나 이상의 가스 소스들을 선택적으로 제공한다. 밸브 시스템(430)은, 가스 소스들로부터의 가스를 가스 매니폴드(435)로부터 1차 유동 라인(440)으로 제공하기 위해 1차 유동 라인(440)에 유동적으로 커플링된 다수의 가스 소스 유동 라인들(452, 454, 456, 및 458)을 포함한다.
[0051] 위에서 설명된 양상들과 마찬가지로, 밸브 시스템(430)은 제1 가스 소스 유동 라인(452) 및 제2 가스 소스 유동 라인(454)을 포함한다. 제1 가스 소스 유동 라인(452)은 제1 가스 소스 밸브(442)를 통해 1차 유동 라인(440)에 유동적으로 커플링된다. 제2 가스 소스 유동 라인(454)은 제2 가스 소스 밸브(444)를 통해 1차 유동 라인(440)에 유동적으로 커플링된다. 제1 가스 소스 유동 라인(452) 및 제2 가스 소스 유동 라인(454)은 제1 가스 소스 밸브(442) 및 제2 가스 소스 밸브(444)를 통해 1차 유동 라인(440) 내에 포지셔닝된다. 또한, 제1 가스 소스 밸브(442) 및 제2 가스 소스 밸브(444)는 1차 유동 라인(440)을 따라 직렬이 되도록 포지셔닝된다.
[0052] 제3 가스 소스 유동 라인(456) 및 제4 가스 소스 유동 라인(458)이 또한, 밸브 시스템(430) 내에 포함된다. 위에서 논의된 바와 같이, 가스 소스 유동 라인들(452, 454, 456, 및 458)은 가스 소스 밸브들(442, 444, 446, 및 448) 각각을 통해 1차 유동 라인(440)에 유동적으로 커플링된다. 이에 따라, 그리고 위에서 설명된 양상들과 마찬가지로, 가스 소스 밸브들(442, 444, 446, 및 448)은 1차 유동 라인(440)을 따라 직렬로 포지셔닝된다. 또한, 제2 가스 소스 유동 라인(454) 및 제2 가스 소스 밸브(444)가 캐리어 가스를 프로세싱 챔버에 제공하기 위해 사용되는 경우, 제2 가스 소스 밸브(444)는 가스 소스 밸브들(442, 446, 및 448)에 대해 업스트림에 포지셔닝된다.
[0053] 도 4에 또한 도시된 바와 같이, 1차 유동 라인(440)은, 가스 소스 밸브들(442, 444, 446, 및 448)을 적어도 부분적으로 관통해 그리고 가스 매니폴드(435)를 적어도 부분적으로 관통해 형성될 수 있다. 예컨대, 1차 유동 라인(440)은 1차 유동 라인의 제1 부분들(440A) 및 1차 유동 라인의 제2 부분들(440B)로 형성될 수 있다. 1차 유동 라인의 제1 부분들(440A)은 가스 소스 밸브들(442, 444, 446, 및 448) 내에 형성되고 이들을 관통해 연장된다. 1차 유동 라인의 제2 부분들(440B)은 가스 매니폴드(435) 내에 형성되고 이를 관통해 연장된다. 따라서, 1차 유동 라인(440)을 통해 유동하는 가스는 부분들(440A 및 440B) 사이에서 유동하여 가스 소스 유동 라인들(452, 454, 456, 및 458)로부터 프로세싱 챔버로 가스를 제공한다. 게다가, 가스 소스 유동 라인들(452, 454, 456, 및 458)은 가스를 가스 소스 밸브들(442, 444, 446, 448)에 각각 제공하기 위해 가스 매니폴드(435) 내에 형성되고 이를 관통해 연장되는 것으로 도시된다.
[0054] 도 5는 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템(530)의 사시도이다. 도 5는, 가스 소스 밸브들(542, 544, 546, 및 548)이 가스 매니폴드(535)에 부착되고 가스 매니폴드(535)에 유동적으로 커플링되어 있는, 가스 매니폴드(535)를 도시한다. 위에서 설명된 양상들과 마찬가지로, 1차 유동 라인이 가스 매니폴드(535) 내에 포함되어 유입구 포트(520)를 통해 프로세싱 챔버에 하나 이상의 가스 소스들을 선택적으로 제공한다. 가스 소스 전환 밸브들(562A, 562B, 및 562C)이 또한, 이를테면, 가스 매니폴드(535)에 부착되고 가스 매니폴드(535)에 유동적으로 커플링됨으로써 밸브 시스템(530)에 포함된다. 가스 소스 전환 밸브들(562A, 562B, 및 562B)에 커플링된 전환 밸브 유동 경로들은 가스 소스들로부터의 가스를 가스 매니폴드(535) 밖으로 제공하고 1차 유동 라인으로부터 멀어지게 전환시킨다.
[0055] 도 6은 본 개시내용의 일 구현에 따른 밸브 시스템(630)의 사시도이다. 도 6은 가스 매니폴드(635) 내에 부분적으로 매립된 1차 유동 라인(640)을 도시하며, 여기서 1차 유동 라인(640)은 유입구 포트(620)를 통해 프로세싱 챔버에 하나 이상의 가스 소스들을 선택적으로 제공한다. 밸브 시스템(630)은, 가스 매니폴드(635)로부터 1차 유동 라인(640)으로 가스 소스들을 제공하기 위해 1차 유동 라인(640)에 유동적으로 커플링되는 다수의 가스 소스 유동 라인들(652, 654, 656, 및 658)을 포함한다.
[0056] 밸브 시스템(630)은 2개 이상의 가스 소스 밸브들(3개가 도시됨)을 포함한다. 도 6에 예시된 예에서, 제3 가스 소스 밸브는 제거되고 어댑터 플레이트(646)로 교체된다. 그러한 예에서, 제3 가스 소스 유동 라인(656)은 1차 유동 라인(640)에 유동적으로 커플링되지 않는다. 어댑터 플레이트(646)는 제3 가스 소스 유동 라인(656)을 1차 유동 라인(640)으로부터 유동적으로 디커플링하고 그리고/또는 가스가 제3 가스 소스 유동 라인(656)으로부터 1차 유동 라인(640) 내로 유동하는 것을 차단한다. 그러나, 어댑터 플레이트(646)는, 1차 유동 라인(640)이 어댑터 플레이트(646) 내에 형성되고 어댑터 플레이트(646)를 관통해 연장되도록 하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 이익을 향유하는 당업자는 하나 이상의 어댑터 플레이트들(646)이 임의의 가스 소스 밸브 포지션에서 제자리에 포지셔닝될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 도 6에 예시된 밸브 시스템(630)의 양상들은 밸브 시스템(630)의 컴포넌트들, 이를테면, 가스 소스 밸브들을 신속하게 교체 및/또는 유지하는 것을 가능하게 한다. 밸브 시스템(630)의 양상들, 이를테면, 어댑터 플레이트(646)는 또한, 프로세싱 챔버에 제공되는 가스들 및/또는 가스들의 양을 신속하게 변경하는 것을 가능하게 한다.
[0057] 도 7 및 도 8은 프로세싱 챔버 및 밸브 시스템 내에 남아있는 잔류 가스의 유동 모델들을 제공한다. 특히, 도 7은, 가스 소스 밸브들을 통해 1차 유동 라인(740)에 유동적으로 커플링된 가스 소스 유동 라인들(752, 754, 756, 및 758)을 갖는 밸브 시스템(730)의 유동 모델이다. 예시된 예에서, 가스 소스 밸브들 및 개개의 가스 소스 유동 라인들(752, 754, 756, 및 758)은 1차 유동 라인(740)을 따라 병렬로 포지셔닝된다. 유동 모델은, 약 10초의 퍼지 기간에 뒤이은 약 10초의 펌프 기간 후의 밸브 시스템(730) 내의 잔류 가스를 보여준다. 도시된 바와 같이, 퍼지 및 펌프 기간들에도 불구하고, 상당한 양의 잔류 가스가 가스 소스 유동 라인들(752, 756, 및 758) 내에 축적되며, 이는 호환가능하지 않은 가스들의 혼합으로 인해 가스 전달 경로 내에서 입자 형성 또는 더스팅을 초래할 수 있다. 잔류 가스는 또한, 1차 유동 라인(740)의 일부에 축적된다. 이러한 입자 형성은 비균일한 기판들 및 기판들의 오염을 초래하여 품질을 저하시킬 수 있다.
[0058] 또한, 도 8은 가스 소스 밸브들을 통해 1차 유동 라인(840)에 유동적으로 커플링된 가스 소스 유동 라인들(852, 854, 856, 및 858)을 갖는 밸브 시스템(830)의 유동 모델이다. 도 8에 예시된 예에서, 가스 소스 밸브들 및 개개의 가스 소스 유동 라인들(852, 854, 856, 및 858)은 1차 유동 라인(840)을 따라 직렬로 포지셔닝된다. 유동 모델은, 심지어 어떤 펌프 기간도 없이 단 3초의 퍼지 기간 이후에도 밸브 시스템(830) 내에 더 적은 잔류 가스를 보여준다. 도 7과 도 8 간에 도시된 바와 같이, 가스 소스 밸브들이 1차 유동 라인에 직렬로 커플링되는 것은 가스 유동 라인들과 밸브 시스템 내에 더 적은 잔류 가스 축적을 유발한다. 이는 호환가능하지 않은 가스들의 혼합 감소로 인해 가스 전달 경로 내에서 입자 형성 또는 더스팅의 가능성을 감소시킨다. 또한, 이는 잔류 가스들을 제거하는 데 필요한 퍼지 및 펌프 기간들의 수 및/또는 길이를 감소시키거나 줄임으로써 프로세싱 챔버의 시간 효율성을 증가시킬 수 있다.
[0059] 본 개시내용의 이익들은 가스 전달 경로 내의 잔류 가스 축적의 현저한 감소를 포함한다. 잔류 가스 축적의 감소는 가스 전달 경로 내의 미립자 형성을 감소시켜 기판 생산의 품질을 개선할 수 있다. 추가적으로, 본 개시내용의 양상들은 가스 사이클들 사이의 퍼지 및 펌프 시간들을 감소시킬 수 있고, 그에 따라, 기판들을 프로세싱할 때 막 증착 동작들 사이의 전이 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 증가된 기판 품질 수율을 갖는 더 효율적이고 비용 효율적인 기판 프로세싱 시스템을 유발할 수 있다.
[0060] 전술한 내용이 본 개시내용의 양상들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가의 양상들이, 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

1차 유동 라인;
제1 가스 소스 밸브를 통해 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제1 가스 소스 유동 라인; 및
제2 가스 소스 밸브를 통해 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제2 가스 소스 유동 라인을 포함하며,
상기 제1 가스 소스 밸브와 상기 제2 가스 소스 밸브는 상기 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝되는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 가스 소스 밸브 및 상기 제2 가스 소스 밸브는 상기 1차 유동 라인에 대해 상시 개방 포지션(normally open position)에 있도록 구성되고, 상기 제1 가스 소스 밸브는 3방향 밸브를 포함하고, 그리고 상기 제2 가스 소스 밸브는 양방향 밸브를 포함하는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 제2 가스 소스 밸브는 상기 1차 유동 라인 내에서 상기 제1 가스 소스 밸브에 대해 업스트림에 포지셔닝되는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제1 항에 있어서,
제1 가스 소스가 상기 제1 가스 소스 유동 라인과 유동적으로 커플링되도록 구성되고, 그리고 제2 가스 소스가 상기 제2 가스 소스 유동 라인과 유동적으로 커플링되도록 구성되고,
상기 제1 가스 소스는 반응 가스(reactant gas)를 포함하고, 그리고 상기 반응 가스는, 산소(O2), TEOS(tetraethyl orthosilicate)(Si(OC2H5)4), 또는 실란(SiH4) 중 하나 이상을 포함하고, 그리고
상기 제2 가스 소스는 상기 제2 가스 소스 유동 라인에 제공되는 캐리어 가스를 포함하고, 그리고 상기 캐리어 가스는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 또는 질소(N2) 중 하나 이상을 포함하는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 제1 가스 소스 유동 라인은 제1 가스 전환 밸브(gas diverter valve)를 통해 상기 제1 가스 소스 유동 라인에 유동적으로 커플링된 제1 가스 소스 전환 유동 라인(gas source diverter flow line)에 유동적으로 커플링되고, 그리고 상기 제1 가스 전환 밸브는, 상기 제1 가스 소스 전환 유동 라인에 대해 상시 폐쇄 포지션에 있도록 구성된 양방향 밸브를 포함하는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 제1 가스 소스 밸브는 소스 개방 포지션과 소스 폐쇄 포지션 사이에서 이동하도록 구성되고, 상기 소스 개방 포지션에서 상기 반응 가스는 상기 1차 유동 라인으로 유동하도록 구성되고, 그리고 상기 소스 폐쇄 포지션에서 상기 반응 가스는 상기 제1 가스 소스 전환 유동 라인으로 유동하도록 구성되는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 제2 가스 소스 밸브는 소스 개방 포지션과 소스 폐쇄 포지션 사이에서 이동하도록 구성되고, 상기 소스 개방 포지션에서 상기 캐리어 가스는 상기 1차 유동 라인으로 유동하도록 구성되고, 그리고 상기 소스 폐쇄 포지션에서 상기 캐리어 가스는 상기 1차 유동 라인으로 유동하는 것이 방지되고, 그리고
상기 제1 가스 소스 밸브가 상기 소스 개방 포지션에 있을 때, 상기 제2 가스 소스 밸브는 상기 소스 개방 포지션에 있는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 1차 유동 라인은 프로세싱 챔버의 유입구 포트에 유동적으로 커플링되고, 그리고 상기 프로세싱 챔버는 배출구 포트를 더 포함하고, 진공 펌프가 상기 배출구 포트에 유동적으로 커플링되고 그리고 상기 프로세싱 챔버 밖으로 가스를 펌핑하도록 구성되는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 밸브 시스템은 가스 매니폴드를 더 포함하고, 그리고
상기 1차 유동 라인은, 상기 제1 가스 소스 밸브를 적어도 부분적으로 관통해, 상기 제2 가스 소스 밸브를 적어도 부분적으로 관통해, 그리고 상기 가스 매니폴드를 적어도 부분적으로 관통해 형성되는,
가스의 유동을 제어하기 위한 밸브 시스템.
프로세싱 챔버 ― 상기 프로세싱 챔버는 상기 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된 기판 지지부를 포함함 ―; 및
상기 프로세싱 챔버에 유동적으로 커플링되고 그리고 상기 프로세싱 챔버 내로의 가스의 유동을 제어하도록 구성된 밸브 시스템을 포함하며,
상기 밸브 시스템은,
1차 유동 라인;
산소 소스 밸브를 통해 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 산소(O2) 유동 라인;
TEOS(tetraethyl orthosilicate) 소스 밸브를 통해 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 TEOS(Si(OC2H5)4) 유동 라인;
실란 소스 밸브를 통해 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 실란(SiH4) 유동 라인; 및
캐리어 가스 소스 밸브를 통해 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링된 캐리어 가스 유동 라인을 포함하고,
상기 산소 소스 밸브, 상기 TEOS 소스 밸브, 상기 실란 소스 밸브, 및 상기 캐리어 가스 소스 밸브는 상기 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝되고, 그리고
상기 캐리어 가스 소스 밸브는, 상기 1차 유동 라인 내에서 상기 산소 소스 밸브, 상기 TEOS 소스 밸브, 및 상기 실란 소스 밸브에 대해 업스트림에 포지셔닝되는,
기판 프로세싱 시스템.
제10 항에 있어서,
상기 산소 소스 밸브, 상기 TEOS 소스 밸브, 및 상기 실란 소스 밸브는 상기 1차 유동 라인에 대해 상시 개방 포지션에 있도록 구성되고, 그리고
캐리어 가스 소스가 상기 캐리어 가스 유동 라인과 유동적으로 커플링되도록 구성되고, 그리고 상기 캐리어 가스 소스는 캐리어 가스를 포함하고, 그리고 상기 캐리어 가스는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 또는 질소(N2) 중 하나 이상을 포함하는,
기판 프로세싱 시스템.
제10 항에 있어서,
상기 밸브 시스템은 가스 매니폴드를 더 포함하고, 그리고
상기 1차 유동 라인은, 상기 산소 소스 밸브를 적어도 부분적으로 관통해, 상기 TEOS 소스 밸브를 적어도 부분적으로 관통해, 상기 실란 소스 밸브를 적어도 부분적으로 관통해, 상기 캐리어 가스 소스 밸브를 적어도 부분적으로 관통해, 그리고 상기 가스 매니폴드를 적어도 부분적으로 관통해 형성되는,
기판 프로세싱 시스템.
프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 포지셔닝하는 단계;
제1 가스 소스 유동 라인을 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링하는 제1 가스 소스 밸브를 통해 제1 가스를 상기 프로세싱 챔버에 제공하는 단계; 및
제2 가스 소스 유동 라인을 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링하는 제2 가스 소스 밸브를 통해 제2 가스를 상기 프로세싱 챔버에 제공하는 단계를 포함하며,
상기 제1 가스 소스 밸브와 상기 제2 가스 소스 밸브는 상기 1차 유동 라인 내에 직렬로 포지셔닝되는,
프로세싱 챔버 내로 가스를 분배하는 방법.
제13 항에 있어서,
상기 제1 가스는, 산소(O2), TEOS(tetraethyl orthosilicate)(Si(OC2H5)4), 또는 실란(SiH4) 중 하나 이상을 포함하고, 그리고 상기 제2 가스는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 또는 질소(N2) 중 하나 이상을 포함하는,
프로세싱 챔버 내로 가스를 분배하는 방법.
제13 항에 있어서,
제3 가스 소스 유동 라인을 상기 1차 유동 라인에 유동적으로 커플링하는 제3 가스 소스 밸브를 통해 제3 가스를 상기 프로세싱 챔버에 제공하는 단계; 및
상기 제3 가스 소스 밸브를, 상기 제3 가스 소스 유동 라인을 상기 1차 유동 라인으로부터 유동적으로 디커플링하는 어댑터 플레이트로 교체하는 단계를 더 포함하는,
프로세싱 챔버 내로 가스를 분배하는 방법.
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