KR20210053351A - 증착 부산물 빌드업 (buildup) 으로부터 진공 펌프 보호 - Google Patents

증착 부산물 빌드업 (buildup) 으로부터 진공 펌프 보호 Download PDF

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KR20210053351A
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존 스티븐 드류어리
톰 에이. 캄프
하오꽌 얀
하오„œ 얀
존 에드워드 도허티
알리 수시토 탄
밍-쿠에이 쩡
브루스 프리맨
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

플라즈마 에칭 챔버와 같은 프로세싱 챔버가 증착 및 에칭 동작들을 수행할 수 있고, 증착 및 에칭 동작들의 부산물들이 프로세싱 챔버에 유체로 커플링된 진공 펌프 시스템에 축적될 수 있다. 진공 펌프 시스템이 에칭 가스들이 러핑 펌프로 방향 전환될 수 있고 증착 전구체들이 또 다른 러핑 펌프로 방향 전환될 수 있도록 복수의 러핑 펌프들을 가질 수도 있다. 방향 전환 라인이 별도의 러핑 펌프를 통해 사용되지 않은 증착 전구체들을 라우팅할 수도 있다. 진공 펌프 시스템의 1 차 펌프의 유출구에서 하나 이상의 가스 배출기들 또는 벤츄리 펌프들을 통합함으로써 증착 부산물들이 형성되는 것이 방지될 수 있다. 특정한 세정 화학 물질들을 사용하는, 웨이퍼리스 (waferless) 자동화된 세정 동작들과 같은 세정 동작들은 에칭 동작들 전 또는 후에 증착 부산물들을 제거할 수도 있다.

Description

증착 부산물 빌드업 (buildup) 으로부터 진공 펌프 보호
참조로서 인용
PCT 신청 양식이 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 신청 양식에서 식별된 바와 같이 우선권 또는 이익을 주장하는 출원 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 인용되었다.
진공 펌프들은 프로세싱 챔버 내에 청정 (clean) 및/또는 저압 분위기를 제공하기 위해 반도체 프로세싱 장비에서 널리 사용된다. 이러한 진공 펌프들은 부산물들 및 사용되지 않은 에칭 전구체와 증착 전구체를 제거하기 위해 프로세싱 챔버에 유체로 연결될 수도 있다. 일부 진공 펌프들은 시간이 흐름에 따라 진공 펌프들을 부식시킬 수 있고 그렇지 않으면 열화시킬 수 있는 에칭 전구체와 증착 전구체의 혼합으로부터 부산물들의 바람직하지 않은 빌드업 (buildup) 에 취약할 수도 있다.
본 명세서에 제공된 배경기술은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적들이다. 이 배경기술에 기술되는 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술 (description) 의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
프로세싱 챔버, 프로세싱 챔버 내로 하나 이상의 에칭 가스들을 도입하도록 구성된 에칭 가스 전달 시스템, 프로세싱 챔버 내로 하나 이상의 증착 전구체들을 도입하도록 구성된 증착 전구체 전달 시스템, 및 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 진공 펌프 시스템을 포함하는 장치가 본 명세서에 제공된다. 진공 펌프 시스템은 제 1 러핑 펌프 (roughing pump), 제 2 러핑 펌프, 및 제 1 러핑 펌프 및 제 2 러핑 펌프 중 하나 또는 모두와 유체로 연통하는 터보분자 (turbomolecular) 펌프를 포함한다.
일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 제 1 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 에칭 가스들을 지향시키고 제 2 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키도록 구성된다. 일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 수용하도록 구성된 포어라인 (foreline), 및 포어라인에 커플링되고 제 1 위치에서 제 1 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 에칭 가스들을 지향시키도록 구성되고 제 2 위치에서 제 2 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키도록 구성된 밸브를 더 포함한다. 일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 증착 전구체 전달 시스템과 유체로 연통하는 방향 전환 (divert) 라인을 더 포함하고, 방향 전환 라인은 증착 전구체 전달 시스템으로부터 제 2 러핑 펌프를 통해 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 방향 전환하도록 구성된다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 에칭 가스들은 브롬화수소 (HBr) 를 포함하고 하나 이상의 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태는 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 배기하기 위한 진공 펌프 시스템을 수반한다. 진공 펌프 시스템은 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들을 수용하기 위한 제 1 러핑 펌프, 및 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 증착 전구체들을 수용하기 위한 제 2 러핑 펌프를 포함하고, 제 1 러핑 펌프 및 제 2 러핑 펌프 중 하나 또는 모두는 터보분자 펌프와 유체로 연통하도록 구성된다.
일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 수용하도록 구성된 포어라인, 및 포어라인에 커플링되고 제 1 위치에서 제 1 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 에칭 가스들을 지향시키도록 구성되고 제 2 위치에서 제 2 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키도록 구성된 밸브를 더 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태는 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 배기하기 위한 진공 펌프 시스템을 수반한다. 진공 펌프 시스템은 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 수용하기 위한 제 1 러핑 펌프, 및 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 수용하기 위한 제 2 러핑 펌프를 포함하고, 제 1 러핑 펌프 및 제 2 러핑 펌프 중 하나 또는 모두는 터보분자 펌프와 유체로 연통하도록 구성된다.
일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 제 1 러핑 펌프를 통해 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키고, 제 2 러핑 펌프를 통해 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 지향시키도록 구성된다. 일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 증착 전구체 전달 시스템과 유체로 연통하는 방향 전환 라인을 더 포함하고, 방향 전환 라인은 증착 전구체 전달 시스템으로부터 제 2 러핑 펌프를 통해 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 방향 전환하도록 구성된다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 에칭 가스들은 브롬화수소 (HBr) 를 포함하고 하나 이상의 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태는 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법을 수반한다. 방법은 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 하나 이상의 증착 동작들을 수행하는 단계, 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 하나 이상의 에칭 동작들을 수행하는 단계, 및 진공 펌프 시스템을 통해 흐르는 반응성 가스들을 사용하여 세정 동작을 수행하는 단계를 포함하고, 세정 동작은 하나 이상의 에칭 동작들 전 또는 후에 수행되고, 진공 펌프 시스템은 프로세싱 챔버와 유체로 연통한다.
일부 구현 예들에서, 세정 동작을 수행하는 단계는 증착 동작과 에칭 동작 사이에 발생한다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 증착 동작들을 수행하는 단계, 하나 이상의 에칭 동작들을 수행하는 단계, 및 세정 동작을 수행하는 단계는 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼를 사용하여 발생한다. 일부 구현 예들에서, 세정 동작을 수행하는 단계는 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 없이 발생한다. 일부 구현 예들에서, 반응성 가스들은 삼불화질소 (NF3), 육불화황 (SF6), 사불화탄소 (CF4), 삼불화염소 (ClF3), 염소 (Cl2), 산소 (O2), 오존 (O3), 또는 이들의 조합들을 포함한다. 일부 구현 예들에서, 반응성 가스들은 오존을 포함한다. 일부 구현 예들에서, 방법은 플라즈마 반응에 의해 프로세싱 챔버 내에서 반응성 가스들을 인-시츄로 (in-situ) 생성하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현 예들에서, 방법은 포어라인에 위치된 플라즈마 소스에 의해 반응성 가스들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 포어라인은 진공 펌프 시스템과 프로세싱 챔버 사이의 상호 연결을 제공한다. 일부 구현 예들에서, 방법은 포어라인 외부에 위치된 리모트 플라즈마 소스에 의해 반응성 가스들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 포어라인은 진공 펌프 시스템과 프로세싱 챔버 사이의 상호 연결을 제공한다.
본 개시의 또 다른 양태는 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 가스들을 배기하기 위한 진공 펌프 시스템을 수반한다. 진공 펌프 시스템은 증착 전구체들 및 에칭 가스들이 프로세싱 챔버로부터 배기되는 러핑 펌프, 러핑 펌프와 직렬로 연결되고 러핑 펌프로부터 다운스트림에 위치된 가스 배출기를 포함하고, 가스 배출기는 러핑 펌프의 유출구에서의 압력을 감소시키도록 구성된다.
일부 구현 예들에서, 가스 배출기는 러핑 펌프의 유출구에 연결된 벤츄리 (venturi) 펌프이고, 벤츄리 펌프는 벤츄리 펌프의 바디를 통해 주입 가스를 흘리도록 구성되고 벤츄리 펌프의 바디에서 배기된 증착 전구체들과 에칭 가스들을 혼합한다. 일부 구현 예들에서, 주입 가스는 불활성 가스, 청정 건조 공기 (clean dry air), 또는 질소 가스 (N2) 를 포함한다. 일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템은 증착 전구체들 및 배기 가스들을 처리하도록 구성된 저감 (abatement) 컴포넌트를 더 포함하고, 가스 배출기는 저감 컴포넌트와 러핑 펌프 사이에 위치된다.
도 1a는 일부 구현 예들에 따라 에칭 동작 및 증착 동작을 수행하기 위한 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다.
도 1b는 일부 구현 예들에 따른 터보분자 펌프와 직렬로 사용되는 러핑 펌프를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도이다.
도 2a는 일부 구현 예들에 따른 2 개의 별도의 펌프들을 갖는 "완전 방향 전환 (full divert)" 진공 펌프 시스템을 포함하는 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다.
도 2b는 일부 구현 예들에 따른 2 개의 별도의 펌프들을 갖는 "바이패스 방향 전환 (bypass divert)" 진공 펌프 시스템을 포함하는 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다.
도 2c는 일부 구현 예들에 따라 상이한 압력 단계들에서 동작하는 "멀티-유입구 (multi-inlet)" 진공 펌프 시스템을 포함하는 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다.
도 3은 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템의 회전자 컴포넌트들의 예를 예시한다.
도 4는 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템에서 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위한 세정 프로세스의 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 저감 컴포넌트와 유체로 연통하는 유출구를 갖는 러핑 펌프를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도이다.
도 6은 일부 구현 예들에 따른 벤츄리 펌프의 길이에 걸친 압력 경사를 도시하는 예시적인 벤츄리 펌프의 단면 개략도이다.
도 7은 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템에 연결하도록 구성된 컴포넌트들을 갖는 예시적인 벤츄리 펌프를 도시한다.
도 8a는 일부 구현 예들에 따른, 러핑 펌프를 포함하고 가스 배출기와 직렬로 연결되도록 수정된 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도를 도시한다.
도 8b는 일부 구현 예들에 따른 가스 배출기와 직렬로 연결된 러핑 펌프를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도를 도시한다.
도 8c는 일부 구현 예들에 따른 복수의 가스 배출기와 직렬로 연결되도록 수정된 러핑 펌프를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도를 도시한다.
도 9는 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템의 멀티-단계 벤츄리 배압 펌프 (backing pump) 로서 동작하는 복수의 벤츄리 펌프들을 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도를 도시한다.
본 개시에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"는 상호 교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업계에 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 이하의 상세한 기술은 본 개시가 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 개시는 이렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 개시의 이점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
도입
통상적으로, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스는 별도의 툴들 또는 플랫폼들에서 수행된다. 예를 들어, 증착 챔버들은 일반적으로 에칭 프로세스들을 실행하지 않고, 에칭 챔버들은 일반적으로 증착 프로세스들을 실행하지 않는다. 일부 실시 예들에서, 장치가 단일 프로세싱 챔버에서 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, ALD (Atomic Layer Deposition) 프로세스들 및 에칭 프로세스들은 플라즈마 에칭 챔버와 같은 프로세싱 챔버에서 수행될 수도 있다. 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 ALD 프로세스들 및 에칭 프로세스들 모두를 수행할 때, 증착 전구체들 및 에칭 가스들이 프로세싱 챔버를 통해 흐르고 진공 펌프 시스템을 통해 배기될 수도 있다.
반응되지 않은 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 프로세싱 챔버에 유체로 커플링된 진공 펌프 시스템에 의해 배기될 수도 있다. 반응되지 않은 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 펌프 장비를 손상시킬 수 있는 진공 펌프 시스템에서 바람직하지 않은 부산물들을 형성하고 혼합할 수도 있다. 일부 예들에서, 증착 부산물들은 진공 펌프 시스템의 러핑 (roughing) 펌프에 축적될 수도 있고, 증착 부산물들은 러핑 펌프를 열화시키고, 이에 따라 이의 성능 및 수명을 감소시킨다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 프로세스 화학 물질 (예를 들어, 증착 전구체, 에칭 가스, 또는 반응 생성물) 은 증착 또는 에칭 동작 후 러핑 펌프 내에 유지되고, 유지된 화학 물질과의 화학 반응이 이어지고, 그리고 동일한 프로세스 화학 물질은 러핑 펌프를 통해 흐른다. 예를 들어, 브롬화수소 (HBr) 와 같은 산 가스는 루이스 산 촉매 (Lewis acid catalyst) 인 브롬화 철을 형성하도록 러핑 펌프의 철 성분들 (components) 과 반응할 수도 있다. 후속하여 아미노-실란 전구체 가스와 같은 증착 전구체에 노출될 때, 원래의 아미노-실란 전구체 가스보다 낮은 휘발성을 갖는 증착 부산물을 발생시키는 다수의 반응들이 이어질 수도 있다. 펌프 내 증착 부산물의 축적은 펌프의 조기 고장을 초래할 수 있다. 일부 예들에서, 증착 부산물은 어두운 타르-유사 물질일 수 있다. 증착 부산물의 축적은 단일 프로세싱 챔버에서 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 함께 사용하는 유용성을 감소시킨다.
본 개시는 진공 펌프 시스템으로부터 증착 부산물들을 제거하거나 증착 부산물들이 진공 펌프 시스템에서 형성되는 것을 방지하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 일부 실시 예들에서, 증착 가스 및 에칭 가스는 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 별도의 펌프들을 통해 개별적으로 배출될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 펌프는 펌프의 동작 압력에 따라 펌프를 프로세싱 챔버에 액세스하기 위한 복수의 유입구들을 가질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 펌프의 내부 표면들은 증착 부산물을 기화시키거나 증착 부산물을 형성하는 표면 반응들을 방지하도록 상승된 온도로 가열된다. 일부 실시 예들에서, 펌프의 내부 표면들은 그렇지 않으면 증착 부산물을 형성할 표면 반응들을 방지하거나 최소화하도록 내부식성 재료로 코팅된다. 일부 실시 예들에서, 증착 동작과 에칭 동작 사이에 수행된 퍼지 동작들이 진공 펌프 시스템으로부터 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 제거하기에 충분하게 되도록 퍼지 시간들이 결정된다. 일부 실시 예들에서, 세정 동작은 증착 부산물들을 제거하거나 진공 펌프 시스템으로부터 증착 가스/에칭 가스를 제거하기 위해 반응성 가스들을 사용할 수도 있다. 세정 화학 물질들은 산소, 오존, 또는 이들의 조합들을 수반할 수도 있다. 세정 화학 물질들은 불소-함유 종, 염소-함유 종, 브롬-함유 종, 요오드-함유 종, 또는 이들의 조합들을 수반할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 가스 배출기들 또는 벤츄리 (venturi) 펌프들은 러핑 펌프의 유출구에서 배기 압력을 감소시키도록 러핑 펌프로부터 다운스트림에 제공될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 가스 배출기들 또는 벤츄리 펌프들은 프로세싱 챔버 내에 적어도 "러프 (rough)" 진공을 생성하기 위한 1 차 펌프로서 역할할 수도 있다. 전술한 실시 예들 중 하나 이상은 증착 부산물 빌드업을 방지하도록 함께 결합될 수도 있다.
통합된 에칭/증착 장치
도 1a는 일부 구현 예들에 따라 에칭 동작 및 증착 동작을 수행하기 위한 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다. 프로세싱 장치 (100) 는 유도 결합 플라즈마 (inductively coupled plasma) 프로세싱 장치일 수도 있다. 프로세싱 장치 (100) 는 플라즈마 에칭 챔버와 같은 플라즈마 챔버 (132) 를 포함한다. 일부 구현 예들에서, CA, Fremont 소재의 Lam Research Corporation에 의해 생산된 Kiyo™ 반응기는 플라즈마 에칭 챔버로서 사용될 수도 있는 적합한 반응기의 예이다.
에칭 및 증착 동작들을 수행하기 위한 프로세싱 장치 (100) 에 관한 세부 사항들은 2017년 8월 4일 출원된 Zhou 등의, "INTEGRATED ATOMIC LAYER PASSIVATION IN TCP ETCH CHAMBER AND IN-SITU ETCH-ALP METHOD"의 명칭으로 미국 특허 출원 번호 제 15/669,871 호에 기술되고, 이는 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 인용된다.
플라즈마 챔버 (132) 는 챔버 벽들 (114) 및 윈도우 (106) 에 의해 규정될 수도 있는 전체 챔버 구조체를 포함할 수도 있다. 윈도우 (106) 는 석영 또는 다른 유전체 재료로 제조될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 챔버 (132) 는 플라즈마 챔버 (132) 내부에 배치된 기판 지지부 (116) 를 포함한다. 일부 구현 예들에서, 기판 지지부 (116) 는 증착/에칭 프로세스가 수행되는 기판 (112) 을 지지하기 위한 정전 척이다. 정전 척은 기판 (112) 을 척킹 (chucking) 및 디척킹하기 (dechucking) 위한 정전 전극들을 포함할 수도 있다. 필터 및 DC 클램프 전력 공급부 (미도시) 가 이 목적을 위해 제공될 수도 있다. 기판 지지부 (116) 로부터 기판 (112) 을 리프팅하기 위한 다른 제어 시스템들이 또한 제공될 수도 있다. 기판 지지부 (116) 는 기판 (112) 을 수용하고 홀딩하도록 구성된다.
일부 구현 예들에서, 기판 지지부 (116) 는 기판 (112) 을 가열하기 위한 히터 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 기판 지지부 (116) 는 약 -20 Å 내지 약 150 Å와 같은 상승된 온도에서 동작할 수도 있다. 온도는 프로세스 동작 및 특정한 레시피에 종속될 것이다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 챔버 (132) 는 또한 약 1 mTorr 내지 약 1 Torr의 압력들과 같은 특정한 압력들에서 동작할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 프로세싱 장치 (100) 는 기판 지지부 (116) 를 바이어싱/충전하기 위해 사용될 수도 있는 무선 주파수 (Radio-Frequency; RF) 전력 공급부 (120) 를 포함할 수도 있다. RF 전력 공급부 (120) 는 하나 이상의 RF 생성기들에 의해 규정될 수도 있다. 복수의 RF 생성기들이 제공된다면, 다양한 튜닝 특성들을 달성하기 위해 상이한 주파수들이 사용될 수도 있다. 바이어스 매칭 회로 (118) 가 RF 전력 공급부 (120) 와 기판 지지부 (116) 사이에 커플링된다. 이러한 방식으로, RF 전력 공급부 (120) 는 기판 지지부 (116) 에 연결된다.
코일 (134) 이 윈도우 (106) 위에 위치된다. 코일 (134) 은 전기적으로 전도성인 재료로 제조되고, 적어도 하나의 완전한 턴을 포함한다. 도 1a에 도시된 코일 (134) 은 적어도 3 번의 턴들을 포함한다. RF 전력 공급부 (121) 가 코일 (134) 에 RF 전력을 공급하도록 구성된다. 매칭 회로 (102) 가 RF 전력 공급부 (121) 와 코일 (134) 사이에 커플링된다. 이러한 방식으로, RF 전력 공급부 (121) 는 코일 (134) 에 연결된다. 일부 구현 예들에서, 선택 가능한 패러데이 차폐부 (미도시) 가 코일 (134) 과 윈도우 (106) 사이에 위치된다. 패러데이 차폐부는 코일 (134) 에 대해 이격된 관계로 유지될 수도 있다. 패러데이 차폐부는 윈도우 (106) 바로 위에 배치될 수도 있다. 패러데이 차폐부는 금속 또는 다른 종이 플라즈마 챔버 (132) 의 윈도우 (106) 상에 증착되는 것을 방지할 수도 있다.
RF 전류로 하여금 코일 (134) 을 통해 흐르게 하도록 RF 전력 공급부 (121) 로부터 코일 (134) 로 RF 전력이 공급된다. 코일 (134) 을 통해 흐르는 RF 전류는 코일 (134) 주위에 전자기장을 생성할 수도 있다. 전자기장은 플라즈마를 생성하기 위해 플라즈마 챔버 (132) 내에 존재하는 가스(들)에 작용하는 유도 전류를 플라즈마 챔버 (132) 내에 생성한다. 플라즈마로부터의 다양한 이온들 및/또는 라디칼들은 증착 또는 에칭 동작을 수행하기 위해 기판 (112) 과 상호 작용할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 프로세싱 장치 (100) 는 선택 가능하게 플라즈마 챔버 (132) 를 상부 부분 및 하부 부분으로 분할하도록 사용될 수도 있는 플라즈마 그리드 (미도시) 를 포함한다. 플라즈마 그리드는 플라즈마 챔버 (132) 의 하부 부분 내로 고온 전극들의 양을 제한하도록 사용될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 프로세싱 장치 (100) 는 플라즈마 챔버 (132) 의 하부 부분에 존재하는 플라즈마가 이온-이온 플라즈마이고 플라즈마 챔버 (132) 의 상부 부분에 존재하는 플라즈마가 전자-이온 플라즈마이도록 동작하게 설계된다.
프로세스 가스들은 플라즈마 챔버 (132) 의 상단부로부터 제 1 가스 주입기 (104) 를 통해 그리고/또는 플라즈마 챔버 (132) 의 측면으로부터 제 2 가스 주입기 (110) 를 통해 플라즈마 챔버 (132) 내로 도입될 수도 있다. 프로세스 가스들은 기화된 액체 전구체들 또는 기화된 고체 전구체들을 포함할 수도 있고, 이는 프로세싱 장치 (100) 의 업스트림의 고체 소스 증발기 (미도시) 에서 기화될 수도 있다. 하나 이상의 반응 가스들이 제 1 가스 주입기 (104) 및/또는 제 2 가스 주입기 (110) 를 통해 공급될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 가스 주입기들 (104, 110) 은 샤워헤드들에 의해 대체될 수도 있다. 부가적인 또는 다른 가스 공급부들이 다양한 타입들의 동작들을 위해 플라즈마 챔버 (132) 에 상이한 가스들을 공급하기 위해 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
플라즈마 챔버 (132) 내로 가스(들)를 주입하는 다양한 방식들은 프로세스 가스들, 기화된 액체 전구체들, 및/또는 기화된 고체 전구체들이 다양한 위치들로부터 플라즈마 챔버 (132) 내로 제공될 수도 있다는 것을 도시한다. 일부 구현 예들에서, 제 1 가스 주입기 (104) 만이 사용된다. 일부 다른 구현 예들에서, 제 2 가스 주입기 (110) 만이 사용된다. 일부 다른 구현 예들에서, 제 1 가스 주입기 (104) 및 제 2 가스 주입기 (110) 모두가 사용된다. 일부 구현 예들에서, 매니폴드들 (122) 은 상이한 가스 라인들 각각에 공급되는 가스들을 제어한다. 매니폴드들 (122) 은 임의의 타입의 가스 (반응 물질, 캐리어, 전구체, 등) 로 하여금 임의의 상이한 가스 라인들로부터 제공되게 한다. 일부 구현 예들에서, 캐리어 가스들은 산소 (O2), 질소 (N2), 및 헬륨 (He) 과 같은 가스들을 포함할 수 있다. 가스들은 혼합 없이 플라즈마 챔버 (132) 내로 도입될 수도 있고, 또는 플라즈마 챔버 (132) 내로 도입되기 전에 다른 가스들과 혼합될 수도 있다.
매니폴드들 (122) 은 전달 시스템 (128) 의 각각의 전달 시스템들로부터 출력들을 선택, 스위칭, 및/또는 혼합하기 위해 사용될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 전달 시스템 (128) 은 에칭 가스 전달 시스템 (127) 및 증착 전구체 전달 시스템 (129) 을 포함할 수도 있다. 에칭 가스 전달 시스템 (127) 은 에칭 가스들을 출력하도록 구성될 수도 있다. 에칭 가스들의 예들은 염소 (Cl2), 브롬화수소 (HBr), 및 육불화황 (SF6) 을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 증착 전구체 전달 시스템 (129) 은 ALD 프로세스와 같은 증착 프로세스에서 기화되고 증기 형태로 전달되는 액체 전구체를 제공하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 증착 전구체는 플라즈마 챔버 (132) 내로 도입될 수도 있고, 기판 (112) 의 표면 상에 흡착될 수도 있다. 흡착된 전구체는 플라즈마를 사용하여 흡착-제한된 양의 막을 형성하도록 변환될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 증착 전구체는 아미노-실란 전구체를 포함한다. 예시적인 증착 전구체가 다음의 화학식의 화학적 조성을 가질 수도 있다: CxHyNzOaSib.
진공 펌프 시스템 (130) 이 플라즈마 챔버 (132) 에 연결되고, 플라즈마 챔버 (132) 로부터 프로세스 가스들을 인출하고 플라즈마 챔버 (132) 내에서 특정한 압력을 유지하도록 사용될 수도 있다. 밸브 (126) 가 플라즈마 챔버 (132) 에 인가되는 진공 흡입량을 제어하도록 배기부 (124) 와 진공 펌프 시스템 (130) 사이에 배치될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템 (130) 은 1 단계 또는 2 단계 기계적 건식 펌프 및/또는 터보분자 (turbomolecular) 펌프를 포함할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 진공 펌프 시스템 (130) 은 플라즈마 챔버 (132) 를 퍼지하기 위해 증착 동작 또는 에칭 동작이 완료될 때마다 활성화될 수도 있다. 진공 펌프 시스템 (130) 의 예가 도 1b에 더 기술된다. 진공 펌프 시스템 (130) 은 플라즈마 챔버 (132) 에 유체로 연결되고, 플라즈마 챔버 (132) 로부터 에칭 가스들, 증착 전구체들, 및 반응 부산물들을 제거하도록 역할할 수도 있다.
프로세싱 장치 (100) 는 클린 룸 또는 제조 설비 내에 설치될 때 설비들 (미도시) 에 커플링될 수도 있다. 설비들은 프로세싱 가스들, 진공, 온도 제어, 및 분위기 입자 제어를 제공하는 배관을 포함한다. 이들 설비들은 타겟 제조 설비 내에 설치될 때 프로세싱 장치 (100) 에 커플링될 수도 있다. 부가적으로, 프로세싱 장치 (100) 는 로보틱스 (robotics) 로 하여금 자동화를 사용하여 플라즈마 챔버 (132) 내외로 기판들을 이송하게 하는 이송 챔버에 커플링될 수도 있다.
프로세싱 장치 (100) 는 시스템 제어기 (108) 를 더 포함할 수도 있다. (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기들을 포함할 수도 있는) 시스템 제어기 (108) 는 프로세스 장치 (100) 의 일부 또는 모든 동작들을 제어한다. 시스템 제어기 (108) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 프로세서는 CPU (Central Processing Unit) 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부들 및/또는 디지털 입력/출력 연결부들, 스텝퍼 (stepper) 모터 제어기 보드들, 및 다른 유사한 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행될 수도 있다. 이들 인스트럭션들은 시스템 제어기 (108) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고, 이들은 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 시스템 제어기 (108) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.
시스템 제어 소프트웨어는 다음의 챔버 동작 조건들 중 임의의 하나 이상의 크기 및/또는 적용 타이밍을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다: 가스들의 혼합물 및/또는 조성, 챔버 압력, 챔버 온도, 웨이퍼/웨이퍼 지지부 온도, (다양한 구현 예들에서 0일 수도 있는) 기판에 인가된 바이어스, 코일들 또는 다른 플라즈마 생성 컴포넌트들에 인가된 주파수 및 전력, 기판 위치, 기판 이동 속도, 및 툴에 의해 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들. 시스템 제어 소프트웨어는 진공 펌프 시스템 (130) 을 통해 가열 동작들, 퍼지 동작들, 및 세정 동작들을 더 제어할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 (subroutines) 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작들을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어가 임의의 적합한 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (Input/Output Control) 시퀀싱 인스트럭션들을 포함한다. 예를 들어, 반도체 제조 프로세스의 페이즈 (phase) 각각은 시스템 제어기 (108) 에 의한 실행을 위한 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 페이즈에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 예를 들어, 대응하는 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 레시피 페이즈들은 도핑 프로세스의 단계들이 그 프로세스 페이즈에 대해 특정한 순서로 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 레시피는 에칭 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있고, 에칭 동작들 각각 사이에 수행된 ALD 프로세스의 하나 이상의 사이클들을 포함할 수도 있다. 레시피는 에칭 동작들과 ALD 프로세스의 하나 이상의 사이클들 사이에 퍼지 동작들 및/또는 세정 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (108) 는 다음: 에칭 가스 전달 시스템 (127) 으로부터 하나 이상의 에칭 가스들을 사용하여 플라즈마 챔버 (132) 내 기판 (112) 상에서 에칭 동작을 수행하고; 그리고 증착 전구체 전달 시스템 (129) 으로부터 하나 이상의 증착 전구체들을 사용하여 플라즈마 챔버 (132) 내의 기판 (112) 상에서 증착 동작을 수행하는 동작들 중 하나 이상을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성된다. 시스템 제어기 (108) 는 다음: 진공 펌프 시스템 (130) 을 사용하여 플라즈마 챔버 (132) 로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 전구체들을 배기하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다. 시스템 제어기 (108) 는 다음: 진공 펌프 시스템 (130) 의 펌프의 표면들을 상승된 온도로 가열하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다. 시스템 제어기 (108) 는 다음: 잔류 가스 분석 (Residual Gas Analysis; RGA) 또는 FTIR (Fourier Transform Infrared) 가스 분석에 의해 결정된 퍼지 시간에 따라 진공 펌프 시스템 (130) 으로부터 하나 이상의 에칭 가스들 또는 하나 이상의 증착 전구체들을 퍼지하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다. 시스템 제어기 (108) 는 다음: 에칭 동작 전 또는 후에 진공 펌프 시스템 (130) 을 통해 흐르는 반응성 가스들을 사용하여 세정 동작을 수행하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성될 수도 있다.
다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 (positioning) 프로그램, 프로세스 가스 조성 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 RF 전력 공급 제어 프로그램을 포함한다.
일부 경우들에서, 시스템 제어기 (108) 는 가스 농도, 기판 이동, 및/또는 코일 (134) 및/또는 기판 지지부 (116) 에 공급된 전력을 제어한다. 시스템 제어기 (108) 는 예를 들어, 적절한 농도(들)로 필요한 반응 물질(들)을 제공하는 하나 이상의 유입구 가스 스트림을 생성하도록 관련 밸브들을 개방 및 폐쇄함으로써 가스 농도를 제어할 수도 있다. 기판 이동은 예를 들어, 기판 포지셔닝 시스템이 목표된 대로 이동하도록 지시함으로써 제어될 수도 있다. 코일 (134) 및/또는 기판 지지부 (116) 에 공급된 전력은 특정한 RF 전력 레벨들을 제공하도록 제어될 수도 있다. 그리드가 사용된다면, RF 전력들은 시스템 제어기 (108) 에 의해 플라즈마 챔버 (132) 의 상부 부분에 전자-이온 플라즈마를 생성하고 플라즈마 챔버 (132) 의 하부 부분에 이온-이온 플라즈마를 생성하도록 조정될 수도 있다. 또한, 시스템 제어기 (108) 는 전자-이온 플라즈마가 플라즈마 챔버 (132) 의 하부 부분에서 형성되지 않도록 하는 조건들 하에서 기판 지지부 (116) 에 전력을 공급하도록 구성될 수도 있다.
시스템 제어기 (108) 는 센서 출력 (예를 들어, 전력, 전위, 압력, 가스 레벨들, 등이 특정한 문턱값에 도달할 때), 동작의 타이밍 (예를 들어, 프로세스의 특정한 시간들에 밸브들을 개방, 퍼지, 등) 에 기초하여, 또는 사용자로부터 수신된 인스트럭션들에 기초하여 이들 및 다른 양태들을 제어할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (108) 는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는, 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 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. 프로세싱 요건들 및/또는 시스템의 타입에 따라, 시스템 제어기 (108) 는 에칭 가스들 및 증착 전구체들의 플라즈마 챔버 (132) 내로의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, RF 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 내외로의 기판 이송들, 플라즈마 챔버 (132) 로부터 가스들 및 부산물들의 퍼지, 진공 펌프 시스템 (130) 으로부터 가스들 및 부산물들의 퍼지, 진공 펌프 시스템 (130) 의 컴포넌트들의 표면들의 가열, 및 반응 가스들로 진공 펌프 시스템 (130) 의 세정을 포함하는, 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 시스템 제어기 (108) 는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 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 (DSPs), 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 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 시스템 제어기 (108) 로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 기판의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (108) 는 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 시스템 제어기 (108) 는 기판 프로세싱의 원격 액세스를 허용할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드 (cloud)" 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 프로세스를 시작하도록 시스템에 대한 원격 액세스를 인에이블할 (enable) 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 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, 시스템 제어기 (108) 는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 시스템 제어기 (108) 가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 시스템 제어기 (108) 는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 시스템 제어기 (108) 의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 시스템 제어기 (108) 는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 기판들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접한 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 시스템 제어기 (108), 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
진공 펌프 시스템
도 1b는 일부 구현 예들에 따른 터보분자 펌프와 직렬로 사용되는 러핑 펌프를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템의 개략도이다. 그러나, 본 개시의 진공 펌프 시스템 (130) 은 도 1b에 도시된 것과 상이한 펌프(들) 및 펌프 컴포넌트들을 포함할 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 진공 펌프 시스템 (130) 은 상기 기술된 바와 같이 플라즈마 챔버와 같은 프로세싱 챔버 (132) 와 유체로 연통한다. 진공 펌프 시스템 (130) 은 프로세싱 챔버 (132) 내의 챔버 압력을 제어할 수도 있다. 진공 펌프 시스템 (130) 은 프로세싱 챔버 (132) 로부터 부산물들, 반응되지 않은 증착 전구체들, 및 반응되지 않은 에칭 가스들을 제거할 수도 있다. 진공 펌프 시스템 (130) 은 가변하는 압력 범위들에 걸쳐 동작하는 복수의 펌프들을 포함할 수도 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 진공 펌프 시스템 (130) 은 터보분자 펌프 (140) 및 러핑 펌프 (150) 를 포함하고, 러핑 펌프 (150) 는 "러프 (rough)" 진공을 생성하도록 구성되고, 터보분자 펌프 (140) 는 매우 높은 진공을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 터보분자 펌프 (140) 는 프로세싱 챔버 (132) 내에서 매우 높은 범위 (예를 들어, 약 1 mTorr 내지 약 1 Torr) 인 진공 압력을 생성하도록 구성될 수도 있고, 러핑 펌프 (150) 는 챔버 (132) 내에서 상대적으로 낮은 범위 (예를 들어, 약 1 Torr 내지 대기) 인 진공 압력을 생성하도록 구성될 수도 있다. 러핑 펌프 (150) 는 또한 "배압 펌프 (backing pump)" 또는 "1 차 펌프 (primary pump)"로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 러핑 펌프 (150) 는 1 단계 또는 2 단계 기계적 건조 펌프를 포함할 수도 있다.
러핑 펌프 (150) 는 터보분자 펌프 (140) 로부터 다운스트림에 위치될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 부스터 펌프 (160) 가 선택 가능하게 터보분자 펌프 (140) 와 러핑 펌프 (150) 사이에 제공되고, 부스터 펌프 (160) 는 터보분자 펌프 (140) 와 러핑 펌프 (150) 사이의 중간 범위인 진공 압력을 생성할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 부스터 펌프 (160) 는 진공 펌프 시스템 (130) 의 러핑 펌프 (150) 의 일부로 간주될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 부스터 펌프 (160) 는 러핑 펌프 시스템으로부터 분리된 것으로 간주될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 부스터 펌프 (160) 는 루츠-타입 송풍기 (Roots-type blower) 와 같은 송풍기를 포함한다. 러핑 펌프 (150) 및/또는 부스터 펌프 (160) 는 큰 진공 압력 범위에 걸쳐 챔버 압력을 동작시키도록 터보분자 펌프 (140) 와 직렬로 연결될 수도 있다.
제 1 밸브 (152) 가 터보분자 펌프 (140) 와 러핑 펌프 (150) 사이에 배치될 수도 있다. 제 1 밸브 (152) 는 프로세스 가스들로 하여금 터보분자 펌프 (140) 로부터 러핑 펌프 (150) 로 배기되게 하도록 제어될 수도 있다. 제 2 밸브 (154) 가 프로세싱 챔버 (132) 에 연결된 배기 포트 (162) 와 러핑 펌프 (150) 사이에 배치될 수도 있다. 제 2 밸브 (154) 는 프로세스 가스들로 하여금 배기 포트 (162) 를 통해 포어라인 (foreline) (164) 으로 배기되게 하도록 제어될 수도 있다. 포어라인 (164) 은 러핑 펌프 (150) 를 배기 포트 (162) 에 연결한다.
별도의 펌프들 또는 멀티-유입구 펌프
에칭 가스들 및 증착 전구체들은 별도의 펌프들로 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 방향 전환함으로써 펌프 내에서 혼합되는 것을 방지할 수도 있다. 그 결과, 증착 부산물들은 임의의 단일 펌프에 축적되는 것이 방지되거나 그렇지 않으면 제한된다. 일부 실시 예들에서, 진공 펌프 시스템이 적어도 2 개의 별도의 러핑 펌프들을 사용하여 설계될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 적어도 2 개의 러핑 펌프들 각각은 부스터 펌프들 또는 송풍기들을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 적어도 2 개의 러핑 펌프들 각각은 회전 날개들 (rotary vanes) 과 같은 회전자 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 이하에 기술된 바와 같이, 진공 펌프 시스템은 "완전 방향 전환 (full divert)" 스킴 또는 "바이패스 방향 전환 (bypass divert)" 스킴에 따라 동작할 수도 있다.
도 2a는 일부 구현 예들에 따른 2 개의 별도의 펌프들을 갖는 "완전 방향 전환" 진공 펌프 시스템 (230a) 을 포함하는 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 2 개의 별도의 펌프들은 2 개의 별도의 러핑 펌프들이다. 도 1a 및 도 1b에서 상기 기술된 프로세싱 챔버와 같은 프로세싱 챔버 (212) 가 배기 포트를 통해 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 배기할 수도 있다. 에칭 가스들 및 증착 전구체들은 포어라인 (214) 과 같은 도관을 통해 이동할 수도 있다. 밸브 (224) 가 포어라인 (214) 과 2 개의 별도의 펌프들 사이에 배치될 수도 있다. 밸브 (224) 는 프로세싱 챔버 (212) 가 에칭 동작들을 수행할 때 제 1 러핑 펌프 (220a) 를 통해 에칭 가스들을 지향시키도록 스위칭하는 스위칭 가능한 밸브로서 역할한다. 밸브 (224) 는 프로세싱 챔버 (212) 가 증착 동작들을 수행할 때 제 2 러핑 펌프 (220b) 를 통해 증착 전구체들을 지향시키도록 스위칭한다. 별도의 러핑 펌프들 사이에서 에칭 가스들 및 증착 전구체들의 플로우를 분리하는 것은 에칭 가스와 증착 가스를 혼합한 결과로서 발생하는 증착 생성물 빌드업 (buildup) 을 방지한다. 일부 실시 예들에서, 에칭 가스들은 브롬화수소를 포함하고, 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 밸브 (224) 는 에칭 가스가 브롬화수소를 포함할 때 제 1 러핑 펌프 (220a) 를 통해 에칭 가스들을 지향시키도록 스위칭할 수도 있다. 제 1 러핑 펌프 (220a) 및 제 2 러핑 펌프 (220b) 는 포어라인 (214) 으로부터 다운스트림에 위치된다. 제거 라인 (216) 이 진공 펌프 시스템 (230a) 으로부터 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 제거하기 위해 제 1 러핑 펌프 (220a) 및 제 2 러핑 펌프 (220b) 에 연결되고 이로부터 다운스트림에 위치될 수도 있다. 퍼지 동작이 에칭 동작과 증착 동작 사이에 발생할 수도 있고, 퍼지 시간은 포어라인 (214) 으로부터 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 완전히 제거하기에 충분할 수도 있다. 충분한 퍼지 시간을 결정하기 위한 기법들이 이하에 기술된다.
인입되는 에칭 가스 및 인입되는 증착 가스는 상이한 가스 라인들을 통해 프로세싱 챔버 (212) 로 진입할 수도 있다. 에칭 가스는 에칭 가스 전달 소스로부터 제공될 수도 있고, 증착 가스는 증착 전구체 전달 소스로부터 제공될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 증착 전구체 전달 소스로부터의 일부 증착 가스는 방향 전환 라인 (218) 에 의해 방향 전환될 수도 있고 제 2 러핑 펌프 (220b) 로 직접 배기될 수도 있다. 방향 전환된 증착 가스는 프로세싱 챔버 (212) 로 진입하지 않는다. 방향 전환 라인 (218) 은 증착 전구체 전달 시스템에 유체로 커플링될 수도 있고, 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 제 2 러핑 펌프 (220b) 로 지향시키도록 구성될 수도 있다. 증착 사이클은 ALD 사이클일 수도 있다. 통상적으로, ALD는 층 단위 (layer-by-layer) 기반으로 막들을 증착하기 위해 표면-자기-제한된 (surface-self-limited) 증착 반응들을 사용하는 증착 기법이다. ALD 사이클 각각은 일련의 도징 및 변환 페이즈들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, ALD 사이클은 일련의 도징, 퍼지, 변환, 및 퍼지 페이즈들을 포함한다. 도징 페이즈는 프로세싱 챔버 내의 기판 표면 상으로 전구체 재료의 전달 및 흡착을 수반하고, 변환 페이즈는 흡착된 전구체 재료를 흡착-제한된 양의 증착된 재료 (예를 들어, 패시베이션 (passivation) 재료) 로의 변환을 수반한다. 변환 페이즈는 일반적으로 흡착된 전구체 재료를 변환하기 위해 산화 종 (예를 들어, O2) 과 같은 반응 물질 종의 전달을 수반한다. ALD 사이클의 변환 페이즈 동안, 증착 가스는 증착 전구체 전달 소스로부터 계속해서 흐를 수도 있다. 그러나, 증착 전구체 전달 소스로부터 흐르는 일부 증착 가스는 ALD 사이클의 변환 페이즈들 동안 방향 전환될 수도 있다. 이러한 방향 전환된 증착 가스는 프로세싱 챔버 또는 임의의 러핑 펌프들에서 에칭 가스들과 혼합되지 않을 것이다.
도 2b는 일부 구현 예들에 따른 2 개의 별도의 펌프들을 갖는 "바이패스 방향 전환" 진공 펌프 시스템 (230b) 을 포함하는 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다. 도 1a 및 도 1b에서 상기 기술된 프로세싱 챔버와 같은 프로세싱 챔버 (232) 가 배기 포트를 통해 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 배기할 수도 있다. 에칭 가스들 및 증착 전구체들은 포어라인 (234) 과 같은 도관을 통해 이동할 수도 있다. 에칭 가스들과 증착 전구체들 사이에서 스위칭하도록 밸브를 통합하는 대신, 에칭 가스들 및 증착 전구체들은 제 1 러핑 펌프 (240a) 를 통해 흐른다. 그러나, 일부 증착 가스는 방향 전환 라인 (238) 에 의해 제 2 러핑 펌프 (240b) 로 방향 전환될 수도 있다. 이 증착 가스는 프로세싱 챔버 (232) 에서 발생하는 증착 동작들에 참여하지 않는다. 구체적으로, ALD 사이클의 변환 페이즈 동안 증착 가스는 방향 전환 라인에 의해 제 2 러핑 펌프 (240b) 로 방향 전환된다. 즉, ALD 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들은 증착 전구체 전달 시스템으로부터 흐르고, 프로세싱 챔버 (232) 로 진입하지 않고 제 2 러핑 펌프 (240b) 를 통해 직접 이동한다. 따라서, ALD 사이클의 도징 페이즈 동안 증착 전구체들은 제 1 러핑 펌프 (240a) 를 통과하고 에칭 가스들과 혼합되는 한편, ALD 사이클의 변환 페이즈 동안 증착 전구체들은 제 2 러핑 펌프 (240b) 를 통과하고 에칭 가스들과 혼합되지 않는다. 일부 증착 가스들이 제 1 러핑 펌프 (240a) 내에서 에칭 가스들과 혼합될 수도 있지만, 혼합의 양은 증착 부산물의 축적이 상당히 보다 적도록 상당히 감소된다. 또한, 제 2 러핑 펌프 (240b) 는 프로세싱 챔버 (232) 와 유체로 연통하지 않고, 그래서 제 2 러핑 펌프 (240b) 는 복수의 모듈들/장치들 사이에서 공유될 수도 있다. 다른 모듈들/장치들 (미도시) 로부터의 복수의 방향 전환 라인들은 제 2 러핑 펌프 (240b) 를 통해 ALD 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 방향 전환할 수도 있다.
도 2c는 일부 구현 예들에 따라 상이한 단계들에서 동작하는 "멀티-유입구 (multi-inlet)" 진공 펌프 시스템 (230c) 을 포함하는 예시적인 프로세싱 장치의 개략도이다. 에칭 가스 및 증착 가스를 수용하기 위한 별도의 펌프들을 갖는 대신, 진공 펌프 시스템 (230c) 은 복수의 유입구들을 갖는 펌프를 가질 수 있다. 프로세싱 챔버로부터 배기된 프로세스 가스들은 에칭 가스 및 증착 가스를 포함할 수도 있다. 복수의 유입구들 중 하나는 펌프의 동작 압력에 따라 프로세싱 챔버로부터 프로세스 가스들을 수용하도록 개방될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 유입구 (252) 가 저압 스테이지 (254) 에서 프로세스 가스들을 수용하도록 개방될 수도 있고, 제 2 유입구 (262) 가 고압 스테이지 (264) 에서 프로세스 가스들을 수용하도록 개방될 수도 있다. 도 2c에서, 펌프는 러핑 펌프 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 러핑 펌프는 부스터 펌프 (또는 송풍기) 를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 러핑 펌프가 저압 범위에서 동작할 때, 제 1 유입구 (252) 에 커플링된 제 1 배기 포트 (256) 가 프로세싱 챔버 (미도시) 로부터 프로세스 가스들을 배기하도록 개방될 수도 있다. 러핑 펌프가 고압 범위에서 동작할 때, 제 2 유입구 (262) 에 커플링된 제 2 배기 포트 (266) 가 프로세싱 챔버로부터 프로세스 가스들을 배기하도록 개방될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 고압 범위는 약 1 Torr 내지 약 10 Torr 또는 약 0.5 Torr 내지 약 5 Torr이고, 저압 범위는 약 0.5 Torr 내지 약 3 Torr 또는 약 0.1 Torr 내지 약 1 Torr이다. 일부 실시 예들에서, 증착 가스들은 일반적으로 고압 범위들 동안 프로세싱 챔버로부터 배기되고, 에칭 가스들은 일반적으로 저압 범위들 동안 프로세싱 챔버로부터 배기된다. 구체적으로, ALD 프로세스들은 고압 범위들에서 동작하는 경향이 있다.
러핑 펌프 내의 증착 부산물 빌드업은 압력 및/또는 온도에 의해 영향을 받을 수도 있다. 저압 스테이지 (254) 에서 동작하는 컴포넌트들은 가열되지 않을 수도 있고, 고압 스테이지 (264) 에서 동작하는 컴포넌트들은 가열될 수도 있다. 고압 스테이지 (264) 에서 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해, 펌프의 컴포넌트들은 부산물 빌드업을 방지하기에 충분한 상승된 온도로 가열될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 압력이 높을수록 부산물 빌드업을 방지하기 위해 온도가 상승해야 한다. 일부 실시 예들에서, 상승된 온도는 약 160 ℃ 이상, 약 80 ℃내지 약 500 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃, 약 120 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃이다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 증착 전구체들과 에칭 가스들 사이의 혼합은 펌프의 고압 스테이지들 동안 보다 많이 발생할 수도 있고, 증착 전구체들과 에칭 가스들 사이의 혼합은 펌프의 저압 스테이지들 동안 보다 덜 발생할 수도 있다. 따라서, 고압 스테이지들 동안 상승된 온도로 펌프의 컴포넌트들을 가열하는 것은 증착 부산물 빌드업을 방지하거나 최소화할 수도 있다. 펌프 내의 가열 펌프 컴포넌트들의 양태들이 이하에 더 상세히 기술된다.
일부 실시 예들에서, 저압 스테이지 (254) 에서 동작하는 펌프 컴포넌트들은 증착 부산물 빌드업에 취약할 수도 있다. 이는 고압 스테이지 (264) 에서 동작하는 펌프 컴포넌트들에 부가된다. 일부 실시 예들에서, 송풍기 컴포넌트들은 진공 펌프 시스템 (230c) 의 회전자 컴포넌트들로부터 분리될 수도 있다. 송풍기 컴포넌트들은 러핑 펌프의 부스터 펌프의 일부일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 송풍기 컴포넌트들은 러핑 펌프의 저압 스테이지 (254) 동안 동작할 수도 있고, 회전자 컴포넌트들은 러핑 펌프의 고압 스테이지 (264) 동안 동작할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 송풍기 컴포넌트들 및 회전자 컴포넌트들은 증착 부산물 빌드업을 방지하기에 충분한 상승된 온도로 가열될 수도 있다. 이러한 컴포넌트들은 도 3에 예시될 수도 있다.
표면 코팅들
러핑 펌프 및 그 컴포넌트들을 포함하는 진공 펌프 시스템은, 그렇지 않으면 진공 펌프 시스템에서 증착 부산물 빌드업을 유발할 표면 반응들을 제한하기 위해 하나 이상의 재료들로 코팅될 수도 있다. 펌프의 다양한 펌프 컴포넌트들은 회전자 컴포넌트들, 고정자 컴포넌트들, 유입구들, 베어링들 (bearings), 샤프트들 (shafts), 및 변속기 기어들 (transmission gears) 을 포함할 수도 있지만 이로 제한되지 않는다. 부가적인 펌프 컴포넌트들은 별도의 유닛들로서 제공되거나 펌프와 통합될 수도 있는 부스터 펌프들 및 송풍기들을 더 포함할 수도 있다. 회전자 컴포넌트들은 예를 들어, 역-회전하는 (contra-rotating) 샤프트들 상에 위치된 회전 날개들을 포함할 수도 있다. 변속기 기어들은 샤프트들로 토크를 전달하고, 회전 날개들로 하여금 반대 방향들로 회전하게 하고 서로 맞물리는 (intermesh) 방식으로 작용하게 한다. 고정자 컴포넌트들은 예를 들어, 회전자 컴포넌트들을 둘러싸기 위한 하우징을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 유입구들은 프로세싱 챔버로부터 배출된 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 수용할 수도 있고, 하나 이상의 유입구들은 고정자 컴포넌트들에 커플링될 수도 있다. 하나 이상의 유입구들은 회전자 컴포넌트들로 이어지는 통로에 연결될 수도 있다. 베어링들은 샤프트들과 같은 펌프의 다양한 부품을 지지할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 진공 펌프 시스템의 펌프의 펌프 컴포넌트들은 철과 같은 금속성 재료로 이루어진다. 예를 들어, 펌프 컴포넌트들은 주철로 이루어질 수도 있다. 그러나, 주철 또는 다른 금속성 재료들로 이루어진 펌프 컴포넌트들은 부식 및/또는 증착 부산물 빌드업에 취약할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 펌프 컴포넌트들의 표면들은 부식 및/또는 증착 부산물 빌드업에 내성이 있는 하나 이상의 재료들로 코팅될 수도 있다. 따라서, 펌프 컴포넌트들의 표면들 상의 표면 코팅은, 그렇지 않으면 증착 부산물 빌드업을 유발할 표면 반응들을 제거하거나 적어도 감소시킬 수도 있다.
표면 코팅들의 예시적인 재료들은 이로 제한되는 것은 아니지만 도금된 니켈, 도금된 코발트, 질화 티타늄 (TiN), 인코넬 (Inconel), 하스텔로이 (Hastelloy), 세라믹 재료, 불소 고분자 (fluoropolymer), 및 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 이러한 재료들은 내부식성 재료들일 수도 있다. 적어도 펌프의 유입구 및 회전자 컴포넌트들의 표면들은 표면 코팅으로 코팅될 수도 있고, 이에 따라 증착 부산물 빌드업으로부터 열화로부터 펌프의 회전자 컴포넌트들 및 유입구를 보호한다. 베어링들, 샤프트들, 등을 포함하는 펌프 컴포넌트들의 다른 표면들이 또한 표면 코팅으로 코팅될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 진공 펌프 시스템의 펌프의 펌프 컴포넌트들은 알루미늄 옥사이드 (Al2O3) 와 같은 세라믹 재료로 이루어진다. 금속성 재료를 코팅하는 대신, 펌프 컴포넌트들은 부식 및/또는 증착 부산물 빌드업에 내성이 있는 재료로 이루어질 수도 있다. 따라서, 이들 펌프 컴포넌트들은, 그렇지 않으면 증착 부산물 빌드업을 유발할 표면 반응들을 제거하거나 적어도 감소시킬 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 펌프 컴포넌트들은 증착 부산물 빌드업을 유발하는 표면 반응들을 더 제거하거나 감소시키도록 가열될 수도 있다. 일부 펌프 컴포넌트들은 증착 부산물 빌드업을 방지하거나 그렇지 않으면 감소시키도록 적어도 약 160 ℃의 온도와 같은 상승된 온도로 가열될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 샤프트들은 하나 이상의 회전자 컴포넌트들에 연결되고 회전자 컴포넌트들을 지지할 수도 있고, 샤프트들 각각은 하나 이상의 회전자 컴포넌트들의 표면들을 가열하기 위해 열원에 연결될 수도 있다. 열원들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 전선들, 가열 램프들, 및 고온 유체들 (hot fluids) 을 포함할 수도 있다.
표면 반응들을 제한하기 위해 전술한 재료들을 사용하는 실시 예들은 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 이전에 언급한 실시 예들 중 하나 이상과 조합될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 표면 반응들을 제한하기 위해 전술한 재료들을 사용하는 실시 예들이 이하에 논의된 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위한 실시 예들 중 하나 이상과 조합될 수도 있다는 것이 또한 인식될 것이다.
펌프 가열
증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 충분히 고온으로 다양한 펌프 컴포넌트들의 모든 표면들을 치수적으로 (dimensionally) 가열하는데 과제들이 존재한다. 러핑 펌프와 같은 펌프의 열적 설계의 개선들은 증착 부산물 빌드업을 방지하도록 펌프 컴포넌트들의 표면들을 충분히 고온으로 유지할 수 있다. 본 개시의 양태들은 진공 펌프 시스템을 사용하여 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 배기하고 진공 펌프 시스템의 펌프 컴포넌트들의 표면들을 상승된 온도로 가열하는 방법을 제공한다. 상승된 온도는 에칭 가스들과 증착 전구체들 사이의 반응들의 결과로서 증착 부산물 빌드업을 방지하도록 충분히 고온이다. 예를 들어, 상승된 온도는 약 160 ℃ 이상, 약 80 ℃ 내지 약 500 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃, 약 120 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃일 수도 있다. 상승된 온도는 에칭 가스들 및 증착 전구체들을 배기하는 동안 유지될 수도 있다. 에칭 가스들은 브롬화수소를 포함할 수도 있고, 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 펌프의 펌프 컴포넌트들의 표면들은 펌프를 통해 고온 유체 또는 가열된 퍼지 가스를 순환시킴으로써 달성될 수 있다. 고온 유체 또는 가열된 퍼지 가스의 저장소가 진공 펌프 시스템 외부에 제공될 수도 있고, 진공 펌프 시스템은 펌프 컴포넌트들을 가열하기 위해 저장소로부터 인출할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 펌프 컴포넌트들의 표면들을 가열하는 것은 펌프 내의 하나 이상의 회전자 컴포넌트들에 연결되고 지지하는 하나 이상의 샤프트들을 가열하는 것을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 샤프트 각각은 열원을 수용하기 위한 채널을 포함할 수도 있고, 열원은 전선, 가열 램프, 고온 유체, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 채널은 열 에너지로 하여금 샤프트를 통해 전도되고 복사 및/또는 전도에 의해 주변 표면들에 전달되게 한다. 그 결과, 하나 이상의 회전자 컴포넌트들의 표면들이 가열될 수도 있다. 하나 이상의 회전자 컴포넌트들의 표면들은 적어도 약 160 ℃, 약 80 ℃ 내지 약 500 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃, 약 120 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃의 온도로 가열된다.
도 3은 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템 (300) 의 회전자 컴포넌트들의 예를 예시한다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 프로세싱 챔버로부터 제 1 회전자 컴포넌트 (322) 및 제 2 회전자 컴포넌트 (324) 를 둘러싸는 고정자 컴포넌트 (310) 를 갖는 진공 펌프 시스템 (300) 내로 배기된다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 고정자 컴포넌트 (310) 내의 통로 (312) 를 통과한다. 제 1 회전자 컴포넌트 (322) 및 제 2 회전자 컴포넌트 (324) 는 진공 펌프 시스템 (300) 을 통해 가스들을 푸시하도록 반대 방향들로 회전할 수도 있다. 제 1 샤프트 (332) 가 제 1 회전자 컴포넌트 (322) 에 연결되고 제 1 회전자 컴포넌트를 지지할 수도 있고, 제 2 샤프트 (334) 가 제 2 회전자 컴포넌트 (324) 에 연결되고 제 2 회전자 컴포넌트를 지지할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 샤프트 (332, 334) 각각은 중공형일 수도 있고, 또는 전선, 가열 램프, 고온 유체, 또는 다른 열원이 통과할 수도 있는 채널 또는 개구부를 제공할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 샤프트 (332, 334) 각각은 외측 절연 재료 및 내측 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 샤프트들 (332, 334) 은 역-회전하는 방향들로 회전하도록 구성될 수도 있다.
펌프 가열을 사용하는 실시 예들은 별도의 펌프들, 별도의 유입구들, 및 표면 코팅들을 수반하는 실시 예들을 포함하여, 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 전술한 실시 예들 중 하나 이상과 조합될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 펌프 가열을 사용하는 실시 예들은 이하에 논의된 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위한 하나 이상의 실시 예들과 조합될 수도 있다는 것이 또한 인식될 것이다.
펌프 퍼지
퍼지 동작들은 증착 전구체들, 에칭 가스들, 및/또는 증착 부산물들을 진공 펌프 시스템으로부터 보다 철저하게 퍼지하도록 증착 동작과 에칭 동작 사이에 수행될 수도 있다. 퍼지 동작들의 지속 기간은 증착 전구체들, 에칭 가스들, 및 증착 부산물들이 진공 펌프 시스템에서 검출되지 않도록 충분히 길게 결정될 수도 있다. 이 방식으로, 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 함께 혼합되고 증착 부산물 빌드업을 유발할 기회가 제공되지 않는다. 이러한 결정들은 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 센서들을 사용하여 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 퍼지 시간들은 잔류 가스 분석 (RGA), FTIR 가스 분석, 또는 다른 적합한 가스 분석을 사용하여 진공 펌프 시스템으로부터 증착 전구체들, 에칭 가스들, 및 증착 부산물들을 퍼지하기 위해 측정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 에칭 가스들은 브롬화수소를 포함하고, 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함한다.
러핑 펌프와 같은 펌프를 퍼지하는 방법은 프로세싱 챔버에서 에칭 동작과 증착 동작 사이에 퍼지 동작들을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 에칭 동작을 수행하는 단계로서, 하나 이상의 에칭 가스들이 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 펌프를 통해 배기되는, 에칭 동작을 수행하는 단계, 및 제 1 미리 결정된 지속 기간에 따라 펌프로부터 하나 이상의 에칭 가스들을 퍼지하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 증착 동작을 수행하는 단계로서, 하나 이상의 증착 전구체들이 펌프를 통해 배기되는, 증착 동작을 수행하는 단계, 및 제 2 미리 결정된 지속 기간에 따라 펌프로부터 하나 이상의 증착 전구체들을 퍼지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 미리 결정된 지속 기간 및 제 2 미리 결정된 지속 기간은 RGA, FTIR 가스 분석, 또는 다른 적합한 가스 분석에 의해 결정될 수도 있다. 예를 들어, RGA, FTIR 가스 분석, 또는 다른 적합한 가스 분석은 에칭 가스들 및/또는 증착 전구체들이 진공 펌프 시스템의 가스 라인에 더 이상 존재하지 않을 때를 측정하기 위해 센서들을 사용할 수도 있고, 이에 따라 엔드포인트 검출 시스템으로서 역할한다. 따라서, 가스 분석은 진공 펌프 시스템으로부터 증착 전구체들을 제거하거나 에칭 가스들을 제거하기 위해 적합한 퍼지 시간들을 결정할 수 있다.
펌프를 퍼지하기 위한 퍼지 시간들을 결정하는 방법이 프로세싱 챔버 내에서 에칭 동작들과 증착 동작들 사이에 퍼지 동작들을 수행하는 단계 및 퍼지 동작들 동안 퍼지 시간들을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 에칭 동작을 수행하는 단계로서, 하나 이상의 에칭 가스들이 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 펌프를 통해 배기되는, 에칭 동작을 수행하는 단계, 펌프로부터 하나 이상의 에칭 가스들을 퍼지하는 단계, 및 하나 이상의 에칭 가스들을 퍼지하기 위한 제 1 퍼지 시간을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 증착 동작을 수행하는 단계로서, 하나 이상의 증착 전구체들이 펌프를 통해 배기되는, 증착 동작을 수행하는 단계, 펌프로부터 하나 이상의 증착 전구체들을 퍼지하는 단계, 및 하나 이상의 증착 전구체들을 퍼지하기 위한 제 2 퍼지 시간을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 퍼지 시간들은 RGA, FTIR 가스 분석, 또는 다른 적합한 가스 분석에 의해 측정될 수도 있다. 프로세싱 챔버 내에서 수행된 미래의 퍼지 동작들은 퍼지 시간들이 진공 펌프 시스템으로부터 증착 전구체들 및 에칭 전구체들을 완전히 또는 적어도 실질적으로 퍼지하기에 충분히 길도록 가스 분석에 의해 측정된 퍼지 시간들을 활용할 수도 있다.
보다 긴 퍼지 시간들 및 보다 정확하게 측정된 퍼지 시간들은 진공 펌프 시스템에서 증착 전구체들 및 에칭 가스들의 원치 않은 혼합을 방지할 수도 있다. 보다 긴 퍼지 시간들 및 보다 정확하게 측정된 퍼지 시간들을 사용하는 실시 예들은 별도의 펌프들, 별도의 유입구들, 표면 코팅들, 및 펌프 가열을 수반하는 실시 예들을 포함하여, 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 전술한 실시 예들 중 하나 이상과 조합될 수도 있다. 예를 들어, RGA 또는 FTIR 가스 분석은 제 1 러핑 펌프를 통해 에칭 가스들을 방향 전환하도록 밸브를 스위칭할 때 그리고 제 2 러핑 펌프를 통해 증착 전구체들을 방향 전환하도록 밸브를 스위칭할 때를 결정하도록 사용될 수 있다. 보다 긴 퍼지 시간 및 보다 정확하게 측정된 퍼지 시간을 사용하는 실시 예들은 이하에 논의된 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위한 하나 이상의 실시 예들과 조합될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
펌프 세정
세정 동작들은 증착 동작과 에칭 동작 사이, 증착 동작 또는 에칭 동작의 완료 후, 또는 프로세싱 챔버 내에서 특정한 수의 웨이퍼들을 프로세싱한 후 수행될 수도 있다. 세정 동작들은 증착 전구체들 및 에칭 가스들의 혼합을 방지하기 위해, 또는 진공 펌프 시스템으로부터 증착 부산물들을 제거하기 위해 진공 펌프 시스템을 세정하도록 수행될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함할 수도 있고, 에칭 가스들은 브롬화수소를 포함할 수도 있다. 세정 동작들을 수행하는 단계는 진공 펌프 시스템을 통해 반응성 가스들을 흘리는 단계를 포함하고, 진공 펌프 시스템은 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 하나 이상의 펌프들을 포함한다. 하나 이상의 펌프들은 러핑 펌프를 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 펌프들은 부스터 펌프 및/또는 터보분자 펌프를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 반응성 가스들은 프로세싱 챔버를 통해 그리고 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들을 통해 흐른다. 일부 실시 예들에서, 반응성 가스들은 프로세싱 챔버 내에서 인-시츄로 (in-situ) 생성되거나, 리모트 플라즈마 소스에서 생성되거나, 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들에 연결된 포어라인에 설치된 플라즈마 소스에 의해 생성된 라디칼들 및/또는 이온들을 포함한다.
세정 동작들은 일반적으로 증착 전구체들, 에칭 가스들, 및 증착 부산물들을 제거하는데 효과적인 세정 화학 물질들을 수반한다. 일부 실시 예들에서, 웨이퍼리스 자동화된 세정 (Waferless Automated Clean; WAC) 동작의 일부일 수도 있지만, 세정 동작은 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼가 있거나 없이 수행될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 세정 화학 물질들은 불소-함유 종, 염소-함유 종, 브롬-함유 종, 요오드-함유 종, 산소-함유 종, 또는 이들의 조합들과 같은 반응성 가스들을 포함할 수도 있다.
도 4는 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템에서 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위한 세정 프로세스의 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같은 세정 프로세스 (400) 는 보다 적은, 부가적인, 또는 상이한 동작들로 수행될 수도 있다.
세정 프로세스 (400) 의 블록 410에서, 하나 이상의 증착 동작들이 프로세싱 챔버에서 수행된다. 하나 이상의 증착 동작들은 웨이퍼 상에 재료를 증착하기 위해 하나 이상의 증착 전구체들을 사용할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 증착 동작들은 ALD 사이클의 하나 이상의 증착 전구체들을 사용할 수도 있다. 하나 이상의 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 증착 전구체들은 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들로 배기될 수도 있고, 하나 이상의 펌프들은 프로세싱 챔버와 유체로 연통한다. 하나 이상의 펌프들은 러핑 펌프를 포함할 수도 있다.
세정 프로세스 (400) 의 블록 420에서, 하나 이상의 에칭 동작들이 프로세싱 챔버에서 수행된다. 하나 이상의 에칭 동작들은 웨이퍼로부터 재료를 에칭하도록 하나 이상의 에칭 가스들을 사용할 수도 있다. 하나 이상의 에칭 가스들은 브롬화수소를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 에칭 가스들은 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들로 배기될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 에칭 동작들은 블록 430에서 세정 동작 전에 수행될 수도 있다. 대안적으로, 하나 이상의 에칭 동작들은 블록 430에서 세정 동작 후에 수행될 수도 있다. 이는 도 4의 블록 440에 도시된다. 즉, 세정 동작은 웨이퍼를 프로세싱할 때 증착 동작과 에칭 동작 사이에 수행될 수도 있고, 또는 웨이퍼를 프로세싱할 때 증착 동작 및 에칭 동작이 완료된 후에 수행될 수도 있다.
블록 430에서, 진공 펌프 시스템이 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는, 진공 펌프 시스템을 통해 흐르는 반응성 가스들을 사용하여 세정 동작이 수행된다. 일부 실시 예들에서, 블록 410에서의 하나 이상의 증착 동작들, 블록 420 또는 블록 440에서의 하나 이상의 에칭 동작들, 및 블록 430에서의 세정 동작은 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼를 사용하여 수행될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 블록 430에서 세정 동작은 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 없이 수행될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 반응성 가스들은 삼불화질소 (NF3), 사불화탄소 (CF4), 이불화제논 (XeF2), 육불화황 (SF6), 및 삼불화염소 (ClF3) 와 같은 불소-함유 종을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 반응성 가스들은 산소 (O2) 및 오존 (O3) 과 같은 산소-함유 종을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 반응성 가스들은 염소 (Cl2) 와 같은 염소-함유 종을 포함할 수도 있다. 반응성 가스들은 진공 펌프 시스템으로부터 증착 전구체들 또는 에칭 전구체들을 제거할 수도 있고, 또는 진공 펌프 시스템에서 형성된 증착 부산물들을 제거할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 반응성 가스들은 불소, 염소, 산소, 또는 이들의 조합들의 라디칼들 및/또는 이온들을 포함할 수도 있다. 불소의 라디칼들 및/또는 이온들은 F* 및 F2 +를 포함할 수도 있고, 염소의 라디칼들 및/또는 이온들은 Cl*, Cl-, 및 Cl+를 포함할 수도 있고, 그리고 산소의 라디칼들 및/또는 이온들은 O* 및 O2-를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 불소, 염소 및 산소의 라디칼들은 불소, 염소, 및 산소의 이온들보다 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들을 통해 재결합하지 않고 더 멀리 이동할 보다 높은 가능성을 갖는다. 반응성 가스들은 진공 펌프 시스템으로부터 증착 전구체들 또는 에칭 전구체들을 제거할 수도 있고, 또는 진공 펌프 시스템에서 형성된 증착 부산물들을 제거할 수도 있다.
세정 프로세스 (400) 의 일부 구현 예들에서, 세정 프로세스 (400) 는 반응성 가스들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 반응성 가스들은 불소, 염소, 산소, 또는 이들의 조합들의 플라즈마-활성화된 종을 포함한다. 플라즈마-활성화된 종은 상기 기술된 바와 같이 불소, 염소, 산소, 또는 이들의 조합들의 라디칼들 및/또는 이온들을 포함할 수도 있다. 다양한 플라즈마 소스들이 블록 430에서 세정 동작을 수행하기 위해 플라즈마-활성화된 종을 생성하는데 사용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마-활성화된 종은 플라즈마 반응에 의해 프로세싱 챔버 내에서 인-시츄로 생성될 수도 있다. 예를 들어, 불소-함유 가스, 염소-함유 가스, 산소-함유 가스, 또는 이들의 조합들/시퀀스들이 프로세싱 챔버 내로 도입될 수도 있고, 플라즈마는 불소-함유 가스, 염소-함유 가스, 산소-함유 가스, 또는 이들의 조합들/시퀀스들의 플라즈마-활성화된 종을 형성하도록 점화될 수도 있다. 플라즈마-활성화된 종은 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 프로세싱 챔버로부터 그리고 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들을 통해 흐를 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마-활성화된 종은 포어라인에 위치된 플라즈마 소스에서 생성될 수도 있고, 포어라인은 하나 이상의 펌프들과 프로세싱 챔버 사이의 상호 연결을 제공한다. 이 방식으로, 플라즈마-활성화된 종은 하나 이상의 펌프들에 도달하기 전에 재결합할 가능성을 제한하도록 하나 이상의 펌프들에 인접하게 생성될 수도 있다. 예를 들어, Litmas™ 플라즈마 소스는 불소, 염소, 산소, 또는 이들의 조합들/시퀀스들을 함유하는 가스의 플라즈마-활성화된 종을 생성하기 위해 하나 이상의 펌프들에 인접하게 포어라인에 설치될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마-활성화된 종은 포어라인 외부에 위치된 리모트 플라즈마 소스에서 생성될 수도 있다. 리모트 플라즈마 소스는 포어라인의 업스트림에 위치될 수도 있다. 플라즈마-활성화된 종은 리모트 플라즈마 소스에서 생성될 수도 있고, 하나 이상의 펌프들을 통과하도록 포어라인에 주입될 수도 있다.
세정 프로세스 (400) 의 일부 구현 예들에서, 오존 (O3) 은 블록 430에서 세정 동작 동안 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들로 흐를 수도 있다. 오존은 일반적으로 산소의 이온들 및/또는 라디칼들보다 긴 수명을 갖는다. 따라서, 오존은 재결합하지 않고 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들에 도달할 가능성이 보다 많다. 일부 구현 예들에서, 오존은 프로세싱 챔버 내에 제공될 수도 있고 진공 펌프 시스템으로 배기될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 오존은 하나 이상의 펌프들로 이어지는 포어라인 내로 오존을 도입하는 별도의 유닛에 의해 생성될 수도 있다. 예를 들어, 오존을 생성하기 위한 이러한 별도의 유닛은 포어라인에 또는 프로세싱 챔버와 포어라인 사이의 영역에 설치될 수도 있다. 별도의 유닛에 의해 제공되거나 프로세싱 챔버 내에 제공된 오존은 리모트 플라즈마 소스에 의해 제공되거나 프로세싱 챔버 내에 인-시츄로 제공된 산소의 플라즈마-활성화된 종보다 하나 이상의 펌프들에 도달할 보다 효과적인 기회를 가질 수도 있다.
진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들에 흐르는 오존은 산화된 생성물을 형성하도록 펌프 장비에서 종과 반응할 수도 있다. 예를 들어, 오존은 산화브롬 (BrO), 이산화실리콘 (SiO2), 산화염소 (ClO), 또는 이들의 조합들을 형성하는 산화 라디칼들을 전달할 수도 있다. 오존이 진공 펌프 시스템의 하나 이상의 펌프들로 흐른 후, 불소-함유 종이 하나 이상의 펌프들로 흐를 수도 있다. 불소-함유 종은 불소의 라디칼들 및/또는 이온들을 포함할 수도 있고, 불소-함유 종은 프로세싱 챔버로부터 또는 리모트 플라즈마 소스로부터 유래될 수도 있다. 산화된 생성물들은 불소-함유 종에 의해 에칭될 수도 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 불소-함유 종은 산화된 생성물들로 하여금 휘발성이 되게 할 수도 있다. 휘발된 생성물들은 저감될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 블록 430에서의 세정 동작은 증착 부산물 빌드업을 제거하거나 방지하기 위해 진공 펌프 시스템을 통해 불소-함유 종을 흘리는 것을 포함한다. 세정 동작으로서 오존 처리는 웨이퍼 프로세싱 동안 동시에 또는 웨이퍼 프로세싱 후에 간격을 두고 수행될 수도 있다. 일 예에서, 이러한 오존 처리는 블록 410에서 하나 이상의 증착 동작들을 수행하거나 블록 420에서 하나 이상의 에칭 동작들을 수행하는 것과 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 오존은 프로세싱 챔버 내에서 에칭 가스들의 플로우와 동시에 흐를 수 있다. 또 다른 예에서, 이러한 오존 처리는 블록 410에서의 하나 이상의 증착 동작들과 블록 420에서의 하나 이상의 에칭 동작들 사이에 수행될 수도 있다. 이는 증착 전구체들로 하여금 즉시 산화되게 할 수도 있다. 또 다른 예에서, 이러한 오존 처리는 블록 410에서 하나 이상의 증착 동작들 및 블록 420에서 하나 이상의 에칭 동작들 후에 간격을 두고 수행될 수도 있다.
세정 동작들에 사용된 세정 화학 물질들은 진공 펌프 시스템에서 증착 부산물 빌드업을 방지할 수도 있다. 이러한 세정 화학 물질들을 사용하는 실시 예들은 별도의 펌프들, 별도의 유입구들, 표면 코팅들, 펌프 가열, 및 보다 길고 보다 정확하게 측정된 퍼지 시간들을 수반하는 실시 예들을 포함하여, 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 하나 이상의 전술한 실시 예들과 조합될 수도 있다. 예를 들어, 반응성 가스들은 펌프 컴포넌트들의 표면들을 상승된 온도로 가열하는 것과 동시에 세정 동작에서 하나 이상의 펌프들을 통해 흐를 수도 있고, 상승된 온도는 약 160 ℃ 이상, 약 80 ℃ 내지 약 500 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃, 약 120 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃이다.
가스 배출기
증착 전구체들 및 에칭 가스들은 진공 펌프 시스템의 러핑 펌프에 의해 프로세싱 챔버로부터 배기될 수도 있다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들의 혼합은 러핑 펌프에서 원치 않은 증착을 발생시킬 수도 있고, 이는 펌프 장비에 손상을 초래할 수도 있다. 구체적으로, 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 진공 펌프 시스템의 고장을 유발할 수 있는 부산물들을 형성하도록 진공 펌프 시스템의 컴포넌트들과 반응할 수도 있다. 퍼지 가스 (예를 들어, N2) 가 러핑 펌프를 벤팅하도록 (vent) 사용될 수도 있더라도, 원치 않은 증착이 러핑 펌프 내에서, 특히 러핑 펌프의 이동 부품 상에서 여전히 발생할 수도 있다. 예를 들어, 원치 않은 증착은 러핑 펌프의 나중 스테이지에서 또는 러핑 펌프의 유출구에서 발생할 수도 있다.
어떠한 이론에도 제한되지 않고, 고압 스폿들 (spots) 이 러핑 펌프의 유출구에 존재할 수도 있고, 이러한 고압 스폿들은 일반적으로 러핑 펌프의 나중 스테이지들에 근접한다. 배기된 가스들은 러핑 펌프로부터 배출되고, 대기압들 또는 거의 대기압으로 배출될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "거의 대기압 (near-atmospheric)" 압력들은 대기압 (즉, 760 Torr) 의 10 ％ 이내의 압력들이다. 러핑 펌프의 유출구 (예를 들어, 배출 포트) 에서 이러한 고압 스폿들의 결과로서, 이는 러핑 펌프의 유출구에서 배기된 가스들의 정체된 플로우를 초래할 수 있다. 이는 증착 전구체들 및 에칭 가스들로 하여금 상대적으로 긴 지속 기간 동안 러핑 펌프의 유출구에 유지되게 할 수도 있다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 혼합되고 원치 않은 증착을 유발할 만큼 충분히 오래 유지될 수도 있다. 게다가, 어떠한 특정한 이론에 의해 제한되지 않고, 진공 펌프 시스템의 다양한 스테이지들에서 보다 고압의 가스들은 반응들의 레이트를 상당히 상승시킬 수 있다. 구체적으로, 보다 고압 조건들은 아미노-실란들과 같은 증착 전구체들과 브롬화수소와 같은 에칭 가스들 사이의 반응들을 가속화할 수도 있는 한편, 보다 저압 조건들은 증착 전구체들과 에칭 가스들 사이의 반응들을 늦출 수도 있다.
도 5는 저감 컴포넌트 (514) 와 유체로 연통하는 유출구 (512) 를 갖는 러핑 펌프 (510) 를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템 (500) 의 개략도이다. 진공 펌프 시스템 (500) 은 러핑 펌프 (510) 를 포함한다. 일부 구현 예들에서, 러핑 펌프 (510) 는 선택 가능한 부스터 펌프 (520) 와 결합될 수도 있고, 또는 선택 가능하게 부스터 펌프 (520) 를 포함할 수도 있다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 프로세싱 챔버 (미도시) 로부터 러핑 펌프 (510) 를 통해 배기될 수도 있다. 러핑 펌프 (510) 는 하나 이상의 이동 부품을 포함할 수도 있고, 하나 이상의 이동 부품은 회전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 구현 예들에서, N2와 같은 퍼지 가스 (530) 가 증착 전구체들 및 에칭 가스들의 러핑 펌프 (510) 를 벤팅하도록 러핑 펌프 (510) 를 통해 흐르도록 제공될 수도 있다. 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 에서 러핑 펌프 (510) 를 나갈 수도 있다. 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 는 배출 포트일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 처리하기 위해 저감 컴포넌트 (514) 로 배출될 수도 있다. 파이프 (piping) 또는 튜빙 (tubing) 을 포함하는 라인 (516) 이 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 를 저감 컴포넌트 (514) 와 연결할 수도 있다. 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 에서 약 760 Torr의 배기 압력으로 배기될 수도 있다. 러핑 펌프 (510) 의 하나 이상의 스테이지들은 동작 동안 대기압 이하 (즉, 760 Torr 미만) 또는 저압들일 수도 있다. 저감 컴포넌트 (514) 와 러핑 펌프 (510) 사이의 라인 (516) 은 동작 동안 대기압 (즉, 약 760 Torr) 일 수도 있다. 부가적인 희석 가스 (540) (예를 들어, N2) 가 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 에 제공되더라도, 임의의 압력의 감소는 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 로부터 가스들을 효율적으로 배기하고 원치 않은 증착을 방지하기 위해 무시할 수 있을 것이다. 희석 가스 (540) 는 배기 가스들을 희석하도록 역할하고, 러핑 펌프 (510) 와 저감 컴포넌트 (514) 사이의 라인 (516) 은 단지 대기압보다 수 Torr 이하일 수도 있는, 소량의 진공 인력 (vacuum pull) 하에 있다.
상기 논의된 바와 같이, 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 에서의 고압 조건들은 정체된 플로우를 초래할 수도 있고 배기된 가스들로 하여금 유지되게 할 수도 있고, 원치 않은 부산물 형성에 대한 반응 레이트를 상승시킬 수도 있다. 원치 않은 부산물들은 러핑 펌프 (510) 의 유출구 (512) 에 근접한 임의의 하나 이상의 이동 부품을 포함하여, 러핑 펌프 (510) 의 하나 이상의 이동 부품 상에 형성될 수도 있다. 이는 하나 이상의 이동 부품으로 하여금 멈추게 하고 진공 펌프 시스템 (500) 의 고장/손상으로 이어질 수 있다.
본 개시에서, 하나 이상의 가스 배출기들은 가스들이 배기되는 러핑 펌프의 유출구에 제공될 수도 있다. 하나 이상의 가스 배출기들은 러핑 펌프의 유출구에서 압력을 감소시키도록 구성될 수도 있고, 하나 이상의 가스 배출기들은 러핑 펌프와 직렬로 연결되고 러핑 펌프로부터 다운스트림에 위치될 수도 있다. 러핑 펌프의 유출구에 근접한 하나 이상의 가스 배출기들은 러핑 펌프의 배기 압력을 감소시키도록 역할한다. 하나 이상의 가스 배출기들은 러핑 펌프의 유출구로부터 배기된 가스들을 효율적으로 배출하도록 흡입관을 생성하고, 이에 따라 러핑 펌프에서 배기 압력을 감소시킨다.
가스 배출기들은 다른 가스(들)를 운반하고 압축하기 위해 고압 가스(들)를 사용하는 펌프들이다. 가스 배출기들은 고속 제트 스트림 (high-velocity jet stream) 을 생성하고, 중간 속도로 이동하는 혼합된 스트림을 생성하도록 저압 스트림을 동반한다. 즉, 가스 배출기들은 이동 부품의 사용 없이 저압 가스를 압축하고 벤팅하기 위해 고압 가스를 사용한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 가스 배출기들은 또한 흡입기들, 벤츄리 제트들, 벤츄리 펌프들, 벤츄리 제트 배출기들, 제트 펌프들, 제트 믹서들, 제트 배출기들, 공기 배출기들, 및 이덕터들 (eductors) 로 지칭될 수도 있다.
본 개시의 하나 이상의 가스 배출기들은 러핑 펌프로부터 가스들을 효율적으로 배기하고 러핑 펌프의 유출구에서 압력을 감소시키기 위해 "벤츄리 효과 (venturi effect)"를 활용하는 벤츄리 펌프들일 수도 있다. "벤츄리 효과"는 유체가 채널의 제한된 부분을 통해 흐를 때 발생하는 유체 압력의 감소이다. 도 6은 일부 구현 예들에 따른 벤츄리 펌프 (600) 의 길이에 걸친 압력 경사를 도시하는 예시적인 벤츄리 펌프 (600) 의 단면 개략도이다. 주입 가스가 고속 및 고 유입구 압력에서 동기 플로우 (motive flow) 로서 도입된다. 벤츄리 펌프 (600) 의 바디가 수렴 동기 섹션 (converging motive section) (610), 발산 배출 섹션 (diverging discharge section) (620), 및 수렴 동기 섹션 (610) 과 발산 배출 섹션 (620) 사이의 벤츄리 갭 (630) 을 포함한다. 수렴 동기 섹션 (610) 은 고압 가스 스트림의 유속 (fluid velocity) 을 상승시킨다. 유속의 상승은 저압 가스 스트림을 끌어당기기 위해 흡입력을 제공하는 저압 존을 발생시킨다. 저압 존은 벤츄리 펌프 (600) 의 흡입 포트 (640) 에 제공될 수도 있고, 흡입 포트 (640) 는 수렴 동기 섹션 (610) 과 유체로 연통한다. 흡입 포트 (640) 는 진공 또는 감소된 압력을 필요로 하는 디바이스에 연결될 수도 있다. 저압 가스 스트림은 수렴 동기 섹션 (610) 에서 고압 가스 스트림과 혼합된다. 혼합된 가스 스트림은 수렴 동기 섹션 (610) 으로부터 다운스트림에 위치된 벤츄리 갭 (630) 을 통해 운반된다. 벤츄리 갭 (630) 은 혼합된 가스 스트림이 고 유속으로 고압으로 유지되는 벤츄리 펌프 (600) 의 바디의 수축된 부분이다. 이어서 혼합된 가스 스트림은 발산 배출 섹션 (620) 을 통해 흐르고 유속을 감소시키고 압력을 상승시키는, 이에 따라 혼합된 가스 스트림을 압축한다. 이는 벤츄리 펌프 (600) 로 하여금 흡입 포트 (640) 의 압력보다 큰 압력으로 혼합된 가스 스트림을 배출하게 한다.
통상적으로, 가스 배출기들 또는 벤츄리 펌프들은 다수의 대규모 산업 적용 예들에서 사용된다. 일 예에서, 벤츄리 펌프들은 식품 산업에서 분말들, 펠릿들 (pellets), 및 벌크 고체들을 전달하고 이동시키도록 사용된다. 또 다른 예에서, 벤츄리 펌프들은 픽-앤-플레이스 (pick-and-place) 동작들을 위해 진공을 끌어당길 수 있다. 또 다른 예에서, 벤츄리 펌프들은 발전소 산업에서 증기를 배기하는 역할을 한다. 또 다른 예에서, 벤츄리 펌프들은 제트 엔진 또는 로켓 엔진에서 연료 또는 연소 압력을 결정하는데 사용된다.
그러나, 본 개시의 하나 이상의 벤츄리 펌프들은 러핑 펌프의 배기부에서 압력을 감소시키고 러핑 펌프에서 증착을 제한하도록 반도체 프로세싱 장치의 진공 펌프 시스템과 함께 사용된다. 하나 이상의 벤츄리 펌프들은 진공 펌프 시스템의 1 차 펌프 또는 러핑 펌프와 직렬로 연결된다. 하나 이상의 벤츄리 펌프들을 포함하는 진공 펌프 시스템들의 예들이 도 7, 도 8a, 도 8b, 및 도 8c에 도시된다. 반도체 프로세싱 장치는 증착 동작 및 에칭 동작을 수행하기 위한 프로세싱 챔버를 포함할 수도 있다.
대안적으로, 복수의 벤츄리 펌프들이 진공 펌프 시스템의 1 차 펌프 또는 배압 펌프로서 동작한다. 복수의 벤츄리 펌프들은 멀티-스테이지 벤츄리 배압 펌프를 제공하기 위해 직렬로 그리고/또는 병렬로 연결될 수도 있다. 복수의 벤츄리 펌프들은 프로세싱 챔버의 배기부에 연결될 수도 있고, 프로세싱 챔버는 증착 동작 및 에칭 동작을 수행하도록 구성된다. 복수의 벤츄리 펌프들은 프로세싱 챔버로부터 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 배기하도록 역할할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 복수의 벤츄리 펌프들은 프로세싱 챔버를 "부분적인 (partial)" 진공 또는 "러프 (rough)" 진공으로 만들도록 구성될 수도 있고, 프로세싱 챔버는 약 1 Torr와 대기압 사이의 압력이 될 수도 있다. 러핑 펌프를 사용하는 대신, 복수의 벤츄리 펌프들은 어떠한 이동 부품도 없는 것을 제외하고 러핑 펌프와 동일하거나 유사한 기능을 할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 복수의 벤츄리 펌프들의 수는 약 2 내지 약 6일 수도 있다. 진공 펌프 시스템에서 1 차 펌프로서 복수의 벤츄리 펌프들을 사용하는 것은 증착 전구체들 및 에칭 가스들로부터 원치 않은 부산물 형성을 방지할 수 있다. 프로세싱 챔버를 위한 배압 펌프 또는 1 차 펌프로서 복수의 벤츄리 펌프들을 사용하는 진공 펌프 시스템의 예가 도 9에 도시된다.
일부 구현 예들에서, 벤츄리 펌프는 반도체 프로세싱 장치의 펌프 장비와 함께 설치하기 위한 커넥터들 또는 부품으로 구성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 벤츄리 펌프는 저감 컴포넌트/시스템과 러핑 펌프 사이에 있을 수도 있고, 벤츄리 펌프는 러핑 펌프의 다운스트림 및 저감 컴포넌트/시스템의 업스트림에 위치된다. 도 7은 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템에 연결하도록 구성된 컴포넌트들을 갖는 예시적인 벤츄리 펌프 (700) 를 도시한다. 도 7에서, 제 1 커넥터 (710) 가 벤츄리 펌프 (700) 를 러핑 펌프 (미도시) 의 유출구에 연결하도록 역할한다. 제 1 커넥터 (710) 는 러핑 펌프로부터 배기된 가스들을 수용하고, 배기된 가스들은 벤팅된 증착 전구체들 및 프로세싱 장치의 에칭 가스들을 포함할 수도 있다. 제 2 커넥터 (720) 가 높은 유입구 압력에서 동기 플로우로서 주입 가스를 수용하도록 역할한다. 주입 가스는 벤츄리 펌프 (700) 의 바디를 통해 제공된다. 주입 가스는 제 1 커넥터 (710) 로부터 수용된 러핑 펌프의 배기 가스들과 혼합된다. 일부 구현 예들에서, 주입 가스는 헬륨 (He), N2, 또는 청정 건조 공기 (clean dry air) 와 같은 불활성 가스를 포함한다. 제 3 커넥터 (730) 가 벤츄리 펌프 (700) 로부터 배출된 가스들을 처리하기 위해 저감 컴포넌트로의 연결을 제공한다. 이러한 가스들은 예를 들어, 웨이퍼 프로세싱 동작 및/또는 세정 동작 동안 사용될 수도 있는 주입 가스 (예를 들어, N2), 증착 전구체들 (예를 들어, 아미노-실란들), 에칭 가스들 (예를 들어, HBr), 퍼지 가스, 및 반응성 가스들 (예를 들어, CH2F2, CF4, Cl2, SiCl4, NF3, O2, O3, 등) 을 포함할 수도 있다. 따라서, 벤츄리 펌프 (700) 는 ALD 프로세싱 장치와 같은 반도체 프로세싱 장치의 러핑 펌프에 연결하고, 설비 저감 컴포넌트/시스템에 연결하기 위한 하나 이상의 커넥터들을 구비할 수도 있다. 벤츄리 펌프 (700) 를 사용하여, 러핑 펌프로부터의 배기 가스들은 감소된 압력으로 수용되고 상승된 압력으로 벤츄리 펌프 (700) 로부터 배출된다. 벤츄리 펌프 (700) 는 러핑 펌프의 이동 부품으로부터 가스들을 효율적으로 배기하고 러핑 펌프 내의 증착을 방지하도록 역할한다.
도 8a는 일부 구현 예들에 따른 가스 배출기와 직렬로 연결되도록 수정된 러핑 펌프 (810) 를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템 (800a) 의 개략도를 도시한다. 일부 구현 예들에서, 가스 배출기는 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 을 포함한다. 진공 펌프 시스템 (800) 은 러핑 펌프 (810) 를 포함한다. 일부 구현 예들에서, 러핑 펌프 (810) 는 선택 가능한 부스터 펌프 (840) 와 결합될 수도 있고, 또는 선택 가능하게 부스터 펌프 (840) 를 포함할 수도 있다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 프로세싱 챔버로부터 러핑 펌프 (810) 를 통해 배기될 수도 있다. 러핑 펌프 (810) 는 하나 이상의 이동 부품을 포함할 수도 있고, 하나 이상의 이동 부품은 회전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 구현 예들에서, N2와 같은 퍼지 가스 (830) 가 러핑 펌프 (810) 를 통해 흐르고 증착 전구체들 및 에칭 가스들의 러핑 펌프 (810) 를 벤팅하도록 제공될 수도 있다. 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서 러핑 펌프 (810) 를 나갈 수도있다. 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 는 배출 포트일 수도 있다.
하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 이 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 또는 배출 포트에 연결될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 의 저압 존으로 이어지는 흡입 포트 (822) 가 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에 연결될 수도 있다. 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 은 러핑 펌프 (810) 와 직렬로 연결되고 러핑 펌프 (810) 의 다운스트림에 위치된다. 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 은 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서 압력을 감소시키도록 구성된다. 통상적으로, 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 대략 대기압 또는 거의 대기압인 배기 압력에서 러핑 펌프 (810) 로부터 배기된다. 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 을 사용하여, 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서의 배기 압력은 대기압보다 상당히 낮게 감소된다. 예를 들어, 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서의 배기 압력은 약 380 Torr 이하, 약 250 Torr 이하, 또는 약 200 Torr 이하이다. 감소된 배기 압력은 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서 증착 부산물 형성을 방지하거나 그렇지 않으면 제한할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 은 러핑 펌프 (810) 자체의 다양한 단계들에서 전체 압력을 감소시킨다.
상기 기술된 벤츄리 펌프들의 양태들은 도 8a의 벤츄리 펌프 (820) 에 적용될 수도 있다. 도 5의 진공 펌프 시스템이 도 8a의 수정된 진공 펌프 시스템 (800a) 을 제공하기 위해 도 7의 벤츄리 펌프의 하나 이상의 커넥터들에 부착되도록 수정될 수도 있다. 도 8a의 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 은 흡입 포트 (822) 내에 저압 존을 생성하는 고압 가스 스트림을 제공하여, 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 끌어당기는 흡입 플로우를 발생시킨다. 구체적으로, 주입 가스는 벤츄리 펌프들 (820) 각각의 바디 내로 흐른다. 일부 구현 예들에서, 주입 가스는 헬륨 (He), 청정 건조 공기, 또는 N2와 같은 불활성 가스를 포함한다. 일부 구현 예들에서, 주입 가스는 약 40 psig 내지 약 80 psig의 압력으로 흐른다. 일부 구현 예들에서, 주입 가스는 상온에서 또는 상승된 온도로 흐른다. 예를 들어, 주입 가스는 약 20 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도로 흐른다. 주입 가스는 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 동반하고, 이와 혼합할 수도 있다. 이어서 혼합된 가스들은 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 로부터 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 의 유출구 (824) 에 연결되도록 구성된 저감 컴포넌트 (814) 로 효율적으로 배기된다. 저감 컴포넌트 (814) 는 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 포함하는 혼합된 가스들을 처리하도록 구성된다. 상기 기술된 벤츄리 효과를 이용하여, 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 의 유출구 (824) 에서의 배기 압력은 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서의 배기 압력보다 클 수도 있고, 벤츄리 펌프 (820) 의 유출구 (824) 에서의 배기 압력은 대기압 또는 거의 대기압일 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 벤츄리 펌프들 (820) 의 유출구 (824) 에서의 배기 압력은 약 525 Torr 이상, 약 600 Torr 이상, 약 700 Torr 이상, 또는 약 760 Torr 이상이다.
진공 펌프 시스템의 다른 설계들 또는 구현 예들은 벤츄리 펌프와 같은 가스 배출기를 진공 펌프 시스템 내로 통합할 수도 있다. 도 8b는 일부 구현 예들에 따른 가스 배출기와 직렬로 연결된 러핑 펌프 (810) 를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템 (800b) 의 개략도를 도시한다. 가스 배출기는 벤츄리 펌프 (850) 일 수도 있다. 진공 펌프 시스템 (800b) 은 러핑 펌프 (810) 를 포함하고, 선택 가능하게 상기 기술된 바와 같이 부스터 펌프 (840) 를 포함한다. 도 8b에서, 벤츄리 펌프 (850) 는 바디를 포함하고, 바디는 수렴 동기 섹션, 발산 배출 섹션, 및 수렴 동기 섹션과 발산 배출 섹션 사이의 벤츄리 갭을 포함한다. 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 벤츄리 펌프 (850) 의 흡입 포트 (822) 에 연결되는 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 로 벤팅된다. 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들은 이어서 흡입 포트 (822) 로부터 벤츄리 펌프 (850) 의 수렴 동기 섹션으로 끌어당겨진다. 고압 가스 스트림이 수렴 동기 섹션에 주입 가스를 주입함으로써 도입된다. 주입 가스는 수렴 동기 섹션에서 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들과 혼합되고, 혼합된 가스들은 벤츄리 갭을 통해 흐르고 발산하는 배출 섹션에서 배출된다. 일부 구현 예들에서, 벤츄리 펌프 (850) 는 내부식성 재료를 포함하거나 내부식성 재료로 코팅된다. 이 방식으로, 벤츄리 펌프 (850) 는 플라즈마 에칭 프로세스에 수반되는 유독한 화학 물질들로부터 보호된다.
도 8c는 일부 구현 예들에 따른 복수의 가스 배출기들 (860a, 860b) 과 직렬로 연결된 러핑 펌프 (810) 를 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템 (800c) 의 개략도를 도시한다. 복수의 가스 배출기들 (860a, 860b) 은 서로 직렬로 또는 병렬로 연결될 수도 있는 복수의 스테이지들의 가스 배출기들을 제공할 수도 있다. 복수의 가스 배출기들 (860a, 860b) 은 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서 배기 압력을 더 감소시키도록 역할할 수도 있다. 또한, 복수의 가스 배출기들 (860a, 860b) 은 벤팅된 증착 전구체들 및 에칭 가스들이 러핑 펌프 (810) 로부터 효율적으로 배기될 수도 있도록 러핑 펌프 (810) 의 유출구 (812) 에서 흡입 플로우를 더 증가시키도록 역할할 수도 있다.
하나 이상의 가스 배출기들 또는 벤츄리 펌프들을 배압 펌프에 통합하는 것은 진공 펌프 시스템에서 증착 부산물 빌드업을 방지할 수도 있다. 이러한 가스 배출기들을 사용하는 실시 예들은 별도의 펌프들, 별도의 유입구들, 표면 코팅들, 펌프 가열, 보다 길고 보다 정확하게 측정된 퍼지 시간들, 및 세정 화학 물질들을 수반하는 실시 예들을 포함하여, 증착 부산물 빌드업을 방지하기 위해 하나 이상의 전술한 실시 예들과 조합될 수도 있다. 일 예에서, 불소, 염소, 산소, 오존, 또는 이들의 조합들의 플라즈마-활성화된 종과 같은 반응성 가스들은 세정 동작에서 러핑 펌프를 통해 흐를 수도 있고, 반응성 가스들은 하나 이상의 벤츄리 펌프들에 연결된 1 차 펌프의 유출구에서 남아있는 증착 전구체들 및 에칭 가스들과 함께 벤팅된다. 또 다른 예에서, 펌프 컴포넌트들의 표면들은 상승된 온도로 가열될 수도 있는 한편, 펌프 컴포넌트들은 하나 이상의 벤츄리 펌프들에 연결된 1 차 펌프의 유출구에서 증착 전구체들 및 에칭 가스들을 벤팅한다.
도 9는 일부 구현 예들에 따른 진공 펌프 시스템 (900) 의 멀티-스테이지 벤츄리 배압 펌프 (910) 로서 동작하는 복수의 벤츄리 펌프들 (920a, 920b, 및 920c) 을 포함하는 예시적인 진공 펌프 시스템 (900) 의 개략도를 도시한다. 진공 펌프 시스템 (900) 이 러핑 펌프를 대체하는 멀티-단계 벤츄리 배압 펌프 (910) 를 포함한다. 멀티-단계 벤츄리 배압 펌프 (910) 는 직렬로 연결된 복수의 벤츄리 펌프들 (920a, 920b, 920c) 을 포함한다. 멀티-단계 벤츄리 배압 펌프 (910) 는 기능적으로 효과적인 러핑 펌프로서 역할하고, 터보분자 펌프 (930) 에 유체로 커플링된다.
결론
전술한 기술 (description) 에서, 제시된 실시 예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시되었다. 개시된 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시 예들이 구체적인 실시 예들과 함께 기술되었지만, 이는 개시된 실시 예들을 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.
전술한 실시 예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 실시 예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 본 실시 예들은 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 간주될 것이며, 실시 예들은 본 명세서에 주어진 세부사항들로 한정되지 않을 것이다.

Claims (22)

  1. 프로세싱 챔버;
    하나 이상의 에칭 가스들을 상기 프로세싱 챔버 내로 도입하도록 구성된 에칭 가스 전달 시스템;
    하나 이상의 증착 전구체들을 상기 프로세싱 챔버 내로 도입하도록 구성된 증착 전구체 전달 시스템; 및
    상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 진공 펌프 시스템으로서,
    제 1 러핑 펌프 (roughing pump);
    제 2 러핑 펌프; 및
    상기 제 1 러핑 펌프 및 상기 제 2 러핑 펌프 중 하나 또는 모두와 유체로 연통하는 터보분자 (turbomolecular) 펌프를 포함하는, 상기 진공 펌프 시스템을 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 펌프 시스템은 상기 제 1 러핑 펌프를 통해 상기 하나 이상의 에칭 가스들을 지향시키고 상기 제 2 러핑 펌프를 통해 상기 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키도록 구성되는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 펌프 시스템은,
    상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하고 상기 프로세싱 챔버로부터 상기 하나 이상의 에칭 가스들 및 상기 하나 이상의 증착 전구체들을 수용하도록 구성된 포어라인 (foreline); 및
    상기 포어라인에 커플링되고 제 1 위치에서 상기 제 1 러핑 펌프를 통해 상기 하나 이상의 에칭 가스들을 지향시키도록 구성되고 제 2 위치에서 상기 제 2 러핑 펌프를 통해 상기 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키도록 구성된 밸브를 더 포함하는, 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 증착 전구체 전달 시스템과 유체로 연통하는 방향 전환 (divert) 라인으로서, 상기 방향 전환 라인은 상기 증착 전구체 전달 시스템으로부터 상기 제 2 러핑 펌프를 통해 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 방향 전환하도록 구성되는, 상기 방향 전환 라인을 더 포함하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 펌프 시스템은 상기 제 1 러핑 펌프를 통해 상기 하나 이상의 에칭 가스들 및 상기 하나 이상의 증착 전구체들을 지향시키고, 그리고 상기 제 2 러핑 펌프를 통해 증착 사이클에서 사용되지 않은 증착 전구체들을 지향시키도록 구성되는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 에칭 가스들은 브롬화수소 (HBr) 를 포함하고 상기 하나 이상의 증착 전구체들은 아미노-실란 전구체를 포함하는, 장치.
  7. 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법에 있어서,
    프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 상에서 하나 이상의 증착 동작들을 수행하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 웨이퍼 상에서 하나 이상의 에칭 동작들을 수행하는 단계; 및
    상기 진공 펌프 시스템을 통해 흐르는 반응성 가스들을 사용하여 세정 동작을 수행하는 단계로서, 상기 세정 동작은 상기 하나 이상의 에칭 동작들 전 또는 후에 수행되고, 상기 진공 펌프 시스템은 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는, 상기 세정 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세정 동작을 수행하는 단계는 증착 동작과 에칭 동작 사이에 발생하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 증착 동작들을 수행하는 단계, 상기 하나 이상의 에칭 동작들을 수행하는 단계, 및 상기 세정 동작을 수행하는 단계는 상기 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼를 사용하여 발생하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 세정 동작을 수행하는 단계는 상기 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 없이 발생하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응성 가스들은 삼불화질소 (NF3), 육불화황 (SF6), 사불화탄소 (CF4), 삼불화염소 (ClF3), 염소 (Cl2), 산소 (O2), 오존 (O3), 또는 이들의 조합들을 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응성 가스들은 오존을 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응성 가스들은 불소, 염소, 산소, 또는 이들의 조합들의 라디칼들 및/또는 이온들을 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    플라즈마 반응에 의해 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 반응성 가스들을 인-시츄로 (in-situ) 생성하는 단계를 더 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  15. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    포어라인에 위치된 플라즈마 소스에 의해 상기 반응성 가스들을 생성하는 단계로서, 상기 포어라인은 상기 진공 펌프 시스템과 상기 프로세싱 챔버 사이의 상호 연결을 제공하는, 상기 반응성 가스들을 생성하는 단계를 더 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  16. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    포어라인 외부에 위치된 리모트 플라즈마 소스에 의해 상기 반응성 가스들을 생성하는 단계로서, 상기 포어라인은 상기 진공 펌프 시스템과 상기 프로세싱 챔버 사이의 상호 연결을 제공하는, 상기 반응성 가스들을 생성하는 단계를 더 포함하는, 진공 펌프 시스템을 세정하는 방법.
  17. 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 에칭 가스들 및 하나 이상의 증착 가스들을 배기하기 위한 진공 펌프 시스템에 있어서,
    증착 전구체들 및 에칭 가스들이 러핑 펌프를 통해 상기 프로세싱 챔버로부터 배기되는, 상기 러핑 펌프; 및
    상기 러핑 펌프와 직렬로 연결되고 상기 러핑 펌프로부터 다운스트림에 위치된 가스 배출기로서, 상기 가스 배출기는 상기 러핑 펌프의 유출구에서의 압력을 감소시키도록 구성되는, 상기 가스 배출기를 포함하는, 진공 펌프 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 배출기는 상기 러핑 펌프의 상기 유출구에 연결된 벤츄리 (venturi) 펌프이고, 상기 벤츄리 펌프는 상기 벤츄리 펌프의 바디를 통해 주입 가스를 흘리도록 구성되고 상기 벤츄리 펌프의 상기 바디에서 상기 배기된 증착 전구체들과 에칭 가스들을 혼합하는, 진공 펌프 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 주입 가스는 불활성 가스, 청정 건조 공기 (clean dry air), 또는 질소 가스 (N2) 를 포함하는, 진공 펌프 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 주입 가스는 약 40 psig 내지 약 80 psig의 압력으로 흐르고, 그리고 상기 주입 가스는 약 20 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도로 흐르는, 진공 펌프 시스템.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착 전구체들 및 배기 가스들을 처리하도록 구성된 저감 (abatement) 컴포넌트로서, 상기 가스 배출기는 상기 저감 컴포넌트와 상기 러핑 펌프 사이에 위치되는, 상기 저감 컴포넌트를 더 포함하는, 진공 펌프 시스템.
  22. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 배출기와 직렬로 연결된 하나 이상의 부가적인 가스 배출기로서, 상기 하나 이상의 부가적인 가스 배출기는 상기 러핑 펌프의 상기 유출구에서의 압력을 더 감소시키도록 구성되는, 상기 하나 이상의 부가적인 가스 배출기를 더 포함하는, 진공 펌프 시스템.
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