KR20220039780A - 반도체 프로세싱 장비를 위한 비엘라스토머 (non-elastomeric), 비폴리머 (non-polymeric), 비금속 멤브레인 밸브들 - Google Patents

반도체 프로세싱 장비를 위한 비엘라스토머 (non-elastomeric), 비폴리머 (non-polymeric), 비금속 멤브레인 밸브들 Download PDF

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KR20220039780A
KR20220039780A KR1020227006410A KR20227006410A KR20220039780A KR 20220039780 A KR20220039780 A KR 20220039780A KR 1020227006410 A KR1020227006410 A KR 1020227006410A KR 20227006410 A KR20227006410 A KR 20227006410A KR 20220039780 A KR20220039780 A KR 20220039780A
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microfluidic valve
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microfluidic
equal
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마리우쉬 그레고르
테오도로스 파나고파울로스
토르스텐 베른트 릴
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램 리써치 코포레이션
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    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Abstract

고진공 적용 예들에서 사용하기 위한 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 멤브레인 밸브들이 개시된다. 이러한 밸브들은 밸브의 유체-제어 측면이 일반적으로 전통적인 엘라스토머 멤브레인 밸브들을 붕괴시키고/시일링하도록 작용할 수도 있는 대기압 이하의 (sub-atmospheric) 압력 장에 노출될 때에도 기능한다.

Description

반도체 프로세싱 장비를 위한 비엘라스토머 (non-elastomeric), 비폴리머 (non-polymeric), 비금속 멤브레인 밸브들
참조로서 인용
PCT 신청 양식은 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 포함되었다.
반도체 프로세싱 동작들에서, 다양한 조합들로, 다양한 플로우 레이트들로, 그리고 다양한 시간들에 반도체 프로세싱 챔버 내로 흐를 수도 있는 다수의 가스들을 제공하는 것이 종종 필요하다. 일부 반도체 프로세싱 툴들에서, 툴에 15 내지 20 개만큼 많은 상이한 가스들이 공급되는 것을 발견하는 것은 드물지 않고, 가스 각각은 통상적으로 개별적으로 제어된다. 반도체 프로세싱 툴들은 통상적으로 반도체 프로세싱 동작들 동안 다양한 시간들에 가스들의 목표된 혼합물들을 제공하도록 제어될 수도 있는 다수의 상이한 컴퓨터-제어 밸브들, 질량 유량 (mass flow) 제어기들, 및/또는 다른 가스-플로우 컴포넌트들을 하우징하는 (house) "가스 박스들"을 포함한다.
이러한 가스 박스들은, 예를 들어, 각각의 매니폴드들과 플로우 컴포넌트들을 인터페이싱하기 위해, 상대적으로 큰, 예를 들어, 1.5" 정사각형 마운팅 플랜지들 (square mounting flanges) 인 개별 컴포넌트들, 예를 들어, 표면-마운팅 밸브들, 매니폴드 채널들, 시일들 (seals), 등으로 조립되는 것이 통상적이다. 이러한 컴포넌트들은 제어될 가스 각각에 대해 "가스 스틱"으로 함께 조립될 수도 있고, 이어서 가스 스틱들은 "가스 박스"를 형성하도록 캐비넷에 마운팅된다. 가스 스틱은 복수의 표면-마운팅 컴포넌트들, 예를 들어, 5 내지 10 개의 이러한 컴포넌트들을 포함할 수도 있고, 반도체 프로세싱 툴들은 복수의, 예를 들어, 10 또는 20 개의 이러한 가스 스틱들을 포함할 수도 있다.
훨씬 보다 콤팩트한 (compact) 밸브 시스템을 제공하도록 사용될 수도 있는 반도체 프로세싱 가스 플로우 제어 컴포넌트들을 위한 새로운 설계들이 본 명세서에 제시된다.
본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현 예들의 세부사항들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술 (description) 에 제시된다. 다른 특징들, 양태들, 및 이점들은 기술, 도면들, 및 청구항으로부터 명백해질 것이다. 다음의 비제한적인 구현 예들은 본 개시 (disclosure) 의 일부로 간주된다; 다른 구현 예들은 본 개시 전체 및 첨부된 도면들로부터 또한 자명할 것이다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 미세유체 (microfluidic) 밸브 구조체들을 갖는 기판을 포함하는 장치가 제공될 수도 있고, 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 미세유체 밸브 구조체 각각은 공칭 직경
Figure pct00001
, 제 1 측면, 및 제 1 측면에 반대되는 제 2 측면을 갖는 다이어프램; 베이스; 베이스 내의 오리피스 (orifice) 로서, 오리피스는 베이스에 평행한 평면에서 단면적
Figure pct00002
를 갖는, 오리피스; 및 공칭 외경
Figure pct00003
및 공칭 내경
Figure pct00004
를 갖는 상승된 시트 구조체를 포함하고, 이러한 장치 내의 미세유체 밸브 구조체 각각에 대해, 다이어프램은 비엘라스토머 (non-polymeric) 재료로 이루어질 수도 있고, 상승된 시트 구조체는 베이스로부터 다이어프램의 제 1 측면을 향해 연장할 수도 있고, 다이어프램과 대면하는 상승된 시트 구조체의 표면은 미세유체 밸브 구조체가 액추에이팅되지 않은 (unactuate) 상태에 있을 때 거리
Figure pct00005
의 갭만큼 다이어프램의 제 1 측면으로부터 분리될 수도 있고,
Figure pct00006
는
Figure pct00007
보다 작거나 같을 수도 있고,
Figure pct00008
는
Figure pct00009
보다 작거나 같을 수도 있고, 그리고 다이어프램, 상승된 시트 구조체, 및 미세유체 밸브 구조체의 갭은, 미세유체 밸브 구조체가 다이어프램의 제 2 측면을 제 1 압력으로 가압함으로써 액추에이팅된 상태로 전이될 때, 다이어프램의 일부가 상승된 시트 구조체를 향해 탄성적으로 변형되고 이에 대고 시일링되도록 (seal) 사이징될 (size) 수도 있다.
일부 이러한 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
Figure pct00010
는
Figure pct00011
보다 작거나 같을 수도 있고
Figure pct00012
는
Figure pct00013
보다 크거나 같을 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
Figure pct00014
는
Figure pct00015
보다 작거나 같을 수도 있고
Figure pct00016
는
Figure pct00017
보다 크거나 같을 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
Figure pct00018
는
Figure pct00019
보다 작거나 같을 수도 있고
Figure pct00020
는
Figure pct00021
보다 크거나 같을 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
Figure pct00022
는
Figure pct00023
보다 작거나 같을 수도 있고
Figure pct00024
는
Figure pct00025
보다 크거나 같을 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
Figure pct00026
는
Figure pct00027
보다 작거나 같을 수도 있고
Figure pct00028
는
Figure pct00029
보다 크거나 같을 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
Figure pct00030
는
Figure pct00031
보다 작거나 같을 수도 있고
Figure pct00032
는
Figure pct00033
보다 크거나 같을 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대해, 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대한 다이어프램의 제 1 측면과 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대한 상승된 시트 구조체의 표면 사이의 제 1 축을 따른 최대 거리는 40 ㎛ 이하일 수도 있고, 그리고 제 1 축은 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대해 상승된 시트 구조체의 표면에 수직일 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 다이어프램의 제 1 측면은 대기압 이하의 압력을 겪을 수도 있고, 제 1 미세유체 밸브 구조체의 다이어프램의 제 2 측면은 제 1 미세유체 밸브 구조체가 액추에이팅되지 않은 상태에 있을 때 대기압을 겪을 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대한 제 1 압력은 대기압 이상일 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들 중 적어도 하나를 위한 다이어프램은 실리콘 또는 실리콘 다이옥사이드로 이루어질 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들 중 적어도 하나는 실리콘 또는 실리콘 다이옥사이드의 복수의 층들로 이루어질 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 장치는 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상승된 시트 구조체가 가스 공급부와 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되도록, 적어도 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체가 가스 공급부와 유체적으로 연결 가능하게 (fluidically connectable) 구성되는 장치 내의 플로우 경로의 일부이도록 가스 공급부에 연결되게 구성될 수도 있다.
장치의 일부 이러한 구현 예들에서, 장치는 가스 공급부를 더 포함할 수도 있고, 장치는 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상승된 시트 구조체가 가스 공급부와 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되도록 가스 공급부에 연결될 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 장치는 다이어프램 층, 액추에이터 플레넘 층, 및 밸브 플레넘 층을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체의 다이어프램은 다이어프램 층에 의해 제공될 수도 있고, 다이어프램 층의 제 1 측면은 제 1 미세유체 밸브 구조체의 다이어프램의 제 1 측면을 제공할 수도 있고, 다이어프램 층의 제 2 측면은 제 1 미세유체 밸브 구조체의 다이어프램의 제 2 측면을 제공할 수도 있고, 다이어프램 층의 제 1 측면은 밸브 플레넘 층에 본딩될 수도 있고, 다이어프램 층의 제 2 측면은 액추에이터 플레넘 층에 본딩될 수도 있고, 액추에이터 플레넘 층은 제 1 미세유체 밸브 구조체의 다이어프램 상에 센터링되는 (center) 직경
Figure pct00034
로 관통하는 홀을 가질 수도 있고, 밸브 플레넘 층은 또한 제 1 미세유체 밸브 구조체의 다이어프램 상에 센터링되는 직경
Figure pct00035
로 관통하는 홀을 가질 수도 있고, 그리고
Figure pct00036
은
Figure pct00037
보다 작을 수도 있다.
본 명세서에 개시된 (disclose) 다양한 구현 예들은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 미세유체 밸브 구조체를 갖는 예시적인 장치를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 이러한 밸브 구조체들의 2 개의 상이한 배치들에 대한 다양한 플로우 조건들 하에서 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 미세유체 밸브 구조체에 대한 오리피스의 마하 수들을 도시한다.
도 5는 미세유체 밸브 구조체의 다양한 엘리먼트들의 간략화된 사시도를 제공한다.
도 6은 제어 가능한 방식으로 복수의 가스들을 함께 결합하기 위한 플로우 스플리터 (flow splitter) 의 도면을 도시한다.
도 7은 2-소스 플로우 스플리터의 예를 도시한다.
본 명세서의 도면들은 일반적으로 축척대로 도시되지 않지만, 예를 들어, 이하에 논의된 바와 같이, 도면들의 다양한 양태들은 축척대로 도시될 수도 있다.
최신 반도체 프로세싱 툴들은 종종 상이한 시간들로, 상이한 조합들로, 그리고 상이한 플로우 레이트들로 반도체 프로세싱 챔버에 도입되는 다수의 상이한 프로세싱 가스들을 활용한다. 일부 최신 반도체 프로세싱 툴들에서, 일부 반응 물질 가스들은 교번하는 방식으로 흐를 수도 있고, 반응 물질 가스의 순차적인 플로우 각각은 후속 반응 물질의 플로우 전에 반응 물질의 모든 잔여물들을 스윕핑하도록 (sweep) 사용되는 불활성 가스 또는 퍼지 가스의 플로우로 이어진다. 이는 바람직하지 않은 부작용들을 생성할 수도 있는, 가스 분배 시스템 내에서 2 개의 반응 물질들이 혼합되는 것을 방지한다 (이러한 혼합은 일단 반응 물질 가스들이 반도체 프로세싱 챔버 내에 있으면 바람직할 수도 있다). 전통적인 가스 제어 컴포넌트 사용의 일 문제는, 수반된 플로우 경로들이 종종 길고, 주어진 가스 공급부를 위한 마지막 제어 가능한 플로우 컴포넌트와 가스가 반도체 프로세싱 챔버 내로 흐르는 지점 사이에 있는 상당한 길이들을 포함할 수도 있다는 것이다. 이러한 플로우 경로에 트랩핑되는 가스는 낭비될 수도 있다.
반도체 프로세싱 툴들에서 가스 플로우 제어를 위한 보다 콤팩트하고 (compact) 저비용 솔루션을 제공하기 위해, 본 발명자들은 새로운 타입들의 비엘라스토머 (non-polymeric), 비폴리머 (non-polymeric), 비금속 멤브레인 밸브를 구상하였다. 이러한 멤브레인 밸브들은 일부 관점들에서, 예를 들어, 미세유체 (microfluidic) 카트리지들 또는 다른 액체-기반 분석 시스템들에서 사용된 엘라스토머 미세유체 멤브레인 밸브들과 다소 유사할 수도 있다. 그러나, 반도체 프로세싱 시스템들에서 통상적으로 보이는 동작 압력들, 뿐만 아니라 종종 이러한 시스템들에 의해 통상적으로 핸들링되는 고독성 또는 반응성 반응 물질 가스들로 인해, 예를 들어, 예컨대 유전 시퀀싱 시스템들에서 사용될 수도 있는 액체-기반 미세유체 핸들링에 자주 사용되는 미세유체 밸브 기술은 적합하지 않다. 예를 들어, 화학적 분석 및 생물학적 분석을 위한 미세유체 적용 예들에서 일반적으로 사용되는 엘라스토머 미세유체 밸브들은 이러한 밸브들에 사용된 엘라스토머 멤브레인들을 통한 화학적 공격 또는 가스 침투에 민감할 수도 있다. 더욱이, 대부분의 반도체 프로세싱 챔버들이 대기압 이하의 (sub-atmospheric) 압력들에서 동작되기 때문에, 이러한 밸브들에 대한 다운스트림 압력 분위기, 그리고 따라서 이러한 밸브들에서 시일링 (sealing) 을 제공하는 이러한 엘라스토머 멤브레인들의 측면이, 이러한 멤브레인들의 다른 측면과 비교하여 감소된 압력일 수도 있고, 이는 일반적으로 이러한 엘라스토머 멤브레인들로 하여금 "시일링된" 상태로 변형되게 하고 신뢰할 수 있게 개방하기 어렵거나 불가능하게 한다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 본 발명자들은 밸브들이 적층된 스택을 형성하기 위해 서로 본딩되는 비엘라스토머 재료, 비폴리머 재료, 및 비금속 재료의 층들로 이루어지는, 비엘라스토머 밸브, 비폴리머 밸브, 비금속 멤브레인 밸브를 구상하였다. 이러한 재료들은 이러한 밸브들을 통해 흐르는 가스들과 비반응성이도록 선택될 수도 있다, 예를 들어, 실리콘 (예를 들어, 유리) 또는 실리콘 다이옥사이드 (예를 들어, 석영). 폴리머 재료 및 엘라스토머 재료의 사용을 방지함으로써, 이러한 밸브들의 멤브레인들을 통한 잠재적인 가스 침투 문제가 방지된다; 금속 재료들의 사용을 방지하는 것은 밸브들에 의해 핸들링될 수도 있는 프로세싱 가스들과 밸브 재료 사이의 유해한 화학 반응의 위험을 감소시킨다.
엘라스토머 멤브레인 밸브에서, 박형 엘라스토머 멤브레인 층은 통상적으로 엘라스토머 멤브레인 층이 기판과 콘택트할 때 엘라스토머 멤브레인 층에 의해 시일링될 수도 있는 유입구 포트 및 유출구 포트를 갖는 기판 상에 오버레이된다. 일부 이러한 밸브들에서, 엘라스토머 멤브레인이 변형되지 않은 상태에 있을 때 엘라스토머 멤브레인과 기판 사이에 갭을 발생시키는, 엘라스토머 멤브레인과 기판 사이에 스페이서 층이 있을 수도 있어서, 액체 또는 가스로 하여금 일 포트에서 다른 포트로 흐르게 하고; 압력이 갭의 반대편의 엘라스토머 멤브레인의 측면에 인가될 때, 엘라스토머 멤브레인은 유입구 포트 및 유출구 포트를 향해 편향되고 이들과 콘택트하여, 이들을 시일링한다. 다른 이러한 밸브들에서, 엘라스토머 멤브레인은 변형되지 않을 때 기판에 대해 플러시될 (flush) 수도 있고, 이에 따라 유입구 포트 및 유출구 포트를 시일링한다. 유입구 및 유출구에 대고 시일링되는 측면의 반대편의 엘라스토머 멤브레인의 측면이 감소된 압력을 받을 때, 엘라스토머 멤브레인은 상향으로 팽창하게 될 수도 있어서, 유체로 하여금 유입구로부터 유출구로 흐르게 한다. 액추에이션 (actuation) 압력 (또는 음압 (negative pressure)) 이 제거될 때, 엘라스토머 멤브레인은 변형되지 않은 상태로 돌아간다. 엘라스토머 재료들, 예를 들어, 실리콘은 통상적으로 이러한 재료들이 액체-기밀 (liquid-tight) 이고 (그리고 대부분의 미세유체 시스템들이 액체들을 이송하기 위해 사용됨), 견고하고, 그리고 영구적인 변형 또는 파열 없이 큰 응력변형들 (strains) 을 겪을 수 있기 때문에 이러한 밸브들에 사용된다. 이는 엘라스토머 멤브레인 재료의 유연성 (pliability) 이 밸브 구조체의 내부 표면들과 일치하게 (conform) 하여, 유입구 포트 및 유출구 포트에 대고 매우 우수한 시일링을 달성하고, 반복된 액추에이션들 및 상대적으로 대규모인 편향들을 견딜 수 있기 때문에, 대부분의 경우들에서 이러한 엘라스토머 멤브레인들을 상대적으로 이상적인 선택이 되게 한다. 엘라스토머 멤브레인 밸브들을 갖는 미세유체 밸브들은 또한 밸브 구조체에 전체 강성을 제공하는 엘라스토머 멤브레인 층에 더하여, 일반적으로 강성 구조 층 또는 층들을 가질 수도 있다. 이러한 강성 구조 층들은, 예를 들어, 비엘라스토머 폴리머 재료들, 예를 들어, 아크릴 또는 폴리카보네이트에 의해, 또는 비엘라스토머, 비폴리머 재료들, 예컨대 유리에 의해 제공될 수도 있다.
그러나, 본 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 멤브레인 밸브들에서, 멤브레인을 포함하는, 전체 습윤 밸브 구조체 (즉, 밸브가 제어하도록 설계되는 유체 플로우와 콘택트하게 되는 밸브의 부분들) 는 비엘라스토머 재료, 비폴리머 재료 및 비금속 재료로 이루어질 수도 있다. 특히, 실리콘 (유리) 또는 실리콘 다이옥사이드 (석영) 와 같은 재료들이 사용될 수도 있고, 이들 모두는 대부분의 반도체 프로세싱 가스들과 대체로 비반응성이다. 이러한 재료들은 화학적 공격에 대해 우수한 내성을 제공하지만, 유리 및 석영은 모두 매우 취성인 재료이고, 이는 멤브레인 밸브 맥락에서 유용성을 심각하게 제한한다.
비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 재료들을 사용할 때 가장 현저한 문제는 이러한 재료들이 통상적으로 엘라스토머 재료들보다 훨씬 보다 뻣뻣하고, 이에 따라 이러한 재료들로 이루어진 멤브레인이 주어진 압력 차를 적용하는 것에 응답하여 경험할 수도 있는 이동량을 제한한다. 더욱이, 반도체 프로세싱 장비에 사용되는 다양한 가스들과 함께 사용하기에 잘 맞는 (well-suited) 대부분의 이러한 재료들, 예를 들어, 이러한 가스들에 대해 대체로 비반응성인 재료들 (예컨대 실리콘 및 석영) 은 매우 낮은 가소성을 가질 수도 있고, 과도한 휨 (flexure) 을 겪는다면 파열될 (fracture) 수도 있다. 반대로, 엘라스토머 재료들은 신축성 및 순응 (compliant) 특성으로 인해, 파열 없이 라디칼 변형을 겪을 수 있다.
도 1은 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 미세유체 밸브 구조체를 갖는 예시적인 장치를 도시한다. 도 1에서, 장치 (100) 는 복수의 패터닝된 층들 (104), 예를 들어, 층들 (104a 내지 104g) 이 미세유체 밸브 구조체 (106) 를 제공하도록 배치되는 기판 (102) 에서 구현된다. 층들 (104) 의 수 및 배치는 도시되는 것으로부터 가변할 수도 있고, 본 명세서에 논의된 것들과 유사한 특성들을 갖는 구조체들에 도달할 수도 있는 임의의 층들의 배치가 본 개시의 범위 내에 있다는 것이 이해될 것이다. 이들 층들은 임의의 적합한 본딩 기법, 예를 들어, 확산 본딩 (diffusion bonding), 융합 본딩 (fusion bonding), 등을 사용하여 함께 본딩될 수도 있다.
기판 (102) 의 층들 (104) 은 액추에이터 플레넘 (132) 과 밸브 플레넘 (138) 사이에 개재된 가요성 (flexible) 멤브레인으로서 기능할 수도 있는, 다이어프램 (108), 예를 들어, 박형, 원형 영역을 제공하도록 구성될 수도 있다. 다이어프램 (108) 은 제 1 측면 (110) 및 제 2 측면 (112), 뿐만 아니라 공칭 직경
Figure pct00038
을 가질 수도 있다. 밸브 플레넘 (138) 은 일반적으로 제 1 측면 (110) 과 베이스 (114) 사이에 샌드위치되고 (sandwich) 다이어프램 (108) 의 외측 주변부에 의해 경계가 정해지는 (bound) 개방된 볼륨으로서 규정될 수도 있다. 밸브 플레넘 (138) 은 베이스 (114) 로부터 위로 돌출할 수도 있고 다이어프램 (108) 의 제 1 측면 (110) 을 향해 연장할 수도 있는, 상승된 시트 구조체 (120) 를 포함할 수도 있다. 상승된 시트 구조체 (120) 는 예를 들어, 이의 중심 영역을 중심으로 연속적인 벽을 형성할 수도 있고, 다이어프램 (108) 의 제 1 측면 (110) 을 향해 대면하는 표면 (122) 을 가질 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 일부 구현 예들에서, 상승된 시트 구조체 (120) 는 베이스 (114) 로부터 다이어프램 (108) 의 제 1 측면 (110) 을 향해 위로 연장하는 환형 벽일 수도 있다.
오리피스 (118) 가 상승된 시트 구조체 (120) 의 중심 영역 내에, 예를 들어, 상승된 시트 구조체 (120) 의 중심 영역의 중심에 위치될 수도 있고, 베이스 (114) 를 통과할 수도 있다. 오리피스 (118) 는 또한 상승된 시트 구조체 (120) 의 중심 영역 내의 다른 위치들, 예를 들어, 상승된 시트 구조체 (120) 상에 센터링되지 (center) 않는 상승된 시트 구조체 (120) 의 중심 영역 내의 위치들에 위치될 수도 있다. 오리피스 (118) 는 가스 공급부 (미도시) 로부터 미세유체 밸브 구조체 (106) 로 반도체 프로세싱 가스를 공급하도록 사용될 수도 있는, 가스 유입구 (124) 와 밸브 플레넘 (138) 을 유체로 연결할 수도 있다. 밸브 플레넘 (138) 은 미세유체 밸브 구조체 (106) 가 개방 상태에 있고 가스 유입구 (124) 가 이러한 프로세싱 가스를 위한 가스 공급부와 유체로 연결될 때, 프로세싱 가스가 흐를 수도 있는 유출구 포트 (116) 와 유체로 연결될 수도 있다. 오리피스 (118) 는 임의의 목표된 단면 형상을 가질 수도 있지만, 본 명세서에 논의된 예들에서, 오리피스 (118) 는 직경
Figure pct00039
의 원형 단면 형상을 갖는다.
미세유체 밸브 구조체 (106) 에 대한 제어는 다이어프램 (108) 을 구부리기 (flex) 위한 임의의 적합한 메커니즘을 통해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 액추에이터 플레넘 (132) 은 액추에이터 플레넘 (132) 이 제어 가능하게 가압되게 하고, 이에 따라 다이어프램 (108) 으로 하여금 밸브 플레넘 (138) 내로 구부러지고 팽창하게 하여, 이에 따라 다이어프램 (108) 의 제 1 측면 (110) 으로 하여금 표면 (122) 을 향해 이동하게 하는, 제어 가능한 공압 소스, 예를 들어, 가압된 공기 소스에 부착된 밸브와 인터페이싱될 수도 있다. 다이어프램 (108) 이 충분히 팽창될 때, 다이어프램 (108) 의 제 1 측면 (110) 은 표면 (122) 과 콘택트할 수도 있고, 이에 따라 상승된 시트 구조체 (120) 를 시일링하고, 오리피스 (118) 로부터 그리고 상승된 시트 구조체 (120) 로부터의 가스의 추가 플로우를 방지한다. 미세유체 밸브 구조체가 액추에이팅되지 않은 상태에 있을 때, 제 1 측면 (110) 및 표면 (122) 은 거리
Figure pct00040
의 갭 (126) 만큼 분리될 수도 있다.
도 1에 도시된 미세유체 밸브 구조체는 플로우 방향에 관계 없이 (예를 들어, 지시된 방향으로 흐르는 가스들, 또는 반대 방향으로 흐르는 가스들과 함께) 사용될 수도 있다. 그러나, 오리피스 (118) 가 가스의 공급부와 다이어프램 (108) 사이에 유체적으로 개재되는 시나리오들에서, 다이어프램 (108) 에 대한 오리피스 (118) 의 업스트림 배치는 상당한 이점을 제공할 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "유체적으로 개재된"은 유체가 제 2 구조체들 중 하나로부터 다른 제 2 구조체들로 흐르도록 제 2 구조체 중 하나로부터 다른 제 2 구조체로 흐르는 유체가 다른 제 2 구조에 도달하기 전에 반드시 제 1 구조체와 콘택트하거나 이로 흐르도록, 유체 플로우 시스템의 제 1 구조체가 유체 플로우 시스템의 2 개의 제 2 구조체들에 대해 위치되는 상태를 지칭한다. 예를 들어, 주방 싱크대는 싱크대를 위한 주방 수도꼭지와 싱크대를 위한 배수구 사이에 유체적으로 개재되는 것으로 기술될 것이다. 유사하게, 주택의 주 수도 차단 (main water shut-off) 밸브는 거리의 수도 본관 (water main) 과 주택의 내부 배관 (interior plumbing) 사이에 유체적으로 개재되는 것으로 기술될 것이다.
가스가 도시된 방식으로 미세유체 밸브 구조체 (106) 를 통해 흐를 때, 상승된 플로우 저항의 2 개의 일반적인 영역들과 직면할 수도 있다. 제 1 영역은 일반적으로 음속 플로우 제한기로서 작용하도록 사이징될 수도 있고, 예를 들어, 오리피스 (118) 를 통해 흐르는 가스가 오리피스 (118) 내에서 음속의, 완전히 초크된 (choke) 플로우, 즉, M = 1로 전개되도록 구성될 수도 있는, 오리피스 (118) 이다. 리소그래피 기법들을 통해 달성될 수도 있는 바와 같이, 오리피스 (118) 의 치수들이 엄격하게 제어된다면, 매우 정밀한 오리피스 치수들을 달성하는 것이 가능할 수도 있다. 완전히 초크된 플로우와 커플링된 이러한 정밀한 치수 제어는, 미세유체 밸브 구조체를 통한 가스 플로우의 매우 정확한 시간-기반 계량 (metering) 을 허용할 수도 있다.
제 2 영역은 표면 (122) 과 제 1 측면 (110) 사이에 샌드위치되고 갭 (126) 에 의해 규정된 높이를 갖는 환형 영역 내에 있다. 이 영역은 갭 거리
Figure pct00041
뿐만 아니라, 상승된 시트 구조체 (120) 의 내측 치수 (
Figure pct00042
) 및 외측 치수 (
Figure pct00043
), 예를 들어, 내측 직경 및 외측 직경과 같은 인자들에 의해 대부분 통제되는 플로우 저항을 가질 수도 있다.
가스 플로우가 도 1에 도시된 것과 반대 방향이면, 즉, 다이어프램 (108) 은 가스 공급부와 오리피스 (118) 사이에 유체적으로 개재되고, 다이어프램 (108), 및 다이어프램 (108) 과 표면 (122) 사이의 환형 갭 그리고 상승된 시트 구조체 (120) 의 표면 (122) 은 오리피스의 업스트림일 것이다. 이러한 시나리오에서, 초크된 플로우가 다이어프램 (108) 과 상승된 시트 구조체 (120) 의 표면 사이의 영역에서 발생한다면, 초크 플로우는 일반적으로 오리피스 (118) 다운스트림에서 전개되지 않을 것이다. 이러한 시나리오에서, 오리피스 (118) 는 더 이상 가스 플로우를 제어하거나 계량하기 위한 효과적인 메커니즘이 아니고 불필요해진다. 초크된 플로우에서 환형 갭을 통한 질량 유량 (mass flow) 은 다이어프램 (108) 과 상승된 시트 구조체 (120) 의 표면 (122) 사이의 갭 거리
Figure pct00044
, 상승된 시트 구조체 (120) 의 내경
Figure pct00045
, 및 상승된 시트 구조체 (120) 의 방사상 두께 120 (
Figure pct00046
) 를 포함하는, 다양한 인자들에 의해 영향을 받을 수도 있다. 이들 인자들 중 2 개는 제작 허용 오차들을 통해 제어될 수도 있지만, 이 값은 예를 들어, 밸브 플레넘 (138) 내의 압력 조건들 및/또는 대기압 조건들에 따라 사용 동안 변동할 수도 있기 때문에, 갭 거리
Figure pct00047
를 제어하기 어렵다.
부가적으로, 거리
Figure pct00048
가 보다 작을수록, 상승된 시일 구조체 (120) 의 표면 (122) 과 콘택트하기 위해 다이어프램이 변위되어야 하는 갭이 보다 작아지기 때문에, 일반적으로 갭 거리
Figure pct00049
를 감소시키는 것이 바람직할 수도 있다. 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 재료들, 예를 들어, 석영 또는 유리의 제한된 가요성 (flexibility) 이 주어지면, 이러한 재료로 이루어진 다이어프램 (108) 이 주어진 사이즈의 다이어프램에 대해 제공할 수도 있는 운동 범위는 상당히 제한될 수도 있다.
따라서, 다이어프램 (108) 이 가스 공급부와 오리피스 (118) 사이에 유체적으로 개재되는 구성에 대해, 미세유체 밸브 구조체는 보다 큰 직경의 다이어프램을 필요로 할 수도 있지만 환형 갭 영역에서 잠재적인 초크된 플로우를 방지할 수도 있는 큰 갭 사이즈를 사용할 수도 있고, 또는 보다 작은 직경의 다이어프램을 허용하지만, 초크된 플로우가 오리피스 (118) 대신 환형 갭에서 발생할 기회를 증가시킬 수도 있는 작은 갭 사이즈를 사용할 수도 있다 (또한 갭을 "적당히 (just right)" 사이징하기 위한 시도가 이루어질 수도 있지만, 갭 사이즈가 분위기 조건들, 예를 들어 주변 (ambient) 압력 분위기로 인해 변동될 수도 있기 때문에, 이러한 노력들은 신뢰할 수 있는 성능을 생성하지 않을 수도 있다).
도 1에 의해 제안된 바와 같이 다이어프램 (108), 오리피스 (118), 및 가스 공급부를 구성하지만, 오리피스 (118) 가 가스 소스와 다이어프램 (108) 사이에 유체적으로 개재되면, 오리피스 (118) 를 통한 초크된 플로우가 반대 배치에서 활용될 수도 있는 것보다 훨씬 작은 갭 거리
Figure pct00050
로 주어진 플로우 레짐 (regime) 에 대해 생성될 수도 있다.
예를 들어, 아르곤의 10 SCCM (Standard Cubic Centimeters per Minute) 의 플로우에 대한 직경
Figure pct00051
=1 ㎜을 갖는 상승된 시트 구조체 (120) 및 직경
Figure pct00052
=0.3 ㎜ 을 갖는 예시적인 오리피스 (118) 상에서 수행된 유체 시뮬레이션들에서, 오리피스 (118) 를 통한 플로우에 대한 마하 수는 오리피스가 가스 소스와 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되었을 때 0.005 ㎜에서 1 ㎜까지의 갭 사이즈들의 범위에 대해 1로 상대적으로 일정하게 유지되지만, 다이어프램이 가스 소스와 오리피스 사이에 유체적으로 개재된 동일한 구성에서, 오리피스 (118) 를 통한 플로우에 대한 마하 수는 0.2 ㎜보다 큰 갭 사이즈들에 대해 유사하게 1로 일정하게 유지되지만, 0.005 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 갭 사이즈들에 대해 급격하게 0.01로 하강한다. 도 2는 이러한 거동의 플롯을 도시한다 (오리피스 업스트림 = 가스 소스와 다이어프램 사이에 유체적으로 개재된 오리피스; 오리피스 다운스트림 = 가스 소스와 오리피스 사이에 유체적으로 개재된 다이어프램). 이 시뮬레이션 데이터로부터, 가스 소스와 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되도록 오리피스를 위치시키는 것은 오리피스 (118) 내의 초크된 플로우의 손실 없이 0.005 ㎜ 이하만큼 낮은 갭 거리들
Figure pct00053
의 사용을 허용하지만, 가스 소스와 오리피스 사이에 다이어프램을 유체적으로 개재하는 것은 오리피스 내에서 초크된 플로우가 발생하는 것을 보장하기 위해 0.2 ㎜ 미만 또는 이상의 갭 거리
Figure pct00054
를 필요로 한다.
도 3 및 도 4는 시뮬레이션 데이터의 유사한 플롯들을 도시한다. 도 3은 예시적인 오리피스 (118) 가 직경
Figure pct00055
=0.5 ㎜을 갖고, 상승된 시트 구조체 (120) 가 직경
Figure pct00056
=1 ㎜을 갖고, 30 SCCM의 아르곤 플로우가 미세유체 밸브 구조체 (106) 를 통해 도입된 것을 제외하고, 도 2와 유사한 시뮬레이션의 플롯을 도시한다. 유사하게, 도 4는 예시적인 오리피스 (118) 및 상승된 시트 구조체 (120) 모두 직경들
Figure pct00057
및
Figure pct00058
=1 ㎜을 갖고, 120 SCCM의 아르곤 플로우가 미세유체 밸브 구조체 (106) 를 통해 도입된 것을 제외하고, 도 2와 유사한 시뮬레이션의 플롯을 도시한다. 이들 부가적인 경우들 모두에서, 유사한 거동이 관찰될 수도 있다, 즉, 오리피스가 가스 소스와 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되도록 오리피스를 포지셔닝하는 것은 훨씬보다 작은 갭 거리들
Figure pct00059
, 예를 들어, 0.01 ㎜ 또는 0.05 ㎜의 사용을 허용하지만, 여전히 오리피스 (118) 내에 초크된 플로우 조건들을 유지하는 반면, 다이어프램이 가스 소스와 오리피스 사이에 유체적으로 개재되도록 다이어프램을 포지셔닝하는 것은 갭 거리
Figure pct00060
를 예를 들어, 2.5 ㎜ 이상으로 유지될 것을 요구한다 (도 3의 시나리오에 대해, 도 4의 시나리오를 위해, 완전히 초크된 플로우는 시뮬레이팅된 시나리오에 대해 실제로 전개되지 않음).
본 명세서에 논의된 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 미세유체 밸브 구조체에서, 미세유체 밸브 구조체의 멤브레인/다이어프램은 밸브 구조체의 오리피스에 대고 시일링하고 유체 플로우를 방해하기 위해, 매우 작은 액추에이션 갭, 즉, 다이어프램이 통과하는 거리를 갖도록 구성될 수도 있다. 액추에이션 갭은 일반적으로 다이어프램의 사이즈에 의해 구동될 수도 있고, 보다 큰 다이어프램들은 보다 큰 변위들을 허용하고 따라서 보다 큰 액추에이션 갭들을 허용한다. 예를 들어, 5 ㎜의 유효 직경을 갖는 실리콘-기반 다이어프램을 갖는 미세유체 밸브 구조체는 밸브 구조체의 오리피스에 대고 시일링하기 전에 0.04 ㎜의 편향만을 허용하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 앞서 언급된 바와 같이, 미세유체 밸브 구조체를 통해 흐르는 가스들이 대기압 이하의 분위기로 흐를 수도 있는 반도체 프로세싱 장비와 함께 기능하도록 의도된 미세유체 밸브 구조체들에 대해, 다이어프램은 액추에이팅되지 않은 상태, 예를 들어, 다이어프램의 제 1 측면 상의 대기압 이하의 압력, 및 다이어프램의 제 2 측면 상의 대기압의 압력 (또는 다이어프램의 제 1 측면 상의 대기압 이하의 압력보다 높은 압력) 에 있을 때 이미 존재하는 압력 차에 노출될 수도 있다. 그 결과, 다이어프램은 액티브 액추에이팅되지 않을 때에도 부분적으로 팽창되거나 구부러진 상태에 있을 수도 있다―다이어프램의 제 2 측면 상의 압력을 상승시킴으로써, 액추에이션은 단순히 다이어프램으로 하여금 다이어프램의 제 1 측면이 상승된 시트 구조체와 콘택트할 때까지 더 편향되거나 팽창하게 할 수도 있다.
이 문제는 반도체 프로세싱 툴들의 맥락에서 미세유체 밸브들 특유의 것이고, 그리고 정상적인 미세유체 시스템들, 예를 들어, 유전적, 화학적, 또는 생물학적 유체 분석에 사용될 수도 있는 액체-핸들링 미세유체 시스템들에서 직면하지 않는 이러한 밸브들에 일부 실제적인 제한들을 부과한다. 예를 들어, 일정한 압력의 함수로서 다이어프램 편향은 다이어프램 직경의 증가와 함께 비선형적으로 상승한다. 따라서, 다이어프램 직경을 증가시키는 것은 다이어프램에 보다 큰 잠재적인 이동 허용치들을 제공할 수도 있지만, 대기압으로 인해 상승된 "고정 (static)" 편향을 대가로 치르고, 이는 이용 가능한 상승된 시트 구조체의 표면 (122) 과 다이어프램 (108) 사이의 갭의 사이즈를 감소시키도록 작용하고, 그리고 또한 다이어프램에서 상승된 응력들을 유발할 수도 있고, 이는 초기 고장을 초래할 수도 있다. 증가하는 다이어프램 직경에 대한 또 다른 손해는 한번에 보다 적은 미세유체 밸브 구조체들이 제작될 수도 있다는 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 리소그래피 기법들은 본 명세서에 기술된 미세유체 디바이스들의 층들을 제작하기 위해 사용될 수도 있다. 이러한 기법들에서, 다수의 미세유체 밸브 구조체들이 단일 웨이퍼, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 상에 제조될 수도 있다. 이러한 제조 기법들은 구현에 비용이 많이 들고, 다수의 미세유체 밸브 구조체들이 일 웨이퍼 상에서 동시에 제작될 때 보다 비용 효율적이게 된다. 따라서, 다이어프램 (108) 의 직경이 사이즈가 증가함에 따라 보다 적은 미세유체 밸브 구조체들이 주어진 사이즈 웨이퍼에 피팅될 수 있기 때문에, 많은 구현 예들에서 다이어프램의 직경을 감소시키거나 최소화하는 것이 유리할 수도 있다. 특히, 본 발명자들은 일부 구현 예들에서, 직경
Figure pct00061
을 대략 센티미터 이하, 예를 들어, 10 ㎜, 9 ㎜, 8 ㎜, 7 ㎜, 6, ㎜, 5 ㎜, 4 ㎜, 또는 3 ㎜, 2 ㎜, 1 ㎜, 또는 이들 사이의 값들로 제한한다는 것을 발견하였다.
다이어프램의 직경, 뿐만 아니라 다이어프램을 제공하기 위해 사용된 재료의 특성은 다이어프램의 제 2 측면이 주어진 압력 분위기를 겪을 때 다이어프램이 (실패 없이) 제공할 수도 있는 최대 이동량을 효과적으로 통제할 수도 있다. 이 최대 이동량은 결국, 필요하다면, 대기압 효과들로 인한 모든 사전-액추에이션 변위를 고려하여, 갭 거리
Figure pct00062
의 사이즈를 통제할 수도 있다. 예를 들어, 5 ㎜ 직경 85 ㎛ 두께의 다이어프램을 갖는 미세유체 밸브 구조체는 0.040 ㎜의 갭 거리를 가질 수도 있지만, 이 갭 거리는 보수적이고, 일부 경우들에서, 보다 큰 갭 거리들, 예를 들어, 일부 구현 예들에서 최대 0.125 ㎜가 사용될 수도 있다.
오리피스는 일반적으로 미세유체 밸브 구조체를 활용하여 주어진 반도체 프로세싱 툴에 대해 목표되는 가스의 플로우 특성들에 따라 선택될 수도 있다. 오리피스는 반도체 프로세싱 툴에 의해 제공된 반도체 프로세싱 동작을 위해 목표된 플로우 레이트들의 범위에 대해, 이를 통한 초크된 플로우를 생성하도록 선택되는 치수들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 0.2 ㎜, 0.3 ㎜, 0.4 ㎜, 0.5 ㎜, 0.6 ㎜, 0.7 ㎜, 0.8 ㎜, 0.9 ㎜, 또는 1 ㎜, 또는 이들 사이의 값들의 오리피스 직경들이 다양한 구현 예들에서 사용될 수도 있다.
증가된 시트 구조체의 치수들은 오리피스 사이즈, 갭 거리, 및 다이어프램 직경에 따라 선택될 수도 있다. 예를 들어, 증가된 시트 구조체의 내경
Figure pct00063
는
Figure pct00064
보다 작거나 같도록 선택될 수도 있고, 여기서 다이어프램의 공칭 직경
Figure pct00065
는 예를 들어,
Figure pct00066
이다. 내경
Figure pct00067
, 갭 거리
Figure pct00068
, 및 오리피스 직경
Figure pct00069
는
Figure pct00070
가
Figure pct00071
보다 작거나 같도록 선택될 수도 있고,
Figure pct00072
는 예를 들어, 원형 오리피스
Figure pct00073
에 대한 오리피스의 단면적이다. 다양한 구현 예들에서,
Figure pct00074
및
Figure pct00075
이고,
Figure pct00076
이고,
Figure pct00077
이고,
Figure pct00078
이고,
Figure pct00079
이고, 또는
Figure pct00080
이다.
본 명세서에 개시된 미세유체 밸브 구조체들의 다양한 층들은 다양한 상이한 방식들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현 예들은 층 스택 내에 블라인드 홀들 또는 내부 챔버들을 만들기 위해, 이어서 대응하는 쓰루-피처들 (through-features) 을 갖지 않는 층들에 본딩되는 쓰루-피처들을 갖는 층들을 특징으로 할 수도 있다. 다른 구현 예들에서, 블라인드 홀들은 임의의 본딩을 필요로 하지 않고, 예를 들어, 피처를 그 층의 두께보다 작은 깊이로 에칭 또는 머시닝하는 것을 통해 층 내에 직접 형성될 수도 있다. 다양한 층들의 두께들은 특정한 적용 예의 필요들에 따라 목표된 대로 선택될 수도 있다. 예를 들어, 일부 미세유체 밸브 구조체에서, 다이어프램은 15 ㎛ 내지 120 ㎛ 두께, 예를 들어, 대략 0.085 ㎜ 두께일 수도 있다; 물론, 다이어프램의 두께는 액추에이션 동안 다이어프램에 의해 실현될 수도 있는 이동을 적어도 부분적으로 통제한다.
일부 구현 예들에서, 베이스는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛ 두께, 예를 들어, 0.725 ㎜ 두께일 수도 있다; 베이스의 두께는 상승된 시트 구조체를 구조적으로 지지할 수 있고 밸브 구조체 내에서 작동 압력들을 견딜 수 있도록 선택될 수도 있다. 그러나, 베이스의 두께는 또한 오리피스의 길이를 결정할 수도 있다; 너무 긴 오리피스는 플로우 저항의 바람직하지 않은 상승을 경험할 수도 있다.
도 5는 상기 논의된 바와 같은 미세유체 밸브 구조체의 다양한 엘리먼트들의 간략화된 사시도를 제공한다. 도 5에서, 다이어프램 (508) 의 제 1 측면 (510) 과 대면하고 거리
Figure pct00081
의 갭만큼 제 1 측면 (510) 으로부터 분리되는 표면 (522) 을 갖는, 상승된 시트 구조체 (520) 와 함께 직경
Figure pct00082
의 다이어프램 (508) 이 도시된다. 다이어프램 (508) 의 제 2 측면 (512) (도 5의 상단 측면) 이 상승된 시트 구조체 (520) 의 표면 (522) 과 콘택트하도록 다이어프램 (508) 을 구동하도록 가압될 수도 있다. 상승된 시트 구조체 (520) 는 갭 거리
Figure pct00083
와 함께 각각, 그리고 예를 들어, 각각의 직경과 연관된 원주에 갭 거리
Figure pct00084
를 곱함으로써, 영역
Figure pct00085
및 영역
Figure pct00086
의 원통형 기준 표면들을 규정할 수도 있는 내경
Figure pct00087
및 외경
Figure pct00088
를 가질 수도 있다. 오리피스 (518) 는 미세유체 밸브 구조체의 베이스 (미도시) 에 위치될 수도 있다; 오리피스는 단면 표면적
Figure pct00089
를 가질 수도 있다. 일반적으로 말하면,
Figure pct00090
는
Figure pct00091
보다 2 배 크도록 선택될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 다이어프램 (108) 은 특정한 방식으로, 예를 들어, 제 1 측면 (110) 및 제 2 측면 (112) 을 규정하도록 사용된 상이한 직경들로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 다이어프램 (108) 의 제 1 측면 (110) 및 밸브 플레넘 (138) 은 공칭 다이어프램 직경
Figure pct00092
에 의해 규정될 수도 있고, 다이어프램 (108) 의 제 2 측면 (112), 및 액추에이터 플레넘 (132) 은, 공칭 액추에이터 플레넘 직경
Figure pct00093
로 규정될 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 액추에이터 플레넘 (132) 은 액추에이터 플레넘 층 (134) (층 (140a)) 을 관통하는 직경
Figure pct00094
의 홀을 가질 수도 있는, 액추에이터 플레넘 층 (134) 내에 제공될 수도 있다. 유사하게, 밸브 플레넘 (138) 은 직경
Figure pct00095
의 홀을 가질 수도 있는 밸브 플레넘 층 (140) (층 (140c)) 내에 제공될 수도 있다.
Figure pct00096
및
Figure pct00097
가 동일한 구조를 회피함으로써, 층들 (140a, 140c) 이 다이어프램 (108) 을 제공하는 층 (140b) 과 만나는 코너들에서의 응력들이 상당히 감소될 수도 있어서, 보다 견고한 밸브 동작 및 밸브 고장의 보다 낮은 가능성을 제공한다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 미세 유체 밸브 구조체들은 반도체 프로세싱 장비에서 다양한 방식들로 사용될 수도 있다. 도 6 및 도 7은 이러한 미세유체 밸브 구조체들이 사용될 수도 있는 예시적인 구현 예를 도시한다. 도 6은 제어 가능한 방식으로 복수의 가스들을 함께 결합하기 위한 플로우 스플리터 (flow splitter) 의 도면을 도시한다. 도 6에서, 복수의 가스 소스들 (630a 내지 630f) 이 제공된다. 가스 소스 (630) 각각은 예를 들어, 가압된 가스 소스 또는 용기로부터 가스를 수용할 수도 있다. 가스 소스들 (630) 은 결국, 유입구 갤러리 (642) 와 각각 유체로 연결될 수도 있고, 예를 들어, 가스 소스 (630a) 는 유입구 갤러리 (642a) 와 유체로 연결될 수도 있고, 가스 소스 (630b) 는 유입구 갤러리 (642b) 와 유체로 연결될 수도 있는, 등 한다. 각각의 유입구 갤러리 (642) 는 결국, 대응하는 복수의 비엘라스토머, 비폴리머, 비금속 미세유체 밸브 구조체들 (606) 에 의해 대응하는 분기 통로 (646) 와 유체적으로 연결될 수도 있다 (도 6에서는 단지 3 개만이 참조되지만, 유입구 갤러리 (642) 각각에 대해 7 개의 이러한 미세유체 밸브 구조체들 (606) 이 있다는 것이 쉽게 알 수 있다). 이 예에서, 유입구 갤러리 각각은 7 개의 미세유체 밸브 구조체들과 유체적으로 연결되지만, 보다 많거나 적은 이러한 미세유체 밸브 구조체들이 제공될 수도 있고, 그리고 2 개 이상의 가스 공급부들 (630) 이 (각각에 대해 동일한 수의 미세유체 밸브 구조체들보다는) 상이한 수의 미세유체 밸브 구조체들 (606) 에 의해 이들의 각각의 분기 통로들 (branch passages) (646) 과 연결될 (join) 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 분기 통로들 (646) 은 결국 혼합된 가스 유출구 (648) 로 이어질 수도 있는 공통 유출구 통로 (644) 에서 모두 연결될 수도 있다.
도 6에 도시된 것과 같은 플로우 스플리터에서, 미세유체 밸브 구조체들 (606) 은 예를 들어, 공압 밸브들 및 가압된 공기를 사용하여 다이어프램들을 가압함으로써 폐쇄된 상태로 유지될 수도 있고, 이에 따라 가스 소스들 (630) 에 의해 제공된 프로세스 가스들이 분기 통로들 (646) 내로 흐르는 것을 방지한다. 프로세스 가스들의 특정한 조합이 특정한 혼합비 및/또는 플로우 레이트로 목표된다면, 이들 가스 공급부들 (130) 각각에 대한 적절한 수의 미세유체 밸브 구조체들 (606) 이 개방 상태로 액추에이팅될 수도 있고, 이에 따라 이들 프로세스 가스들로 하여금 각각의 분기 통로들 (646) 내로 그리고 공통 유출구 통로 (644) 내로 흐르게 한다. 예를 들어, 가스 공급부들 (630a, 630c, 및 630d) 각각으로부터의 가스들의 1:3:7 비가 목표된다면, 유입구 갤러리 (642a) 및 분기 통로 (646a) 를 유체로 연결하는 하나의 미세유체 밸브 구조체 (606) 가 개방될 수도 있고, 유입구 갤러리 (642c) 와 분기 통로 (646c) 를 유체로 연결하는 미세유체 밸브 구조체들 (606) 이 개방될 수도 있고, 그리고 유입구 갤러리 (642d) 와 분기 통로 (646d) 를 유체로 연결하는 7 개의 미세유체 밸브 구조체들 (606) 이 개방될 수도 있다. 미세유체 밸브 구조체 (606) 각각의 오리피스들이 동일한 사이즈라고 가정하면, 개방 미세유체 밸브 구조체 각각의 오리피스 각각을 통해 제공될 수도 있는 완전히 초크된 플로우는 목표된 가스 비를 제공할 수도 있다.
도 7은 2-소스 플로우 스플리터의 예를 도시한다. 도 7에서, 2 개의 가스 소스들 (730a 및 730b) 은 각각의 가압된 가스 공급부들에 연결되고, 대응하는 프로세스 가스들을 유입구 갤러리들 (742a 및 742b) 각각으로 공급한다. 유입구 갤러리 (742) 각각은 결국, 복수의 대응하는 미세유체 밸브 구조체들 (706a 및 706b) 에 의해 공통 유출구 통로 (744) 와 유체로 연결된다. 공통 유출구 통로 (744) 는 혼합 가스 유출구 (748) 로 이어진다. 이 특정한 예에서, 미세유체 밸브 구조체들 (706a) 의 경우 A 및 경우 B는 개방 상태 (일부 구현 예들에서 디폴트, 액추에이팅되지 않은 상태일 수도 있음) 에 있는 반면, 미세유체 밸브 구조체들 (706a) 의 경우 C, 경우 D, 경우 E, 경우 F, 및 경우 G는 폐쇄된 상태에 있다. 유사하게, 미세유체 밸브 구조체들 (706b) 의 예 A, 예 B, 예 C, 및 예 D는 개방 상태에 있는 반면, 미세유체 밸브 구조체들 (706a) 의 예 E, 예 F, 및 예 G는 폐쇄된 상태에 있다. 따라서, 가스 소스 (730a) 로부터 가스 소스 (730b) 로의 가스의 혼합 비는 1:2일 수도 있다.
미세유체 밸브 구조체들의 많은 다른 구현 예들이 본 출원에 개시된 미세유체 밸브 구조체들을 사용하여 실시될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 이러한 일 구현 예는 반도체 프로세싱 샤워헤드, 예를 들어, 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼 위에 프로세싱 가스들을 분배하는 가스 분배기이다. 샤워헤드들은 통상적으로 샤워헤드의 아랫면―일반적으로 적어도 프로세싱될 웨이퍼만큼 큰 직경을 갖는 영역―에 걸쳐 확산된 다수, 예를 들어, 수백 또는 수천 개의 가스 분배 포트들을 갖는다. 샤워헤드를 통한 프로세스 가스 플로우들은 통상적으로 샤워헤드 외부에 위치되는 밸브들에 의해 조절된다. 외부에 위치된 밸브들에 대해, 밸브가 개방될 때와 밸브를 통해 흐르는 가스가 샤워헤드에 의해 방출될 때 사이에 상당한 지연, 예를 들어, 몇 초가 있을 수도 있다 (이 지연은 가스가 밸브로부터, 샤워헤드를 통해, 그리고 샤워헤드의 아랫면 (또는 대면 플레이트) 상의 가스 분배 포트들을 통해 흐를 필요성에 기인한다). 또한 가스 플로우 각각 후에 샤워헤드 내에 트랩핑된 상당한 양의 낭비된 가스가 있을 수도 있다.
2016년 11월 11일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 15/346,920 호에 논의된 바와 같이, 샤워헤드 내에, 예를 들어, 가스 분배 포트 각각에서 본 명세서에 개시된 바와 같은 미세유체 밸브 구조체들을 구현함으로써 보다 효과적인 샤워헤드가 제공될 수도 있다. 이러한 방식으로, 미세유체 밸브 구조체 각각으로부터 가스 분배 포트로의 플로우 경로는 일반적으로 가능한 한 짧을 수도 있고, 이에 따라 방출된 가스들에 대한 이동 시간을 감소시킨다. 일부 구현 예들에서, 미세유체 밸브 구조체 각각, 또는 이러한 밸브 구조체들의 그룹들은 개별적으로 액추에이팅 가능할 수도 있고, 이에 따라 밸브들의 그룹들이 액추에이팅되거나 액추에이팅되지 않게 하고, 상이한 플로우 패턴들의 가스가 샤워헤드에 의해 제공되게 한다. 본 명세서에 논의된 미세유체 밸브 구조체들은 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 인용되는, 미국 특허 출원 번호 제 15/346,920 호에 논의된 액티브 샤워헤드들을 위한 밸브들을 제공하도록 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 본 명세서에 논의된 미세유체 밸브 구조체들은 임의의 적합한 메커니즘에 의해, 예를 들어, 이러한 밸브 구조체들의 다이어프램들을 가압하도록 사용될 수도 있는 공압 밸브들의 액추에이션을 통해 액추에이팅될 수도 있다. 이러한 공압 밸브들은 반도체 프로세싱 툴의 제어기에 의해 제어될 수도 있다. 제어기는 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 수도 있는 시스템의 일부일 수도 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 로드 록들 내외로의 웨이퍼 이송들과 같은, 반도체 프로세싱에 영향을 주는 다양한 파라미터들뿐만 아니라, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고 (enable), 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 (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 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (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 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템에 포함되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 가 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, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 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 제어기의 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.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (Atomic Layer Deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (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.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 반도체 웨이퍼들 또는 기판들 또는 다른 유사한 타입들의 웨이퍼들 또는 기판들을 지칭할 수도 있다. 용어가 본 명세서에 사용될 때, 웨이퍼 스테이션은 웨이퍼가 임의의 다양한 웨이퍼 프로세싱 동작들 또는 웨이퍼 이송 동작들 동안 배치될 수도 있는 반도체 프로세싱 툴의 임의의 위치를 지칭할 수도 있다. 웨이퍼 지지부는 반도체 웨이퍼, 예를 들어, 페데스탈, 정전 척, 웨이퍼 지지 선반, 등을 수용하고 지지하도록 구성되는 웨이퍼 스테이션의 임의의 구조체를 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 순서 지표들, 예를 들어, (a), (b), (c), …, 의 사용은 단지 조직적인 목적들을 위한 것이고, 임의의 특정한 시퀀스 또는 중요성을 순서 지표 각각과 연관된 아이템들에 전달하도록 의도되지 않는다는 것이 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, "(a) 속도에 관한 정보 획득 및 (b) 위치에 관한 정보 획득"은 속도에 관한 정보를 획득하기 전에 위치에 관한 정보를 획득하는 것, 위치에 관한 정보를 획득하기 전에 속도에 관한 정보를 획득하는 것, 및 위치에 관한 정보를 속도에 관한 정보를 획득하는 것과 동시에 획득하는 것을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 순서 지표들과 연관된 일부 아이템들이 본질적으로 특정한 시퀀스를 필요로 할, 예를 들어, "(a) 속도에 관한 정보를 획득하고, (b) 속도에 관한 정보에 기초하여 제 1 가속도를 결정하고, 그리고 (c) 위치에 관한 정보를 획득할" 수도 있다; 이 예에서, (a) 는 (b) 가 (a) 에서 획득된 정보에 의존하기 때문에 (b) 전에 수행되어야 한다―하지만, (c) 는 (a) 또는 (b) 중 어느 하나 전 또는 후에 수행될 수 있다.
본 명세서에 사용된다면, 예컨대 "하나 이상의 <아이템들>의 <아이템> 각각에 대한" 또는 "<아이템> 각각의"라는 문구에서 단어 "각각"의 사용은 단일 아이템 그룹 및 복수의 아이템 그룹들 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다, 즉, 아이템들의 집단이 참조되는 모든 아이템의 각각을 참조하기 위해 프로그래밍 언어들에서 사용된다는 의미에서 문구 "~각각에 대해"가 사용된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 참조된 아이템들의 집단이 단일 아이템이면, "각각 (each)"은 ("각각"의 사전 정의들이 "둘 이상의 것들 매 하나"를 지칭한다는 사실에도 불구하고) 그 단일 아이템만을 지칭하고, 이 아이템들 중 적어도 2 개가 있어야 한다는 것을 암시하지 않는다. 유사하게, 선택된 아이템이 하나 이상의 서브아이템들을 가질 수도 있고 이들 서브아이템들 중 하나의 선택이 이루어질 때, 선택된 아이템이 단 하나의 서브아이템만을 갖는 경우에, 하나의 서브아이템의 선택은 아이템 자체의 선택에 내재한다.
다양한 기능들을 수행하도록 전체적으로 구성된 복수의 제어기들에 대한 참조들은 또한, 제어기들 중 일 제어기만이 개시되거나 논의된 모든 기능들을 수행하도록 구성되는 상황들, 뿐만 아니라 다양한 제어기들 각각이 논의된 기능성의 하위부분들을 수행하는 상황들을 포괄하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 자동 캘리브레이션 (autocalibration) 웨이퍼는 자동 캘리브레이션 웨이퍼 상의 다양한 센서들의 동작을 제어하고 이들로부터 반도체 프로세싱 툴과 연관된 또 다른 제어기로 데이터를 전달하도록 구성되는 제어기를 포함할 수도 있다; 그 후 반도체 프로세싱 툴 제어기는 반도체 프로세싱 툴과 함께 사용하기 위한 다양한 동작 파라미터들을 결정하도록 이러한 데이터를 분석할 수도 있다.
본 개시에 기술된 구현 예들에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 이의 없이 자명할 수도 있고, 본 명세서에 규정된 일반적인 원리들은 본 개시의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 구현 예들에 적용될 수도 있다. 따라서, 청구항들은 본 명세서에 도시된 구현 예들로 제한되도록 의도되지 않고, 본 개시, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다.
별도의 구현 예들의 맥락에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 또한 단일 구현 예에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 기술된 다양한 특징들은 또한 복수의 구현 예들에서 개별적으로 또는 임의의 적합한 서브조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 피처들이 특정한 조합들로 작용하는 것으로 상기 기술될 수도 있고 심지어 처음에 그렇게 주장될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 피처들은 일부 경우들에서 조합으로부터 절제될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형으로 지향될 수도 있다.
유사하게, 동작들이 특정한 순서로 도면들에 도시되지만, 이는 바람직한 결과들을 달성하기 위해 이들 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 모든 예시된 동작들이 수행될 것을 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 또한, 도면들은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 프로세스들을 개략적으로 도시할 수도 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이 개략적으로 예시된 예시적인 프로세스들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 부가적인 동작들이 예시된 동작들 전, 후, 동시에, 또는 임의의 예시된 동작들 사이에 수행될 수 있다. 특정한 상황들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수도 있다. 더욱이, 상기 기술된 구현 예들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 구현 예들에서 이러한 분리를 필요로 하는 것으로 이해되지 않아야 하고, 그리고 기술된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 또는 복수의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 구현 예들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에 인용된 동작들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 여전히 바람직한 결과들을 달성한다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 미세유체 (microfluidic) 밸브 구조체들을 갖는 기판을 포함하고, 상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 미세유체 밸브 구조체 각각은,
    공칭 직경
    Figure pct00098
    , 제 1 측면, 및 상기 제 1 측면에 반대되는 제 2 측면을 갖는 다이어프램 (diaphragm);
    베이스;
    상기 베이스 내의 오리피스 (orifice) 로서, 상기 오리피스는 상기 베이스에 평행한 평면에서 단면적
    Figure pct00099
    를 갖는, 상기 오리피스; 및
    공칭 외경
    Figure pct00100
    및 공칭 내경
    Figure pct00101
    를 갖는 상승된 시트 구조체를 포함하고, 미세유체 밸브 구조체 각각에 대해,
    상기 다이어프램은 비엘라스토머 (non-elastomeric) 재료로 이루어지고,
    상기 상승된 시트 구조체는 상기 베이스로부터 상기 다이어프램의 상기 제 1 측면을 향해 연장하고,
    상기 다이어프램과 대면하는 상기 상승된 시트 구조체의 표면은 상기 미세유체 밸브 구조체가 액추에이팅되지 않은 (unactuate) 상태에 있을 때 거리 d의 갭만큼 상기 다이어프램의 상기 제 1 측면으로부터 분리되고,
    Figure pct00102
    는
    Figure pct00103
    보다 작거나 같고,
    Figure pct00104
    는
    Figure pct00105
    보다 작거나 같고, 그리고
    상기 다이어프램, 상기 상승된 시트 구조체, 및 상기 미세유체 밸브 구조체의 상기 갭은, 상기 미세유체 밸브 구조체가 상기 다이어프램의 상기 제 2 측면을 제 1 압력으로 가압함으로써 액추에이팅된 상태로 전이될 때, 상기 다이어프램의 일부가 상기 상승된 시트 구조체를 향해 탄성적으로 변형되고 이에 대고 시일링되도록 (seal) 사이징되는 (size), 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
    Figure pct00106
    는
    Figure pct00107
    보다 작거나 같고
    Figure pct00108
    는
    Figure pct00109
    보다 크거나 같은, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
    Figure pct00110
    는
    Figure pct00111
    보다 작거나 같고
    Figure pct00112
    는
    Figure pct00113
    보다 크거나 같은, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
    Figure pct00114
    는
    Figure pct00115
    보다 작거나 같고
    Figure pct00116
    는
    Figure pct00117
    보다 크거나 같은, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
    Figure pct00118
    는
    Figure pct00119
    보다 작거나 같고
    Figure pct00120
    는
    Figure pct00121
    보다 크거나 같은, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
    Figure pct00122
    는
    Figure pct00123
    보다 작거나 같고
    Figure pct00124
    는
    Figure pct00125
    보다 크거나 같은, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세유체 밸브 구조체들 중 하나 이상에 대해,
    Figure pct00126
    는
    Figure pct00127
    보다 작거나 같고
    Figure pct00128
    는
    Figure pct00129
    보다 크거나 같은, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대해,
    상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 다이어프램의 상기 제 1 측면과 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 상승된 시트 구조체의 상기 표면 사이의 제 1 축을 따른 최대 거리는 40 ㎛ 이하이고, 그리고
    상기 제 1 축은 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 상승된 시트 구조체의 상기 표면에 수직인, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 다이어프램의 상기 제 1 측면은 대기압 이하의 압력을 겪고 그리고 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체의 상기 다이어프램의 상기 제 2 측면은 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체가 상기 액추에이팅되지 않은 상태에 있을 때 대기압을 겪는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 미세유체 밸브 구조체에 대한 상기 제 1 압력은 대기압 이상인, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들 중 적어도 하나를 위한 상기 다이어프램은 실리콘 또는 실리콘 다이옥사이드로 이루어지는, 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들 중 적어도 하나는 실리콘 또는 실리콘 다이옥사이드의 복수의 층들로 이루어지는, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 상승된 시트 구조체가 가스 공급부와 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되도록, 적어도 상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체가 상기 가스 공급부와 유체적으로 연결 가능하게 (fluidically connectable) 구성되는 상기 장치 내의 플로우 경로의 일부이도록 상기 가스 공급부에 연결되게 구성되는, 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 공급부를 더 포함하고, 상기 장치는 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 상승된 시트 구조체가 상기 가스 공급부와 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체를 위한 상기 다이어프램 사이에 유체적으로 개재되도록 상기 가스 공급부에 연결되는, 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    다이어프램 층;
    액추에이터 플레넘 층; 및
    밸브 플레넘 층을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 미세유체 밸브 구조체들의 제 1 미세유체 밸브 구조체의 상기 다이어프램은 상기 다이어프램 층에 의해 제공되고,
    상기 다이어프램 층의 제 1 측면은 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체의 상기 다이어프램의 상기 제 1 측면을 제공하고,
    상기 다이어프램 층의 제 2 측면은 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체의 상기 다이어프램의 상기 제 2 측면을 제공하고,
    상기 다이어프램 층의 상기 제 1 측면은 상기 밸브 플레넘 층에 본딩되고,
    상기 다이어프램 층의 상기 제 2 측면은 상기 액추에이터 플레넘 층에 본딩되고,
    상기 액추에이터 플레넘 층은 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체의 상기 다이어프램 상에 센터링되는 (center) 직경
    Figure pct00130
    로 관통하는 홀을 갖고,
    상기 밸브 플레넘 층은 또한 상기 제 1 미세유체 밸브 구조체의 상기 다이어프램 상에 센터링되는 직경
    Figure pct00131
    로 관통하는 홀을 갖고, 그리고
    Figure pct00132
    은
    Figure pct00133
    보다 작은, 장치.
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