KR20230065384A - 리모트 플라즈마 세정 (remote-plasma clean (rpc)) 지향성 플로우 디바이스 - Google Patents

리모트 플라즈마 세정 (remote-plasma clean (rpc)) 지향성 플로우 디바이스 Download PDF

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Abstract

다양한 실시 예들은 반도체 및 관련 분야에서 사용된 프로세싱 툴에서 복수의 프로세싱 스테이션들을 동시에 세정하기 위해 지향성 플로우 디바이스와 함께 리모트-플라즈마 세정 시스템을 사용하기 위한 장치들, 시스템들, 및 방법들을 포함한다. 일 예에서, 멀티-스테이션 프로세스 챔버에서 RPC (remote-plasma clean) 를 수행하도록 사용된 장치가 개시되고 RPC 반응기와 프로세스 챔버 사이에 커플링될 RPC 지향성 플로우 디바이스를 포함한다. RPC 지향성 플로우 디바이스는 RPC 반응기에 의해 생성된 적어도 라디칼 종을 프로세싱 스테이션들의 개별 스테이션으로 지향시키기 위해 다수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 인입 세정 가스 전환 허브는 라디칼 종을 수용하고 적어도 라디칼 종을 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 실질적으로 균일하게 분배하기 위한 것이다. 다른 장치들, 시스템들, 및 방법들이 개시된다.

Description

리모트 플라즈마 세정 (REMOTE-PLASMA CLEAN (RPC)) 지향성 플로우 디바이스{REMOTE-PLASMA CLEAN (RPC) DIRECTIONAL-FLOW DEVICE}
개시된 주제는 일반적으로 반도체 및 관련 분야에서 사용된 챔버들을 세정하는 분야와 관련된다. 보다 구체적으로, 개시된 주제는 지향성 플로우 디바이스를 갖는 리모트-플라즈마 세정 시스템을 사용하는 것과 관련된다.
당업계에 공지된 바와 같이, PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) 및 ALD (atomic-layer deposition) 를 포함하는 다양한 방법들에 의해 집적 회로들 및 관련 디바이스들을 형성할 때 막들을 증착하기 위해 다양한 증착 프로세스들이 사용된다. 그러나, 증착 프로세스의 결과는 다양한 재료들 (예를 들어, 막 증착들) 이 프로세스를 겪는 기판 상으로, 뿐만 아니라 증착들이 발생하는 프로세스 챔버들의 내부 표면들 상에 증착된다는 것이다. 결과적으로, 증착된 재료들로부터 막들이 프로세스 챔버들의 내부 표면들 상에 형성된다. 막들은 시간이 흐름에 따라 계속해서 축적된다. 부가적으로, 막들은 오염을 유발하는 프로세스 챔버를 통해 용해, 탈착, 또는 달리 분산될 수 있다. 따라서, 축적된 막들은 이러한 오염을 방지하기 위해 당업계에 공지된 다양한 프로세스들에 의해 프로세스 챔버들로부터 주기적으로 제거된다.
예를 들어, 도 1a는 단일 프로세스 챔버 (101) 의 내부 부분들을 세정하는데 사용된 종래 기술의 플라즈마 직접 세정 시스템 (100) 을 도시한다. 도 1a는 가스 분배 샤워헤드 (103) 에 연결된 가스 유입구 포트 (117) 를 도시한다. 막 증착 프로세스를 겪는 기판 (예를 들어, 실리콘과 같은 원소 반도체를 포함하는 웨이퍼, 화합물 반도체를 포함하는 웨이퍼, 또는 당업계에 공지된 다른 기판 타입들) 을 홀딩하도록 설계된 기판 페데스탈 (105) 이 가스-분배 샤워헤드 (103) 아래에 있다. 기판 페데스탈 (105) 은 펌프 (미도시) 로 프로세스 가스들을 배기하도록 개방될 수 있는, 게이트 밸브 (107) 에 공압적으로 그리고 기계적으로 커플링된다. 단일 프로세스 챔버 (101) 의 다양한 내부 표면들은 막들 (111A) 로 코팅된다.
직접 세정 프로세스 동안, 종종 플라즈마 에칭 재료들로서 산소 (O2) 와 혼합되는 세정 가스들 (예를 들어, 헥사플루오로에탄 (C2F6, 또한 탄소 헥사플루오라이드로 공지됨) 또는 옥타플루오로프로판 (C3F8, 또한 퍼플루오로프로판으로 공지됨) 과 같은 불소-함유 화합물들) 은 가스 유입구 포트 (117) 내로 주입된다. RF (radio-frequency) 생성기 (109) 는 단일 프로세스 챔버 (101) 내에서 플라즈마 (113) 를 생성하도록 사용된다. 불소 원자들은 플라즈마 (113) 내에서 불소-함유 화합물들로부터 용이하게 해리된다. 당업계에 공지된 바와 같이, 불소 원자들은 매우 전기 음성이고 많은 타입들의 재료들과 매우 반응성이 있고, 통상적으로 배기부 (119) 를 통해 펌프에 의해 제거될 수 있는 프로세싱 챔버 (101) 로부터 펌핑되는 휘발성 부산물을 형성한다.
도 1b는 도 1a에 따른 플라즈마 직접 세정 시스템 (100) 을 사용하여 단일 프로세스 챔버 (101) 의 내부 부분들 상의 고압 세정의 결과들 (130) 을 도시한다. 많은 막들이 보다 박형이거나 비연속적인 막들 (111B) 로 감소되었지만, 대부분의 막들 (111A) 은 여전히 남아 있다. 결과적으로, 결과들 (130) 은 프로세스 챔버 (101) 가 불완전하게 세정된다는 것을 나타낸다.
도 1c는 도 1a에 따른 플라즈마 직접 세정 시스템 (100) 을 사용하여 단일 프로세스 챔버 (101) 의 내부 부분들 상의 저압 세정의 결과들 (150) 을 도시한다. 고압 세정으로부터 남아 있는 대부분의 막들 (111A) 이 제거되었지만, 보다 박형이거나 비연속적인 막들 (111B) 이 여전히 남아 있다. 따라서, 프로세스 챔버 (101) 는 여전히 불완전하게 세정된다.
더욱이, 플라즈마 직접 세정 시스템 (100) 은 플라즈마-생성된 이온들이 프로세싱 챔버 (101) 의 내부 표면들에 연속적으로 충돌하고 이온들과 연관된 하드웨어에 손상을 유발할 수 있다는 부가적인 단점들을 갖는다. 부가적으로, 도시된 바와 같이, 플라즈마 직접 세정 시스템 (100) 은 단일 프로세스 챔버 (101) 내 주변 영역들, 또는 리프트 핀들 (미도시) 과 같은 로봇 부품 주변, 또는 가스 분배 샤워헤드 (103) 내부와 같이 액세스하기 어려운 영역들을 완전히 세정하지 않을 수도 있다. 또한, 플라즈마 직접 세정 시스템 (100) 은 반도체-제조 환경들에서 점점 보편화되는 멀티-챔버 또는 멀티-스테이션 프로세싱 툴들 내에서 성공적이고 효율적으로 구현하기 보다 어려울 수 있다.
이 섹션에 기술된 정보는 이하의 개시된 주제에 대한 맥락을 당업자에게 제안하도록 제공되고, 인정된 종래 기술로 간주되지 않아야 한다.
우선권 주장
본 특허 출원은 2020 년 5 월 20 일 출원된, 명칭이 "REMOTE-PLASMA CLEAN (RPC) DIRECTIONAL-FLOW DEVICE"인 미국 특허 가출원 번호 제 63/027,939 호의 우선권을 주장하고; 이의 개시는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
다양한 실시 예들에서, 개시된 주제는 라디칼 종을 지향시키는 장치를 기술한다. 장치는 RPC (remote-plasma clean) 반응기와 멀티-스테이션 프로세스 챔버 사이에 커플링되도록 구성되는 RPC 지향성 플로우 디바이스를 포함한다. RPC 지향성 플로우 디바이스는 복수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 중 각각은 적어도 RPC 반응기에 의해 생성된 라디칼 종을 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성된다. 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 적어도 복수의 프로세싱 스테이션들의 수와 동일하다. 인입 세정 가스 전환 허브는 RPC 반응기로부터 적어도 라디칼 종을 수용하고 적어도 라디칼 종을 복수의, 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 실질적으로 균일하게 분배하도록 구성된다.
다양한 실시 예들에서, 개시된 주제는 인입 가스 플로우를 분배하기 위한 지향성 플로우 디바이스를 기술한다. 지향성 플로우 디바이스는 복수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 중 각각은 인입 가스 플로우를 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성된다. 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 적어도 복수의 프로세싱 스테이션들의 수와 동일하다. 인입 가스 전환 허브는 인입 가스 플로우를 실질적으로 균일하게 수용하고 분할하고 인입 가스 플로우를 적어도 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각으로 분배하도록 구성된다.
다양한 실시 예들에서, 개시된 주제는 RPC (remote-plasma clean) 지향성 플로우 디바이스를 포함한다. RPC 지향성 플로우 디바이스는 복수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 중 각각은 적어도 RPC 반응기에 의해 생성된 라디칼 종을 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성된다. 멀티-리브된 벽은 램핑된 가스 전환 영역들 각각을 분리한다. 멀티-리브된 벽은 램핑된 가스 전환 영역들을 분리하는 멀티-리브된 벽 각각 사이에 위치된 채널을 갖는다. 인입 세정 가스 전환 허브는 RPC 반응기로부터 적어도 라디칼 종을 수용하고 적어도 라디칼 종을 복수의, 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 실질적으로 균일하게 분배하도록 구성된다.
도 1a는 단일 프로세스 챔버의 내부 부분들을 세정하는데 사용된 종래 기술의 플라즈마 직접 세정 시스템을 도시한다.
도 1b는 도 1a에 따른 플라즈마 직접 세정 시스템을 사용하여 단일 프로세스 챔버의 내부 부분들에 대한 고압 세정의 결과들을 도시한다.
도 1c는 도 1a에 따른 플라즈마 직접 세정 시스템을 사용하여 단일 프로세스 챔버의 내부 부분들에 대한 저압 세정의 결과들을 도시한다.
도 2a는 단일 프로세스 챔버의 내부 부분들을 세정하는데 사용된 종래 기술의 리모트 플라즈마 세정 (remote-plasma clean; RPC) 시스템을 도시한다.
도 2b는 도 2a에 따른 RPC 시스템을 사용하여 단일 프로세스 챔버의 내부 부분들에 대한 결과들을 도시한다.
도 3은 종래 기술의 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴을 도시한다.
도 4a는 도 3의 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴의 일 스테이션에 적용될 때 종래 기술의 RPC 유입구 플로우의 벡터 필드를 도시하는 전산 유체 역학 (CFD)-기반 시뮬레이션을 도시한다.
도 4b는 도 3의 멀티-스테이션의 일 스테이션에 적용될 때 종래 기술의 RPC 유입구 플로우의 플로우 스트림들을 도시하는 CFD-기반 시뮬레이션을 도시한다.
도 5는 개시된 주제의 실시 예에 따른 RPC 지향성 플로우 디바이스를 사용하는 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴의 일 스테이션의 단면을 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 개시된 주제에 따른 RPC 지향성 플로우 디바이스의 다양한 예시적인 실시 예들을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 개시된 주제에 따른 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 다양한 예시적인 실시 예들을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 및 도 7b의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스들에 대한 예시적인 물리적 치수들을 도시한다.
도 9a는 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴의 일 스테이션에 적용될 때 개시된 주제에 따른 RPC 지향성 플로우 디바이스를 사용하여 RPC 유입구 플로우의 벡터 필드를 도시하는 CFD-기반 시뮬레이션을 도시한다.
도 9b는 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴의 일 스테이션에 적용될 때 개시된 주제에 따른 RPC 지향성 플로우 디바이스를 사용하여 RPC 유입구 플로우의 플로우 스트림들을 도시하는 CFD-기반 시뮬레이션을 도시한다.
이하의 기술 (description) 은 개시된 주제의 다양한 양태들을 구현하는 예시적인 예들, 디바이스들, 및 장치들을 포함한다. 이하의 기술에서, 설명의 목적들을 위해, 발명 주제의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 개시된 주제의 다양한 실시 예들이 이들 구체적인 상세들 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다. 또한, 공지된 구조체들, 재료들, 및 기법들은 다양한 예시된 실시예들을 모호하게 하지 않기 위해 상세히 도시되지 않았다.
이하에 논의된 다양한 예시적인 실시 예들은 멀티-스테이션 프로세싱 툴 내의 페데스탈 및 샤워헤드 스테이션 각각으로 세정 가스 플로우 (또는 보다 일반적으로, 인입 (incoming) 가스 플로우) 를 지향시킴으로써 프로세스 챔버들의 보다 효율적인 세정을 제공하는데 초점을 맞춘다. 개시된 주제의 실시 예들은 또한 다양한 타입들의 세정 화합물들 (예를 들어, 재결합이 예를 들어, 질소 트리플루오라이드 (NF3) 보다 공격적인 산소 (O2)) 의 재결합을 감소시키거나 최소화한다. 다양한 실시 예들은 또한 스핀들 및 인덱서 어셈블리의 가열을 감소시키거나 최소화하도록 기능할 수도 있다.
프로세스 챔버들의 내부를 위한 특정한 타입들의 원격 플라즈마 세정 (remote-plasma cleaning; RPC) 시스템들이 과거에 고려되었지만, 특정한 상황들에서 이들 RPC 시스템들의 사용 가능성은 제한된다. 예를 들어, 이하에 기술된 바와 같이, 멀티-챔버 또는 멀티-스테이션 시스템들은 종래 기술의 표준 RPC 시스템들을 효과적으로 사용할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 당업자는 동시대의 RPC 세정 시스템들의 간략한 검토시 개시된 주제의 다양한 실시 예들의 상당한 중요성을 인식할 것이다.
예를 들어, 도 2a는 단일 프로세스 챔버 (101) 의 내부 부분들을 세정하기 위해 사용된 종래 기술의 리모트 플라즈마 세정 (RPC) 시스템 (200) 을 도시한다. RPC 시스템 (200) 은 또한 플라즈마 (201) 가 소스 가스들 (203) 과 함께 결합될 수도 있는 RPC 반응기 (205) 를 포함하는 것으로 도시된다. 소스 가스들 (예를 들어, 세정 가스들) 은, 아르곤 (Ar) 및/또는 산소 (O2) 와 함께, 예를 들어, 질소 트리플루오라이드 (NF3), 탄소 테트라플루오라이드 (CF4, 또한 테트라플루오로메탄으로 공지됨), 탄소 헥사플루오라이드 (C2F6, 또한 헥사플루오로에탄으로 공지됨), 옥타플루오로프로판 (C3F8, 또한 퍼플루오로프로판으로 공지됨), 및 다른 불소-함유 화합물들을 포함할 수도 있다.
당업계에 공지된 바와 같이, 하나 이상의 라디칼 종은 RPC 반응기 (205) 내에서 생성될 수도 있고 RPC 반응기 (205) 로부터 단일 프로세스 챔버 (101) 에 커플링된 가스 유입구 (207) 를 통해 단일 프로세스 챔버 (101) 로 들어가도록 구성될 수도 있다. 임의의 타입의 플라즈마 소스가 라디칼 종을 생성하도록 리모트 반응기 (205) 에서 사용될 수도 있다. 이는 용량 결합 플라즈마들 (capacitively coupled plasmas), 마이크로파 플라즈마들 (microwave plasmas), DC 플라즈마들, 및 레이저-생성된 플라즈마들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 용량 결합 플라즈마의 예는 RF (radio frequency) 생성 플라즈마일 수 있다. 고 주파수 플라즈마는 13.56 ㎒ 이상에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 RPC 반응기 (205) 의 예는 GAMMA® 제품군 내 다양한 제품들 (USA, California 94538, Fremont, 4650 Cushing Parkway 소재의 Lam Research®에 의해 제작됨) 을 포함할 수 있다. 당업계에 공지된 RPC 반응기 (205) 의 또 다른 예는 440 ㎑에서 동작될 수 있는 ASTRON® ex 반응성 가스 생성기 (USA, Massachusetts 01810, Andover, 2 Tech Drive 소재의 MKS Instruments, Inc.에 의해 제작됨) 이다. 부가적으로, 마이크로파 플라즈마 생성기는 ASTeX® (또한 MKS Instruments, Inc.에 의해 제작됨) 와 같은 RPC 반응기 (205) 로서 사용될 수 있다. 마이크로파 플라즈마는 2.45 ㎓의 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 개시된 주제의 다양한 실시 예들이 선택된 반응기의 타입과 무관하게 사용될 수도 있다. 다양한 타입들의 RPC 반응기 (205) 는 하나 이상의 기판들을 병렬로 프로세싱하기 위해 사용된 보다 큰 장치 상에 기계적으로 커플링된 서브 유닛으로서 제공될 수도 있다.
도 2b는 도 2a에 따른 RPC 시스템 (200) 을 사용하여 단일 프로세스 챔버의 내부 부분들에 대한 결과들 (230) 을 도시한다. 결과들은 가스-분배 샤워헤드 (103) 및 페데스탈 (105) 각각이 어떠한 증착된 재료들 (예를 들어, 막들) 이 없거나 대체로 없다는 것을 나타낸다. 따라서, RPC 프로세스는 단일 프로세스 챔버 (101) 의 내부 부분들의 실질적으로 완전한 세정을 제공한다. 그러나, 이하에 보다 상세히 논의된 바와 같이, 이들 종래 기술 디바이스들 각각은 단일 프로세싱 챔버만을 사용하여 제작된다. 현재 라디칼 종을 복수의 프로세싱 스테이션들 내로 동시에 전달하는 효과적인 방법은 없다.
예를 들어, 도 3은 종래 기술의 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (300) 을 도시한다. 그러나, 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (300) 이 공지되었지만, 유사하거나 동일한 타입들의 기판-프로세싱 툴이 또한 개시된 주제의 다양한 실시 예들과 함께 사용될 수도 있다.
멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (300) 은 프로세싱 챔버 (303) 내에 복수의 프로세스 스테이션들 (301A, 301B, 301C, 301D) 을 포함한다. 4 개의 스테이션들이 도시되지만, 당업자는 보다 큰 수 또는 보다 적은 수의 스테이션들이 적절한 변화들과 함께 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 숙련된 기술자에게 공지된 바와 같이, 예를 들어, 저압 환경에 스테이션 각각을 유지함으로써, 막-증착 프로세스들 사이의 진공 브레이크들 (vacuum breaks) 에 의해 유발된 결함들이 감소되거나 방지될 수도 있다.
도 3에 더 도시된 바와 같이, 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (300) 은 기판 인바운드 로드록 (305) 및 기판 아웃 바운드 로드록 (307) 을 포함하고, 이들 중 하나 또는 모두는 리모트-플라즈마 소스를 포함할 수도 있다 (도시되지 않지만 당업자에게 이해가능함). 일반적으로 대기압의 로봇 (317) 은 예를 들어, 기판 캐리어 (319) (예를 들어, FOUP (front-opening unified pod)) 또는 다른 타입의 SMIF (standard mechanical interface) 를 통해 로딩된 카세트로부터 대기 포트 (315) 를 통해 기판 인바운드 로드록 (305) 내로 기판들을 이동시키도록 구성된다. 기판은 로봇 (317) 에 의해 선택되고 기판 인바운드 로드록 (305) 내의 페데스탈 (309) 상에 배치된다. 대기 포트 (315) 는 폐쇄되고, 로드 록은 대기압 미만 (예를 들어, 수 Torr 이하) 으로 펌핑 다운된다.
기판 인바운드 로드록 (305) 이 리모트 플라즈마 소스를 포함하면, 기판은 프로세싱 챔버 (303) 내로 도입되기 전에 로드록 내에서 리모트 플라즈마 처리에 노출될 수도 있다. 또한, 기판은 또한 예를 들어, 수분 및 흡착된 가스들을 제거하기 위해 기판 인바운드 로드록 (305) 내에서 또한 가열될 수도 있다. 다음에, 프로세싱 챔버 (303) 로의 챔버 이송 포트 (311) 가 개방되고, 또 다른 로봇 (미도시) 이 프로세스 스테이션 (301A) 에서 페데스탈 (313) 상의 프로세싱 챔버 (303) 내로 기판을 배치한다. 도 3에 도시된 실시 예는 로드록들을 포함하지만, 일부 실시 예들에서, 프로세싱 챔버 (303) 내로 웨이퍼 기판의 직접 진입이 제공될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
상기 주지된 바와 같이, 도 2에 도시된 프로세싱 챔버 (303) 는 4 개의 프로세스 스테이션들 (301A, 301B, 301C, 301D) 을 제공한다. 프로세스 가스들은 단일의 프로세스 가스 유입구 (321) 에 의해 제공될 수도 있다. 또한, 프로세스 스테이션 각각은 가열된 페데스탈 (예를 들어, 프로세스 스테이션 (301A) 용 페데스탈 (313)) 및 다양한 가스 라인 유입구들 (미도시) 을 가질 수도 있다. 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (300) 은 또한 프로세싱 챔버 (303) 내에서 (예를 들어, 프로세스 스테이션들 중 하나로부터 다른 스테이션으로) 기판들을 이송하기 위한 기판-핸들링 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 타입들의 기판 핸들링 시스템들 및 관련된 로봇 메커니즘들은 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 상기 주지된 바와 같이, 라디칼 종을 복수의 프로세싱 스테이션들 내로 동시에 전달하는 효과적인 방법은 현재 없다.
도 4a는 도 3의 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (300) 의 일 스테이션에 적용될 때 종래 기술의 RPC 유입구 플로우의 벡터 필드를 도시하는 CFD (computational fluid dynamic)-기반 시뮬레이션 (400) 을 도시한다. CFD 분석에 정통한 당업자에게 공지된 바와 같이, 결과들이 (예를 들어, 프로세스 스테이션 (301A) 의 후면 에지 및 좌측 에지 상의) 2 개의 축들을 따라 미러링되는 (mirror), 이 상황에서 프로세스 스테이션들 중 나머지 프로세스 스테이션들 (미도시) 의 실질적으로 동일할 것이기 때문에 단일 프로세스 스테이션만이 도시된다.
당업자는 벡터들이 인입되는 RPC 가스들의 매우 불균일한 속도를 나타낸다는 것을 즉시 인식할 것이다. 예를 들어, 벡터들은 프로세싱 챔버 (303) 의 프로세스 스테이션 (301A) 내 가스들의 상대적인 속도를 나타낸다. 단일, 프로세스-가스 유입구 (321) 에서, 벡터들은 상대적으로 크고, 예를 들어 도 2a의 RPC 반응기 (205) 내에서 생성된 라디칼 종을 포함하는 고속 인입 가스들을 나타낸다. 라디칼 종을 함유하는 인입 가스들이 프로세스-가스 유입구 (321) 로부터 설비 배기 포트 (401) 를 향하여 보다 멀어짐에 따라, 벡터 필드 내의 벡터들은 훨씬 보다 작고, 따라서 보다 낮은 속도의 인입 가스들을 나타낸다. 가스들의 감소된 속도로 인해, 세정을 위한 라디칼 종의 효능의 수반되는 감소가 또한 있다.
도 4b는 도 3의 멀티-스테이션의 일 스테이션에 적용될 때 종래 기술의 RPC 유입구 플로우의 플로우 스트림들을 도시하는 CFD-기반 시뮬레이션 (430) 을 도시한다. 당업자는 도 4a의 벡터 필드들과 매우 유사한 플로우 스트림들이 가스들이 프로세스-가스 유입구 (321) 로부터 계속해서 멀어짐에 따라 플로우 스트림들의 감소와 함께 인입되는 가스들의 보다 낮은 속도를 나타낸다는 것을 인식할 것이다.
전술한 예들은 이하의 개시된 주제에 대한 맥락을 예로서 당업자에게 제안하도록 제공되고, 인정된 종래 기술로 간주되지 않아야 한다.
개관으로서, 개시된 주제의 다양한 실시 예들은 RPC 가스-유입구로부터 나오는 RPC 가스들을 지향성 플로우 디바이스를 지나 가스-분배 샤워헤드와 프로세스 스테이션 각각 내의 기판 페데스탈 영역 사이로 지향시킨다. 이하의 실시 예들이 4 개의 프로세스 스테이션들과 함께 사용된 지향성 플로우 디바이스들을 도시하지만, 지향성 플로우 디바이스의 다양한 실시 예들에 의해 서비스되는 프로세스 스테이션들의 실제 수는 주어진 (given) 프로세싱 툴에 대해 필요에 따라 증가되거나 감소될 수도 있다. 예를 들어, 개시된 주제를 읽고 이해하면, 당업자는 본 명세서에 기술된 지향성 플로우 디바이스들이 지향성 플로우 디바이스들의 형상들에 상대적으로 작은 변동들을 갖는 2 개와 같이 보다 적은 프로세싱 스테이션들 내지 6 개 이상의 프로세싱 스테이션들과 함께 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
예를 들어, 이제 도 5를 참조하면, 개시된 주제의 실시 예에 따른 RPC 지향성 플로우 디바이스 (511) 를 사용하는 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (500) 의 일 스테이션 (501) 의 단면이 도시된다. 도 5는 예를 들어, 4 개의 프로세싱 챔버들을 포함할 수도 있는 프로세스 챔버 (503) 를 포함하는 것으로 도시된다. 프로세싱 스테이션 각각은 프로세싱을 겪는 기판 (도 5에 도시되지 않음) 을 홀딩하도록 구성된 기판 페데스탈 (507) 및 가스-분배 샤워헤드 (505) 를 포함한다. RPC 지향성 플로우 디바이스 (511) 가 가스-분배 샤워헤드 (505) 와 기판 페데스탈 (507) 사이의 영역들 내로 세정 가스들을 지향시키는 것으로 도시되지만, 당업자는 개시된 주제를 읽고 이해하면, 세정 가스들은 또한 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (500) 내 하나 이상의 부가적인 영역들 내로 지향될 수 있다. 예를 들어, RPC 지향성 플로우 디바이스 (511) 는 세정 사이클 동안 상이한 시간 기간들에 가스-분배 샤워헤드 (505) 위, (도시된 바와 같이) 가스-분배 샤워헤드 (505) 와 기판 페데스탈 (507) 사이 및/또는 기판 페데스탈 (507) 아래에 세정 가스들을 전달하도록 위치될 수 있다.
하나 이상의 라디칼 종은 RPC 반응기 (미도시이지만, 반응기는 도 2a의 RPC 반응기 (205) 와 동일하거나 유사할 수도 있음) 내에서 다양한 타입들의 세정 가스들 (예를 들어, 상기 기술된 바와 같은 불소-함유 화합물들) 로부터 생성될 수도 있다. 세정 가스들 및 라디칼 종은 RPC 반응기로부터 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (500) 에 커플링된 프로세스-가스 유입구 (509) 를 통해 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴 (500) 의 프로세스 챔버 (503) 로 들어간다. 이어서 세정 가스들 및 라디칼 종들은 RPC 지향성 플로우 디바이스 (511) 의 양 측면 상에서 실질적으로 균일한 플로우들 (513) 로 분할된다. (당업자는 예를 들어, 이하에 기술된, 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 보다 명백해질 바와 같이, 세정 가스들의 플로우는 또한 주어진 단면도의 앞과 뒤의 평면들에서 실질적으로 동일하게 분할된다는 것을 인식할 것이다).
도 6a 내지 도 6c는 개시된 주제에 따른 RPC 지향성 플로우 디바이스의 다양한 예시적인 실시 예들을 도시한다. 예를 들어, 도 6a의 RPC 지향성 플로우 디바이스 (600) 의 실시 예는 실질적으로 균일한 램핑된 (ramp) 영역 (603) 에 의해 둘러싸인 인입되는 세정 가스 전환 허브 (601) (또는 일반적으로, 인입 가스 전환 허브) 를 포함하는 것으로 도시된다. 숙련된 기술자는 인입되는 세정 가스들이 인입되는 세정 가스 전환 허브 (601) 에 충돌한 후 모든 방향들로 실질적으로 균일하게 분할될 것이라는 것을 인식할 것이다.
도 6b는 인입되는 세정 가스 전환 허브 (631) 를 갖는 RPC 지향성 플로우 디바이스 (630) 를 포함하는 것으로 도시된 실시 예이다. 그러나, 도 6a의 RPC 지향성 플로우 디바이스 (600) 와 대조적으로, 인입되는 세정 가스 전환 허브 (631) 는 이 예에서, 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (633) (4 개의 램핑된 가스 전환 영역들) 에 의해 둘러싸인다. 램핑된 가스 전환 영역들 (633) 각각은 상승된 벽 (635) 에 의해 램핑된 가스 전환 영역들 (633) 중 다른 영역들로부터 분리된다. 상승된 벽들 (635) 은 인입되는 세정 가스들 및 수반되는 라디칼 종들을 램핑된 가스 전환 영역들 (633) 내로 보다 완전히 분리하고 지향시키는 것을 돕는다. 결과적으로, 숙련된 기술자는 인입되는 세정 가스들이 인입되는 세정 가스 전환 허브 (601) 에 충돌한 후 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (633) 의 방향들로 실질적으로 균일하게 분할될 것이라는 것을 인식할 것이다.
도 6c는 인입되는 세정 가스 전환 허브 (651) 를 갖는 RPC 지향성 플로우 디바이스 (650) 를 포함하는 것으로 도시된 실시 예이다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 (653) 각각은 상승된 벽 (655) 에 의해 램핑된 가스 전환 영역들 (653) 중 다른 영역들로부터 분리된다. 상승된 벽들 (655) 은 인입되는 세정 가스들 및 수반되는 라디칼 종들을 램핑된 가스 전환 영역들 (653) 내로 보다 완전히 분리하고 지향시키는 것을 돕는다. 결과적으로, 숙련된 기술자는 인입되는 세정 가스들이 인입되는 세정 가스 전환 허브 (651) 상에 충돌한 후 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (653) 의 방향들로 실질적으로 균일하게 분할될 것이라는 것을 인식할 것이다.
도 6b의 RPC 지향성 플로우 디바이스 (630) 와 대조적으로, 도 6c의 RPC 지향성 플로우 디바이스 (650) 는 또한 램핑된 가스 전환 영역 (653) 의 보다 작은 (예를 들어, 보다 좁은) 최종 출구-램프를 포함한다. 최종 출구-램프는 세정 가스들 및 수반되는 라디칼들을, 예를 들어, 도 5의 가스-분배 샤워헤드 (505) 와 기판 페데스탈 (507) 사이의 특정한 영역들 내로 전달하거나 포커싱하도록 설계되거나 최적화될 수도 있다.
당업자는 도 6b 또는 도 6c의 RPC 지향성 플로우 디바이스들 (630, 650) 각각이 상승된 벽들 (635, 655) 중 하나를 수반하여, 4 개 미만 또는 4 개 보다 많은 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (633, 653) 을 가질 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
도 6a 내지 도 6c의 임의의 RPC 지향성 플로우 디바이스들 (600, 630, 650) 은 예를 들어, (예를 들어, 알루미늄 옥사이드, Al2O3, 및 알루미늄 나이트라이드, AlN과 같은) 다양한 형태의 알루미늄, 알루미늄 합금, 세라믹 재료들과 같은 초-고순도 재료 및 다른 금속성 재료들 (예를 들어, 다양한 등급들의 스테인리스 스틸) 및 비금속성 재료들을 포함을 포함하는 다양한 재료들로부터 형성될 수도 있다. 특정한 용도에 따라, 다른 재료들이 또한 상기 언급된 재료들과 함께 또는 별도로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일 특정한 예시적인 실시 예에서, RPC 지향성 플로우 디바이스들 (600, 630, 650) 은 당업계에 공지된 다양한 고성능 합금들 (또한 초합금들로 공지됨) 으로부터 형성될 수도 있다. 이들 고성능 합금들은 예를 들어, Inconel® (USA, West Virginia, Huntington 소재의 Inco Alloys International, Inc.를 포함하는 다양한 업체로부터 입수가능) 또는 Hastelloy® (USA, Indiana, Kokomo 소재의 Haynes Stellite Company 및 USA, New York, New York 소재의 Union Carbide Corporation을 포함하는 다양한 업체들로부터 입수가능) 을 포함한다. 이러한 재료는 예를 들어, 주어진 프로세스에 따라 예를 들어, 약 0.5 ㎛ 미만 또는 약 0.1 ㎛ 미만, 또는 훨씬 보다 작은 Ra의 표면 거칠기 값으로 전기 폴리싱될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, RPC 지향성 플로우 디바이스들 (600, 630, 650) 은 예를 들어, 연마 블라스팅되거나, 비드-블라스팅되거나, 그렇지 않으면 세정 가스들 및 수반되는 라디칼들을 보다 완전히 분산시키기 위해 표면 텍스처를 갖도록 마무리될 수도 있다. 또한, 당업자는 개시된 주제를 읽고 이해하면, 채용된 세정 가스의 타입이 또한 재료의 타입 및 RPC 지향성 플로우 디바이스들 (600, 630, 650) 이 형성되는 표면 거칠기 또는 텍스쳐에 영향을 줄 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상기 주지된 바와 같이, 다양한 다른 재료들이 또한 이들 고성능 합금들 (예를 들어, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 또는 특정한 적용 예에 따라 다른 타입들의 재료들) 과 조합하여 고려될 수도 있다. 이들 재료들 중 임의의 재료는 더 도금되거나, 코팅될 수도 있고, 그렇지 않으면 또 다른 타입의 코팅 (예를 들어, 양극 산화) 이 부가될 수도 있다.
RPC 지향성 플로우 디바이스들을 형성하기 위한 다른 재료들이 또한 고려될 수도 있다. 예를 들어, 채용된 세정 가스들로부터 에칭에 적어도 다소 내성이 있는 재료들이 고려될 수도 있다. 특정한 적용 예들에서, 이러한 재료들은 상당한 변형 없이, 약 6 ℃/분 내지 약 10 ℃/분의 온도 상승 레이트에서 약 250 ℃ 내지 약 550 ℃의 온도를 견딜 수 있어야 한다. 다양한 적용 예들에서, 온도의 램핑 레이트는 고려되지 않을 수도 있다. 특정한 예시적인 실시 예들에서, RPC 지향성 플로우 디바이스들을 형성하기 위해 사용된 재료들은 최소 5 년 동안 약 100 ㎛ (대략 0.004 인치) 미만의 면-평탄도 크리프 (face-flatness creep) 를 가질 수도 있다. 다양한 적용 예들에서, 크리프 또는 전체 평탄도는 고려되지 않을 수도 있다. 이들 적용 예들에서, 크리프 또는 평탄도의 변화들은 세정 가스 플로우에 영향을 주지 않을 것이다.
도 7a 및 도 7b는 개시된 주제에 따른 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 다양한 예시적인 실시 예들이다. 예를 들어, 도 7a는 인입되는 세정 가스 전환 허브 (701) 를 갖는 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스 (700) 를 포함하는 실시 예를 도시한다. 인입되는 세정 가스 전환 허브 (701) 는 이 예에서, 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (703) 에 의해 둘러싸인다. 램핑된 가스 전환 영역들 (703) 각각은 멀티-리브된 (multi-ribbed) 벽 (705) 에 의해 램핑된 가스 전환 영역들 (703) 중 다른 영역들로부터 분리된다. 멀티-리브된 벽들 (705) 은 인입되는 세정 가스들 및 수반되는 라디칼 종들을 램핑된 가스 전환 영역들 (703) 내로 보다 완전히 분리하고 지향시키는 것을 돕는다. 결과적으로, 숙련된 기술자는 인입되는 세정 가스 전환 허브 (701) 에 충돌한 후 인입되는 세정 가스들이 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (703) 의 방향들로 그리고 멀티-리브된 벽 (705) 부분들 사이의 4 개의 별개의 영역들 (예를 들어, 가스가 흐를 수 있는 총 8 개의 별개의 영역들 또는 채널들; 8 개의 램핑된 가스 전환 영역들) 로 실질적으로 균일하게 분할될 것임을 인식할 것이다.
이제 도 7b를 참조하면, 인입되는 세정 가스 전환 허브 (731) 를 갖는 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스 (730) 를 포함하는 실시 예가 도시된다. 인입되는 세정 가스 전환 허브 (731) 는 이 예에서, 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (733) 에 의해 둘러싸인다. 램핑된 가스 전환 영역들 (733) 각각은 멀티-리브된 벽 (735) 에 의해 램핑된 가스 전환 영역들 (733) 중 다른 영역들로부터 분리된다. 멀티-리브된 벽들 (735) 은 인입되는 세정 가스들 및 수반되는 라디칼 종들을 램핑된 가스 전환 영역들 (733) 내로 보다 완전히 분리하고 지향시키는 것을 돕는다. 결과적으로, 숙련된 기술자는 인입되는 세정 가스 전환 허브 (731) 에 충돌한 후 인입되는 세정 가스들이 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (733) 의 방향들로 그리고 멀티-리브된 벽 (735) 부분들 사이의 4 개의 별개의 영역들 (예를 들어, 가스가 흐를 수 있는 총 8 개의 별개의 영역들 또는 채널들; 8 개의 램핑된 가스 전환 영역들) 로 실질적으로 균일하게 분할될 것임을 인식할 것이다.
다양한 실시 예들에서, 4 개의 부가적인 채널들 (예를 들어, 멀티-리브된 벽 (705, 735) 부분들 사이의 4 개의 별개의 영역들) 을 갖는 다양한 지향성 플로우 디바이스들은 지향성 플로우 디바이스들로 하여금 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 페데스탈 주위에 포켓들, 또는 다른 영역들을 형성하는, 프로세스 챔버 내의 상승된 리브들의 세정을 지시하게 한다.
도 7a의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스 (700) 와 대조적으로, 도 7b의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스 (730) 는 또한 보다 작은 (예를 들어, 보다 좁은) 출구-램프 영역 (737) 을 포함한다. 출구-램프 영역 (737) 은 세정 가스들 및 수반되는 라디칼들을, 예를 들어, 도 5의 가스-분배 샤워헤드 (505) 와 기판 페데스탈 (507) 사이의 특정한 영역들 내로 전달하거나 포커싱하도록 설계되거나 최적화될 수도 있다.
다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스 (700, 730) 각각은 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 상기 논의된 바와 같이 동일하거나 유사한 재료들, 또는 재료들의 조합들을 사용하여 구성될 수도 있다. 또한, 도 7a 및 도 7b의 멀티-리브된 벽들 (705, 735) 은 열 싱크들로서 작용할 수 있고 보다 효과적인 냉각을 제공할 수도 있다 (도 6b 및 도 6c의 상승된 벽들 (635, 655) 과 비교하여, 멀티-리브된 벽들 (705, 735) 의 증가된 면적으로 인해 열적으로 전도성이면서 열적으로 대류성이다). 멀티-리브된 벽들 (705, 735) 에 의해 제공된 이 냉각 기능은 특정한 적용 예들에서 유리할 수도 있다. 다른 적용 예들에서, 멀티-리브된 벽들 (705, 735) 은 세정-가스 종의 재결합 효과들을 감소시키거나 방지하도록 (예를 들어, 당업계에 공지된 기법들에 의해 하단 측으로부터) 가열될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 및 도 7b의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스들에 대한 예시적인 물리적 치수들을 도시한다. 이들 물리적 치수들은 당업자가 개시된 주제를 보다 잘 이해하도록 돕기 위해 단지 예들로서 제공된다. 그러나, 개시된 주제를 읽고 이해하면, 당업자는 물리적 치수들이 다양한 프로세스 스테이션들의 크기 (예를 들어, 스테이션들이 300 ㎜ 또는 450 ㎜ 라운드 기판들, 정사각형 또는 직사각형 평판 디스플레이들, 프로세싱 스테이션들 내에서 직면하는 플로우 레이트들 및 압력들, 프로세싱 스테이션들 내 컴포넌트들 사이의 물리적 분리들, 프로세싱 스테이션들의 총 수, 및 다수의 다른 요인들을 수용하도록 설계되었는지 여부) 에 기초하여 상당히 변할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에 제공된 물리적 치수들은 단지 예시일 뿐이다.
예를 들어, 도 8a는 도 7a 및 도 7b의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스와 동일하거나 유사할 수도 있는 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 평면도 (800) 를 도시한다. 도 8a는 이 예에서, 4 개의 별개의, 램핑된 가스 전환 영역들 (803) 에 의해 둘러싸인 인입되는 세정 가스 전환 허브 (801) 를 포함하는 것으로 도시된다. 램핑된 가스 전환 영역들 (803) 각각은 멀티-리브된 벽 (805) 에 의해 램핑된 가스 전환 영역들 (803) 중 다른 것들로부터 분리된다. 인입되는 세정 가스 전환 허브 (801) 가 실질적으로 돔-형상 (예를 들어, 볼록한 기하학적 구조) 이고 특정한 치수들이 없는 것으로 도시되지만, 당업자는 인입되는 세정 가스 전환 허브 (801) (또는 임의의 다른 인입되는 세정 가스 전환 허브들 (601, 631, 651, 701, 731)) 의 돔형 이외의 형상들 및 묵시된 반경들이 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 인입되는 세정 가스 전환 허브의 형상 및 치수들 (예를 들어, 내부 반경) 은 주어진 적용 예, 가스들의 타입들, 및 가스들의 물리적 특성들 (예를 들어, 가스 점도들, 가스들의 플로우 레이트들, 등) 에 대해 결정될 수도 있다. 이들 형상 및 치수 설계들은 경험적 기법들을 통하거나 CFD 분석을 통하거나, 또는 두 기법들의 조합을 통하는 것과 같은 다양한 기법들에 의해 결정될 수도 있다. 당업자는 개시된 주제를 읽고 이해함에 기초하여 형상 및 치수들이 어떻게 결정될 수 있는지 인식할 것이다.
예시적인 물리적 치수들은 약 241 ㎜ (대략 9.5 인치) 의 전체 제 1 폭, d1, 약 112.8 ㎜ (대략 4.44 인치) 의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 중심선으로부터 측면 만입부 (indentation) 까지의 거리, d2, 약 241 ㎜ (대략 9.5 인치) 의 전체 제 2 폭 d3, 약 35.6 ㎜ (대략 1.4 인치) 의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 또 다른 중심선으로부터 멀티-리브된 벽 (805) 의 상부 부분까지의 거리, d4, 및 약 135.9 ㎜ (대략 5.35 인치) 의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 또 다른 중심선으로부터 램핑된 가스 전환 영역들 (803) 의 최외곽 부분까지의 거리, d5를 포함한다. 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 중심선으로부터 (멀티-리브된 벽 (805) 의 리브들 사이) 제 1 각도, α1은 약 45°이다. 도 8a는 또한, 이하 도 8b에 대해 기술된 단면 A-A를 도시한다.
이제 도 8b를 참조하면, 도 8a의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 입면도 (830) 이다. 도 8b는 A-A에서 도 8a의 단면을 도시한다. 예시적인 물리적 치수들은 약 80.0 ㎜ (대략 3.15 인치) 의 전체 높이 d9, 및 약 96.5 ㎜ (대략 3.8 인치) 의 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 중심선으로부터 출구-램프 영역 (예를 들어, 도 7b의 출구-램프 영역 (737)) 의 상단부까지의 거리이다. 출구-램프 영역의 상단 부분으로부터 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 최하단 부분까지의 예시적인 거리는 약 9.91 ㎜ (대략 0.39 인치) 로 도시되고 다중 벽 RPC 지향성 플로우 디바이스의 최하단 부분으로부터의 멀티-리브된 벽 (805) 의 상단으로의 높이는 약 63.5 ㎜ (대략 2.5 인치) 이다. 출구-램프 영역의 예시적인 각도 α2는 약 16.7°이다.
(예를 들어, 도 6a 내지 도 6c 및 도 7a 및 도 7b에 도시된) 상기 기술된 임의의 RPC 지향성 플로우 디바이스들은 RPC 지향성 플로우 디바이스들의 대략적인 목표된 온도를 유지하기 위해 (예를 들어, 수냉에 의해 또는 예를 들어, 헬륨과 같은, 또 다른 유체에 의한 냉각에 의해) 내부적으로 냉각될 수도 있다. 도시되지 않았지만, 냉각 핀들 (fins) 은 디바이스들의 내부 표면들 상에 부가될 수도 있고, 이는 흐르는 액체 또는 그에 의해 통과된 다른 유체에 의해 대류적으로 냉각되는 열 싱크들로서 작용할 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 냉각 핀들은 흐르는 액체로 인해 디바이스들로부터 대류 냉각을 향상시키도록 나선 경로의 RPC 지향성 플로우 디바이스들의 내부 표면들 상에 형성될 수도 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, 유사한 타입들의 내부 냉각 핀들이 RPC 지향성 플로우 디바이스들의 내부 표면 상에 형성될 수도 있고, 이를 통해 통과하는 가스에 의해 대류적으로 냉각될 수도 있다. 이러한 가스는 헬륨 (He) 과 같은 높은 비열 용량을 갖도록 선택될 수 있다.
특정한 예시적인 실시 예에서, RPC 세정 가스들은 예를 들어, 약 3 Torr의 압력에서 약 12 slpm (standard liters per minute) 로 흐를 수도 있다. 다른 실시 예들에서, RPC 세정 가스들은 예를 들어, 약 3 Torr의 압력에서 약 27.5 slpm으로 흐를 수도 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, 세정 가스들은 약 12 slpm 미만 또는 약 27.5 slpm 초과의 플로우 레이트들로 흐를 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 세정 가스들은 약 3 Torr보다 낮거나 약 3 Torr보다 높은 압력으로 프로세스 챔버 내로 주입될 수도 있다.
도 5를 동시에 참조하여, 도 9a는 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴의 일 스테이션에 적용될 때 개시된 주제에 따라 RPC 지향성 플로우 디바이스를 사용하여 RPC 유입구 플로우의 벡터 필드를 도시하는 CFD-기반 시뮬레이션 (900) 을 도시한다. 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, α3는 CFD 분석에 정통한 당업자에게 공지되고, 결과들이 (예를 들어, 프로세스 스테이션의 후면 에지 및 좌측 에지 상의) 2 개의 축들을 따라 미러링되는, 이 상황에서 프로세스 스테이션들 중 나머지 프로세스 스테이션들 (미도시) 이 실질적으로 동일할 것이기 때문에 단일 프로세스 스테이션만이 도시된다.
당업자는 도 9a의 벡터들이 인입되는 RPC 가스들의 실질적으로 균일한 속도를 나타낸다는 것을 즉시 인식할 것이다. 예를 들어, 벡터들은 프로세스 챔버 (503) 의 프로세스 가스 유입구 (509) 내 가스들의 상대적인 속도를 나타낸다. 가스들 및 라디칼 종들이 설비 배기 포트 (901) 를 향해 프로세스 가스 유입구 (509) 로 들어가고 가스 분배 샤워헤드 (505) 와 기판 페데스탈 (507) (도 5 참조) 사이의 공간으로 지향된 후, 벡터들은 특히 도 4a 및 도 4b의 CFD 시뮬레이션들 (400, 430) 과 비교할 때 상대적으로 균일하다. 가스들 및 라디칼 종들의 속도로 나타낸 바와 같이, 실질적인 균일성으로 인해, 또한 세정을 위한 라디칼 종의 상대적으로 높은 효능이 있다.
도 5를 계속해서 참조하여, 도 9b는 멀티-스테이션 기판-프로세싱 툴의 일 스테이션에 적용될 때 개시된 주제에 따라 RPC 지향성 플로우 디바이스를 사용하여 RPC 유입구 플로우의 플로우 스트림들을 도시하는 CFD-기반 시뮬레이션 (930) 을 도시한다. 당업자는 도 9a의 벡터 필드들과 매우 유사한 플로우 스트림들이 가스-분배 샤워헤드 (505) 와 기판 페데스탈 (507) (도 5 참조) 사이의 공간을 따라 설비 배기-포트 (901) 를 향하여 인입되는 가스들의 실질적으로 균일한 속도를 나타낸다는 것을 인식할 것이다.
도 9a 및 도 9b의 예들에서, CFD-기반 시뮬레이션들 (900, 930) 은 약 3 Torr의 압력에서 약 27.5 slpm (또는 스테이션 당 약 6.875 slpm, 즉 (27.5 slpm)/4) 이도록 세정 가스의 인입되는 플로우 레이트를 고려하여 실행되었다. 가스-분배 샤워헤드의 최하단 부분과 기판 페데스탈의 최상단 부분 사이의 공간은 약 24.6 ㎜이다. 다수의 다른 CFD 시뮬레이션들이 또한 다양한 다른 파라미터들을 사용하여 실행되었다.
본 명세서 전반에서, 복수의 예들이 단일 예로서 기술된 컴포넌트들, 동작들, 또는 구조체들을 구현할 수도 있다. 하나 이상의 방법들의 개별 동작들이 별도의 동작들로 예시되고 기술되었지만, 개별 동작들 중 하나 이상은 동시에 수행될 수도 있고, 동작들이 반드시 예시된 순서로 수행될 것을 요구하지 않는다. 예시적인 구성들에서 별도의 컴포넌트들로서 제시된 구조체들 및 기능성은 결합된 구조체 또는 컴포넌트로서 구현될 수도 있다. 유사하게, 단일 컴포넌트로서 제시된 구조체들 및 기능성 (예를 들어, RPC 지향성 플로우 디바이스의 다양한 실시 예들) 은 별도의 컴포넌트들로서 구현될 수도 있다. 이들 및 다른 변동들, 수정들, 부가들, 및 개선들이 본 명세서에 기술된 주제 범위 내에 속한다.
또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "또는"은 포괄적이거나 배타적인 의미로 해석될 수도 있다. 또한, 다른 실시 예들은 제공된 개시를 읽고 이해하면 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 개시를 읽고 이해하면, 당업자는 본 명세서에 제공된 기법들 및 예들의 다양한 조합들이 모두 다양한 조합들에서 적용될 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
다양한 실시 예들이 개별적으로 논의되었지만, 이들 개별적인 실시 예들은 독립적인 기법들 또는 설계들로 고려되도록 의도되지 않았다. 상기 나타낸 바와 같이, 다양한 부분들 각각은 상호 연관될 수도 있고, 각각은 개별적으로 또는 본 명세서에 논의된 RPC 지향성 플로우 디바이스의 다른 실시 예들과 조합하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 방법들, 동작들, 및 프로세스들의 다양한 실시 예들이 기술되었지만, 이들 방법들, 동작들, 및 프로세스들은 다양한 조합들로 또는 개별적으로 사용될 수도 있다.
결과적으로, 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정들 및 변동들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 내의 기능적으로 동등한 방법들 및 디바이스들은 전술한 기술들로부터 당업자에게 분명할 것이다. 일부 실시 예들의 부분들 및 특징들은 다른 실시 예들의 부분들 및 특징들에 포함될 수도 있고, 또는 이들을 대체할 수도 있다. 이러한 수정들 및 변동들은 첨부한 청구항들의 범위 내에 속하도록 의도된다. 따라서, 본 개시는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께, 이러한 청구항들의 조건들에 의해서만 제한된다. 본 명세서에 사용된 용어는 특정한 실시 예들만을 기술할 목적을 위한 것이고, 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 또한 이해된다.
본 개시의 요약은 독자로 하여금 기술적 개시의 본질을 신속하게 규명하게 하도록 제공된다. 요약은 청구항들을 해석하거나 제한하도록 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출되었다. 또한, 전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 다양한 특징들이 본 개시를 간소화할 목적을 위해 단일 실시 예에서 함께 그룹화될 수도 있다는 것을 알 수도 있다. 개시의 이 방법은 청구항들을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 따라서, 이하의 청구항들은 본 명세서에서 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 통합되고, 청구항 각각은 개별적인 실시 예로서 독립된다.
이하의 번호가 붙여진 예들은 개시된 주제의 실시 예들을 포함한다
예 1: 일 실시 예에서, 개시된 주제는 라디칼 종을 지향시키는 장치를 포함한다. 장치는 RPC (remote-plasma clean) 반응기와 멀티-스테이션 프로세스 챔버 사이에 커플링되도록 구성되는 RPC 지향성 플로우 디바이스를 포함한다. RPC 지향성 플로우 디바이스는 복수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 중 각각은 적어도 RPC 반응기에 의해 생성된 라디칼 종을 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성된다. 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 적어도 복수의 프로세싱 스테이션들의 수와 동일하다. 인입되는 세정 가스 전환 허브는 RPC 반응기로부터 적어도 라디칼 종을 수용하고 적어도 라디칼 종을 복수의, 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 실질적으로 균일하게 분배하도록 구성된다.
예 2: RPC 방향성-플로우 디바이스는 4 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 예 1의 장치.
예 3: RPC 지향성 플로우 디바이스는 8 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 예 1의 장치.
예 4: RPC 지향성 플로우 디바이스의 외측 주변부 근방에 형성된 유출 램프 영역 (exit-ramp area) 을 더 포함하고, 유출 램프 영역은 유출 램프 영역이 형성되는 램핑된 가스 전환 영역보다 좁은, 선행하는 예들 중 어느 하나의 장치.
예 5: 램핑된 가스 전환 영역들 각각을 분리하는 멀티-리브된 벽을 더 포함하는, 선행하는 예들 중 어느 하나의 장치. 장치는 또한 적어도 RPC 반응기에 의해 생성된 라디칼 종을 지향시키기 위해 램핑된 가스 전환 영역들을 분리하는 멀티-리브된 벽 각각의 사이에 위치된 채널을 포함한다.
예 6: 인입되는 세정 가스 전환 허브는 실질적으로 돔-형상인, 선행하는 예들 중 어느 하나의 장치.
예 7: RPC 지향성 플로우 디바이스는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 가스-분배 샤워헤드들 각각 위로 적어도 라디칼 종을 지향시키도록 위치되는, 선행하는 예들 중 어느 하나의 장치.
예 8: RPC 지향성 플로우 디바이스는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 가스-분배 샤워헤드들 각각과 각각의 복수의 기판 페데스탈들 사이에 적어도 라디칼 종을 지향시키도록 위치되는, 선행하는 예들 중 어느 하나의 장치.
예 9: RPC 지향성 플로우 디바이스는 멀티-스테이션 프로세스 챔버의 복수의 기판 페데스탈들 각각 아래로 적어도 라디칼 종을 지향시키도록 위치되는, 선행하는 예들 중 어느 하나의 장치.
예 10: 일 실시 예에서, 인입 가스 플로우를 분배하기 위한 지향성 플로우 디바이스가 개시된다. 지향성 플로우 디바이스는 복수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 중 각각은 인입 가스 플로우를 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성된다. 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 적어도 복수의 프로세싱 스테이션들의 수와 동일하다. 인입 가스 플로우를 실질적으로 균일하게 수용하고 분할하고 인입 가스 플로우를 적어도 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각으로 분배하도록 구성된다.
예 11: 방향성-플로우 디바이스는 4 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 예 10의 장치.
예 12: 지향성 플로우 디바이스는 8 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 예 10의 장치.
예 13: 인입되는 가스 전환 허브는 실질적으로 돔-형상인, 예 10 내지 예 12 중 중 어느 하나의 장치.
예 14: 일 실시 예에서, RPC (remote-plasma clean) 지향성 플로우 디바이스가 개시된다. RPC 지향성 플로우 디바이스는 복수의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함한다. 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 중 각각은 적어도 RPC 반응기에 의해 생성된 라디칼 종을 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성된다. 멀티-리브된 벽은 램핑된 가스 전환 영역들 각각을 분리한다. 멀티-리브된 벽은 램핑된 가스 전환 영역들을 분리하는 멀티-리브된 벽 각각 사이에 위치된 채널을 갖는다. 인입되는 세정 가스 전환 허브는 RPC 반응기로부터 적어도 라디칼 종을 수용하고 적어도 라디칼 종을 복수의, 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 실질적으로 균일하게 분배하도록 구성된다.
예 15, 복수의 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 적어도 복수의 프로세싱 스테이션들의 수와 동일한, 예 14의 RPC 지향성 플로우 디바이스.
예 16, 채널들의 수는 적어도 복수의 프로세싱 스테이션들의 수와 동일한, 예 14 또는 예 15의 RPC 지향성 플로우 디바이스.
예 17, 인입되는 세정 가스 전환 허브는 실질적으로 돔-형상인, 예 14 내지 예 16 중 어느 하나의 RPC 지향성 플로우 디바이스.
예 18, RPC 지향성 플로우 디바이스는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 가스-분배 샤워헤드들 각각 위로 적어도 라디칼 종을 지향시키도록 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내에 위치되는, 예 14 내지 예 17 중 어느 하나의 RPC 지향성 플로우 디바이스.
예 19, RPC 지향성 플로우 디바이스는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 가스-분배 샤워헤드들 각각과 각각의 복수의 기판 페데스탈들 사이에 적어도 라디칼 종을 지향시키도록 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내에 위치되는, 예 14 내지 예 18 중 어느 하나의 RPC 지향성 플로우 디바이스.
예 20, RPC 지향성 플로우 디바이스는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 기판 페데스탈들 각각 아래로 적어도 라디칼 종을 지향시키도록 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내에 위치되는, 예 14 내지 예 18 중 어느 하나의 RPC 지향성 플로우 디바이스.

Claims (20)

  1. 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치에 있어서,
    리모트 플라즈마 반응기와 복수의 프로세싱 스테이션들을 갖는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 사이에 커플링되도록 구성된 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스를 포함하고, 상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는,
    복수의 램핑된 가스 전환 영역들 (ramped gas-diversion areas) 로서, 상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각의 영역들은 상기 리모트 플라즈마 반응기에 의해 생성된 적어도 라디칼 종을 상기 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 상기 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성되는, 상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들;
    상기 램핑된 가스 전환 영역들 각각을 분리하는 멀티-리브된 벽 (multi-ribbed wall); 및
    상기 복수의 램핑된 가스-전환 영역들 각각에 연결된 인입 가스 전환 허브 (incoming gas diversion hub) 로서, 상기 인입 가스 전환 허브는 상기 리모트 플라즈마 반응기로부터 적어도 상기 라디칼 종을 수용하고 상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 적어도 상기 라디칼 종을 실질적으로 균일하게 분배하도록 구성되는, 상기 인입 가스 전환 허브를 포함하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 상기 복수의 프로세싱 스테이션들의 수 이상인, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는 4 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는 8 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티-리브된 벽은 상승된 벽의 부분들 사이에 위치된 채널을 갖는 상기 상승된 벽을 포함하고, 상기 채널은 적어도 상기 리모트-플라즈마 반응기에 의해 생성된 상기 라디칼 종을 지향시키도록 구성되는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널들의 수는 상기 복수의 프로세싱 스테이션들의 수 이상인, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인입 가스 전환 허브는 실질적으로 돔-형상인, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는 상기 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 복수의 가스-분배 샤워헤드들 각각 위로 적어도 상기 라디칼 종을 지향시키도록 위치되는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각은 상기 인입 가스 전환 허브에 연결된 제 1 섹션 및 상기 제 1 섹션에 연결된 제 2 섹션을 포함하고, 상기 제 1 섹션은 비선형 프로파일에서 하향으로 경사지고, 상기 제 2 섹션은 선형 프로파일에서 하향으로 경사지는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인입 가스 전환 허브는 볼록한 기하 구조를 갖고 그리고 상기 제 1 섹션은 오목한 기하 구조를 갖는 비선형 프로파일을 갖는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 인입 가스 전환 허브에 인접한 상기 제 1 프로파일의 초기 경사는 상기 램핑된 가스 전환 영역들의 상기 제 2 섹션에 인접한 상기 제 1 섹션의 말단 경사보다 더 급격한, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 램핑된 가스 전환 영역의 상기 제 2 섹션은 출구-램프 경사를 갖는 출구-램프 영역을 규정하고, 상기 출구-램프 경사는 상기 제 1 프로파일의 상기 말단 경사보다 더 급격한, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 출구-램프 경사는 16.7 °의 각도를 갖는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 섹션은 상기 커브된 상단 표면으로부터 상기 제 2 섹션으로 폭이 팽창하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 램핑된 가스-전환 영역들은 상기 인입 가스 전환 허브를 중심으로 대칭으로 배치되는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  16. 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치에 있어서,
    리모트 플라즈마 반응기와 복수의 프로세싱 스테이션들을 갖는 멀티-스테이션 프로세스 챔버 사이에 커플링되도록 구성된 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스를 포함하고, 상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는,
    복수의 램핑된 가스 전환 영역들로서, 상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각의 영역들은 상기 리모트 플라즈마 반응기에 의해 생성된 적어도 라디칼 종을 상기 멀티-스테이션 프로세스 챔버 내의 상기 복수의 프로세싱 스테이션들 중 분리된 스테이션으로 지향시키도록 구성되는, 상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들; 및
    상기 복수의 램핑된 가스-전환 영역들 각각에 연결된 인입 가스 전환 허브로서, 상기 인입 가스 전환 허브는 상기 리모트 플라즈마 반응기로부터 적어도 상기 라디칼 종을 수용하고 상단 표면으로부터 상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들 각각에 적어도 상기 라디칼 종을 실질적으로 균일하게 분배하도록 구성되고, 상기 인입 가스 전환 허브의 상기 상단 표면은 실질적으로 돔-형상인, 상기 인입 가스 전환 허브를 포함하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 램핑된 가스 전환 영역들의 수는 상기 복수의 프로세싱 스테이션들의 수 이상인, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는 4 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 리모트 플라즈마 지향성 플로우 디바이스는 8 개의 램핑된 가스 전환 영역들을 포함하는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 램핑된 가스 전환 영역들 각각을 분리하는 멀티-리브된 벽을 더 포함하고, 상기 멀티-리브된 벽은 상승된 벽의 부분들 사이에 위치된 채널을 갖는 상기 상승된 벽을 포함하고, 상기 채널은 적어도 상기 리모트-플라즈마 반응기에 의해 생성된 상기 라디칼 종을 지향시키도록 구성되는, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 장치.
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