KR20180011477A - 이온 주입 프로세스로부터의 발화성 부산물들을 저감시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본원에서 개시되는 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 저감 프로세스들 및 장치들에 관한 것이다. 플라즈마 저감 프로세스는 주입 챔버와 같은 프로세싱 챔버로부터 포어라인 배출물을 취하여, 배출물을 시약과 반응시킨다. 배출물은 발화성 부산물을 포함한다. 포어라인 경로 내에 배치된 플라즈마 발생기는 배출물과 시약 간의 반응을 가능하게 하기 위해 배출물과 시약을 이온화시킬 수 있다. 이온화된 종들은 반응하여 화합물들을 형성하며, 그 화합물들은 배기 스트림 경로 내의 조건들에서 가스상으로 유지된다. 다른 실시예에서, 이온화된 종들은 반응하여 화합물들을 형성할 수 있으며, 그 화합물들은 가스상으로부터 응축된다. 이어서, 응축된 입자상 물질은 트랩에 의해 배출물로부터 제거된다. 장치들은 주입 챔버, 플라즈마 발생기, 하나 또는 그 초과의 펌프들, 및 스크러버를 포함할 수 있다.
Description
[0001]
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 장비를 위한 저감(abatement)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 반도체 프로세싱 장비의 배출물(effluent)에 존재하는 발화성 화합물(pyrophoric compound)들을 저감시키기 위한 기법들에 관한 것이다.
[0002]
반도체 제조 프로세스들 동안 생성된 배출물은, 규제 요건들과 환경 및 안전 우려들로 인해 처분(disposal) 전에 저감되거나 처리되어야 하는 많은 화합물들을 포함한다. 이들 화합물들 중에는 주입 프로세스들로부터의 배출물에 존재하는 발화성 재료들이 있다. 그러나, 반도체 프로세싱에서 사용되는 가스들을 저감시키기 위한 현재의 저감 기술의 설계는 적절하지 않다. 이러한 가스들 및 입자상 물질은 프로세싱 펌프들과 같은 반도체 프로세싱 장비에 유해한 동시에 인간 건강 및 환경 둘 모두에도 유해하다.
[0003]
따라서, 개선된 저감 방법들 및 장치들이 당해 기술분야에서 필요하다.
[0004]
본원에서 개시되는 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 저감 프로세스들 및 장치들에 관한 것이다. 플라즈마 저감 프로세스는 주입 챔버와 같은 프로세싱 챔버로부터 포어라인 배출물을 취하여, 배출물을 시약과 반응시킨다. 배출물은 발화성 부산물을 포함한다. 포어라인 경로 내에 배치된 플라즈마 발생기는 배출물과 시약 간의 반응을 가능하게 하기 위해 배출물과 시약을 이온화시킬 수 있다. 이온화된 종들은 반응하여 화합물들을 형성하며, 그 화합물들은 배기 스트림 경로 내의 조건들에서 가스상으로 유지된다. 다른 실시예에서, 이온화된 종들은 반응하여 화합물들을 형성할 수 있으며, 그 화합물들은 가스상으로부터 응축된다. 이어서, 응축된 입자상 물질은 트랩(trap)에 의해 배출물로부터 제거된다. 장치들은 주입 챔버, 플라즈마 발생기, 하나 또는 그 초과의 펌프들, 및 스크러버를 포함할 수 있다.
[0005]
일 실시예에서, 방법은, 배출물이 발화성 재료를 포함하는 경우, 프로세싱 챔버로부터의 배출물을 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계를 포함한다. 방법은, 시약을 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계 및 발화성 재료 및 시약 중 하나 또는 그 초과를 이온화시키는 단계를 더 포함한다. 이온화 후에, 발화성 재료가 시약과 반응하여 가스상 배출물 재료가 발생된다. 가스상 배출물 재료가 저감된다.
[0006]
다른 실시예에서, 프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법은, 배출물이 발화성 재료를 포함하는 경우, 프로세싱 챔버로부터의 배출물을 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계를 포함한다. 방법은, 시약을 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계 및 발화성 재료 및 시약 중 하나 또는 그 초과를 이온화시키는 단계를 더 포함한다. 이온화 후에, 발화성 재료가 시약과 반응하여, 응축된 입자상 물질(condensed particulate matter)이 발생된다. 이어서, 응축된 입자상 물질은 트랩핑된다.
[0007]
또 다른 실시예에서, 프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키기 위한 장치는 이온 주입 챔버를 포함한다. 포어라인은 이온 주입 챔버로부터 배출물을 배기시키기 위해 이온 주입 챔버에 커플링된다. 장치는 또한, 포어라인 내에서 이온화된 가스들을 발생시키기 위한 플라즈마 발생기를 포함한다. 진공 소스는 플라즈마 발생기의 다운스트림에서 포어라인에 커플링된다. 스크러버는 진공 소스에 유동적으로(fluidly) 커플링된다.
[0008]
본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0010] 도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 플라즈마 발생기의 단면 사시도이다.
[0011] 도 2b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 2a의 플라즈마 발생기의 단면도이다.
[0012] 도 2c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 2a의 플라즈마 발생기의 금속 실드의 확대도이다.
[0013] 도 3은 프로세싱 챔버에서 나가는 배출물을 저감시키는 방법의 일 실시예를 예시하는 흐름도이다.
[0014] 도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0015] 도 5는 프로세싱 챔버에서 나가는 배출물을 저감시키는 방법의 다른 실시예를 예시하는 흐름도이다.
[0016] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 부가적으로, 일 실시예의 엘리먼트들은, 본원에서 설명되는 다른 실시예들에서의 활용을 위해 유리하게 적응될 수 있다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0010] 도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 플라즈마 발생기의 단면 사시도이다.
[0011] 도 2b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 2a의 플라즈마 발생기의 단면도이다.
[0012] 도 2c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 도 2a의 플라즈마 발생기의 금속 실드의 확대도이다.
[0013] 도 3은 프로세싱 챔버에서 나가는 배출물을 저감시키는 방법의 일 실시예를 예시하는 흐름도이다.
[0014] 도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
[0015] 도 5는 프로세싱 챔버에서 나가는 배출물을 저감시키는 방법의 다른 실시예를 예시하는 흐름도이다.
[0016] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 부가적으로, 일 실시예의 엘리먼트들은, 본원에서 설명되는 다른 실시예들에서의 활용을 위해 유리하게 적응될 수 있다.
[0017]
본원에서 개시되는 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 저감 프로세스들 및 장치들에 관한 것이다. 플라즈마 저감 프로세스는 주입 챔버와 같은 프로세싱 챔버로부터 포어라인 배출물을 취하고, 배출물이 발화성 부산물을 포함하는 경우, 배출물을 시약과 반응시킨다. 포어라인 경로 내에 배치된 플라즈마 발생기는 배출물과 시약 간의 반응을 가능하게 하기 위해 배출물과 시약을 이온화시킬 수 있다. 이온화된 종들은 반응하여 화합물들을 형성하며, 그 화합물들은 배기 스트림 경로 내의 조건들에서 가스상으로 유지된다. 다른 실시예에서, 이온화된 종들은 반응하여 화합물들을 형성할 수 있으며, 그 화합물들은 가스상으로부터 응축된다. 이어서, 응축된 입자상 물질은 트랩에 의해 배출물로부터 제거된다. 장치들은 주입 챔버, 플라즈마 발생기, 하나 또는 그 초과의 펌프들, 및 스크러버를 포함할 수 있다.
[0018]
도 1은 본원에서 개시되는 실시예들에 따른, 프로세싱 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 프로세싱 시스템(100)은 저감 시스템(111)을 통해 스크러버(119)에 커플링된 프로세싱 챔버(101)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 포어라인(102)은 프로세싱 챔버(101)를 저감 시스템(111)과 커플링한다. 펌프(121), 이를테면, TMP(turbo molecular pump)는, 프로세싱 챔버(101)로부터 포어라인(102) 내로의 프로세스 가스들의 진공배기를 가능하게 하기 위해 프로세싱 챔버(101)에 유동적으로 커플링될 수 있다. 프로세싱 챔버(101)는 예컨대, 리본 주입기, 플라즈마 이머전 이온 주입기 등과 같은 이온 주입 챔버일 수 있다. 예시적인 이온 주입 챔버들은 캘리포니아, 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다.
[0019]
포어라인(102)은 프로세싱 챔버(101)를 떠나는 배출물을 저감 시스템(111)으로 라우팅하는 도관으로서의 역할을 한다. 활용될 수 있는 저감 시스템(111)의 일 예는, 다른 적절한 시스템들 중에서도, 캘리포니아, 산타 클라라에 소재한 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 ZFP2™ 저감 시스템이다. 도시된 바와 같이, 저감 시스템(111)은 플라즈마 발생기(104), 시약 전달 시스템(106), 포어라인 가스 분사 키트(foreline gas injection kit)(108), 제어기(118), 및 진공 소스(120)를 포함한다. 포어라인(102)은 프로세싱 챔버(101)를 떠나는 배출물을 플라즈마 발생기(104)에 제공한다.
[0020]
플라즈마 발생기(104)는 포어라인(102)에 커플링된, 내부에 플라즈마를 발생시키기에 적절한 임의의 플라즈마 발생기일 수 있다. 예컨대, 플라즈마 발생기(104)는 원격 플라즈마 발생기, 인-라인 플라즈마 발생기, 또는 포어라인(102) 내로 반응 종들을 유입시키기 위해 포어라인(102) 내에 또는 포어라인(102) 근처에 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 적절한 플라즈마 발생기일 수 있다. 플라즈마 발생기(104)는 예컨대, 유도성으로 커플링된 플라즈마 발생기, 용량성으로 커플링된 플라즈마 발생기, 직류(direct current) 플라즈마 발생기, 또는 마이크로파 플라즈마 발생기일 수 있다. 플라즈마 발생기(104)는 추가로, 자기적으로 강화된 플라즈마 발생기일 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 발생기(104)는 도 2a-2c를 참조하여 설명된 바와 같은 플라즈마 발생기이다.
[0021]
포어라인 가스 분사 키트(108)는 포어라인(102)을 통한 가스들의 이동을 가능하게 하기 위해 플라즈마 발생기(104)의 업스트림 또는 다운스트림에서(도 1에서는 다운스트림에 도시됨) 포어라인(102)에 커플링될 수 있다. 포어라인 가스 분사 키트(108)는 포어라인(102) 내의 압력을 제어하기 위해 질소(N2), 아르곤(Ar), 또는 깨끗한 건조한 공기와 같은 포어라인 가스를 포어라인(102) 내로 제어가능하게 제공할 수 있다. 포어라인 가스 분사 키트(108)는, 포어라인 가스 소스(109), 이어서 압력 조절기(110), 추가로 이어서 제어 밸브(112), 및 심지어 추가로 이어서 유동 제어 디바이스(114)를 포함할 수 있다. 압력 조절기(110)는 가스 전달 압력 설정점을 설정한다. 제어 밸브(112)는 가스 유동을 턴 온 및 턴 오프한다. 제어 밸브(112)는 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 공압 밸브(pneumatic valve) 등과 같은 임의의 적절한 제어 밸브일 수 있다. 유동 제어 디바이스(114)는 압력 조절기(110)의 설정점에 의해 특정된 가스의 유량을 제공한다. 유동 제어 디바이스(114)는 고정식 오리피스, 질량 유동 제어기, 니들 밸브 등과 같은 임의의 적절한 능동 또는 수동 유동 제어 디바이스일 수 있다.
[0022]
일부 실시예들에서, 포어라인 가스 분사 키트(108)는 압력 게이지(116)를 더 포함할 수 있다. 압력 게이지(116)는 압력 조절기(110)와 유동 제어 디바이스(114) 간에 배치될 수 있다. 압력 게이지(116)는 유동 제어 디바이스(114)의 업스트림에서 포어라인 가스 분사 키트(108)의 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다. 압력 게이지(116)에서 측정된 압력은, 압력 조절기(110)를 제어함으로써 유동 제어 디바이스(114)의 업스트림의 압력을 설정하기 위해 제어기(118)와 같은 제어 디바이스에 의해 활용될 수 있다.
[0023]
시약 전달 시스템(106)이 또한 포어라인(102)과 커플링될 수 있다. 시약 전달 시스템(106)은 하나 또는 그 초과의 시약들을 플라즈마 발생기(104)의 업스트림에서 포어라인(102)에 전달한다. 대안적인 실시예에서, 시약 전달 시스템(106)은 시약들을 플라즈마 발생기(104) 내로 직접적으로 전달하기 위해 플라즈마 발생기(104)에 직접적으로 커플링될 수 있다. 시약 전달 시스템(106)은 하나 또는 그 초과의 밸브들을 통해 포어라인(102)(또는 플라즈마 발생기(104))에 커플링된 하나 또는 그 초과의 시약 소스들(105)(하나의 시약 소스가 도시됨)을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 밸브 방식은, 시약 소스(105)로부터 포어라인(102) 내로의 하나 또는 그 초과의 시약들의 유동을 제어하기 위한 온/오프 스위치로서 기능하는 양방향 제어 밸브(two-way control valve)(103), 및 포어라인(102) 내로의 하나 또는 그 초과의 시약들의 유량들을 제어하는 유동 제어 디바이스(107)를 포함할 수 있다. 유동 제어 디바이스(107)는 포어라인(102)과 제어 밸브(103) 간에 배치될 수 있다. 제어 밸브(103)는 솔레노이드 밸브, 공압 밸브 등과 같은 임의의 적절한 제어 밸브일 수 있다. 유동 제어 디바이스(107)는 고정식 오리피스, 질량 유동 제어기, 니들 밸브 등과 같은 임의의 적절한 능동 또는 수동 유동 제어 디바이스일 수 있다.
[0024]
포어라인 가스 분사 키트(108)는, 가스의 사용량이 최소화되도록, 시약 전달 시스템(106)으로부터의 시약이 유동될 때만 가스를 전달하도록 제어기(118)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 시약 전달 시스템(106)의 제어 밸브(103)와 포어라인 가스 분사 키트(108)의 제어 밸브(112) 간에 점선으로 예시된 바와 같이, 제어 밸브(112)는 제어 밸브(103)가 턴 온(또는 턴 오프)되는 것에 대한 응답으로 턴 온(또는 턴 오프)될 수 있다. 이러한 실시예에서, 포어라인 가스 분사 키트(108)와 시약 전달 시스템(106)으로부터의 가스들의 유동이 링크될 수 있다. 부가적으로, 제어기(118)는 프로세싱 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들에 커플링되어 그들의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기는, 본원에서 개시된 교시들에 따라, 포어라인 가스 분사 키트(108), 시약 전달 시스템(106), 스크러버(119), 및/또는 플라즈마 발생기(104)를 모니터링하고 그리고/또는 제어할 수 있다.
[0025]
포어라인(102)은 진공 소스(120) 또는 다른 적절한 펌핑 장치에 커플링될 수 있다. 진공 소스(120)는 프로세싱 챔버(101)로부터 적합한 다운스트림의 배출물 핸들링 장비, 이를테면, 스크러버(119), 소각로(도시되지 않음) 등으로의 배출물의 펌핑을 가능하게 한다. 일 예에서, 스크러버(119)는 알칼리성 드라이 스크러버(alkaline dry scrubber) 또는 워터 스크러버(water scrubber)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 진공 소스(120)는 백킹 펌프(backing pump) 또는 러핑 펌프(roughing pump), 이를테면, 드라이 기계적 펌프 등일 수 있다. 진공 소스(120)는, 예컨대, 포어라인(102)에서의 압력의 제어를 가능하게 하기 위해, 원하는 레벨로 설정될 수 있는 가변 펌핑 용량을 가질 수 있다.
[0026]
프로세싱 시스템(100)의 동작 동안, 바람직하지 않은 재료를 포함하는 배출물이 프로세싱 챔버(101)에서 포어라인(102) 내로 나간다. 프로세싱 챔버(101)로부터 포어라인(102) 내로 배기된 배출물은 대기로의 방출에 대해 바람직하지 않은 재료를 포함할 수 있거나, 또는 다운스트림의 장비, 이를테면, 진공 펌프들을 손상시킬 수 있다. 예컨대, 배출물은 이온 주입 프로세스로부터의 부산물들인 발화성 재료들을 포함할 수 있다. 본원에서 개시된 방법들을 사용하여 저감될 수 있는 배출물에 존재하는 재료들의 예들은 P, B, As, PH3, BH3, AsH3, 및 이들의 유도체들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
[0027]
종래의 저감 시스템들에서, 배출물 가스가 저감 시스템을 지나 이동함에 따라, 배출물 가스의 압력은 대기압에 도달하거나 또는 접근한다. 배출물 가스가 대기압에 도달함에 따라, 일부 발화성 화합물들은 저감 시스템의 내부 컴포넌트들 상에 응축된다. 예컨대, 인(phosphorus)은, 대기압에서 대략 280℃의 온도에서, 배출물로부터 저감 시스템의 내부 컴포넌트들 상에 응축된다. 응축물이 축적될 때, 저감 시스템의 효율적인 동작을 가능하게 하기 위해서는 응축물이 제거되어야 한다. 응축물의 제거는 발화성 응축물을 공기에 노출시키는 것을 수반할 수 있는데, 이는 위험한 상황을 초래할 수 있다.
[0028]
프로세싱 시스템(100)은 발화성 응축물의 형성을 감소시키거나 방지함으로써, 저감 시스템(111)으로부터의 응축물의 제거에 대한 필요성을 없앤다. 특히, 저감 시스템(111)은 발화성 부산물들을 시약과 반응시켜 가스상 배출물 재료들을 생성하며, 가스상 배출물 재료들은, 배출물 재료들이 저감 시스템(111)을 지나 이동할 때 가스상으로 유지된다. 일 예에서, 발화성 부산물들로부터 유도된 가스상 배출물 재료들은 대략 760 torr의 압력과 대략 200℃의 온도에서 가스상으로 유지된다. 따라서, 가스상 배출물 재료들은 저감 시스템(111)의 내부 표면들 상에 응축되지 않으면서 스크러버(219)로 배기될 수 있다. 가스상 배출물 재료들로의 발화성 부산물들의 반응은, 시약 가스에 대한 발화성 부산물들의 노출, 및 발화성 부산물과 시약 가스 중 하나 또는 그 초과를 이온화시키는 것에 의해 가능해진다.
[0029]
프로세싱 시스템(100)에서, 프로세싱 챔버(101)로부터의 발화성 부산물을 포함하는 배출물 및 시약 전달 시스템(106)으로부터의 시약은 플라즈마 발생기(104)로 전달된다. 플라즈마 발생기(104) 내에서 시약 및/또는 배출물로부터 플라즈마가 발생되며, 이에 의해, 시약 및/또는 배출물이 활성화된다. 일부 실시예들에서, 시약과 배출물 중 적어도 일부는 적어도 부분적으로 분리된다. 시약의 아이덴티티(identity), 시약의 유량, 포어라인 가스 분사 파라미터들, 및 플라즈마 발생 조건들은, 배출물에 혼입된(entrained) 재료의 조성에 기반하여 결정될 수 있으며, 제어기(118)에 의해 제어될 수 있다. 플라즈마 발생기(104)가 유도성으로 커플링된 플라즈마 발생기인 실시예에서, 분리는 수 kW의 전력을 요구할 수 있다. 시약과 배출물의 발화성 부산물의 분리는, 저감 시스템(111) 내에서 발견되는 조건들 하에서 가스상으로 유지되는 생성물들의 형성을 가능하게 한다. 이어서, 가스상 배출물 재료들은 저감 시스템(111) 내에서 응축되지 않으면서 스크러버(119)로 배기될 수 있다.
[0030]
도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 플라즈마 발생기(104)의 단면 사시도이다. 플라즈마 발생기(104)는, 외측 벽(226), 내측 벽(227), 제1 플레이트(228), 및 제2 플레이트(229)를 갖는 바디(225)를 포함한다. 제1 플레이트(228) 및 제2 플레이트(229)는 링-형상인 한편, 외측 및 내측 벽들(226, 227)은 원통형이다. 내측 벽(227)은 RF 소스(도시되지 않음)에 커플링될 수 있는 중공 전극일 수 있다. 외측 벽(226)은 접지될 수 있다. 제1 플레이트(228)와 제2 플레이트(229)는 동심으로 정렬될 수 있다. 제1 플레이트(228)는 외측 에지(230) 및 내측 에지(231)를 포함한다. 제2 플레이트(229)는 외측 에지(232) 및 내측 에지(233)를 포함한다. 외측 벽(226)은 제1 단부(234) 및 제2 단부(235)를 포함한다. 내측 벽(227)은 제1 단부(236) 및 제2 단부(237)를 포함한다.
[0031]
제1 절연 링(238)이 내측 벽(227)의 제1 단부(236) 근처에 배치되고, 제2 절연 링(239)이 내측 벽(227)의 제2 단부(237) 근처에 배치된다. 절연 링들(238, 239)은 절연 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 제1 플레이트(228)의 외측 에지(230)는 외측 벽(226)의 제1 단부(234) 근처에 배치될 수 있다. 제2 플레이트(229)의 외측 에지(232)는 외측 벽(226)의 제2 단부(235) 근처에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 외측 벽(226)의 단부들(234, 235)은 외측 에지들(230, 232)과 각각 접촉한다. 제1 플레이트(228)의 내측 에지(231)는 제1 절연 링(238) 근처에 있을 수 있고, 제2 플레이트(229)의 내측 에지(223)는 제2 절연 링(239) 근처에 있을 수 있다. 플라즈마 구역(240)은 외측 벽(226)과 내측 벽(227) 간에 그리고 제1 플레이트(228)와 제2 플레이트(229) 간에 정의된다. 용량성으로 커플링된 플라즈마가 플라즈마 구역(240)에 형성될 수 있다.
[0032]
동작 동안 내측 벽(227)을 냉각상태로(cool) 유지하기 위해, 냉각 재킷(241)이 내측 벽(227)에 커플링될 수 있다. 내측 벽(227)은 외측 벽(226)을 면하는 제1 표면(242) 및 제1 표면 반대편의 제2 표면(243)을 가질 수 있다. 냉각 재킷(241)은 내부에 형성된 냉각 채널(244)을 가질 수 있고, 냉각 채널(244)은 물과 같은 냉각제를 냉각 재킷(241) 내로 그리고 냉각 재킷(241) 밖으로 유동시키기 위한 냉각제 입구(245) 및 냉각제 출구(246)에 커플링된다.
[0033]
제1 복수의 자석들(247)이 제1 플레이트(228) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 제1 복수의 자석들(247)은 자석들의 어레이를 갖는 마그네트론일 수 있고, 환형 형상을 가질 수 있다. 제2 복수의 자석들(248)이 제2 플레이트(229) 상에 배치된다. 제2 복수의 자석들(248)은 자석들의 어레이를 갖는 마그네트론일 수 있다. 제2 복수의 자석들(248)은 제1 복수의 자석들(247)과 동일한 형상을 가질 수 있다. 자석들(247, 248)은 플라즈마 구역(240)을 향하며, 정반대 극성들을 가질 수 있다. 자석들(247, 248)은 네오디뮴 세라믹 자석들과 같은 희토류 자석들일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 가스 분사 포트들(251, 253)은 가스를 플라즈마 발생기(104)에 유입시키기 위해 플라즈마 발생기(104) 내에 형성될 수 있다.
[0034]
도 2b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 플라즈마 발생기(104)의 단면도이다. 동작 동안, 내측 벽(227)은 RF(radio frequency) 전력원에 의해 전력을 공급받고, 외측 벽(226)은 접지되어, 인가되는 전력의 타입, RF 또는 직류 전류(DC), 또는 이 중간의 일부 주파수에 따라, 플라즈마 구역(240)에서 진동하는 또는 일정한 전기장 "E"를 형성한다. 양극성 DC 및 양극성 펄싱 DC 전력이 또한 내측 및 외측 벽들에 사용되어, 2개의 반대 전기 극들을 형성할 수 있다. 자석들(247, 248)은 전기장 "E"에 실질적으로 수직하는 대체로 균일한 자기장 "B"를 생성한다. 이 구성에서, 결과적인 힘은, 일반적으로 전기장 "E"를 따를 전류가 제2 단부(272)를 향해(도면 밖으로) 굴곡되게 하며, 이 힘은 플라즈마 전자 손실들을 접지된 벽으로 제한함으로써 플라즈마 밀도를 상당히 상승시킨다. RF 전력이 인가되는 경우, 이는 접지된 벽으로부터 상당히 멀리 지향되는 환형 진동 전류를 유발할 것이다. DC 전력이 인가되는 경우, 이는 접지된 벽으로부터 상당히 멀리 지향되는 환형 정전류를 유발할 것이다.
[0035]
인가된 전기장으로부터의 이러한 전류 발산 효과는 "홀 효과(Hall effect)"로 알려져 있다. 플라즈마 구역(240)에서 형성된 플라즈마는 제1 단부(270)의 가스 분사 포트(253)로부터 제2 단부(272)의 가스 분사 포트(251)로 유입되는 배출물의 부산물들의 적어도 일부를 분리시킨다. 시약이 또한 플라즈마 구역(240) 내로 분사되어, 분리된 배출물과 반응하여, 가스상 배출물 재료들을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 가스상 배출물 재료들은 배출물 시스템 내의 공통적인 온도들 및 압력들에서 가스상으로 유지된다.
[0036]
제1 금속 실드(250)는 제1 플레이트(228) 근처에서 플라즈마 구역(240) 내측에 배치될 수 있다. 제2 금속 실드(252)는 제2 플레이트(229) 근처에서 플라즈마 구역(240) 내측에 배치될 수 있다. 제3 금속 실드(259)는 외측 벽(226) 근처에서 플라즈마 구역에 배치될 수 있다. 실드들(250, 252, 259)은 플라즈마 발생기(104)의 유지보수를 가능하게 하기 위해 제거가능하고, 교체가능하고, 그리고/또는 재사용가능할 수 있다. 제1 금속 실드(250) 및 제2 금속 실드(252)는 유사한 구성을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 실드(250) 및 제2 금속 실드(252) 둘 모두는 환형 형상을 갖는다. 제1 금속 실드(250) 및 제2 금속 실드(252) 각각은 서로 절연되는 금속 플레이트들(254a-254e)의 스택을 포함한다.
[0037]
도 2c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 제1 금속 실드(250)의 확대도이다. 각각의 플레이트(254a-254e)는 환형이고, 내측 에지(256) 및 외측 에지(258)를 포함한다. 금속 플레이트들(254a-254e)은, 화학적 저항, 방사열 전달, 및 응력 감소를 개선하기 위해 양극산화처리를 통해 실드 표면 방사율(shield surface emissivity)을 변화시키도록 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 플레이트들(254a-254e)은 흑색 알루미늄 산화물(black color aluminum oxide)로 코팅된다. 금속 플레이트(254a)의 내측 부분(264)은 아킹 방지(arcing prevention) 및 치수 안정성(dimensional stability)을 위해 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 금속 플레이트들(254a-254e)의 내측 에지(256)는 절연 와셔(insulating washer)(260)에 의해 서로 분리되므로, 금속 플레이트들(254a-254e)은 서로 전기적으로 절연된다. 절연 와셔(260)는 또한, 금속 플레이트(254e)를 제1 플레이트(228)로부터 분리시킨다. 금속 플레이트들(254a-254e)의 스택은 하나 또는 그 초과의 세라믹 로드(rod)들 또는 스페이서들(도시되지 않음)에 의해 제 포지션에 고정될 수 있다.
[0038]
일 실시예에서, 플레이트(254a)의 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리(D1)는 플레이트(254b)의 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리(D2)보다 더 작다. 거리(D2)는 플레이트(254c)의 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리(D3)보다 더 작다. 거리(D3)는 플레이트(254d)의 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리(D4)보다 더 작다. 거리(D4)는 플레이트(254e)의 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리(D5)보다 더 작다. 다시 말해, 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리는 플레이트의 위치와 관련되는데, 예컨대, 플레이트가 플라즈마 구역(284)으로부터 더 멀리 배치될수록, 내측 에지(256)와 외측 에지(258) 간의 거리는 더 크다.
[0039]
금속 플레이트들(254a-254e) 간의 공간들은 암흑부(dark space)들일 수 있으며, 이는 플레이트들 상에 증착된 재료들로 브리지되어, 플레이트들이 서로 단락되게 할 수 있다. 이것이 발생하는 것을 방지하기 위해, 일 실시예에서, 각각의 금속 플레이트(254a-254e)가 스텝(262)을 포함하므로, 각각의 금속 플레이트(254a-254e)의 외측 에지(258)는 근처의 플레이트로부터 이격된다. 스텝(262)은 외측 에지(258)가 내측 에지(256)와 비-선형이 되게 한다. 각각의 스텝(262)은, 내측 부분(264) 상의 재료 증착을 감소시키기 위해, 근처의 금속 플레이트들 간에 형성된 내측 부분(264)을 차폐한다.
[0040]
외측 벽(226), 내측 벽(227), 및 실드들(250, 252, 259)은 모두 금속으로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 금속은 316 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강일 수 있다. 절연 링들(238, 239)은 석영으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 금속은 알루미늄일 수 있고, 절연 링들(238, 239)은 알루미나로 제조될 수 있다. 내측 벽(227)은 양극산화처리된 알루미늄 또는 스프레이-코팅된 알루미늄으로 제조될 수 있다.
[0041]
도 3은 프로세싱 챔버에서 나가는 배출물을 저감시키는 방법(365)의 일 실시예를 예시하는 흐름도이다. 방법(365)은 동작(366)에서 시작된다. 동작(366)에서, 발화성 부산물을 포함하는 배출물은 프로세싱 챔버(101)와 같은 프로세싱 챔버로부터 플라즈마 발생기(104)와 같은 플라즈마 발생기 내로 배기된다. 펌프(121)와 같은 펌프는 프로세싱 챔버로부터의 배출물의 제거를 가능하게 한다. 동작(367) 동안, 시약이 플라즈마 발생기로 유입된다. 선택적으로, 시약은 플라즈마 발생기 내로의 유입 전에 배출물과 혼합될 수 있다.
[0042]
동작(368) 동안, 플라즈마 발생기 내에서 시약과 배출물로부터 플라즈마가 발생된다. 플라즈마의 발생은 배출물 및 시약 중 하나 또는 둘 모두를 이온화시킨다. 배출물과 시약의 이온화는 이온화된 종들 간의 반응들을 촉진한다. 이온화된 시약 및/또는 이온화된 배출물이 플라즈마 발생기에서 나감에 따라, 이온화된 종들은 서로 반응하여 가스상 배출물 재료들을 형성한다. 가스상 배출물 재료들은, 프로세싱 동안 저감 시스템 내에서 발견되는 조건들에서 가스상으로 유지되는 비-발화성 재료들이다. 이어서, 가스상 배출물 재료는 추가의 처리, 이를테면, 스크러빙을 위해 저감 시스템에서 나갈 수 있다.
[0043]
대표적인 저감 프로세스에서, P, B, As, PH3, BF3, AsH3, 및 이들의 유도체들 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 배출물은 프로세싱 챔버로부터 배기된다. 배출물은 TMP를 통해 포어라인 내로 유동한다. 아르곤의 캐리어 가스 중의 NF3와 같은 시약은 시약 전달 시스템으로부터 포어라인으로 공급된다. 시약 및 배출물은 포어라인을 통해 플라즈마 발생기로 유동하고, 여기서 플라즈마 발생기는 배출물 및 시약을 이온화된 종들로 분리시킨다. NF3는, 배출물의 발화성 부산물들과 반응하는 불소 이온들을 발생시키기 위해, 200 mm 기판에 대해 대략 10 sccm 내지 대략 20 sccm의 유량으로 제공될 수 있다. 아르곤은 플라즈마 발생을 가능하게 하기에 충분한 유량으로 제공될 수 있다. 이온화된 종들이 플라즈마 발생기에서 나감에 따라, 이온화된 종들은, 가스상 배출물 재료, 예컨대 저감 시스템 내의 온도/압력 조건들에서 가스상으로 유지되는 배출물 생성물들로 조합된다. 일 예에서, 가스상 배출물 재료들은 PF3, PF5, BF3, AsF3, F2, HF, 및 N2 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 가스상 배출물 재료들은 추가로, 저감 시스템 내에서 응축 없이 진공 소스, 이를테면, 러핑 펌프를 통해 그리고 이어서 스크러버로 배기될 수 있다.
[0044]
도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 프로세싱 시스템(400)의 개략도를 도시한다. 프로세싱 시스템(400)은 프로세싱 시스템(100)과 유사하다. 그러나, 프로세싱 시스템(400)은 트랩(469)을 포함하는 저감 시스템(411)을 포함한다. 트랩(469)은 플라즈마 발생기(104)와 진공 소스(120) 간의 라인에 포지셔닝된다. 트랩(469)은, 입자상 물질을 배출물 스트림으로부터 제거하도록 적응된 메쉬 필터, 콘덴서 등일 수 있다. 따라서, 발화성 부산물들을, 저감 내내 가스상으로 유지되는 화합물들로 반응시키는 프로세싱 시스템(100)과 대조적으로, 프로세싱 시스템(400)은 발화성 부산물들을 반응시켜, 가스상으로부터 침전 또는 응축되어 트랩(469)에서 트랩핑되는 배출물 재료를 발생시킨다. 생성물들이 트랩(469)에서 트랩핑되기 때문에, 생성물들은 프로세싱 시스템(400)의 원하지 않는 위치들에서 응축되지 않는다. 일 예에서, 시약 소스(105)는 수증기 발생기일 수 있다.
[0045]
도 5는 프로세싱 챔버에서 나가는 배출물을 저감시키는 방법(575)의 일 실시예를 예시하는 흐름도이다. 방법(575)은 동작(576)에서 시작된다. 동작(576)에서, 발화성 부산물을 포함하는 배출물은 프로세싱 챔버(101)와 같은 프로세싱 챔버로부터 플라즈마 발생기(104)와 같은 플라즈마 발생기 내로 배기된다. TMP와 같은 펌프(121)는 프로세싱 챔버로부터의 배출물의 제거를 가능하게 한다. 동작(577) 동안, 시약이 플라즈마 발생기로 유입된다. 선택적으로, 시약은 플라즈마 발생기 내로의 유입 전에 배출물과 혼합될 수 있다. 일 예에서, 시약은 산화제이다.
[0046]
동작(578) 동안, 플라즈마 발생기 내에서 시약 및 배출물 중 하나 또는 그 초과로부터 플라즈마가 발생된다. 플라즈마의 발생은 배출물 및 시약 중 하나 또는 둘 모두의 이온화를 가능하게 한다. 배출물 및 시약의 이온화는 이온화된 종들 간의, 예컨대 시약과 배출물 내의 발화성 부산물들 간의 반응들을 촉진한다. 이온화된 시약 및/또는 이온화된 배출물이 플라즈마 발생기에서 나감에 따라, 이온화된 종들은 서로 반응하여 응축된 입자상 물질을 형성한다. 응축된 입자상 물질은 저감 시스템 내에서 발견되는 조건들에서 고체상(solid phase)인 비-발화성 재료이다. 동작(579)에서, 응축된 입자상 물질은 예컨대, 트랩(469)에서 트랩핑된다. 응축된 입자상 물질의 포집(entrapment)은 저감 시스템으로부터의 응축된 입자상 물질의 수집 및 제거를 가능하게 한다. 동작(578)에서의 발화성 부산물과 시약 간의 반응 때문에, 그로 인한 응축된 입자상 물질은 발화성이 아니며, 그에 따라, 트랩의 세정은 트랩핑된 발화성 부산물들을 세정하는 것보다 더 안전하다. 동작(579)에서, 응축된 입자상 물질을 트랩핑한 후에, 이어서, 나머지 배출물 가스는 스크러빙과 같은 추가의 처리를 위해 저감 시스템에서 나간다.
[0047]
대표적인 저감 프로세스에서, P, B, As, PH3, BF3, AsH3, 및 이들의 유도체들 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 배출물은 프로세싱 챔버로부터 배기된다. 배출물은 TMP를 통해 포어라인 내로 유동한다. 아르곤의 캐리어 가스 중의 O2와 같은 시약은 시약 전달 시스템으로부터 포어라인으로 공급된다. 시약 및 배출물은 포어라인을 통해 플라즈마 발생기로 유동하고, 여기서 플라즈마 발생기는 배출물 및 시약을 이온화된 종들로 분리시킨다. O2는, 배출물의 발화성 부산물들과 반응하는 산소 이온들을 발생시키기 위해, 200 mm 기판에 대해 대략 10 sccm 내지 대략 30 sccm의 유량으로 제공될 수 있다. 아르곤은 플라즈마 발생을 가능하게 하기에 충분한 유량으로 제공될 수 있다. 이온화된 종들이 플라즈마 발생기에서 나감에 따라, 이온화된 종들은 반응하여, 예컨대, 연소되어, 응축된 입자상 물질을 형성한다. 일 예에서, 응축된 입자상 물질은 그 중에서도 특히, P2O3, P2O5, B2O3, 및 As2O5 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 이어서, 응축된 입자상 물질을 배출물 가스로부터 제거하기 위해, 응축된 입자상 물질이 트랩핑된다. 이어서, 배출물 가스는 진공 소스, 이를테면 러핑 펌프를 통해 그리고 이어서 스크러버로 배기될 수 있다.
[0048]
이전에 설명된 실시예들은 많은 장점들을 갖는다. 예컨대, 본원에서 개시된 기법들은 배출물 가스 내의 발화성 부산물들을, 더 안전하게 핸들링될 수 있는 더 양성의 케미컬(more benign chemical)들로 변환시킬 수 있다. 플라즈마 저감 프로세스는, 작업자들에 의한 배출물에 대한 급성 노출의 측면에서, 그리고 발화성 또는 독성 재료들의, 더 환경 친화적이고 안정적인 재료들로의 변환에 의해 인간 건강에 유리하다. 플라즈마 저감 프로세스는 또한, 배출물 스트림으로부터 입자들 및/또는 다른 부식성 재료들을 제거함으로써, 예컨대, 진공 펌프들과 같은 반도체 프로세싱 장비를 과도한 마모 및 조기 파손으로부터 보호한다. 더욱이, 진공 포어라인 상에서 저감 기법을 수행하는 것은, 작업자들과 장비에 추가적인 안정성을 부가한다. 저감 프로세스 동안 장비 누출이 발생하는 경우, 외부 환경에 비해 배출물의 낮은 압력은 배출물이 저감 장비로부터 이탈하는 것을 방지한다. 부가적으로, 본원에서 개시된 저감 시약들 중 많은 저감 시약들은 저비용이며 다목적이다. 모든 실시예들이 모든 장점들을 가질 필요는 없다.
[0049]
전술한 바가 개시된 디바이스들, 방법들 및 시스템들의 실시예들에 관한 것이지만, 개시된 디바이스들, 방법들 및 시스템들의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 개시된 디바이스들, 방법들 및 시스템들의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 개시된 디바이스들, 방법들 및 시스템들의 범위는 후술하는 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 방법으로서,
프로세싱 챔버로부터의 배출물(effluent)을 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계 ― 상기 배출물은 발화성 재료(pyrophoric material)를 포함함 ―;
시약을 상기 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계;
상기 발화성 재료 및 상기 시약 중 하나 또는 그 초과를 이온화시키는 단계;
상기 이온화 후에, 가스상 배출물 재료(gas phase effluent material)를 발생시키기 위해 상기 발화성 재료를 상기 시약과 반응시키는 단계; 및
상기 가스상 배출물 재료를 저감시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제1 항에 있어서,
상기 프로세싱 챔버는 이온 주입 챔버를 포함하는,
방법. - 제1 항에 있어서,
상기 발화성 재료는 P, B, As, PH3, BF3, 및 AsH3 중 하나 또는 그 초과를 포함하는,
방법. - 제1 항에 있어서,
상기 시약은 NF3를 포함하고, 그리고 상기 시약은 200 mm 기판에 대해 대략 10 sccm 내지 대략 20 sccm의 범위 내의 유량을 갖는,
방법. - 제1 항에 있어서,
상기 가스상 배출물 재료를 스크러버(scrubber)에 유입시키는 단계를 더 포함하고,
상기 반응은 상기 발화성 재료가 러핑 펌프(roughing pump)에 유입되기 전에 발생하는,
방법. - 프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법으로서,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계 ― 상기 배출물은 발화성 재료를 포함함 ―;
시약을 상기 플라즈마 발생기 내로 유동시키는 단계;
상기 발화성 재료 및 상기 시약 중 하나 또는 그 초과를 이온화시키는 단계;
상기 이온화 후에, 응축된 입자상 물질(condensed particulate matter)을 발생시키기 위해 상기 발화성 재료를 상기 시약과 반응시키는 단계; 및
상기 응축된 입자상 물질을 트랩핑(trapping)하는 단계를 포함하는,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 시약은 산화 소스(oxidizing source)인,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 시약은 산소 및 수증기 중 하나 또는 그 초과를 포함하는,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 시약은 산소이고, 그리고 상기 시약은 200 mm 기판에 대해 대략 10 sccm 내지 대략 30 sccm의 범위 내의 유량을 갖는,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 발화성 재료는 P, B, As, PH3, BF3, AsH3 중 하나 또는 그 초과를 포함하고, 그리고 상기 프로세싱 챔버는 이온 주입 챔버인,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 트랩핑은 상기 발화성 재료를 러핑 펌프에 유입시키기 전에 발생하는,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키는 방법. - 프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키기 위한 장치로서,
이온 주입 챔버;
상기 이온 주입 챔버로부터 배출물을 배기시키기 위해 상기 이온 주입 챔버에 커플링된 포어라인;
상기 포어라인 내에서 이온화된 가스들을 발생시키기 위한 플라즈마 발생기;
상기 플라즈마 발생기의 다운스트림에서 상기 포어라인에 커플링된 진공 소스; 및
상기 진공 소스에 유동적으로(fluidly) 커플링된 스크러버를 포함하는,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키기 위한 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 포어라인에 커플링된 시약 소스를 더 포함하고,
상기 시약 소스는 산화제 또는 NF3를 포함하는,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키기 위한 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기의 다운스트림에 그리고 상기 진공 소스의 업스트림에 포지셔닝된 트랩(trap)을 더 포함하고,
상기 플라즈마 발생기는 유도성으로 커플링된 플라즈마 발생기인,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키기 위한 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기의 업스트림에서 상기 포어라인에 커플링된 시약 소스를 더 포함하고,
상기 시약 소스는 수증기 발생기인,
프로세싱 챔버로부터의 배출물을 저감시키기 위한 장치.
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