KR20240055767A - 기판 프로세싱 시스템들 상에 공존하는 (co-locate) 컴팩트한 가스 분리기 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
가스 분리기 디바이스는 제 1 가스 및 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 수용하기 위한 제 1 유입구, 및 제 1 유출구를 포함하는 제 1 챔버를 포함한다. 제 1 펠티에 (Peltier) 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스는 제 1 챔버를 제 1 온도로 냉각하도록 제 1 챔버에 장착된다. 제 2 챔버는 제 1 챔버에 연결되고 그리고 제 2 유출구를 포함한다. 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스에 각각, 그리고 제 2 온도로 제 2 챔버를 냉각하도록 제 2 챔버에 장착된다. 펠티에 디바이스들은 제 1 챔버에서 가스 혼합물의 제 2 가스를 응결하고 (condense) 그리고 제 1 유출구를 통해 제 1 가스를 출력하도록 구성된다. 펠티에 디바이스들은 제 2 챔버에서 제 1 챔버로부터 수용된 응결된 제 2 가스를 제 2 가스로 변환하고 그리고 제 2 유출구를 통해 제 2 가스를 출력하도록 구성된다.
Description
본 개시는 일반적으로 기판 프로세싱 시스템들, 더 구체적으로 기판 프로세싱 시스템들 상에 공존하는 (co-locate) 컴팩트한 가스 분리기 디바이스들에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 출원인들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템은 통상적으로 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상에서 증착, 에칭, 및 다른 처리들을 수행하는 복수의 스테이션들 (또한 프로세싱 챔버들 또는 프로세스 모듈들 (process modules; PMs) 로 지칭됨) 을 포함한다. 기판 상에서 수행될 수도 있는 프로세스들의 예들은 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 프로세스, 화학적 강화된 플라즈마 기상 증착 (chemically enhanced plasma vapor deposition; CEPVD) 프로세스, 플라즈마 강화된 CVD (plasma enhanced CVD; PECVD) 프로세스, 스퍼터링 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 프로세스, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 및 PEALD (plasma enhanced ALD) 를 포함한다. 기판 상에서 수행될 수도 있는 프로세스들의 부가적인 예들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 에칭 (예를 들어, 화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭, 원자 층 에칭 (atomic layer etching; ALE), PEALE (plasma enhanced ALE), 등) 프로세스 및 세정 프로세스를 포함한다.
프로세싱 동안, 기판은 스테이션의 페데스탈과 같은 기판 지지부 상에 배치된다 (arrange). 증착 동안, 하나 이상의 전구체들을 포함하는 가스 혼합물들이 스테이션 내로 도입되고, 플라즈마는 화학 반응들을 활성화하도록 선택 가능하게 (optionally) 스트라이킹될 (strike) 수도 있다. 에칭 동안, 에칭 가스들을 포함하는 가스 혼합물들이 스테이션 내로 도입되고, 플라즈마는 화학 반응들을 활성화하도록 선택 가능하게 스트라이킹될 수도 있다. 컴퓨터-제어된 로봇은 통상적으로 기판들이 프로세싱되는 시퀀스로 일 스테이션으로부터 또 다른 스테이션으로 기판들을 이송한다.
ALD (Atomic Layer Deposition) 는 재료의 표면 (예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면) 상에 박막을 증착하기 위해 가스성 (gaseous) 화학 프로세스를 순차적으로 수행하는 박막 증착 방법이다. 대부분의 ALD 반응들은 재료의 표면과 순차적인 자기-제한 방식으로 한 번에 1 개의 전구체가 반응하는 전구체들 (반응 물질들) 이라고 하는 적어도 2 개의 화학 물질들을 사용한다. 별개의 전구체들에 대한 반복된 노출을 통해, 박막은 재료의 표면 상에 점진적으로 증착된다. 열적 ALD (Thermal ALD; T-ALD) 는 가열된 프로세싱 챔버에서 수행된다. 프로세싱 챔버는 진공 펌프 및 제어된 불활성 가스의 플로우를 사용하여 대기압 미만 (sub-atmospheric) 의 압력으로 유지된다. ALD 막으로 코팅될 기판은 프로세싱 챔버 내에 배치되고 (place) ALD 프로세스를 시작하기 전에 프로세싱 챔버의 온도와 평형을 이루게 된다. 원자 층 에칭은 시퀀스를 포함한다. 시퀀스는 자기-제한 화학적 개질 단계들과 에칭 단계들 사이에서 교번한다. 화학적 개질 단계들은 기판의 상단 원자 층들에만 영향을 준다. 에칭 단계들은 기판으로부터 화학적으로 개질된 영역들만을 제거한다. 이 시퀀스는 기판으로부터 개별 원자 층들의 제거를 허용한다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2021년 8월 23일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 63/236,014 호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
가스 분리기 디바이스는 제 1 챔버, 제 1 펠티에 (Peltier) 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스, 제 2 챔버, 및 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스를 포함한다. 제 1 챔버는 제 1 가스 및 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 수용하기 위한 제 1 유입구, 및 제 1 유출구를 포함한다. 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스는 제 1 챔버를 제 1 온도로 냉각하도록 제 1 챔버에 장착된다. 제 2 챔버는 제 1 챔버에 연결되고 그리고 제 2 유출구를 포함한다. 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스에 각각, 그리고 제 1 온도보다 더 높은 제 2 온도로 제 2 챔버를 냉각하도록 제 2 챔버에 장착된다. 제 1 펠티에 디바이스, 제 2 펠티에 디바이스, 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 1 챔버에서 가스 혼합물의 제 2 가스를 응결하고 (condense) 그리고 제 1 유출구를 통해 제 1 가스를 출력하도록 구성된다. 제 1 펠티에 디바이스, 제 2 펠티에 디바이스, 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 2 챔버에서 제 1 챔버로부터 수용된 응결된 제 2 가스를 제 2 가스로 변환하고 그리고 제 2 유출구를 통해 제 2 가스를 출력하도록 구성된다.
부가적인 특징들에서, 가스 분리기 디바이스는 제 1 온도로 제 1 챔버를 냉각하기 위해 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스에 제 1 전압을 공급하고 그리고 제 2 온도로 제 2 챔버를 냉각하기 위해 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스에 제 2 전압을 공급하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
부가적인 특징들에서, 가스 분리기 디바이스는 제 2 온도보다 더 높은 제 3 온도로 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스의 대향하는 측면들을 냉각하도록 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스에 부착된 냉각 어셈블리를 더 포함한다.
부가적인 특징들에서, 가스 분리기 디바이스는 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 선택적으로 연결하는 밸브 및 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 응결된 제 2 가스를 선택적으로 이송하기 위해 밸브를 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다.
부가적인 특징들에서, 가스 분리기 디바이스는 제 1 챔버에서 응결된 제 2 가스의 레벨을 센싱하기 위한 레벨 센서를 더 포함한다. 제어기는 레벨에 기초하여 밸브를 제어하도록 구성된다.
부가적인 특징들에서, 제 1 유출구는 질량 유량 제어기 (mass flow controller) 를 통해 기판 프로세싱 챔버로 제 1 가스를 공급하고, 그리고 제 2 유출구는 저감 (abatement) 디바이스로 제 2 가스를 공급한다.
부가적인 특징들에서, 가스 분리기 디바이스는 기판 프로세싱 툴 내에 위치된다.
부가적인 특징들에서, 가스 분리기 디바이스는 복수의 밸브들 및 밸브들을 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다. 제어기는 에러에 응답하여 가스 분리기 디바이스를 셧다운하고 (shut down), 제 1 유출구로부터 기판 프로세싱 챔버로의 제 1 가스의 플로우를 제어하고, 제 2 유출구로부터 저감 디바이스로의 제 1 가스의 플로우를 방향 전환하고 (divert), 가스 분리기 디바이스를 퍼지하고, 그리고 가스 분리기 디바이스로부터 가스 분리기 디바이스 업스트림 (upstream) 의 시스템들 내로의 가스들의 역류 (backflow) 를 방지하는 것 중 적어도 하나를 하기 위해 밸브들을 제어하도록 구성된다.
부가적인 특징들에서, 시스템은 복수의 가스 분리기 디바이스, 복수의 기판 프로세싱 챔버들, 및 저감 디바이스를 포함한다. 복수의 가스 분리기 디바이스의 제 1 가스 분리기 디바이스는 가스 혼합물을 수용하고, 기판 프로세싱 챔버들 중 제 1 챔버로 제 1 가스를 공급하고, 그리고 저감 디바이스로 제 2 가스를 공급한다. 복수의 가스 분리기 디바이스의 제 2 가스 분리기 디바이스는 가스 혼합물을 수용하고, 기판 프로세싱 챔버들 중 제 2 챔버로 제 1 가스를 공급하고, 그리고 저감 디바이스로 제 2 가스를 공급한다.
부가적인 특징들에서, 복수의 가스 분리기 디바이스의 제 3 가스 분리기 디바이스는 가스 혼합물을 수용하고, 그리고 제 1 가스 분리기 디바이스 고장 (failing) 에 응답하여, 기판 프로세싱 챔버들 중 제 1 챔버로 제 1 가스를 공급하고 그리고 저감 디바이스로 제 2 가스를 공급한다.
또 다른 특징들에서, 시스템은 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 제 3 가스 분리기 디바이스를 포함한다. 제 1 가스 분리기 디바이스는 제 1 가스 및 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 수용하고, 제 1 가스 및 제 2 가스를 분리하고, 제 1 기판 프로세싱 챔버로 제 1 가스를 공급하고, 그리고 저감 디바이스로 제 2 가스를 공급하도록 구성된다. 제 2 가스 분리기 디바이스는 가스 혼합물을 수용하고, 제 1 가스 및 제 2 가스를 분리하고, 제 2 기판 프로세싱 챔버로 제 1 가스를 공급하고, 그리고 저감 디바이스로 제 2 가스를 공급하도록 구성된다. 제 3 가스 분리기 디바이스는 가스 혼합물을 수용하고, 제 1 가스 및 제 2 가스를 분리하고, 그리고 제 1 가스 분리기 디바이스 고장에 응답하여, 제 1 기판 프로세싱 챔버로 제 1 가스를 공급하고 그리고 저감 디바이스로 제 2 가스를 공급하도록 구성된다. 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 제 3 가스 분리기 디바이스는 제 1 기판 프로세싱 챔버 및 제 2 기판 프로세싱 챔버를 포함하는 기판 프로세싱 툴 내에 위치된다.
부가적인 특징들에서, 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 제 1 챔버, 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스, 제 2 챔버, 및 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스를 포함한다. 제 1 챔버는 가스 혼합물을 수용하기 위한 제 1 유입구 및 기판 프로세싱 챔버들 중 각각의 챔버에 연결된 제 1 유출구를 포함한다. 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스는 제 1 챔버를 제 1 온도로 냉각하도록 제 1 챔버에 장착된다. 제 2 챔버는 제 1 챔버에 연결되고 그리고 저감 디바이스에 연결된 제 2 유출구를 포함한다. 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스에 각각, 그리고 제 1 온도보다 더 높은 제 2 온도로 제 2 챔버를 냉각하도록 제 2 챔버에 장착된다. 제 1 펠티에 디바이스, 제 2 펠티에 디바이스, 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 1 챔버에서 가스 혼합물의 제 2 가스를 응결하고 그리고 제 1 유출구를 통해 제 1 가스를 출력하도록 구성된다. 제 1 펠티에 디바이스, 제 2 펠티에 디바이스, 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스는 제 2 챔버에서 제 1 챔버로부터 수용된 응결된 제 2 가스를 제 2 가스로 변환하고 그리고 제 2 유출구를 통해 제 2 가스를 출력하도록 구성된다.
부가적인 특징들에서, 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 제 1 온도로 제 1 챔버를 냉각하기 위해 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스에 제 1 전압을 공급하고 그리고 제 2 온도로 제 2 챔버를 냉각하기 위해 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스에 제 2 전압을 공급하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
부가적인 특징들에서, 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 제 2 온도보다 더 높은 제 3 온도로 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스의 대향하는 측면들을 냉각하도록 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스에 부착된 냉각 어셈블리를 포함한다.
부가적인 특징들에서, 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스 및 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 선택적으로 연결하는 밸브, 및 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 응결된 제 2 가스를 선택적으로 이송하기 위해 밸브를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
부가적인 특징들에서, 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스 및 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 제 1 챔버에서 응결된 제 2 가스의 레벨을 센싱하기 위한 레벨 센서를 더 포함한다. 제어기는 레벨에 기초하여 밸브를 제어하도록 구성된다.
부가적인 특징들에서, 제 1 가스 분리기 디바이스, 제 2 가스 분리기 디바이스 및 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 복수의 밸브들, 및 제어기를 더 포함한다. 제어기는 에러에 응답하여 가스 분리기 디바이스를 셧다운하고, 제 1 유출구로부터 기판 프로세싱 챔버들 중 각각의 챔버로의 제 1 가스의 플로우를 제어하고, 제 2 유출구로부터 저감 디바이스로의 제 1 가스의 플로우를 방향 전환하고, 가스 분리기 디바이스를 퍼지하고, 그리고 가스 분리기 디바이스로부터 가스 분리기 디바이스 업스트림의 시스템들 내로의 가스들의 역류를 방지하는 것 중 적어도 하나를 하기 위해 밸브들을 제어하도록 구성된다.
본 개시의 추가 적용 가능 영역들은 상세한 기술 (description), 청구항들 및 도면들로부터 자명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 (description) 및 첨부된 도면들로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 가스 분리기 디바이스 (이하 분리기 디바이스) 를 포함하는 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시에 따른 분리기 디바이스의 일 예를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시에 따른 분리기 디바이스와 함께 사용된 밸브들의 시스템을 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 분리기 디바이스와 함께 사용된 펠티에 (Peltier) 디바이스의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른 복수의 프로세스 모듈들 (process modules; PM) 과 함께 사용된 리던던트 (redundant) 분리기 디바이스를 포함하는 복수의 분리기 디바이스들을 포함하는 시스템의 일 예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시에 따른 복수의 프로세스 모듈들 및 복수의 분리기 디바이스들을 포함하는 기판 프로세싱 시스템들의 예들을 도시한다.
도 7 및 도 8은 도 6a 및 도 6b의 기판 프로세싱 시스템들에서 사용된 프로세스 모듈들의 비제한적인 예들을 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
도 1은 본 개시에 따른 가스 분리기 디바이스 (이하 분리기 디바이스) 를 포함하는 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시에 따른 분리기 디바이스의 일 예를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시에 따른 분리기 디바이스와 함께 사용된 밸브들의 시스템을 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 분리기 디바이스와 함께 사용된 펠티에 (Peltier) 디바이스의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른 복수의 프로세스 모듈들 (process modules; PM) 과 함께 사용된 리던던트 (redundant) 분리기 디바이스를 포함하는 복수의 분리기 디바이스들을 포함하는 시스템의 일 예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시에 따른 복수의 프로세스 모듈들 및 복수의 분리기 디바이스들을 포함하는 기판 프로세싱 시스템들의 예들을 도시한다.
도 7 및 도 8은 도 6a 및 도 6b의 기판 프로세싱 시스템들에서 사용된 프로세스 모듈들의 비제한적인 예들을 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
본 개시는 컴팩트한 가스 분리기 디바이스를 제공한다. 컴팩트한 가스 분리기 디바이스는 기판 프로세싱 시스템들의 프로세스 모듈들 (process modules; PM) 로 프로세스 가스들을 전달하기 위한 인 시츄 가스 정제 (in-situ gas purification) 를 수행한다. 본 개시 전반에 걸쳐, 기판 프로세싱 시스템들은 또한 기판 프로세싱 툴들 또는 단순히 툴들로 지칭된다. 가스 분리기 디바이스 (이하 "분리기 디바이스") 는 가스 소스로부터 가스 혼합물을 수용한다. 분리기 디바이스는 가스+액체 (gas-plus-liquid) 스트림 대신 2 개의 분리된 가스 스트림들을 출력한다. 2 개의 분리된 가스 스트림들은 1 차 가스 스트림 및 2 차 가스 스트림으로 지칭된다. 후속하여, 2 개의 가스 스트림들 모두는 각각의 질량 유량 제어기들 (mass flow controller; MFCs) 을 통해 프로세스 모듈로 공급될 수 있다. 대안적으로, 1 차 가스 스트림은 프로세스 모듈로 공급된다. 원치 않으면, 2 차 가스 스트림은 프로세스 모듈을 바이패싱할 (bypass) 수 있고 그리고 저감 (abatement) 시스템에 의해 프로세싱될 수 있다. 컴팩트한 사이즈로 인해, 분리기 디바이스는 툴로부터 원격으로 위치되는 대신, 툴 자체 상의 가스 박스와 공존할 (co-locate) 수 있다. 분리기 디바이스는 2 개 이상의 펠티에 (Peltier) 스테이지들을 사용한다. 분리기 디바이스는 펌프와 같은 이동하는 부품들 (moving parts) 을 포함하지 않고, 이는 분리기 디바이스의 고장 (failure) 레이트를 감소시킨다.
분리기 디바이스는 컴팩트한 듀얼-스테이지 (즉, 듀얼 챔버) 가스 분리 시스템을 포함한다. 가스 분리 시스템은 가스 혼합물로부터 응결 (condensation) 에 의해 가스들을 분리한다. 가스 분리 시스템은 분리된 가스들 중 일 가스로 하여금 프로세스 모듈로 공급되게 한다. 가스 분리 시스템은 다른 분리된 가스들로 하여금 프로세스 모듈을 바이패싱하게 한다. 분리기 디바이스는 듀얼 펠티에 열적 제어 스테이지들을 포함한다. 듀얼 펠티에 열적 제어 스테이지들은 바이패싱될 가스의 응결 및 재증발 모두를 허용한다. 분리기 디바이스는 MFC를 통해 프로세스 모듈 내로 전구체 가스의 플로우 및 농도의 정밀한 제어를 허용한다. 전구체 가스의 플로우 및 농도의 정밀한 제어는 쓰루풋 (throughput) 및 막 품질에서 상당한 개선들을 제공한다.
현재, 가스 분리는 대형 가스 캐비넷 스타일 장치를 사용하여 툴들로부터 원격으로 수행된다. 장치는 서브팹 (subfab) 으로 지칭되는 반도체 제조 플랜트 (fab) 의 섹션에 위치된다. 서브팹은 클린룸 (cleanroom) 의 툴들을 위한 화학 물질 전달 시스템, 정제 시스템, 리사이클링 시스템 및 파괴 시스템과 같은 지원 장비를 하우징한다. 반대로, 분리기 디바이스는 컴팩트하고 그리고 툴 자체 상에 공존할 수 있다. 또한, 컴팩트한 사이즈로 인해, 복수의 분리기 디바이스들이 툴 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 모듈마다 하나의 분리기 디바이스가 제공될 수 있다. 프로세스 모듈마다 예비 분리기 디바이스가 제공될 수 있다. 예비 분리기 디바이스는 2 개 이상, 등의 프로세스 모듈들을 위한 분리기 디바이스들 사이에서 공유될 수 있다. 분리기 디바이스의 컴팩트한 사이즈는 분리기 디바이스로 하여금 툴 상의 가스 박스 내에 또는 가스 박스에 바로 인접하게 공존하게 한다. 공존은 대안과 비교하여 총 시스템 풋프린트 (footprint) 및 비용을 감소시킨다.
분리기 디바이스는 용매로부터 전구체 가스를 분리한다. 분리기 디바이스는 프로세스 모듈의 업스트림 (upstream) 의 MFC와 가스 공급부 사이에 배치된다 (arrange). 가스 분리는 프로세스 모듈들로의 반응 물질 종의 공급을 제어하는 데 유용하다. 예를 들어, 일부 프로세스들에서, 탄소-기반 패터닝 막은 종래의 포토레지스트보다 기판의 하부 (underlying) 층들에 대한 더 우수한 선택도 및 하부 층들의 보호를 제공하도록 사용된다. 막은 애싱과 같은 건식 프로세스에 의해 제거된다.
탄소 막들의 증착을 수반하는 프로세스들에서, 일반적으로 모든 탄소-함유 화학 물질 (예를 들어, 반응 물질이 저장되는 용매) 은 탄소 막을 증착할 것이다. 막의 오염, 도핑, 전도도, 기계적 특성들, 등을 제어하기 위해 엄격한 제어들이 채용된다. 복수의 반응 물질들은 복수의 생성물들을 생성하고, 복수의 생성물들은 결국 계속해서 서로 반응한다. 때때로 반응들은 가역적일 수 있고, 이로 인해 최종적으로 생성된 막은 예측하고 제어하기 어렵다. 분리기 디바이스는 단일 방향으로 그리고 가능한 한 적은 반응 물질들을 사용하여 하나 또는 두 개의 특정한 공지된 생성물들을 향해 화학 반응들을 구동한다.
또한, 분리기 디바이스는 다른 장점들을 제공한다. 예를 들어, 일부 반응 물질들 및 용매들은 안전 위험들을 제기할 수 있다. 안전 규정들에 따라 이들을 분리하고 폐기하는 (dispose) 것은 어려울 수 있다. 예를 들어, 순수 아세틸렌 가스와 같은 반응 물질은 폭발 위험 없이 압축되고 저장될 수 없다. 통상적으로, 아세틸렌은 디메틸포름아미드 (DMF) 의 존재 시 압축되고, 이는 안전한 농축 용액을 형성한다.
아세틸렌은 특히 안정한 화합물이 아니고 그리고 시간이 흐름에 따라 분해되는 경향이 있다. 분해는 기계적 충격 (예를 들어, 갑작스러운 압력 또는 온도 변화) 과 같은 외부 요인들에 의해 촉발될 수 있다. 분해는 에너제틱 (energetic) 하고, 이는 고 질량 농도의 아세틸렌 (예를 들어, 고압의 실린더) 이 폭발할 (detonate) 수 있다는 것을 의미한다. 이 이유로, 아세틸렌 가스는 순수 형태로 저장되는 경우가 거의 없다.
대신, 아세틸렌 가스는 제한된 압력에서 (탄산 음료와 같은) 액체에 용해되어 저장된다. 사용 동안, 실린더에 대한 압력이 해제되고 (release), 이는 가스로 하여금 액체로부터 침전되고 사용 가능해지게 한다. 통상적으로, 사용된 액체는 DMF이다. DMF는 실온에서 낮은 증기압 (즉, 1 기압에서 높은 끓는점) 을 갖는다. 따라서, 실린더의 유출구에서 DMF의 미량 (trace amounts) 은 적다 (예를 들어, DMF가 반응 물질로서 간주되지 않을 정도로 충분히 적은 양의 DMF).
그러나 DMF는 독성 화학 물질이고 그리고 일부 국가들에서는 금지된다. 대신, 아세톤이 액체로 사용된다. 그러나, 아세톤은 아세틸렌보다 더 높은 증기압 (즉, 1 기압에서 더 낮은 끓는점) 을 갖는다. 결과적으로, 더 높은 분율 (fraction) 의 아세톤 증기가 실린더 유출구에서 존재하고, 이는 원치 않은 반응들 및 막 증착을 생성할 수 있다. 더 문제가 되는 것은, 또한 아세틸렌을 저장하는 실린더들이 저장될 수 있는 최대 압력이 낮다는 것이다. 실린더 압력이 소비 과정에 걸쳐 낮아짐에 따라, 유출구에서 아세톤/아세틸렌의 비는 상당히 시프팅되고 (shift), 이는 결국 막 품질을 저하시킬 수 있다.
반응 물질로서 상당한 양의 아세톤의 존재는 타깃팅되는 막에 부정적 영향을 준다. 아세톤/아세틸렌 비의 가변성은 일관되지 않은 결과들을 생성한다. 분리 또는 안정화 메커니즘이 없으면, 프로세스 모듈에서 프로세싱된 2 개의 웨이퍼들이 동일하게 (상당히 비슷하게) 나오지 않는다 (come out). 분리기 디바이스는 아세틸렌으로부터 아세톤을 분리함으로써 이들 문제들을 해결한다. 그 후, 아세톤은 프로세스 모듈로부터 바이패싱될 수 있고 그리고 (예를 들어, 저감 시스템을 사용하여) 안전하게 핸들링될 수 있다.
분리기 디바이스는 가스들의 혼합물을 수용하고 가스+액체 혼합물, 등과 반대로 2 개 (또는 그 이상) 분리된 가스들을 출력하는 블랙 박스와 같이 기능한다. 분리 메커니즘은 물리적이다 (즉, 온도에 기초한 펠티에 효과에 기초함). 분리 메커니즘은 어떠한 화학 반응들 (또는 펌프들과 같은 이동하는 부품들 (moving parts)) 도 수반하지 않는다. 따라서, 출력 스트림 각각은 입력 혼합물 내에 존재하는 화합물들만을 함유할 것이다. 1 차 출력 및 2 차 (즉, 부산물) 출력 모두 기판들을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 2 차 부산물(들)은 저감될 (abate) 수 있다.
분리기 디바이스는 2 개의 가스들 또는 스테이지들로만 제한되지 않는다. 상이한 끓는점들의 복수의 가스들을 갖는 상이한 입력 혼합물에 대해, 부가적인 스테이지들 (즉, 부가적인 챔버들뿐만 아니라 부가적인 펠티에 스테이지들) 이 사용될 수도 있다. 부가적인 스테이지들은 (예를 들어, 아세톤-아세틸렌 혼합물이 또한 물로 오염될 때) 가스들을 개별적으로 분리하기 위한 부가적인 온도 설정점들을 가질 수도 있다.
컴팩트한 사이즈는 분리기 디바이스로 하여금 (예를 들어, 가스의 총 질량 유량이 엄격하게 제어되는 원자 층 증착 (atomic layer deposition) 또는 ALD 프로세스 모듈들에서) 사용 지점 (point-of-use) 에 가깝게 통합되게 한다. 컴팩트한 사이즈는 또한 가스 플로우 요건들이 단일 분리기 디바이스로 달성 가능한 것보다 더 높은 프로세스들에 대해 분리기 디바이스로 하여금 병렬 리던던트 구성들로 스케일링되게 한다. 복수의 분리기 디바이스들을 갖는 구성들은 결합된 플로우 능력을 선형으로 스케일링한다 (즉, N 개의 분리기 디바이스들은 단일 분리기 디바이스의 플로우 용량의 N 배를 갖는다). 부가적인 분리기 디바이스들이 증가된 생산 가동 시간 (production uptime) 에 대한 리던던시 (redundancy) 를 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 3 x 2 구성 (즉, 2 개의 프로세스 모듈들과 함께 사용된 3 개의 분리기 디바이스들) 에서, 3 개의 분리기 디바이스들 중 2 개는 각각 하나의 공급 실린더로부터 2 개의 프로세스 모듈들로 가스 분리를 제공한다. 2 개의 분리기 디바이스들 각각은 하나의 프로세스 모듈에 대한 플로우 요건들을 충족하도록 사이징된다 (size). 제 3 분리기 디바이스는 리던던시를 제공한다. 2 개의 분리기 디바이스들 중 하나가 고장 나면, 제 3 분리기 디바이스가 고장난 분리기 디바이스를 대신한다. 시스템 전체는 유지 보수 (maintenance) 가 스케줄링되고 수행되는 동안 중단 없이 계속해서 기능할 수 있다.
본 개시는 다음과 같이 구체화된다. 도 1은 분리기 디바이스를 포함하는 시스템의 일반적인 블록도를 도시한다. 도 2는 분리기 디바이스의 일 예를 상세히 도시한다. 도 3a 내지 도 3c는 분리기 디바이스와 함께 사용되는 다양한 밸브들을 도시한다. 도 4는 분리기 디바이스와 함께 사용된 펠티에 디바이스의 일 예를 도시한다. 도 5는 리던던트 분리기 디바이스를 사용하는 일 예를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 복수의 프로세스 모듈들 및 분리기 디바이스들을 포함하는 툴들의 예들을 도시한다. 도 7 및 도 8은 도 6a 및 도 6b에 도시된 툴들에 사용된 프로세스 모듈들의 비제한적인 예들을 도시한다. 도 7은 ALD 프로세스 모듈의 일 예를 도시하고, 그리고 8은 플라즈마 강화된 화학적 기상 증착 (plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 프로세스 모듈의 일 예를 도시한다.
도 1은 본 개시에 따른 분리기 디바이스를 포함하는 시스템 (10) 의 일반적인 블록도를 도시한다. 시스템 (10) 은 가스 소스 (12), 분리기 디바이스 (14), 프로세스 모듈 (16), 및 저감 디바이스 (18) 를 포함한다. 가스 소스 (12) 는 가스 또는 더 일반적으로 2 개 이상의 구성 가스들 (constituent gases) 을 포함하는 가스 혼합물을 공급한다. 예를 들어, 가스 혼합물의 구성 가스들은 (도 6a 및 도 6b에 도시된) MFC를 통해 프로세스 모듈 (16) 로 공급될 반응 물질 가스 및 하나 이상의 다른 가스들을 포함한다. 분리기 디바이스 (14) 는 가스 혼합물을 수용하고 그리고 가스 혼합물로부터 2 개 이상의 구성 가스들을 출력한다. 예를 들어, 분리기 디바이스 (14) 는 가스 혼합물의 다른 가스들로부터 반응 물질을 분리한다. 반응 물질은 MFC를 통해 프로세스 모듈 (16) 에 공급된다. 다른 가스들은 안전한 프로세싱 및/또는 폐기를 위해 저감 디바이스 (18) 에 공급된다. 분리기 디바이스 (14) 는 도 2 내지 도 4를 참조하여 이하에 기술되고 도시된다.
분리기 디바이스
도 2는 분리기 디바이스 (14) 의 일 예를 도시한다. 분리기 디바이스 (14) 는 2 개의 쌍들의 펠티에 디바이스들을 포함한다. 펠티에 디바이스들의 제 1 쌍은 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 제 2 펠티에 디바이스 (24) 를 포함한다. 펠티에 디바이스들의 제 2 쌍은 제 3 펠티에 디바이스 (26) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 를 포함한다. 분리기 디바이스 (14) 는 2 개의 챔버들을 더 포함한다. 일반적으로, 분리기 디바이스 (14) 는 가스 혼합물이 N 개의 구성 가스들을 포함할 때 N 개의 챔버들을 포함한다. 제 1 챔버는 응결물 축적기 (30) 로 지칭된다. 제 2 챔버는 증발기 (32) 로 지칭된다. 증발기 (32) 는 아래에 배치되고 그리고 밸브 V3 (34) 를 통해 응결물 축적기 (30) 에 연결된다.
제 1 펠티에 디바이스 (22) 는 응결물 축적기 (30) 의 제 1 측면 상에 장착된다. 제 2 펠티에 디바이스 (24) 는 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 증발기 (32) 의 제 1 측면에 장착된다. 제 3 펠티에 디바이스 (26) 는 응결물 축적기 (30) 의 제 2 측면 상에 장착된다. 제 4 펠티에 디바이스 (28) 는 제 3 펠티에 디바이스 (26) 및 증발기 (32) 의 제 2 측면에 장착된다.
제어기 (20) 는 제 1 펠티에 디바이스 (22), 제 2 펠티에 디바이스 (24), 제 3 펠티에 디바이스 (26) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 에 전류를 공급한다. 냉각 어셈블리들 (36, 38) 은 각각 제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 에 부착된다. 냉각제 (예를 들어, 프로세스 냉각수) 가 냉각 어셈블리들 (36, 38) 을 통해 순환된다.
펠티에 디바이스들은 도 4를 참조하여 상세히 기술된다. 간략하게, 냉각 어셈블리들 (36, 38) 내의 냉각제는 제 1 온도에서 유지된다. 따라서, 냉각 어셈블리들 (36, 38) 에 인접한 제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 의 제 1 측면들은 제 1 온도에 있다. 전류가 제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 에 공급될 때, 제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 의 제 2 측면들은 제 2 온도로 냉각된다. 제 2 온도는 제 1 온도보다 더 낮다. 따라서, 제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 의 제 2 측면들에 인접한 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 제 3 펠티에 디바이스 (26) 의 제 1 측면들은 제 2 온도에 있다.
제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 의 제 2 측면들에 인접한 증발기 (32) 의 제 1 측면 및 제 2 측면은 또한 제 2 온도에 있다. 전류가 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 제 3 펠티에 디바이스 (26) 에 공급될 때, 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 제 3 펠티에 디바이스 (26) 의 제 2 측면들은 제 3 온도로 냉각된다. 제 3 온도는 제 2 온도보다 더 낮다. 따라서, 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 제 3 펠티에 디바이스 (26) 의 제 2 측면들에 인접한 응결물 축적기 (30) 의 제 1 측면 및 제 2 측면은 또한 제 3 온도에 있다.
증발기 (32) 가 제 2 온도에 있고 그리고 응결물 축적기 (30) 가 제 2 온도보다 더 낮은 제 3 온도에 있기 때문에, 증발기 (32) 는 응결물 축적기 (30) 보다 더 따뜻하다. 이하에 설명된 바와 같이, 바이패싱될 가스는 응결물 축적기 (30) 내에서 액화된다. 액체는 증발기 (32) 로 이송된다. 증발기 (32) 는 액체를 가스성 (gaseous) 상태로 변환한다. 제어기 (20) 는 가스 소스 (12) 에 의해 공급된 가스 혼합물의 구성 가스들의 특성들에 따라 제 1 온도, 제 2 온도, 및 제 3 온도를 설정한다.
응결물 축적기 (30) 는 가스 소스 (12) 에 연결된 유입구 (50) 를 갖는다. 응결물 축적기 (30) 는 (도 6a 및 도 6b에 도시된) MFC를 통해 프로세스 모듈 (16) 에 연결된 유출구 (52) 를 갖는다. 증발기 (32) 는 저감 디바이스 (18) 에 연결된 유출구 (54) 를 갖는다. 응결물 축적기 (30) 는 유입구 (50) 를 통해 가스 소스 (12) 로부터 가스 혼합물 (예를 들어, 아세틸렌 및 아세톤) 을 수용한다. 응결물 축적기 (30) 는 상기 기술된 바와 같이 제 1 펠티에 디바이스 (22) 및 제 3 펠티에 디바이스 (26) 에 의해 제 3 온도로 냉각된다. 아세톤이 아세틸렌보다 1 기압에서 더 낮은 끓는점을 갖기 때문에, 가스 혼합물의 아세톤은 응결물 축적기 (30) 내에 응결되고 축적된다. 그러나, 아세틸렌은 응결되지 않고 유출구 (52) 를 통해 출력된다.
응결물 축적기 (30) 는 레벨 센서 (56) 를 포함한다. 레벨 센서 (56) 는 응결물 축적기 (30) 내에 축적된 응결된 아세톤의 레벨을 센싱한다. 응결물 축적기 (30) 내에 축적된 응결된 아세톤의 양이 미리 결정된 레벨에 도달할 때, 제어기 (20) 는 밸브 V3 (34) 를 개방한다. 응결물 축적기 (30) 내에 축적된 응결된 아세톤은 증발기 (32) 내로 흐른다.
증발기 (32) 는 상기 기술된 바와 같이 제 2 펠티에 디바이스 (24) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 에 의해 제 2 온도로 냉각된다. 제 2 온도는 응결된 아세톤을 가스성 상태로 변환하기에 충분하다. 아세톤은 유출구 (54) 를 통해 저감 디바이스 (18) 로 출력된다. 저감 디바이스 (18) 는 적용 가능한 안전 규정들에 따라 안전한 방식으로 아세톤을 프로세싱한다.
밸브 블록
도 3a 내지 도 3c는 분리기 디바이스 (14) 와 함께 사용된 밸브들의 시스템 (61) 을 도시한다. 제어기 (20) 는 다음과 같이 분리기 디바이스 (14) 와 함께 밸브들을 동작시킨다. 도 3a는 분리기 디바이스 (14) 및 밸브들을 포함하는 시스템 (61) 의 블록도를 도시한다. 도 3b는 밸브들이 배치된 밸브 블록 (60) 을 도시한다. 도 3c는 제어기 (20) 에 의해 제어되는 밸브들의 동작들을 도시하는 진리표 (truth table) 를 도시한다.
도 3a에서, 밸브 블록 (60) 의 가스 유입구 (70) (또한 도 3b에 도시됨) 는 가스 소스 (12) 로부터 가스 혼합물 (예를 들어, 아세틸렌 및 아세톤) 을 수용한다. 가스 혼합물은 체크 밸브 (72) (체크 밸브들은 이하에 기술됨) 및 밸브 V2 (74) 를 통해 분리기 디바이스 (14) 의 유입구 (50) 내로 흐른다.
밸브 블록 (60) 의 퍼지 가스 유입구 (71) (또한 도 3b에 도시됨) 는 퍼지 가스 소스 (예를 들어, 도 6a 및 도 6b의 가스 소스들 (202) 참조) 로부터 퍼지 가스 (예를 들어, 불활성 가스) 를 수용한다. 퍼지 가스는 체크 밸브 (76), 레귤레이터 (78), 및 밸브 V1 (80) 을 통해 분리기 디바이스 (14) 의 유입구 (50) 내로 흐른다. 레귤레이터 (78) 는 밸브 V1 (80) 을 통해 분리기 디바이스 (14) 의 유입구 (50) 내로의 퍼지 가스의 플로우를 조절한다.
체크 밸브들 (72, 76) 은 역류 (backflow) 를 방지하도록 사용되는 일-방향 밸브들이다. 예를 들어, N2와 같은 불활성 퍼지 가스는 보통 아세틸렌보다 더 높은 압력으로 공급된다. 분리기 디바이스 (14) 가 퍼지될 때, 체크 밸브 (76) 는 많은 툴들에 걸쳐 공유될 수도 있는 설비 공급 라인 내로의 N2의 역류를 방지하도록 폐쇄된다. 유사하게, 체크 밸브 (72) 는 분리기 디바이스 (14) 내의 압력이 (예를 들어, 컴포넌트 고장으로 인해) 상승하면 아세틸렌의 N2 라인 내로의 역류를 방지하도록 폐쇄된다. 체크 밸브들 (72, 76) 은 작고 (small) 그리고 LOTO (lock-out tag-out) 밸브 (이하에 기술됨) 각각 아래에 스택된다. 체크 밸브들이 일반적으로 복잡하거나 크지 않기 때문에, 체크 밸브들은 레귤레이터들 및 밸브들의 일부 모델들과 통합될 수도 있다.
밸브 V3 (34) 는 도 2를 참조하여 이미 기술되었고 따라서 그 기술 (description) 은 반복되지 않는다. 응결물 축적기 (30) 의 유출구 (52) 는 밸브 V4 (82) 를 통해 밸브 블록 (60) 의 가스 유출구 (97) (또한 도 3b에 도시됨) 를 통해 프로세스 모듈 (16) 에 연결된다. 더 구체적으로, 응결물 축적기 (30) 의 유출구 (52) 는 밸브 V4 (82) 를 통해 밸브 블록 (60) 의 가스 유출구 (97) 를 통해 프로세스 모듈 (16) 과 연관된 MFC (도 6a 및 도 6b에 도시됨) 에 연결된다. 증발기 (32) 의 유출구 (54) 는 제한기 오리피스 (84) (이하에 기술됨) 를 통해 밸브 블록 (60) 의 유출구 (98) (또한 도 3b에 도시됨) 에 연결된다. 밸브 블록 (60) 의 유출구 (98) 는 저감 디바이스 (18) 에 연결된다.
제한기 오리피스 (84) 는 금속 멤브레인의 작은 (tiny) 홀이다. 제한기 오리피스 (84) 는 시스템을 통한 총 질량 유량에 대한 상한을 생성하도록 구체적으로 사이징된다. 제한기 오리피스 (84) 는 2 개 기능들을 수행한다 (serve). 첫째로, 저감 디바이스들은 일반적으로 미리 결정된 양의 가연성/독성 재료를 언제든지 프로세싱하도록 (예를 들어, 환경 및 안전 허가들을 준수하도록) 등급화된다 (rate). 제한기 오리피스 (84) 는 이들 등급들과 매칭하도록 사이징된다/사이징될 수 있다. 제한기 오리피스 (84) 는 언제든지 저감 디바이스 (18) 를 통과하는 독성 물질/가연성 물질의 총량을 제한한다. 둘째로, (임의의 타입의) 액체가 증발기 (32) 로부터 저감 디바이스 (18) 로의 출력 라인들 내로 들어가면, 이 액체는 제한기 오리피스 (84) 에서 정지하고 그리고 저감 디바이스 (18) 내로 들어가기 전에 가스로 천천히 증발할 수 있다. 가스 터보 펌프들 (저감 디바이스 (18) 의 일부 또는 업스트림) 이 액체에 의해 손상될 수 있기 때문에, 제한기 오리피스 (84) 는 이러한 손상을 방지하도록 프로세스 모듈 (16) 로의 가스 유출구 (97) 로 가는 액체들의 플로우를 방지한다.
밸브 V6 (88) 는 분리기 디바이스 (14) 의 유입구 (50) 와 유출구 (52) 사이에 연결된다. 밸브 V6 (88) 의 동작은 도 3c에 도시된 진리표를 참조하여 이하에 기술된다. 밸브 V6 (88) 의 유출구는 밸브 V4 (82) 및 밸브 V5 (86) 의 유입구들에 연결된다. 밸브 V5 (86) 의 유출구는 증발기 (32) 의 출력부 (54) 와 제한기 오리피스 (84) 사이에 연결된다. 밸브 V6 (88) 및 밸브 V5 (86) 의 동작들은 도 3c에 도시된 진리표를 참조하여 이하에 기술된다.
스위치 SW1 (90) 은 분리기 디바이스 (14) 의 유입구 (50) 에 그리고 밸브 V6 (88) 의 유입구에 연결된다. 스위치 SW2 (92) 는 제한기 오리피스 (84) 와 저감 디바이스 (18) 의 유입구 사이에 연결된다. 스위치 SW1 (90) 은 시스템을 위한 상부 안전 압력 스위치이다. 스위치 SW2 (92) 는 저감 디바이스 (18) 내 진공의 존재를 센싱한다. 스위치 SW1 (90) 이 트립핑되면 (trip), 저감 라인에 대한 압력이 완화되어야 (relieve) 한다. 그러나, 저감 디바이스 (18) 는 전용 (dedicate) 이 아니다 (즉, 저감 디바이스 (18) 는 복수의 프로세스 모듈들에 의해 공유될 수도 있다). 다른 요인들이 압력 완화가 동작하는지 (operational) 또는 분리기 디바이스 (14) 로부터의 독성 출력을 수용하기 위해 가용한 (available) 가스 양립 가능성 (compatibility) 및 용량을 갖는지 여부에 영향을 줄 수도 있다. 스위치 SW2 (92) 는 저감 진공 시스템으로의 라인이 개방되는 것을 보장한다.
일부 상황들에서, 벤팅될 가스는 잠재적으로 안전하지 않은 조건들을 생성하는 것을 방지하기 위해 가스를 벤팅하는 대신 분리기 디바이스 (14) 내부에 더 높은 압력으로 담겨야 한다. 예를 들어, 잠재적으로 안전하지 않은 조건들은 가스를 하이퍼골릭 (hypergolic)/양립 불가능한 (incompatible) 가스와 혼합하는 것, 유지 보수 중일 수도 있는 라인을 충진하는 것, 등을 포함한다. 산업 표준들에 따라, 하드웨어 릴레이 인터록들 (hardware relay interlocks) 은 이들 타입들의 안전 조건들의 존재를 나타내기 위해 사용된다. 이들 스위치들은 안전 인터록 시스템을 생성하는 백업 (backup) 의, 독립된 센서들이다.
도 3b는 밸브 블록 (60) 을 도시한다. 밸브 블록 (60) 은 밸브 V1 (80), 밸브 V2 (74), 밸브 V3 (34), 밸브 V4 (82), 밸브 V5 (86), 및 밸브 V6 (88) 를 포함한다. 밸브 블록 (60) 은 스위치 SW1 (90) 및 스위치 SW2 (92) (각각 S1 및 S2로 도시됨) 를 포함한다. 이에 더하여, 밸브 블록 (60) 은 LOTO (lock-out tag-out) 밸브들 (93, 94, 95, 96) 을 포함한다. LOTO 밸브들은 수동 밸브들이다. LOTO 밸브들은 독성 확산 (toxic dispersal) 또는 잠재적 위험들을 방지하기 (contain) 위해 사용될 수도 있는 임의의 타입들의 시스템들에 대한 산업 표준이다. LOTO 밸브들은 위험성이 수행되는 작업과 관련이 없는 시스템들의 부분들을 격리하기 위해 사용된다. 예를 들어, 분리기 디바이스 (14) 의 다운 스트림 컴포넌트 (예를 들어, MFC) 가 교체되어야 할 수도 있다. 이러한 교체는 보통 가스 라인 시스템을 파괴하고 그리고 잠재적으로 분리기 디바이스 (14) 내의 가스를 대기 (atmosphere) 로 벤팅하는 것을 필요로 할 것이다. 대신, LOTO 밸브들을 사용하여, 서비스 직원은 분리기 디바이스 (14) 를 격리하기 위해 관련된 LOTO 밸브를 폐쇄할 수 있다. 폐쇄된 LOTO 밸브 상에 태그와 함께 안전 록을 배치하는 (place) 것은 다운스트림 컴포넌트 상에서 작업이 수행되는 동안 다른 사람이 LOTO 밸브를 개방하는 것을 방지할 수 있다.
도 3c는 진리표를 도시한다. 진리표는 제어기 (20) 가 밸브 V1 (80), 밸브 V2 (74), 밸브 V3 (34), 밸브 V4 (82), 밸브 V5 (86), 및 밸브 V6 (88) 를 제어하는 방법을 나타낸다. 진리표에서 X는 밸브가 폐쇄된 것을 나타낸다. O는 밸브가 개방된 것을 나타낸다. DC는 상관 없음 (don't care; DC) 조건 (즉, 밸브가 개방되거나 폐쇄되는지 여부는 무관함) 을 나타낸다. 에러가 발생하면 (예를 들어, 스위치 SW2 (92) 가 저감 디바이스 (18) 에 대한 진공을 검출하지 않음), 모든 밸브들은 잠재적으로 위험한 조건을 방지하도록 폐쇄된다. 가스 (예를 들어, 아세틸렌) 를 분리기 디바이스 (14) 의 유출구 (52) 로부터 프로세스 모듈 (16) 로 흘리기 위해, 밸브 V1 (80), 밸브 V3 (34), 밸브 V5 (86), 및 밸브 V6 (88) 가 폐쇄된다. 밸브 V2 (74) 및 밸브 V4 (82) 는 개방된다. 가스 (예를 들어, 아세톤) 를 분리기 디바이스 (14) 의 유출구 (54) 로부터 저감 디바이스 (18) 로 방향 전환하기 (divert) 위해, 밸브 V3 (34), 밸브 V4 (82), 및 밸브 V6 (88) 는 폐쇄된다. 밸브 V5 (86) 가 개방된다. 밸브 V1 (80) 및 밸브 V2 (74) 가 개방되거나 폐쇄되는지 여부는 무관하다. 액체를 응결물 축적기 (30) 로부터 증발기 (32) 로 이동시키기 위해, 밸브 V3 (34) 가 개방된다. 밸브 V1 (80), 밸브 V2 (74), 밸브 V4 (82), 밸브 V5 (86), 및 밸브 V6 (88) 가 개방되거나 폐쇄되는지 여부는 무관하다. 분리기 디바이스 (14) 를 퍼지하기 위해, 밸브 V1 (80), 밸브 V3 (34), 및 밸브 V5 (86) 가 개방된다. 밸브 V2 (74) 및 밸브 V4 (82) 는 폐쇄된다. 밸브 V6 (88) 가 개방되거나 폐쇄되는지 여부는 무관하다.
펠티에 디바이스
도 4는 펠티에 디바이스 (100) 의 일 예를 도시한다. 펠티에 디바이스 (100) 의 이하의 기술은 제 1 펠티에 디바이스 (22), 제 2 펠티에 디바이스 (24), 제 3 펠티에 디바이스 (26) 및 제 4 펠티에 디바이스 (28) 에 동일하게 적용된다. 펠티에 디바이스 (100) 는 펠티에 효과로 인해 열전 냉각기 (thermoelectric cooler) 로서 동작한다. 펠티에 디바이스 (100) 는 제 1 플레이트 (102) 및 제 2 플레이트 (104) 를 포함한다. P-타입 반도체 재료 및 N-타입 반도체 재료의 복수의 필라들 (106, 108) 은 교번하는 방식으로 배치되고 그리고 서로 직렬로 연결된다. 필라들 (106, 108) 은 제 1 플레이트 (102) 와 제 2 플레이트 (104) 사이에 배치된다. 상호 연결 재료 (110) 는 필라들 (106, 108) 과 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 (102, 104) 사이에 개재된다 (interpose).
제어기 (20) (도 2에 도시됨) 는 펠티에 디바이스 (100) 를 통해 흐르는 직류 (direct current; DC) 를 공급한다. 펠티에 디바이스 (100) 의 제 1 측면 (예를 들어, 제 1 플레이트 (102)) 으로부터의 열은 펠티에 디바이스 (100) 의 제 2 측면 (예를 들어, 제 2 플레이트 (104)) 으로 전달된다. 결과적으로, 펠티에 디바이스 (100) 의 제 1 측면은 더 차가워지는 한편 펠티에 디바이스 (100) 의 제 2 측면은 더 뜨거워진다. 제 2 측면은 열 싱크 (예를 들어, 도 2에 도시된 냉각 어셈블리들 (36, 38)) 에 부착된다. 결과적으로, 제 2 측면은 열 싱크에 의해 유지되는 미리 결정된 온도로 유지되는 한편 제 1 측면은 미리 결정된 온도 이하로 냉각된다.
제어기 (20) (도 2에 도시됨) 는 펠티에 디바이스 (100) 의 단자들 (112, 114) 을 가로 질러 (즉, 필라들 (106, 108) 을 가로 질러) DC 전압을 인가한다. DC 전류는 PN 접합부들을 가로 질러 흘러, 온도 차를 유발한다. 제 1 측면 (예를 들어, 제 1 플레이트 (102)) 은 제 1 측면과 콘택트하는 임의의 객체 (예를 들어, 응결물 축적기 (30) 또는 증발기 (32)) 로부터 열을 흡수한다. 흡수된 열은 필라들 (106, 108) 에 의해 펠티에 디바이스 (100) 의 제 2 측면 (예를 들어, 제 2 플레이트 (104)) 으로 이송된다.
펠티에 디바이스 (100) 의 냉각 능력은 모든 필라들 (106, 108) 의 단면의 총 면적에 비례한다. 필라들 (106, 108) 의 길이는 더 긴 필라들과 더 짧은 필라들 사이의 평균이다. 더 긴 필라들은 측면들 사이에서 더 큰 열 저항 (thermal resistance) 을 가질 것이고 그리고 더 낮은 온도에 도달하게 할 것이지만 더 저항열 (resistive heating) (즉, 폐열 (waste heat)) 을 생성할 것이다. 더 짧은 필라들은 더 큰 전기 효율을 가질 것이지만 열 전도에 의해 고온 측으로부터 저온 측으로 더 많은 열이 누설되게 할 것이다. 큰 온도 차들에 대해, 더 긴 필라들은 분리된, 점진적으로 더 큰 (즉, 더 두꺼운) 필라들을 스택하는 것보다 덜 효율적이다. 필라 각각이 인접한 필라에 의해 이동된 열 및 필라 자체의 폐열 모두를 제거해야 하기 때문에 필라들은 점진적으로 더 커진다.
도 5는 복수의 프로세스 모듈들과 함께 사용되는 복수의 분리기 디바이스들을 포함하는 시스템 (150) 의 일 예를 도시한다. 복수의 분리기 디바이스들은 복수의 프로세스 모듈들과 함께 사용되는 리던던트 분리기 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 시스템 (150) 은 3 x 2 구성으로 배치된 3 개의 분리기 디바이스들 (14-1, 14-2, 14-3) 및 2 개의 프로세스 모듈 PM1 (16-1) 및 프로세스 모듈 PM2 (16-2) 를 포함한다. 분리기 디바이스 (14-1) 는 입력 밸브 V1 (80) 및 입력 밸브 V2 (74) 를 통해 가스들 (퍼지 가스 및/또는 가스 혼합물) 을 수용한다. 분리기 디바이스 (14-1) 는 가스 혼합물의 구성 가스들을 분리한다. 분리기 디바이스 (14-1) 는 1 차 가스 및 2 차 가스를 각각 프로세스 모듈 PM1 (16-1) 및 저감 디바이스 (18) 로 출력한다. 분리기 디바이스 (14-2) 는 또한 입력 밸브 V1 (80) 및 입력 밸브 V2 (74) 를 통해 가스들을 수용한다. 분리기 디바이스 (14-2) 는 가스 혼합물의 구성 가스들을 분리한다. 분리기 디바이스 (14-2) 는 1 차 가스 및 2 차 가스를 각각 프로세스 모듈 PM2 (16-2) 및 저감 디바이스 (18) 로 출력한다.
제 3 분리기 디바이스 (14-3) 는 프로세스 모듈 PM1 (16-1), 프로세스 모듈 PM2 (16-2), 및 저감 디바이스 (18) 에 연결된다. 제 3 분리기 디바이스 (14-3) 는 또한 입력 밸브 V1 (80) 및 입력 밸브 V2 (74) 를 통해 가스들을 수용한다. 제 3 분리기 디바이스 (14-3) 는 가스 혼합물의 구성 가스들을 분리한다. 제 3 분리기 디바이스 (14-3) 는 프로세스 모듈 PM1 (16-1) 및 프로세스 모듈 PM2 (16-2) 모두로 1 차 가스를 출력할 수 있다. 제 3 분리기 디바이스 (14-3) 는 저감 디바이스 (18) 로 2 차 가스를 출력할 수 있다.
분리기 디바이스 (14-1) 또는 분리기 디바이스 (14-2) 가 고장 나면, 제 3 분리기 디바이스 (14-3) 가 고장난 분리기 디바이스를 대신한다. 시스템 전체는 유지 보수가 스케줄링되고 수행되는 동안 중단 없이 계속해서 기능할 수 있다. 제어기 (20) (도 2에 도시됨) 는 고장난 분리기 디바이스를 비활성화하고 대신 제 3 분리기 디바이스 (14-3) 를 활성화할 수 있다. 시스템이 중단 없이 동작을 계속할 수 있는 동안 고장난 분리기 디바이스는 서비스될 수 있다.
기판 프로세싱 시스템들의 예들
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 분리기 디바이스들을 채용하는 기판 프로세싱 시스템들 (이하 툴들) 의 예들을 도시한다. 도 6a는 분리기 디바이스들이 툴의 시스템 제어기에 의해 중앙에서 제어되는 툴의 일 예를 도시한다. 시스템 제어기는 도 2에 도시된 제어기 (20) 의 기능들을 수행한다. 도 6b는 분리기 디바이스들이 각각의 제어기들 (예를 들어, 도 2에 도시된 제어기 (20)) 을 포함하는 툴의 일 예를 도시한다. 따라서, 분리기 디바이스들은 툴이 정상적으로 계속해서 동작하는 동안 서비스될 수 있는 독립된 독립형 디바이스들이다. 도 6a 및 도 6b에서, 예시의 간략함을 위해, 분리기 디바이스들의 리던던트 구성들의 예들은 도시되지 않는다. 그러나, 리던던트 분리기 디바이스들이 본 개시의 교시들에 따른 도 6a 및 도 6b에 도시된 툴들에 추가될 수 있다.
도 6a는 툴 (200) 의 일 예를 도시한다. 툴 (200) 은 가스 및 전구체 소스들 (이하 집합적으로 가스 소스들로 지칭됨) (202) 을 포함한다. 전구체들에 더하여, 가스 소스들 (202) 에 의해 공급된 가스들의 비제한적인 예들은 반응 물질들, 불활성 가스들, 및 다른 가스들을 포함한다. 툴 (200) 은 복수의 분리기 디바이스들 (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) (집합적으로 분리기 디바이스들 (14)) 및 각각의 밸브 블록들 (60-1, 60-2, 60-3, 60-4) (집합적으로 밸브 블록들 (60)) 을 포함한다. 툴 (200) 은 분리기 디바이스들 (14) 에 의해 공유된 저감 디바이스 (18) 를 포함한다. 대안적으로, 도시되지 않지만, 가스들의 화학적 성질들 및 이에 대한 안전 규정들에 따라서, 분리기 디바이스들 (14) 중 하나 이상이 각각의 저감 디바이스들에 연결될 수도 있다.
툴 (200) 은 복수의 질량 유량 제어기들 (MFC들) (206-1, 206-2, 206-3, 206-4) (집합적으로 MFC들 (206)) 을 포함한다. MFC들 (206) 은 각각의 분리기 디바이스들 (14) 에 의해 공급된 가스들의 플로우를 제어한다. MFC들 (206) 은 각각의 펄스 밸브 매니폴드들 (pulse valve manifolds; PVMs) (208-1, 208-2, 208-3, 및 208-4) (집합적으로 PVM들 (208)) 로 제어된 질량 유량의 가스들을 공급한다.
툴은 복수의 프로세스 모듈들 (PMs) (210-1, 210-2, 210-3, 및 210-4) (집합적으로 PM들 (210)) 을 포함한다. PM들 (210) 은 각각의 샤워헤드들 (209-1, 209-2, 209-3, 및 209-4) (집합적으로 샤워헤드들 (209)) 을 포함한다. PVM들 (208) 은 각각의 샤워헤드들 (209) 에 연결된다. PVM들 (208) 은 각각의 MFC들 (206) 로부터 수용된 가스들을 각각의 PM들 (210) 로 공급한다. PVM들 (208) 은 각각의 샤워헤드들 (209) 을 통해 PM들 (210) 에 가스들을 공급한다. PVM들 (208) 은 미리 결정된 온도 및 압력으로 가스들을 공급한다. 단지 예를 들어 4 개의 PM들 (210) 만이 도시된다. 툴 (200) 은 N 개의 PM들 (210) 을 포함할 수도 있고, 여기서 N은 2보다 더 큰 정수이다.
툴 (200) 은 시스템 제어기 (214) 를 더 포함한다. 시스템 제어기 (214) 는 가스 소스들 (202), 분리기 디바이스들 (14) 및 밸브 블록들 (60), MFC들 (206), PM들 (210) 의 컴포넌트들, 및 툴 (200) 의 다른 엘리먼트들을 제어한다. PM들 (210) 의 컴포넌트들 및 툴 (200) 의 다른 엘리먼트들의 예들은 도 7 및 도 8을 참조하여 이하에 기술되고 도시된다.
도 6b는 툴 (201) 의 또 다른 예를 도시한다. 툴 (201) 은 분리기 디바이스들 (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) 이 각각의 제어기들 (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) (집합적으로 제어기들 (20)) 을 포함한다는 점에서 도 6a에 도시된 툴 (200) 과 상이하다. 제어기들 (20) 은 도 2를 참조하여 상기 기술되고 도시된 제어기 (20) 와 유사하다. 시스템 제어기 (214) 는 분리기 디바이스들 (14) 의 상태들을 수신하도록 제어기들 (20) 과 통신한다. 이 차이 외에, 툴 (201) 은 도 6a에 도시된 툴 (200) 과 동일하다. 제어기들 (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) 이 각각의 분리기 디바이스들 (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) 과 통합되기 때문에, 분리기 디바이스들 (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) 은 독립된 독립형 유닛들로서 기능한다.
도 7은 툴 (200) 의 PM들 (210) 중 임의의 PM일 수 있는 PM (210) 의 일 예를 도시한다. 예를 들어, PM (210) 은 ALD 스테이션일 수 있다. 즉, PM (210) 은 PM (210) 내의 기판 상에서 ALD 프로세스를 수행하도록 사용될 수 있다. 기판 상에서 PECVD 프로세스를 수행할 수 있는 PM (210) 의 또 다른 예가 도 8을 참조하여 이하에 기술되고 도시된다. ALD 프로세스 및 PECVD 프로세스가 예시적인 예들로서 기술되지만, 다른 프로세스들이 PM들 (210) 내의 기판들 상에서 수행될 수 있다.
도 7에서, PM (210) 은 ALD 프로세스를 사용하여 (예를 들어, 열적 ALD (thermal ALD) 또는 T-ALD를 사용하여) 기판 (272) 을 프로세싱하도록 구성된다. PM (210) 은 기판 지지부 (예를 들어, 페데스탈) (270) 를 포함한다. 프로세싱 동안, 기판 (272) 이 페데스탈 (270) 상에 배치된다. 하나 이상의 히터들 (274) (예를 들어, 히터 어레이, 존 히터들, 등) 이 프로세싱 동안 기판 (272) 을 가열하도록 페데스탈 (270) 내에 배치될 수도 있다. 부가적으로, 하나 이상의 온도 센서들 (276) 이 페데스탈 (270) 의 온도를 센싱하도록 페데스탈 (270) 내에 배치된다 (dispose). 시스템 제어기 (214) 는 온도 센서들 (276) 에 의해 센싱된 페데스탈 (270) 의 온도를 수신한다. 시스템 제어기 (214) 는 센싱된 온도에 기초하여 히터들 (274) 에 공급된 전력을 제어한다.
PM (210) 은 샤워헤드 (209) 를 더 포함한다. 샤워헤드 (209) 는 PVM (208) 으로부터 수용된 프로세스 가스들을 PM (210) 내로 도입하고 분배한다. 샤워헤드 (209) 는 스템 부분 (280) 을 포함한다. 스템 부분 (280) 의 일 단부는 PM (210) 을 인클로징하는 (enclose) 상단 플레이트 (281) 에 연결된다. PVM (208) 은 적어도 2 개의 장착 레그들 (legs) (283-1, 283-2) 을 사용하여 샤워헤드 (209) 위의 상단 플레이트 (281) 에 장착된다.
PVM (208) 은 어댑터 (282) 를 통해 샤워헤드 (209) 의 스템 부분 (280) 에 연결된다. 어댑터 (282) 는 어댑터 (282) 의 제 1 단부 상에 제 1 플랜지 (279-1) 를 포함하고 그리고 어댑터 (282) 의 제 2 단부 상에 제 2 플랜지 (279-2) 를 포함한다. 플랜지들 (279-1, 279-2) 은 패스너들 (fasteners) (287-1 내지 287-4) 에 의해 PVM (208) 의 하단부에 그리고 샤워헤드 (209) 의 스템 부분 (280) 에 각각 패스닝된다 (fasten). 어댑터는 보어들 (bores) (285-1, 285-2) (집합적으로 보어들 (285)) 을 포함한다. 보어들 (285) 은 PVM (208) 및 샤워헤드 (209) 의 스템 부분 (280) 과 유체로 연통한다 (in fluid communication). 샤워헤드 (209) 의 베이스 부분 (284) 은 일반적으로 실린더형 (cylindrical) 이다. 베이스 부분 (284) 은 PM (210) 의 상단 표면으로부터 이격된 위치에서 스템 부분 (280) 의 대향하는 단부로부터 방사상으로 외향으로 연장한다.
샤워헤드 (209) 의 베이스 부분 (284) 의 기판-대면 표면은 대면플레이트 (286) 를 포함한다. 대면플레이트 (286) 는 복수의 유출구들 또는 피처들 (예를 들어, 슬롯들 또는 쓰루 홀들 (through holes)) (288) 을 포함한다. 대면플레이트 (286) 의 유출구들 (288) 은 어댑터 (282) 의 보어들 (285) 을 통해 PVM (208) 과 유체로 연통한다. 프로세스 가스들은 PVM (208) 으로부터 보어들 (285) 및 유출구들 (288) 을 통해 PM (210) 내로 흐른다.
부가적으로, 도시되지 않지만, 샤워헤드 (209) 는 또한 하나 이상의 히터들을 포함한다. 샤워헤드 (209) 는 샤워헤드 (209) 의 온도를 센싱하기 위한 하나 이상의 온도 센서들 (290) 을 포함한다. 시스템 제어기 (214) 는 온도 센서들 (290) 에 의해 센싱된 샤워헤드 (209) 의 온도를 수신한다. 시스템 제어기 (214) 는 센싱된 온도에 기초하여 샤워헤드 (209) 의 하나 이상의 히터들에 공급된 전력을 제어한다.
액추에이터 (292) 는 고정된 (stationary) 샤워헤드 (209) 에 대해 수직으로 페데스탈 (270) 을 이동시키도록 동작 가능하다. 샤워헤드 (209) 에 대해 페데스탈 (270) 을 수직으로 이동시킴으로써, 샤워헤드 (209) 와 페데스탈 (270) 사이 (즉, 기판 (272) 과 샤워헤드 (209) 의 대면플레이트 (286) 사이) 의 갭이 가변될 수 있다. 갭은 기판 (272) 상에서 수행된 프로세스 동안 또는 프로세스들 사이에서 동적으로 가변될 수 있다. 프로세싱 동안, 샤워헤드 (209) 의 대면플레이트 (286) 는 도시된 것보다 페데스탈 (270) 에 더 가까울 수 있다.
밸브 (294) 는 PM (210) 의 배기 포트에 그리고 진공 펌프 (296) 에 연결된다. 진공 펌프 (296) 는 기판 프로세싱 동안 PM (210) 내부에 대기압 미만 (sub-atmospheric pressure) 의 압력을 유지할 수 있다. 밸브 (294) 및 진공 펌프 (296) 는 PM (210) 내의 압력을 제어하고 그리고 PM (210) 으로부터 배기 가스들 및 반응 물질들을 배기하도록 사용된다. 시스템 제어기 (214) 는 PM (210) 과 연관된 이들 부가적인 컴포넌트들을 제어한다.
도 8은 기판 (272) 상에서 PECVD 프로세스를 수행하도록 구성된 PM (210) 의 또 다른 예를 도시한다. 동일한 참조 번호들을 갖고 도 7에 또한 도시된 도 8의 모든 엘리먼트들은 간결성을 위해 다시 기술되지 않는다. 부가적으로, PECVD 프로세스를 수행하기 위해, 툴 (200) 은 무선 주파수 (radio frequency; RF) 생성 시스템 (또는 RF 소스) (250) 을 포함할 수도 있다. RF 생성 시스템 (250) 은 RF 전압을 생성하고 출력한다. RF 전압은 샤워헤드 (209) 에 인가될 수도 있다. 페데스탈 (270) 은 도시된 바와 같이 DC 접지되거나, 교류 (alternating current; AC) 접지되거나 플로팅할 수 있다. 대안적으로, 도시되지 않지만, RF 전압은 페데스탈 (270) 에 인가될 수 있다. 샤워헤드 (209) 는 DC 접지되거나, AC 접지되거나, 플로팅할 수도 있다.
예를 들어, RF 생성 시스템 (250) 은 RF 생성기 (252) 를 포함할 수도 있다. RF 생성기 (252) 는 RF 전력을 생성한다. RF 전력은 매칭 및 분배 네트워크 (254) 에 의해 샤워헤드 (209) 또는 페데스탈 (270) 로 피딩된다 (feed). 일부 예들에서, 증기 전달 시스템 (256) 은 PVM (208) 에 기화된 전구체를 공급한다. 샤워헤드 (209) 또는 페데스탈 (270) 로 공급된 RF 전압은 기판 (272) 상에서 PECVD 프로세스를 수행하도록 PM (210) 내에서 플라즈마를 스트라이킹한다 (strike). 대안적으로, PM (210) 으로부터 리모트로 (remotely) (즉, PM 외부에) 생성된 플라즈마 또는 유도 플라즈마 (inductive plasma) 가 PECVD 프로세스를 수행하도록 사용될 수도 있다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들 (teachings) 은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시 예들의 피처들로 그리고/또는 임의의 다른 실시 예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 또 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 관계 및 기능적 관계는, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)" 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 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 전자 장치 (electronics) 와 통합될 수도 있다.
전자 장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들 (subparts) 을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 포지션 및 동작 설정들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드 록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 가능하게 하고, 엔드포인트 측정들을 가능하게 하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), 주문형 반도체들 (application specific integrated circuits; ASICs) 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 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기와 통신하는 또는 시스템과 통신하는 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, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 팹 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 가능하게 할 수도 있다.
일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 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 이산적인 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 원격으로 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
제한 없이, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈 및 반도체 웨이퍼들의 제작 및/또는 제조 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상기 주지된 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.
Claims (17)
- 가스 분리기 디바이스에 있어서,
제 1 가스 및 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 수용하기 위한 제 1 유입구, 및 제 1 유출구를 포함하는 제 1 챔버;
상기 제 1 챔버를 제 1 온도로 냉각하도록 상기 제 1 챔버에 장착된 제 1 펠티에 (Peltier) 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스;
상기 제 1 챔버에 연결되고 제 2 유출구를 포함하는 제 2 챔버; 및
상기 제 1 펠티에 디바이스 및 상기 제 2 펠티에 디바이스에 각각, 그리고 상기 제 1 온도보다 더 높은 제 2 온도로 상기 제 2 챔버를 냉각하도록 상기 제 2 챔버에 장착된 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스를 포함하고;
상기 제 1 펠티에 디바이스, 상기 제 2 펠티에 디바이스, 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스는,
상기 제 1 챔버에서 상기 가스 혼합물의 상기 제 2 가스를 응결하고 (condense) 그리고 상기 제 1 유출구를 통해 상기 제 1 가스를 출력하고; 그리고
상기 제 2 챔버에서 상기 제 1 챔버로부터 수용된 상기 응결된 제 2 가스를 상기 제 2 가스로 변환하고 그리고 상기 제 2 유출구를 통해 상기 제 2 가스를 출력하도록 구성되는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도로 상기 제 1 챔버를 냉각하기 위해 상기 제 1 펠티에 디바이스 및 상기 제 2 펠티에 디바이스에 제 1 전압을 공급하고 그리고 상기 제 2 온도로 상기 제 2 챔버를 냉각하기 위해 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스에 제 2 전압을 공급하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 온도보다 더 높은 제 3 온도로 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스의 대향하는 측면들을 냉각하도록 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스에 부착된 냉각 어셈블리를 더 포함하는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버를 선택적으로 연결하는 밸브; 및
상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 상기 응결된 제 2 가스를 선택적으로 이송하기 위해 상기 밸브를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 가스 분리기 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 챔버에서 상기 응결된 제 2 가스의 레벨을 센싱하기 위한 레벨 센서를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 레벨에 기초하여 상기 밸브를 제어하도록 구성되는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유출구는 질량 유량 제어기 (mass flow controller) 를 통해 기판 프로세싱 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고; 그리고
상기 제 2 유출구는 저감 (abatement) 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 가스 분리기 디바이스는 기판 프로세싱 툴 내에 위치되는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
복수의 밸브들; 및
제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는
에러에 응답하여 상기 가스 분리기 디바이스를 셧다운하고 (shut down);
상기 제 1 유출구로부터 기판 프로세싱 챔버로의 상기 제 1 가스의 플로우를 제어하고;
상기 제 2 유출구로부터 저감 디바이스로의 상기 제 1 가스의 플로우를 방향 전환하고 (divert);
상기 가스 분리기 디바이스를 퍼지하고; 그리고
상기 가스 분리기 디바이스로부터 상기 가스 분리기 디바이스 업스트림 (upstream) 의 시스템들 내로의 가스들의 역류 (backflow) 를 방지하는 것 중 적어도 하나를 하기 위해 밸브들을 제어하도록 구성되는, 가스 분리기 디바이스. - 제 1 항에 기재된 복수의 가스 분리기 디바이스;
복수의 기판 프로세싱 챔버들; 및
저감 디바이스를 포함하고;
상기 복수의 가스 분리기 디바이스의 제 1 가스 분리기 디바이스는 상기 가스 혼합물을 수용하고, 상기 기판 프로세싱 챔버들 중 제 1 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고, 그리고 상기 저감 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하고; 그리고
상기 복수의 가스 분리기 디바이스의 제 2 가스 분리기 디바이스는 상기 가스 혼합물을 수용하고, 상기 기판 프로세싱 챔버들 중 제 2 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고, 그리고 상기 저감 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하는, 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 가스 분리기 디바이스의 제 3 가스 분리기 디바이스는 상기 가스 혼합물을 수용하고, 그리고 상기 제 1 가스 분리기 디바이스 고장 (failing) 에 응답하여, 상기 기판 프로세싱 챔버들 중 상기 제 1 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고 그리고 상기 저감 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하는, 시스템. - 제 1 가스 및 제 2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 수용하고, 상기 제 1 가스 및 제 2 가스를 분리하고, 제 1 기판 프로세싱 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고, 그리고 저감 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하도록 구성된, 제 1 가스 분리기 디바이스;
상기 가스 혼합물을 수용하고, 상기 제 1 가스 및 제 2 가스를 분리하고, 제 2 기판 프로세싱 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고, 그리고 상기 저감 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하도록 구성된, 제 2 가스 분리기 디바이스; 및
상기 가스 혼합물을 수용하고, 상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스를 분리하고, 그리고 상기 제 1 가스 분리기 디바이스 고장에 응답하여, 상기 제 1 기판 프로세싱 챔버로 상기 제 1 가스를 공급하고 그리고 상기 저감 디바이스로 상기 제 2 가스를 공급하도록 구성된, 제 3 가스 분리기 디바이스를 포함하고;
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스는 상기 제 1 기판 프로세싱 챔버 및 상기 제 2 기판 프로세싱 챔버를 포함하는 기판 프로세싱 툴 내에 위치되는, 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은,
상기 가스 혼합물을 수용하기 위한 제 1 유입구 및 상기 기판 프로세싱 챔버들 중 각각의 챔버에 연결된 제 1 유출구를 포함하는 제 1 챔버;
상기 제 1 챔버를 제 1 온도로 냉각하도록 상기 제 1 챔버에 장착된 제 1 펠티에 디바이스 및 제 2 펠티에 디바이스;
상기 제 1 챔버에 연결되고 그리고 상기 저감 디바이스에 연결된 제 2 유출구를 포함하는 제 2 챔버; 및
상기 제 1 펠티에 디바이스 및 상기 제 2 펠티에 디바이스에 각각, 그리고 상기 제 1 온도보다 더 높은 제 2 온도로 상기 제 2 챔버를 냉각하도록 상기 제 2 챔버에 장착된 제 3 펠티에 디바이스 및 제 4 펠티에 디바이스를 포함하고;
상기 제 1 펠티에 디바이스, 상기 제 2 펠티에 디바이스, 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스는,
상기 제 1 챔버에서 상기 가스 혼합물의 상기 제 2 가스를 응결하고 그리고 상기 제 1 유출구를 통해 상기 제 1 가스를 출력하고; 그리고
상기 제 2 챔버에서 상기 제 1 챔버로부터 수용된 상기 응결된 제 2 가스를 상기 제 2 가스로 변환하고 그리고 상기 제 2 유출구를 통해 상기 제 2 가스를 출력하도록 구성되는, 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 상기 제 1 온도로 상기 제 1 챔버를 냉각하기 위해 상기 제 1 펠티에 디바이스 및 상기 제 2 펠티에 디바이스에 제 1 전압을 공급하고 그리고 상기 제 2 온도로 상기 제 2 챔버를 냉각하기 위해 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스에 제 2 전압을 공급하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스, 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은 상기 제 2 온도보다 더 높은 제 3 온도로 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스의 대향하는 측면들을 냉각하도록 상기 제 3 펠티에 디바이스 및 상기 제 4 펠티에 디바이스에 부착된 냉각 어셈블리를 포함하는, 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은,
상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버를 선택적으로 연결하는 밸브; 및
상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 상기 응결된 제 2 가스를 선택적으로 이송하기 위해 상기 밸브를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은,
상기 제 1 챔버에서 상기 응결된 제 2 가스의 레벨을 센싱하기 위한 레벨 센서를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 레벨에 기초하여 상기 밸브를 제어하도록 구성되는, 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분리기 디바이스, 상기 제 2 가스 분리기 디바이스 및 상기 제 3 가스 분리기 디바이스 각각은,
복수의 밸브들; 및
제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는
에러에 응답하여 상기 가스 분리기 디바이스를 셧다운하고;
상기 제 1 유출구로부터 상기 기판 프로세싱 챔버들 중 각각의 챔버로의 상기 제 1 가스의 플로우를 제어하고;
상기 제 2 유출구로부터 저감 디바이스로의 상기 제 1 가스의 플로우를 방향 전환하고;
상기 가스 분리기 디바이스를 퍼지하고; 그리고
상기 가스 분리기 디바이스로부터 상기 가스 분리기 디바이스 업스트림의 시스템들 내로의 가스들의 역류를 방지하는 것 중 적어도 하나를 하기 위해 밸브들을 제어하도록 구성되는, 시스템.
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