KR100924237B1 - 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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노드슨 코포레이션
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Abstract

본 발명은 다운스트림형 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 상기 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버는 전력 공급된 전극과 접지된 전극 사이에서 일반적으로 배치되는 플라즈마 캐비티를 가지는 챔버 덮개, 상기 접지된 판에 의하여 플라즈마 캐비티로부터 분리되는 처리 공간, 및 상기 워크피스를 유지하기 위한 처리 공간에서 기판 지지체를 포함한다. 다이렉트 플라즈마는 플라즈마 캐비티에서 발생된다. 상기 접지된 판은 프리 래디칼의 다운스트림형 플라즈마를 제공하기 위하여 플라즈마 캐비티로부터 허용되는 플라즈마로부터 처리 공간으로 전자와 이온을 제거하는 개구에 채택된다. 또한, 상기 개구는 플라즈마 캐비티와 처리 공간 사이의 광을 위한 조준선 경로(line of sight path)를 제거할 수 있다. 다른 특징에서, 상기 처리 챔버의 공간은 챔버 덮개로부터 적어도 하나의 제거가능한 측벽을 제거하거나 또는 삽입함으로써 조정될 수 있다.
Figure R1020030023303
플라즈마, 챔버 덮개, 플라즈마 캐비티, 진공 챔버, 워크피스 홀더, 진공 소스

Description

플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치 및 방법{An apparatus and a method for treating a workpiece with a plasma}
도 1은 본 발명의 원리에 따른 플라즈마 처리 시스템의 사시도.
도 2a는 도 1의 플라즈마 처리 시스템의 측방향의 개략적인 부분 절단 사시도.
도 2b는 챔버 덮개가 폐쇄된 위치에 있는 도 1의 플라즈마 처리 시스템의 측방향의 개략적인 부분 절단 사시도.
도 2c는 도 1의 플라즈마 처리 시스템의 상세한 측방향 도면.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 시스템의 정면도.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 시스템을 위한 제어 시스템을 도시하는 개략적인 블록 다이아그램.
도 5는 도 4의 제어 시스템을 사용하는 플라즈마 처리 시스템을 구현하기 위한 방법으로 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 원리의 다른 실시예에 따른 기판 지지체의 측방향 도면.
도 7은 도 6의 기판 지지체의 부분적인 정면도.
도 8은 본 발명의 원리에 따른 플라즈마 챔버의 평면도.
도 9는 도 8의 9-9선을 따라서 취한 단면도.
도 10은 도 9의 10-10선을 따라서 취한 단면도.
도 11은 도 10의 부분의 상세한 도면.
도 12는 도 8 내지 도 11의 플라즈마 챔버의 전개도.
도 13은 도 8 내지 도 12의 플라즈마 챔버와 사용하기 위한 접지된 판의 다른 실시예의 사시도.
도 14는 도 8 내지 도 12의 플라즈마 챔버와 사용하기 위한 접지된 판의 다른 실시예의 사시도.
도 15는 본 발명의 원리에 따른 플라즈마 챔버의 다른 실시예의 도 9와 유사한 단면도.
도 15a는 도 15의 부분의 상세한 도면.
도 16는 도 15의 플라즈마 챔버의 도 10와 유사한 단면도.
도 17은 도 16의 부분의 상세한 도면.
도 18은 도 15 내지 도 17의 플라즈마 챔버의 전개도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 플라즈마 처리 시스템 12: 처리 챔버
14: 챔버 덮개 20: 로딩 스테이션
22: 출구 스테이션 30: 측벽
32: 림 36: 체결구
48: 립 56: 워크피스
본 발명은 본원에서 그 전체가 참조로 포함된 2002년 4월 19일자 출원된 미국 가특허출원 제 60/374,010 호의 이점을 청구하고 있다.
본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리에 관한 것으로서, 특히 다운스트림형(downstream-type) 플라즈마 처리 시스템을 실행하도록 구성된 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
플라즈마 처리는 집적 회로들, 전자 패키지들 및 인쇄 회로판들에 관련한 애플리케이션들에 사용되는 워크피스(workpiece)의 표면 특성을 수정하기 위하여 통상적으로 적용된다. 플라즈마 처리 시스템들은 처리 가스로부터 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성하고, 물리적인 스퍼터링(sputtering), 화학 보저 스퍼터링, 또는 화학적인 반응에 의하여 표면의 원자를 제거하기 위하여 다이렉트 플라즈마로부터 발생된 액티브 종(active species)으로 기판 또는 워크피스의 표면을 노출시키도록 구성된다. 상기 물리적이거나 화학적인 작용은 처리 재료의 외부적인 표면층을 선택적으로 제거하거나, 또는 표면으로부터 바람직하지 못한 오염물을 청소하기 위해, 접착과 같은 특성들을 향상시키기 위하여 표면을 컨디셔닝하기 위하여 사용될 수 있다. 플라즈마 처리는 디라미네이션(delamination)과 결합 실패를 제거하고, 와이어 본드 강도를 향상시키며, 보이드 프리 언더필(void free underfill)을 보장하며, 산화물을 제거하며, 다이 부착을 향상시키고, 캡슐화(encapsulation)를 위한 부착을 향상시키기 위하여 표면 활성화 및/또는 표면 세정성을 증가시키기 위하여 전자 패키징에 사용된다.
플라즈마 처리 시스템들은 워크피스의 그룹들이 연속적인 플라즈마 노출 또는 처리 사이클들에 의하여 처리되는 인-라인(in-line)의 클러스터(cluster) 시스템들 또는 배치 처리들(batch processes)로 통합될 수 있다. 워크피스들은 매거진(magazine)에서의 운반, 컨베이어 이송 시스템, 또는 처리 챔버로의 수동 삽입을 포함하는 다양한 방법에 의하여 공급될 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 시스템들은 플라즈마 처리 동작들을 위하여 처리 챔버내로 및 그 외부로 워크피스 교환을 조정하는 자동화된 로봇 조정기를 제공받을 수 있다.
종래의 플라즈마 처리 시스템들은 각각의 워크피스들의 표면을 가로질러 적절한 처리 균일성을 제공하는데 실패하였다. 이러한 플라즈마 세기는 워크피스의 표면상 모든 위치들에서 정밀하고 정확하게 제어되어야만 함으로써, 상기 표면을 가로질러서 거의 균일하다. 상기 플라즈마의 균일성을 제어하기 위한 중요한 파라미터(parameter)는 상기 여기 전력(excitation power)의 공간적인 균일성과 상기 처리 가스의 분산을 포함한다. 상기 워크피스의 표면에서의 비균일한 플라즈마 세기는 처리 신뢰성을 악화시키고, 또한 처리 생산량을 감소시킨다. 워크피스-대-워크피스의 균일성을 달성하기 위하여, 상기 처리 가스는 여기 전력에 의하여 균일하게 분산되고, 또한 균일하게 이온화되어야만 됨으로써, 활성된 종(species)의 플럭스(flux)는 워크피스의 표면을 가로질러서 공간적으로 균일하게 된다.
마찬가지로, 종래의 플라즈마 처리 시스템들은 워크피스의 연속적인 배치들 사이에서 플라즈마 처리의 적절한 재현성(reproducibility)을 성취하는데에 실패하였다. 배치-대-배치의 재현성은 처리 변수와 파라미터들의 정밀한 제어에 의존함으로써, 상기 연속적인 워크피스는 거의 동일한 플라즈마 상태들에 노출된다. 또한, 종래의 플라즈마 처리 시스템들은 자동화된 처리 라인들 또는 제조 요구들에 따르는 처리량을 가지고 워크피스들을 빠르게 처리할 수 없다. 시스템의 처리량과 플라즈마 처리의 균일성은 제조 비용들을 감소시키기 위하여 최대화되어야만 한다.
종래의 인-라인 플라즈마 처리 시스템들은 또한 상기 전자석 스펙트럼의 적어도 하나의 가시 영역에서 이온들, 전자들 및 광이 거의 없는 다운스트림형 플라즈마를 발생시키는 능력이 부족하다. 잘 알려진 바와 같이, 다이렉트 플라즈마는 네트 하전, 소스 가스 분자들 및, 중성인 프리 래디칼들(free radical)을 갖는 이온 및 전자를 포함하는 다수의 서로 다른 종의 컴비네이션(combination)이다. 프리 래디칼들은 거의 이온화되지만, 포지티브하게(positively) 또는 네거티브하게(negatively) 하전될 수 있도록 전자들의 완전한 보충물을 유지하는 가스 분자들이다. 워크피스들은 주로 프리 래디칼들을 포함하는 다운스트림형 플라즈마로 또는, 모든 플라즈마 종들을 포함하는 다이렉트 플라즈마(direct plasma)로 처리될 수 있다. 다이렉트 플라즈마로 워크피스들을 처리하는 것은, 이온 및 전자 충돌로 인한 물리적인 작용과, 상기 프리 래디칼들의 표면 상호작용으로부터 발생하는 화학적인 작용 모두로 처리를 촉진시킨다. 한편, 상기 다운스트림형 플라즈마로 처리하는 것은 주로 화학적인 작용을 포함한다.
종래의 플라즈마 처리 시스템들은 일반적으로 고정된 크기의 플라즈마 챔버와, 대향된 처리 전극들 사이의 고정된 위치에 워크피스를 유지시키는 플라즈마 챔버에서의 기판 지지체를 포함한다. 상기 워크피스는 고정된 위치에 위치되기 때문에, 플라즈마 처리될 표면은 처리 전극들에 대하여 이격된다. 상기 고정된 위치는 주어진 두께의 워크피스를 처리하기 위해 효과적인 플라즈마 처리를 제공하는데 효과적인 스페이싱(spacing)을 제공하도록 선택된다. 상기 시스템에서 처리될 워크피스의 두께는 변화될 때에, 상기 플라즈마 처리의 효율이 감소될 수 있도록 상기 표면의 위치는 더 이상 원하는 고정된 위치에 있지 않는다. 따라서, 종래의 플라즈마 처리 시스템은 워크피스 두께에서의 변화들을 수용하기에는 불충분하게 구비된다.
따라서, 플라즈마 챔버에서 워크피스들을 처리하기 위한 다운스트림형 플라즈마를 제공할 수 있고, 또한 효과적인 처리 효율을 유지하면서 서로 다른 두께의 워크피스들을 수용할 수 있는 인-라인 플라즈마 처리 시스템에 대한 요구가 있게 된다.
본 발명은 다운스트림형 플라즈마 처리를 수행할 수 있는 플라즈마 처리 시스템을 제공함으로서 종래 기술과 관련된 상술된 문제점들 및 다른 문제점들을 해결한다. 상기 플라즈마 처리 시스템은, 처리 공간과, 챔버 덮개 및 상기 챔버 덮개에 형성된 플라즈마 캐비티를 포함하는 진공 챔버와, 상기 처리 공간에 위치된 워크피스 홀더와, 상기 진공 챔버와 유체 소통되게 결합된 진공 소스와, 상기 진공 챔버와 유체 소통되게 연결되는 처리 가스 공급부 및, 제 1 플라즈마 여기 소스를 포함한다. 상기 플라즈마 캐비티와 처리 공간은 유체 소통된다. 상기 처리 가스 공급부는 적어도 플라즈마 캐비티로 처리 가스를 제공할 수 있으며, 상기 진공 소스는 처리 공간과 플라즈마 캐비티를 진공화할 수 있으며, 상기 제 1 플라즈마 여기 소스는 플라즈마를 발생시키기 위하여 플라즈마 캐비티에서 처리 가스를 여기시키기 위하여 작동가능하다. 상기 플라즈마 여기 소스는, 상기 플라즈마 캐비티와 처리 공간 사이에 위치되는 접지된 판(grounded plate)을 더 포함한다. 상기 접지된 판은 플라즈마 캐비티로부터 처리 공간으로 이온들 및 전자들과 같은 하전된 종들(species)의 전달을 금지하거나, 또는 적어도 감소시킬 수 있는 다수의 개구들을 포함한다. 그러나, 상기 개구들은 플라즈마 캐비티로부터 처리 공간으로 프리 래디칼들의 전달을 우선적으로 허용한다. 본 발명의 이러한 양상에 따라서, 하전된 입자들 및 양자들의 없거나 또는 거의 없는 다운스트림형 플라즈마는 하전된 입자에 의하여 제공되는 물리적인 작용이 없이 상기 래디칼의 화학적인 작용에 의하여 플라즈마 처리를 수행하기 위하여 상기 워크피스에 발생될 수 있다.
본 발명의 원리들에 따라서, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 플라즈마 처리 시스템의 처리 공간에 워크피스를 위치시키는 단계와, 하전된 종들(species)과 프리 래디칼들을 포함하는 다이렉트(direct) 플라즈마를 발생시키는 단계와, 프리 래디칼들을 포함하는 다운스트림형 플라즈마를 생성하기 위하여 다이렉트 플라즈마로부터 하전된 종들을 필터링하는 단계와, 상기 처리 공간의 워크피스를 다운스트림형 플라즈마에 있는 프리 래디칼에 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라서, 플라즈마 처리 시스템은 챔버 베이스와, 처리 공간을 형성하는 폐쇄된 위치와, 상기 처리 공간 내부와 외부로 워크피스를 전달하기 위한 개방된 위치 사이에서 상기 챔버 베이스에 대하여 이동가능한 챔버 덮개를 구비하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버와 유체 소통되게 결합된 진공 소스와, 상기 처리 공간에 위치된 워크피스 홀더와, 상기 진공 챔버와 유체 소통하는 처리 가스 공급부 및, 플라즈마 여기 소스를 포함한다. 상기 처리 가스 공급부는 처리 가스를 처리 공간으로 제공할 수 있으며, 상기 플라즈마 여기 소스는 처리 공간을 진공화할 수 있고, 상기 플라즈마 여기 소스는 처리 가스로부터 발생되는 처리 공간에 플라즈마를 공급하기 위하여 작동가능하다. 상기 챔버 덮개는 진공 챔버의 수직 크기를 변화시키기 위하여 챔버 덮개로부터 제거될 수 있는 제 1 측벽 섹션을 또한 포함한다. 본 발명의 상기 특징에 따라서, 상기 챔버의 수직적인 크기는 처리 전극으로부터 예견된 거리에서 상기 워크피스의 노출면을 위치시킴으로써 기판 두께를 보상하여 서로 다른 두께의 워크피스를 수용하기 위하여 변화될 수 있다.
본 발명의 원리에 따라서, 진공 덮개를 가지는 진공 챔버의 처리 공간에서 워크피스를 플라즈마 처리하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은 상기 처리 공간에 워크피스를 위치시키는 단계와, 상기 워크피스의 노출된 표면으로부터 워크피스의 두께에 기초하여 상기 챔버 덮개에 위치된 처리 전극으로 거리를 변경하기 위하여 챔버 덮개의 부피를 변화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 목적들 및 다른 목적들과, 장점들은 첨부된 도면과 그 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
본 발명의 원리들 및 목적들에 따라서, 본 발명은 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 균일한 밀도의 플라즈마와, 빠른 펌프-다운(pump-down)의 벤팅 사이클들과, 재생가능한 처리 상태들, 및 간략화된 재료 처리를 제공하도록 구성된 플라즈마 처리 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 각각의 연속적인 워크피스를 처리하는데에 요구되는 사이클 시간을 최소로 하는 제어 알고리즘을 이용하면서, 처리 공간에서 균일한 밀도의 플라즈마를 개시 및 유지하기 위하여 감소된 여기 전력(excitation power)을 요구하는 것이 바람직하다.
본 발명의 원리에 따라서, 플라즈마 처리 시스템(10)은 도 1, 도 2a 내지 도 2c 및 도 3에 도시된다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(10)은, 기구 캐비넷(26)의 상부에서 거의 평탄하고 기계적으로 안정된 표면(24)에 위치되는 처리 챔버(12)와, 로딩 스테이션(20) 및 출구 스테이션(22)을 포함한다. 처리 챔버(12)는 힌지 조립체(hinge assembly)(16)에 의하여 챔버 베이스(18)에 힌지가능하게 연결된 챔버 덮개(14)를 포함한다. 챔버 덮개(14)는 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같은 개방 위치와, 도 2b에 도시된 바와 같은 폐쇄 위치 사이에 선택적으로 위치될 수 있다. 챔버 베이스(18)와 챔버 덮개(14)는 알루미늄 합금 또는 스테인레스 스틸과 같은 고진공 애플리케이션들에 적합한 전기 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
챔버 덮개(14)는 평탄한 림(flat rim)(32)에 의하여 둘러싸여 있는 구성요소로서의 측벽(30)과 돔형 천장(domed ceiling)(28)을 포함한다. 뷰포트(viewport) 개구(38)는 뷰포트(34)를 유지하기 위한 천장(28)에 제공된다. 도 2c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 뷰포트(34)는 프레임(35)과 체결구(36)에 의하여 챔버 덮개(14)에 부착된 거의 평탄한 패널이다. O-링(40)은 뷰포트 개구(38)를 둘러싸고 있는 홈(groove)(42) 내에 수용된다. 뷰포트(34)는 진공 밀폐된 밀봉부를 생성하기 위하여 O-링(40)을 압축가능하게 결합하고, 여기에서 밀봉력은 처리 챔버(12)의 내부 및 외부사이의 압력 차이와, 체결구(36)에 의하여 선택적으로 공급된다. 뷰포트(34)는 낮은 스퍼터링 계수를 가지고, 가스 불침투성의 석영과 같은 유전체 세라믹으로 구성되고, 광 파장용의 넓은 전달 범위를 가진다. O-링(40)은 Viton®과 같은 엘라스토머로 형성되는 것이 바람직하다.
챔버 베이스(18)는 평탄한 립(flat lip)(48)에 의하여 둘러싸여 있는 측벽(46)과 일체로 된 플로워 벽(44)을 포함한다. 상기 립(48)은 챔버 덮개(14)와 챔버 베이스(18) 사이에서 전기 도전성의 통로와 거의 진공 밀폐된 밀봉부를 제공하는 도전성 탄성 밀봉 부재 또는 O-링(51)을 수용하기 위한 원주형의 홈(50)을 포함한다. 홈(50)과 O-링(51)의 크기는 진공 밀폐된 밀봉부용으로 선택된다. O-링 홈(50)과, O-링(51)은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 챔버 덮개(14) 또는 챔버 베이스(18)에 위치될 수 있다. 주변 환경으로부터의 입자는 챔버 덮개(14)에 위치된다면 O-링(51)에 덜 부착되고, 또한 O-링(51)의 밀봉 능력을 포함할 수 있다.
O-링(51)은 실리콘에서의 알루미늄 및 은 파우더와 같은 엘라스토머 결합체에 주입된 도전성 충진 파우더의 합성물로 바람직하게 형성된 도전성 엘라스토머 가스켓(elastomer gasket)이다. 전형적인 O-링(51)은 Parker Hannifin Corp.(Cleveland, OH)의 자회사인 EMI Shielding Products에 의하여 Cho-seal®의 상표명으로 제조되고 판매되는 도전성 합성물로 형성된다.
또 다른 양상에서, 챔버 베이스(18)는 워크피스(56) 또는 부품을 수용하고 지지하도록 구성되는 워크피스 홀더 또는 기판 지지체(64)를 또한 포함한다. 일반적으로, 워크피스(56)는 미리 결정된 두께를 가진 대향된 측부 에지들(58, 59)과, 리딩 에지(leading edge)(60) 및, 트레일링 에지(trailing edge)(62)를 가지는 원주를 포함하는 직사각형의 평탄한 구조이다. 대향된 측부 에지(58,59)는 워크피스(56)의 종축에 수직으로 측정되는 미리 결정된 최대 횡방향 폭에 의하여 분리된다. 워크피스(56)는 볼 그리드 어레이(ball grid array; BGA) 또는 금속 납 프레임, 아우에르 보트(Auer boat)에서 운반되는 단일화된 BGA와 같은 스트립형 부품, 또는 다중칩 전기 모듈, 집적 회로 칩등을 운반하는 팔렛(pallet)이 될 수 있다. 워크피스(56)는 디스크형 반도체 웨이퍼 또는, 실리콘, 갈륨 비화물로 형성된 기판, 당업자에 친숙한 다른 반도체 재료가 될 수 있고, 금속화된 부분, 접촉부, 절연층등과 같은 패턴화된 영역을 포함할 수 있다.
도 2c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기판 지지체(64)는 거의 평탄한 지지 플랫폼(68)으로부터 수직으로 연장되는 대향된 측부 레일들(66a,66b)을 포함한다. 측부 레일(66a)은 지지 플랫폼(68)의 종축을 따라서 측부 레일(66b)에 대해 이격된 관계에 있음으로써, 상기 워크피스(56)의 측부 에지들(58,59) 사이의 최대폭이 수용될 수 있다. 편리함을 위하여, 측부 레일(66a)은 상기 측부 레일(66b)이 동일한 구조를 가지는 것을 이해할 수 있도록 아래에 상세하게 설명될 것이다. 측부 레일(66a)은 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기판 지지체(64)의 종축에 평행하게 연장되는 긴 채널(72)을 통합하고, 립(48)을 포함하는 수평 평면 위로 돌출한다. 채널(72)은 워크피스(56)의 측부 에지(59)를 미끄럼 가능하게 수용하기 위한 크기로 된 U자형 단면 프로파일을 가진다. 채널(72)의 대향된 말단들은, 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로딩 동안에 워크피스(56)의 측부 에지(59)를 물리적으로 포획하는 플레어된 립(flared lip)(74)을 포함한다. 예시적이만 제한되지 않은 것으로서, 상기 처리 챔버(12)와 상기 기판 지지체(64)는 6.86cm(2.7")(폭)×23.50cm(9.25")(길이)×0.95cm(3/8")(두께)의 최대 크기 또는, 15.24cm(6")×30.48cm(12")×2.54(1")의 최대 크기를 가지는 워크피스(56)를 수용하도록 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 처리 챔버(12)는 30.48cm(12") ×30.48cm(12")의 최대 평면 크기를 가지는 워크피스(56)를 수용하도록 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 로딩 스테이션(20)과 출구 스테이션(22)은 처리 챔버(12)의 각각의 대향된 단부에 근접하고, 워크피스(56,56')를 처리 챔버(12)의 안쪽 및 바깥쪽으로 이동하기 위하여 채택된다. 로딩 스테이션(20)은 거의 평탄한 지지 플랫폼(76)과, 대향된 로딩 측부 레일들(78a 및 78)을 포함한다. 로딩 측부 레일(78a)은 지지 플랫폼(76)의 종축을 따라서 로딩 측부 레일(78b)에 대하여 이격된 관계에 있음으로써, 상기 워크피스(56)의 최대폭이 수용될 수 있다. 편리함을 위하여, 측부 레일(78a)은 측부 레일(78b)이 거의 동일하다는 것을 이해하면서 아래에 보다 상세하게 설명될 것이다. 로딩 측부 레일(78a)은 립(48)을 포함하고 긴 채널(82)에 포함되는 수평 평면 위로 돌출한다. 채널(82)은 워크피스(56)의 하나의 대향된 측부 에지(58 또는 59)를 미끄럼가능하게 수용하도록 적응된 크기로 된 U자형 단면 프로파일을 가진다. 채널(82)의 대향된 말단부들은 워크피스(56)의 측부 에지들(58,59)을 물리적으로 포획하는 플레어된 립(80)을 포함한다. 지지 포스트(84)는 지지 플랫폼(76)의 하부 표면으로부터 표면(24)까지 연장된다.
출구 스테이션(22)은 로딩 스테이션(20)에 유사하게 구성된다. 출구 스테이션(22)은 평면 지지 플랫폼(88)으로부터 상향 및 외향으로 연장되는 대향된 언로딩 측부 레일들(86a,86b)을 포함한다. 편리함으로 위하여, 측부 레일(86a)은 측부 레일(86b)이 동일한 구조를 가진다는 것을 이해하고 이하에서 보다 상세하게 설명한다. 측부 레일(86a)은 림(48)을 포함하고 종방향 채널(90)을 포함하는 수평 평면 위로 돌출한다. 채널(90)은 처리되는 워크피스(56')의 2개의 원주 에지(58',59')중 하나를 미끄럼가능하게 수용하기 위한 크기로 된 U자형 단면 프로파일을 가진다. 대향된 채널(90)의 말단들은 언로딩동안에 처리된 워크피스(56')의 측부 에지들(58',59')을 물리적으로 포획하는 것을 돕는 플레어된 립(91)을 포함한다. 지지 포스트(92)는 지지 플랫폼(88)의 하부로부터 표면(24)으로 연장된다.
플라즈마 처리 시스템(10)은 로딩 스테이션(20)과 출구 스테이션(22)에 부착되는 핀치 휠(pinch wheel)(99)과, 위치선정 레버(positioning lever)(94)를 또한 포함한다. 핀치 휠(99)은 워크피스(56) 또는 워크피스(56')를 위치선정하는 것에서 미세한 조정을 할 수 있도록 동작가능하다. 레버(94)는 기구 캐비넷(26)의 상부면(24)에 형성된 슬롯(96)의 길이부를 따라서 이동하고, 또한 수직 방향으로 이동하도록 동작가능하다. 구동 메카니즘(미도시)은 레버(94)에 부착되고, 슬롯(96)에서 수직 및 종방향으로 아암(arm)(94)을 이동시키도록 동작가능하다. 레버(94)는 플라즈마 처리 사이클 동안에 처리 챔버(12)의 외부에 전체적으로 위치된다.
위치선정 레버(94)는 로딩 측부 레일들(78a,78b) 사이에서 유지되는 워크피스(56)의 후방 에지(62)에 선택적으로 인접하는 제 1 핑거(finger)(98a)와, 측부 레일들(66a,66b) 사이에 유지되는 제 2 워크피스(56)의 후방 에지(62)에 선택적으로 인접하는 제 2 핑거(98b)를 구비하는 로드(97)를 또한 포함한다. 상기 핑거(98a,98b)는 로드(97)에 대하여 탄성적으로 바이어싱될 수 있고, 또한 예를 들면 측부 레일들의 세트와 오정렬되는 워크피스로 인해 위치선정 레버(94)의 선형 운동에 저항을 검출하기 위한 센서를 또한 포함할 수 있다.
워크피스 로딩 동작 동안에, 워크피스(56)는 자동화된 운반 시스템(미도시)에 의하여 운반되고, 로딩 스테이션(20)에서 로딩 측부 레일들(78a,b)에 위치된다. 로딩 스테이션(20)의 핀치 휠(99)은 적절한 위치선정을 위한 짧은 거리로 상기 워크피스(56)를 이동시키기 위하여 사용된다. 챔버 덮개(14)가 개방된 이후에, 위치선정 레버(94)는 초기에 위치선정되고 선형으로 작동되는 것으로부터 하강됨으로써, 상기 핑거(98a)는 후방 에지(62)를 결합하고, 기판 지지체(64)를 향하여 로딩 측부 레일들(78a,78b)을 따라서 워크피스(56)를 밀게된다. 상기 워크피스(56)의 전방 에지(60)는 로딩 측부 레일들(78a,78b)과 측부 레일들(66a,66b) 사이의 갭을 이동시킬 것이다. 상기 워크피스(56)의 대향된 측부 에지(58,59)는 측부 레일(66a,66b)에 의하여 미끄럼가능하게 수용될 것이다. 그 후, 상기 위치선정 레버(94)는 기판 지지체(64) 상에 적절하고 정확하게 위치될 때까지 상기 워크피스(56)를 계속하여 밀 것이다. 바람직하게는, 상기 워크피스(56)의 중심은 처리 챔버(12)의 중심선 또는 중심 수직축과 동축으로 위치된다. 그 다음, 상기 위치선정 레버(94)는 수직으로 이동하게 됨으로써, 레버(94)가 이것의 초기 위치로 후퇴하게 될 때에, 핑거(98b)는 상기 워크피스(56)의 리딩 에지를 떠나게 될 것이다.
처리된 워크피스(56')가 워크피스 로딩 동작 동안에 기판 지지체(64) 위에 잔류하게 된다면, 핑거(98b)는 후방 에지(62')를 결합하고, 위치선정 레버(94)는 처리된 워크피스(56')를 출구 스테이션(22)을 향하여 스위핑(sweep)한다. 처리된 워크피스(56')의 전방 에지(60')는 처리 챔버(12)와 출구 스테이션(22) 사이의 갭을 가로지를 것이다. 처리된 워크피스(56')의 측부 에지들(58',59')은 언로딩 측부 레일(86a,86b)에 의하여 포획된다. 연속되는 선형 운동으로써, 처리된 워크피스(56')는 처리 챔버(12)로부터 완벽하게 제거된다. 출구 스테이션(22)의 핀치 휠(99)은 다음의 처리 스테이션으로 이송하기 위한 준비로써 적절한 위치선정의 짧은 거리로 상기 워크피스(56')를 이동시키는데에 사용된다.
힌지 조립체(16)는 도 2a에 가장 잘 도시된 바와 같은 개방 위치와, 도 2b에 가장 잘 도시된 바와 같은 폐쇄된 위치 사이에서 챔버 베이스(18)에 대하여 선택적으로 피봇될 수 있다. 힌지 조립체(16)는 도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 측벽(46)의 비진공 측부를 따라서 이격된 관계로 배치되는 적어도 2개의 브라켓들(100)을 포함한다. 챔버 덮개(14)가 폐쇄된 위치로 캔티레버(cantilever)될 때에, 챔버 덮개(14)와 챔버 베이스(18)는 예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이 진공 밀폐된 처리 공간(102)을 둘러싼다.
각각의 브라켓(100)은 측벽(46)의 비진공 측부에 체결구(108)로 장착된 너브(unb)(106)와 V자형 브레이스(brace)(104)를 포함한다. 각각의 브레이스(104)는 브레이스(104)에서의 굽힘부 근처의 개구(112) 내와, 너브(106)의 동축 개구(124) 내에서 수용되는 힌지 핀(110)에 의하여 운반된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 힌지 핀(110)은 2개의 브라켓(100)에 의하여 나누어진다. 도 2a에서, 브레이스(104)의 한 단부는 챔버 덮개(14)의 측벽(30)의 비진공 측부에 연결된다. 각 브레이스(104)의 제 2 단부는 2개의 브레이스(104)에 의하여 또한 나누어지는 연결 로드(116)를 수용하는 개구(114)를 포함한다.
연결 로드(116)는 양방향 공압 실린더 또는 덮개 작동기(122)의 피스톤 로드(120)의 일 단부에 의하여 나사산으로 운반되는 로드 단부(118)에 또한 부착된다. 로드 단부(118)는 연결 로드(116)를 미끄럼가능하게 수용하기 위한 크기로 된 내부 직경을 가진 개구(미도시 되지만, 개구(114)와 유사하고 그 동축선상에 있게 됨)를 또한 포함한다. 피스톤 로드(120)는 선형 왕복운동하고, 수직 방향 운동을 하도록 채택됨으로써, 상기 브레이스(104)는 개방 위치와 폐쇄된 위치 사이에서 챔버 덮개(14)를 캔티레버(cantilever)하기 위하여 힌지 핀(110)에 대하여 피봇할 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 덮개 작동기(122)의 대향된 단부는 도구 캐비넷(26)내에서 구조 지지체(미도시)에 장착 블록(126)을 거쳐서 고정된다.
도 2b에서, 본 발명의 일 양상에 따라서, 오브라운드(obround) 베어링(128)은 너브(106)의 개구(124) 내에 미끄럼가능하게 수용된다. 오브라운드 베어링(128)은 개구(124) 내에 마찰적으로 결합되게 선택되는 외부 직경의 외부 환형 표면과, 힌지 핀(110)을 수용하기 위한 크기로 된 내부 보어(interior bore)(130)를 가진다. 보어(130)는 보어(130)의 종방향 축에 대하여 일반적으로 볼 때에, 수직의 주축에 실질적으로 타원형 단면 프로파일을 가진다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 챔버 덮개(14)가 개방된 위치에 있을 때에, 힌지 핀(110)의 하나의 단부의 길이는 보어(130)의 하부 내부 표면과 접촉하게 될 것이다. 챔버 덮개(14)가 덮개 작동기(122)에 의하여 피봇될 때에, 힌지 핀(110)은 종방향 축에 대하여 회전하게 된다. 회전할 때에, 상기 힌지 핀(110)의 외부면은 보어(130)의 하부 내부면과 접촉하게 남아 있게 된다. 립(32)이 도 2b에 도시된 바와 같이, O-링(51)의 표면과 접촉하게 될 때에, 덮개 작동기(122)는 계속하여 연장하여, 상기 챔버 덮개(14)는 O-링(51)을 압축하기 위하여 하향으로 이동하게 된다. 오브라운드 베어링(128)이 존재함으로써, 힌지 핀(110)은 보어(130)에서 수직의 상향으로 이동하기에 자유롭게 된다.
상기 챔버 덮개(14)가 폐쇄된 위치로 있는 도 2c에서, 상기 챔버 덮개(14)의 내부의 원주 표면과, 챔버 베이스(18)는 처리 공간(102)을 둘러싼다. 상기 진공 밀봉부는 챔버 베이스(18)와 챔버 덮개(14) 사이에서 O-링(51)을 부가로 압축함으로써 향상된다. 이러한 O-링(51)에 대한 부가의 압축은, 챔버 덮개(14)의 외부에 작용하는 대기압과, 챔버 베이스(18)를 향하여 수직의 하향으로 상기 챔버 덮개(14)를 가압하는 힘을 적용시키는 처리 챔버(12) 내 진공 사이의 압력 차이로부터 발생된다. 힌지 핀(110)은 오브라운드 베어링(128)이 존재함으로써 최소의 횡방향 운동을 가지고 수직으로 이동한다.
오브라운드 베어링(128)내의 보어(130)는 원형 단면 프로파일의 보어를 가지는 종래의 베어링과 비교할 때에, 힌지 핀(110)의 부가의 수직적인 자유도를 허용한다. 챔버 덮개(14)는 O-링(51)을 압축하는 힘에 반응하여서 수직으로 자유롭게 이동한다. 결과적으로, 립(32)과 O-링(51) 사이의 진공 밀폐된 밀봉부는 홈(50)의 원주에 대하여 균일하게 된다. 바람직한 실시예에서, 오브라운드 베어링(128)의 존재는 힌지 핀(110)의 수직 운동의 대략 50 mils를 제공한다.
압력 게이지(52)는 튜빙(tubing)(53)을 거쳐서 측벽(46)에 제공되는 개구에 연결된다. 압력 게이지(52)는 처리 공간(102) 내의 진공 압력을 감지하고, 또한 압력 피드백 신호를 제공하도록 동작가능하다. 전형적인 압력 게이지(52)는 MKS 인스트루먼트(Instrument)(Andover MA)에 의해서 제조되는 Baraton®Capacitance Manometer와 같은 캐패시턴스 마노미터(capacitance manometer)이다. 블리드 밸브(bleed valve)(54)는 측벽(46)에 제공되는 다른 개구에 튜빙(55)을 거쳐서 연결된다. 블리드 밸브(54)는 주변 공기 또는, 질소와 같은 공급 가스로써 처리 챔버(12)를 벤트하도록 동작가능하다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(10)은 챔버 베이스(18)의 하부벽(44)에서 큰, 중심에 위치되는 배출 포트(136)를 통하여 진공 펌핑 시스템(134)과 유체 소통하도록 연결된다. 진공 펌핑 시스템(134)은 원추형의 감소되는 니플(nipple)(138)과, 진공 밸브(140)와, 배출 진공 도관(미도시) 및, 진공 펌프(144)를 포함한다.
원추형의 감소되는 니플(138)의 대향 단부들은 제 1 진공 플랜지(vacuum flange)(146)와, 제 2 진공 플랜지(166)를 운반한다. 제 1 진공 플랜지(146)는 O-링(150)과 다수의 벌크헤드(bulkhead) 클램프들(152)에 의하여 둘러싸여 있는 스크린된 센터링 링(148)을 거쳐서 배출 포트(136)에 연결된다. 벌크헤드 클램프(152)는 제 1 진공 플랜지(146)의 원주에 대하여 대칭으로 배치된다. 각각의 벌크헤드 클램프(152)는 체결구(160)를 제거가능하게 수용하기 위한 보어(미도시)를 또한 포함하는 블록부(156)와, 제 1 진공 플랜지(146)의 상보형(complementary) 하부 표면을 결합하도록 채택되는 테이퍼링된 세그먼트(154)를 구비한다. 바람직하게는, 체결구(160)는 하부벽(44)에서 상보형의 내부 나사들(미도시)을 구비하는 개구에 부착가능한 나사 볼트이다. 진공의 밀폐된 밀봉부를 발생시키기 위하여, 체결구(160)는 O-링(150)을 균일하게 압축할 수 있도록 패턴화된 시퀀스에서 미리 선택된 토오크로 밀폐된다.
진공밸브(140)는 원추형의 감소된 니플(138)에 의하여 운반되는 제 2 진공 플랜지(166)로써 진공 고정부(164)를 거쳐서 유체 소통하도록 연결되는 상부 진공 플랜지(162)를 운반한다. 진공 고정부(164)는 윙너트(wingnut) 폐쇄부(170)와 관통 보어 센터링 링(172)을 가지고 제거가능한 클램쉘(clamshell) 클램프(168)를 포함한다. 윙너트 폐쇄부(170)가 밀폐될 때에, 센터링 링(172)에 의하여 운반되는 O-링(174)은 발생된 진공 밀폐된 밀봉부에 가압된다. 또한, 진공 밸브(140)는 진공 펌프(144)와 유체 소통하기 위하여 또한 연결된다.
진공 펌프(144)는 진공 기술분야에서 당업자중의 한 사람에게 분명한 바와 같이 하나 이상의 진공 펌프들을 포함할 수 있다. 바람직한 진공 펌프(144)는 예를 들면 Alcatel Vacuum Technologies Inc.(Fremont,CA)에 의하여 제조되고, 분당 약 11 입방 피트의 펌핑 비율을 가지며, 또한 처리 챔버(12)의 높은 도전성으로 인하여, 약 6초 이하에서 약 200 mTorr의 진공 압력으로 처리 공간(102)을 진공화할 수 있는 단일의 회전 베인 진공 펌프(single rotary-vane vacuum pump)이다. 다른 진공 펌프(144)는 건식 펌프와, 터보분자(turbomolecular) 펌프를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에서, 진공 분배 배플(vacuum distribution baffle)(180)은 챔버 베이스(18)의 내부 숄더(178)에 위치된다. 진공 분배 배플(180)은 다수의 오리피스들(184)에 의하여 천공되는 평탄한 긴 판(182)이다. 오리피스들(184)은 압력 차이를 전환시키기 위하여 진공 펌핑 시스템(134)의 입구를 향하여 처리 가스의 흐름을 제한한다. 결과적으로, 워크피스(56)의 전체 처리 표면은 플라즈마 처리 동작 동안 스퍼터링된 오염 종들 및 처리 가스의 고속 비우기를 동시에 허용하면서 플라즈마에 균일하게 노출될 것이다. 진공 분배 배플(180)은 또한, 진공 펌프로의 가스 흐름이 기판 지지체(64) 위 워크피스(56)의 위치를 저지하는 것을 방지한다.
바람직하게는, 진공 분배 배플(180)은 최소의 가스 방출 가능성(out-gassing potential)을 가지며, 기계가공가능한 세라믹과 같은 전기절연 재료로 형성된다. 적절한 기계가공가능한 세라믹은 Mkkoy/Mycalex® 또는 Macor®와 같은 유리접착 운모(mica) 합성물 또는 알루미늄 산화물을 포함한다.
본 발명의 일 양상에 있어서, 챔버 덮개(14)는 워크피스(56)의 표면 위에서 처리 가스의 유동적 스트림을 대칭적이면서 균일하게 분포하도록 구성되는 가스 분배 시스템을 통합한다. 특히, 챔버 덮개(14)의 천장(28)은 매입된 캐비티(186), 처리 가스 입구 포트(190), 및 다수의 개구(192)를 포함한다. 도 2c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 가스 입구 포트(190)는 챔버 덮개(14)에 위치되고, 처리 가스를 처리 공간(102)으로 공급하기 위하여 가스 라인(194)을 거쳐서 가스 매니폴드(gas manifold)(308)(도 4)에 연결된다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 천장(28)의 진공 측부는 캐비티(186)로부터 처리 공간(102) 내로 처리 가스를 분사하기 위한 개구(192)를 포함한다. 바람직하게는, 개구(192)는 처리 챔버(12)의 종축에 대하여 2차원 어레이로 대칭되게 분배됨으로써, 상기 처리 가스는 워크피스(56)의 표면 위에 균일하게 흐를 것이고, 따라서 플라즈마의 균일성을 향상시킨다.
또 다른 양상에 있어서, 챔버 베이스(18)는 처리 공간(102) 내에 한정된 처리 가스를 이온화하고 분리하기 위하여, 무선 주파수(RF) 발생기(302)(도 4)와 같은 플라즈마 여기 소스로부터 전력을 전달하는 전력 분배 시스템을 또한 포함한다. 상기 전력 분배 시스템은 상기 RF 발생기(302)에 작동가능하게 연결된 전력 분배 바(198)와 한 쌍의 전력 피드쓰루(feedthrough)(200a,200b)와, 하부 전극(202) 및, 기판 지지체(64)를 포함한다. 상기 RF 발생기(302)는 피드쓰루(200a,200b)에 의하여 기판 지지체(64)에 동작가능하게 연결되고, 상기 기판 지지체는 처리 공간(102)에서 플라즈마를 시작하고 지탱하기 위하여 처리 챔버(12)에서 처리 가스로 용량적 여기 에너지를 결합하기 위한 전력 공급 전극으로서 작용한다. 챔버 덮개(14)와 챔버 베이스(18)는 전력공급되지 않은(unpowered) 접지 전극을 집합적으로 형성한다.
챔버 베이스(18)의 플로어 벽(floor wall)(44)은 전력 피드쓰루들(200a,200b)을 수용하는 2개의 개구(204)를 또한 포함한다. 원형 홈(208)은 O-링(210)을 수용하기 위한 각 개구의 중심 종축에 대하여 동심원으로 배치된다. 상기 전력 피드쓰루들(200a,200b)의 각각은 차폐 절연체 세정기(214), 챔버 절연체 세정기(216), 하부 절연체 세정기(218)에 의하여 동축으로 둘러싸여 있는 전기 타이 로드(tie rod)(212)를 포함한다. 바람직하게는, 세정기들(214,216,218)은 석영 또는 알루미나와 같은 가스 불침투성 세라믹 유전체로 구성되고, 각각의 타이 로드는 동, 알루미늄, 또는 그 합금과 같은 전기 도체로 형성된다. 전력 피드쓰루들(200a,200b)은 처리 챔버(12)로부터 전기적으로 절연된다.
전기 타이 로드(212)는 플랜지된 헤드(222)와, 대향된 나사 단부(226)를 포함한다. 플랜지된 헤드(222)는 하향 운동을 방지하기 위한 기계적인 고정부와 전기적인 연속성을 위하여 하부 전극(202)의 상부 표면에 배치된 상보형 리세스(complementary recess)(228) 내에 수용된다. 타이 로드(212)는 차폐 절연체 세정기(214)와, 챔버 절연체 세정기(216) 및, 하부 절연체 세정기(218)에서 중심 보어를 통하여 하향으로 연장된다. 나사 단부(226)는 여기 전력 공급부와의 연결을 위하여 하부벽(44) 위로 돌출한다.
하부 절연체 세정기(218)는 보다 더 작은 외경을 가진 환형 상부(234)와 연속적으로 되어 있는 제 1 외경의 환형 하부(232)를 포함한다. 상부(234)는 하부(232)의 상부 표면이 플로우 벽(44)의 비진공 표면과 진공 밀폐된 밀봉을 위하여 O-링(210)에 대향 접촉할 수 있도록 개구(204) 내에 수용된다. 보어(230)의 절두형 부분(frustoconical portion)(236)은 O-링(238)을 수용하도록 채택된다. 절두형 부분(236)은 상기 O-링(238)이 타이 로드(21)의 원주와, 하부 절연체 세정기(218) 사이의 진공 밀봉을 제공하기 위하여 체결구(239)를 거쳐서 압축될 수 있는 크기로 형성된다.
차폐 절연체 세정기(214)는 하부 전극(202)의 하부 표면과, 진공 분배 배플(180)의 상부 표면 사이에 개재되어 있다. 차폐 절연체 세정기(214)는 보다 큰 제 2 외경의 환형의 상부(244)와 일체적으로 되어 있는 제 1 직경의 환형의 하부(242)를 포함한다. 상부(244)는 진공 분배 배플(180)에 대향 접촉하고, 하부(242)는 개구내로 즉 하향으로 돌출하게 된다.
챔버 절연체 세정기(216)는 챔버 베이스(18)의 내부 하부 표면과 진공 분배 배플(180)의 저부면 사이에서 개재된다. 챔버 절연체 세정기(214)는 대향되고 평행한 표면(248,250)을 가진다. 표면(248)은 하부 절연체 세정기(218)의 상부(234)의 길이부를 따라서 결합하기 위하여 채택되는 제 1 리세스를 포함한다. 대향된 표면(250)은 챔버 절연체 세정기(216)의 저부(242)의 길이를 수용하는 다른 종류의 직경의 제 2 리세스를 포함한다.
체결구(239)는 타이 로드(212)의 나사 단부(226)과 짝을 이루도록 채택되는 나사 보어를 가진다. 체결구(239)가 조여지게 될 때에, 하부 절연체 세정기(218)의 상부 표면은 O-링(210)을 압축가능하게 결합하고, 상기 챔버 베이스(18)의 외부와 하부 절연체 세정기(218) 사이에 진공 밀폐된 밀봉부를 발생시키기 위하여 상향으로 가압된다. 체결구(239)의 상부면은 상기 타이 로드(212)의 원주와, 하부 절연체 세정기(218)의 내부 직경 사이에서 진공 밀폐된 밀봉부를 발생시키기 위하여 절두형의 테이퍼(234)에 배치된 O-링(238)을 압축가능하게 결합한다.
전력 분배 바(power distribution bar)(198)는 2개의 체결구들(256,258)에 의하여 타이 로드(212)의 나사 단부(224)에 부착된다. 하부 전극(202)의 상부면은 전기적인 연속성을 제공할 수 있도록 근접 접촉되게 기판 지지체(64)의 하부면을 결합한다. 따라서, 상기 전력 분배 바(198)에 인가되는 전기 전력은 그 자체가 전력 공급된 전극의 일부로서 기능하는 기판 지지체(64)에 타이 로드(212)를 거쳐서 전달된다. 하부 전극(202)과 기판 지지체(64)는 알루미늄과 같은 전기 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 하부 전극(202)은 기판 지지체(64)만이 전력 공급된 전극을 구성할 수 있도록 세라믹으로 구성될 수 있다.
상기에서 상세히 설명한 진공 분배 배플(180)은 또한, 하부 전극(202)의 하측부와 챔버 베이스(18) 사이의 RF 필드 세기를 감소시키는 플라즈마 차폐부로서 작용한다. 결과적으로, 플라즈마는 기판 지지체(64)에 의하여 유지되는 워크피스(56)의 표면 근처에서 강화되고, 각 워크피스(56)의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 전력과 시간은 최소로 될 것이다. 또한, 전력 공급되고 접지된 전극의 형상은 기판 지지체(64)에 잔류하는 워크피스(56)에 거의 수직인 전기장을 발생시킴으로써, 이온 궤도들은 워크피스(56)의 표면 수직부에 거의 수직으로 있게 된다.
상기 챔버 덮개(14)의 천장(28)과, 지지 플랫폼(68)의 상부 표면 사이 거의 중간인 평면에서 수직 위치를 가지는 처리 챔버(12)에 워크피스(56)가 위치하는 것이 바람직하다. 알려진 플라즈마 처리 시스템에 대하여, 워크피스(56)의 정밀한 위치선정과, 높은 펌핑율을 위한 챔버 체적의 최소화는 감소된 전력 레벨에서 빠른 플라즈마 처리를 허용한다.
도 4를 참조하면, 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 처리 챔버(12)에 연결된 RF 발생기(302)와, 가스 흐름 제어부(300)를 포함한다. 처리 시스템 제어부(304)는 플라즈마 처리 시스템(10) 내에서 다양한 디바이스들로부터 입력 신호를 수신하고, 상기 가스 흐름 제어부(300)와 RF 발생기(302)를 작동하기 위한 출력 신호를 제공한다. 또한, 상기 제어부(304)는 프로그램가능한 그래픽 사용자 인터페이스(306)에 연결된다. 상기 인터페이스는 예를 들면, 푸쉬 버튼들, 스위치들 등과 같은 사용자 입력 장치를 제공하고, 또한 예를 들면 광 및 디스플레이 스크린과 같은 출력 장치를 가짐으로서, 사용자가 플라즈마 처리 시스템(10)의 작동 상태에 따르도록 하고, 이것의 작동을 제어한다. 상기 제어부(304)는 로직의 수학적인 능력을 가지는 어떠한 형태의 마이크로프로세서 베이스의 제어부가 될 수 있다. 예를 들면, Koyo에 의하여 제조되고, Georgia의 Automation Direct of Cummings로부터 상업적으로 이용가능한 Model Direct Logic 205와 같은 프로그램가능한 로직 제어기가 될 수 있다. 또한, 상기 그래픽 사용자 인터페이스(306)는 Direct Logic 205용으로서 Koyo에 의하여 제조되고, Automation Direct로부터 상업적으로 이용가능한 것이다.
일반적으로, 상기 처리 챔버(12) 내에서 플라즈마 처리 동작 동안, 다수의 처리 가스는 매니폴드(308) 내에서 혼합된다. 전형적인 처리 가스는 Ar, He, Co2, N2, O2, CF4, SF6, H2 , 및 이들의 혼합물을 포함한다. 각각의 처리 가스는 가스 소스(310)와, 질량 흐름 제어기(312)와, 이격 밸브(314) 및 솔레노이드 밸브(315)를 포함하는 독립적인 가스 공급 시스템(309)을 가진다. 예를 들면, Ar 및 O2의 2개의 가스가 사용되는 곳에서, 가스 소스들(310a,310b), 질량 흐름 제어기들(312a,312b), 이격 밸브들(314a,314b), 및 솔레노이드 밸브들(315a,315b)을 포함하는 2개의 독립적인 가스 공급 시스템들(309a,309b)이 있다. 알 수 있는 바와 같이, 어떠한 수의 부가의 가스 공급부(309n)가 상기 매니폴드(308)에 연결되고, 각각의 부가의 가스는 그 자체의 가스 소스(310n), 질량 흐름 제어기(312n), 이격 밸브(314n) 및 솔레노이드 밸브(315n)를 가질 것이다.
독립적인 가스 공급부들에 부가하여서, 상기 가스 흐름 제어부(300)는 진공 펌프(144), 진공 밸브(140), 솔레노이드 밸브(341), 및 압력 게이지(52)를 포함한다. 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 처리 파라미터들에서의 변화들에 매우 응답적이다. 따라서, 압력 게이지(52)는 상기 챔버(12)에 매우 근접되게 위치되고, 매우 큰 직경을 갖는 튜브(55), 예를 들면 1.27cm(0.500inch) 직경의 튜브를 가진 챔버(12)에 유체적으로 연결된다. 상기 가스 흐름 제어부(300)는 플라즈마 처리 사이클의 끝에서 대기압으로 상기 처리 챔버(12)를 되돌아가게 하기 위한 솔레노이드(357) 및 블리드 밸브(54)를 더 포함한다. 또한, 상기 감압 공정을 최소로 하기 위하여, 블리드 밸브(54)는 처리 챔버(12)에 근접하여 있게 되고, 매우 큰 유체 소통 개구를 가진다. 그래서, 상기 블리드 밸브(54)는 처리 챔버(12)를 대략 1/2의 대기압으로 되돌리는 능력을 가진다.
상기 RF 발생기(302)는 RF 전력을 L-네트워크 튜너(tuner) 또는 임피던스 매칭 디바이스(320), 예를 들면 한 쌍의 가변성 공기 커패시터에 제공하는 RF 전력 공급부(318)를 포함한다. RF 전력 공급부(302)는 약 40 kHz와 약 13.56 MHz 사이의 주파수, 바람직하게는 13.56 MHz, 그리고 약 0 watts와 약 600 watts 사이의 전력, 바람직하게는 약 60 watts와 약 400 watts 사이의 전력으로 동작한다. 상기 가변성의 공기 커패시터들(320,324)로부터의 RF 전력은 처리 챔버(12) 내의 기판 지지체(64)(도 3)에 대한 출력부(328)를 통해 인가된다. 위상 커패시터(phase capacitor)(320)는 모터(321)에 연결된 이동가능한 판을 포함하고, 상기 제어부(304)의 입력부(323)에 대한 아날로그 피드백 신호를 제공하는 위상 제어부(322)를 가진다. 크기 커패시터(324)는 모터(325)에 연결된 가동성 판을 가지고, 또한 제어부(304)의 입력부(327)에 아날로그 피드백 신호를 제공하는 위상 제어부(326)를 또한 가진다. 상기 제어부(304)는 알려진 방법으로 가변성 공기 커패시터들(320,324)의 판을 이동시키기 위하여 각각의 모터들(321,325)에 입력들(328,329)의 아날로그 명령 신호를 제공하기 위하여 알려진 PID 제어 루프를 사용한다.
본 발명의 PID 제어 루프는 경계 상태들에서 성능을 향상시키기 위하여 가변성 이득(gain)을 자동적으로 제공하는 제어 알고리즘을 사용한다. 상기 입력(323)에 대한 피드백 신호의 크기는 -5volts 내지 +5volts의 범위를 가지고, 일정한 이득 시스템으로서, 상기 피드백 신호의 크기가 0의 크로싱(crossing)에 근접하고 그것을 통과할 때에, 정확하고 안정된 제어가 어렵게 된다. 통상적으로, 상기 이득은 상기 제어 시스템이 보다 높은 신호 레벨에서 포화되지 않도록 하면서 보다 낮은 신호 레벨을 취급하는데에 필요한 것 사이의 타협안이 되는 고정된 값으로 설정된다. 그 결과는 일반적으로 타협되게 되거나, 또는 보다 낮은 레벨의 시스템의 반응성과 성능이 되며, 즉 안정화되기 위하여 제어 시스템용으로 요구되는 시간은 보다 길게된다. 본 발명은 입력(323)의 피드백 신호의 신호 세기의 함수로서 게인값을 재계산하고 동적으로 설정한다. 그래서, 상기 PID 루프는 극적으로 댐프되며, 즉 이것은 오버슈트(overshoot)의 최소값으로 빠르게 안정된 상태에 도달하게 된다. 다른 측면에서, 상기 튜닝 네트워크(320)는 RF 전력 공급부(318)의 RF 출력으로 포함하는 RF 시스템의 임피던스를 매칭하기 위하여 알려진 방법으로 작용하고, 상기 튜닝 네트워크(320)와 RF 로드는 바람직한 임피던스 값, 예를 들면 50 ohms으로 처리 챔버(12) 내에서 RF 회로에 의하여 표현된다.
상술한 바와 같이, 다양한 리미트 또는 근접 스위치들(330)이 처리 챔버(12)의 동작에 따라서 사용된다. 예를 들면, 리미트 스위치는 처리 챔버(12)의 챔버 덮개(14)(도 1)의 각각의 개방되고 폐쇄된 위치를 검출하기 위하여 사용되고, 제어부(304)의 각 입력(331)에 상태 피드백 신호를 제공한다. 이러한 리미트 스위치는 덮개(14)를 작동하는 덮개 작동기(122)(도 2c)에 연결될 수 있고, 덮개(14)에 장착될 수 있거나, 또는 덮개(14)의 위치를 검출할 수있다. 또한, 근접 스위치는 처리 챔버(12)내에서 워크피스(56)의 바람직한 위치를 검출하는데에 사용된다. 그리고, 목적물의 위치 또는 근접부를 검출하기 위하여, 자기, 기계적인 접촉부, 광 등을 사용하는 서로 다른 상업적으로 이용가능한 리미트 스위치 장치가 많이 있다. 특정 형태의 상업적으로 이용가능한 리미트 스위치의 선택은 본 출원에는 관계없고, 디자이너의 선호도이다.
플라즈마 처리 사이클의 단부 포인트는 몇몇 방법으로 결정될 수 있다. 본 발명의 플라즈마 처리 시스템은 매우 높은 레벨의 제어를 가지며, 따라서 상기 플라즈마 처리 사이클은 매우 반복되게 된다. 그래서, 본 발명의 플라즈마 처리 시스템에서, 상기 제어부(304)는 플라즈마 처리 사이클의 주기를 측정하기 위하여 내부 타이머를 일반적으로 사용한다. 몇몇 적용에서, 단부 포인트 검출기(334)는 처리 챔버(12)와 작동가능하게 연결된다. 상기 단부 포인트 검출기(334)는 처리 챔버(12)내에서 발생되는 플라즈마 광의 바람직하고 특별한 파장을 검출하기 위하여 반응하는 상태를 변화시키는 광전기 스위치이다. 상기 단부 포인트의 검출기(334)와 처리 챔버(12)의 내부 사이에서 시각적인 소통은 뷰포트(34)(도 1)를 통하여 상기 단부 포인트 검출기(334)를 방향지우거나, 또는 처리 챔버(12)의 벽에서 개구 또는 구멍(미도시)내에 단부 포인트 검출기(334)를 장착시킴으로써 성취될 수 있다. 상기 처리 챔버(12)내의 가스 플라즈마의 발생은 광을 발생시킨다. 또한, 상기 광의 파장은 상기 챔버(12)에서 가스 플라즈마내의 서로 다른 물질의 합성물로 변화된다. 예를 들면, 에칭 방법에서, 상기 가스 플라즈마가 워크피스의 표면으로부터 서로 다른 물질을 에칭할 때에, 상기 플라즈마에 의해서 발생되는 광의 파장은 이들 물질의 가스 플라즈마와 원자의 결합의 작용이 될 것이다. 어떠한 코팅과 불순물이 상기 표면으로부터 에칭된 이후에, 연속적인 에칭이 워크피스와 가스 플라즈마의 네이티브 재료(native material)의 원자의 결합을 발생시킬 것이다. 이러한 결합은 상기 단부 포인트 검출기(334)에 의하여 검출되는 광의 유일한 파장을 발생시키고, 상기 검출기(334)는 출력부(336)에 대한 이중의 피드백 신호를 제어부(304) 뒤로 제공한다. 그래서, 상기 제어부(304)는 피드백 신호가 안정된 상태로 변화될 때에 플라즈마 처리 사이클이 완료되는 것을 검출할 수 있다.
도 5는 통상적인 플라즈마 처리 사이클을 실현하는 제어부(304)의 작동을 도시하는 흐름도이다. 단계 602에서, 부품 이송 사이클이 시작된다. 이러한 처리 동안에, 상기 제어부(304)는 위치선정 레버(94)가 측부 레일들(78a,78b) 사이에서 처리되지 않은 워크피스(56)를 챔버(12)내로 이동시키도록 하는 제어기(미도시)로 명령 신호를 제공한다. 상기 부품(56)이 위치내로 이동할 때에, 리미트 스위치(330) 중의 하나는 상기 부품의 로드된 위치를 검출하고, 각각의 출력(331)에 상태 피드백을 제어부(304)에 제공한다. 단계 604에서, 상기 제어부가 부품이 로드되는 것을 지시하는 스위치에서 변화를 검출할 때에, 상기 제어부(304)는 솔레노이드 밸브(338)를 개방시키기 위하여 출력(337)에 명령 신호를 제공한다. 상기 개방 솔레노이드(338)는, 공압 소스, 예를 들면 샵 에어(shop air)(340)로부터 덮개 작동기(122)를 작동시켜서 상기 덮개(14)가 이것의 폐쇄된 위치로 이동되도록 하는 방향에서 덮개 작동기(122)로 가압된 공기가 향하도록 한다. 상기 리미트 스위치(330)중의 하나는 폐쇄된 위치를 검출하고 상태를 변화시키며, 각각의 입력(331)위의 상태 피드백 신호를 제어부(304)로 제공한다.
단계 608에서, 상기 덮개 폐쇄된 위치를 검출하면, 단계 610에서 상기 제어부(304)는 진공 밸브(140)를 개방하기 위하여 솔레노이드(341)에 출력(342)의 신호를 명령시킨다. 동시에, 단계 612에서, 상기 제어부(304)는 PRPROCESS 와 동일한 압력 설정 포인트를 설정하고, 처리 압력 모니터의 작동을 시작한다. 일반적으로, 플라즈마 처리 시스템에서, 상기 챔버(12)는 플라즈마 처리 사이클의 시작 이전에 바람직하고 고정된 부분 진공 압력으로 진공화된다. 그러나, 상기 챔버(12)의 초기 진공화는 시간 소비 처리이다. 본 출원인은 높은 질의 플라즈마 처리가 챔버(12)내의 일반적으로 사용되는 처리 압력 위와 아래의 압력 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 허용가능한 압력 범위는 챔버(12) 내의 서로 다른 상태 하에서 많은 부분들을 처리함으로써 결정된다. 그래서, 본 발명의 플라즈마 처리 시스템에서, 상부 압력 경계 한계, 예를 들면 250 mTorr가 오프셋 압력, 예를 들면 50 mTorr를 일반적으로 사용되는 처리 압력, 예를 들면 200 mTorr에 부가함으로써 결정된다. 또한, 하부 압력 한계, 예를 들면 150 mTorr는 예를 들면 200 mTorr와 같은 일반적으로 사용되는 처리 압력으로부터 예를 들면 50 mTorr의 오프셋 압력을 뺌으로서 결정된다. 이러한 실시예에서, 상기 압력 모니터 시스템은 압력 설정 포인트로서 200 mTorr의 일반적으로 사용되는 처리 압력을 설정하지만, 상기 압력 모니터링 시스템은 알람을 설정하지 않거나, 또는 그렇지 않으면 250 mTorr 와 150 mTorr의 상기 상부 및 하부 경계 한계 사이에 압력이 남아 있는한 상기 플라즈마 처리 방법의 작동에 충격을 주게 된다. 따라서, 상기 진공 펌프(144)가 구동하는 한, 상기 제어부(304)는 압력 게이지(52)로부터 압력 피드백 신호를 제공하는 입력부(348)를 모니터링한다. 상기 챔버(12)가 250 mTorr로 진공화되는 것을 상기 제어부(304)가 검출할 때에, 상기 가스 플라즈마가 시작된다.
단계 612에서 압력 모니터를 시작함과 동시에, 상기 단계 614에서의 제어부(304)는 각각의 질량 흐름 제어기(312)와 격리 밸브(314)를 작동하기 위하여 출력부(344,346)에 대한 명령 신호를 제공한다. 처리 가스는 Ar용으로 5-100의 분당 표준 입방 센티미터("sccm")와 같은 미리 결정된 흐름비로 처리 가스 입구 포트(190)를 통하여 도입된다. 질량 흐름 제어기(312)에 의하여 제공되는 가스 흐름비와 진공 펌프(144)의 펌핑율은 플라즈마 발생에 적절한 처리 압력을 제공하기 위하여 조정됨으로써, 연속적인 플라즈마 처리가 유지된다. 상기 챔버(12) 내의 처리 압력은 통상적으로는, 50 내지 1000 mTorr 정도이며, 바람직하게는 125 내지 250 mTorr의 범위이다. 종래 시스템들과는 대조적으로, 상기 처리 챔버(12)는 챔버(12)로부터 주변 공기를 제거하기 위하여 초기에 사용되는 처리 가스의 도입과 동시에 연속적으로 진공화가 된다. 일 실시예에서, 상기 질량 흐름 제어기(312)는 약 0.50 liters의 용적을 가지는 처리 챔버로 30 sccm의 흐름비를 제공하기 위하여 동작된다. 그래서, 신선한 가스가 약 초당 4번 상기 처리 챔버(12) 내에서 교환된다. 보다 통상적인 플라즈마 처리 시스템은 5초마다 대략 한 번씩 처리 챔버내의 가스를 교환시킨다. 본 발명의 시스템의 보다 높은 가스 흐름비는 처리 챔버로부터 에칭된 재료와 다른 오염물의 제거를 향상시키고, 또한 상기 벽위의 에칭된 재료의 침착을 최소로 하고, 상기 챔버(12) 내에서 툴링한다(tooling).
상기 제어부(304)는 처리 챔버(12)내의 압력 또는 부분적인 진공을 연속적으로 측정하는 압력 게이지(54)로부터 입력(348)의 피드백 신호를 연속적으로 모니터한다. 단계 616에서, 상기 제어부(304)는 처리 챔버(12)내의 압력이 초기 압력 즉, 일반적으로 사용되는 처리 압력 플러스 상기 오프셋 압력값, 이것은 예를 들면 약 250 mTorr와 동일하게 된다. 그 다음, 단계 618에서, 상기 제어부는 RF 전력 공급부(318)를 켜기 위하여 출력(350)에 명령 신호를 공급한다. 그러나, 상기 RF 전력 공급부(318)로부터 완전한 전력을 공급하는 대신에, 상기 제어부(304)는 단지 최소의 전력 레벨, 예를 들면 30 watts 만을 공급하기 위하여 상기 RF 전력 공급부에 명령을 내린다. 통상적인 플라즈마 처리 시스템은 튜닝 네트워크(320)를 거쳐서 상기 처리 챔버(12)에 완전한 전력을 초기에 적용한다. 전체 전력에서 상기 가스 플라즈마를 발생시키는 것은 플라즈마 스파이크(spike), 전기 아크, 에너지 핫 스폿(hot spot)를 발생시키고, 다른 이형물(anomalies) 및 매우 불안정한 가스 플라즈마를 종종 발생시킨다. 또한, 상기 가스 플라즈마에서의 변화가 처리 챔버(12)에서 서로 다른 RF 로드를 발생시키기 때문에, 상기 불안정한 가스 플라즈마는 튜닝 네트워크(320)가 상기 RF 시스템의 임피던스를 바람직한 값에 매칭하는 것을 매우 어렵게 만든다. 결과적으로, 전체 RF 전력에서 상기 가스 플라즈마를 초기에 발생시킴으로써, 시간의 근본적인 양은 처리 챔버(12)내에 안정화하기 위하여 기다리는데 소비되고, 그 다음에, 상기 바람직한 임피던스 매칭이 수립될 때까지 상기 튜닝 네트워크(320)를 작동시킨다. 본 발명의 플라즈마 시스템에서, 하부 또는 최소 레벨의 전력, 예를 들면 30watts를 시스템에 초기에 적용시키는 것은 통상적인 시스템과 비교하여서 챔버(12)의 플라즈마를 매우 빠르게 안정되게 한다.
최소의 전력 레벨로 상기 RF 전력 공급부(318)를 턴 온한 후, 단계 620에서의 제어부(304)는 200millisecond 지연을 실행한다. 이러한 지연 주기는 최소의 전력 레벨에서의 플라즈마를 안정시키도록 허용한다. 그 다음에, 단계 622에서, 상기 제어부(304)는 가변성의 공기 커패시터가 전력 공급부(318) 출력의 RF 임피던스와, 상기 처리 챔버(12) 입력의 RF 임피던스를 바람직한 임피던스, 예를 들면 50 ohms로 매칭하기 위하여 사용되는 자동적인 튜닝 사이클 또는, 오토튜(autotune) 제어의 동작을 시작한다. 이러한 방법 동안에, 상기 위상 크기 제어부(322,326)로부터의 아날로그 피드백 신호는 제어부(304) 각각의 입력(323,329)에 제공된다. 상기 제어는 PID 제어 루프를 실행하고, 각각의 모터(321,325)를 동작시키기 위하여 출력(328,329)에 명령 신호를 공급함으로써, 상기 가변성의 공기 커패시터(320,324)는 바람직한 임피던스 매칭을 제공한다.
그 다음, 단계 624에서, 상기 튜닝 네트워크(320)가 바람직한 임피던스 매칭을 성취하는지를 결정한다. 이러한 점이 발생할 때에, 단계 626에서, 상기 제어부(304)는 최소의 레벨로부터 최대의 레벨까지 상기 전력을 램핑(ramp)하기 시작하고, 상기 전력이 증가될 때에, 단계 628에서, 상기 제어부는 각각의 연속적인 전력 레벨로써 상기 튜닝 네트워크(320)를 계속하여 동작시킨다. 그래서, 상기 제어가 이것의 최소 전력 레벨로부터 최대 전력 레벨까지 이동할 때에, 상기 가변성 공기 커패시터(320)는 상기 RF 전력 공급부(318)에 존재하는 임피던스가 바람직한 50 ohms 로드까지 매칭된 채로 있도록 연속적으로 조정된다. 본 출원인은 상기 RF 전력을 최대 레벨까지 램핑(ramping)하는 동안에 상기 임피던스 매칭을 유지시키고, 상기 RF 전력 공급부(318)가 이것의 최대 전력 레벨까지 초기에 턴 온되고, 상기 임피던스 매칭 작동이 실행되는 것보다 적은 시간에서 전체 전력으로 성취된다는 것을 발견하였다.
상기 전력이 최대 레벨까지 램핑될 때에, 상기 처리 가스는 이들의 바람직한 흐름비에서 처리 챔버(12)를 통과하게 되고, 상기 진공 펌프(144)는 처리 챔버의 감압을 연속적으로 하게 된다. 이미 상술한 바와 같이, 작동 압력의 범위는 서로 다른 방법의 파라미터를 사용하는 많은 워크피스를 처리함으로써 결정된다. 유사한 경험적인 방법을 사용함으로써, 튜닝되는 RF 시스템을 유지하면서 RF 전력이 증가될 수 있는 최대비 또한 결정되고; RF 전력이 증가되는 최대비는 감소된 플라즈마 처리 사이클을 제공한다.
단계 630에서, 상기 제어부(304)는 RF 전력이 이것의 최대 레벨에 있지 않다는 것을 결정한다면, 단계 628에서의 제어부는 전력 레벨을 다시 증가시키고, 상기 임피던스를 바람직한 값으로 매칭시키기 위하여 상기 튜닝 네트워크(320)를 동작시킨다. 단계 630에서, 상기 전력이 이것의 최대값에 있는지에 대하여 상기 제어부(304)가 결정한다면, 단계 632에서, 전력이 이것의 최대값에 남아 있고 그리고 플라즈마 처리 방법이 연속적으로 되면서 상기 플라즈마 처리 사이클의 단부포인트를 감지하기 시작한다. 플라즈마 처리 동작 동안에, 워크피스(56)의 표면으로부터 스퍼터링되는 오염 종은 처리 가스의 흐름 스트림과 함께 배출 포트(136)를 거쳐서 처리 공간(102)으로부터 진공화될 것이다. 플라즈마 처리 시스템(10)은 플라즈마 처리의 공간적인 균일성과, 시스템의 출력 둘 모두를 향상시키기 위하여 최적화된다.
단계 634에서, 상기 제어부(304)는 플라즈마 처리 사이클이 완료되는지를 결정하기 위하여 단부 포인트 검출기(334)로부터 입력(352)의 피드백 신호의 상태를 체크한다. 상술된 실시예에서, 상기 처리 사이클의 단부포인트는 상기 플라즈마의 특정 광파장을 검출하고 상기 제어부(304)를 나타내는 신호를 공급하는 단부포인트 검출기(334)에 의하여 결정된다. 상술한 바와 같이, 서로 다른 처리 파라미터를 사용하는 다수의 워크피스를 처리함으로써, 워크피스를 처리하는데에 요구되는 시간의 양이 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제어부(304)는 오토튠 제어가 단계 622에서 시작함과 동시에 내부 타이머를 시작할 수 있다. 상기 타이머는 경험적으로 결정되는 워크피스를 처리하는데에 요구되는 시간의 양을 설정하기 위한 것이다. 따라서, 상기 내부 타이머가 플라즈마 처리 사이클의 종료를 지시할 때에, 단계 304에서 제어부는 플라즈마 처리 사이클의 단부포인트로서 타이머의 만료를 검출한다.
단계 634에서, 입력(352)에서 단부 포인트 피드백 신호의 상태를 검출하는 제어부가 플라즈마 처리 사이클의 종료를 표현할 때에, 단계 636에서의 제어부(304)는 상기 RF 전력 공급부(318)가 RF 전력을 이것의 최대 레벨로부터 이것의 최소 레벨까지 감소시키거나 또는 램프 다운시키도록 하기 위하여 출력(350)에 명령 신호를 공급한다. 일반적으로, 상기 전력은 이것의 최대 레벨로부터 이것의 최소 레벨까지 동일비로 램프 다운되고, 그래서, 전력이 이것의 최소 레벨로부터 최대 레벨까지 램프 업되는데에 요구되기 때문에 동일한 시간 주기에 걸쳐서 있게 된다. 단계 638에서, 상기 RF 전력 공급부(318)가 최소 레벨에서 전력을 공급하는 것을 제어부(304)가 검출할 때에, 단계 640에서의 제어부(304)는 RF 시스템이 최소 전력 레벨로 튜닝되는 것을 체크한다. 그런 다음에, 단계 642에서, 상기 제어부(304)는 오토튠 제어를 끄게되고, 최소 전력 레벨에서 플라즈마를 안정화시키는 것을 허용하는 200 millisecond 지연을 실행하게 된다.
통상적인 플라즈마 처리 사이클들이 처리 사이클의 종료에서 상기 RF 발생기를 간단하게 턴 오프하고, 상기 튜닝 네크워크는 상기 RF 전력 공급부로부터 전력 출력을 처리하는 것에 대응되는 상태로 있게 된다. 그래서, 다음의 사이클이 시작될 때에, 이것은 다른 전력 레벨이 될 수 있고, 튜닝 네트워크(320)가 상기 임피던스를 매칭하는데 어느 정도의 시간이 요구된다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 사이클 종료에서, 상기 튜닝 네트워크는 최소의 전력으로 튜닝된다. 그래서, 다음의 처리 사이클의 시작에서, 상기 RF 전력 공급부(318)이 최소의 전력으로 턴 온될 때에, 상기 튜닝 네트워크(320)는 바람직한 임피던스 매칭이 이미 존재하거나 또는 매칭하기 위하여 빠르게 튜닝될 수 있는 상태로 된다. 상기 RF 시스템을 튜닝을 최소로 하는 것은 15초까지의 사이클 시간 절약을 이끌 수 있다.
그 다음에, 단계 644에서, 제어부(304)는 압력 모니터의 동작을 정지시키고, 각각의 솔레노이드 밸브(341 및 315)가 각각의 진공 밸브(140) 및 격리 밸브(314)를 폐쇄시키도록 출력(342 및 346)에 명령 신호를 공급한다. 또한, 상기 제어부(304)는 적절한 질량 흐름 제어기(312)를 통한 가스의 흐름비를 종료하기 위하여 출력(344)에 명령 신호를 공급한다. 또한, 상기 제어부(304)는 솔레노이드 밸브(357)가 블리드 밸브(54)를 개방시키도록 출력(356)에 명령 신호를 공급함으로써, 상기 처리 챔버(12)를 감압시킨다. 단계 646에서, 상기 제어부(304)는 상기 처리 챔버(12)내의 압력이 대기압과 거의 동일하도록 결정한다. 이러한 결정은 블리드 밸브(54)로서 처리 챔버(12)를 감압시키기 위하여 요구되는 시간 주기를 측정하기 위하여 내부 타이머를 사용하는 제어부에 의하여 일반적으로 이루어 진다. 그런 다음에, 단계 648에서, 상기 제어부(304)는 솔레노이드 밸브(338)가 상태를 변경하고 덮개 작동기(122)의 동작을 역전시키는 출력(337)에 명령 신호를 제공한다. 그 다음, 단계 650에서, 상기 제어부(304)는 덮개(14)가 이것의 개방된 위치로 상승하고 그리고 연속 부품 전달 사이클(602)을 시작하는 것을 검출한다. 그 다음, 상기 방법은 연속적인 워크피스를 위하여 반복된다.
도 6 및 7은 가변성-폭 기판 지지체(260)를 포함하는 본 발명의 원리에 따른 처리 챔버(12)의 다른 실시예를 도시한다. 지지체(260)는 수용될 가변성의 크기의 워크피스를 허용하는 것이 유리하다. 도 6에서, 기판 지지체(260)는 2개의 가동성인 대향 측부 레일(264,266)을 미끄럼가능하게 운반하는 상승 플랫폼(262)과, 각각의 타이 로드(212)에 의하여 적용되는 하향의 힘에 의하여 하부 전극(202)에 부착되는 평면판(267)을 포함한다. 상승 플랫폼(262)은 다수의 체결구(269)에 의하여 기계적이면서 전기적으로 평면판(267)에 부착된다. 화살표(268,270)로 도시된 바와 같이, 측부 레일(264,266)은 지지 플랫폼(262)의 주변 근처에서 가장 바깥쪽 위치 사이에서 상승된 플랫폼(262)의 종축을 따라서 중앙 위치로 이동가능하다. 결과적으로, 측부 레일들(264,266) 사이의 분리된 거리는 미리 결정된 횡방향 폭의 워크피스(272)를 수용하기 위하여 변화될 수 있다.
측부 레일(264)과 측부 레일(266)은 측부 레일(266)을 기준하여서 설명되는 것과 동일한 구조이다. 도 7에서, 측부 레일(266)은 일체적으로 된 수직 포스트(276)에 의하여 각각 대향된 단부에서 측면에 위치된(flanked) 수평 부재(274)를 포함한다. 채널(278)은 수평 부재(274)의 전체 길이를 따라서 종방향으로 연장되고, 워크피스(272)의 주변 에지를 수용하는 미리결정된 폭을 가지고 U자형 단면을 가진다. 채널(278)의 각 대향 단부는 워크피스(272)의 측부 에지를 미끄럼가능하게 포획하는 것을 용이하게 하는 플레어된 립(280)을 포함한다.
각각의 수직 포스트(276)는 세트 스크류(286)와 경사진 하부 프롱(prong)(288)을 수용하기 위한 나사 보어(284)를 가진 상부 프롱(282)을 포함한다. 상기 상부 프롱(282)의 하부 표면은 상승된 플랫폼(262)의 두께보다 약간 더 작은 폭의 오목부(290)를 발생시키기 위하여 하부 프롱(288)의 상부 표면으로부터 수직으로 변환된다. 상기 오목부(290)는 상승된 플랫폼(262)의 주변 에지를 미끄럼가능하게 수용한다. 따라서, 각각의 측부 레일(264,266)은 미리 결정된 횡방향 위치로 독립적으로 이동할 수 있고, 그리고 세트 스크류(286)로 고정된다.
도 1 내지 도 7에서 유사한 부품을 유사한 도면 부호가 지시하는 도 8 내지 도 12와, 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 챔버 베이스(18)와, 상기 챔버 베이스(18)와 힌지가능하게 연결되는 챔버 덮개(402)를 포함하는 처리 챔버(400)를 구비한다. 특히, 상기 챔버 덮개(402)의 한쪽은 힌지 조립체(16)에 장착됨으로써, 상기 챔버 덮개(402)는 워크피스(56)를 처리 공간(102)의 안쪽 또는 바깥쪽으로 이동시키기 위한 개방 위치와, 상기 챔버 덮개(402)가 챔버 베이스(18)와 밀봉 접촉하도록 만드는 폐쇄 위치 사이에서 챔버 베이스(18)에 대하여 선택적으로 피봇되거나 또는 캔티레버될 수 있다. 로딩 스테이션(20)(도 1)과 출구 스테이션(22)(도 1)은 처리 챔버(12)에 대하여 본원에서 설명한 바와 같이 처리 챔버(400)의 안쪽 및 바깥쪽으로 워크피스(56)를 이동시키기 위하여 사용될 수 있다. 챔버 덮개(402)는 플라즈마 처리 시스템(10)의 능력을 확장하기 위하여 챔버 덮개(14)(도 1)와 상호교환될 수 있다. 원래의 챔버 덮개를 가지는 플라즈마 처리 시스템은 챔버 덮개(402)의 특징을 통합하는 기본적인 챔버 덮개로 갱신될 수 있다.
상기 챔버 덮개(402)는 하부 측벽 섹션(404)와, 돔형 천장 섹션(406) 및, 상기 돔형 천장 섹션(406)로부터 하부 측벽 섹션(404)을 분리하는 중간 측벽 섹션(408)을 포함하는 조립체이다. 상기 측벽 섹션(404 및 408)과 돔형 천장 섹션(406)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 매우 높은 전기 도전성을 가지는 재료로 형성된다. 압축가능한 엘라스토머 O-링 밀봉부(401)는 중간 측벽 섹션(408)의 원주 상부 림과, 상부의 돔형 섹션(406)의 원주 하부 림 사이에 제공된다. 다른 압축가능한 엘라스토머 O-링 밀봉부(403)는 중간 측벽 섹션(408)의 원주 하부 림과, 하부 측벽 섹션(404)의 원주 상부 림 사이에 제공된다. O-링(51)은 하부 측벽 섹션(404)의 원주 하부 림과, 챔버 베이스(18)의 에이프론(apron) 사이에 압축가능하게 포획된다. 상기 하부 측벽 섹션(404)은 2개의 뷰 포트 조립체를 포함하는데, 상기 뷰 포트 조립체(410)는 처리 챔버(400)의 처리 공간(102)에서 발생되는 플라즈마 공정을 관찰하기 위하여 도 12에 도시되어 있다.
가스 포트(409)에는 무선-주파수(RF) 캐비티(472)로부터 플라즈마 캐비티(442)를 분리하는 돔형 천장 섹션(406)의 분리벽(406a)에 제공된다. 상기 가스 포트(409)는 처리 가스의 소스(407)로 연장되는 가스 라인(405)과 유체 소통하는 플라즈마 캐비티(442)를 연결하는 가스 피팅(411)으로 형성된다. 이러한 가스 피팅(411)은 가스 분배 통로에 의하여 플라즈마 캐비티(442)와 연결되고, 상기 가스 분배 통로는 처리 가스 통로(413)와, 상기 처리 가스 통로(413)에 연결되는 한 쌍의 처리 가스 통로(415a,415b)와, 세라믹 절연기 판(416)의 상부 평면에 근접부를 종료시키기 위하여 가스 통로(415a,415b)로부터 연장되는 다수의 가스 통로(417)를 포함한다. 플라즈마를 발생시키기 위하여 RF 에너지에 의하여 여기될 때에, 본원에서 설명되는 워크피스(56)의 다운스트림형 플라즈마 처리를 수행하기에 적절한 프리 래디칼(free radical)과 다른 반응성 종을 제공할 수 있는 어떠한 적절한 처리 가스 또는 처리 가스의 혼합물이 제공될 수 있다. 통상적인 처리 가스는 O2, CF4, N2 및 H2를 포함하고, 처리 가스 혼합물을 제공하기 위하여 Ar과 같은 불활성 가스와 혼합될 수 있다. 처리 챔버(400)에서 다운스트림형 플라즈마 처리를 위하여 적절한 가스 흐름비는, 일반적으로 약 1 sccm 내지 약 300 sccm의 범위이고, 약 50 mTorr 내지 약 1000 mTorr의 범위의 플라즈마 캐비티(442)에서의 적절한 압력이다.
처리 챔버(400)의 주변 환경으로부터의 주변 공기의 질량 흐름이 제어된 흐름은 처리 가스로서 사용될 수 있고, 표면 오염을 제거하기 위한 어떠한 적용에서 특별히 효과적인 것으로 판명된다. 이러한 하류 흐름형 플라즈마는 수소, 산소, 질소 및 공기의 다른 주 구성물로부터 추출되는 산소 베이스 그리고 질소 베이스의 프리 래디칼을 포함하는 것으로 기대된다.
계속해서 도 8 내지 도 12를 참조하면, 상기 챔버 덮개(402)의 돔형 천장 섹션(406)은 접지된 판(412)과 일반적으로 접지된 판(412)에 평행하고 대향하는 전력공급된 평면을 형성하는 전력공급된 전극(414)을 구비한다. 상기 접지된 판(412)과, 플라즈마 캐비티(442)를 둘러싸고 있는 돔형 천장 섹션(406)의 부분은 접지 평면을 집합적으로 형성한다. 직사각형의 평면 세라믹 전극 절연기(416)는 접지된 판(412)을 포함하는 돔형 천장 섹션(406)으로부터 전력공급된 전극(414)을 전기적으로 이격시킨다. 플라즈마 캐비티(442)는 접지된 판(412)과 전력공급된 전극(414) 사이에 둘러싸여 있는 용적으로서 돔형 천장 섹션(406)에 형성된다. 상기 접지된 판(412)과 전력공급된 전극(414)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서 높은 전기 도전성을 가지는 재료로 각각 형성된다.
접지된 판(412)은 워크피스(56)의 기하학적인 형상에 따른 형상, 크기 및/또는 배열을 가지는 다수의 개구 또는 관통 구멍(421)(도 13)을 포함한다. 상기 관통 구멍(421)은 플라즈마 캐비티(422)에 발생되는 다이렉트 플라즈마로부터 상기 처리 공간(102)까지, 프리 래디칼과, 네트 하전이 부족한 다른 처리 가스 종의 바람직한 전달을 허용하고, 그리고 플라즈마 캐비티(442)에 잔류하는 다이렉트 플라즈마로부터 처리 공간(102)로 이온 및 전자와 같은 하전된 종의 전달을 금지하거나 방지한다. 통상적으로, 상기 접지된 판(412)은 플라즈마 캐비티(442)로부터 처리 공간(102)내로 허용되는 플라즈마로부터 하전된 종의 중요한 퍼센트를 제거하는데에 효과적이다. 상기 관통 구멍(421)은 플라즈마 캐비티(442)로부터 처리 공간(102)으로 노 라인 오브 사이트 경로(no line of sight path)를 가지는 구불구불한 경로가 존재할 수 있다. 상기 처리 공간(102)에서의 플라즈마는, 하전된 입자에 의하여 제공되는 다른 것에 물리적인 작용이 없는 래디칼의 화학적인 작용에 의하여 워크피스(56)의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 하전된 입자가 없는 또는 거의 없는 다운스트림형 플라즈마이다.
상기 관통 구멍(421)은 어레이 또는 매트릭스로 정렬될 수 있거나, 또는 비주기적인 중심-대-중심의 구멍 공간으로 정렬될 수 있다. 상기 접지된 판(412)에서의 관통 구멍(421)의 영역 밀도는, 인치 제곱당 약 10개의 구멍으로부터 인치 제곱당 약 200의 구멍 범위가 될 수 있다. 상기 각각의 관통 구멍(421)의 직경은 약 0.0026cm(0.001 인치) 내지 0.33cm(0.125 인치)의 범위가 될 수 있다.
도 13 및 도 14에서, 상기 챔버 덮개(402)는 접지된 판(418)(도 13)과 접지된 판(420)(도 14)와 같은 다른 접지된 판을 사용하여서 형성될 수 있다. 상기 접지된 판(418,420)은 플라즈마 캐비티(442)에서의 다이렉트 플라즈마로부터 처리 공간(102)으로 운반되고, 궁극적으로는 기판 지지체(64)위에 지지된 워크피스(56)의 노출된 표면(56a)으로 운반되는 프리 래디칼 또는 패턴을 변화시키기 위하여 접지된 판(412)과 상호 교환가능하다. 상기 접지된 판(418 및 420)에서의 관통 구멍(419)은 플라즈마 캐비티(442)로부터 처리 공간(102) 내로 허용되는 프리 래디칼의 공간적인 분배를 변화시키기 위하여 접지된 판(412)로부터 형상, 크기 및/또는 장치에서 다르게 된다.
접지된 판(418)은 디스크형 구멍 패턴의 원주 외주 내에 정렬되는 다수의 관통 구멍(419)을 포함한다. 접지된 판(418)은, 다운스트림형 플라즈마로서, 300 mm 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼를 처리하는데에 사용될 수 있다. 접지된 판(420)은 중앙 개구를 부분적으로 차단할 수 있도록 프레임 판들(422,424) 사이에서 포획되는 직사각형의 중앙 개구 및 스크린 또는 그리드(426)를 구비하는 2개의 프레임 판들(422,424)을 포함한다. 상기 스크린(426)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 매우 높은 전기 도전성을 가진 재료로 제조되는 미세한 와이어 메시(mesh)이다.
다양한 접지된 판들(412,418 및 420) 사이에서 선택되는 능력은 플라즈마로부터 워크피스(56)로 운반되는 래디칼의 기하학적인 패턴의 테일러링(tailoring)을 허용한다. 이러한 목적을 위하여, 접지된 판(412)의 관통 구멍(421)과 같은 구멍의 관통 구멍 패턴은 상기 다운스트림형 플라즈마로 처리되는 플라즈마로 될 워크피스(56)의 형상에 대응되도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 상기 접지된 판(412)에서의 관통 구멍(421)은 둥근 워크피스들을 처리하기 위한 디스크 형상 구멍 패턴, 사각형 워크피스들을 위한 사각형 구멍 패턴, 정사각형 워크피스들을 위한 정사각형 구멍 패턴, 직사각형 워크피스들을 위한 직사각형 구멍 패턴, 및 상기 워크피스(56)의 기하학적인 형상에 대응하도록 필요하다면 당업자에게 명백한 다른 기하학적인 장치에서 정렬될 수 있다. 통상적으로, 상기 관통 구멍(421)은 접지된 판(412)에 위치됨으로써, 상기 구멍 패턴의 원주 방향 범위는 워크피스(56)의 외주 림 또는 원주에 거의 대응된다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 챔버 덮개(402)는 무선-주파수(RF) 벌크헤드 피팅(428), 한 쌍의 세라믹 캡(430a,430b), 한 쌍의 환형 세라믹 스풀(spool)(432a,432b), 한 쌍의 전력 피드쓰루(feedthrough)(434a,434b), 전력 분배 바(436), 및 무선-주파수(RF) 덮개 폐쇄 요소(438)를 또한 포함한다. 무선-주파수(RF) 전력 공급부(439)는 RF 벌크헤드 피팅(428)으로서 전송 라인(440)에 의하여 전기적으로 연결된다. 상기 RF 전력 공급부(439)와 상기 챔버 덮개(402)의 구성요소들은 플라즈마를 발생시키기 위하여 플라즈마 캐비티(442)에서 처리 가스를 여기할 수 있는 플라즈마 여기 소스를 집합적으로 제공한다. 전력 피드쓰루(434a,434b)는 상기 RF 벌크헤드 피팅(428)과 전력 분배 바(436)로부터 전력공급된 전극(414)으로 RF 전력을 전달한다. 상기 RF 전력 공급부(439)는 약 40 kHz와 약 약 13.56 MHz사이의 주파수와, 약 0 watts와 약 600 watts 사이, 통상적으로는 약 50 watts 내지 약 600 watts 사이의 전력으로 작동된다.
세라믹 캡(430a)은 전력 피드쓰루(434a)의 상부에 고착되고, 전력 분배 바(436)와 폐쇄 요소(438) 사이에 위치된다. 세라믹 스풀(432a)은 분할 벽(406a)과 전력 분배 바(436) 사이에 포획되고, 전력 피드쓰루(434a)는 전력 분배 바(436)와 전력공급된 전극(414) 사이에 전기적인 접촉을 설립하기 위하여 세라믹 스풀(432a)의 구멍을 통하여 연장된다. 세라믹 캡(430b)은 전력 피드쓰루(434b)의 상부에 고착되고, 전력 분배 바(436)와 폐쇄 요소(438) 사이에 위치된다. 세라믹 스풀(432b)은 분할 벽(406a) 사이에 포획되고, 상기 전력 분배 바(436)와 전력 피드쓰루(434b)는 전력 분배 바(436)와 전력공급된 전극(414) 사이에 전기적인 접촉을 설립하기 위하여 세라믹 스풀(432b)의 보어를 통하여 연장된다. 상기 세라믹 캡들(430a,430b)은 전력 바(436)와 전력 피드쓰루들(434a 및 434b)의 상단부를 상기 폐쇄 요소(438)로부터 전기적으로 이격시키기 위하여 협력한다. 상기 세라믹 스풀(432a,432b)은 돔형 천장 섹션(406)의 분할벽(406a)으로부터 전력 피드쓰루들(434a,434b)을 전기적으로 격리시키기 위하여 협력한다. 또한, 세라믹 스풀들(432a,432b)은 상기 세라믹 절연기판(416)과 분할벽(406a) 사이의 수직적인 크기에서 작은 갭을 유지함으로써, 가스 흐름은 이들 사이에서 발생될 수 있다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 처리 가스는 가스 피팅(411)을 통하여 챔버 덮개(402)로 들어가서, 가스 통로들(413,415a,415b)을 통하여 세라믹 절연기 판(416)의 상부쪽에서 끝나게 되는 다수의 가스 통로(417)로 향하게 된다. 상기 처리 가스는 전력공급된 전극(414)과 세라믹 절연기 판(416)의 원주 또는 주변 주위로 흐르거나 또는 새고, 그래서 상기 처리 가스의 흐름은 돔형 천장 섹션(406)의 외부 에지를 향하게 된다. 상기 처리 가스는 세라믹 절연기 판(416)의 에지에 대하여, 그리고 상기 관통 구멍(421)을 향하여 처리 공간(102)에 진공력에 의하여 측방향으로 끌어 당겨지며, 이것은 플라즈마 캐비티(442)에 균일한 처리 가스 분배를 촉진시킨다.
상기 접지된 판(412)과 전력공급된 전극(414) 사이에 인가된 RF 에너지가 시작되어서, 플라즈마 캐비티(442)에 잔류하는 처리 가스로부터 플라즈마를 지탱한다. 상기 플라즈마 캐비티(442)에서의 플라즈마는 이온, 전자, 프리 래디칼 및 분자 종을 포함하는 완전한 다이렉트 플라즈마이다. 상기 플라즈마 처리 시스템(10)에서의 처리 가스의 흐름이 일반적으로 하부벽(44)에서 배출 포트(136)를 향하여 이루어지기 때문에, 플라즈마 캐비티(442)에서의 상기 다이렉트 플라즈마의 다양한 구성요소들은 접지된 판(412)의 관통 구멍(421)을 향하여 흡인력 또는 진공력에 의하여 흡인될 것이다. 상기 접지된 판(412)은 어쓰 그라운드(earth ground)에 대하여 접지되기 때문에, 전자 및 이온이 관통 구멍(421) 내부에서 재결합하는 경향이 있다. 결과적으로, 상기 이온 및 전자는 처리 공간(102)으로는 덜 들어간다. 상기 접지된 판(412)은, 프리 래디칼 및 중성 부자와 같은 네트 하전이 부족한 플라즈마 종이 관통 구멍(421)을 통하여 처리 공간(102) 내로 이송된다. 통상적으로, 상기 접지된 판(412)은 플라즈마 캐비티(442)로부터 전달되거나 허용되는 플라즈마로부터 처리 공간(102) 내로 하전된 종을 거의 모두 제거하는데에 효과적이다.
진공 펌프(144)의 진공 또는 펌핑 작용(도 3)은 다운스트림형 플라즈마 처리를 수행하기 위하여 상기 워크피스(56)를 향하여 프리 래디칼과 중성 분자를 가압시킨다. 상기 다운스트림형 플라즈마로 처리될 워크피스(56)는 기판 지지체(64)의 측부 레일들(66a,66b)에 의하여 지지된다. 처리 공간(102)내로 허용되는 프리 래디칼은 워크피스(56)의 노출된 표면(56a)과 접촉하게 되고, 표면 처리를 수행하기 위하여 상기 워크피스(56)를 형성하는 재료와 화학적으로 반응하게 된다. 초과 프리 래디칼들, 비반응성의 처리 가스 분자, 및 상기 워크피스(56)로부터 제거되는 오염물은 진공 펌프(144)의 펌핑 작용에 의하여 처리 공간(102)로부터 배출된다.
챔버 덮개(402)는 표면 처리용의 다운스트림형 플라즈마를 발생시키기 위한 능력 이외에 다양한 서로 다른 능력을 가진 플라즈마 처리 시스템(10)을 제공한다. 상기 접지된 판(412)이 접지 평면을 제공하기 때문에, 기판 지지체(64)는 처리 공간(102)에서 다이렉트 플라즈마를 발생시키기 위하여 RF 발생기(302)(도 4)에 의하여 활성화될 수 있다. 챔버 덮개(402)를 구비하는 플라즈마 처리 시스템(10)과 같은 플라즈마 처리 시스템은 처리에 의해서 요구되는 다이렉트 플라즈마 또는 다운스트림형 플라즈마로 워크피스(56)를 선택적으로 플라즈마 처리하는데에 사용될 수 있으므로, 이러한 2개의 능력은 단일 시스템(10)에서 이용가능하다.
대안적인 동작 모드에서, 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 기판 지지체(64)를 접지하는 접지된 판(412)을 제거하고, 기판 지지체(64)를 어쓰 그라운드에 접지하고 또한 처리 공간(102)과 플라즈마 캐비티(442)에서 다이렉트 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력공급된 전극(414)을 활성화시킴으로써, 역전된 다이렉트 플라즈마를 제공하도록 형성될 수 있다. 상기 접지된 판(412)이 제거됨으로써, 상기 전력공급된 평면이 전력공급된 전극(414)에 의하여 제공되고, 상기 접지 평면이 기판 지지체(64)에 의하여 제공될 수 있도록 상기 챔버의 형상은 변한다. 상기 역전된 방향의 플라즈마 형상은 워크피스(56)의 상부의 노출된 표면(56a)의 플라즈마 처리를 향상시키기 위하여, 소정의 환경하에서 공정 시간을 감소시킨다.
또 다른 동작 모드에서, 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 제거된 접지된 판(412)으로서 전력공급된 전극(414)을 전력공급시키고, 또한 본원에서 설명된 바와 같이 기판 지지체(64)를 활성화시키도록 형성될 수 있다. 이러한 동작 모드에서, RF 전력 공급부(439)에 의하여 전극(414)에 공급되는 RF 전력는 발생기(302)(도 4)에 의하여 기판 지지체(64)에 제공되는 RF 전력에 대한 위상으로부터 180도 구동된다. 결과적으로, 처리 공간(102)에서 처리 가스(도 3)를 이온화시키기 위한 구동력을 제공하는 전압 포텐셜은 RF 전력의 동일한 전체량을 위하여 효과적으로 배가된다. 이러한 동작 모드의 하나의 잠재적 이점은, 기판 지지체(64)에 적용되는 RF 전력이 전력공급된 전극(414)이 활성화될 때에 다이렉트 플라즈마 전자 및 이온이 공급되기 때문에 감소된다는 것이다.
또 다른 동작 모드에서, 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 설치된 접지된 판(412)으로써 전력공급된 전극(414)을 전력공급시키고, 또한 본원에서 설명된 바와 같이 기판 지지체(64)를 활성화시키기 위하여 형성될 수 있다. 이러한 동작 모드에서, 상기 워크피스(56)는 접지된 판(412)에 의하여 하전된 입자를 처리 공간(102)내로 필터링한 이후에 허용되는 플라즈마 캐비티(442)에서 다이렉트 플라즈마로부터 프리 래디칼이 주입된 처리 공간(102)에서 발생되는 다이렉트 플라즈마에 노출될 것이다. 본 발명의 원리에 따라서, 처리 가스 소스(407)로부터 플라즈마 캐비티(442)내로 흐르는 처리 가스는, 독립적인 처리 가스 소스(미도시)로부터 처리 공간(102)내로 직접 흐르는 처리 가스로부터 다르게 될 수 있으므로, 플라즈마 캐비티(442)로부터 접지된 판(412)을 통하여 처리 공간(102)으로 전달되는 프리 래디칼은 처리 공간(102)에서 발생되는 다이렉트 플라즈마에서 상기 종과는 다르게 된다.
본 발명의 원리에 따라서, 그리고 도 8 내지 도 12를 참조로 하여서, 중간 측벽 섹션(408)은 챔버 덮개(402)의 챔버 크기를 수직 방향으로 증가시키기 위하여 작동가능하다. 상기 수직 방향에서의 챔버 크기는 챔버 덮개(420)로부터 중간 측벽 섹션(408)을 제거시킴으로써 감소될 수 있다. 부가의 중간 측벽 섹션(408)은 챔버 덮개(402)의 높이를 증가시키고, 챔버 크기를 수직 방향으로 더욱 팽창시키기 위하여, 원래의 중간 측벽 섹션(408) 사이에 부가되거나 또는 쌓여질 수 있다. 챔버 덮개(402)의 수직 크기는, 팽창가능한 진공 벨로우즈들(expandable vacuum bellows)로서 중간 측벽 섹션(408)을 구성하는 것과 같이, 다수의 서로 다른 방법 중의 어느 하나로 변화될 수 있다는 것이 본 발명에 의해서 또한 고려된다. 상기 하부 측벽 섹션(404)과 돔형 천장 섹션(406)은 챔버 덮개(402)를 형성하는 조립체에 항상 존재하고, 상기 중간 측벽 섹션(408)이 없이 조립될 때에, 상기 섹션(404 및 406)의 크기는, 전력공급된 전극(414)과, 상기 전력공급된 전극(414)에 대응되는 워크피스(46)의 노출된 표면(56a) 사이에서 최소의 분리를 형성한다.
상기 중간 측벽(408)은 하부 측벽 섹션(404)에 제거가능하게 장착된다. 가이드(444)는 장착 동안에 하부 측벽 섹션(404)에 대하여 상기 중간 측벽 섹션(408)을 위치시키는 것을 돕도록 제공된다. 이와 유사하게, 가이드(444)는 장착 동안에 상기 중간 측벽 섹션(408)에 대하여 돔형 천장 섹션(406)을 위치시키는 것을 돕는다. 또한, 상기 중간 측벽 섹션(408)이 상기 조립체로부터 제거된다면, 가이드(444)는 상기 하부 측벽 섹션(404)에 대하여 돔형 천장 섹션(406)을 위치시키기 위하여 사용될 수 있다. 체결구(448)는 하부 측벽 섹션(404)으로서 상기 중간 측벽 섹션(408)을 고착시키고, 또한 진공 밀폐된 밀봉부를 발생시키기 위하여 O-링(403)에 압축력을 적용시키기 위하여 사용된다. 유사하게, 체결구(450)는 중간 측벽 섹션(408)으로 상기 돔형 천장 섹션(406)을 고착시키고, 또한 진공 밀폐된 밀봉부를 발생시키기 위하여 O-링(401)에 압축력을 적용시키기 위하여 사용된다.
상기 하나 이상의 중간 측벽 섹션(408)을 삽입시키고 또한 제거시킴으로써 상기 처리 챔버(400)의 챔버 크기를 수직 방향으로 변화시키는 능력은, 상기 플라즈마 처리 시스템(10)이 두께를 변화시키는 워크피스(56)를 수용하도록 한다. 특히, 재생가능하거나 또는 예측가능한 거리 또는 분리는 상기 전력공급된 전극(414)과, 상기 기판 지지체(64)에 의하여 유지되는 워크피스(56)의 노출된 표면(56a) 사이에서 유지될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 각 중간 측벽 섹션(408)의 수직 크기는 전력공급된 전극(414)과 노출된 표면(56a) 사이에서 바람직한 분리를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 2개의 2.54cm(1인치) 두께의 중간 측벽 섹션(408)으로서 상기 챔버 덮개(402)를 형상화하는 것은, 상기 챔버 덮개(402)가 단일의 2.54cm(1인치) 두께의 중간 측벽 섹션(408)을 가지는 처리 챔버 형상에서 2.54cm(1인치)두께의 워크피스(56)으로서 동일한 거리로 전력공급된 전극(414)으로부터 5.08cm(2인치)두께의 워크피스(56)의 노출된 표면(56a)을 분리시킬 것이다.
상기 워크피스(56)의 처리된 표면과 상기 전력공급된 전극(414) 사이의 분리는, 처리 균일성이 적절하게 되는 다이렉트 플라즈마 또는 다운스트림형 플라즈마로써 효과적인 플라즈마 처리를 위해 제어되어야만 하는 기본적인 가변성이다. 하나 이상의 가변성 중간 측벽 섹션(408)을 사용하는 처리 공간(102)과 챔버 덮개(402)의 폐쇄된 부피를 변화시키는 능력은 다이렉트 플라즈마와 다운스트림형 플라즈마 처리 시스템 둘 모두에 제한이 없이 적용가능하다.
도 1 내지 도 14에서 유사한 도면 부호가 유사한 것을 나타내는 것과 같이 도 15 내지 도 18과, 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 상기 처리 챔버(500)를 구비하는 상기 플라즈마 처리 시스템(10)은 챔버 베이스(18)와 챔버 덮개(402)와 유사하고 상기 챔버 베이스(18)와 힌지가능하게 연결된 챔버 덮개(502)를 포함한다. 챔버 덮개(502)는 상기 처리 공간(102) 내부쪽 또는 외부쪽으로 워크피스(56)를 이동시키기 위한 개방된 위치와, 상기 챔버 덮개(502)가 챔버 베이스(18)와 밀봉가능하게 접촉하는 폐쇄된 위치 사이에서, 챔버 베이스(18)에 대하여 선택적으로 피봇 또는 캔티레버되게 하기 위하여 힌지 조립체(16)에 장착된다. 챔버 덮개(502)는 챔버 덮개(502)와 유사한 방법으로 플라즈마 처리 시스템(10)의 능력을 확장시키기 위하여 챔버 덮개(14)(도 1) 또는 챔버 덮개(402)(도 8 내지 도 14)와 상호교환될 수 있고, 플라즈마 처리 시스템(10)과 같이 현존하는 플라즈마 처리 시스템으로 갱신될 수 있다.
챔버 덮개(502)는 플라즈마 캐비티(542)를 가지는 돔형 천장 섹션(504)과 상기 돔형 천장 섹션(504)에 고착되는 하부 측벽 섹션(506)을 포함하는 조립체이다. 상기 돔형 천장 섹션(504)은 플라즈마 캐비티(542)의 원주에 대하여 연장되는 측벽(501)과 상기 플라즈마 캐비티(542)로부터 무선-주파수(RF) 챔버(543)를 분리하는 분리벽(508)을 포함한다. 가이드(544)(도 16)는 하부 측벽 섹션(506)에 대하여 돔형 천장 섹션(504)을 위치시키기 위하여 사용된다. 압축가능한 엘라스토머 O-링 밀봉부(503)는 상기 돔형 천장 섹션(504)의 원주 하부 림과 하부 측벽 섹션(506)의 원주 상부 림 사이에 제공된다. 체결구(448)는 하부 측벽 섹션(506)으로써 돔형 천장 섹션(504)을 고착시키고, 진공의 밀폐된 밀봉부를 발생시키기 위하여 O-링(503)에 압축력을 적용시키기 위하여 사용된다. O-링(51)은 진공 밀폐된 밀봉부를 제공하기 위하여, 하부의 측벽 섹션(506)의 원주 하부 림과 챔버 베이스(18)의 에이프론(apron) 사이에서 압축가능하게 포획된다. 상기 하부 측벽 섹션(506)은 관찰자가 처리 챔버(500)의 처리 공간(102)에서 발생되는 플라즈마 공정을 볼 수 있도록 하는 사이트 글라스(sight glass)를 합체시키는 뷰 포트 조립체(510)를 포함한다. 또한, 본원에서 설명된 중간 측벽 섹션(408)(도 8 내지 도 12)과 유사한 하나 이상의 중간 측벽 섹션(미도시)은 돔형 천장 섹션(504)과 하부 측벽 섹션(506) 사이에 도입될 수 있다.
계속해서 도 15 내지 도 18를 참조하면, 가스 라인(505)은 돔형 천장 섹션(504)에 제공되는 가스 포트(509)로써 가스 피팅(511)을 거쳐서 처리 가스 소스(507)(도 16)를 연결한다. 상기 가스 포트(509)는 처리 가스 통로(513)와 유체 소통되게 연결되는 가스 분배 챔버(515)를 형성하는 가스 분배 배플(546) 및 처리 가스 통로(513)를 포함하는 가스 분배 통로에 의하여 챔버 덮개(502)에 형성된 플라즈마 캐비티(542)와 유체 소통되게 연결된다. 상기 가스 분배 챔버(512)는 가스 분배 배플(546)에서 다수의 가스 출구(517)의 분배 배열에 의하여 플라즈마 캐비티(542)와 유체 소통되게 연결된다. 상기 가스 출구(517)는 워크피스(56)의 서로 다른 형태와 형상을 플라즈마 처리하기 위하여 처리 공간(102) 내로 허용되는 플라즈마를 테일러링하기에 적접한 가스 로드를 제공하기 위하여 어떠한 크기 또는 배열을 허용할 수 있다. 어떠한 적절한 처리 가스 또는 가스 혼합물은 본원에서 설명된 바와 같이 워크피스(56)의 다운스트림형 플라즈마 처리를 수행하기에 적합한 플라즈마 캐비티(542)에 다이렉트 플라즈마를 발생시키기 위하여 RF 에너지에 의하여 여기될 때에, 프리 래디칼과 다른 반응성 종류를 제공할 수 있는 플라즈마 캐비티(542)에 제공될 수 있다. 본 발명은, 상기 가스 분배 배플(546)이 생략될 수 있고, 처리 가스의 흐름이 처리 가스 통로(513)의 출구를 통하여 플라즈마 캐비티(542)에 들어갈 수 있다는 것을 고려한다. 이를 위해, 상기 처리 가스 통로(513)의 출구는 돔형 천장 섹션(504)의 기하학적인 센터와 거의 일치하게 위치될 수 있다.
상기 돔형 천장 섹션(504)은 접지된 판(512)으로부터 수직으로 이격된 전력공급된 전극(514)과 접지된 판(512)을 구비한다. 상기 전력공급된 전극(514)은 접지된 판(512)에 대향되어 있고 일반적으로 평행한 플라즈마 캐비티(542)에 전력 공급된 평면을 형성한다. 상기 접지된 판(512)은 챔버 덮개(502)가 접지될 때에 접지된 판(512)을 전기적으로 접지하는 측벽(501)과 바람직한 전기적인 접촉을 가진다. 상기 접지된 판(512)과, 플라즈마 캐비티(542)를 둘러싸고 있는 돔형 천장 섹션(504)의 부분은 접지 평면을 집합적으로 형성한다. 상기 접지된 판(512)과 전력공급된 전극(514)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 높은 전기 전도성을 가지는 재료로 각각 형성된다.
계속해서 도 15 내지 도 18을 참조하면 , 접지된 판(512)은 상부의 슬롯된 판(516), 중심의 슬롯된 판(518), 및 하부의 슬롯된 판(520)을 포함하는 조립체이다. 본 발명이 제한을 받는 것은 아니지만, 상기 판들(516,518 및 520)은 거의 동일한 두께를 가진다. 상기 상부의 슬롯된 판(516)은 도 16의 평면 내부쪽과 외부쪽으로 기계 방향에 횡방향으로 연장되는 주축을 가지는 다수의 개구 또는 슬롯(522)으로 천공되고, 워크피스(56)는 로딩 스테이션(20)으로부터 기판 지지체(64)로, 그리고 기판 지지체(64)로부터 출구 스테이션(22)으로 이송된다. 이와 유사하게, 상기 중심의 하부의 슬롯된 판(518,520)은 워크피스 이송을 위한 기계방향에 대하여 횡방향으로 연장되는 주축을 각각 가지는 다수의 개구 또는 슬롯들(524,526)로써 각각 천공된다. 수직적으로 볼 때에, 각각의 슬롯들(522,524,526)의 단면 프로파일은 기계방향에 횡방향으로 정렬되는 주축을 가지는 어떠한 형상이 될 수 있고, 특히 직사각형 또는 타원형이 될 수 있다.
도 15 및 15a에서, 상부 및 하부의 슬롯된 판들(516 및 520)의 슬롯들(522 및 526)은 각각 수직 방향으로 정렬된다. 상기 중심의 슬롯된 판(518)의 슬롯(524)은 기계 방향에서 슬롯들(522 및 526)로부터 오프셋된다. 상기 슬롯(522,524 및 526)은 플라즈마 캐비티(542)로부터 처리 공간(102)으로 처리 가스와 래디칼의 유체 흐름을 허용하지만, 처리 공간(102)으로부터 슬롯된 판들(516 및 518)과, 슬롯된 판들(518 및 520) 사이의 상대적인 내부 판 공간과 협력하는 플라즈마 캐비티(542)까지의 모든 조준선(line-of-sight) 통로를 거의 제거하는 구불구불하고 미로의 통로가 존재한다. 상기 조준선 통로의 제거는 플라즈마 캐비티(542)에서 다이렉트 플라즈마에 의해서 발생되는 전자기 스펙트럼의 가시성 영역에 있는 통상적인 광이 반사에 의하여 다시 방향이 바뀌는 광보다는 처리 공간(102)으로 들어가는 것을 방지한다.
도 15, 도 16 및 도 18에서, 상부의 슬롯된 판(516)은 판들(516 및 518) 사이의 바람직한 전기적인 접촉을 공급하는 다수의, 예를 들면 4개의 원주 방향으로 정렬된 스페이서(550)에 의하여 중심의 슬롯된 판(518)으로부터 이격된다. 이와 유사하게, 하부의 슬롯된 판(520)은, 판들(518 및 520) 사이에 바람직한 전기적인 접촉을 공급하는 다수의 예를 들면 4개의 원주방향으로 정렬된 스페이서(551)에 의하여 중심으로 슬롯된 판(518)으로부터 이격된다. 스페이서(550)는 균일한 갭에 의하여 분리된 판들(516 및 518)을 위해 크기가 결정되고, 이와 유사하게 스페이서(551)는 판들(516 및 518) 사이의 갭으로부터 다르게 될 수 있는 균일한 갭에 의하여 분리판들(518 및 520)의 크기로 정해진다.
상기 슬롯들(522,524 및 526)은, 내부-판 공간과 협력하여서, 플라즈마 캐비티(542)와 처리 공간(102) 사이에서 조준선 경로를 제거하고, 금지하거나, 또는 방지하는 어떠한 상대적인 공간을 가질 수 있다는 것이 본 발명에 따라서 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 슬롯들(522,524,526)이 워크피스(56)의 기하학적인 형상에 순응하는 형상, 크기 및/또는 배열을 가질 수 있다는 것을 실현한다. 일 실시예에서, 상기 슬롯들(522,524 및 526)은 처리 공간(102) 및 플라즈마 캐비티(542) 사이에서 연장되는 방향에서 볼 때에 직사각형 단면 프로파일이며, 약 5.08cm(2인치)의 주축을 따른 크기와, 약 0.48cm(3/16인치)의 보조축을 따른 크기와, 약 0.24cm(3/32인치)의 인접된 슬롯사이의 공간을 가진다. 상기 슬롯(524)은 0.48cm(3/16인치)에 의하여 슬롯(522)과 슬롯(526)으로부터 오프셋된다. 상기 상부 및 중심판들(516 및 518)은 판 두께와 중심이 거의 동일한 거리로 분리되고, 상기 하부판(518 및 520)은 상기 판 두께의 1.5배와 거의 동일한 거리로 분리된다.
상기 접지된 판(512)은 플라즈마 캐비티(542)에서의 다이렉트 플라즈마로부터 처리 공간(102)로 이온 및 전자를 포함하는 하전된 종의 이송을 금지하고, 플라즈마 캐비티(542)로부터 처리 공간(102)으로 프리 래디칼과, 네트 하전이 부족한 처리 가스 종의 이송을 허용한다. 특히, 상기 하전된 종은 각각 접지된 슬롯들(522,524,526)을 둘러싸고 있는 슬롯된 판들(516,518,520)의 재료에 의하여 포획된다. 상기 진공 펌프(144)의 펌핑 작용은 슬롯들(522,524,526)을 통하여 플라즈마 캐비티(542)로부터 처리 공간(102) 내로, 그리고 다운스트림형 플라즈마 처리를 수행하기 위하여 워크피스(56)를 향하여 프리 래디칼과 중성 분자를 흡인한다. 처리 공간(102) 내에서의 플라즈마는, 하전된 입자에 의하여 제공되는 물리적인 작용이 없이, 래디칼의 화학적인 작용에 의하여 워크피스(56)의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 광과, 하전된 입자가 없거나 또는 거의 없는 다운스트림형 플라즈마이다. 통상적으로, 상기 접지된 판(512)은 플라즈마 캐비티(542)로부터 처리 공간(102)내로 전달되거나 또는 허용되는 다이렉트 플라즈마의 부분으로부터 거의 모든 하전된 종을 제거하는데에 효과적이다. 통상적으로, 상기 접지된 판(512)은 하전된 입자의 적어도 약 90%를 제거하는데에 효과적이고, 하전된 입자의 99% 이상을 제거하는데에 효과적일 수 있다.
접지된 판(512)은 접지된 판들(412,418 및 420)(도 12 내지 도 14)에 대하여 본원에서 설명한 바와 같이, 예를 들면 플라즈마 처리되는 워크피스(56)의 형태 변화를 수용하기 위한 슬롯들(522,524,526)의 형상, 크기 및/또는 배열을 변화시키기 위하여 챔버 덮개(502)로부터 제거가능하게 형성된다. 예를 들면, 상기 슬롯들(522,524,526)은 둥근 워크피스들을 처리하기 위한 디스크 형상 패턴, 정사각형 워크피스들을 위한 정사각형 패턴, 직사각형 워크피스들을 위한 직사각형 패턴, 및 상기 워크피스(56)의 기하학적 형상과 관련되어 필요에 따라 당업자에게 명백한 다른 기하학적 배열들로 크기가 결정되고 정렬된다.
도 15 내지 도 18을 참조하면, 상기 챔버 덮개(502)는 무선-주파수(RF) 벌크헤드 피팅(528), 한 쌍의 전기 절연 캡들(530a,530b), 한 쌍의 유전체 스풀들(532a,532b), 한 쌍의 전력 피드쓰루들(534a,534b), 전력 분배 바(536), RF 챔버(543)에 접근을 허용하는 제거가능한 무선-주파수(RF) 덮개 폐쇄 요소(538), 및 한 쌍의 환형 세라믹 스페이서들(540a,540b)을 또한 포함한다. 무선-주파수(RF) 전력 공급부(539)는 RF 벌크헤드 피팅(528)과 이송 라인(540)에 의하여 전기적으로 연결된다. 상기 RF 전력 공급부(539)와 상기 챔버 덮개(502)의 구성요소들은 플라즈마를 발생하기 위하여, 플라즈마 캐비티(542)에서 처리 가스를 여기시킬 수 있는 플라즈마 여기 소스를 집합적으로 제공한다. 전력 피드쓰루들(534a,534b)은 상기 RF 벌크헤드 피팅(528)과 전력 분배 바(536)로부터 전력공급된 전극(514)으로 RF 전력을 전달한다. 상기 RF 전력 공급부(539)는 약 40 kHz와 약 13.56 MHz사이의 주파수, 바람직하게는 약 13.56 MHz 및, 약 0 watts 및 약 600 watts사이의 전력, 통상적으로는 약 50 watts 내지 약 600 watts사이의 전력으로 통상적으로 동작한다.
상기 전력 피드쓰루들(534a,534b) 및 세라믹 스풀들(532a,532b)은 분할벽(508)을 통하여 연장되는 각각의 개구들(541a,541b)에 위치된다. 캡(530a)은 전력 피드쓰루(534a)의 상부에 고착되고, 전력 분배 바(536)와 폐쇄 요소(538) 사이에 위치된다. 세라믹 스풀(532a)은 상기 분할벽(508)과 전력 분배 바(536) 사이에서 포획되는 플랜지와, 상기 전력 분배 바(536)와 전력공급된 전극(514) 사이에서 전기적인 접촉을 설립하기 위하여 세라믹 스풀(532a)의 보어를 통하여 연장되는 전력 피드쓰루(534a)를 포함한다. 캡(530b)은 전력 피드쓰루(534b)의 상부에 고착되고, 전력 분배 바(536)와 폐쇄 요소(538) 사이에 위치된다. 세라믹 스풀(532b)은 분할벽(508)과 전력 분배 바(536) 사이에서 포획되는 플랜지와, 상기 전력 분배 바(536)와 전력공급된 전극(514) 사이에서 전기적인 접촉을 설립하기 위하여 세라믹 스풀(532b)의 보어를 통하여 연장되는 전력 피드쓰루(534b)를 구비한다. 상기 세라믹 스페이서(540a)는 상기 분할벽(508)과 전력공급된 전극(514) 사이에서 포획되고, 세라믹 스풀(532a)과 중심이 같다. 이와 유사하게, 상기 세라믹 스페이서(540b)는 분할벽(508)과 전력공급된 전극(514) 사이에 포획되고, 세라믹 스풀(532b)과 동심으로 있게 된다. 상기 캡들(530a,530b)은 상기 폐쇄 요소(538)로부터 전력 바(536)와, 전력 피드쓰루들(534a,534b)의 상단부를 전기적으로 격리시키기 위하여 협력한다. 상기 세라믹 스풀들(532a,534b)과 세라믹 스페이서들(540a,540b)은 돔형 천장 섹션(504)의 분할벽(508)으로부터 상기 전력 피드쓰루들(534a,534b)을 전기적으로 격리시키기 위하여 협력한다.
도 15 내지 도 18에서, 평면의 상부면(514a), 평면의 하부면(514b) 및 측부 에지(514c)는 돔형 천장 섹션(504)과, 전기적으로 접지되는 접지된 판(512)의 인접하게 둘러싸인 표면으로부터 거의 동일하게 위치될 수 있도록 상기 전력공급된 전극(514)은 플라즈마 캐비티(542) 내에 위치된다. 특히, 상부면(514a)은 하부면(514b)이 상부의 슬롯된 판(516)의 상방으로 대면한 평면(516a)으로부터 분리되는 거의 동일한 거리로 가스 분배 배플(546)의 하향으로 대면한 평면(546a)으로부터 수직적으로 분리되고, 그리고 일반적으로 평행한 관계로 있게 된다. 상기 표면들(514b 및 516b)은 일반적으로 평행한 관계를 가진다. 또한, 상기 측면(514c)과, 측벽(501)의 안쪽으로 대면된 표면(501a)의 인접된 부분 사이의 횡거리는 표면(514a 및 546a)과, 표면들(514b 및 516b) 사이의 분리와 거의 동일하다. 상기 전력공급된 전극(514)은 표면들(501a,546a 및 516a)에 대하여 대칭적으로 위치되고 동일한 거리로 위치된다. 플라즈마 캐비티(542)에서의 특정의 균일한 플라즈마를 제공하고, 그리고 특히 처리 공간(102)에서 균일한 다운스트림형 플라즈마를 제공하는 하나의 특정 실시예에서, 상기 전력공급된 전극(514a) 및 표면들(501a,546a 및 516a) 사이의 분리는 각각 약 2.54cm(1인치)이다. 상기 동일한 거리의 공간과 상기 공간의 크기는, 플라즈마 스파이크, 아킹(arcing), 에너지 핫 스폿 또는 플라즈마 불안정성을 포함하지 않고 RF 전력 공급부(539)로부터 전력공급된 전극(514)으로 램핑이 없이 완전한 전력의 적용을 허용하기 위하여 협력한다.
도 15 내지 도 18에서, 처리 가스는 가스 포트(509)를 통하여 챔버 덮개(502)로 들어가서, 상기 가스 분배 배플(546)의 상부쪽으로 가스 통로(513)를 통하여 향하게 된다. 가스는 가스 출구(517)를 통하여 가스 분배 배플(546)의 상부쪽으로부터 플라즈마 캐비티(542)내로 흐르게 되고, 이것은 플라즈마 캐비티(542)에서 균일한 처리 가스 분배를 촉진시킨다. 상기 접지된 판(512)과 전력공급된 전극(514) 사이에 적용되는 RF 에너지는 플라즈마 캐비티(542)에 잔류하는 처리 가스로부터 플라즈마를 시작시키고 유지시킨다. 플라즈마 캐비티(542)에서의 플라즈마는 이온, 전자, 프리 래디칼 및 분자 종을 포함하는 완전한 다이렉트 플라즈마이다. 상기 플라즈마 처리 시스템(10)에서의 처리 가스의 흐름이 하부벽(44)에서 배출 포트(136)를 향하여 일반적으로 전도되기 때문에, 플라즈마 캐비티(542)에서의 다이렉트 플라즈마의 다양한 구성요소들은 상기 접지된 판(512)을 집합적으로 구성하는 슬롯된 판(516,518 및 520)을 향하여 흡인력 또는 진공력에 의하여 흡인된다. 접지된 판(512)이 어쓰 그라운드에 대하여 접지되기 때문에, 전자 및 이온과 하전된 종은 슬롯들(522,524 및 526) 내부에서 재결합된다. 결과적으로, 이온과 전자는 처리 공간(102)으로 거의 들어가지 않는다. 상기 접지된 판(512)은 처리 가스의 프리 래디칼과 중성 분자와 같은 네트 하전이 부족한 플라즈마 종을 슬롯들(522,524 및 526)을 통하여 처리 공간(102) 내로 이송되도록 한다. 슬롯들(522,524 및 526)의 상대적인 배열과, 상부 및 중심의 슬롯된 판들(516,518)과 중심 및 하부의 슬롯된 판들(518,520) 사이의 공간적인 관계는 플라즈마 캐비티(542)로부터 상기 처리 공간(102)으로의 라인 오브 사이트 경로를 제거하거나 또는, 거의 제거함으로써, 플라즈마 캐비티(542)에서의 다이렉트 플라즈마에 의해서 발생되는 광은 처리 공간(102)에서 보이지 않게 된다.
진공 펌프(144)(도 3)의 진공 또는 펌핑 작용은 다운스트림형 플라즈마 처리를 수행하기 위하여 상기 프리 래디칼과 중성 분자를 워크피스(56)를 향하여 가압시킨다. 상기 다운스트림형 플라즈마로 처리되는 워크피스(56)는 기판 지지체(64)의 측부 레일들(66a,66b)에 의하여 지지된다. 처리 공간(102)내로 들어가는 프리 래디칼은 워크피스(56)의 노출된 표면(56a)과 접촉하게 되고, 표면 처리를 수행하기 위하여 노출된 표면(56a)을 덮는 오염물 또는 워크피스(56)를 형성하는 재료와 화학적으로 반응하게 된다. 초과적인 프리 래디칼, 비반응성의 처리 가스 분자 및, 상기 워크피스(56)로부터 제거되는 오염물은 진공 펌프(144)의 펌핑 작용에 의하여 처리 공간(102)로부터 배출된다.
본 발명이 다양한 실시예의 설명으로 기재되어 있고, 또한 이러한 실시예가 매우 상세하게 설명되어 있지만, 본 출원인의 의도는 첨부된 청구범위의 범위를 상세한 것으로 제한하거나 또는 한정하는 것이 아니다. 부가의 장점과 수정이 당업자에게 명백하게 된다. 따라서, 보다 넓은 범위의 본 발명은 특정의 설명, 표현되는 장치 및 방법, 그리고 도시되고 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 출원인의 일반적인 개념의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 상기 상세한 것으로부터 변경이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 그 자체가 첨부된 청구범위에 의해서 정의될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라서 따라서, 플라즈마 챔버에서 워크피스를 처리하기 위한 다운스트림형 플라즈마를 제공할 수 있고, 또한 효과적인 처리 효율을 유지하면서 서로 다른 두께의 워크피스를 수용할 수 있는 인-라인 플라즈마 처리 시스템에 대한 요구가 있게 된다.

Claims (37)

  1. 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치에 있어서,
    처리 공간, 챔버 덮개, 및 상기 챔버 덮개에 한정된 플라즈마 캐비티를 포함하고, 상기 플라즈마 캐비티 및 상기 처리 공간은 유체 소통하는 진공 챔버;
    상기 처리 공간에 위치된 워크피스 홀더;
    상기 진공 챔버와 유체 소통하여 결합되고, 상기 처리 공간 및 상기 플라즈마 캐비티를 진공화할 수 있는 진공 소스;
    상기 진공 챔버와 유체 소통하여 결합되고, 처리 가스를 적어도 상기 플라즈마 캐비티에 제공할 수 있는 처리 가스 공급부; 및
    플라즈마를 발생시키기 위하여 상기 플라즈마 캐비티에서 처리 가스를 여기시킬 수 있는 제 1 플라즈마 여기 소스로서, 상기 제 1 플라즈마 여기 소스는 상기 플라즈마 캐비티 및 상기 처리 공간 사이에 위치된 접지된 판을 포함하고, 상기 접지된 판은 상기 플라즈마 캐비티에서 상기 처리 공간으로 이온들과 전자들의 전달을 금지할 수 있고 상기 플라즈마 캐비티에서 상기 처리 공간으로 프리 래디칼들의 전달을 허용할 수 있는 다수의 개구들을 갖는, 상기 제 1 플라즈마 여기 소스를 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 여기 소스는 상기 플라즈마 캐비티에 위치되는 제 1 전력공급된 전극(powered electrode)을 포함하고, 상기 제 1 전력공급된 전극은 상기 플라즈마 캐비티에서 플라즈마를 발생시키기 위하여 상기 접지된 판과 협력하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 여기 소스는 상기 제 1 전력공급된 전극과 전기적으로 결합되는 제 1 무선-주파수 전력 공급부를 더 포함하고, 상기 제 1 무선-주파수 전력 공급부는 상기 플라즈마 캐비티에서 처리 가스를 여기시키기 위하여 상기 제 1 전력공급된 전극에 무선-주파수 여기 에너지를 공급하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 3 항에 있어서,
    상기 처리 공간에 위치된 제 2 전력공급된 전극 및 상기 제 2 전력공급된 전극과 전기적으로 결합되는 제 2 무선-주파수 전력 공급부를 더 포함하고, 상기 제 2 무선-주파수 전력 공급부는 플라즈마를 발생시키기 위하여 상기 처리 공간에서 처리 가스를 여기시키기 위하여 상기 제 2 전력공급된 전극에 여기 에너지를 제공할 수 있는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 무선-주파수 파워 공급부는 상기 제 2 무선-주파수 전력 공급부에 의하여 상기 제 2 전력공급된 전극에 공급되는 무선-주파수 전력에 대하여 180도 역위상(out of phase)으로 구동된 무선-주파수 전력을 상기 제 1 전력공급된 전극에 공급하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 개구들은 플라즈마 처리되는 상기 워크피스의 기하학적인 형상에 대응하는 패턴으로 정렬되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 6 항에 있어서,
    상기 패턴의 외주 에지는 상기 워크피스의 외주 림에 대응하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 덮개는 상기 워크피스 홀더로 및 상기 워크피스 홀더로부터 워크피스를 도입 및 제거하기 위하여 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 8 항에 있어서,
    상기 챔버 덮개가 개방 위치에 있을 때에 상기 워크피스를 상기 워크피스 홀더에 도입하도록 구성되는 로딩 스테이션; 및
    상기 챔버 덮개가 개방 위치에 있을 때에 상기 워크피스 홀더로부터 상기 워크피스를 제거하도록 구성되는 출구 스테이션을 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 덮개는 상기 플라즈마 캐비티와 유체 소통하여 상기 처리 가스 공급부를 결합하는 처리 가스 입구 포트를 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 챔버 덮개는 상기 처리 가스 입구 포트로부터 상기 플라즈마 캐비티로 수용되는 처리 가스를 분배하기 위한 가스 분배 통로를 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 여기 소스는 상기 플라즈마 캐비티에 위치된 제 1 전력공급된 전극 및 상기 제 1 전력공급된 전극과 상기 챔버 덮개 사이에 위치된 전극 절연체를 포함하고, 상기 가스 분배 통로는 상기 플라즈마 캐비티로의 균일한 분배를 위하여 상기 전극 절연체의 외주와 상기 제 1 전력공급된 전극 외주 주위에서 새는 처리 가스를 배출하는 상기 전극 절연체에 근접한 다수의 출구들을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 11 항에 있어서,
    상기 가스 분배 통로는 상기 플라즈마 캐비티 내로 처리 가스의 흐름을 분배하기 위하여 위치된 다수의 공간적으로 정렬되는 가스 출구들을 갖는 가스 분배 배플(gas distribution baffle)을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 접지된 판은 상기 플라즈마 캐비티 및 상기 처리 공간 사이에 제거가능하게 위치되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구들은 상기 처리 공간 및 상기 플라즈마 캐비티 사이에 조준선 통로(line of sight path)들을 제거하도록 정렬되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 접지된 판은 상기 조준선 통로들을 제거하기 위하여 협력하는 슬롯 배열을 각각 갖는 다수의 슬롯된 판들을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 슬롯된 판들 중의 인접된 하나는 조준선 경로들을 제거하기 위하여 상기 슬롯 배열과 협력하는 상기 처리 공간 및 상기 플라즈마 캐비티 사이에서 연장되는 방향으로 내부판 분리부를 갖는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 슬롯된 판들 중에 적어도 하나의 슬롯 배열은 상기 슬롯된 판들의 적어도 또 다른 하나의 슬롯 배열로부터 공간적으로 오프셋되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  19. 청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 18 항에 있어서,
    상기 진공 챔버는 워크피스가 이송되는 기계 방향을 갖고, 상기 적어도 하나의 슬롯된 판에서의 상기 슬롯 배열은 기계 방향에 대하여 평행하게 오프셋되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  20. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 캐비티는 상기 챔버 덮개의 다수의 내부로 배향된 표면들 및 상기 접지된 판의 표면에 의하여 한정되고, 상기 전력공급된 전극은 상기 접지된 판의 상기 표면 및 상기 챔버 덮개의 내부로 배향된 다수의 표면들로부터 동일한 거리에 위치되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  21. 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치에 있어서,
    챔버 베이스, 처리 공간을 한정하는 폐쇄된 위치 및 상기 처리 공간의 내부 및 외부로 워크피스를 이송하기 위한 개방 위치 사이에서 상기 챔버 베이스에 대하여 이동가능한 챔버 덮개를 갖고, 상기 챔버 덮개는 진공 챔버의 수직 크기를 변화시키기 위하여 상기 챔버 덮개로부터 제거될 수 있는 제 1 측벽 섹션을 포함하는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버와 유체 소통하여 결합되고, 상기 처리 공간을 진공화시킬 수있는 진공 소스;
    상기 처리 공간에 위치되는 워크피스 홀더;
    상기 진공 챔버와 유체 소통하고, 상기 처리 공간에 처리 가스를 제공할 수 있는 처리 가스 공급부; 및
    상기 처리 공간에 상기 처리 가스로부터 발생되는 플라즈마를 제공하도록 동작가능한 플라즈마 여기 소스를 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  22. 청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 21 항에 있어서,
    상기 챔버 덮개는 플라즈마 캐비티를 포함하는 돔형 천장 섹션(dome ceiling section)을 더 포함하고, 상기 플라즈마 여기 소스는 상기 플라즈마 캐비티에 위치된 전력공급된 전극을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  23. 청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 22 항에 있어서,
    상기 플라즈마 여기 소스는 상기 플라즈마 캐비티와 상기 처리 공간 사이에 위치된 접지된 판을 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 접지된 판은 상기 플라즈마 캐비티의 플라즈마로부터 상기 처리 공간으로 프리 래디칼들을 우선적으로 전달할 수 있는 다수의 개구들을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 챔버 베이스와 밀봉가능하게 결합할 수 있는 제 2 측벽 섹션을 포함하고, 상기 제 1 측벽 섹션은 상기 돔형 천장 섹션과 상기 제 2 측벽 섹션 사이에 위치되는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 측벽 섹션을 상기 제 2 측벽 섹션과 정렬시키기 위한 가이드를 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  27. 청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 26 항에 있어서,
    상기 가이드는 또한 상기 제 2 측벽 섹션을 상기 돔형 천장 섹션과 정렬시킬 수 있는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  28. 청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 측벽 섹션을 상기 돔형 천장 섹션과 정렬시키기 위한 가이드를 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마 여기 소스는 상기 워크피스 홀더를 포함하는 조립체의 부분인 전력공급된 전극을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하기 위한 장치.
  30. 챔버 덮개, 상기 챔버 덮개에 위치되는 처리 전극을 갖는 진공 챔버의 처리 공간에 노출된 표면 및 두께를 갖는 워크피스를 플라즈마 처리하는 방법에 있어서,
    상기 워크피스의 두께에 기초하여 상기 워크피스의 상기 노출된 표면으로부터 상기 처리 전극까지의 거리를 변경하기 위하여 상기 챔버 덮개의 부피를 변화시키는 단계;
    상기 처리 공간에 상기 워크피스를 위치시키는 단계; 및
    상기 워크피스의 상기 노출된 표면을 상기 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 워크피스를 플라즈마 처리하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 부피를 변화시키는 단계는 상기 챔버 덮개로부터 적어도 하나의 측벽 섹션을 제거하는 단계를 더 포함하는, 워크피스를 플라즈마 처리하는 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 부피를 변화시키는 단계는 상기 챔버 덮개에 적어도 하나의 측벽 섹션을 부가시키는 단계를 더 포함하는, 워크피스를 플라즈마 처리하는 방법.
  33. 플라즈마로 워크피스를 처리하는 방법에 있어서,
    플라즈마 처리 시스템의 처리 공간에 워크피스를 위치시키는 단계;
    처리 가스로부터 하전된 종들(charged species) 및 프리 래디칼들을 포함하는 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 발생시키는 단계;
    프리 래디칼들을 포함하는 다운스트림형 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 다이렉트 플라즈마로부터 하전된 종들을 필터링하는 단계; 및
    상기 다운스트림형 플라즈마에서의 상기 프리 래디칼들에 상기 처리 공간에서의 상기 워크피스를 노출시키는 단계를 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 하전된 종들을 필터링하는 단계는 상기 다이렉트 플라즈마가 발생되는 플라즈마 캐비티와 상기 처리 공간 사이에서 접지된 천공 판(perforated plate)을 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 천공은 상기 플라즈마 캐비티에서의 상기 다이렉트 플라즈마로부터 상기 처리 공간으로 프리 래디칼들을 우선적으로 전달시킬 수 있는, 플라즈마로 워크피스를 처리하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은 이동가능한 챔버 덮개를 가진 진공 챔버 및 상기 접지된 천공 판에 의하여 상기 처리 공간으로부터 분리되는 상기 챔버 덮개에 있는 플라즈마 캐비티를 포함하고, 상기 다이렉트 플라즈마를 발생시키는 단계는 상기 플라즈마 캐비티에서 발생하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하는 방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 공기이고, 상기 다이렉트 플라즈마는 공기로부터 발생되고, 상기 다운스트림형 플라즈마는 공기에서의 구성 가스들의 래디칼 특성을 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하는 방법.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 다이렉트 플라즈마를 발생시키는 단계는 광을 생성하고, 상기 다이렉트 플라즈마로부터 기원하는 광의 상기 처리 공간으로의 전달을 제거하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마로 워크피스를 처리하는 방법.
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