KR101341035B1 - 플라즈마 반응기 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 반응기 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

산화이트륨 부품들의 제조 방법이 본 명세서에서 제공된다. 일실시예에서, 상기 방법은, 산화이트륨 샘플을 소결하는 단계, 부품을 형성하기 위하여 소결된 샘플을 머시닝하는 단계 및 미리 정해진 가열 속도로 부품을 가열함으로써 부품을 어닐링하는 단계, 일정한 어닐링 온도로 부품을 유지시키는 단계 및 미리 정해진 냉각 속도로 부품을 냉각시키는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 반응기 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FABRICATING PLASMA REACTOR PARTS}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 플라즈마 프로세싱을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 개선된 구성 부품(component part)들을 이용한 플라즈마 프로세싱을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
마이크로일렉트로닉스 또는 집적 회로 디바이스들의 제조는 일반적으로 반도전성, 유전성 및 도전성 기판들에 대해 수행되는 수백 개의 개별적인 단계들을 요구하는 복잡한 프로세스 시퀀스를 수반한다. 이러한 프로세스 단계들의 예들로는 산화, 확산, 이온 주입, 박막 증착, 세정, 에칭 및 리소그래피를 포함한다.
리소그래피 및 에칭(종종 패턴 전사 단계들이라고 지칭되는)을 사용함으로써, 원하는 패턴이 먼저 감광성 물질층, 예를 들어 포토레지스트에 전사되고, 그 후, 후속의 에칭 동안에 하부에 놓인 물질층에 전사된다. 리소그래피 단계에서, 블랭킷(blanket) 포토레지스트층이 패턴을 포함하는 포토마스크 또는 레티클을 통해 방사 소스에 노출되어, 패턴의 이미지가 포토레지스트에 형성된다. 적절한 화학 용액에서 포토레지스트를 현상함으로써, 포토레지스트의 부분들이 제거되고, 따라서 패터닝된 포토레지스트층이 초래된다. 마스크로서 작용하는 이러한 포토레지스트 패턴을 이용하여, 하부에 놓인 물질층이 예를 들어, 습식 또는 건식 에칭을 사용하여 반응성 환경에 노출되고, 이는 하부에 놓인 물질층에 패턴이 전사되게 한다. "마스크", "포토마스크" 또는 "레티클"이라는 용어들은 일반적으로 패턴을 포함하는 기판을 나타내기 위하여 상호교환성 있게 사용될 것이다.
일반적으로 유리 또는 석영 기판상에 지지되는 금속 함유층에 형성되는 포토마스크상의 패턴은 또한 포토레지스트 패턴을 통한 에칭에 의하여 발생된다. 그러나, 이러한 경우, 레티클을 통해 포토레지스트를 노출시키는 것과 대조적으로, 포토레지스트 패턴은 예를 들어, 전자 빔 또는 다른 적절한 방사 빔을 사용하여 직접 기록 기술에 의해 생성된다. 마스크로서 패터닝된 포토레지스트를 이용하여, 패턴은 플라즈마 에칭을 사용하여 하부에 놓인 금속 함유층에 전사될 수 있다.
플라즈마 프로세스들은 종종 플라즈마 챔버에서 수행되는 박막 증착 및 에칭을 위해 사용된다. 화학 기상 증착에서, 반응성 종들(species)은 적절한 프로세스 가스들에 전압을 인가함으로써 발생되며, 후속의 화학 반응들은 기판상에 박막의 형성을 초래한다. 플라즈마 에칭에서, 이전에 증착된 막은 종종 앞선 리소그래피 단계에서 형성된 패터닝된 마스크층을 통해 플라즈마에서의 반응성 종들에 노출된다. 반응성 종들과 증착된 막 사이의 반응들은 증착된 막의 제거 또는 에칭을 초래한다.
챔버 부품들 또는 프로세스 키트들이 연장된 기간들 동안 플라즈마 환경에 노출될 때, 플라즈마 종들과의 반응으로 인한 저하가 일어날 수 있다. 예를 들어, 현재의 프로세스 키트들 또는 플라즈마 챔버의 구성 부품들은 종종 알루미나(알루미늄 산화물)로 만들어진다. 할로겐 함유 가스들, 예를 들어, 불소 함유 또는 염소 함유 가스들이 회로 제조에서 다양한 물질층들을 에칭하는데 사용된다. 알루미나는 불소 종들에 의한 공격에 취약하여, 구성 부품들의 표면상에 AlxFyOz의 형성을 초래하는 것으로 여겨진다. 그러한 에칭 부산물은 프로세싱 동안의 입자들로서 떨어질 수 있어서, 마스크 기판상에 오염 및 결함들을 초래한다. 또한, 몇몇 알루미나 부품들은 대개는 머시닝(machining) 동안에 생성된 기계적 스트레스의 결과로서 파손될 여지가 있는 것으로 보인다. 따라서, 플라즈마 애플리케이션들을 위한 구성 부품들로서의 사용에 적합한 대안적인 세라믹 물질들 및 그러한 물질들을 제조하기 위한 개선된 프로세스들이 요구된다.
본 발명은 산화이트륨 부품을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) 산화이트륨 샘플을 제공하는 단계, (b) 산화이트륨 샘플을 소결시키는 단계, (c) 부품을 형성하기 위하여 소결된 산화이트륨 샘플을 머시닝하는 단계, 및 (d) 부품을 어닐링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 플라즈마 반응기에서 사용하기 위하여 적어도 약 99.5 퍼센트 산화이트륨을 포함하는 부품을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 플라즈마 프로세스 챔버를 제공하며, 상기 플라즈마 프로세스 챔버는 챔버 몸체, 챔버 몸체에 배치되며 적어도 약 99.5 퍼센트의 산화이트륨으로 만들어진 부품, 챔버 몸체에 배치되며 그 위에 기판을 수용하도록 구성되는 지지 받침대; 및 챔버내에 플라즈마를 형성하기 위한 전력 소스를 포함한다.
본 발명의 상기 개시된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간략히 요약된 본 발명의 보다 상세한 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있으며, 몇몇 실시예들은 첨부 도면들에 도시된다. 그러나, 본 발명이 동일하게 효과적인 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시하며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않는다는 것을 유념해야 한다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트를 지시하기 위해서 가능한 곳에서는 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 상술 없이 다른 실시예들에서 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
그러나, 본 발명이 동일하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하는 것이고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않는다는 것을 유념해야 한다.
본 발명의 특정 실시예들은 감소된 스트레스 및 강화된 화학 저항력과 같은 개선된 특성들을 갖는 벌크 또는 고체 산화이트륨으로 만들어진 부품들을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 다른 특정 실시예들은 개선된 특성들을 갖는 벌크 또는 고체 산화이트륨으로 만들어진 챔버 구성들 및 그 챔버 구성들을 이용하는 프로세싱 챔버들을 포함한다. 특히, 그러한 개선된 특성들은 부품이 머시닝된 후에 부품이 고온 어닐링된다면 획득되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 그러한 특성들은 부품이 산소 함유 환경에서 소결되거나 어닐링된다면 더욱 개선될 수 있다.
도 1은 이러한 개선된 산화이트륨 부품들을 제조하기 위하여 사용될 수 있는 방법(100)의 일실시예를 도시한다. 고체 산화이트륨 샘플은 방법(100)의 블록(102)에서 프로세스의 시작 단계에 제공된다. 고체 산화이트륨 샘플은 본 기술 분야의 당업자들에게 공지된 다양한 기술들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 파우더 형태의 산화이트륨(이트륨 산화물, Y2O3)은 시작 물질로서 사용될 수 있고, 슬러리(slurry)는 물, 바인더(binder) 및 부품들의 특성들을 강화시키거나 제조 프로세스를 용이하게 하도록 사용될 수 있는 적절한 첨가물들과 같은 다른 구성들을 부가함으로써 형성된다. 건조 후에, 슬러리는 고체 산화이트륨 샘플을 형성하기 위하여 블록으로 가압-성형(press-mold)된다.
블록(104)에서, 고체 산화이트륨 샘플은 고온 환경에 고체 산화이트륨 샘플을 노출시킴으로써 소결되고, 이는 산화이트륨 입자들이 함께 용융되도록 한다. 특정 애플리케이션 요구들에 따라, 소결은 다양한 기체 분위기들 또는 환경들에 산화이트륨 고체 샘플을 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 일실시예에서, 소결은 약 0.001 기압(atm.) 내지 약 1atm 범위의 O2 부분 압력을 갖는 산소 함유 분위기, 예를 들어, 산소(O2) 및 질소(N2)를 함유하는 혼합물하에서 수행된다. 다른 압력들이 또한 사용될 수 있으나, 어닐링은 어닐링 동안 약 1atm의 전체 압력으로 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 소결 혼합물은 적어도 약 2 체적 퍼센트의 O2 농도를 갖는다. 다른 실시예에서, 소결은 비활성 또는 비산화 분위기, 예컨대 질소(N2) 또는 다른 비활성 가스들 하에서 수행된다.
소결 이후, 산화이트륨 샘플은 블록(106)에 도시된 바와 같이, 부품으로 머시닝된다. 일반적으로, 부품은 상이한 장비 또는 기계들의 임의의 구성 부품일 수 있으며, 다양한 형태들 또는 치수들을 가질 수 있다. 일실시예에서, 머시닝된 부품은 약 99.9 퍼센트보다 높은 순도 레벨을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 구성이다. 다른 실시예들에서, 약 99.5 퍼센트 산화이트륨보다 높은 순도 레벨을 갖는 샘플들이 또한 플라즈마 프로세싱 챔버들에서 사용하기에 적합하다.
블록(108)에서, 머시닝된 부품은 제어 조건들하에서 높아진 온도에서 어닐링 프로세스된다. 예를 들어, 어닐링 가스, 가열 또는 냉각 속도들과 같은 어닐링 조건들 중 하나 또는 그 초과의 선택은 산화이트륨 샘플을 준비하는데 사용되는 특정한 소결 분위기에 의존할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라, 소결 또는 어닐링 중 적어도 하나는 산소-함유 분위기하에서 수행된다. 어닐링 동안의 가열 또는 냉각 속도들의 선택은 또한 사용되는 소결 분위기에 의존한다. 어닐링 이후, 부품은 필요에 따라, 사용 또는 설치를 위해 부품을 준비하도록 추가의 프로세싱을 거칠 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라, 블록(108)에서 어닐링 프로세스는 3개의 단계들을 포함한다. 제1 단계 동안, 부품은 어닐링 가스에 노출되고, 제1 온도, 예를 들어, 주변 온도로부터 미리 정해진 제2 온도로 램프-업(ramp-up) 가열된다. 제2 단계에서, 부품은 이전의 머시닝 동작에 의해 생성되거나 유도될 수 있는 임의의 스트레스를 실질적으로 완화시키고 원하는 화학 저항력을 제공하기에 충분한 시간 기간 동안 제2 온도(어닐링 온도)에서 유지된다. 제3 단계에서, 부품은 다시 제1 온도로 램프-다운(ramp-down) 냉각된다.
앞서 언급된 바와 같이, 소결 분위기는 어닐링 조건들 중 하나 또는 그 초과의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 블록(104)에서 소결 프로세스가 N2 또는 다른 비활성 가스들과 같은 비활성 또는 비산화 분위기에서 수행된다면, 산화이트륨 부품은 어닐링 프로세스 중 적어도 일부분 동안 산소-함유 가스에 노출될 것이다. 일실시예에서, 어닐링 가스는, 약 10 체적 퍼센트의 O2 농도를 가지며 나머지는 N2 또는 다른 비활성 가스들인 혼합물이다.
한편, 소결이 산소-함유 분위기에서 수행되면, 어닐링 동안 산소-함유 분위기에 부품을 노출시킬 필요가 없다.
또한, 비활성 또는 비산화 분위기하에서 소결되는 산화이트륨 샘플들에 대하여, 어닐링 조건들의 보다 섬세한 제어가 요구될 수 있는데, 이는 샘플들로부터의 배기(outgassing)가 샘플들 주변의 가스 환경을 변화시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 어닐링 가스의 순환은 온도들, 압력들 및 가스 조성들과 같은 다양한 파라미터들의 주기적 모니터링으로, 어닐링 분위기에 대한 산화이트륨 부품의 보다 균일한 노출을 보장하도록 제공될 수 있다.
일실시예에서, 블록(108)에서 어닐링 프로세스는 기압에서의 공기를 갖는 오븐에서 수행된다. 어닐링 가스로서 공기를 사용하는 것은 편리함 및 상대적으로 낮은 비용 양자 모두의 장점들을 제공한다. 적어도 약 99.5 퍼센트 산화이트륨의 순도 레벨을 갖는 산화이트륨 부품들과 같은 몇몇 해당 산화이트륨 부품들에 대하여, 공기 중에서의 어닐링은 완성된 부품들에 원하는 특성들을 제공하기에 충분하며, 환원(reducing) 또는 산화 분위기와 같은 보다 활성화된 구성들을 갖는 가스 혼합물들을 특별히 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 특히 질소, 아르곤 또는 그들의 혼합물들, 또는 공기의 산소 농도와 상이한 산소 농도를 갖는 다른 상대적으로 비활성인 혼합물들과 같은 다른 비활성 또는 비반응성 분위기들이 또한 산화이트륨 부품들을 어닐링하기 위하여 사용될 수 있다. 특정 애플리케이션들에 따라, 특정 부품들은 성형 가스(forming gas)(예를 들어, 질소 내의 수소의 10 체적 퍼센트 미만 또는 4 체적 퍼센트의 혼합물), 또는 상이한 농도들의 수소, 또는 환원 또는 산화 가스들을 함유하는 가스 혼합물들의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 예컨대 화학적 변경 또는 패시베이션(passivation)과 같은 표면 변경이 필요하다면, 어닐링은 적절할 때 환원 또는 산화 환경에서 수행될 수 있다.
고체 산화이트륨 샘플의 소결이 비산화 또는 비활성 분위기하에서 수행되는 다른 실시예에서, 어닐링 가스는 예를 들어, 적어도 약 10 체적 퍼센트의 산소 농도의 산소-함유 분위기를 포함한다.
어닐링은 정적(static) 또는 가스 유동 환경하에서 수행될 수 있다. 정적 조건은 비용 감소의 장점을 제공하나, 가스 유동 구성은 어닐링 가스의 신선한 공급이 유지될 수 있도록 샘플과의 화학적 반응들을 수반하는 어닐링에 바람직하다. 홈(groove)들과 같은 특정한 기하학적인 형태들 또는 특징들을 갖는 부품들에 대하여, 층류(laminar flow) 조건들과 대조적으로 난류(turbulent flow)를 사용하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
어닐링 프로세스 동안의 램프-업 가열 및 램프-다운 냉각 속도들은 불균일한 열 팽창 또는 수축으로부터 일어날 수 있는 스트레스를 최소화할 만큼 충분히 느리지만, 프로세스에 대한 실용적인 작업 처리량을 제공할 만큼 충분히 높도록 제어된다. 따라서, 각각의 램프-업 가열 및 램프-다운 냉각 단계들은 약 8 시간 내지 약 48 시간의 시간 기간에 걸쳐 발생할 수 있는데, 그 특정 시간은 특정 부품들에 좌우된다.
열 용량 또는 열 팽창의 계수와 같은 부품들의 열 특성들, 표면 영역 대 체적 비율, 형태, 크기에 더하여, 산화이트륨 샘플 형성에 사용되는 소결 분위기는 또한 어닐링 동안에 가열 또는 냉각 속도들의 선택에 영향을 미친다. 따라서, 일실시예에 따라, 가열 및 냉각 속도들은 적어도 소결 동안에 사용되는 소결 분위기에 기초하여 선택된다. 소결 환경이 산화이트륨 샘플의 표면 특성들에 특정한 변화들을 일으키고, 따라서 적절한 벌크 특성 천이(transition)를 보장하기 위하여 어닐링 조건들에 대한 대응되는 조정이 요구될 수 있는 것으로 여겨진다. 일반적으로, 더 높은 국부적 스트레스 또는 스트레인(strain) 농도들을 갖는 샘플들은 더 느린 가열 및 냉각 속도들을 요구할 것이다. 따라서, 샘플의 두께 및 형태와 같은 파라미터들은 램프-업 가열 또는 램프-다운 냉각 속도들을 판단하는데 더 중요하게 되는 경향이 있다.
일실시예에서, 안정된 또는 일정한 가열 속도가 사용되고, 외부 온도 기울기(gradient)가 부품 표면 주변에서 약 1 켈빈 퍼 센티미터(1 K/cm)를 초과하지 않도록 제어된다. 이에 관련하여, 외부 온도 기울기는 예를 들어, 부품과 어닐링 가스 사이의 계면에 가까운 영역에서의 부품의 표면에 가까운 온도 기울기를 지칭한다. 다른 실시예에서, 가열 속도는 내부 온도 또는 부품 내부의 열적 기울기가 약 10 줄 퍼 킬로그램 퍼 켈빈(J/kg-K)을 초과하지 않도록 제어된다. 또 다른 실시예에서, 가열 속도는 제1 시간 기간 전반에 걸쳐 각각의 제한값들 아래로 외부 및 내부 열적 기울기들 양자 모두를 유지시키도록 제어된다.
산소-함유 분위기에서 소결되는 산화이트륨 샘플들에 대하여, 원치 않는 열적 스트레스를 피하기 위하여 램프-업 가열 단계 동안 더 낮은 가열 속도 ― 예를 들어, 유사한 기하학적 형태들 및 두께들을 갖지만 비활성 또는 비산화 분위기에서 소결되는 다른 샘플들보다 약 3 내지 5배 느림 ― 가 요구될 수 있다. 따라서, 가열 속도들은 외부 온도 기울기가 약 0.2 내지 약 0.3 K/cm 사이이고, 내부 온도 기울기가 약 2 내지 약 3 J/kg-K 사이이도록 제어될 수 있다. 일실시예에서, 가열 속도는 외부 온도 기울기가 약 0.3 K/cm을 초과하지 않도록 제어된다. 대안적으로, 가열 속도는 내부 온도 기울기가 약 3 J/kg-K를 초과하지 않도록 제어된다.
제2 단계에서 사용되는 어닐링 온도는 특정 산화이트륨 부품에 좌우되며, 또한 부품들에 사용되는 첨가물들에 좌우될 수 있다. 일반적으로, 어닐링 온도는 물질 조성에 대한 공융점보다 적어도 약 200 켈빈만큼 낮아야 한다. 해당 산화이트륨 부품들에 대하여, 약 섭씨 200도 내지 약 섭씨 1000도의 범위가 사용될 수 있으며, 한편, 일실시예에서, 어닐링 온도는 약 섭씨 800도 내지 약 섭씨 1000도 사이이다. 제2 단계의 시간 기간은 특정 부품, 예를 들어, 치수, 형태 또는 조성들에 좌우된다. 상대적으로 큰 부품들 또는 기계적 스트레스를 받기 쉬울 수 있는 형태들을 갖는 부품들은 일반적으로 더 긴 어닐링 기간을 요구할 것이다. 몇몇 실시예들에 있어서, 어닐링 기간은 수일, 예를 들어, 4 내지 약 7일에 걸칠 수 있다.
램프-다운 냉각 단계에서, 부품은 제어되지 않는 경우 지나치게 높은 냉각 속도들에서 발생할 수 있는 열적 스트레스를 최소화하기 위하여 유사한 기준들에 따라 제어된 속도로 냉각된다. 일실시예에서, 부품은 램프-업 가열 동안 사용되는 것과 대략적으로 동일한 안정된 또는 일정한 속도로 냉각된다.
어닐링 이후에, 부품은 사용 또는 설치를 위해 부품을 준비하기 위해서 필요 시에 추가의 프로세싱을 겪을 수 있다.
본 방법을 사용하여 제조된 벌크 산화이트륨 부품은 예컨대 감소된 스트레스 및 향상된 화학적 저항력을 포함하는 개선된 특성들을 보인다는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 일실시예에 따른 어닐링을 통해 벌크 산화이트륨 샘플이 프로세스된 이후, 벌크 산화이트륨 샘플의 개선된 특성들을 증명하기 위한 비교 연구가 수행되었다. 특히, 산화이트륨 쿠폰들 또는 샘플들의 3개 뱃치(batch)들로부터의 표면 거칠기, 휘도 및 X-레이 회절 결과들이 비교된다. 3개 샘플들은 다음의 상이한 제조 단계들을 통해 프로세스된다: 1) 소결 상태(as-sintered); 2) 머시닝; 및 3) 머시닝 및 어닐링. 샘플들은 그 후 불소-함유 및 산소-함유 플라즈마들에 약 12시간 동안 노출되었다. 표면 거칠기 측정값들은 샘플 #3이 소결 상태 샘플(샘플 #1)의 표면 거칠기보다 낮으나 샘플 #2의 표면 거칠기와는 거의 동일한 표면 거칠기를 갖는 것을 보인다.
X-레이 회절 결과들은 소결 상태 샘플 #1이 마이크로결정(microcrystallite) 구조들을 갖는 2개의 상이한 상(phase)들을 포함한다는 것을 보인다. 머시닝 이후, 샘플의 표면은 이중-상(dual-phase) 샘플보다 더욱 바람직한 단일-상이 된다. 머시닝되고 어닐링된 샘플은 단일-상으로 남아있지만, 스트레스 레벨은 샘플 #2와 비교하여 감소된다.
마지막으로, 플라즈마 노출 이후의 침식 저항력이 또한 비교되고, 샘플 #3은 침식이 가장 적고, 소결 상태 샘플 #1이 뒤따르는 것으로 밝혀진 한편, 단지 머시닝만된 샘플 #2는 가장 큰 침식을 보인다.
이러한 결과들은 머시닝되고 어닐링된 부품(샘플 #3)이 감소된 스트레스로 인하여 플라즈마 환경에서 사용하기에 최상으로 적합하다는 것을 제안한다. 더 매끄러운(smoother) 마무리는 또한 프로세싱 동안에 증착된 물질들로부터 발생하는 입자 발생을 감소시킨다.
본 방법은 일반적으로 상이한 치수들 또는 형태들의 다양한 산화이트륨 부품들을 제조하는데 사용될 수 있으나, 예를 들어 개구부들 또는 각진 부분들 또는 형태들을 갖는 부품들과 같이 기계적 스트레스를 받기 더욱 쉬운 특정 머시닝된 부품들이 특히 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 다양한 애플리케이션들을 위한 산화이트륨 부품들을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 개선된 부품들은 또한 플라즈마 프로세스들에서 직면하는 것들과 같은 부식성 환경들에서 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 특히 AdvantEdge Metal 및 DPS Metal 챔버들과 같은 컨덕터 에칭 챔버들 뿐만 아니라, CENTURA® 시스템, eMax 에칭 챔버, Producer 에칭 챔버와 같은 반도체 웨이퍼 프로세싱 시스템의 일부분일 수 있는 ENABLER® 에칭 챔버와 같은 유전체 에칭 챔버들, Tetra Ⅰ 및 Tetra Ⅱ Photomask 에칭 시스템들, Decoupled Plasma Source(DPS®) Ⅱ 반응기와 같은 다양한 플라즈마 증착 및 에칭 챔버들이 본 명세서에 개시된 내용으로부터 이익을 얻을 수 있으며, 이 모두는 캘리포니아 산타클라라에 위치한 어플라이드 머티리얼스사로부터 이용가능하다. ENABLER® 챔버의 세부 사항들은 미국 특허 제6,853,141호 "자기 플라즈마 제어부와 용량성 결합된 플라즈마 반응기"에 개시된다. 에칭 반응기의 다른 실시예의 세부 사항들은 "포토마스크 플라즈마 에칭을 위한 방법 및 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 S/N 10/882,084호(Attorney Docket No.9400)에 개시된다. 다른 제조자들로부터의 플라즈마 반응기들을 포함해서 다른 플라즈마 반응기들이 본 발명으로부터 이익을 얻도록 구성될 수 있다는 것이 고려된다.
도 2는 벌크 산화이트륨으로 만들어진 특정 구성 부품들을 갖는 에칭 반응기(200)의 개략도를 도시한다. 본 명세서에 도시된 반응기(200)의 실시예는 설명을 목적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 사용되어서는 안 된다.
반응기(200)는 일반적으로 전도성 몸체(벽)(204) 내에 기판 받침대(224)를 갖는 프로세스 챔버(202) 및 제어부(246)를 포함한다. 챔버(202)는 실질적으로 평탄한 천장 또는 챔버 리드(lid)(208)를 갖는다. 챔버(202)의 다른 변경들은 다른 타입들의 천장들, 예를 들어, 돔-형태의 천장을 가질 수 있다. 리드(208) 위에 배치된 안테나(210)는 플라즈마 전력 소스(212)에 결합된 제1 매칭 네트워크(214)를 통해 선택적으로 제어될 수 있는 하나 또는 그 초과의 유도성 코일 엘리먼트들(두 개의 동축 엘리먼트들(210a 및 210b)이 도 2에 도시된다)을 포함한다. 플라즈마 전력 소스(212)는 일반적으로 약 50kHz 내지 약 13.56MHz 범위의 조정가능한 주파수에서 약 3000W까지 생성할 수 있다.
기판 받침대(캐소드)(224)는 바이어싱 전력 소스(240)에 제2 매칭 네트워크(242)를 통해 결합된다. 바이어싱 소스(240)는 일반적으로 연속형 또는 펄스형(pulsed) 전력 중 하나를 생성할 수 있는 약 13.56MHz의 주파수에서 약 500W까지의 소스이다. 대안적으로, 소스(240)는 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
일실시예에서, 기판 지지 받침대(224)는 전형적인 기판, 예를 들어, 정사각형 형태의 기판의 형태 및 치수들과 실질적으로 매칭되는 형태 및 치수들을 갖는 중앙 돌출부를 갖는다. 상기 개시된 프로세스(100)에 의해 벌크 산화이트륨으로 양자 모두 만들어지는 커버 링(300) 및 캡쳐 링(400)은 기판 지지 받침대(224) 위에 배치된다. 환형(annular) 절연체(290)가 기판 지지 받침대(224)의 외측 부분과 커버 링(300) 사이에 제공된다.
도 3a 및 도 3b는 커버 링(300)의 상부도 및 단면도들의 개략도들이다. 커버 링(300)은 기판(222)에 실질적으로 매칭하기 위한 형태 및 크기의 중앙 개구부(304)를 형성하는 내측 주변부(302), 및 개구부(304)에 인접하게 배치된 두 개의 상부 돌출부들(306 및 308)을 갖는다. 도 3a에서 도시된 바와 같이, 돌출부(306)는 내측 주변부(302)의 일부분에 실질적으로 매칭하는 절두된(truncated) 내측 부분을 갖는 환형 링의 세그먼트의 형태이다. 다른 돌출부(308)는 실질적으로 형태가 직사각형 형태이다. 립(lip) 부분들(310 및 312)은 각각 돌출부들(306 및 308)에 인접하게 제공된다.
도 4a 및 도 4b의 상부도 및 단면도에 개략적으로 도시되는 캡쳐 링(400)은 예를 들어, 제거된 세그먼트를 갖는 환형 링과 유사한 C자 형태를 갖는다. 받침대(224)로의 그리고 받침대(224)로부터의 이송 동안에 기판(예를 들어, 포토마스크 또는 레티클)을 수용하고 지지하기 위해 사용되는 립 부분들(404 및 406)이 제공된다. 캡쳐 링(400)은 커버 링(300)의 돌출부들(306, 308) 및 내측 주변부(302)에 실질적으로 매칭하는 크기 및 형태인 내측 주변부(402)를 갖는다. 캡쳐 링(400)은 승강 메커니즘(238)(도 2에 도시된)에 의해 두 개의 위치들 사이에서 이동되도록 설계되고, 그 승강 메커니즘(238)은 개별적인 가이딩 홀들(236)을 통해 이동하는 복수의 승강 핀들(230)(하나의 승강핀만이 도시됨)을 포함한다. 제1 위치에서, 캡쳐 링(400)은 받침대(224)의 상부 표면 아래로 낮춰짐으로써, 기판(222)이 프로세싱을 위해 받침대(224)에 의해 지지된 채로 남겨진다. 이러한 제1 위치에서, 캡쳐 링(400)은 본질적으로 커버 링(300)과 캡쳐 링(400)의 상부 표면들이 실질적으로 동일한 수평 평면에 있도록 완전한 환형 링을 형성하기 위하여 커버 링(300)의 돌출부들(306, 308)과 결합한다. 즉, 커버 링(300)과 캡쳐 링(400)의 적어도 특정 부분들은 상보적으로 형태를 갖는다. 기판 프로세싱이 완료된 후, 캡쳐 링(400)은 챔버(202)의 외부로의 이송을 위해 기판(222)을 지지하는 캡쳐 링(400)의 제2 위치로 위를 향해 승강되고, 프로세싱을 위해 다른 기판을 수용하도록 준비된다.
프로세싱 동안에, 기판(222)의 온도는 받침대(224)에 제공된 하나 또는 그 초과의 채널들(미도시)을 통해 냉각제가 흐르게 하여 기판 받침대(224)의 온도를 안정화시킴으로써 제어된다.
일실시예에서, 이온-라디칼(ion-radical) 차폐물(270)이 받침대(224) 위의 챔버(202)에 배치된다. 이온-라디칼 차폐물(270)은 받침대(224) 및 챔버 벽들(204)로부터 전기적으로 절연되고, 일반적으로 받침대(224) 위의 복수의 레그(leg)들(276)에 의해 지지된 실질적으로 평탄한 플레이트(272)를 포함한다. 플레이트(272)는 프로세스 챔버(202)의 상측 프로세스 체적(278)에 형성된 플라즈마로부터 이온-라디칼 차폐물(270)과 기판(222) 사이에 위치된 하측 프로세스 체적(280)으로 이동하는 이온들의 양을 제어하기 위하여 플레이트(272)의 표면에 원하는 개방 영역을 일괄적으로 제공하는 하나 또는 그 초과의 개구부들 또는 구멍들(274)을 형성한다. 복수의 레그들(276)은 일반적으로 커버 링(300)의 외측 주변부 주변에 위치되고, 플레이트(272)와 동일한 물질로 제조될 수 있다. 레그들(276)은 다양한 방법들을 사용하여 커버 링(300)의 외측 주변부 아래에 제공되는 스크린(292) 및 플레이트(272)에 결합되거나 고정될 수 있다. 레그들(276), 링(300) 또는 플레이트(272) 중 적어도 하나가 상기 개시된 방법(100)을 사용하여 제조될 수 있다.
하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들은 기판 받침대(224) 위에 위치되는 하나 또는 그 초과의 유입구들(216)(예를 들어, 개구부들, 주입기들, 노즐들 등)을 통해 가스 패널(220)로부터 프로세스 챔버(202)로 제공된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 프로세스 가스들은 챔버 리드(208) 주변에 배치된 환형 가스 주입 링(294)에 형성된 환형 가스 채널(218)을 통해 유입구들(216)로 제공된다. 일실시예에서, 챔버 리드(208)는 약 20 인치의 직경을 갖는 블랭크(blank) 원형 리드이고, 가스 유입구(216)는 각각이 1 인치 미만인 최대 세로 및 측면 치수들을 갖고, 둘 모두는 본 발명의 제조 방법(100)에 따라 고체 산화이트륨으로 만들어진다. 대안적으로, 환형 가스 주입 링(294)에 단일 구성, 예를 들어 통합 가스 주입 리드로서 챔버 리드(208)가 제공될 수 있다.
도 5는 노즐(500)로서 도시된 가스 유입구의 일실시예의 개략적인 단면도이다. 노즐(500)은 노즐(500)의 세로 방향을 따라 배향된 도관(conduit)(502)을 포함한다. 도관(502)은 프로세스 가스들이 챔버(202)로 빠져나가게 하기 위한 제2 단부(506) 및 가스 채널(218)에 결합된 제1 단부(504)를 갖는다. 노즐(500)은 상기 개시된 방법(100)을 사용하여 제조될 수 있다. 노즐(500)은 특히 가스 주입 링(294)에 결합하기 위하여 제1 원통부(508)를 더 갖는다. 일실시예에서, 원통부(508)는 스레딩되고(threaded), 평탄부(510)는 가스 주입 링(294)에서 대응하는 구멍에 대한 원통부(508)의 결합을 용이하게 하기 위하여 제2 단부(506) 근처에 제공된다. 에칭 반응기(200)의 이러한 예시적 실시예에서 특정 구성 부품들만이 벌크 산화이트륨으로 만들어졌으나, 특히, 현재 양극처리된 알루미늄 또는 산화이트륨으로 스프레이 코팅된 알루미늄 중 어느 하나로 만들어지는 레그들(276) 및 가스 주입 링(294)과 같은 다른 구성 부품들이 또한 방법(100)에 따라 벌크 산화이트륨 부품들로서 제조될 수 있다. 또한, 다른 플라즈마 프로세싱 챔버들에서 사용되는 구성 부품들(예를 들어, 가스 분배 플레이트, 샤워 헤드, 챔버 라이너, 섀도우 링 등)이 또한 방법(100)에 따라 제조될 수 있다.
에칭 프로세스 동안, 플라즈마 소스(212)로부터의 전력은 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 안테나(210)에 인가된다. 챔버(202)에서의 압력은 쓰로틀 밸브(throttle valve)(262) 및 진공 펌프(264)를 사용하여 제어된다. 벽(204)의 온도는 벽(204)을 관류하는(run through) 액체-함유 도관들(미도시)을 사용하여 제어될 수 있다. 일반적으로, 챔버 벽(204)은 금속(예를 들어, 특히 알루미늄, 스테인레스 스틸)으로부터 형성되고, 전기 접지(206)에 결합된다. 프로세스 챔버(202)는 또한 프로세스 제어, 내부 진단, 종점 검출 등을 위한 종래의 시스템들을 포함한다. 그러한 시스템들은 총괄적으로 지원 시스템들(254)로서 도시된다.
제어부(246)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(250), 메모리(248) 및 CPU(250)를 위한 지원 회로들(252)을 포함하고, 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 프로세스 챔버(202)의 구성들의 제어 그리고 그에 따라서 에칭 프로세스의 제어를 용이하게 한다. 제어부(246)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한 산업 셋팅에 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리 또는 CPU(250)의 컴퓨터-판독가능 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 로컬 또는 원격의 다른 임의의 형태의 디지털 저장부와 같은 하나 또는 그 초과의 쉽게 이용가능한 메모리일 수 있다. 지원 회로들(252)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위하여 CPU(250)에 결합된다. 이러한 회로들은 캐시(cache), 전력 공급부들, 클럭 회로들, 입력/출력 회로 및 서브시스템들 등을 포함한다. 본 발명의 방법은 일반적으로 소프트웨어 루틴으로서 메모리(248)에 저장된다. 대안적으로, 그러한 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(250)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원거리에 위치되는 제2 CPU(미도시)에 의해 저장되거나 그리고/또는 실행될 수 있다.
일실시예에서, 예컨대, 불소-함유 또는 염소-함유 가스와 같은 적어도 하나의 할로겐-함유 가스를 포함하는 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들이 가스 유입구들(216)을 통해 챔버(202)로 주입된다. 일반적으로, 예를 들어, 특히 CHF3, CF4와 같은 불소-함유 가스가 기판(222)상의 석영 및 MoSi 층들을 에칭하기 위하여 사용되는 한편, 염소(Cl2)와 같은 염소-함유 가스는 크로뮴을 에칭하기 위하여 사용된다. 플라즈마는 예를 들어, 약 350W의 전력 레벨 및 약 13.56MHz의 주파수에서 안테나(210)에 RF 전력을 인가함으로써 프로세스 가스들로부터 형성된다. 이온-중성(ion-neutral) 차폐물(270)은 구멍들(274)을 통해 이동하는 이온들의 양을 제어하는 한편, 기판(222)을 에칭하기 위하여 하측 프로세스 체적(280)으로의 플라즈마에서 현저한 중성 종들을 허용한다.
그러한 에칭 프로세스는 감소된 유지보수 및 입자 오염을 야기하는 개선된 부품들의 특성들로 인하여, 본 발명의 방법에 따라 제조된 산화이트륨 부품들의 사용으로부터 이득을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들로부터 이득을 얻을 수 있는 도식적인 플라즈마 프로세싱 챔버(602)의 개략적인 단면도를 도시한다. 본 명세서에 설명된 방법(100)을 사용하여 제조된 부품들이 다른 제조자들로부터의 프로세싱 챔버들을 포함해서 다른 프로세싱 챔버들에서 유익하게 이용될 수 있다는 것이 고려되므로, 본 명세서에 도시된 반응기의 실시예는 설명을 목적으로 제공되며, 본 발명의 범위를 제한하도록 사용되어서는 안된다.
본 실시예에서, 챔버(602)는 예를 들어, 기판(614)의 에칭과 같은 플라즈마 프로세싱을 위해 사용된다. 프로세스 균일성은 비대칭 프로세싱, 즉 기판의 중앙선에 대칭적으로 관계하지 않는 프로세싱 결과들을 야기하는 컨덕턴스 또는 다른 챔버 속성들에 대한 보상을 가능하게 하도록 설계되는 가스 확산기(632)를 사용함으로써 조정될 수 있다.
일실시예에서, 챔버(602)는 전도성 챔버 벽(630) 및 하부(608)를 갖는 진공 챔버 몸체(610)를 포함한다. 챔버 벽(630)은 전기 접지(634)에 접속된다. 리드(670)는 챔버 몸체(610) 내에 형성된 내부 체적(678)을 에워싸기 위하여 챔버 벽(630) 상에 배치된다. 적어도 하나의 솔레노이드 세그먼트(612)는 챔버 벽(630) 외부에 위치된다. 솔레노이드 세그먼트(들)(612)는 프로세싱 챔버(602) 내부에 형성된 플라즈마 프로세스들을 위한 제어 노브(knob)를 제공하도록 적어도 5V를 생성할 수 있는 DC 전력 소스(654)에 의해 선택적으로 에너지가 가해질 수 있다.
세라믹 라이너(631)는 챔버(602)의 세정을 용이하게 하기 위하여 내부 체적(678) 내에 배치된다. 에칭 프로세스의 부산물들 및 잔류물은 선택된 간격들로 라이너(631)로부터 쉽게 제거될 수 있다.
기판 지지 받침대(616)는 가스 확산기(632) 아래의 프로세스 챔버(602)의 하부(608) 상에 배치된다. 프로세스 영역(680)은 기판 지지 받침대(616)와 확산기(632) 사이에서 내부 체적(678) 내에 형성된다. 기판 지지 받침대(616)는 프로세싱 동안에 가스 확산기(632) 밑의 받침대(616)의 표면(640)상에 기판(614)을 보유하기 위하여 정전 척(626)을 포함할 수 있다. 정전 척(626)은 DC 전력 공급부(620)에 의해 제어된다.
지지 받침대(616)는 매칭 네트워크(624)를 통해 RF 바이어스 소스(622)에 결합될 수 있다. 바이어스 소스(622)는 일반적으로 0 내지 5000 와트 사이의 전력 및 50kHz 내지 13.56MHz의 조정가능한 주파수를 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 선택적으로, 바이어스 소스(622)는 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
지지 받침대(616)는 또한 내측 및 외측 온도 조절 구역들(674, 676)을 포함할 수 있다. 각각의 구역(674, 676)은 받침대상에 배치된 기판의 방사상 온도 기울기가 제어될 수 있도록 저항성 히터 또는 냉각제를 순환시키기 위한 도관과 같은 적어도 하나의 온도 조절 디바이스를 포함할 수 있다.
챔버(602)의 내부는 챔버 벽(630) 및/또는 챔버 하부(608)를 통해 형성된 배출 포트(635)를 통해 진공 펌프(636)에 결합되는 고 진공 용기이다. 배출 포트(635)에 배치된 쓰로틀 밸브(627)는 프로세싱 챔버(602) 내부의 압력을 제어하기 위하여 진공 펌프(636)와 함께 사용된다. 배출 포트(635)의 위치 및 챔버 몸체(610)의 내부 체적(678)내의 다른 유동 제한들은 프로세싱 챔버(602) 내의 가스 유동 분포 및 컨덕턴스에 크게 영향을 미친다.
가스 확산기(632)는 적어도 하나의 프로세스 가스를 비대칭 방식으로 프로세싱 영역(680)으로 주입하기 위한 도관을 제공하고, 상기 도관을 다른 챔버 구성들(즉, 배출 포트의 위치, 기판 지지 받침대 또는 다른 챔버 구성의 기하형상)에 의해 야기되는 상기 개시된 가스 유동 분포 및 컨덕턴스를 조절하는데 이용하여, 가스들 및 종들의 유동이 기판으로 균일하게 또는 선택된 분포도로 전달될 수 있다. 또한, 가스 확산기(632)는 (받침대(616)상에 같은 중심을 갖도록 배치되는) 기판(614)의 중앙선에 관하여 플라즈마를 위치시키도록 이용될 수 있다. 결과적으로, 가스 확산기(632)의 구성은 프로세스 균일성을 개선하고, 또는 대안적으로 프로세싱 결과들에서 미리 정의된 오프셋을 생성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 가스 확산기(632)의 구성은 챔버 컨덕턴스를 보상하는 방식으로 기판 지지 받침대(616) 위의 프로세스 영역(680)으로 들어가도록 가스 유동을 지향시키도록 선택될 수 있다. 이것은 프로세싱 동안에 기판의 표면으로의 이온들 및/또는 반응성 종들의 운반 및/또는 플라즈마 위치에 대한 챔버 컨덕턴스의 비대칭적 효과들을 오프셋시키는(offset) 비대칭성을 갖는 프로세스 챔버로 가스를 운반하도록 가스 확산기(632)를 구성함으로써 달성될 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 가스 확산기(632)는 적어도 두 개의 가스 분배기 들(660, 662), 마운팅 플레이트(628) 및 가스 분배 플레이트(664)를 포함한다.
가스 분배기들(660, 662)은 프로세싱 챔버(602)의 리드(670)를 통해 하나 또는 그 초과의 가스 패널들(638)에 결합되며, 또한 마운팅 또는 가스 분배 플레이트들(628, 664) 중 적어도 하나에 결합된다. 가스 분배기들(660, 662)을 통한 가스의 유동은 독립적으로 제어될 수 있다. 가스 분배기들(660, 662)이 단일 가스 패널(638)에 결합되는 것으로 도시되지만, 가스 분배기들(660, 662)이 하나 또는 그 초과의 공유 및/또는 개별 가스 소스들에 결합될 수 있는 것으로 간주된다. 가스 패널(638)로부터 제공된 가스들은 플레이트들(628, 664) 사이에 형성된 영역(672)으로 운반되고, 그 후 프로세싱 영역(680)으로 가스 분배 플레이트(664)를 통해 형성된 복수의 구멍들(668)을 통해 배출된다.
마운팅 플레이트(628)는 지지 받침대(616) 맞은편의 리드(670)에 결합된다. RF 전도성 물질로 제조되거나 또는 RF 전도성 물질로 커버되는 마운팅 플레이트(628)는 임피던스 변환기(619)(예를 들어, 쿼터(quarter) 파장 매칭 스터브(stub))를 통해 RF 소스(618)에 결합된다. 소스(618)는 일반적으로 약 0 내지 2000 와트 사이의 전력 및 약 262MHz의 조정가능한 주파수를 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 마운팅 플레이트(628) 및/또는 가스 분배 플레이트(664)는 프로세스 영역(680)에서 프로세스 가스들로부터 형성된 플라즈마를 유지시키기 위하여 RF 소스(618)에 의해 전력이 공급된다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따라 제조될 수 있는 가스 분배 플레이트(700)의 개략적인 상부도이다. 산화이트륨 가스 분배 플레이트(700)는 챔버(602) 또는 특히 에칭 또는 증착 애플리케이션들을 위한 플라즈마 챔버들과 같은 다른 플라즈마 챔버들에서 사용될 수 있다. 가스 분배 플레이트(700)에는 프로세스 가스들 및/또는 플라즈마 종들의 챔버의 프로세스 영역으로의 통행을 허용하도록 복수의 구멍들 또는 가스 유입구들(702)이 제공된다. 구멍들(702)은 가스 분배 플레이트(700)상에 일정한 패턴으로 배열될 수 있거나, 또는 구멍들(702)은 상이한 가스 분배 요구들을 허용하도록 상이한 패턴들로 배열될 수 있다. 가스 분배 플레이트(700)는 약 0.125 인치 내지 약 0.750 인치 범위의 두께를 가질 수 있으며, 구멍(702)은 약 0.01 인치 내지 약 0.03 인치 범위의 직경들을 가질 수 있다.
일실시예에서, 예를 들어, 불소-함유 또는 염소-함유 가스와 같은 적어도 하나의 할로겐-함유 가스를 포함하는 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들이 가스 유입구들(702)을 통해 챔버(602)로 주입된다. 일반적으로, 불소-함유 가스, 특히 예컨대 CHF3, CF4는 기판(614)상의 유전체 물질들을 에칭하기 위하여 사용될 수 있는 한편, 염소(Cl2)와 같은 염소-함유 가스는 금속과 같은 물질들을 에칭하기 위하여 사용된다. 이러한 타입들의 에칭 프로세스들은 유지보수 및 입자 오염의 감소를 초래하는 부품들의 개선된 부식성 저항력으로 인하여, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 산화이트륨 부품들의 사용으로부터 이득을 얻을 수 있다.
도 8은 부식성 환경에서 기판을 프로세싱하기 위하여 설계되는 플라즈마 챔버 또는 챔버일 수 있는 프로세스 챔버(800) 내부의 여러 구성 부품들의 개략적인 단면도이다. 챔버(800)는 기판(850)을 지지하기 위한 받침대(802)를 포함한다. 일실시예에서, 받침대(802)의 외측 주변부(804)는 다른 챔버 구성들로부터 예컨대 웨이퍼와 같은 기판을 절연시키기 위하여 사용되는 링(806)에 의해 둘러싸인다. 링(806)은 다양한 적절한 기술들을 사용하여 받침대(802)에 부착 또는 장착될 수 있다.
금속 또는 컨덕터 에칭을 위해 사용되는 챔버들과 같은 특정 챔버들에 대하여, 링(806)은 본 발명의 실시예들에 따라 산화이트륨으로 만들어질 수 있다. 유전체 에칭을 위해 사용되는 챔버들과 같은 다른 챔버들에 대하여, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 산화이트륨 라이너(810)는 링(806)의 외측 주변부(808) 주변에 제공될 수 있다. 라이너(810)는 원치 않는 침전물들 또는 프로세스 가스들로부터 챔버 벽들을 차폐시킴으로써 챔버 벽들을 보호한다. 유전체 에칭 챔버의 경우에, 링(806)은 일반적으로 다른 물질들로 만들어진다.
도 9a는 환형 형태를 갖는 링(806)의 일실시예의 개략적인 상부도이며, 도 9b는 라인(BB')을 따라 취해진 단면도를 보여준다. 일실시예에서, 링(806)은 약 0.3cm의 두께, 약 30cm의 내측 직경 및 약 35cm의 외측 직경을 갖는다. 이러한 링의 두께 및 기하학적 형태는 과도한 기계적 스트레스 또는 스트레인의 원인이 되지 않기 때문에, 어닐링 단계 동안의 램프-업 가열 및 램프-다운 냉각이 덜 엄격한 요구조건들하에서, 예를 들어, 외부 온도 기울기가 부품의 표면 근처에서 약 1 켈빈 퍼 센티미터(K/cm)를 초과하지 않거나, 또는 부품 내부의 내부 온도 또는 열적 기울기가 약 10 줄 퍼 킬로그램 퍼 켈빈(J/kg-K)을 초과하지 않게 하는 가열 또는 냉각 속도로 수행될 수 있다.
비록 전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 대한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않는 범위에서 안출될 수 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 판단된다.
도 1은 본 발명에 따른 벌크(bulk) 산화이트륨 부품들을 제조하기 위한 방법의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 만들어진 적어도 하나의 벌크 산화이트륨 부품을 갖는 플라즈마 에칭 반응기의 개략적인 도면이다.
도 3a-3b는 커버 링(cover ring)의 상부도 및 단면도의 개략적인 도면들이다.
도 4a-4b는 캡쳐 링(capture ring)의 상부도 및 단면도의 개략적인 도면들이다.
도 5는 가스 유입구(노즐)의 일실시예의 단면도의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 1의 방법에 따라 만들어진 적어도 하나의 벌크 산화이트륨 부품을 갖는 플라즈마 에칭 반응기의 개략적인 도면이다.
도 7은 가스 분배 플레이트의 상부도의 개략적인 도면이다.
도 8은 챔버 내부의 여러 구성 부품들의 단면도의 개략적인 도면이다.
도 9a-9b는 산화이트륨 링의 상부도 및 단면도의 개략적인 도면들이다.

Claims (13)

  1. 산화이트륨 부품(yttria part)을 제조하는 방법으로서,
    (a) 산화이트륨 샘플을 제공하는 단계;
    (b) 상기 산화이트륨 샘플을 소결하는 단계;
    (c) 부품을 형성하기 위하여 상기 소결된 산화이트륨 샘플을 머시닝(machining)하는 단계; 및
    (d) 단일-상 마이크로결정 구조를 얻기 위해 상기 부품을 어닐링하는 단계
    를 포함하고, 상기 어닐링하는 단계는:
    (d1) 엔클로저(enclosure)에서 상기 부품을 어닐링 가스에 노출시키는 단계;
    (d2) 상기 부품을 제1 시간 기간에 걸쳐 제1 온도로부터 제2 온도로 가열하는 단계 ―상기 부품 내의 열적 기울기가 10 줄 퍼 킬로그램 퍼 켈빈(J/kg-K)을 초과하지 않도록 가열 속도가 조절됨―;
    (d3) 상기 부품을 제2 시간 기간 동안 상기 제2 온도로 유지시키는 단계; 및
    (d4) 상기 부품을 제3 시간 기간에 걸쳐 상기 제2 온도로부터 상기 제1 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는,
    산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어닐링 가스는 공기, 비활성 가스, 성형 가스, 환원 가스 조성물, 및 산화 가스 조성물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 가스 조성물을 갖는, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (d1)단계의 상기 어닐링 가스는 공기, 질소, 아르곤, 및 그들의 혼합물들 중 하나이며, 정적(static) 상태 또는 유동 상태 중 하나로 제공되는, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는 섭씨 200도 내지 섭씨 1000도인, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 온도는 섭씨 800도 내지 섭씨 1000도인, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    (d1) 단계 동안에, 상기 부품의 표면 영역에서의 온도 기울기는 상기 제1 시간 기간 내내 1 켈빈 퍼 센티미터(K/cm) 미만이 되도록 유지되는, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    (d1) 단계 동안에, 내부 열적 기울기는 상기 제1 시간 기간 내내 10 줄 퍼 킬로그램 퍼 켈빈(J/kg-K) 미만이 되도록 상기 부품 내에서 유지되는, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (d3) 단계 동안에, 상기 부품의 표면 영역에서의 온도 기울기는 상기 제1 시간 기간 내내 1 켈빈 퍼 센티미터(K/cm) 미만이 되도록 유지되는, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    (c) 단계에서의 상기 산화이트륨 샘플은 적어도 99.5 퍼센트의 순도 레벨을 갖는, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 부품은 플라즈마 반응기의 구성 부품인, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구성 부품은 리드(lid), 링, 이온 차폐물 플레이트, 이온 차폐물 레그(leg), 및 노즐 중 하나인, 산화이트륨 부품을 제조하는 방법.
  13. 삭제
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