KR101438242B1 - 최적화된 플라즈마 챔버 접지 전극 어셈블리 장치 - Google Patents

최적화된 플라즈마 챔버 접지 전극 어셈블리 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리가 개시된다. 장치는 플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극을 포함한다. 장치는 전극 위에 배치되어 전극을 가열하도록 구성되는 가열 플레이트도 포함한다. 장치는 가열 플레이트 위에 배치되어 전극을 냉각시키도록 구성되는 냉각 플레이트를 더 포함한다. 장치는 접지를 포함하고, 플라즈마 챔버에 플라즈마를 한정하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드도 포함한다. 장치는 전극, 가열 플레이트, 및 냉각 플레이트를 플라즈마 챔버 리드에 고정하도록 구성되는 클램프 링을 포함하고, 클램프 링은 전극으로부터 챔버 리드로의 접지 경로를 제공하도록 더 구성된다.
Figure R1020087017863
플라즈마, 챔버, 접지 경로

Description

최적화된 플라즈마 챔버 접지 전극 어셈블리 장치{APPARATUS FOR AN OPTIMIZED PLASMA CHAMBER GROUNDED ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 기판 제조 기술과 관련되고, 특히 최적화된 플라즈마 챔버 전극 어셈블리 장치와 관련된다.
예를 들어, 플랫 패널 디스플레이 제조에서 사용되는 것과 같은 유리 패널 또는 반도체 기판의 기판 프로세싱에서, 플라즈마는 종종 사용된다. 예를 들어, 기판 프로세싱의 일부로서, 기판은 각각이 집적회로가 되는 직사각형의 영역들 또는 복수의 다이들로 나누어진다. 기판은 그 후, 재료들이 선택적으로 제거 (에칭) 되고 퇴적되는 일련의 단계들로 프로세스된다. 수 나노미터 정도로의 트랜지스터 게이트 임계 치수 (critical dimension; CD) 의 제어는, 타겟 게이트 길이로부터의 각 나노미터 편차가 이들 디바이스들의 동작성 및 또는 동작 속도로 직접 해석되기 때문에, 최우선이다.
예시적인 플라즈마 프로세스에서, 에칭에 앞서 기판은 경화된 에멀젼 (예를 들어, 포토레지스트 마스크) 의 얇은 필름으로 코팅된다. 경화된 에멀젼의 영역들은 선택적으로 제거되어, 밑에 깔린 층의 부분이 노출되도록 한다. 그 후, 기판은 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 척 (예를 들어, 기계적으로 모노폴라, 바이폴라 전극 등) 으로 불리는 기판 지지 구조 상에 위치된다. 플라즈마 가스들의 적절한 세트는 챔버로 흘러들어가게 되고, 특정 토포그래피로 기판의 노출된 영역들을 에칭하기 위한 플라즈마를 형성하도록 스트라이킹 (strike) 된다.
도 1 을 참고하면, 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템의 간단한 도면이 도시된다. 일반적으로, 플라즈마는 접지된 전극 (106) 과 전력공급된 하부 전극 (척; 105) 사이에 유지된다. 제 1 RF 생성기 (134) 는 플라즈마를 생성할 뿐만 아니라 플라즈마 밀도를 제어하는 한편, 제 2 RF 생성기 (138) 는 DC 바이어스 및 이온 충돌 에너지를 제어하는데 일반적으로 사용되는 바이어스 RF 를 생성한다.
소스 RF 생성기 (134) 및 바이어스 RF 생성기 (138) 에는, RF 전력 소스들의 임피던스를 플라즈마 (110) 의 임피던스와 매칭시키려고 시도하는 매칭 네트워크 (136) 가 추가 결합된다. 또한, 펌프 (111) 는, 플라즈마 (110) 를 유지하기 위해 요구되는 압력을 얻기 위해, 플라즈마 챔버 (102) 에서 주변 대기를 비우는데 통상 사용된다. 또한, 플라즈마 (110) 내의 압력을 제어할 수도 있는 한정 링들 (103) 에 의하여, 플라즈마 (110) 는 척 (105) 과 접지된 전극 (106) 사이에 한정될 수도 있다. 한정 링들 (103) 은 일반적으로 캠링을 사용하여 인접한 한정 링들 사이의 갭 또는 공간을 증가 및 감소시키기 위해 이동될 수 있다. 가스 분배 시스템 (122) 은 통상 플라즈마 프로세싱 가스 (예를 들어, C4F8, C4F6, CHF3, CH2F3, CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, O2, Ar, Xe, He, H2, NH3, SF6, BCl3, Cl2, WF6 등) 를 포함하는 압축된 가스 실린더들로 구성된다.
일반적으로, 기판의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 에천트 가스 분배를 얻기 위해, 접지된 전극은 샤워헤드 구조에서 플라즈마 가스들이 플라즈마 챔버로 통과될 수도 있는 천공 (preforation) 들 또는 공극 (pore) 들을 일반적으로 포함한다. 공통적인 구성에서, 전극 어셈블리는 (플라즈마 챔버 내에서 전극 컴포넌트를 단단히 부착하기 위한) 챔버 리드 (chamber lid), (천공들 또는 공극들 내에 일어나는 플라즈마 가스 반응을 방지하기 위한) 냉각 플레이트 및 가열 플레이트, (가열 플레이트와 냉각 플레이트와 접지된 전극 사이의 열 경로를 여전히 허용하면서, 가열 플레이트와 냉각 플레이트로부터 전극을 전기적으로 절연시키기 위한) 백킹 플레이트, 및 (전력공급된 전극을 위해 RF 리턴 접지 경로 (ground path) 를 제공하는 것은 물론 기판의 표면에 걸쳐 플라즈마 가스를 분배하기 위한) 접지된 전극 그 자체를 일반적으로 포함한다.
이제 도 2 를 참고하면, 공통 전극 어셈블리 구성의 간단한 도면이 도시된다. 챔버 리드 (212) 는, 플라즈마 프로세싱을 위한 실질적인 진공을 유지하기 위해 플라즈마 챔버와 메이트 (mate) 되도록 일반적으로 구성된다. 일반적으로, 챔버 리드 (212) 는, 플라즈마 챔버 (미도시) 로 돌출되고, 냉각 플레이트 (208) 또는 가열 플레이트 (206) 가 부착될 수도 있는 평면의 표면을 제공하는 원형 스터브 (212a) 및 탑 플레이트 (212b) 를 포함한다. 원형 스터브 (212a) 는 또한, 가스켓 (214) 이 일반적으로 위치하는 (원형 스터브 (212a) 및 탑 플레이트 (212b) 에 의해 정의되는) 그루브에 의해 둘러싸이게 된다. 한 구성에서, (냉각 플레이트 (208), 가열 플레이트 (206), 백킹 플레이트 (204), 및 접지된 전극 (202) 을 순차적으로 포함하는) 전극 서브어셈블리는 금속 패스너들의 제 1 세트와 함께 하나의 구조로 조립되거나 샌드위치되고, 그 후 전극 어셈블리를 조립하도록 금속 패스너들의 제 2 세트들과 함께 원형 스터브 (212a) 에 하나의 유닛으로서 부착된다.
냉각 플레이트 (208) 는 냉각 플레이트 (208) 내의 캐비티들을 통해 유체를 재순환하는 냉각기 시스템에 의해 냉각될 수도 있다. 또한, 유체는 액체 (예를 들어, 물 등) 또는 가스 (예를 들어, 공기 등) 일 수 있다. 액체 또는 공기는 더 큰 냉각 효과를 위해 냉각될 수 있고, 더 큰 효율을 위해 재순환될 수 있다. 이 유체는, 교대로, 열교환기와 같은 열 대류의 외부 소스로 도관의 세트를 통해 일반적으로 펌프되고, 척으로 되돌아간다. 가열 플레이트 (206) 는, 엘리먼트들의 세트에 전기 전류가 공급될 때, 열 에너지를 출력하는 저항 엘리먼트들의 세트를 일반적으로 포함한다. 가열 플레이트 (206) 는, 냉각 플레이트 (208) 와 조합되어 에칭 품질 및 기판 생산량을 일반적으로 유지하기 위해 공정 파라미터 내에서 플라즈마 가스 온도가 유지되도록 한다. 백킹 플레이트 (204) 는 일반적으로 그래파이트로 만들어지고, 백킹 플레이트는 접지된 전극 (202) 에 걸쳐 일반적으로 온도 균일성을 제공한다.
그러나, 백킹 플레이트 (204) 는 상대적으로 부드러운 재료 (예를 들어, 그래파이트 등) 로 일반적으로 만들어진다. 결과적으로, 스레드 (thread) 된 금속 패스너들과 적절히 메이트되도록 헬리코일 삽입이 종종 요구된다. 헬리코일은 일반적으로, 스레드 손상 경향이 있는 임의의 어셈블리에서의 강화된 스레드를 생성하기 위한 내부적인 스레드 삽입물이다. 그러나, 상이한 온도 팽창 레이트를 갖는 상이한 재료들의 사용은, 그것이 반복적으로 가열되고 냉각되면서 전극 어셈블리내에 결함이 형성될 수도 있다. 열 팽창 계수 (α) 는 일반적으로 온도의 증가에 따라, 유닛당 길이의 증가에 대한 분수로 정의된다. 정확한 정의는, 정확한 온도 (실제 α) 또는 온도 범위 전부 (평균 α) 에서 특정되었는지 여부에 따라 변한다. 전자는 길이-온도 플롯의 탄젠트의 기울기와 관련될 수도 있는 반면, 후자는 이 곡선에서의 두 지점 사이의 현의 기울기에 의해 좌우될 수도 있다.
일반적으로, 전극 어셈블리의 금속 부분들 (예를 들어, 냉각 플레이트 (208), 가열 플레이트 (206), 스레드된 볼트들 등) 은 일반적으로 전극 어셈블리의 비금속 부분 (예를 들어, 백킹 플레이트 등) 보다 높은 α를 갖는다. 예를 들어, (냉각 플레이트 (208), 가열 플레이트 (206), 접지된 전극 (202), 금속 패스너 등에 일반적으로 사용되는) 알루미늄은, 작은 α (예를 들어, 6.5 x 10-6 K-1) 를 갖는 (백킹 플레이트 (204) 에서 일반적으로 사용되는) 그래파이트와 비교할 때 상대적으로 큰 α (예를 들어, 23.1 x 10-6 K-1) 를 일반적으로 갖는다. 즉, 온도에서의 유닛당 증가로, 알루미늄은 그래파이트의 4 배까지 팽창할 수도 있다. 그러나, 전극 어셈블리는 다양한 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트, 접지된 플레이트 등) 을 통해 확장하는 금속 패스너를 갖는 하나의 구조 내에 조립되고, 그러므로 컴포넌트들 사이에 최소한의 수평 및 수직 플레이 (play) 를 갖는다. 결론적으로, 온도의 반복적인 주기는 백킹 플레이트 (204) 에 스트레스를 가하고 그 결과 손상시킬 수도 있고, 결과적으로 플라즈마 챔버를 오염시킬 수도 있는 그래파이트 입자들을 생산한다. 일반적으로, 수직축은 기판 표면에 수직인 반면, 수평축은 기판 표면에 평행하다.
또한, 전극 서브어셈블리 내의 금속 패스너들의 사용은 아킹 (arcing) 의 가능성도 증가시킬 수도 있다. 아킹은 일반적으로, 소형 폭발 효과를 갖는 높은 전력 밀도 쇼트 회로이다. 타켓 재료 또는 챔버 정착물들의 표면 가까이 혹은 상에 아킹이 발생할 때, 국지적 융해와 같은 실질적인 손상이 발생할 수 있다. 플라즈마 아킹은 일반적으로, 꾸준한 전류 흐름의 증가를 가져오는 낮은 플라즈마 임피던스에 의해 생긴다. 저항이 충분히 낮다면, 전류는 무제한으로 증가하여 (전력 공급 및 임피던스에 의해서만 제한), 모든 에너지 전송이 이루어지는 쇼트 회로를 생성할 것이다. 이는 플라즈마 챔버는 물론 기판에도 손상을 남길 수도 있다. 예를 들어, RF 전기 전하가 전력공급된 전극에서 접지된 전극으로 빠져나갈 때, 2 차 전기 방전은 특히 천공 또는 공극을 걸쳐 금속 패스너들과 함께 발생할 수도 있다.
또한, 많은 수의 금속 패스너들은 문제의 전극 서브어셈블리 컴포넌트들을 조립, 정렬, 재위치, 및/또는 설치도 한다. 예를 들어, 패스너 공차는 상대적으로 타이트 (tight) 하다 (예를 들어, 1/1000th 인치 등). 그러나, 전극 어셈블리가 반복적으로 플라즈마 및/또는 온도 주기에 노출된 후, 실제 공차는 감소 (공차 수축) 한다. 예를 들어, 오염물이 헬리코일로 비집고 들어갈 수도 있거나, 패스너 구멍들의 사이즈 등이 감소할 수도 있다. 결과적으로 전극 어셈블리는, 전극 어셈블리 그 자체의 손상을 일으키지 않고, 다수의 도구 (예를 들어, 스크류드라이버, 망치, 쐐기 등) 들을 사용하지 않고, 안전한 방법으로 제거하는 것이 어려울 수도 있다. 예를 들어, 그래파이트는 상대적으로 부서지기 쉬운 재료이다. 그러나, 망치가 백킹 플레이트로부터 냉각 플레이트 또는 가열 플레이트를 제거하는데 사용될 필요가 있다면, 그래파이트에 실질적인 손상이 발생할 수도 있다.
또한, 가장 공통적인 전극 어셈블리 구성이 일반적으로 전용된 RF 리턴 경로를 일반적으로 포함하지 않으므로, 접지의 전기적 특성은 사용되는 플라즈마 가스들의 전기적 특성 또는 전극 어셈블리 마모에 의존하여 대체적인 공정 또는 연속하는 기판들 사이에서 변화할 수도 있다. 일반적으로, 전극 어셈블리에서 사용되는 많은 재료들은 전기적으로 전도성이 있다. 그러나, 접지로의 정확한 리턴 경로는 물리적으로 쉬프트될 수도 있고, 그에 따라 플라즈마에 전기적 로드의 영향을 줄 수도 있다. 주어진 프로세스 공정에서, 신뢰가능한 프로세스 결과를 얻기 위해, RF 전력 전달이 플라즈마 프로세스를 통틀어 안정적으로 남는 것이 일반적으로 유익하다.
앞선 관점에서, 최적화된 플라즈마 챔버 전극 어셈블리 방법 및 장치가 요구되고 있다.
요약
본 발명은 일 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리에 관련된다. 장치는 플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극을 포함한다. 장치는 전극 위에 배치되어 전극을 가열하도록 구성되는 가열 플레이트도 포함한다. 장치는 가열 플레이트 위에 배치되어 전극을 냉각시키도록 구성되는 냉각 플레이트를 더 포함한다. 장치는 접지를 포함하고, 플라즈마 챔버에 플라즈마를 한정하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드도 포함한다. 장치는 전극, 가열 플레이트, 및 냉각 플레이트를 플라즈마 챔버 리드에 고정하도록 구성되는 클램프 링을 포함하고, 클램프 링은 접지 경로를 전극으로부터 챔버 리드까지 제공하도록 더 구성된다.
본 발명은 일 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리와 관련된다. 장치는 플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극을 포함한다. 장치는 접지를 포함하고, 플라즈마 챔버에 플라즈마를 한정하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드도 포함한다. 장치는 플라즈마 챔버 리드에 전극을 고정하도록 구성되는 클램프 링을 더 포함하고, 클램프 링은 또한, 접지 경로를 전극으로부터 챔버 리드까지 제공하도록 구성된다.
본 발명은 일 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리와 관련된다. 장치는 플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극을 포함한다. 장치는 플라즈마 챔버에 플라즈마를 한정하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드를 더 포함하고, 플라즈마 챔버 리드는 전극과 바스켓 (basket) 을 형성하도록 구성되고 접지 경로를 제공하도록 더 구성된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들은 아래에서, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면과 함께 더 상세히 서술될 것이다.
본 발명은, 첨부 도면을 통하여 한정의 방식이 아닌 예시적 방식으로 설명되는 것이며, 유사한 참조 번호는 유사한 구성을 나타낸다.
도 1 은 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템의 간단한 도면을 도시한다:
도 2 는 공통적으로 사용되는 전극 어셈블리의 간단한 도면을 도시한다:
도 3a 내지 3c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 클램프 링을 갖는 전극 어셈블리의 간단한 도면들의 세트를 도시한다: 및
도 4a 내지 4c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 클램프 링이 챔버 리드에 통합되는 전극 어셈블리의 간단한 도면들의 세트를 도시한다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 서술되는 여러 바람직한 실시형태들을 참조하여 상세하게 서술된다. 후술되는 설명에서, 수많은 특정 세부사항은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 기술된다. 그러나, 당업자는 이들 특정 세부사항들의 전부 또는 일부 없이도 실시될 수도 있음을 알 수 있다. 다른 예들에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여 잘 알려진 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 상세히 서술되지는 않는다.
이론에 의해 제한되지 않기를 바라면서, 여기의 발명자는 클램프 링을 갖도록 구성되는 최적화된 전극 어셈블리 (예를 들어, 전극, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트 등) 가 일관된 RF 리턴 경로를 제공할 수도 있고, 플라즈마 챔버를 설치 및 제거하는데 적은 시간이 들고 더 간단할 수도 있고, 온도 팽창에 의한 입자 생성을 실질적으로 감소시킬 수도 있다는 것을 알 수 있다. 후술되는 논의에서, 용어 "타이트 (tighten)" 는 패스너를 고정 구조로 이동시키는 것을 논의하기 위해 여기에서 사용된다. 또한, 용어 패스너는 나사들, 볼트들, 클립들, 및 핀들과 같은 광범위한 고정 디바이스들에 적용하는 것이 이해되어야 한다.
앞서 서술된 바와 같이, 기판의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 에천트 가스 분배를 얻기 위해서, 전극 어셈블리 (예를 들어, 전력공급된 전극, 접지된 전극 등) 는 천공 또는 공극 (예를 들어, 샤워헤드) 을 일반적으로 갖는다. 상이한 팽창률을 갖는 상이한 재료들의 사용은 결과적으로, 반복적인 가열과 냉각에 따라 전극 어셈블리에 결함을 형성할 수도 있다. 그러나, 유리한 방법으로, 본 발명은 금속 패스너를 사용하지 않고 클램프 링에 의해 형성되는 포켓 내에 전극 서브어셈블리 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트, 전극 등) 이 위치되도록 허용한다. 이 포켓 구조는 가장 공통적으로 사용되는 구성보다 더 많은 수평 및 수직 플레이를 허용할 수도 있고, 그에 따라 오염물을 적게 생산한다. 즉, 온도의 반복적인 주기는 실질적으로 적은 스트레스를 생산할 수도 있고, 그에 따라 백킹 플레이트에 적은 손상을 주며, 따라서 생산되는 오염물 (예를 들어, 그래파이트 입자) 의 양을 최소화한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 전극 어셈블리 컴포넌트들과 클램프 링의 내부 표면 사이의 1mm 수평 공차는 스트레스를 감소시키는데 충분할 수도 있다. 일 실시형태에서, 플라즈마로부터 떨어진 전극의 수평 표면과 전극 어셈블리 컴포넌트들 사이의 1mm 수직 공차는 스트레스를 감소시키는데 충분할 수도 있다.
일 실시형태에서, 포켓 내에 위치하는 전극 서브어셈블리 컴포넌트들을 포함하는 클램프 링은 챔버 리드에 고정될 수도 있다. 일반적으로, 챔버 리드에 클램프 링을 고정하는 것은 플라즈마 챔버 동작을 위해 전극 서브어셈블리 컴포넌트들을 함께 압축한다. 또한, 클램프 링은 전극 서브어셈블리 컴포넌트들을 함께 압축하도록 충분히 타이트하거나 회전되는 패스너들의 세트들로 챔버 리드에 고정될 수도 있다. 일 실시형태에서, 원한다면 패스너들은 아킹을 감소시키기 위해 카운터 싱크 (counter sunk) 또는 라운딩된다. 일 실시형태에서, 클램프 링은 비금속 패스너들 (예를 들어, 세라믹 등) 의 세트로 챔버 리드에 고정된다. 일 실시형태에서, 클램프 링 그 자체가 챔버 리드 내에 형성되고, 그에 따라 금속 패스너도 요구되지 않는다. 일 실시형태에서, 클램프 링/챔버 리드는 전극 서브어셈블리 컴포넌트들이 고정되도록 계층화되거나 계단 구조가 될 수도 있다.
또한, 이전에 전극 서브어셈블리 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트, 전극 등) 를 샌드위치했던 패스너들의 개수가 실질적으로 감소되거나 제거됨에 따라, 아킹의 가능성도 감소될 수도 있다. 즉, 이들 패스너들은 아킹이 있을 수도 있는 전극의 천공 또는 공극 가까이에 더 이상 위치하지 않아도 된다. 클램프 링 패스너들은 반대로, 전극의 공극 또는 천공으로부터 일반적으로 멀리 위치되고 대신 접지된 경로에 위치된 때, 아킹과 같은 경향이 덜하다. 앞서 서술된 바와 같이, 아킹은 일반적으로 플라즈마 챔버는 물론 기판에 손상을 가져올 수도 있는 소형 폭발 효과를 갖는 높은 전력 밀도 쇼트 회로이다. 금속 패스너들의 개수의 실질적인 감소는, RF 전기적 전자가 빠져나갈 때 발생할 수 있는 2 차 전기 방전 가능성도 감소시킬 수도 있다. 또한, 전용된 리턴 경로는 연속적인 기판들 또는 대체적인 플라즈마 공정들 사이에서 접지의 전기적 특성이 일관되게 유지되는 것도 확실시해줄 수도 있다.
이제 도 3a 내지 3c 를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 클램프 링을 갖는 전극 어셈블리의 간단한 도면의 세트에서, 도 3a 는 발명의 실시형태에 따른 전극 어셈블리의 측면 및 아이소메트릭 (isometric) 관점을 도시한다. 플라즈마 프로세싱을 위한 실질적인 진공상태를 유지하기 위해, 챔버 리드 (312) 는 플라즈마 챔버와 메이트되도록 구성된다. 일반적으로, 챔버 리드 (312) 는 플라즈마 챔버 (미도시) 로 돌출되는 탑 플레이트 (312b) 및 원형 스터브 (312a) 를 포함하고, 냉각 플레이트 (308) 및 가열 플레이트 (306) 가 위치할 수도 있는 평면의 표면을 제공한다. 원형 스터브 (312a) 는 또한, 가스켓 (314) 이 일반적으로 위치하는 (원형 스터브 (312a) 및 탑 플레이트 (312b) 에 의해 정의되는) 그루브에 의해 둘러싸이게 된다.
한 구성에서, 냉각 플레이트 (308) 는 원형 스터브 (312a) 아래에 위치한다. 에칭 품질 및 기판 생산량을 일반적으로 유지하도록 냉각 플레이트 (308) 아래에는 일반적으로, 그 조합이 공정 파라미터들 내에 플라즈마 가스 온도가 유지되도록 허용하는 가열 플레이트 (306) 가 있다. 가열 플레이트 (306) 아래에는 백킹 플레이트 (304) 가 있다. 일반적으로 그래파이트로 만들어져, 백킹 플레이트는 전극 (302) 에 걸쳐 일반적으로 온도 균일성을 제공한다.
그러나, 일반적으로 사용되는 구성과는 반대로 클램프 링 (301) 을 전극 (302) 에 고정하여, 냉각 플레이트 (308), 가열 플레이트 (306), 및 백킹 플레이트 (304) 가 위치할 수도 있는 버킷 (bucket) 또는 포켓을 형성한다. 포켓 구성은, 포켓 내에 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트 등) 을 고정하기 위해 금속 패스너들이 필요없을 때, 더 큰 수평 및 수직 플레이를 허용한다. 결과적으로, 온도의 반복적인 주기는 실질적으로 적은 스트레스를 생산할 수도 있고, 그에 따라 더 공통적으로 사용되는 구성들보다 백킹 플레이트에 손상이 적다. 즉, 오염물 (예를 들어, 그래파이트 입자 등) 의 양은 최소로 생산된다.
일 실시형태에서, 클램프 링 (301) 은 패스너들 (예를 들어, 볼트들, 나사들 등) 의 세트로 전극 (302) 에 고정될 수도 있다. 일 실시형태에서, 클램프 링 (301) 및 전극 (302) 는 하나의 유닛으로 형성될 수도 있다. 일 실시형태에서, 클램프 링 (301) 은 텅 (tongue) 및 그루브 (groove) 구성으로 전극 (302) 에 고정될 수도 있다. 즉, 하나의 컴포넌트 내의 텅은 다른 컴포너트 내의 그루브로 확장된다. 일 실시형태에서, 클램프 링 (301) 은 전극 (302) 에 용접될 수도 있다. 일 실시형태에서 클램프 링 (301) 은 전극 (302) 에 접착될 수도 있다. 일 실시형태에서, 클램프 링 (301) 은 클램프 링 (301) 의 중심을 향해 수평적으로 확장하는 선반을 갖고, 전극 (302) 은 수평 선반 상에 시팅된다.
또한, 패스너들의 개수의 감소는 전극 어셈블리의 조립, 재위치 및/또는 설치를 실질적으로 쉽게 만들 수도 있다. 앞서 서술된 바와 같이, 전극 어셈블리가 플라즈마 및/또는 온도 주기에 반복적으로 노출된 후, 실제 공차는 감소될 수도 있다. 그러나, 금속 패스너들, 그리고 그래파이트 백킹 플레이트 내의 대응되는 요구된 헬리코일들의 실질적인 감소 또는 제거는 패스너 구멍들 내에 공차 감소 및 헬리코일 오염도 감소시킬 수도 있다. 또한, 내구성 감소가 최소화될 때, 전극 컴포넌트들로의 손상의 가능성도 감소된다. 즉, 다수의 도구들 (예를 들어, 스크류드라이버, 망치, 쐐기 등) 의 사용은 컴포넌트들을 제거하는데 요구되지 않을 수 있다.
또한, 전극 서브어셈블리 (예를 들어, 전극, 백킹 플레이트, 가열 플레이트, 냉각 플레이트, 클램프 링 등) 는, 플라즈마 챔버가 오프라인인 기간동안 설치 시간을 잠재적으로 감소시키는, 플라즈마 프로세싱 시스템에서의 설치에 우선하는 예비적인 조립일 수도 있다. 또한, 클램프 링 (301) 은 플라즈마 로드로의 리턴 경로의 쉬프팅 영향을 최소화하는, 플라즈마 챔버 내의 전극 어셈블리의 외부 표면을 따라 제공되는 RF 리턴 경로로서 기능할 수도 있다. 앞서 서술된 바와 같이, 주어진 프로세스 공정을 위해, 신뢰할만한 프로세스 결과를 얻기 위해 RF 전력 전달이 프로세스를 통틀어 안정적으로 유지되는 것이 유익할 수도 있다.
이제 도 3b 를 참고하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 3a 의 전극 어셈블리의 더 상세한 수평 관점이 도시된다. 이전의 서술된 컴포넌트들에 추가하여, 추가적인 엘리먼트들이 서술된다. 예를 들어, 클램프 링 (301) 과 백킹 플레이트 (304) 사이, 및 전극 (302) 와 클램프 링 (301) 사이에, 열 절연체 (예를 들어, 진공, 세라믹, 실리콘 엘라스토머 등) 가 사용될 수도 있다. 전기적으로, 열/전기 절연체 (330 및 332) 모두는, 이전에 서술된 깨끗하고 일정한 RF 리턴 경로를 얻기 위해, 나머지 전극 어셈블리 컴포넌트들로부터 클램프 링 (301) 을 전기적으로 절연시키는데 도움이 된다. 열적으로, 열/전기 절연체 (330 및 332) 모두는, 임의의 열 팽창을 최소화하며, 플라즈마 챔버로부터 전극 어셈블리의 내부로 열 전달을 감소시키는데 도움이 된다.
반대로, 열/전기 전도성 본드 (336) 는 반대의 이유로 클램프 링 (301) 과 냉각 플레이트 (308) 사이에 사용될 수도 있다. 즉, 열/전기 전도성 본드 (336) 는, RF 리턴 경로를 완성하고 최적화된 접지임을 확실시하기 위해, 클램프 링 (301) 을 냉각 플레이트 (308) 에 전기적으로 결합한다. 열적으로, 열/전기 전도성 본드 (336) 는 전극 어셈블리로부터 냉각 플레이트 (308) 로는 물론, 플라즈마 챔버로부터 열을 전도한다. 결과적으로, 생성된 열은, 냉각기 시스템으로 냉각 플레이트 (308) 내의 캐비티를 통한 유체의 재계산에 의해 전극 어셈블리로부터 제거될 수도 있다.
이제 도 3c 를 참고하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라 전극 어셈블리가 챔버 리드에 부착된 도 3a 의 전극 어셈블리의 간단한 아이소메트릭 관점이 도시된다. 예전의 구성과는 달리, 전극 서브어셈블리 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트 등) 은 클램프 링 (301) 및 전극 (302) 에 의해 형성된 포켓에 빠르게 위치될 수도 있고, 그 후 냉각 플레이트 (미도시) 로의 냉각기 연결 (미도시) 과 전극 어셈블리로의 가스 분배 연결 (342) 이 정렬되었을 때, 챔버 리드 (312) 에 빠르게 부착된다.
이제 도 4a 내지 도 4c 를 참고하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라 클램프 링이 챔버 리드에 통합되는 전극 어셈블리의 간단한 도면의 세트이다. 이 구성에서, 챔버 리드는 2 개의 컴포넌트들로 구성된다: 클램프 링/탑 플레이트 (407) 및 커버 탑 플레이트 (409) 이다. 클램프 링/탑 플레이트 (407) 는 이전에서 서술한 바와 같이, 서브어셈블리 그 자체를 챔버 리드에 더 부착할 필요 없이 전극 서브어셈블리 컴포넌트들을 위치하기 위해 포켓을 형성하도록 구성된다. 즉, 클램프 링은 챔버 리드에 통합된다. 또한, 커버 탑 플레이트 (409) 는, 적절한 챔버 압력이 유지되는 것이 확실시되도록 함은 물론, 플라즈마 챔버 동작을 위한 서브어셈블리 컴포넌트들을 고정하고, 후에 압축하도록 구성된다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전극 어셈블리의 측면 또는 아이소메트릭 관점을 도시한다. 일 실시형태에서, 클램프 링/탑 플레이트 (407) 는 금속 패스너들을 사용하지 않고 전극 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트 (408), 가열 플레이트 (406), 백킹 플레이트 (404), 전극 (402) 등) 을 고정하도록 계층화되거나 계단 구조가 될 수도 있다. 또한 고리 모양의 선반이, 전극 (402) 의 고리 모양의 돌출을 지지하도록 중심으로 수평적으로 확장하는, 클램프 (435) 의 고리 모양의 선반에 전극의 고리 모양의 돌출이 시팅될 수도 있다.
전극 서브어셈블리 컴포넌트들은 커버 탑 플레이트 (409) 를 클램프 링/탑 플레이트 (407) 에 부착함으로써 포켓에 압축될 수도 있다. 일 실시형태에서, 커버 탑 플레이트 (409) 는 패스너들의 세트로 클램프 링/탑 플레이트 (407) 에 고정된다. 일 실시형태에서, 커버 탑 플레이트 (409) 는 스레드들의 세트로 클램프 링/탑 플레이트 (407) 에 고정되어 그 자체가 클램프 링/탑 플레이트 (407) 에 토크될 수도 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 포켓 구조는, 금속 패스너들이 포켓 내의 전극 서브어셈블리 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트, 백킹 플레이트 등) 을 고정시킬 필요가 없으므로, 가장 공통으로 쓰이는 구성보다 더 많은 양의 수평 및 수직 플레이를 허용할 수도 있다. 결과적으로, 온도의 반복적인 주기는 실질적으로 스트레스를 적게 생산하고, 그에 따라 가장 공통으로 사용되는 구성보다 백킹 플레이트에 손상이 덜하다. 즉, 오염물 (예를 들어, 그래파이트 입자 등) 의 양은 최소로 생산된다.
이제 도 4b 를 참고하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 4a 의 전극 어셈블리의 더 상세한 수평 관점이 도시된다. 앞서 서술된 컴포넌트들에 더하여, 추가적인 엘리먼트들이 서술된다. 예를 들어, 고리 모양의 보호 쉴드 (438) 가 위치하고, 수평 선반이 중심을 향해 확장하고 클램프 링/탑 플레이트 (407) 의 고리 모양의 선반사이의 (아래에서 보여진 바와 같이 즉, 플라즈마 클라우드로부터) 심 (seam) 에 오버래핑된다. 이 오버래핑은 플라즈마 폭발로부터 심을 쉴드할 수도 있어, 심으로 새어들어 갈 수도 있고 전극 어셈블리의 컴포넌트들을 잠재적으로 손상시킬 수도 있는 플라즈마 종의 양을 실질적으로 감소시킨다. 일 실시형태에서, 쉴드 (438) 는 SiC 또는 실리콘 탄화물을 포함한다. 또한, 클램프 링/탑 플레이트 (407) 을 통해 RF 리턴 경로를 최적화하기 위해, RF 가스켓 및 오-링 씰 (o-ring seal) 은 클램프 링/탑 플레이트 (407) 의 맨위 표면과 전극 (402) 의 맨아래 표면 사이에 위치할 수도 있다.
이제 도 4c 를 참고하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 전극 어셈블리가 조립되는, 도 4a 의 전극 어셈블리의 간단한 아이소메트릭 관점이 도시된다. 이전의 구성과는 달리, 전극 서브어셈블리 컴포넌트들 (예를 들어, 냉각 플레이트, 가열 플레이트. 백킹 플레이트 등) 은 냉각 플레이트 (미도시) 로의 냉각 연결 (미도시) 과 전극 어셈블리로의 가스 분배 연결 (미도시) 이 정렬되었을 때, 클램프 링/탑 플레이트 (407) 에 의해 형성되는 계층화되거나 계단 구조인 포켓에 빠르게 위치할 수도 있다.
본 발명이 여러 바람직한 실시형태들의 관점에서 설명되었지만, 본 발명의 범주에 속하는 변경, 교환 및 균등물이 있다. 예를 들어, 본 발명이 램 리써치 코포레이션 (예를 들어, ExelanTM, ExelanTM HP, ExelanTM HPT, 2300TM, VersysTM Star 등) 으로부터 플라즈마 프로세싱 시스템과 관련하여 서술되더라도, 다른 플라즈마 프로세싱 시스템 (예를 들어, 대기 플라즈마 프로세싱 시스템, 저압 플라즈마 프로세싱 시스템, 유도 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템, 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템 등) 이 사용될 수도 있다. 또한, 여기에서 사용되는 용어 "위에 (above)" 는 컴포넌트들이 또 다른 것 "위에" 배치되는 것과 직접적인 관련을 요구하지 않는다. 본 발명은, 탑 전극이 전력공급되는 시스템은 물론, 다양한 지름 (예를 들어, 200 mm, 300 mm 등) 의 기판도 사용할 수도 있다. 또한, 여기에서 사용되는 용어 세트는 명칭되는 엘리먼트의 하나 이상의 세트를 포함한다. 예를 들어, "X" 의 세트는 하나 이상의 "X" 를 가리킨다.
본 발명의 장점은 최적화된 플라즈마 챔버 전극 장치를 포함한다. 추가적인 장점은, 접지로의 RF 리턴 경로의 일관성, 제조, 조립, 및 설치의 용이, 금속 패스너들 사용의 실질적인 감소, 아킹의 가능성 감소, 및 플라즈마 챔버에의 등장에 앞서 전극 서브어셈블리를 예비적으로 조립하는 능력을 포함한다.
개시된 예시적인 실시형태 및 최고의 모드를 갖고, 다음의 청구항에 의해 정의되는 발명의 사상과 주제 내에서 개시된 실시형태는 변경 및 변화될 수도 있다.

Claims (25)

  1. 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로 (ground path) 를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리로서,
    플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극;
    상기 전극 위에 배치되어 상기 전극을 가열하도록 구성되는 가열 플레이트;
    상기 가열 플레이트 위에 배치되어 상기 전극을 냉각시키도록 구성되는 냉각 플레이트;
    접지를 포함하고, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 상기 플라즈마를 한정하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드 (plasma chamber lid);
    상기 전극을 상기 플라즈마 챔버 리드에 고정하도록 구성되는 클램프 링으로서, 상기 클램프 링 및 상기 전극은 바스켓 (basket) 을 형성하여, 상기 가열 플레이트 및 상기 냉각 플레이트가 상기 바스켓 내에서 패스닝되지 않고 상기 가열 플레이트 및 상기 냉각 플레이트가 상기 바스켓 내에 배치되는 것을 허용하고, 상기 바스켓은 반복적인 열 사이클링으로부터 상기 가열 플레이트 및 상기 냉각 플레이트의 열 팽창에 대한 종방향 및 횡방향 허용오차들을 허용하도록 구성되며, 상기 클램프 링은 또한 상기 접지 경로를 상기 전극으로부터 상기 챔버 리드까지 제공하도록 구성되는, 상기 클램프 링; 및
    상기 클램프 링의 맨아래의 적어도 부분을 보호하는 쉴드 (shield) 로서, 상기 클램프 링의 상기 맨아래는 상기 쉴드와 상기 전극 사이에 배치되고, 상기 쉴드는 상기 클램프 링의 상기 맨아래의 상기 부분 밑에 배치되는 선반을 포함하고, 상기 클램프 링의 상기 부분은 상기 전극의 외부 고리 모양의 부분 밑에 배치되는, 상기 쉴드를 포함하는, 전극 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 전력공급된 전극 (powered electrode) 및 접지된 전극 중 하나인, 전극 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극과 상기 가열 플레이트 사이에 배치된 백킹 플레이트를 더 포함하며,
    상기 백킹 플레이트는 상기 가열 플레이트로부터 상기 전극을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전극 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클램프 링과 상기 가열 플레이트 사이에 배치된 제 1 클램프 링 전기 절연체를 더 포함하며,
    상기 제 1 클램프 링 전기 절연체는 상기 가열 플레이트로부터 상기 클램프 링을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전극 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 클램프 링과 상기 냉각 플레이트 사이에 배치된 제 2 클램프 링 전기 절연체를 더 포함하며,
    상기 제 2 클램프 링 전기 절연체는 상기 냉각 플레이트로부터 상기 클램프 링을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전극 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극은 샤워헤드를 포함하는, 전극 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 클램프 링은 하나의 유닛으로 형성되는, 전극 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열 플레이트, 상기 냉각 플레이트, 및 상기 클램프 링은 패스너들 (fasteners) 을 사용하여 고정되지 않는, 전극 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 클램프 링은 알루미늄을 포함하는, 전극 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 상기 전극, 상기 가열 플레이트, 상기 냉각 플레이트, 상기 백킹 플레이트, 및 상기 클램프 링은 전극 서브어셈블리에 포함되고,
    상기 클램프 링은 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 상기 전극 서브어셈블리의 외부 표면을 따르는 RF 리턴 경로로서 기능하도록 구성되는, 전극 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로세싱 시스템은, 대기 플라즈마 프로세싱 시스템, 저압 플라즈마 프로세싱 시스템, 유도 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템, 및 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템 중 하나인, 전극 어셈블리.
  13. 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로 (ground path) 를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리로서,
    플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극;
    전극 서브어셈블리 컴포넌트들;
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 상기 플라즈마를 한정하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드 (plasma chamber lid);
    상기 플라즈마 챔버 리드에 상기 전극을 고정하도록 구성되는 클램프 링으로서, 상기 클램프 링 및 상기 전극은 바스켓 (basket) 을 형성하여, 상기 전극 서브어셈블리 컴포넌트들이 상기 바스켓 내에서 패스닝되지 않고 상기 전극 서브어셈블리 컴포넌트들이 상기 바스켓 내에 배치되는 것을 허용하고, 상기 바스켓은 반복적인 열 사이클링으로부터 상기 전극 서브어셈블리 컴포넌트들의 열 팽창에 대한 종방향 및 횡방향 허용오차들을 허용하도록 구성되며, 상기 클램프 링은 또한 상기 접지 경로를 상기 전극으로부터 상기 챔버 리드까지 제공하도록 구성되는, 상기 클램프 링; 및
    상기 클램프 링의 맨아래의 적어도 부분을 보호하는 쉴드 (shield) 로서, 상기 클램프 링의 상기 맨아래는 상기 쉴드와 상기 전극 사이에 배치되고, 상기 쉴드는 상기 클램프 링의 상기 맨아래의 상기 부분 밑에 배치되는 선반을 포함하고, 상기 클램프 링의 상기 부분은 상기 전극의 외부 고리 모양의 부분 밑에 배치되는, 상기 쉴드를 포함하는, 전극 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극은 전력공급된 전극 및 접지된 전극 중 하나인, 전극 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극은 샤워헤드를 포함하는, 전극 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 클램프 링은 하나의 유닛으로 형성되는, 전극 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 클램프 링은 알루미늄을 포함하는, 전극 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로세싱 시스템은, 대기 플라즈마 프로세싱 시스템, 저압 플라즈마 프로세싱 시스템, 유도 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템, 및 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템 중 하나인, 전극 어셈블리.
  19. 플라즈마 프로세싱 시스템의 플라즈마 프로세싱 챔버에 접지 경로 (ground path) 를 제공하도록 구성되는 전극 어셈블리로서,
    플라즈마에 노출되도록 구성되는 전극;
    상기 전극 위에 배치되는 가열 플레이트;
    상기 가열 플레이트 위에 배치되는 냉각 플레이트;
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 상기 플라즈마를 한정하도록 구성되고, 또한 상기 전극과 바스켓 (basket) 을 형성하고 상기 접지 경로를 제공하도록 구성되는 플라즈마 챔버 리드 (plasma chamber lid) 로서, 상기 바스켓은 상기 가열 플레이트 및 상기 냉각 플레이트가 상기 바스켓 내에서 패스닝되지 않고 상기 가열 플레이트 및 상기 냉각 플레이트가 상기 바스켓 내에 배치되는 것을 허용하도록 구성되며, 상기 바스켓은 반복적인 열 사이클링으로부터 상기 가열 플레이트 및 상기 냉각 플레이트의 열 팽창에 대한 종방향 및 횡방향 허용오차들을 허용하도록 구성되는, 상기 플라즈마 챔버 리드; 및
    클램프 링의 맨아래의 적어도 부분을 보호하는 쉴드 (shield) 로서, 상기 클램프 링의 상기 맨아래는 상기 쉴드와 상기 전극 사이에 배치되고, 상기 쉴드는 상기 클램프 링의 상기 맨아래의 상기 부분 밑에 배치되는 선반을 포함하고, 상기 클램프 링의 상기 부분은 상기 전극의 외부 고리 모양의 부분 밑에 배치되는, 상기 쉴드를 포함하는, 전극 어셈블리.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가열 플레이트는 상기 전극을 가열하도록 구성되는, 전극 어셈블리.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 상기 전극을 냉각시키도록 구성되는, 전극 어셈블리.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 전극은 전력공급된 전극 및 접지된 전극 중 하나인, 전극 어셈블리.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 전극은 샤워헤드를 포함하는, 전극 어셈블리.
  24. 삭제
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로세싱 시스템은, 대기 플라즈마 프로세싱 시스템, 저압 플라즈마 프로세싱 시스템, 유도 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템, 및 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 시스템 중 하나인, 전극 어셈블리.
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