KR102267391B1 - 기판 프로세싱 챔버를 위한 격리기 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 프로세싱 키트. 프로세싱 키트는 복수의 세라믹 아크-형상 피스(arc-shaped piece)들을 포함한다. 각각의 아크-형상 피스는 오목한 제 1 단부 및 볼록한 제 2 단부를 가지며, 그리고 각각의 아크-형상 피스의 제 1 단부는 이웃하는 아크-형상 피스의 인접하는 단부와 메이팅(mate)하여, 링 형상 내측 격리기(ring shaped inner isolator)를 형성하도록 구성된다.

Description

기판 프로세싱 챔버를 위한 격리기{ISOLATOR FOR A SUBSTRATE PROCESSING CHAMBER}
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 반도체 제조 장치 및 방법들에 관한 것이다. 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 격리기(isolator)들에 관한 것이다.
[0002] 현대의 반도체 집적 회로(IC)들을 제조하는 과정에서, 이전에 형성된 층들 및 구조들 위에 다양한 재료 층들을 성장시킬(develop) 필요가 있다. 서브미크론 및 더 작은 피쳐(feature)들을 신뢰성있게 재생하는(reproducing) 것이, 반도체 디바이스들의 VLSI(very large scale integration) 및 ULSI(ultra large scale integration)의 중요한 요건들 중 하나이다. 하지만, 회로 기술의 계속되는 소형화로 인해, 회로 피쳐들의 피치(pitch) 및 크기의 치수들은 프로세싱 성능들에 대해 부가적인 요구들을 제기하였다. 디바이스 및 인터커넥트 밀도에 있어서 추가적으로 증가를 이루기 위해서는, 이들 피쳐들의 일관되고 신뢰성있는 형성이 중요하다. 회로 밀도들은, 프로세스 파라미터들이, 더 작은 허용오차(tolerance)들에 대해 유지될 것을, 그리고 프로세스 환경에 대해, 하나의 회로로부터 다음 회로로(즉, 회로 간에) 균일하게 유지될 것을 요구한다.
[0003] 프로세싱 조건(processing condition)들의 균일성은 반도체 제조를 위해 항상 중요하였다. 디바이스들의 임계 치수들이 계속해서 감소하고 그리고 기하형상(geometry)의 복잡성이 증가함에 따라, 프로세싱 조건들의 불-균일성(non-uniformity)에 대한 허용오차가 감소하고 있다. 불-균일성은, 다른 이유들 중에서, 디바이스 특성들 및 동작들의 중단(interruption)들과 관련될 수 있는 다수의 원인들로부터 발생한다.
[0004] 제조 프로세스의 중단은 디바이스 유지보수(maintenance) 및 챔버 컴포넌트 고장(failure)들로 인해 발생할 수 있다. 중단 이후에 제조 프로세스를 시작하는 것은 종종, 프로세스가 안정화될 수 있을 때 까지 프로세스 조건들의 불균일성을 야기한다. 중단은, 제조 및 품질 제어 관점 모두로부터 비용이 많이 든다. 본 발명자들은, 플라즈마 챔버들을 사용하는 프로세스 키트(process kit)들에 대한 개선들이, 유효 수명(service life)을 연장시킴으로써 프로세싱 결과들의 균일성을 증가시킬 수 있음을 발견하였다.
[0005] 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 프로세싱 키트(processing kit). 프로세싱 키트는 복수의 세라믹 아크-형상 피스(arc-shaped piece)들을 포함한다. 각각의 아크-형상 피스는 오목한(concave) 제 1 단부 및 볼록한(convex) 제 2 단부를 가지며, 그리고 각각의 아크-형상 피스의 제 1 단부는 이웃하는 아크-형상 피스의 인접하는 단부와 메이팅(mate)하여, 링 형상 내측 격리기(ring shaped inner isolator)를 형성하도록 구성된다.
[0006] 본원에서 설명되는 부가적인 실시예들은 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 프로세싱 키트를 제공한다. 프로세싱 키트는 복수의 세라믹 아크-형상 피스들을 포함한다. 각각의 아크-형상 피스는 오목한 제 1 단부 및 볼록한 제 2 단부를 갖는다. 각각의 아크-형상 피스의 제 1 단부는 이웃하는 아크-형상 피스의 인접하는 단부와 메이팅하여, 링 형상 내측 격리기를 형성하도록 구성된다. 아크-형상 피스들의 내벽(inner wall)들은 공통 직경(common diameter)을 갖는다. 각각의 아크-형상 피스의 제 1 단부는, 링 형상 내측 격리기의 외벽(outer wall)과 내벽 간의 가시선(line-of-sight)을 막는, 인접하는 단부들 간에 정의되는 갭(gap)을 갖는다. 링 형상 내측 격리기의 내벽은, 약 7.499 인치 내지 약 7.501 인치의 반경을 갖는다. 링 형상 내측 격리기의 외벽은 약 8.599 인치 내지 약 8.601 인치의 반경을 갖고, 링 형상 내측 격리기는 약 0.397 인치 내지 약 0.403 인치의 두께를 갖는다.
[0007] 본원에서 설명되는 부가적인 실시예들은 프로세싱 챔버 내에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법을 제공한다. 동작에 있어서, 기판은, 기판 지지부 상에 배치되는 기판을 포함하는 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 형성함으로써 프로세싱될 수 있다. 플라즈마의 특성들은, 프로세싱 챔버의 리드(lid)와 벽(wall) 사이에 배치된 전극 층에 전력을 제공함으로써 제어될 수 있다. 전극 층은, 외측 세라믹 격리기 및 내측 세라믹 격리기에 의해 벽 및 리드로부터 격리된다. 외측 세라믹 격리기는 챔버 벽 및 전극 층과 접촉하는 한편, 내측 세라믹 격리기는 프로세싱 챔버의 벽 안쪽에(inward) 배치된 라이너 및 전극 층과 접촉한다. 내측 세라믹 격리기는 프로세싱 챔버의 챔버 벽과 접촉하지 않는다. 기판은, 내측 세라믹 격리기를 크랙킹(cracking)하거나 손상시키지 않으면서 프로세싱 챔버 내에서 프로세싱될 수 있다.
[0008] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 적어도 하나의 격리기를 갖는 프로세스 키트를 포함하는 챔버 컴포넌트들을 갖는 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0010] 도 2는, 내측 격리기를 예시하는, 도 1의 2-2 단면선을 따라 절취한 프로세싱 챔버의 단면도이다.
[0011] 도 3은 도 2에 도시된 내측 격리기의 제 1 피스의 상부 평면도(top plan view)이다.
[0012] 도 4는 도 2에 도시된 내측 격리기의 측면도(side elevation)이다.
[0013] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은 구체적인 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 활용될 수 있음이 예상된다.
[0014] 본원에서 설명되는 실시예들은, 하나 또는 그 초과의 열(thermal) 및 RF 격리기들을 포함하는 프로세스 키트에 대한 것이다. 프로세스 키트의 격리기는, 열 응력(thermal stress)으로부터의 격리기에 대한 손상을 최소화하면서, 챔버 본체로부터 RF 전력을 격리시킨다. 격리기는 챔버 본체 내부에서의 매우 높은(very hot) 온도들에 노출되는 한편, 챔버 본체 자체는 실질적으로 주변 온도(ambient temperature)들에 있을 수 있다. 챔버 본체로부터 격리기를 디커플링(decoupling)시킴으로써, 격리기에 걸친 온도 구배(temperature gradient)들이, 통상의 설계들과 비교하여, 실질적으로 감소된다. 부가적으로, 격리기는, 열 사이클링(thermal cycling)으로 인한 응력을 추가적으로 최소화하기 위해 개별적인(separate) 피스들로 제조될 수 있다. 격리기의 개별적인 피스들 간의 갭들은, 챔버 본체와 플라즈마 간의 가시선을 막고, 그에 의해 아킹(arcing)을 막도록 구성된다.
[0015] 도 1은 하나 또는 그 초과의 내측 격리기들(110)을 갖는 프로세스 키트를 포함하는 챔버 컴포넌트들을 갖는 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는 챔버 바디(102), 챔버 바디(102) 내부에 배치된 기판 지지부(104), 및 챔버 바디(102)에 커플링된 리드 어셈블리(lid assembly)(106)를 포함한다. 리드 어셈블리(106)는 프로세싱 볼륨(128) 내부의 기판 지지부(104)를 에워싼다(enclose). 기판들은, 프로세싱 챔버(100)의 챔버 벽(103) 내의 개구(126)를 통해 프로세싱 볼륨(128) 내에 제공될 수 있다. 개구(126)는 통상적으로, 도어 슬릿 밸브를 사용하여 프로세싱을 위해 밀봉될(sealed) 수 있다. 챔버 벽(103)은 라이너(164)를 가질 수 있다. 라이너(164)는 챔버 벽(103)을 둘러쌀(surround) 수 있고, 프로세싱 볼륨(128) 내에서 형성되는 플라즈마에 챔버 벽(103)이 노출되는 것을 실질적으로 막을 수 있다. 라이너(164)는 또한, 프로세스 부산물들의 증착 및 프로세스 가스들로부터 챔버 벽들(103)을 보호한다.
[0016] 가스 패널(160)이 리드 어셈블리(106)에 커플링된다. 가스 패널(160)은 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(128)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공한다. 가스 패널(160)은 프로세스 가스들을 위한 복수의 소스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 패널(160)은 실리콘 또는 탄소 전구체를 위한 소스 및 캐리어 가스 소스를 포함할 수 있다. 전구체는, 프로세싱 볼륨(128)에 들어가기 전에, 기화기(vaporizer)에서 결합되어 산소 소스와 혼합될 수 있다. 간결함을 위해, 가스 패널(160)의 다양한 제어 피쳐(feature)들은 생략되었다.
[0017] 펌핑 포트(178)가 챔버 바디(102)의 챔버 벽(103)을 통해 형성되며, 프로세싱 볼륨(128)에 연결된다. 펌핑 포트(178)는 챔버 바디(102)를 따라 임의의 편리한 위치에 위치될 수 있다. 펌핑 디바이스(미도시)가 펌핑 포트(178)를 통해 프로세싱 볼륨(128)에 커플링되어, 프로세싱 볼륨(120) 내의 압력을 제어하고 진공배기(evacuate)한다. 펌핑 디바이스는 하나 또는 그 초과의 펌프들 및 스로틀 밸브들을 포함할 수 있다.
[0018] 리드 어셈블리(106)는 전극 층(108), 하나 또는 그 초과의 격리기들(110, 120, 112) 및 리드(lid)(180)를 포함한다. 리드 어셈블리(106)는, 유지보수(maintenance)를 위해 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(128)으로의 액세스를 허용하도록 개방될 수 있다. 리드(180)는 격리기 링(112)에 의해 밀봉되고, 격리기 링(112) 상에 지지된다.
[0019] 샤워헤드(184)가 리드(180)의 내부 표면에 커플링된다. 샤워헤드(184)는 복수의 애퍼처(aperture)들(158)을 포함한다. 프로세스 가스들은, 가스 패널(160)로부터, 리드(180)를 통해 형성된 유입구 포트(161)를 통해 샤워헤드(184) 내로 유동하고, 그리고 애퍼처들(158)을 빠져나와(out) 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(128) 내로 유동한다. 애퍼처들(158)은, 프로세스 가스들의 분배 및 레이트(rate)에 영향을 미치기 위해, 샤워헤드(184)에 걸쳐서 미리 정의된 분배를 가질 수 있다.
[0020] RF 소스 전력 공급부(142)가 매칭 네트워크(matching network)(141)를 통해 샤워헤드(184)에 커플링된다. 일 실시예에서, RF 소스 전력 공급부(142)는 약 50 kHz 내지 약 13.56 MHz의 튜닝가능한(tunable) 주파수에서 최대 약 3000 W를 생성할 수 있다.
[0021] 전극 층(108)은, 챔버 벽(103) 정상의(atop) 격리기들(120, 110)과 격리기 링(112) 사이에 배치될 수 있다. 전극 층(108)은 환형(annular) 또는 링-형(ring-like) 부재일 수 있으며, 링 전극일 수 있다. 전극 층(108)은, 프로세싱 볼륨(128)을 둘러싸는 프로세싱 챔버(100)의 둘레(circumference) 주위의 연속 루프(continuous loop)일 수 있거나, 또는 요구되는 경우, 선택된 위치들에서 불연속적일 수 있다. 격리기 링들(112, 110, 120)(이들 각각은 유전체 재료, 이를 테면 세라믹 또는 금속 산화물, 예를 들어 산화 알루미늄 및/또는 질화 알루미늄일 수 있음)은, 전극 층(108)을 접촉하며, 그리고 챔버 컴포넌트들, 이를 테면 챔버 벽(103) 및 리드(180)로부터 전극 층(108)을 전기적으로 그리고 열적으로 분리시킨다.
[0022] 전극 층(108)은, 프로세싱 챔버(100)의 접지 경로(ground pathway)를 제어하는 튜닝 회로(134)에 커플링될 수 있다. 튜닝 회로(134)는 전자 센서 및 전자 제어기를 포함할 수 있다. 튜닝 회로(134)는, 하나 또는 그 초과의 인덕터들을 포함하는 LLC 회로일 수 있다. 전력 공급부(130)가 튜닝 회로(134)를 통해 전극 층(108)에 커플링된다. 전력 공급부(130)는 DC 전력, 펄스형(pulsed) DC 전력, RF 전력, 펄스형 RF 전력, 또는 이들의 조합일 수 있다.
[0023] 격리기 링들(112, 110, 120)은, 유전체 재료, 이를 테면 세라믹 또는 금속 산화물로 제조될 수 있다. 예를 들어, 격리기 링들(110, 112, 120)은 이트리아(yttria), 산화 알루미늄 및/또는 질화 알루미늄으로 형성될 수 있다. 격리기 링들(110, 112, 120)은 전극 층(108)을 접촉할 수 있으며, 그리고 프로세싱 챔버(100)의 챔버 벽(103) 및 리드(180)로부터 전극 층(108)을 전기적으로 그리고 열적으로 분리시킬 수 있다.
[0024] 내측 격리기(110) 및 외측 격리기(outer isolator)(120)는 전극 층(108) 아래에 배치되며 전극 층(108)과 접촉한다. 내측 격리기(110)는 라이너(164) 정상에 배치될 수 있으며, 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(128)에 노출된다. 외측 격리기(120)는 내측 격리기(110) 근처에 그리고 내측 격리기(110)의 방사상 바깥쪽에 배치될 수 있으며, 프로세싱 챔버(100)의 챔버 벽(103) 정상에 배치될 수 있다. 프로세싱 챔버의 챔버 벽(103)은 주변의 실온에 또는 주변의 실온 가까이에 있을 수 있기 때문에, 외측 격리기(120)는 내측 격리기(110)에 의해 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(128) 내의 고온들로부터 쉴딩된다(shielded). 내측 격리기(110)는 외측 격리기(120) 또는 냉각된(cooled) 챔버 벽(103)을 접촉하지 않기 때문에, 특히, 챔버 본체와 접촉하며 그리고 프로세싱 볼륨(128)에 노출되는 통상의 설계들과 비교하여, 내측 격리기(110)에 걸친, 온도 구배, 및 그에 따른 응력(stress)이 최소화된다.
[0025] 제 2 전극(122)이 기판 지지부(104)에 커플링될 수 있다. 제 2 전극(122)은 기판 지지부(104) 내에 매립될(embedded) 수 있다. 대안적으로(alternately), 제 2 전극(122)은 기판 지지부(104)의 표면에 커플링될 수 있다. 제 2 전극(122)은 플레이트, 천공된(perforated) 플레이트, 메쉬(mesh), 와이어 스크린(wire screen), 또는 임의의 다른 분배된 배열일 수 있다. 제 2 전극(122)은 튜닝 전극(tuning electrode)일 수 있으며, 그리고 기판 지지부(104)의 샤프트(144) 내에 배치된 도관(146)을 통해 제 2 튜닝 회로(136)에 커플링될 수 있다. 제 2 튜닝 회로(136)는 제 2 전자 센서 및 제 2 전자 제어기를 가질 수 있으며, 그리고 제 2 전력 공급부(138)에 커플링된다. 제 2 전력 공급부(138)는 DC 전력, 펄스형 DC 전력, RF 전력, 펄스형 RF 전력, 또는 이들의 조합일 수 있다.
[0026] 바이어스 전극일 수 있는 제 3 전극(124)이 기판 지지부(104)의 일부(part)일 수 있다. 제 3 전극은 매칭 회로(148)를 통해 제 2 전력 소스(source of electric power)(150)에 커플링될 수 있다. 제 2 전력 소스(150)는 DC 전력, 펄스형 DC 전력, RF 전력, 펄스형 RF 전력, 또는 이들의 조합일 수 있다.
[0027] 격리기 링들(112, 110, 120) 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 프로세스 키트는, 플라즈마 또는 열 프로세싱을 위해 구성된, 임의의 적합하게 적응된 프로세싱 챔버와 함께 사용될 수 있다. 격리기 링들(112, 110, 120)이 유익하게 함께 사용될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 하나의 예는, 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 PRODUCER
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프로세싱 챔버이다. 다른 제조업자들로부터의 챔버들이 또한, 상기 설명된 컴포넌트들과 함께 사용될 수 있다.
[0028] 동작에 있어서, 기판이 기판 지지부(104) 상에 배치되며, 그리고 제 3 전극(124)을 사용하여 전기 바이어스를 받을 수 있다. 프로세스 가스들이, 요구되는 유동 플랜(flow plan)에 따라, 리드 어셈블리(106)를 통해 유동된다. 프로세싱 볼륨(128) 내에 플라즈마를 확립하기(establish) 위해, 샤워헤드(184)에 RF 전력이 커플링된다. 프로세싱 볼륨(128) 내에서 플라즈마를 에너자이징(energizing)하게 되면, 전극 층(108)과 플라즈마 사이에 전위차(potential difference)가 설정된다(established). 또한, 제 2 전극(122)과 플라즈마 사이에 전위차가 설정된다. 전극 층(108) 근처의 프로세싱 챔버(100)의 프로세스 온도는, 어닐링을 위해서는 섭씨 약 1000도 내지 섭씨 약 1800도의 범위; 에칭 및 에칭후 처리(post etch treatment)를 위해서는 섭씨 약 -25도 내지 섭씨 약 +500도의 범위; 그리고 기상 증착(vapor deposition)을 위해서는 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 500도의 범위일 수 있다. 챔버 벽(103)의 주변 온도와 프로세스 온도 간의 온도차(temperature differential)로 인해, 격리기들(110, 120)에 걸친 온도차가 상당할(significant) 수 있다.
[0029] 프로세싱 챔버(100)의 성능 및 품질은 프로세싱 챔버(100) 내에서의 조건들에 의해 영향을 받을 수 있다. 프로세싱 챔버(100)의 중단되지 않는(uninterrupted) 동작은 프로세싱 결과들의 우수한(good) 균일성에 기여한다. 하지만, 챔버 컴포넌트들에서의 높은 온도 구배(high temperature gradient)들은 이들 챔버 컴포넌트들을 손상시킬 수 있다. 예를 들어, 하나의 단부에서는 주변 온도들에 노출되고 그리고 다른 단부에서는 매우 높은 온도들에 노출되는 통상의 격리기 링들은, 격리기에 걸쳐서 높은 열 응력을 유도할 수 있으며, 이는 격리기가 크랙킹되거나 깨지게 야기할 수 있으며, 그에 따라, 교체를 위한 챔버 다운타임(downtime)을 요구할 수 있다. 이러한 문제는, 주변 챔버 벽(103)과 접촉하는 외측 격리기(120)와 프로세싱 볼륨(128) 내의 높은 프로세싱 온도들에 노출되는 내측 격리기(110) 사이에 써멀 브레이크(thermal break), 예를 들어 갭을 갖게 함으로써 완화된다. 격리기(110, 120) 중 어느 것도 완전한(full) 온도차에 영향을 받지 않는다. 따라서, 격리기들(110, 120)은 더 낮은 열 응력 및 더 큰 유효 수명을 갖는다.
[0030] 도 2는, 일 실시예에 따른, 2-2 단면선을 따르는 프로세싱 챔버(100)의 단면도이다. 이 단면도는 챔버 벽(103), 외측 격리기(120), 내측 격리기(110), 라이너(164) 및 기판 지지부(104)를 포함한다. 챔버 벽(103)은 상단 표면(top surface)(266) 및 외측 표면(outer surface)(242)을 가질 수 있다. 외측 표면(242)은, 프로세싱 챔버(100)가 위치되는 환경의 주변 온도들에 노출된다. 라이너(164)는 상단(top)(268)을 가질 수 있다. 상단(268)은 내측 격리기(110)를 지지한다. 라이너(164)는 프로세싱 챔버(100) 내부의 프로세스 환경의 고온들에 노출된다. 일 실시예에서, 라이너(164)의 상단(268) 및 챔버 벽(103)의 상단 표면(266)은 동일 평면 상에 있다(coplanar). 다른 실시예에서, 라이너(164)의 상단(268) 및 챔버 벽(103)의 상단 표면(266)은 평면이 아니다(non-planar).
[0031] 외측 격리기(120)는 일 피스 고체 링 형상(one piece solid ring shaped)일 수 있다. 외측 격리기(120)는 챔버 벽(103)의 상단 표면(266) 상에 배치될 수 있다. 외측 격리기(120)는 내측 직경(inner diameter)(244), 외측 직경(outer diameter)(243) 및 상단 표면(262)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 외측 격리기(120)의 외측 직경(243)은 챔버 벽(103)의 외측 표면(242) 안쪽에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 외측 격리기(120)의 외측 직경(243)은 챔버 벽(103)의 외측 표면(242)과 실질적으로 정렬될 수 있다.
[0032] 외측 격리기(120)의 내측 직경(244)은 챔버의 챔버 벽(103)의 내측 직경(245)과 실질적으로 정렬될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 외측 격리기(120)는 라이너(164)의 상단(268)과 겹치지 않으며, 그에 따라, 라이너(164)와 열적으로 잘 접촉하지 않는다. 외측 격리기(120)의 내측 직경(244)은 그 내에 내측 격리기(110)를 받아들이도록 구성된다. 일 실시예에서, 외측 격리기(120)의 내측 직경(244)은 약 17.200 인치 (436.88 mm) 또는 그 초과일 수 있다.
[0033] 외측 격리기(120)는 일반적으로, 세라믹 재료로 제조될 수 있는 링 형상 본체(121)를 포함한다. 허용가능한 재료들의 예들은, 전기적으로 그리고 열적으로 비전도성 재료들, 이를 테면 이트리아(Y2O3), 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3), 또는 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 외측 격리기(120)는 실질적으로, 산화 알루미늄, 예를 들어, 99.5 중량%의 순수(pure) Al2O3 로 구성된다. 외측 격리기(120)의 Al2O3 재료는, (도 1에 도시된 바와 같이) 전극 층(108)을 격리시키기 위한 우수한 전기 저항을 제공하면서, 부식에 대한 강화된 저항을 제공한다. 그에 의해, 챔버 컴포넌트의 유효 수명(service lifetime)을 개선하고, 유지보수 비용을 감소시킨다.
[0034] 내측 격리기(110) 또한 링 형상일 수 있다. 내측 격리기(110)는 라이너(164)의 상단(268)에 배치될 수 있다. 내측 격리기(110)는 내측 둘레(inner perimeter)(214), 외측 에지(212) 및 상단 표면(264)을 가질 수 있다. 내측 격리기(110)의 상단 표면(264) 및 외측 격리기(120)의 상단 표면(262)은 동일 평면 상에 있을 수 있다. 부가적으로, (도 1에 도시된 바와 같이) 내측 격리기(110) 및 외측 격리기(120)의 상단 표면들(264, 262)은 전극 층(108)에 대하여 밀봉한다.
[0035] 내측 격리기(110)는 완전한 링을 형성하기 위해 하나 또는 그 초과의 피스들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 내측 격리기(110)는 제 1 피스(210), 제 2 피스(220) 및 제 3 피스(230)를 가질 수 있다. 팽창 갭(expansion gap)(240)이 내측 격리기(110)의 하나 또는 그 초과의 피스들(210, 220, 230)의 인접하는 단부들 사이에 정의된다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 피스들(210, 220, 230)은 형상 및 크기가 동일하다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 피스들(210, 220, 230)의 조합이 내측 격리기(110)의 완전한 원형 링 형상을 완성할 수 있도록, 하나 또는 그 초과의 피스들(210, 220, 230)은 형상은 유사하지만 (하기 논의되는) 아크 길이(arc length)는 다르다.
[0036] 내측 격리기(110)의 내측 둘레(214)는 프로세싱 볼륨(128) 및 프로세싱 볼륨(128) 내의 상승된(elevated) 온도들에 노출된다. 내측 둘레(214)는 라이너(164)의 (가상선으로 도시된) 내측 표면(216) 안쪽으로 연장할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 라이너(164)의 상단(268)은, 그 위에 배치된 내측 격리기(110)와 연관된 폭(254) 보다 더 작은 폭(256)을 가질 수 있다. 프로세스 환경의 고온은, 내측 격리기(110)로 하여금, 내측 둘레(214)로부터, 외측 격리기(120)를 대면하는(face), 내측 격리기(110)의 외측 에지(212)까지 온도 구배를 겪도록 야기할 수 있다.
[0037] 내측 격리기(110)의 외측 에지(212)는, 챔버 벽(103)과 라이너(164)의 교차점(intersection)과 실질적으로 정렬될 수 있다. 내측 격리기(110)의 외측 에지(212)는, 외측 격리기(120)의 내측 직경(244) 보다 더 작도록 그리고 그 내에 배치되도록 구성된다. 갭(250)이 내측 격리기(110)의 외측 에지(212)와 외측 격리기(120)의 내측 직경(244) 사이에 형성될 수 있다. 갭(250)은, 내측 격리기(110)로부터 외측 격리기(120)로 열이 전도되지(conducting) 못하게 하는 써멀 브레이크를 제공한다.
[0038] 갭(250) 및 팽창 갭(240)은, 내측 격리기(110)의 제 1 피스(210), 제 2 피스(220) 및 제 3 피스(230)가 내측 격리기(110) 및 외측 격리기(120) 내에 응력들을 야기하지 않으면서 팽창하도록 허용할 수 있다. 유익하게는, 내측 격리기(110)의 제 1 피스(210), 제 2 피스(220) 및 제 3 피스(230)의 열 팽창은, 서로에 대해 또는 외측 격리기(120)에 대해 상당한 압력을 가하지 않는다. 따라서, 갭(250) 및 팽창 갭(240)은, 내측 격리기(110)의 열 팽창에 의해 생성되는 응력들로 인한 내측 격리기(110) 내에서의 크랙킹 및 다른 고장들을 완화시킨다.
[0039] 내측 격리기(110)는 유전체 재료, 이를 테면 세라믹 또는 금속 산화물일 수 있다. 내측 격리기(110)의 피스들(210, 220, 230)은 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 허용가능한 재료들의 예들은, 전기적으로 그리고 열적으로 비전도성 재료들, 이를 테면 이트리아(Y2O3), 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3), 또는 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 내측 격리기(110)는 실질적으로, 산화 알루미늄, 예를 들어, 99.5 중량%의 순수(pure) Al2O3 로 구성된다. 내측 격리기(110)의 Al2O3 재료는, (도 1에 도시된 바와 같이) 전극 층(108)을 격리시키기 위한 우수한 전기 저항을 제공하면서, 부식에 대한 강화된 저항을 제공한다. 그에 의해, 챔버 컴포넌트의 유효 수명을 개선하고, 유지보수 비용을 감소시킨다.
[0040] 도 3은, 일 실시예에 따른, 도 2에 도시된 내측 격리기(110)의 제 1 피스(210)에 대한 상부 평면도이다. 제 2 및 제 3 피스들(220, 230)은 실질적으로 동일할 수 있다. 제 1 피스(210)는 제 1 단부(320) 및 제 2 단부(330)를 가질 수 있다. 제 1 피스(210)는 부가적으로 아크 형상(arc shape)을 가질 수 있다. 제 1 피스(210)는, 제 1 단부(320)로부터 제 2 단부(330)까지 아크 길이(340)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 피스(210)의 아크 길이(340)는 약 120도의 아크(arc)를 포함할 수 있다. 아크를 따르는 아크 길이(340)는 약 18.014 인치 (457.56 mm) 내지 약 18.010 인치 (457.45 mm)일 수 있다.
[0041] 도 4로 넘어가면, 제 1 피스(210)의 측면 투사도(side projection)가 도시된다. 제 1 피스(210)는, 바닥 표면(464), 및 바닥 표면(464)으로부터 상단 표면(264)까지 연장하는 두께(410)를 가질 수 있다. 제 1 피스(210)의 두께(410)는 약 0.397 인치 (10.08 mm) 내지 약 0.403 인치 (10.24 mm)일 수 있다.
[0042] 도 3으로 돌아가면, 제 1 단부(320)는 볼록한 반원 단부(semi-circular end)(321)를 형성하는 반경을 갖는다. 볼록한 반원 단부(321)의 반경은, 제 1 피스(210)를 통과할 수 있고 제 1 피스(210)와 일치할(congruent) 수 있는 중심(341)을 가질 수 있다. 반경은, 제 1 피스(210)의 외측 에지(212)와 내측 둘레(214) 모두에서의 탄젠트(tangent)이다. 따라서, 반경은 제 1 피스(210)의 폭(254)의 절반이다. 일 실시예에서, 제 1 피스(210)의 반경은 약 0.550 인치 (13.97 mm)일 수 있다.
[0043] 제 2 단부(330)는, 오목한 곡선 단부(concave curved end)(331)를 형성하는 반경을 갖는다. 반경(332)은, 제 1 피스(210)와 일치하지 않을(non-congruent) 수 있는 중심(342)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 오목한 곡선 단부(331)는 약 0.550 인치 (13.97 mm)의 반경을 갖는다.
[0044] 내측 격리기(110)를 형성하기 위해, 제 1 피스(210)의 제 1 단부(320)는, 제 1 피스와 제 2 피스(220) 사이의 팽창 갭(240)에 의해 제 2 피스(220)의 제 2 단부와 메이팅하도록 구성되고; 제 2 피스(220)의 제 1 단부는, 제 2 피스(220)와 제 3 피스(230) 간의 팽창 갭(240)에 의해 제 3 피스(230)의 제 2 단부와 메이팅하며; 그리고 원을 완성하기 위해, 제 3 피스(230)의 제 1 단부는, 제 1 피스(210)와 제 3 피스(230) 간의 팽창 갭(240)에 의해 제 1 피스(210)의 제 2 단부(330)와 메이팅한다. 내측 격리기(110)의 개별적인 피스들(210, 220, 230)의 팽창 갭들(240)은 챔버 본체와 플라즈마 사이의 가시선을 막도록 구성되며, 그에 의해 아킹(arcing)을 막는다. 내측 격리기(110)가 프로세싱 볼륨(128) 내에 존재하는 상승된 온도들에 의해 가열됨에 따라, 팽창 갭들(240)은 제 1, 제 2 및 제 3 피스들(210, 220, 230)이 개별적으로 열적으로 팽창하도록 허용하며, 그에 따라, 단일 피스 링으로서 제조되는 경우 존재하게 될 과도한 응력 생성없이, 전체로서의 내측 격리기(110)가 자유롭게 팽창하도록 허용한다. 유익하게는, 하나 또는 그 초과의 피스들은, 상승된 프로세스 온도들에 의해 내측 격리기가 열적으로 팽창하는 동안 가해지는 압력 경도력(pressure force)들을 완화시킴으로써, 챔버 컴포넌트들 내의 열 응력을 완화시킨다.
[0045] 제 1 피스(210)는 200 mm, 300 mm, 450 mm 또는 다른 크기의 기판에 대해 플라즈마 프로세싱 챔버에 피팅(fit)되도록 구성될 수 있다. 300 mm 직경 기판에 대해 구성되는 제 1 피스(210)는 내측 반경(304) 및 외측 반경(302)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 피스(210)의 내측 반경(304)은 약 7.499 인치 (190.47 mm) 내지 약 7.501 인치 (190.52 mm)일 수 있다. 외측 에지(212)의 외측 반경(302)은 약 8.601 인치 (218.47 mm) 내지 약 8.599 인치 (218.41 mm)일 수 있다.
[0046] 챔버 벽(103) 상에서 발견되는 주변 온도들로부터 내측 격리기(110)를 격리시키는 것은, 열 팽창으로 인한 열 응력들이 내측 격리기를 손상시키거나 크랙킹하는 것을 막는다. 내측 격리기(110) 전체에 걸친 팽창 갭들(240)은, 바람직하지 않은 아킹을 유도할 수 있는, 챔버 벽(103) 및 외측 격리기(120)의 가시선 노출을 막으면서, 저 응력 열 팽창을 가능하게 한다. 갭(250)은 우수한 써멀 브레이크를 제공하고, 그에 따라, 열 응력 및 파손(breakage)을 야기할 수 있는 고온들로부터 외측 격리기(120)를 격리시킨다. 유익하게는, 프로세싱 챔버(100)는, 하나의 회로로부터 다음 회로까지, 즉 회로 간에 프로세스 결과들의 균일성을 제공하면서, 더 적은 장비 고장 및 다운타임을 겪는다.
[0047] 동작에 있어서, 기판은, 기판 지지부(104) 상에 배치되는 기판을 포함하는 프로세싱 챔버(100) 내에서 플라즈마를 형성함으로써 프로세싱될 수 있다. 플라즈마의 특성들은, 프로세싱 챔버(100)의 리드(180)와 챔버 벽(103) 사이에 배치된 전극 층(108)에 전력을 제공함으로써 제어될 수 있다. 전극 층(108)은, 외측 세라믹 격리기(120) 및 내측 세라믹 격리기(110)에 의해 챔버 벽(103) 및 리드(180)로부터 격리된다. 외측 세라믹 격리기(120)는 챔버 벽(103) 및 전극 층(108)과 접촉하는 한편, 내측 세라믹 격리기(110)는 프로세싱 챔버(100)의 챔버 벽(103) 안쪽에 배치된 라이너(164) 및 전극 층(108)과 접촉한다. 내측 세라믹 격리기(110)는 프로세싱 챔버(100)의 챔버 벽(103)과 접촉하지 않는다. 기판은, 내측 세라믹 격리기(110)를 크랙킹하거나 손상시키지 않으면서 프로세싱 챔버(100) 내에서 프로세싱될 수 있다.
[0048] 전술한 내용들이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링 형상 격리기(ring shaped isolator)를 위한 컴포넌트로서,
    상기 격리기의 아크-형상 피스(arc-shaped piece)를 포함하고, 상기 아크-형상 피스는 상단 표면, 대향하는 바닥 표면, 오목한 단부, 및 대향하는 볼록한 단부를 갖고, 상기 오목한 단부는 상기 상단 표면으로부터 상기 바닥 표면까지 유지되는 오목한 형상을 갖고,
    상기 오목한 단부는, 이웃하는 아크-형상 피스의 대향 볼록한 단부와 상기 격리기를 형성하기 위해 단부 대 단부로 배치되는 경우, 상기 상단 표면으로부터 상기 바닥 표면까지 팽창 갭을 형성하는,
    컴포넌트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목한 단부는 상기 볼록한 단부의 기하형상(geometry)과 메이팅(mate)하도록 구성된 기하형상을 갖는,
    컴포넌트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 X 각도의 아크를 갖고, 상기 X는 360을 N으로 나눈 값이고, 상기 N은 1보다 큰 정수인,
    컴포넌트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스의 아크는 120 도인,
    컴포넌트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 약 7.499 인치 내지 약 7.501 인치의 반경을 갖는 내벽(inner wall)을 갖는,
    컴포넌트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 약 8.599 인치 내지 약 8.601 인치의 반경을 갖는 외벽(outer wall)을 갖는,
    컴포넌트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 약 0.397 인치 내지 약 0.403 인치의 두께를 갖는,
    컴포넌트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스의 상기 오목한 단부는 약 0.550 인치의 반경을 갖는,
    컴포넌트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스의 상기 볼록한 단부는 약 0.550 인치의 반경을 갖는,
    컴포넌트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 이트리아(Y2O3), 질화 알루미늄(AlN), 및 알루미나(Al2O3) 중 적어도 하나로 제조되는,
    컴포넌트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 적어도 99 중량%의 알루미나(Al2O3)로 제조되는,
    컴포넌트.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 세라믹으로 제조되는,
    컴포넌트.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록한 단부는 상기 상단 표면으로부터 상기 바닥 표면까지 유지되는 볼록한 형상을 갖는,
    컴포넌트.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크-형상 피스는 세라믹인,
    컴포넌트.
  15. 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 링 형상 격리기(ring shaped isolator)를 위한 복수의 컴포넌트들로서,
    상기 링 형상 격리기의 둘 또는 초과의 아크-형상 피스(arc-shaped piece)들을 포함하고, 상기 아크-형상 피스들의 각각은 상단 표면, 대향하는 바닥 표면, 오목한 단부, 및 대향하는 볼록한 단부를 갖고, 상기 오목한 단부는 상기 상단 표면으로부터 상기 바닥 표면으로 유지되는 오목한 형상을 갖고,
    상기 아크-형상 피스들의 각각의 오목한 단부는, 이웃하는 아크-형상 피스의 대향 볼록한 단부와 상기 격리기를 형성하기 위해 단부 대 단부로 배치되는 경우, 상기 상단 표면으로부터 상기 바닥 표면까지 팽창 갭을 형성하는,
    복수의 컴포넌트들.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 각각의 아크-형상 피스들의 각 단부는 상기 격리기를 형성하기 위하여 단부 대 단부로 배치되는 경우, 대응하는 이웃하는 아크-형상 피스의 인접하는 대향 단부와 메이팅하도록 구성되는,
    복수의 컴포넌트들.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 볼록한 단부는 상기 상단 표면으로부터 상기 바닥 표면까지 유지되는 볼록한 형상을 갖는,
    복수의 컴포넌트들.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 각각의 아크-형상 피스들은 세라믹인,
    복수의 컴포넌트들.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 오목한 단부는 상기 볼록한 단부의 기하형상(geometry)과 메이팅(mate)하도록 구성된 기하형상을 갖는,
    복수의 컴포넌트들.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 각각의 아크-형상 피스들의 아크는 120도인,
    복수의 컴포넌트들.
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