KR102411638B1 - 상류 플라즈마 소스들을 사용하는 챔버-후 저감 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용의 실시예들은, 배기 파이프를 세정하기 위한 원격 플라즈마 소스에 관한 것이다. 일 실시예에서, 장치는, 기판 프로세싱 챔버, 기판 프로세싱 챔버를 진공배기하도록 포지셔닝된 펌프, 및 저감 시스템을 포함한다. 저감 시스템은, 기판 프로세싱 챔버와 펌프 사이에 포지셔닝된 플라즈마 가스 전달 시스템 - 가스 전달 시스템은 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 제 1 단부 및 펌프에 커플링된 제 2 단부를 가짐 -, 전달 부재를 통해 가스 전달 시스템에 연결된 반응기 본체, 반응기 본체에 연결된 세정 가스 소스, 및 세정 가스 소스로부터의 세정 가스를 반응기 본체 내에서 이온화하도록 포지셔닝된 전력 소스를 포함한다. 세정 가스의 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버로부터의 프로세스-후 가스들과 반응하여 이들이 펌프에 진입하기 전에 이들을 환경적이고 그리고 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환한다.

Description

상류 플라즈마 소스들을 사용하는 챔버-후 저감{POST-CHAMBER ABATEMENT USING UPSTREAM PLASMA SOURCES}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 프로세스 파라미터들, 예컨대, 챔버 압력에 최소한의 영향을 주면서 챔버를 위한 배기 시스템 내부의 증착 종(deposition species)을 감소시키기 위해 플라즈마 소스를 사용하는 저감 시스템(abatement system)에 관한 것이다.
[0002] 반도체 제조 프로세스들은 다양한 화학물질들(chemicals)을 활용하는데, 그러한 화학물질들 중 많은 것들은 극히 낮은 인간 허용 레벨들(human tolerance levels)을 갖는다. 프로세싱(예컨대, 물리 기상 증착, 확산(diffusion), 에칭 프로세스들, 에피택셜(epitaxial) 증착 등) 동안, 프로세스들뿐만 아니라 사용되는 툴들 중 일부(예컨대, 화학 기상 증착 챔버, 유전체 또는 전도체 플라즈마 에칭 챔버, 확산 등)는, 예컨대, PFC들(perfluorcompounds) 또는 PFC들을 형성하도록 분해될 수 있는 부산물들을 포함하여 바람직하지 않은 부산물들을 생성 할 수 있다. PFC들은 지구 온난화에 대한 강력한 요인들인 것으로 인식된다.
[0003] 이러한 바람직하지 않은 부산물들은, 배기 펌프에 의해 반도체 제조 툴들로부터 저감 시스템으로 배기된다. 저감 시스템은, 기판들의 프로세싱에 의해 생성된 이러한 바람직하지 않은 부산물들을, 대기로 방출되기에 환경적으로 덜 유해한 버전들(versions)로 변환한다. 그러나, 많은 프로세스들의 경우에, 배기 파이프라인 및 펌프는 높은 함량(high contents)의 증착 종에 노출될 수 있다. 이러한 증착 종 및 배기 펌프들 내부에서의 증착 종의 응축(condensation)은, 펌프 블레이드들과 같은 펌프 컴포넌트들 상에 유전체 필름의 얇은 층을 축적하며(build up), 이는 펌프 성능의 손실 그리고 궁극적으로 펌프 고장으로 이어진다.
[0004] 따라서, 당업계에서는, 배기 펌프 내에서의 증착 종의 응축을 효과적으로 감소시키고 펌핑 성능을 개선하는 개선된 저감 시스템이 필요하다.
[0005] 본 개시내용의 실시예들은, 챔버 압력과 같은 프로세스 파라미터들에 최소한의 영향을 주면서 배기 시스템 내부의 증착 종을 감소시키기 위해 원격 플라즈마 소스를 사용하는 챔버-후 저감 시스템에 관한 것이다. 챔버-후 저감 시스템에 대한 개시 시간(onset time)은 유동적(flexible)이며, 이는 프로세스(전체 또는 부분 시간)와 함께 진행될 수 있거나, 또는 특정한 민감한(sensitive) 프로세스 단계들을 피하고 세정 또는 웨이퍼 이송 스테이지들 동안 온(on) 되도록 지정될 수 있다. 일 실시예에서, 장치는, 기판 프로세싱 챔버 내에 배치된 기판 지지부를 갖는 기판 프로세싱 챔버, 기판 프로세싱 챔버를 진공배기하도록 포지셔닝된 펌프, 저감 시스템을 포함한다. 저감 시스템은, 기판 프로세싱 챔버와 펌프 사이에 포지셔닝된 플라즈마 가스 전달 시스템 - 가스 전달 시스템은 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 제 1 단부 및 펌프에 커플링된 제 2 단부를 가짐 -, 전달 부재를 통해 가스 전달 시스템에 연결된 반응기 본체 - 반응기 본체는 플라즈마 여기(excitation) 영역을 반응기 본체 내부에 정의함 -, 반응기 본체에 연결된 세정 가스 소스, 및 세정 가스 소스로부터의 세정 가스를 플라즈마 여기 영역 내에서 이온화하도록 포지셔닝된 전력 소스를 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 장치는, 기판 프로세싱 챔버 내에 배치된 기판 지지부를 갖는 기판 프로세싱 챔버, 기판 프로세싱 챔버를 진공배기하도록 포지셔닝된 펌프, 및 저감 시스템을 포함한다. 저감 시스템은, 기판 프로세싱 챔버와 펌프 사이에 포지셔닝된 플라즈마 가스 전달 시스템 - 가스 전달 시스템은 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 제 1 단부 및 펌프에 커플링된 제 2 단부를 가짐 -, 전달 부재를 통해 플라즈마 가스 전달 시스템에 연결된 반응기 본체 - 반응기 본체는 플라즈마 여기(excitation) 영역을 반응기 본체 내부에 정의하고, 전달 부재는 가열 엘리먼트에 의해 가열됨 -, 반응기 본체의 플라즈마 여기 영역 내에 자기장을 방위각으로(azimuthally) 제공하기 위해 대략적으로 반응기 본체 주위에 배치된 복수의 자석들, 반응기 본체에 연결된 세정 가스 소스, 및 세정 가스 소스로부터의 세정 가스를 플라즈마 여기 영역 내에서 이온화하도록 포지셔닝된 전력 소스를 포함한다.
[0007] 또 다른 실시예에서, 장치는, 기판 프로세싱 챔버 내에 배치된 기판 지지부를 갖는 기판 프로세싱 챔버, 기판 프로세싱 챔버를 진공배기하기 위해 기판 프로세싱 챔버의 하류(downstream)에 배치된 진공 펌프, 및 기판 프로세싱 챔버와 진공 펌프 사이의 유동 경로에 포지셔닝된 저감 시스템을 포함한다. 저감 시스템은, 반응기 본체 내에 플라즈마 여기 영역을 정의하는 반응기 본체, 가스 라인을 통해 반응기 본체의 제 1 단부에 연결된 저감 가스 전달 시스템, 전달 부재를 통해 반응기 본체의 제 2 단부에 연결된 플라즈마 가스 전달 시스템, 및 저감 시약(reagent)의 에너지적으로(energetically) 여기된 중성 중 및/또는 라디칼들만을 전달 부재를 통해 플라즈마 가스 전달 시스템 내로 허용하기 위해 반응기 본체와 플라즈마 가스 전달 시스템 사이에 배치된 이온 필터를 포함하며, 플라즈마 가스 전달 시스템의 제 1 단부는 기판 프로세싱 챔버에 연결되고, 플라즈마 가스 전달 시스템의 제 2 단부는 펌프에 연결된다.
[0008] 본 개시물의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 본 개시물의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시물의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시물이, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스를 갖는 저감 시스템의 개략적인 개념도이다.
[0010] 도 2는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스를 갖는 저감 시스템의 개략적인 개념도이다.
[0011] 도 3은, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스를 갖는 저감 시스템의 개략적인 개념도이다.
[0012] 도 4a는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 1-3의 반응기 본체 대신에 사용될 수 있는 반응기 본체의 개략적인 평면도를 도시한다.
[0013] 도 4b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 상부에 배치된 가스 분배 플레이트를 갖는, 도 4a의 반응기 본체의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0014] 도 5a는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 1-3의 반응기 본체 대신에 사용될 수 있는 반응기 본체의 개략적인 평면도를 도시한다.
[0015] 도 5b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 상부에 배치된 가스 분배 플레이트를 갖는, 도 5a의 반응기 본체의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해, 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시되는 엘리먼트들이, 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에 대해 유익하게 사용될 수 있다는 점이 고려된다.
[0017] 도 1은, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스(102)를 갖는 저감 시스템(100)의 개략적인 개념도이다. 저감 시스템(100)은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버(104)와 펌프(118) 사이에 배치된다. 저감 시스템(100)은, 펌프(118)를 세정하기 위한, 그리고 기판 프로세싱 챔버(104)와 펌프(118) 사이의 유동 경로를 세정하기 위한 원격 플라즈마 소스(102)를 포함한다. 특히, 원격 플라즈마 소스(102)는, 기판 프로세싱 챔버(104)를 빠져나가는 가스들 및/또는 다른 재료들에 대해 저감 프로세스를 수행하고 이로써 그러한 가스들 및/또는 다른 재료들이 더 환경적인 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물(composition)로 변환될 수 있도록, 저감 시약으로부터 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 생성한다.
[0018] 기판 프로세싱 챔버(104)는 일반적으로, 적어도 하나의 집적 회로 제조 프로세스, 예컨대, 증착 프로세스, 에칭 프로세스, 플라즈마 처리 프로세스, 사전-세정(pre-clean) 프로세스, 이온 주입 프로세스, 또는 다른 집적 회로 제조 프로세스를 수행하도록 구성된다. 기판 프로세싱 챔버(104)에서 수행되는 프로세스는 열-보조(thermal-assisted) 또는 플라즈마-보조(plasma-assisted)될 수 있다. 일 예에서, 기판 프로세싱 챔버(104)에서 수행되는 프로세스는, 기판 프로세싱 챔버(104) 내에 배치된 기판 지지부 상에 포지셔닝된 기판 상에 실리콘-계(silicon-based) 재료를 증착시키기 위한 플라즈마 증착 프로세스이다.
[0019] 일반적으로, 저감 시스템(100)은, 원격 플라즈마 소스로서 작용하는(act) 반응기 본체(101), 저감 가스 전달 시스템(106), 플라즈마 가스 전달 시스템(110), 전력 소스(112), 및 전력 전달 시스템(114)을 포함한다. 기판 프로세싱 챔버(104)는, 파이프라인(105)에 의해 플라즈마 가스 전달 시스템(110)에 커플링된 챔버 배기부를 갖고, 반응기 본체(101)로부터 생성된 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은 기판 프로세싱 챔버(104)로부터 배기된 프로세스-후 가스들과 반응한다. 플라즈마 가스 전달 시스템(110)의 배기부는 배기 도관(116)에 의해 펌프(118) 및 설비 배기부(120)에 커플링된다. 펌프(118)는 기판 프로세싱 챔버(104)를 진공배기하는 데에 활용되는 진공 펌프일 수 있지만, 설비 배기부(120)는 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버(104)의 유출물(effluent)을 대기로 진입하게 준비시키기 위한 스크러버들(scrubbers) 또는 다른 배기 세정 장치를 포함한다.
[0020] 다양한 실시예들에서, 반응기 본체(101)는 펌프(118)의 외부에 배치된다. 반응기 본체(101)는 플라즈마 가스 전달 시스템(110)의 상류(upstream)에 포지셔닝될 수 있다. 반응기 본체(101)는, 구조적으로, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)으로부터 분리된다. 따라서, 반응기 본체(101)는 파이프라인(105), 배기 도관(116) 및 펌프(118)로부터 물리적으로 격리된다. 일 실시예에서, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)은 기판 프로세싱 챔버(104)와 펌프(118) 사이의 유동 경로에 배치된다. 플라즈마 전달 시스템(110)은 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 제 1 단부 및 펌프에 커플링된 제 2 단부를 갖고, 이로써, 기판 프로세싱 챔버(104)로부터 나오는 프로세스-후 가스들은 먼저 플라즈마 가스 전달 시스템(110)을 만나고, 이후에 펌프(118)와 만날 것이다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)은 반응성 종의 손실을 최소화하기 위해, 펌프(118)에 인접하여 배치된다.
[0021] 저감 가스 전달 시스템(106)은 저감제(abating agent) 소스(122)에 연결된다. 저감 가스 전달 시스템(106)은, 전형적으로 깨끗하고(clean) 비-증착(non-deposition) 가스인 하나 또는 그 초과의 저감 시약들을 가스 라인(124)을 통해 저감제 소스(122)로부터 반응기 본체(101) 내로 전달하도록 이루어진다. 저감 시약은, RF, DC, 마이크로파, UV, 고열(intense heat), 또는 전자 싱크로트론 방사광(electron synchrotron radiation)과 같은 여기 에너지에 대한 노출에 의해, 반응기 본체(101)에서 활성화될 수 있다. 원격 플라즈마 소스(102)는, 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버, 용량 결합 플라즈마(CCP) 챔버, 마이크로파 유도(㎼) 플라즈마 챔버, 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 챔버, 고밀도 플라즈마(HDP) 챔버, 자외선(UV) 챔버, 열선 필라멘트 화학 기상 증착(filament of a hot wire chemical vapor deposition; HW-CVD), 또는 저감 시약으로부터 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 생성할 수 있는 임의의 챔버일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(101)는 상기 언급된 임의의 둘 또는 그 초과의 챔버들을 포함할 수 있다.
[0022] 일 예에서, 반응기 본체(101)는 ICP 챔버 또는 CCP 챔버이다. 다른 예에서, 반응기 본체(101)는 ICP 구성 및 CCP 구성을 포함하는 하이브리드 챔버이다. 그러한 경우에, 반응기 본체(101)는 ICP 모드와 CCP 모드 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 반응기 본체(101)는, 반응기 내에 포지셔닝된 용량 결합 전극을 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기일 수 있다. 프로세싱될 프로세스-후 가스들 및/또는 반응기 본체(101) 내의 압력에 따라서, 플라즈마가 처음에 용량 결합 전극에 의해 점화될(ignited) 수 있고 그런 다음에 유도 결합 플라즈마 반응기에 의해 지속될(sustained) 수 있다. 반응기 본체(101) 내의 압력이 약 2Torr 초과인 경우, 용량 결합 전극이 유리할 수 있는 반면, 반응기 본체(101) 내의 압력이 약 2Torr 미만인 경우, 유도 결합 전극이 유리할 수 있다.
[0023] 저감 시약은, 예컨대, CH4, H2O, H2, NF3, SF6, F2, HCl, HF, Cl2, HBr, O2, N2, O3, CO, CO2, NH3, N2O, 및 이들의 조합들(combinations)과 같은 임의의 세정 가스들을 포함할 수 있다. 임의의 다른 적합한 플루오린-함유 가스 또는 할로겐-함유 가스가 또한 사용될 수 있다. 저감 시약은 또한, CHxFy(여기서, x=1 내지 3 그리고 y=4-x)와 O2 및/또는 H2O의 조합, 및 CFx(여기서, x는 0과 2 사이의 숫자)와 O2 및/또는 H2O의 조합을 포함할 수 있다. 상이한 조성들을 갖는 유출물을 위해, 상이한 저감 시약들이 사용될 수 있다는 점이 고려된다.
[0024] 저감 시약은, 전력 소스(112)로부터의 전력을 사용하여 반응기 본체(101) 내에서 플라즈마로 에너자이징(energized)/여기된다. 몇몇 실시예들에서, 전력 소스(112)는, 연속적인 RF 전력, 연속적인 DC 전력, RF 펄싱 주파수(예컨대, 0.25-10kHz)를 갖는 RF 전력, 또는 DC 펄싱 주파수(예컨대, 5-100kHz)를 갖는 DC 전력을 제공하도록 구성된, 무선 주파수(RF) 소스 및/또는 직류(DC) 전력 소스일 수 있다. 저감 시약은, 평형 플라즈마 방전(equilibrium plasma discharge) 또는 비-평형(non-equilibriu) 플라즈마 방전의 애플리케이션을 통해 반응기 본체(101) 내에서 점화될 수 있다. 일 실시예에서, 저감 시약은 비-평형 플라즈마 방전을 통해 점화된다. 비-평형 플라즈마는, 반응기 본체(101) 내에서 낮은 가스 압력(예컨대, 100Torr 미만, 예컨대, 약 20Torr 또는 그 미만)에서 고주파수(예컨대, 13.56MHz) 출력 전력에 저감 시약을 노출시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 전력 소스(112)는, 사용되는 저감 시약에 따라, 조정 가능한 양의 전력을 반응기 본체(101)의 전극에 전달하도록 구성될 수 있다. 전력은 전력 전달 시스템(114)에 의해 튜닝될(tuned) 수 있다. 예컨대, 전력 전달 시스템(114)은, 전력 소스(112)가 RF 전력 소스인 경우에 RF 전력을 튜닝하는 데에 사용되는 매칭(matching) 네트워크일 수 있다.
[0025] 반응기 본체(101)는 전달 부재(126)를 통해 플라즈마 가스 전달 시스템(110)에 연결된다. 전달 부재(126)는 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 반응기 본체(101)로부터 플라즈마 가스 전달 시스템(110)으로 전달하는 데에 필요한 최소 길이를 가질 수 있다. 몇몇 경우들에서, 전달 부재(126)는, 표면 상에서 또는 근처에서의 여기된 종의 재결합(recombination)을 감소시키기 위해, 임의의 적합한 가열 소스(예컨대, 램프 또는 저항성 가열 엘리먼트)를 사용하여 가열될 수 있다. 전달 부재(126)는, 반응성 종의 손실을 최소화하기 위해, 파이프라인(105)의 길이방향 축 "B"에 대해 각도 "α"로 홀딩될 수 있다. 대부분의 예들에서, 각도 "α"는 약 60° 내지 약 110°, 예컨대, 약 90°이다.
[0026] 다양한 이온 필터들, 예컨대, 어느 것이든 유전체 코팅을 가질 수 있는, 예를 들어 약 200V(RF 또는 DC)의 바이어스에서 작동되는 정전기 필터들, 와이어(wire) 또는 메시(mesh) 필터들, 자석 필터들, 또는 임의의 이온 억제 엘리먼트들이, 반응기 본체(101)와 플라즈마 가스 전달 시스템(110) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 이온 필터는 전달 부재(126) 내에 배치된다. 이온 필터는, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들만이 플라즈마 가스 전달 시스템(110) 내로 도입되도록 구성된다. 이온 필터들이 전달 부재(126) 내에서 사용되지 않는 몇몇 경우들에서, 전달 부재(126)는, 전자들 또는 다른 대전된 입자들과 이온들의 충돌(collision) 또는 이온들의 반응을 촉진하기 위해, 약 10° 내지 약 70°, 예컨대, 약 20° 내지 약 45°의 각도 "α"로 포지셔닝될 수 있다. 이온 필터들 및/또는 경사진 전달 부재(126)의 사용은, 대부분의 이온들 또는 전체의 이온들이, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)에 진입하기 이전에 제거되는 것을 보장한다. 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버(104)를 빠져나가는 프로세스-후 가스들 및/또는 다른 재료들과 반응하여 이들을 더 환경적이고 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환하도록 예상된다.
[0027] 플라즈마 가스 전달 시스템(110)은, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)의 일 단부에서 파이프라인(105)에, 그리고 플라즈마 가스 전달 시스템(110)의 반대쪽(opposing) 단부에서 배기 도관(116)에 연결된다. 플라즈마 가스 전달 시스템(110)은, 반응을 증진시키기 위해, 상이한 전력 레벨들에서의 연속적인 플라즈마 또는 전력에 의해 가열될 수 있다. 플라즈마 가스 전달 시스템(110)은, 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 반응기 본체(101)로부터 플라즈마 가스 전달 시스템(110) 내로 분배하기 위해, 전달 부재(126)와 유체 연통(fluid communication)하는 하나 또는 그 초과의 가스 유입구들(111)을 가질 수 있다. 다수의 가스 유입구들이 적응된다면, 가스 유입구들은, 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 균등하게 분배하기 위해, 서로 동일 평면 상에 배열될 수 있다. 대안적으로, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)은, 다수의 가스 유입구들이, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)을 통과하는 파이프라인(105)의 둘레 주위에 균등하게 이격되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세스-후 가스들은 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들과 균일하게 그리고 효과적으로 반응될 수 있다.
[0028] 다양한 실시예들에서, 제 1 압력 조절 디바이스(150)는 저감 가스 전달 시스템(106)과 반응기 본체(101) 사이의 임의의 위치, 그리고/또는 반응기 본체(101)와 플라즈마 가스 전달 시스템(110) 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 제 1 압력 조절 디바이스는, 저감 가스 전달 시스템(106)의 압력이, 원격 플라즈마 소스(102)의 압력보다 상대적으로 더 높도록 조절되게, 그리고 반응기 본체(101) 내부의 압력이, 파이프라인(105)의 압력보다 상대적으로 더 높도록 조절되게 구성된다. 따라서, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은 압력 차 하에서 하류에 플라즈마 가스 전달 시스템(110) 내로 유동하도록 지향된다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 압력 조절 디바이스(152)는, 파이프라인(105)의 압력이, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)의 압력보다 상대적으로 더 높도록 조절되게 기판 프로세싱 챔버(104)와 플라즈마 가스 전달 시스템(110) 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 압력 조절 디바이스는, 프로세스-후 가스들, 변환된 조성물들 및/또는 임의의 바람직하지 않은 가스들 또는 재료들이 기판 프로세싱 챔버(104) 내로 도입되는 것을 방지하고, 대신에 배기 도관(116)으로 유동하게 지향되도록, 압력 조절기(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 제 1 및 제 2 압력 조절 디바이스들은, 플라즈마, 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들, 또는 프로세싱된 가스들의, 플라즈마 가스 전달 시스템(110)으로부터 다시 반응기 본체(101) 및/또는 기판 프로세싱 챔버(104) 내로의 상당한 역류를 방지하도록 구성된 임의의 구조적 및 동작적 피처들일 수 있다.
[0029] 동작적 피쳐들은, 전달 부재(126)를 통한 플라즈마 또는 가스(들)의 단일 방향 유동을 유지하는, 저감 가스 전달 시스템(106)과 반응기 본체(101) 사이 그리고/또는 저감 가스 전달 시스템(106)과 기판 프로세싱 챔버(104) 사이의 압력 차를 유지하는 것을 포함할 수 있다. 구조적 피쳐들은, 예컨대, 역류하는 플라즈마 또는 가스(들)를 비활성화하는 오리피스들의 기하학적 단면 구조 및 치수들의 선택을 갖는 오리피스(orifice) 플레이트와 같은 유동 제한기(flow limiter)를 포함할 수 있다. 유체 압력 유동을 제어할 수 있고 그리고/또는 압력 조절 디바이스들에 걸쳐 일정한 압력 강하(pressure drop)를 유지할 수 있는 임의의 다른 컴포넌트가 또한 사용될 수 있다.
[0030] 도 2는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스(202)를 갖는 저감 시스템(200)의 개략적인 개념도이다. 저감 시스템(200)은, 원격 플라즈마 소스(202)가 유도 결합 플라즈마(ICP) 소스라는 점을 제외하고, 저감 시스템(100)과 개념적으로 유사하다. 저감 시스템(200)은 기판 프로세싱 챔버(104)와 펌프(118) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 저감 시스템(200)은 일반적으로, 저감 가스 전달 시스템(204), 반응기 본체(206), 무선 주파수(RF) 소스(208), 전력 전달 시스템(210), 및 플라즈마 가스 전달 시스템(212)을 포함한다. 유사하게, 저감 가스 전달 시스템(204)은 저감제 소스(122)에 연결된다. 기판 프로세싱 챔버(104)는, 파이프라인(105)에 의해 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(212)에 커플링된 챔버 배기부를 갖고, 반응기 본체(206)로부터 생성된 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은 기판 프로세싱 챔버(104)로부터 배기된 프로세스-후 가스들과 반응한다. 플라즈마 가스 전달 시스템(212)의 배기부는 배기 도관(116)에 의해 펌프(118) 및 설비 배기부(120)에 커플링된다.
[0031] 저감 가스 전달 시스템(204)은, 전형적으로 깨끗하고 비-증착 가스인 하나 또는 그 초과의 저감 시약들을 가스 라인(216)을 통해 저감제 소스(122)로부터 반응기 본체(206) 내로 전달하도록 이루어진다. 압력 조절 디바이스(222)는, 이하에서 논의될 바와 같이, 저감 가스 전달 시스템(204)과 반응기 본체(206) 사이에 압력 차를 생성하기 위해, 가스 라인(216)과 반응기 본체(206) 사이에 제공될 수 있다. 반응기 본체(206)는, 내부에 플라즈마 여기 영역을 정의하는, 원통 또는 임의의 형상을 가질 수 있다. 반응기 본체(206)는, 유전체 코팅(예컨대, 석영, 세라믹 재료(예컨대, 알루미나))으로 만들어질 수 있거나, 반응기 본체(206)의 내부 표면 상에 배치된 유전체 코팅을 가질 수 있다. 반응기 본체(206)는, 프로세스 동안 플라즈마 여기 영역이 진공 압력으로 유지되도록 진공배기될 수 있다.
[0032] RF 소스(208) 및 전력 전달 시스템(210)은, 반응기 본체(206) 내에 배치된 전극, 또는 코일 또는 안테나(220)에 연결될 수 있다. 코일 또는 안테나(220)는, RF 소스(208)로부터 전달되는 RF 에너지를 반응기 본체(206) 내로 유도 결합하기 위해 성형되고 반응기 본체(206)에 대해 포지셔닝될 수 있으며, 따라서 플라즈마 여기 영역에서 플라즈마를 생성하고 지속시킬 수 있다. 다른 여기 에너지, 예컨대, 마이크로파 주파수를 갖는 에너지가 또한, 반응기 본체(206)에서 저감 가스들을 여기하는 데에 사용될 수 있다. 코일 또는 안테나(220)는 반응기 본체(206) 내에, 상에, 또는 인접하여 포지셔닝될 수 있다. 예컨대, 코일 또는 안테나(220)는, 반응기 본체(206) 내에서 플라즈마를 생성하기 위해, 반응기 본체(206)의 주위에 또는 정상부 부분 및/또는 다른 단부 근처에 포지셔닝될 수 있다. 코일 또는 안테나(220)는, 반응기 본체(206)의 벽의 유전체 플레이트 또는 윈도우(예컨대, 석영으로 만들어짐)의 일 측 상에 포지셔닝될 수 있다. 코일 또는 안테나(220)로부터의 전자기 에너지는 유전체 플레이트 또는 윈도우를 통해 플라즈마 내로 커플링된다.
[0033] 몇몇 실시예들에서, 코일 또는 안테나(220)는, 반응기 본체(206) 내에서 플라즈마 밀도 및 균일성을 증진시키기 위해 나선형(helical) 또는 와선형(spiral) 패턴을 갖는 평면형 안테나일 수 있다. 평면형 안테나는 반응기 본체(206) 근처의 임의의 위치에 포지셔닝될 수 있다. 예컨대, 평면형 안테나는, 전력을 플라즈마 내에 유도 결합하기 위해, 반응기 본체(206)의 정상부 또는 하부 단부 또는 측들 상에 포지셔닝될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 코일 또는 안테나(220)의 일 단부는 전기적으로 접지될(electrically grounded) 수 있는 반면, 코일 또는 안테나(220)의 다른 단부는 RF 소스(208)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(206)에 커플링된 압력 조절 디바이스는 전기적으로 접지될 수 있다.
[0034] 몇몇 실시예들에서, 코일 또는 안테나(220)는, 코일 또는 안테나(220)의 전위가 플로팅하도록(float), RF 소스(208)로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 그러한 경우에, 격리 변압기(isolation transformer)(도시되지 않음)가 더 제공될 수 있다. 격리 변압기는, RF 소스(208)의 출력부에 걸쳐 연결된, 격리 변압기의 일차 권선(winding), 및 코일 또는 안테나(220)에 걸쳐 연결된, 격리 변압기의 이차 권선을 가질 수 있다. 일차 및 이차 권선들은 원통 코어(도시되지 않음) 주위에 권취된(wound) 와이어 전도체들일 수 있다. 임의의 경우에, RF 소스(208)는 RF 에너지를 코일 또는 안테나(220)에 제공하고, 반응기 본체(206) 내의 저감 시약은, 코일 또는 안테나(220)로부터 유도 결합된 RF 에너지에 의해 에너자이징되는 플라즈마가 되도록 이온화된다.
[0035] RF 소스(208)는 약 0 내지 약 10kW에서 그리고 약 10kHz 내지 약 60MHz의 주파수에서 동작할 수 있다. RF 소스(208)는 저주파수 전력 소스, 초고주파수(VHF) 전력 소스, 또는 양자 모두의 조합일 수 있다. 저주파수 전력 소스는 약 20MHz 또는 그 미만의 주파수의 조정 가능한 RF 전력을 전달할 수 있는 반면, VHF 전력 소스는 30MHz 또는 그 초과의 주파수의 조정 가능한 VHF 전력을 전달할 수 있다. VHF는 특정 프로세스들에서 유리할 수 있는데, 이는, VHF가, 낮은 자가-바이어스(self-bias) 전압 하에서 고-밀도 플라즈마를 유지할 수 있기 때문이다. 전력 전달 시스템(210)은, RF 소스(208)에 의해 전달되는 RF 전력을 튜닝하는 데에 사용되는, 케이블 및 매칭 네트워크, 또는 공명 인터페이스 회로를 포함할 수 있다. 저주파수 전력 소스가 사용되는 경우, 전력 전달 시스템(210)은 저주파수 매칭 네트워크일 수 있다. 고주파수 전력 소스가 사용되는 경우, 전력 전달 시스템(210)은 고주파수 매칭 네트워크일 수 있다. RF 소스(208)는 지속파(continuous wave) 모드에서 동작될 수 있거나, 항상 온(on)일 수 있거나, 또는 소스 전력이 100Hz 내지 100kHz의 주파수로 온 및 오프(off)되는 펄스 모드에서 동작될 수 있다.
[0036] 반응기 본체(206)는 전달 부재(218)를 통해 플라즈마 가스 전달 시스템(212)에 연결된다. 도 1에 관하여 상기 논의된 바와 같은 이온 필터(230)는 반응기 본체(206)와 플라즈마 가스 전달 시스템(212) 사이에, 예컨대, 전달 부재(218)에 배치될 수 있으며, 이로써, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들만이 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(212) 내로 도입된다. 유사하게, 전달 부재(218)는 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 반응기 본체(206)로부터 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(212)으로 전달하는 데에 필요한 최소 길이를 가질 수 있다. 전달 부재(218)의 중심 축 "C"은 반응성 종의 손실을 최소화하도록 짧아진다. 몇몇 경우들에서, 전달 부재(218)는, 표면 상에서 또는 근처에서의 반응성 종의 재결합을 최소화하기 위해, 임의의 적합한 가열 소스(예컨대, 램프 또는 저항성 가열 엘리먼트)를 사용하여 가열될 수 있다. 전달 부재(218)는 파이프라인(105)의 길이방향 축 "B"에 대해 각도 "β"로 홀딩될 수 있다. 대부분의 예들에서, 각도 "β"는 약 60° 내지 약 110°, 예컨대, 약 90이다. 이온 필터들이 전달 부재(218) 내에서 사용되지 않는 경우들에서, 전달 부재(218)는, 전자들 또는 다른 대전된 입자들과 이온들의 충돌 또는 이온들의 반응을 촉진하기 위해, 약 10° 내지 약 70°, 예컨대, 약 20° 내지 약 45°의 각도 "β"로 홀딩될 수 있다. 이온 필터 및/또는 경사진 전달 부재(218)의 사용은, 대부분의 또는 전체의 이온들이, 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(212)에 진입하기 이전에 제거되는 것을 보장한다. 임의의 경우에, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버(104)를 빠져나가는 프로세스-후 가스들 및/또는 다른 재료들과 반응하여 이들을 더 환경적이고 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환하도록 예상된다.
[0037] 다양한 실시예들에서, 제 1 압력 조절 디바이스(222, 224)는 저감 가스 전달 시스템(204)과 반응기 본체(206) 사이에, 그리고/또는 반응기 본체(206)와 플라즈마 가스 전달 시스템(212) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 압력 조절 디바이스들(222, 224)은, 저감 가스 전달 시스템(204) 내부의 압력이 반응기 본체(206) 내부의 압력보다 상대적으로 더 높도록, 그리고 반응기 본체(206) 내부의 압력이 파이프라인(105) 내부의 압력보다 상대적으로 더 높도록 구성된다. 따라서, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은 압력 차 하에서 하류에 플라즈마 가스 전달 시스템(212) 내로 유동하도록 지향된다. 제 2 압력 조절 디바이스(226)는, 프로세스-후 가스들, 변환된 조성물들 및/또는 임의의 바람직하지 않은 가스들 또는 재료들이 배기 도관(116)으로 유동하게 지향되도록, 기판 프로세싱 챔버(104)와 플라즈마 가스 전달 시스템(212) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 압력 조절 디바이스들은, 플라즈마, 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들, 또는 프로세싱된 가스들의, 플라즈마 가스 전달 시스템(212)으로부터 다시 반응기 본체(206) 및/또는 기판 프로세싱 챔버(104) 내로의 상당한 역류를 방지하도록 구성된, 도 1에 관하여 상기 논의된 그러한 구조적 및 동작적 피처들일 수 있다.
[0038] 동작 시에, 깨끗하고 비-증착 가스들인 저감 시약들이 가스 라인(216)을 통해 반응기 본체(206) 내로 도입된다. 반응기 본체(206) 근처에 포지셔닝된 코일 또는 안테나(220)는, 에너지를 반응기 본체(206) 내에 유도 결합하고 반응기 본체(206) 내에서 저감 시약들로부터 고밀도 플라즈마를 생성하기 위해, RF 소스(208)에 의해 전력이 공급된다(powered). 생성된 플라즈마는, 대부분의 또는 전체의 이온들이, 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(212)에 진입하기 이전에 제거되도록, 이온 필터(230)에 의해 필터링된다. 그런 다음에, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버(104)를 빠져나가는 프로세스-후 가스들 및/또는 다른 재료들과 반응하여 이들이 펌프(118)에 진입하기 전에 이들을 더 환경적이고 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환한다. 결과적으로, 펌프(118) 내에서의 증착 종의 응축이 회피되거나 최소화된다.
[0039] 도 3은, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스(302)를 갖는 저감 시스템(300)의 개략적인 개념도이다. 저감 시스템(300)은, 원격 플라즈마 소스(302)가 용량 결합 플라즈마(CCP) 소스라는 점을 제외하고, 저감 시스템(100)과 개념적으로 유사하다. 저감 시스템(300)은 기판 프로세싱 챔버(104)와 펌프(118) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 저감 시스템(300)은 일반적으로, 저감 가스 전달 시스템(304), 반응기 본체(306), 전력 소스(308), 전력 전달 시스템(310), 및 플라즈마 가스 전달 시스템(312)을 포함한다. 저감 가스 전달 시스템(304)은 저감제 소스(122)에 연결된다. 기판 프로세싱 챔버(104)는, 파이프라인(105)에 의해 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(312)에 커플링된 챔버 배기부를 갖고, 반응기 본체(306)로부터 생성된 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은 기판 프로세싱 챔버(104)로부터 배기된 프로세스-후 가스들과 반응한다. 플라즈마 가스 전달 시스템(312)의 배기부는 배기 도관(116)에 의해 펌프(118) 및 설비 배기부(120)에 커플링된다.
[0040] 저감 가스 전달 시스템(304)은, 전형적으로 깨끗하고 비-증착 가스인 하나 또는 그 초과의 저감 시약들을 가스 라인(316)을 통해 저감제 소스(122)로부터 반응기 본체(306) 내로 전달하도록 이루어진다. 압력 조절 디바이스(322)는, 저감 가스 전달 시스템(304)과 반응기 본체(306) 사이에 압력 차를 생성하기 위해, 가스 라인(316)과 반응기 본체(306) 사이에 제공될 수 있다. 압력 조절 디바이스(322)는, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들이, 압력 차 하에서 하류에 플라즈마 가스 전달 시스템(312) 내로 유동하게 지향되도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 압력 조절 디바이스(322)는 전극(예컨대, 애노드)으로서 역할을 할 수 있다. 예컨대, 압력 조절 디바이스(322)는, 압력 조절 디바이스(322)의 전위가 플로팅하도록, RF 소스(308)로부터 전기적으로 격리되거나 접지될 수 있다.
[0041] 부가적인 압력 조절 디바이스(326)가 반응기 본체(306)와 플라즈마 가스 전달 시스템(312) 사이에 배치될 수 있다. 압력 조절 디바이스들(322, 326)은, 반응기 본체(306) 내부의 압력이 파이프라인(105) 내부의 압력보다 상대적으로 더 높도록 구성된다. 따라서, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은 압력 차 하에서 하류에 플라즈마 가스 전달 시스템(312) 내로 유동하도록 지향된다. 선택적으로, 압력 조절 디바이스(328)는, 프로세스-후 가스들, 변환된 조성물들 및/또는 임의의 바람직하지 않은 가스들 또는 재료들이 배기 도관(116)으로 유동하게 지향되도록, 기판 프로세싱 챔버(104)와 플라즈마 가스 전달 시스템(312) 사이에 배치될 수 있다. 본원에서 설명되는 압력 조절 디바이스들은, 플라즈마, 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들, 또는 프로세싱된 가스들의, 플라즈마 가스 전달 시스템(312)으로부터 다시 반응기 본체(306) 및/또는 기판 프로세싱 챔버(104) 내로의 상당한 역류를 방지하도록 구성된, 도 1에 관하여 상기 논의된 그러한 구조적 및 동작적 피처들일 수 있다.
[0042] 반응기 본체(306)는, 내부에 플라즈마 여기 영역을 정의하는, 원통 또는 임의의 형상을 가질 수 있다. 반응기 본체(306)는, 프로세스 동안 플라즈마 여기 영역이 진공 압력으로 유지되도록 진공배기된다. 반응기 본체(306)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속 재료, 또는 아노다이징된(anodized) 알루미늄 또는 니켈로 코팅된 알루미늄과 같은 코팅된 금속으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(306)는 석영 또는 세라믹과 같은 절연 재료로 만들어질 수 있다.
[0043] 전력 소스(308) 및 전력 전달 시스템(310)은 반응기 본체(306)의 전극에 연결될 수 있다. 반응기 본체(306) 내에 배치된 임의의 컴포넌트들, 예컨대, 압력 조절 디바이스(322) 및/또는 플라즈마 가스 전달 시스템(312)은 접지될 수 있고 애노드로서 역할을 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전력 소스(308) 및 전력 전달 시스템(310)은 반응기 본체(306) 내에 배치된 전극(즉, 캐소드)에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(306)는 접지될 수 있고, 전력 소스(308) 및 전력 전달 시스템(310)은 반응기 본체(306) 내에 배치된 전극(즉, 캐소드)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(306)는 제 1 및 제 2 챔버 본체 피스들(pieces)로 구성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 챔버 본체 피스들 사이에는 유전체 아이솔레이터(dielectric isolator)가 배치된다. 그러한 경우에, 제 1 챔버 본체 피스는 전력 소스(308)에 의해 전력이 공급될 수 있는 반면, 제 2 챔버 본체 피스는 접지부(ground)에 연결될 수 있다.
[0044] 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(306)는 중공형(hollow) 캐소드(305)일 수 있다. 중공형 캐소드(305)는 아이솔레이터에 의해 애노드들로부터 격리될 수 있다. 중공형 캐소드(305)는 전력 소스(308)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본채(306) 내로의 저감 시약들의 균등한 분배를 허용하기 위해, 가스 라인(316)과 반응기 본체(306) 사이에 가스 분배 플레이트가 더 제공될 수 있다. 가스 분배 플레이트는 반응기 본체(306)의 정상부 상에 또는 반응기 본체(306) 내에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트는 전력 소스(308)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트는 접지될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트는 반응기 본체(306)로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 반응기 본체(306) 및 가스 분배 플레이트의 다양한 구성들은 이하에서 도 4a, 4b 및 5a, 5b와 관련하여 더 논의된다.
[0045] 전력 소스(308)는, 연속적인 RF 전력, 연속적인 DC 전력, RF 펄싱 주파수(예컨대, 0.25-10kHz)를 갖는 RF 전력, 또는 DC 펄싱 주파수(예컨대, 5-100kHz)를 갖는 DC 전력을 제공하도록 구성된, 무선 주파수(RF) 소스 및/또는 직류(DC) 전력 소스일 수 있다. RF 전력이 사용되는 경우, RF 소스(308)는 저주파수 전력 소스, 초고주파수(VHF) 전력 소스, 또는 양자 모두의 조합일 수 있다. 저주파수 전력 소스는 약 20MHz 또는 그 미만의 주파수의 조정 가능한 RF 전력을 전달할 수 있는 반면, VHF 전력 소스는 30MHz 또는 그 초과의 주파수의 조정 가능한 VHF 전력을 전달할 수 있다. 전력 소스(308)는, 사용되는 저감 시약에 따라, 조정 가능한 양의 전력을 반응기 본체(306)에 전달하도록 구성될 수 있다. 전력 전달 시스템(310)은, 전력 소스(308)에 의해 전달되는 전력을 튜닝하는 데에 사용되는, 케이블 및 매칭 네트워크, 또는 공명 인터페이스 회로를 포함할 수 있다.
[0046] 반응기 본체(306)는 전달 부재(318)를 통해 플라즈마 가스 전달 시스템(312)에 연결된다. 도 1에 관하여 상기 논의된 바와 같은 이온 필터(330)는 반응기 본체(306)와 플라즈마 가스 전달 시스템(312) 사이에, 예컨대, 전달 부재(318)에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들만이 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(312) 내로 도입된다. 전달 부재(318)는 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들을 반응기 본체(306)로부터 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(312)으로 전달하는 데에 필요한 최소 길이를 가질 수 있다. 유사하게, 전달 부재(318)는, 전달 부재(218)에 관하여 상기 논의된 바와 같이, 반응성 종의 손실을 최소화하기 위해, 짧아지며, 가열될 수 있다. 전달 부재(318)의 중심 축 "D"는 파이프라인(105)의 길이방향 축 "B"에 대해 각도 "θ"로 홀딩될 수 있다. 대부분의 예들에서, 각도 "θ"는 약 60° 내지 약 110°, 예컨대, 약 90이다. 이온 필터들이 전달 부재(318) 내에서 사용되지 않는 경우들에서, 전달 부재(318)는, 전자들 또는 다른 대전된 입자들과 이온들의 충돌 또는 이온들의 반응을 촉진하기 위해, 약 10° 내지 약 70°, 예컨대, 약 20° 내지 약 45°의 각도 "θ"로 홀딩될 수 있다. 이온 필터 및/또는 경사진 전달 부재(318)의 사용은, 대부분의 또는 전체의 이온들이, 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(312)에 진입하기 이전에 제거되는 것을 보장한다. 임의의 경우에, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버(104)를 빠져나가는 프로세스-후 가스들 및/또는 다른 재료들과 반응하여 이들을 더 환경적이고 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환하도록 예상된다.
[0047] 동작 시에, 깨끗하고 비-증착 가스들인 저감 시약들이 가스 라인(316)을 통해 반응기 본체(306) 내로 도입된다. 반응기 본체(306)의 캐소드는, 압력 조절 디바이스(322), 반응기 본체(306)의 파트(part), 또는 플라즈마 가스 전달 시스템(312)이 될 수 있는 애노드와 캐소드 사이에 (저감 시약들로부터) 플라즈마를 생성하기 위해, 전력 소스(308)에 의해 전력이 공급된다. 생성된 플라즈마는, 대부분의 또는 전체의 이온들이, 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템(312)에 진입하기 이전에 제거되도록, 이온 필터(330)에 의해 필터링된다. 그런 다음에, 저감 시약의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버(104)를 빠져나가는 프로세스-후 가스들 및/또는 다른 재료들과 반응하여 이들이 펌프(118)에 진입하기 전에 이들을 더 환경적이고 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환한다. 결과적으로, 펌프(118) 내에서의 증착 종의 응축이 회피되거나 최소화된다.
[0048] 도 4a는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 1-3의 반응기 본체 대신에 사용될 수 있는 반응기 본체(400)의 개략적인 평면도를 도시한다. 반응기 본체(400)는, 내부에 플라즈마 여기 영역을 정의하는 원통 형상을 가질 수 있다. 반응기 본체(400)는 금속 재료, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(400)는, 코팅된 금속, 예컨대, 아노다이징된 알루미늄 또는 니켈로 코팅된 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(400)는 내화 금속(refractory metal)으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(400)는 절연 재료, 예컨대, 석영 또는 세라믹으로 만들어질 수 있거나, 또는 플라즈마 프로세스를 수행하기에 적합한 임의의 다른 재료로 만들어질 수 있다.
[0049] 반응기 본체(400)는, 반응기 본체(400)의 내부 표면으로부터 반응기 본체(400) 내에 배치된 중앙 전극(406)으로 내측으로 연장된 복수의 돌출부들(402)을 가질 수 있다. 돌출부들(402)은 전기 전도성이며, 가스 이온화를 증진시킬 수 있고 플라즈마 밀도를 증가시킬(boost) 수 있다. 돌출부들(402)은 금속 실린더(즉, 반응기 본체(400))로부터 기계가공될(machined) 수 있다. 각각의 돌출부들(402)은 전극으로서 역할을 할 수 있다. 돌출부들(402)은 반응기 본체(400)의 내측 둘레(404) 주위에 균등하게 이격될 수 있다. 임의의 둘 또는 그 초과의 근접하게 이격된 돌출부들, 특히 2개의 이웃한 돌출부들은 돌출부들의 표면들 사이에 효과적인 중공형 캐소드 영역을 형성한다. 그러한 영역에서 형성된 플라즈마는 전극 표면들 양자 모두에서 시스(sheath)로 특징지어진다. (이온 충돌 때문에) 전극 표면으로부터 방출되는 전자들은, 시스에 걸쳐서 플라즈마 내로 가속되고, 전극 표면들 양자 모두에서 시스들에 의해 반발되며(repelled), 따라서 방전 영역으로부터 탈출하는 것이 가능하지 않다. 이러한 포획된(entrapped) 전자들은 가스의 높은 레벨의 이온화를, 그리고 따라서 전극들 사이에서 매우 밀도가 높은 플라즈마를 야기한다. 특히, 형성된 플라즈마는 낮은 임피던스(전극들 상에서 낮은 전압)를 가지며, 상대적으로 높지 않은(modest) 전력 레벨들에서 고효율 전류 흐름을 허용한다.
[0050] 도 1-3에서 언급된 그러한 전력 소스들과 같은 전력 소스(408)는, 돌출부들(402)에 전력을 제공하기 위해 반응기 본체(400) 내에 형성된 돌출부들(402)에 연결된 일 단부, 및 중앙 전극(406)에 연결된 다른 단부를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(400)는 접지부에 연결될 수 있다. 전력 소스(408)는, 연속적인 RF 전력, 연속적인 DC 전력, RF 펄싱 주파수(예컨대, 0.25-10kHz)를 갖는 RF 전력, 또는 DC 펄싱 주파수(예컨대, 5-100kHz)를 갖는 DC 전력을 제공하도록 구성된, 무선 주파수(RF) 소스 및/또는 직류(DC) 전력 소스일 수 있다.
[0051] 일 실시예에서, 반응기 본체(400)는, 외부적으로 인가되는 자기장을 사용하는 이온화 강화 반응기(ionization enhanced reactor)일 수 있다. 자기장은, 대략 반응기 본체(400)에 배치된, 헬름홀츠(Helmholtz) 코일, 또는 영구 자석들, 예컨대, 희토류(rare-earth) 자석들의 어레이를 통해 인가될 수 있다. 대전된 입자들을 한정하고 이들을 반응 용적 내부에 유지하기 위해 자기장이 인가되며, 이로써, 반응기 본체 내부의 플라즈마 밀도를 증진시킨다. 자석들의 어레인지먼트는 반응기 본체(400) 주위에 동일하게 이격될 수 있다. 자기장은, 반응기 본체 내에 배치된 임의의 기준 컴포넌트, 예컨대, 중앙 전극(406)에 대해 수직으로 또는 수평으로 인가될 수 있다. 일 예에서, 자석들은, 수직 균일도 변화가 더 허용 가능하다는 점을 고려하여, 자기장이 수직으로 인가되도록 배열된다. 임의의 경우에, 자석들의 방위각으로 균일한 어레인지먼트를 유지하는 것이 유리할 수 있다.
[0052] 도 4b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 상부에 배치된 가스 분배 플레이트(410)를 갖는 반응기 본체(400)의 개략적인 단면도를 도시한다. 가스 분배 플레이트(410)는 일반적으로, 반응기 본체(400)와 가스 라인(416)(예컨대, 도 1-3에 관하여 상기 설명된 가스 라인(124, 216, 316)) 사이에 배치된다. 가스 분배 플레이트(410)는, 도시된 바와 같이 반응기 본체(400)의 정상부 상에 적층된(stacked) 디스크(disc)-형상 컴포넌트일 수 있거나, 반응기 본체(400) 내에 끼워맞춤(fit)되도록 크기가 정해질 수 있다. 가스 분배 플레이트(410)는, 반응기 본체(400) 내로의 저감 시약들의 더 균일한 전달을 위해, 가스 분배 플레이트(410)를 통해 형성된 복수의 홀들(412)을 가질 수 있다. 반응기 본체(400)는 (도 1-3에 관하여 상기 설명된 전달 부재(126, 218, 318)와 같은) 전달 부재(418)를 통해 (도 1-3에 관하여 상기 설명된 플라즈마 가스 전달 시스템(110, 212, 312)과 같음) 플라즈마 가스 전달 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 가스 분배 플레이트(410)는 전력 소스(408)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 전달 부재가 전기 전도성 재료로 만들어진 경우, 격리 링(414)이 반응기 본체(400)와 전달 부재 사이에 배치될 수 있다. 격리 링(414)은 세라믹으로 만들어질 수 있고, 스파킹(sparking)을 피하기 위해 높은 항복 전압(breakdown voltage)을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 전력 소스(408)는 반응기 본체(400)의 돌출부들에 연결될 수 있고, 전달 부재는 접지부에 연결된다.
[0053] 도 5a는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 도 1-3의 반응기 본체 대신에 사용될 수 있는 반응기 본체(500)의 개략적인 평면도를 도시한다. 반응기 본체(500)는, 내부에 플라즈마 여기 영역을 정의하는 원통 형상을 가질 수 있다. 반응기 본체(500)는 금속 재료, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(500)는, 코팅된 금속, 예컨대, 아노다이징된 알루미늄 또는 니켈로 코팅된 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(500)는 내화 금속으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 반응기 본체(500)는 절연 재료, 예컨대, 석영 또는 세라믹으로 만들어질 수 있거나, 또는 플라즈마 프로세스를 수행하기에 적합한 임의의 다른 재료로 만들어질 수 있다.
[0054] 유사하게, 반응기 본체(500)는, 반응기 본체(500)의 내부 표면으로부터 반응기 본체(500) 내에 배치된 중앙 전극(506)으로 내측으로 연장된 복수의 돌출부들(502)을 가질 수 있다. 돌출부들(502)은 금속 실린더(즉, 반응기 본체(500))로부터 기계가공될 수 있다. 각각의 돌출부들(502)은 전기 전도성이며 전극으로서 역할을 할 수 있다. 돌출부들(502)은, 돌출부들(402)에 관하여 상기 논의된 바와 같이, 가스 이온화를 증진시키고 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 돌출부들(502)은 반응기 본체(500)의 내측 둘레(504) 주위에 균등하게 이격될 수 있다.
[0055] 도 1-3에서 언급된 그러한 전력 소스들과 같은 전력 소스(508)는 중앙 전극(506) 및/또는 돌출부들(502)에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응기 본체(500)는 접지부에 연결될 수 있다. 전력 소스(508)는, 연속적인 RF 전력, 연속적인 DC 전력, RF 펄싱 주파수(예컨대, 0.25-10kHz)를 갖는 RF 전력, 또는 DC 펄싱 주파수(예컨대, 5-100kHz)를 갖는 DC 전력을 제공하도록 구성된, 무선 주파수(RF) 소스 및/또는 직류(DC) 전력 소스일 수 있다.
[0056] 도 5b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 상부에 배치된 가스 분배 플레이트(510)를 갖는 반응기 본체(500)의 개략적인 단면도를 도시한다. 가스 분배 플레이트(510)는 일반적으로, 반응기 본체(500)와 가스 라인(516)(예컨대, 도 1-3에 관하여 상기 설명된 가스 라인(124, 216, 316)) 사이에 배치된다. 가스 분배 플레이트(510)는, 도시된 바와 같이 반응기 본체(500)의 정상부 상에 적층된 디스크-형상 컴포넌트일 수 있거나, 반응기 본체(500) 내에 끼워맞춤되도록 크기가 정해질 수 있다. 가스 분배 플레이트(510)는, 반응기 본체(500) 내로의 저감 시약들의 더 균일한 전달을 위해, 가스 분배 플레이트(510)를 통해 형성된 복수의 홀들을 가질 수 있다. 반응기 본체(500)는 (도 1-3에 관하여 상기 설명된 전달 부재(126, 218, 318)와 같은) 전달 부재(518)를 통해 (도 1-3에 관하여 상기 설명된 플라즈마 가스 전달 시스템(110, 212, 312)과 같은) 플라즈마 가스 전달 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 일 실시예에서, 가스 전달 플레이트(510)는 전력 소스(508)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 전달 플레이트(510) 및 전달 부재는 양자 모두 접지될 수 있다. 그러한 경우에, 반응기 본체(500)는, 각각, 제 1 격리 링(512) 및 제 2 격리 링(514)에 의해, 가스 분배 플레이트(510) 및 전달 부재로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 제 1 및 제 2 격리 링들(512, 514)은 세라믹으로 만들어질 수 있고, 스파킹을 피하기 위해 높은 항복 전압을 가질 수 있다.
[0057] 요약하면, 본 개시내용의 실시예들은, 기판 프로세싱 챔버(챔버 내에 배치된 기판 지지부를 가짐)와 펌프 사이에 연결된 배기 파이프를 세정하기 위한 목적으로 사용되는 원격 플라즈마 소스를 제공한다. 본 개시내용의 이점들은, 원격 플라즈마 소스가 오직, 세정 또는 저감 가스의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들만을, 기판 프로세싱 챔버와 펌프 사이의 유동 경로에 로케이팅된 하류의 플라즈마 가스 전달 시스템 내에 제공한다는 것에 있다. 이러한 세정 가스의 에너지적으로 여기된 중성 종 및/또는 라디칼들은, 기판 프로세싱 챔버를 빠져나가는 프로세스-후 가스들 및/또는 다른 재료들과 반응하여 이들이 펌프에 진입하기 전에 이들을 더 환경적이고 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환한다. 반응성 중성 종은 또한, 파이프라인 벽 상의 임의의 응축된 필름들과 반응하며, 오래 존재하는(long living) 반응성 중성 종은 더 먼 하류로 이동하여, 펌프의 내측 표면들 및 이동하는 컴포넌트들 상의 증착물들(deposits)을 세정할 수 있다. 결과적으로, 펌프 및 파이프라인 내에서의 증착 종의 응축이 회피되거나 최소화된다. 따라서, 펌핑 성능이 개선된다. 부가적으로, 상류의 플라즈마 소스는, 종래의 시스템에서 구현되는 바와 같이 플라즈마 소스를 배기부에 넣기(submerging) 보다는, 저감 장소(site) 근처에 구현된다. 이러한 방식으로, 대전된 반응물의 일부 및 반응성 종(중성)은 배기 환경 내에 주입되고, 그런 다음에 배기 가스와 반응하며, 이는 또한, 펌프 블레이드들을 포함하는 표면을 세정한다. 특히, 상류의 플라즈마 반응기에서 증착 종을 거의 볼 수 없고 따라서 플라즈마 반응기의 전기적 특성들이 지속되며, 이에 의해, 장기간의 플라즈마 점화 프로세스(plasma striking process)를 지속할 수 있다. 게다가, 반응기 내부의 플라즈마 밀도를 증진시키기 위해, 대전된 입자를 한정하고 이들을 반응 용적 내부에 유지하도록 자기장이 인가될 수 있다.
[0058] 전술한 내용은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 개시물의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 개시물의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 장치로서,
    기판 프로세싱 챔버에 배치된 기판 지지부를 갖는 기판 프로세싱 챔버;
    상기 기판 프로세싱 챔버를 진공배기(evacuate)하도록 포지셔닝된(positioned) 펌프; 및
    저감 시스템(abatement system)을 포함하고,
    상기 저감 시스템은,
    상기 기판 프로세싱 챔버와 상기 펌프 사이에 포지셔닝된 플라즈마 가스 전달 시스템 - 플라즈마 가스 전달 시스템은 상기 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 제 1 단부 및 상기 펌프에 커플링된 제 2 단부를 가짐 -;
    전달 부재를 통해 상기 플라즈마 가스 전달 시스템에 커플링된 반응기 본체(reactor body) - 상기 반응기 본체는 상기 반응기 본체 내에 플라즈마 여기(excitation) 영역을 정의함 -;
    상기 반응기 본체에 커플링된 세정 가스 소스; 및
    상기 반응기 본체에 커플링된 전력 소스를 포함하고,
    상기 반응기 본체는 반응기 본체 내에 배치된 중앙 전극 및 반응기 본체의 내부 표면으로부터 상기 중앙 전극으로 내측으로 연장된 복수의 전기 전도성 돌출부들을 포함하고,
    상기 전력 소스는 상기 복수의 전기 전도성 돌출부들에 연결된 일 단부 및 상기 중앙 전극에 연결된 다른 단부를 가지는 것인,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체는, 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버, 용량 결합 플라즈마(CCP) 챔버, 마이크로파 유도(MW) 플라즈마 챔버, 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 챔버, 고밀도 플라즈마(HDP) 챔버, 자외선(UV) 챔버, 열선 필라멘트 화학 기상 증착(filament of a hot wire chemical vapor deposition; HW-CVD), 또는 이들의 임의의 조합인,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 소스는, 프로세스 동안, 연속적인 RF 전력, 연속적인 DC 전력, RF 펄싱 주파수를 갖는 RF 전력, 또는 DC 펄싱 주파수를 갖는 DC 전력을 제공하는,
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 전달 시스템은, 상기 기판 프로세싱 챔버에 연결되는 파이프라인을 포함하고, 상기 전달 부재는 상기 파이프라인의 길이방향 축에 대해 어떠한 각도로(at an angle) 포지셔닝되며, 상기 각도는 20° 내지 45° 또는 60° 내지 110°인,
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체와 상기 플라즈마 가스 전달 시스템 사이에 배치된 이온 필터를 더 포함하는,
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 가스 소스와 상기 반응기 본체 사이에 배치된 제 1 압력 조절 디바이스 - 상기 제 1 압력 조절 디바이스는, 프로세스 동안, 상기 세정 가스 소스 내부의 압력을 상기 반응기 본체 내부의 압력보다 더 높은 레벨(level)에 설정함 -; 및
    상기 기판 프로세싱 챔버와 상기 플라즈마 가스 전달 시스템 사이에 배치된 제 2 압력 조절 디바이스 - 상기 플라즈마 가스 전달 시스템은 상기 기판 프로세싱 챔버에 연결되는 파이프라인을 포함하고, 상기 제 2 압력 조절 디바이스는, 프로세스 동안, 상기 파이프라인 내부의 압력을 상기 플라즈마 가스 전달 시스템 내부의 압력보다 더 높은 레벨에 설정함 - 를 더 포함하는,
    장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 반응기 본체의 내측 둘레 주위에 균등하게 이격되는,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 본체와 상기 세정 가스 소스 사이에 배치된 가스 분배 플레이트를 더 포함하고, 상기 가스 분배 플레이트는 상기 가스 분배 플레이트를 통해 형성된 복수의 홀들을 포함하는,
    장치.
  10. 장치로서,
    기판 프로세싱 챔버에 배치된 기판 지지부를 갖는 기판 프로세싱 챔버;
    상기 기판 프로세싱 챔버를 진공배기하도록 포지셔닝된 펌프; 및
    저감 시스템을 포함하고,
    상기 저감 시스템은,
    상기 기판 프로세싱 챔버와 상기 펌프 사이에 포지셔닝된 플라즈마 가스 전달 시스템 - 플라즈마 가스 전달 시스템은 상기 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 제 1 단부 및 상기 펌프에 커플링된 제 2 단부를 가짐 -;
    전달 부재를 통해 상기 플라즈마 가스 전달 시스템에 연결된 반응기 본체 - 상기 반응기 본체는 상기 반응기 본체 내에 플라즈마 여기 영역을 정의하고, 상기 전달 부재는 가열 엘리먼트에 의해 가열됨 -;
    상기 반응기 본체 주위에 배치된 복수의 자석들;
    상기 반응기 본체에 연결된 세정 가스 소스; 및
    상기 반응기 본체에 커플링된 전력 소스를 포함하고,
    상기 반응기 본체는 반응기 본체 내에 배치된 중앙 전극 및 반응기 본체의 내부 표면으로부터 상기 중앙 전극으로 내측으로 연장된 복수의 전기 전도성 돌출부들을 포함하고,
    상기 전력 소스는 상기 복수의 전기 전도성 돌출부들에 연결된 일 단부 및 상기 중앙 전극에 연결된 다른 단부를 가지는 것인,
    장치.
  11. 장치로서,
    기판 프로세싱 챔버에 배치된 기판 지지부를 갖는 기판 프로세싱 챔버;
    상기 기판 프로세싱 챔버의 하류에 배치된 진공 펌프; 및
    상기 기판 프로세싱 챔버와 상기 진공 펌프 사이의 유동 경로에 포지셔닝된 저감 시스템을 포함하고,
    상기 저감 시스템은,
    반응기 본체 내에 플라즈마 여기 영역을 정의하는 반응기 본체;
    가스 라인을 통해 상기 반응기 본체의 제 1 단부에 연결된 저감 가스 전달 시스템;
    전달 부재를 통해 상기 반응기 본체의 제 2 단부에 연결된 플라즈마 가스 전달 시스템 - 상기 플라즈마 가스 전달 시스템의 제 1 단부는 상기 기판 프로세싱 챔버에 연결되고, 상기 플라즈마 가스 전달 시스템의 제 2 단부는 상기 진공 펌프에 연결됨 -;
    상기 반응기 본체와 상기 플라즈마 가스 전달 시스템 사이에 배치된 이온 필터; 및
    상기 반응기 본체에 커플링된 전력 소스를 포함하고,
    상기 반응기 본체는 반응기 본체 내에 배치된 중앙 전극 및 반응기 본체의 내부 표면으로부터 상기 중앙 전극으로 내측으로 연장된 복수의 전기 전도성 돌출부들을 포함하고,
    상기 전력 소스는 상기 복수의 전기 전도성 돌출부들에 연결된 일 단부 및 상기 중앙 전극에 연결된 다른 단부를 가지는 것인,
    장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응기 본체는, 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버, 용량 결합 플라즈마(CCP) 챔버, 마이크로파 유도(MW) 플라즈마 챔버, 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 챔버, 고밀도 플라즈마(HDP) 챔버, 자외선(UV) 챔버, 열선 필라멘트 화학 기상 증착(filament of a hot wire chemical vapor deposition; HW-CVD), 또는 이들의 임의의 조합이고, 전력 소스는, RF 전력, DC 전력, 마이크로파 전력, UV 전력, 고열(intense heat)을 사용하는 전력, 전자 싱크로트론 방사광(electron synchrotron radiation)을 사용하는 전력, 또는 이들의 임의의 조합인,
    장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    세정 가스 소스와 상기 반응기 본체 사이에 배치된 제 1 압력 조절 디바이스 - 상기 제 1 압력 조절 디바이스는, 프로세스 동안, 상기 세정 가스 소스 내부의 압력을 상기 반응기 본체 내부의 압력보다 더 높은 레벨에 설정함 -; 및
    상기 기판 프로세싱 챔버와 상기 플라즈마 가스 전달 시스템 사이에 배치된 제 2 압력 조절 디바이스 - 상기 제 2 압력 조절 디바이스는, 프로세스 동안, 상기 기판 프로세싱 챔버 내부의 압력을 상기 플라즈마 가스 전달 시스템 내부의 압력보다 더 높은 레벨에 설정함 - 를 더 포함하는,
    장치.
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응기 본체와 세정 가스 소스 사이에 배치된 가스 분배 플레이트를 더 포함하고, 상기 가스 분배 플레이트는 상기 가스 분배 플레이트를 통해 형성된 복수의 홀들을 포함하는,
    장치.
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