KR102532163B1 - 개선된 플라즈마 저항을 갖는 유전체 플라즈마 챔버를 가지는 플라즈마 소스 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버가 제공된다. 플라즈마 챔버는 플라즈마 채널을 규정하며, 플라즈마 채널의 길이를 따라 반대편에 배치되는 제1 측면 및 제2 측면을 갖는다. 플라즈마 챔버는, 유전체 재료로 구성되는 제1 섹션 및 제2 섹션 그리고 제1 섹션의 제1 플랜지와 제2 섹션의 제3 플랜지 사이에서 그리고 제1 섹션의 제2 플랜지와 제2 섹션의 제4 플랜지 사이에서 제1 및 제2 섹션들을 함께 접합하는 인터페이스를 포함한다.

Description

개선된 플라즈마 저항을 갖는 유전체 플라즈마 챔버를 가지는 플라즈마 소스
[0001] 본 발명은 일반적으로, 플라즈마 생성 및 처리 장비의 분야에 관한 것이고, 그리고 더 구체적으로, 플라즈마 화학반응들 및 오염에 대한 개선된 저항을 갖는 플라즈마 생성 및 처리를 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 플라즈마 방전들은 이온들, 자유 래디칼들, 원자들 및 분자들을 보유하는 활성화된 가스들을 생성하기 위해 가스들을 여기하는데(excite) 사용될 수 있다. 활성화된 가스들은 반도체 웨이퍼들, 분말들 및 다른 가스들과 같은 고형물 재료들을 처리하는 것을 포함하는 다수의 산업 및 과학 적용들에 대해 사용된다. 플라즈마의 매개변수들 및 처리되고 있는 재료에 대한 플라즈마의 노출의 조건들은 적용에 따라 매우 폭넓게 변한다.
[0003] 예를 들어, 일부의 적용들은, 처리되고 있는 재료가 손상에 대해 민감하기 때문에 낮은 운동 에너지(즉, 수 전자 볼트)를 가진 이온들의 사용을 요구한다. 이방성 식각(anisotropic etching) 또는 평탄화된 유전체 증착과 같은 다른 적용들은 높은 운동 에너지를 가진 이온들의 사용을 요구한다. 반응성 이온 빔 식각과 같은 또 다른 적용들은 이온 에너지의 정밀한 제어를 요구한다.
[0004] 일부 적용들은 고밀도 플라즈마에 대한 처리되고 있는 재료의 직접적인 노출을 요구한다. 이러한 일 적용은 이온-활성화된 화학 반응들을 생성하는 것이다. 다른 적용들은 재료를 식각하는 것 그리고 재료를 높은 종횡비 구조들로 증착하는 것을 포함한다. 다른 적용들은, 재료가 이온들에 의해 유발되는 손상에 민감하기 때문에 또는 프로세스가 높은 선택성 요건들을 가지기 때문에 플라즈마로부터 처리되고 있는 재료를 차폐하는 것을 요구한다.
[0005] 플라즈마들은 DC(direct current) 방전, RF(radio frequency) 방전, 마이크로파 방전을 포함하는 다양한 방식들로 생성될 수 있다. DC 방전들은 가스에서의 2개의 전극들 사이에 전위를 적용함으로써 달성된다. RF 방전들은 전력공급장치로부터 플라즈마로 에너지를 용량적으로 또는 유도적으로 커플링함으로써 달성된다. 마이크로파 방전들은 마이크로파 에너지 소스를 가스를 보유하는 방전 챔버에 커플링함으로써 생성될 수 있다.
[0006] 플라즈마 방전들은, 플라즈마를 구성하는 하전된 종들(charged species) 및 플라즈마에 의해 활성화될 수 있는 중립 종들 둘 모두가 처리되고 있는 재료와 밀접하게 접촉하는 방식으로 생성될 수 있다. 대안적으로, 플라즈마 방전은, 처리되고 있는 재료로부터 원격으로 생성될 수 있어서, 중성 종들이 처리되고 있는 재료에 여전히 접촉할 수 있는 동안, 비교적 적은 수의 하전된 종들은 처리되고 있는 재료와 접촉하게 된다. 이러한 플라즈마 방전은 일반적으로, 원격 또는 하류 플라즈마 방전으로 칭해진다. 그의 구성, 처리되고 있는 재료에 대한 위치결정, 및 작동 조건들(예컨대, 가스 종들, 압력, 유량 및 플라즈마로 커플링된 전력)에 따라, 플라즈마 소스는 이러한 2개의 일반적인 유형들 중 하나 또는 둘 모두의 특성들을 가질 수 있다.
[0007] 기존의 원격 플라즈마 소스들은 일반적으로 플라즈마를 생성하기 위해 RF 또는 마이크로파 전력을 활용한다. 현재 소스들이 많은 적용들을 성공적으로 지원하지만, 수개의 기술적인 제한들은 이러한 소스들의 실제적인 사용에서 남아있다. 예를 들어, 마이크로파 기반 원격 플라즈마 소스들은 일반적으로 RF 소스들보다 더 고가인데, 왜냐하면 마이크로파 전력이 일반적으로 부하를 생성, 운반 및 일치시키는데 더 고가이기 때문이다. 마이크로파 소스들 및 전력 운반 시스템은 또한 일반적으로 RF 소스들보다 더 부피가 크고 그리고 마이크로파 전력을 생성하는 튜브를 주기적인 교체를 요구한다.
[0008] 어느 정도의 용량성뿐만 아니라 유도성 커플링을 가지는 RF 원격 플라즈마 소스들은 대응하는 마이크로파 소스들보다 더 저렴하고 그리고 더 작을 수 있다. 그러나, 플라즈마 점화 프로세스를 돕는 용량성 커플링은 플라즈마에서 생성되는 에너지 이온들에 의한 이들의 벽들의 충격(bombardment)으로 인해 플라즈마 챔버의 노출된 벽들의 열화로 이어질 수 있다. 유도성 RF 커플링을 활용하지만, 연관된 용량성 커플링을 최소화하는 RF 원격 플라즈마 소스들은 플라즈마 용기 표면들의 적은 이온-유도된 열화를 나타낼 수 있다. 그러나, 용량성 커플링의 감소 또는 제거는 특히, 광범위한 프로세스 조건들에 걸쳐 플라즈마 점화를 획득하기에 어렵게 할 수 있다.
[0009] 기존의 원격 플라즈마 소스들의 경우의 제2의 어려움은 플라즈마에서 생성되고 그리고 플라즈마 챔버의 벽들 상에 증착되는 열의 제거이다. 이는 특히, 플라즈마 챔버가 복잡한 형상을 가질 때 그리고/또는 유전체 플라즈마 챔버와 접촉하는 다량의 유체로의 직접적인 냉각이 바람직하지 않거나 비실용적인 유전체 재료로 플라즈마 챔버가 구성될 때의 경우이다. 이는, 플라즈마로 신뢰가능하게 커플링될 수 있는 전력을 제한하는 효과를 갖는다.
[0010] 미국 특허 번호 제7,659,489호에 설명되는 것들과 같은 기존의 플라즈마 챔버들 중 일부는 요망되는 형상(예컨대, 토러스 형상(torus shape))을 생성하기 위해 고온 형성 및 용접의 조합에 의해 석영 재료를 사용하여 제조된다. 석영 플라즈마 챔버의 하나의 주요 단점은, 이러한 화학물질들에 노출되었을 때 석영의 화학적 및 물리적 침식의 높은 속도로 인해 수소(H*), 불소(F*) 및/또는 염소(Cl*)와 같은 수소 및/또는 할로겐 플라즈마 화학물질들과 호환불가능하다는 점이다.
[0011] 또한, 미국 특허 번호 제7,166,816호에서 설명되는 것들과 같은 기존의 일부 플라즈마 챔버들은 알루미늄으로 수개의 플라즈마 블록들을 기계가공함으로써 제조되며, 플라즈마 블록들은 요망되는 형상(예컨대, 토러스 형상)의 플라즈마 채널을 형성하도록 연결된다. 플라즈마 채널의 내부 표면은 기초 금속과 플라즈마 사이에 유전체 장벽을 형성하기 위해 증착 프로세스(예컨대, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착 또는 플라즈마 스프레이) 또는 변환 프로세스(예컨대, 경질 양극산화(hard anodization))를 사용하여 코팅될 수 있다. 유전체 코팅을 갖는 알루미늄 플라즈마 블록들로 제조된 플라즈마 챔버의 하나의 단점은, 코팅이 통상적으로 대략 수 내지 수십 마이크로미터로 얇고 그리고 이에 따라 유전체 코팅의 절연 파괴부(electrical breakdown)로 인해 인-프로세스 가스를 점화시키기 위해 요구되는 높은 플라즈마 점화 전압을 견딜 수 없다는 점이다. 아르곤과 같은 불활성 가스는 점화 전압을 낮추기 위해 점화 가스로서 사용될 수 있지만, 점화 가스로부터 프로세스 가스로의 전환은 펄스식 플라즈마 적용들에서 처리량이 감소시키는 시간 지연으로 이어진다. 얇은 코팅들의 경우의 다른 단점은, 코팅들에서의 결함이 플라즈마 챔버에서의 반응성 가스들에 기저에 있는 알루미늄을 노출하는 경우 플라즈마 챔버 본체를 적절하게 보호할 수 없다는 점이다. 게다가, 경질 양극산화를 사용하는 것과 같은 변환 코팅들의 경우에, 플라즈마에 직접적으로 노출되는 코팅의 순도는 기초 알루미늄 합금의 순도에 따른다. 예를 들어, 6061 알루미늄은 95.8% 내지 98.6%의 알루미늄 함량을 가지며, 잔부는 다른 금속성 합금 원소들이다. 이러한 다른 금속성 불순물들은 반도체 처리에서 잠재적인 오염원들이 될 수 있다. 또한, 많은 기계가공된 플라즈마 채널 기하학적 형상들은 2:1 내지 10:1의 범위의 종횡비(길이 대 직경 비율)의 깊은 홀들을 갖는다. 이러한 높은 종횡비 홀들은 물리적 기상 증착(PVD) 또는 플라즈마 스프레이 방법들을 사용하여 코팅하는데 비실용적인데, 왜냐하면 이러한 코팅들은 개방 단부로부터 적용되고 그리고 도달하기 어려운 영역들에서 필수적인 코팅 두께보다 훨씬 더 작은 것을 초래할 수 있기 때문이다. 높은 종횡비 홀들은 예를 들어, CVD(chemical vapor deposition) 또는 ALD(atomic layer deposition)과 같은 다른 증착 프로세스를 사용하여 순응적으로(conformally) 코팅될 수 있다. 그러나, CVD 및 ALD에 대한 증착 속도들은 스프레이 코팅에 대한 증착 속도보다 훨씬 더 낮아, 이러한 증착 프로세스들을 느리고 엄청나게 고가가 되게 한다.
[0012] 추가적으로, 미국 특허 번호 제8,053,700호에 설명되는 것들과 같은 기존의 일부 플라즈마 챔버들 요망되는 형상(예컨대, 토러스 형상)을 달성하기 위해 일반적으로 선형인 다수의 유전체 튜브들을 연결함으로써 형성된다. 비록 플라즈마 챔버의 빌딩 블록들(building blocks)로서의 일반적으로 선형 튜브들의 사용이 이용가능한 재료들의 이용가능한 범위를 넓히지만, 주요 단점은, 선형 튜브들의 사용이 제조 복잡성 및 비용을 증가시킨다는 점이다.
[0013] 반도체 처리에서 금속성 오염을 최소화하면서, 특정한 플라즈마 화학물질들, 예컨대 수소 및/또는 할로겐 플라즈마 화학물질들에 대한 개선된 저항을 가지는 플라즈마 챔버들에 대한 요구가 존재한다. 보다 적은 복잡성 및 비용으로 제조될 수 있는 플라즈마 챔버들에 대한 요구가 또한 존재한다.
[0014] 본 발명은 인-프로세스 가스들(in-process gases)을 점화할 수 있는 두꺼운 벽이 형성된 플라즈마 챔버들을 제공하며, 여기서 플라즈마 챔버들은 플라즈마 화학물질들, 예컨대 수소 및/또는 할로겐 플라즈마 화학물질들과 호환가능한 (예컨대, 화학물질들에서 낮은 침식 속도를 가지는) 고순도 유전체 재료들로 제조될 수 있다. 고순도 유전체 재료들은 또한 반도체 처리에서 금속성 오염을 최소화할 수 있다. 고순도 유전체 재료들은 개선된 열-기계적 특성들을 더 제공한다.
[0015] 일 양태에서, 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버가 제공된다. 플라즈마 챔버는 플라즈마 채널을 규정하며, 플라즈마 채널은 플라즈마 채널의 길이를 따라 반대편에 배치되는 제1 측면 및 제2 측면을 갖는다. 플라즈마 챔버는 유전체 재료로 구성되는 제1 섹션을 포함한다. 제1 섹션은 (i) 플라즈마 채널의 제1 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 제1 측면을 넘어 연장하는 제1 플랜지, 및 (ii) 플라즈마 채널의 제2 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 제2 측면을 넘어 연장하는 제2 플랜지를 갖는다. 플라즈마 챔버는 또한 유전체 재료로 구성되는 제2 섹션을 포함한다. 제2 섹션은 (i) 플라즈마 채널의 제1 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 제1 측면을 넘어 연장하는 제3 플랜지, 및 (ii) 플라즈마 채널의 제2 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 제2 측면을 넘어 연장하는 제4 플랜지를 갖는다. 플라즈마 챔버는 제1 플랜지와 제3 플랜지 사이에서 그리고 제2 플랜지와 제4 플랜지 사이에서 제1 및 제2 섹션들을 함께 접합하는 인터페이스(interface)를 더 포함한다.
[0016] 다른 양태에서, 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법이 제공된다. 플라즈마 챔버는, 플라즈마 채널의 길이를 따라 반대편에 배치되는 제1 측면 및 제2 측면을 가지는 플라즈마 채널을 규정한다. 본 방법은 유전체 재료로 제1 섹션을 구성하는 단계를 포함한다. 제1 섹션은 (i) 플라즈마 채널의 제1 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 제1 측면을 넘어 연장하는 제1 플랜지, 및 (ii) 플라즈마 채널의 제2 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 제2 측면을 넘어 연장하는 제2 플랜지를 갖는다. 본 방법은 또한 유전체 재료로 제2 섹션을 구성하는 단계를 포함한다. 제2 섹션은 (i) 플라즈마 채널의 제1 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 제1 측면을 넘어 연장하는 제3 플랜지, 및 (ii) 플라즈마 채널의 제2 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 제2 측면을 넘어 연장하는 제4 플랜지를 갖는다. 본 방법은 내부에 플라즈마를 보유하기 위한 플라즈마 채널을 가지는 플라즈마 챔버를 형성하기 위해 제1 및 제2 섹션들을 함께 접합하는 단계를 더 포함한다. 제1 및 제2 섹션들을 접합하는 단계는, 제1 폭을 가지는 제1 접합 플랜지를 생성하기 위해 제1 플랜지와 제3 플랜지 사이에서 그리고 제2 폭을 가지는 제2 접합 플랜지를 생성하기 위해 제2 플랜지와 제4 플랜지 사이에서 접합을 형성하는 단계를 포함한다.
[0017] 위의 양태들 중 임의의 양태는 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 재료는 알루미나(Al2O3) 세라믹이다. 일부 실시예들에서, 유전체 재료는 II족 원소, III족 원소, 란타나이드 또는 그의 혼합물 중 하나의 산화물 또는 질화물이다. 일부 실시예들에서, 유전체 재료는 Y2O3, Sc2O3, La2O3, Ce2O3 또는 MgO 중 하나이다. 일부 실시예들에서, 유전체 재료는 AlN, BN 또는 YN 중 하나이다.
[0018] 일부 실시예들에서, 코팅이 내부에서 플라즈마에 노출된 플라즈마 채널의 적어도 일부분을 형성하는 플라즈마 챔버의 내부 표면 상에 배치된다. 코팅은 Al2O3, Y2O3, Sc2O3, La2O3, Ce2O3, MgO, SiO2, B4C 또는 YAG를 포함하는 합금 중 하나를 포함할 수 있다.
[0019] 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 섹션들은 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 제1 또는 제2 섹션의 벽의 두께는 약 0.04인치 내지 약 0.12인치이다. 일부 실시예들에서, 제1 또는 제2 섹션은 미가공 상태(green state)에서 유전체 재료를 기계가공함으로써 구성된다.
[0020] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버는 (i) 제1 및 제3 플랜지들의 접합에 의해 형성되는 제1 접합 플랜지 ─ 제1 접합 플랜지는 제1 폭을 가짐 ─ ; 및 (ii) 제2 및 제4 플랜지들의 접합에 의해 형성되는 제2 접합 플랜지를 더 포함하며, 제2 접합 플랜지는 제2 폭을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 접합 플랜지의 제1 폭 또는 제2 접합 플랜지의 제2 폭은 약 0.06인치 내지 약 1인치이다. 예를 들어, 제1 또는 제2 폭은 약 0.25인치일 수 있다.
[0021] 일부 실시예들에서, 상기 접합 인터페이스는 유리 프릿(glass frit), 공융 혼합물(eutectic mixture) 또는 에폭시 중 하나인 결합제를 포함한다. 예를 들어, 공융 혼합물은 Al2O3, Y2O3, Sc2O3, Ce2O3, MgO, CaO, 또는 ZrO2중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 섹션들은 제1 및 제2 접합 플랜지들에서 밀폐 밀봉부(hermetic seal)를 생성하기 위해 제1 및 제2 섹션들을 함께 소결함으로써 함께 접합된다. 일부 실시예들에서, 합금제의 층은 소결 전에 제1 섹션 또는 제2 섹션 중 적어도 하나의 내부 표면 상에 배치될 수 있다. 내부 표면은 내부에 플라즈마에 노출되는 플라즈마 채널의 적어도 일부분을 형성하도록 구성된다. 합금화된 코팅은 제1 및 제2 섹션들을 접합하는 소결 프로세스에 의해 그 위에 배치되는 합금제의 층을 가지는 내부 표면의 적어도 일부분 상에서 생성된다.
[0022] 일부 실시예들에서, 플라즈마 채널은 토로이달 루프(loop)를 형성한다. 토로이달 플라즈마 채널은 형상이 원형, 난형(oval), 타원형 또는 다각형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 채널은 선형이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 채널의 단면은 형상이 원형, 직사각형 또는 난형이다. 플라즈마 채널의 단면적은 약 0.2㎠ 내지 약 50㎠이다.
[0023] 추가의 이점들과 함께, 전술된 본 발명의 이점들은 첨부되는 도면들과 연계하여 취해진 다음의 설명을 참조함으로써 더 양호하게 이해될 수 있다. 도면들은 반드시 실척일 필요는 없으며, 대신에 일반적으로 기술의 원리들을 예시할 때 강조된다.
[0024] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 플라즈마 챔버를 도시한다.
[0025] 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버를 형성하기 위한 예시적인 조립체를 도시한다.
[0026] 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 형상이 직사각형인 토로이달 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버를 도시한다.
[0027] 도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 형상이 난형인 토로이달 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버를 도시한다.
[0028] 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 직사각형 내부 윤곽부 및 직사각형 외부 윤곽부를 갖는 단면을 가지는 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버의 일부분을 도시한다.
[0029] 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 원형 내부 윤곽부 및 원형 외부 윤곽부를 갖는 단면을 가지는 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버의 일부분을 도시한다.
[0030] 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 원형 내부 윤곽부 및 육각형 외부 윤곽부를 갖는 단면을 가지는 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버의 일부분을 도시한다.
[0031] 도 8a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버를 포함하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템을 도시한다.
[0032] 도 8b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버를 포함하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템의 절취도를 도시한다.
[0033] 도 8c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버를 포함하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템의 측면도를 도시한다.
[0034] 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 8c의 플라즈마 처리 시스템의 단면도를 도시한다.
[0035] 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 전기적으로 분리된 히트 싱크 세그먼트들을 갖는 도 8c에서 도시되는 플라즈마 처리 시스템의 다른 단면도를 도시한다.
[0036] 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 히트 싱크 세그먼트들에 의해 캡슐화되는 플라즈마 챔버를 포함하는 조립체의 단면도를 도시한다.
[0037] 도 12a 및 도 12b는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 제1 및 제2 접합 플랜지들을 갖는 도 1의 플라즈마 챔버 및 접합 플랜지들이 없는 플라즈마 챔버 각각의 시뮬레이팅된 온도 프로파일을 도시한다.
[0038] 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버를 제조하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한다.
[0039] 도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 플라즈마 챔버를 예시한다.
[0040] 도 15a 내지 도 15d는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스로서 도 8a 내지 도 8c에서 도시되는 플라즈마 처리 시스템을 사용하여 다양한 예시적인 펄스식 작동들을 도시한다.
[0041] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 플라즈마 챔버(100)를 도시한다. 일반적으로, 플라즈마 챔버는, 가스 및/또는 플라즈마를 보유하는 용기 또는 용기의 일부분이며, 용기 내에, 플라즈마는 점화되고(ignited) 그리고/또는 유지될 수 있다. 플라즈마 챔버는, 플라즈마 처리 시스템을 형성하기 위해 발전 및 냉각 구성요소들과 같은 다른 구성요소들과 조합되도록 구성된다. 플라즈마 챔버는 통상적으로, 다양한 형상들을 가지는 하나 이상의 플라즈마 채널들을 규정한다. 예를 들어, 플라즈마 채널은 (예를 들어, 토로이달 플라즈마를 지원하기 위해) 선형 형상 또는 루프 형상을 가질 수 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 플라즈마 챔버(100)는, 폐쇄된 경로에서 플라즈마 전류 순환을 지원하기 위해 폐쇄된 경로를 갖는 루프형 내부 플라즈마 채널(미도시)을 형성하는 것으로 규정되는 토로이달 루프일 수 있다.
[0042] 플라즈마 채널을 포함하는 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 채널의 길이를 따라 반대편에 배치되는 제1 측면(102) 및 제2 측면(104)을 갖는다. 플라즈마 챔버(100)는 또한 제1 폭만큼 제1 측면(102)으로부터 연장하는 제1 접합 플랜지(110)를 포함한다. 플라즈마 챔버(100)는 제2 폭만큼 제2 측면(102)으로부터 연장하는 제2 접합 플랜지(112)를 더 포함한다. 구체적으로, 도 1에 예시되는 원형 토로이달 플라즈마 챔버(100)에 대해, 제1 접합 플랜지(110)는 제1 폭만큼 제1/내부 측(102)으로부터 안쪽으로 연장하며, 그리고 제2 접합 플랜지(112)는 제2/외부 측면(104)으로부터 제2 폭만큼 바깥쪽으로 연장한다. 일반적으로, 내경(inner radius)(즉, 원형 토로이달 플라즈마 챔버(100)의 중심으로부터 제1 측면(102)까지) 및 외경(outer radius)(즉, 원형 토로이달 플라즈마 챔버(100)의 중심으로부터 제2 측면(104)까지)과 같은 원형 토로이달 플라즈마 챔버(100)의 치수들은 플라즈마 채널에서 프로세스 가스의 요구되는 유량 및 요구되는 플라즈마 전력에 기초하여 규정된다. 일부 실시예들에서, 원형 토로이달 플라즈마 챔버(100)의 외경은 약 6인치이다.
[0043] 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버(100)를 형성하기 위한 예시적인 조립체를 도시한다. 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 챔버(100)의 저부 절반부를 형성할 수 있는 제1 섹션(204), 플라즈마 챔버(100)의 최상부 절반부를 형성할 수 있는 제2 섹션(206) 및 플라즈마 챔버(100)의 제1 및 제2 섹션들(204, 206)을 함께 접합시키는 접합 인터페이스(207)(도 1에서 도시됨)를 포함하는 수개의 별개의 섹션들로 구성된다. 제1 및 제2 섹션들(204, 206) 및 접합 인터페이스(207)는 동일한 유전체 재료 또는 2개 이상의 상이한 유전체 재료들로 구성될 수 있다.
[0044] 도시되는 바와 같이, 제1 섹션(204)은 (i) 플라즈마 채널의 일부분을 규정하는 내부 표면을 갖는 제1 벽 부분(208), (ii) 플라즈마 채널의 제1 측면(102)을 따라 위치결정되고 그리고 제1 측면(102)을 넘어 제1 폭만큼 연장하는 제1 플랜지(210), 및 (iii) 플라즈마 채널의 제2 측면(104)을 따라 위치결정되고 그리고 제2 측면(104)을 넘어 제2 폭만큼 연장하는 제2 플랜지(212)를 규정한다. 유사하게, 제2 섹션(206)은 (i) 플라즈마 채널의 일부분을 규정하는 내부 표면을 갖는 제2 벽 부분(214), (ii) 플라즈마 채널의 제1 측면(102)을 따라 위치결정되고 그리고 제1 측면(102)을 넘어 제1 폭만큼 연장하는 제3 플랜지(216), 및 (iii) 플라즈마 채널의 제2 측면(104)을 따라 위치결정되고 그리고 제2 측면(104)을 넘어 제2 폭만큼 연장하는 제4 플랜지(218)를 규정한다. 접합 인터페이스(207)는 각각 제1 및 제3 플랜지들(210, 216) 사이에서 그리고 제1 및 제2 섹션들(204, 206)의 제2 및 제4 플랜지들(212, 218) 사이에서 각각 제1 및 제2 섹션들(204, 206)을 함께 접합함으로써 형성된다. 구체적으로, 접합 인터페이스(207)에서의 접합은, (i) 내부에 가스 및/또는 플라즈마를 보유하기 위한 플라즈마 채널을 협동적으로 규정하는 제1 및 제2 벽 부분들(208, 214), (ii) 제1 폭을 갖는 제1 접합 플랜지(110)를 협동적으로 규정하는 제1 및 제3 플랜지들(210, 216), 및 (iii) 제2 폭을 갖는 제2 접합 플랜지(112)를 협동적으로 규정하는 제2 및 제4 플랜지들(212, 218)을 포함하는 모놀리식 구조로서 플라즈마 챔버(100)를 형성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 접합 플랜지(110)의 제1 폭 및/또는 제2 접합 플랜지(112)의 제2 폭은 약 0.06인치 내지 약 1인치이다. 예를 들어, 제1 또는 제2 폭 둘 모두는 약 0.25인치일 수 있다.
[0045] 일반적으로, 접합 인터페이스(207)에서 제1 접합 플랜지(110) 또는 제2 접합 플랜지(112)를 형성하기 위한 접합 강도는 접합 인터페이스(207)에서의 표면적의 양에 비례한다. 접합 플랜지들(110, 112)의 부재시에, 플라즈마 챔버(100)의 비교적 얇은 제1 벽 부분(208) 및/또는 제2 벽 부분(214)은, 얇은 벽들이 열응력을 완화하기에 유익하더라도, 접합 신뢰성을 손상시킬 수 있는 얇은 접합 인터페이스(207)를 생성하도록 구성된다. 따라서, 제1 접합 플랜지(110) 및 제2 접합 플랜지(112)는 플라즈마 챔버(100)의 제1 및 제2 섹션들(204, 206) 사이의 보다 신뢰가능한 그리고 견고한 접합을 보장하는데 사용된다. 이는 유리하게는 제1 벽 부분(208) 및 제2 벽 부분(214)의 두께가 열-기계적 응력의 최소화를 위해 독립적으로 최적화되는 것을 유발한다.
[0046] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(100)의 제1 및 제2 섹션들(204, 206)은 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 섹션들(204, 206) 각각은 유전체 재료로 형성되고 그리고 미가공 상태에서 기계가공된다. 플라즈마 챔버(100)의 이러한 2개의 섹션들(204, 206)은 다음의 접합 접근법들 중 어느 하나에 의해 접합될 수 있으며, 접합 접근법들은: (i) 접합 플랜지들(110, 112)에서 유리 조인트를 형성하기 위해 플랜지들(210, 212, 216, 218)에서 유리 프릿(glass frit)을 적용하고 그리고 용융하는 단계, (ii) 접합 플랜지들(110, 112)을 형성하기 위해 플랜지들(210, 212, 216, 218)에서 Al2O3, Y2O3, Sc2O3, Ce2O3, MgO, CaO 또는 ZrO2 중 하나 이상을 포함하는 공융 혼합물(eutectic mixture)을 적용하고 그리고 2개의 섹션들(204, 206)을 함께 소결하는 단계, (iii) 접합 플랜지들(110, 112)을 형성하기 위해 2개의 섹션들(204, 206)을 함께 동시소성하는 단계, 또는 (iv) 접합 플랜지들(110, 112)을 형성하기 위해 플랜지들(210, 212, 216, 218)에서 고온 에폭시를 적용하고 그리고 2개의 섹션들(204, 206)을 함께 경화하는 단계를 포함한다. 강력한 밀폐 밀봉부가 접합 플랜지들(110, 112)에 형성될 수 있다.
[0047] 전술된 바와 같이, 제1 및 제2 섹션들(204, 206)을 포함하는 플라즈마 챔버(100)는 동일한 유전체 재료 또는 상이한 유전체 재료들로 제조될 수 있다. 통상적으로, 플라즈마에 대한 특정한 재료의 저항은 식각 속도(예컨대, 분당 마이크론 단위로 측정된 단위 시간당 재료 제거의 속도)로 측정된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(100)를 구성하는데 사용되는 유전체 재료는 할로겐 플라즈마에서의 그의 낮은 식각 속도로 인해 선택되는 고순도(예컨대, 약 99.5% 내지 약 99.9%)의 알루미나(Al2O3) 세라믹 재료이다. 추가적으로, 알루미나는 우수한 열충격 저항성을 입증했으며, 이는 열응력 적용들을 위한 재료 선택 측면에서 또 다른 핵심 매개변수이다. 열충격 저항의 공식은 식[1]에서 나타낸다:
Figure 112021016674898-pct00001
여기서, R은 열충격 저항을 표시하며, σ F 는 재료의 굴곡 강도(MPa)를 표시하며, ν는 포아송비(Poisson’s ratio)를 표시하며, K는 열전도율(W/mK)을 표시하며, E는 영률(GPa)을 표시하며, 그리고 α는 열팽창 계수(㎛/mK)를 표시한다. 식[1]은, 재료가 열응력에 얼마나 잘 저항하는지를 나타내는 단일 숫자를 생성함으로써 열응력 저항에 중요한 수개의 재료 특성들을 조합한다. 저항 값이 높을수록, 재료가 열응력을 더 잘 처리한다. 예를 들어, 기존의 플라즈마 챔버들 중 일부에서 사용되는 유전체 재료인 석영은 약 2500의 열충격 저항 인자를 갖는다. 대조적으로, 알루미나는 주로 그의 높은 강도와 높은 열전도율의 조합으로 인해 약 3400의 열충격 저항을 갖는다. 따라서, 열응력 처리 관점으로부터, 알루미나는 플라즈마 챔버를 구성하는 석영보다 구조적 재료로서 약 1.4배 더 우수하다.
[0048] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(100)를 구성하기 위한 유전체 재료는 II족 원소, III족 원소, 란타나이드(lanthanide) 또는 그의 혼합물 중 하나의 산화물 또는 질화물이다. 예를 들어, 유전체 재료는 Y2O3, Sc2O3, La2O3, Ce2O3 또는 MgO 중 하나일 수 있다. 다른 예로서, 유전체 재료는 AlN, BN 또는 YN 중 하나일 수 있다.
[0049] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(100)의 플라즈마 저항은 Y2O3, Sc2O3 또는 MgO과 같은 II 또는 III족 원소 중 하나의 소량의 산화물로 플라즈마 챔버(100)를 형성하기 위해 유전체 재료(예컨대, Al2O3)를 도핑하거나 합금함으로써 보강된다(enhanced). Al2O3 분말을 소량의 Y2O3, Sc2O3 또는 MgO 분말과 혼합하고 그리고 혼합물을 약 1700℃의 온도로 가열하는 것은 AlxYyOz, AlxScyOz 또는 AlxMgyOz 형태의 화학양론적 합금의 형성을 초래하는 것이 알려져 있다. 이러한 합금은 Al2O3 단독에 비해 F*, Cl* 및 Br*과 같은 할로겐 플라즈마 화학물질을 겪을 때 보다 낮은 침식 속도들을 가지는 것으로 알려져 있다.
[0050] 일부 실시예들에서, 코팅은 접합 인터페이스(207)에서 2개의 섹션들을 함께 접합하기 전에 플라즈마 챔버(100)의 제1 섹션(204)의 제1 벽 부분(208)의 내부 표면 및/또는 제2 섹션(206)의 제2 벽 부분(214)의 내부 표면에 적용된다. 전술된 바와 같이, 2개의 벽 부분들(208, 214)은 그 내부의 플라즈마에 노출되는 플라즈마 채널을 형성하도록 구성된다. 따라서, 코팅은, 내부 표면들이 플라즈마를 직접적으로 향하도록 이러한 2개의 섹션들의 내부 표면에 적용된다. 코팅은 하나 이상의 이트륨(Y2O3), Sc2O3, La2O3, Ce2O3, MgO, SiO2, B4C 또는 YAG의 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이는 Al2O3에 비해 할로겐 플라즈마에서 보다 낮은 식각 속도들을 갖는다. 코팅은 또한 Al2O3를 포함할 수 있다. 일반적으로, 보다 두꺼운 코팅은 침식으로 인해 식각하는데 더 오래 걸리기 때문에 보다 얇은 코팅보다 더 긴 수명을 갖는다. 그러나, 플라즈마 챔버 표면에 대한 코팅의 접착은 코팅 두께와 관련된다. 온도가 변할 때, 코팅 재료와 기초 재료의 열팽창 계수들에서의 불일치는 인터페이스에서 그리고 코팅 재료에 열-기계적 응력들을 생성한다. 이러한 응력들은 온도 또는 온도 구배와 함께 증가하고, 그리고 코팅의 실패를 유발할 수 있다. 최적의 코팅 두께는 대부분의 위에서 언급된 코팅 재료들에 대해 5㎛ 내지 1000㎛의 범위에 있다. 일부 실시예들에서, 바람직한 코팅 두께는 10㎛ 내지 100㎛이다.
[0051] 일부 실시예에서, 플라즈마 또는 화염 스프레이와 같은 코팅 프로세스는 재료의 밀집한 코팅을 제1 벽 부분(208)의 내부 표면 및/또는 제2 벽 부분(214)의 내부 표면에 증착하는데 사용되며, 여기서 코팅 두께는 대략 수 미크론에서 수백 미크론이다. 그러나, 가시선(line-of-sight) 코팅으로서 또한 공지된 스프레이 코팅은 비교적 균일한 코팅 두께를 달성하기 위해 코팅 표면이 잘 노출되도록 요구한다. 도 2에 예시되는 바와 같이, 플라즈마 소스(100)의 피스식(piece-wise) 구조는 스프레이 코팅을 위해 특히 적합한데, 왜냐하면 플라즈마 챔버(100)의 결과적인 플라즈마 채널을 형성하는 제1 벽 부분(208) 및 제2 벽 부분(214)의 내부 표면들이 2개의 섹션들(204, 206)의 접합 전에 용이하게 접근가능하고 그리고 양호하게 노출되기 때문이다.
[0052] 예시적인 코팅 프로세스에서, 합금제의 얇은 층(예를 들어, Y2O3, Sc2O3 또는 MgO)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 섹션들(204, 206)이 미가공 상태에서 기계가공된 후, 그러나 2개의 섹션들(204, 206)이 접합되기 전에 제1 섹션(204)의 제1 벽 부분(208) 또는 제2 섹션(206)의 제2 벽 부분(214) 중 적어도 하나의 내부 표면 상에 증착된다. 2개의 섹션들(204, 206)이 요망되는 접합 프로세스(예컨대, 동시 소성, 소결 등)을 사용하여 접합 인터페이스(207)에서 접합될 때, AlxYyOz, AlxScyOz 또는 AlxMgyOz 형태에서와 같은 합금화된 코팅의 얇은 층은 내부 표면들의 적어도 일부분 상에서 생성된다. 일부 실시예들에서, 동일한 합금제(예컨대, Y2O3, Sc2O3 또는 Y2O3 및 Al2O3의 혼합물)가 또한, 슬러리 재료로 제조되고 그리고 제1 및 제2 접합 플랜지들(110, 112)를 형성하도록 2개의 섹션들(204, 206)을 공융적으로(eutectically) 접합하기 위해 결합제로서 접합 인터페이스(207)에 적용된다. 공융 접합 및 합금 코팅의 형성은 동일한 접합 프로세스에서 달성될 수 있다.
[0053] 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(100)의 제1 벽 부분(208)의 두께 및/또는 제2 벽 부분(214)의 두께는 약 0.04인치 내지 약 0.12인치이다. 유전체 플라즈마 챔버(예컨대, 플라즈마 챔버(100))의 주요 제한은 플라즈마 열 부하로부터 초래하는 열-기계적 응력이다. 열-기계적 응력과 관련된 바와 같은 최적의 벽 두께를 결정하는 2개의 경쟁 인자들이 존재한다. 한편으로, 플라즈마 챔버의 벽이 얇을수록, 벽 두께를 통한 열 구배가 작아진다. 다른 한편으로, 플라즈마 챔버의 벽은, 조립 동안 플라즈마 챔버가 받는 열응력 및 다른 응력들을 상쇄하기 위해 충분한 기계적 강도를 가지기에 충분히 두꺼워야 한다. 따라서, 2개의 인자들(즉, 기계적 강도와 낮은 열 구배들) 사이의 최적 균형은 열응력을 완화하도록 요망된다. 약 0.04인치 내지 약 0.12인치의 플라즈마 챔버(100)의 제1 벽 부분(208) 및/또는 제2 벽 부분(214)의 두께는 이러한 2개의 경쟁 인자들을 밸런싱하기(balance) 위해 선택될 수 있다.
[0054] 도 1 및 도 2가 토로이달 플라즈마 챔버(100)가 전체 형상에서 원형인 토로이달 플라즈마 채널을 가지는 것을 도시하지만, 난형, 타원형 또는 다각형과 같은 다른 토로이달 채널 형상들이 가능하다. 예를 들어, 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 형상이 직사각형인 토로이달 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버(300)를 도시한다. 도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 형상이 타원형인 토로이달 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버(400)를 도시한다. 토로이달 플라즈마 챔버(100)에 대해 전술된 특성들 및 피스식(piece-wise) 제조 접근법들은 선형 플라즈마 챔버에 동일하게 적용가능하다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 본 발명의 플라즈마 챔버는 개시된 접합 프로세스에 의해 형성되는 선형 플라즈마 채널의 형태이다.
[0055] 본 발명의 플라즈마 채널의 단면은 원형, 난형, 타원형, 다각형 또는 직사각형/정사각형과 같은 상이한 형상들을 가질 수 있다. 게다가, 플라즈마 채널 단면의 외부 윤곽부 및 내부 윤곽부는 동일하거나 상이한 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 직사각형 내부 윤곽부(506) 및 직사각형 외부 윤곽부(508)를 갖는 단면(504)을 가지는 플라즈마 채널(502)을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버(500)의 일부분을 도시한다. 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 원형 내부 윤곽부(606) 및 원형 외부 윤곽부(608)를 갖는 단면(604)을 가지는 플라즈마 채널(602)을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버(600)의 일부분을 도시한다. 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 원형 내부 윤곽부(706) 및 육각형 외부 윤곽부(708)를 갖는 단면(704)을 가지는 플라즈마 채널(702)을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버(700)의 일부분을 도시한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 채널의 단면적은 약 0.2㎠ 내지 약 50㎠이다.
[0056] 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 플라즈마 처리 시스템(800)의 도면들을 도시한다. 도 8a는 도 1의 플라즈마 챔버(100)를 포함하는 예시적인 플라즈마 처리 시스템(800)을 도시한다. 도 8b는 도 8a의 플라즈마 처리 시스템(800)의 절취도를 도시한다. 도 8c는 도 8a의 예시적인 플라즈마 처리 시스템(800)의 측면도를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 플라즈마 처리 시스템(800)은 적어도 하나의 가스 입구(806) 및 출구 플랜지(808)에 의해 표시되는 적어도 하나의 가스 출구를 갖는 플라즈마 챔버(100)를 포함한다.
[0057] 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 챔버(100)로부터 열을 제거하기 위한 히트 싱크(810)에 의해 둘러싸인다. 히트 싱크(810)는 플라즈마 챔버(100)를 실질적으로 에워싸는 적어도 2개의 세그먼트들(810a, 810b)과 같은 다수의 세그먼트들로 형성될 수 있다. 히트 싱크(810)의 세분화(segmentation)는 특히, 플라즈마 챔버(100)가 토로이달 형상과 같은 복잡한 형상을 가질 때 시스템(800)의 조립을 도울 수 있다. 일부 실시예들에서, 히트 싱크(810)는 방위각 평면(즉, 도 8b에 표시된 바와 같은 X-Z 평면)을 따라 2개의 세그먼트들로 분할된다. 결과적인 2개의 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)은 실질적으로 동일할 수 있고 그리고 전체 히트 싱크(810)를 형성하기 위해 y-축을 따라 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 히트 싱크(810)는 단일 모놀리식 구성요소로서 형성된다.
[0058] 플라즈마 처리 시스템(800)은 전자기 에너지를 플라즈마 챔버(100)에 커플링하는 전력 변압기(power transformer)(822)를 포함한다. 전력 변압기(822)는 고 투과성 자기 코어(high permeability magnetic core)(804), 1차 코일(824) 및 플라즈마 챔버(100)를 포함한다. 플라즈마 챔버(100)는, 플라즈마가 변압기(822)의 2차 회로를 형성하는 것을 허용한다. 자기 코어(804)는 지지 구조(818)에 의해 지지될 수 있고 그리고 냉각될 수 있다. 전력 변압기(822)는 부가의 1차 또는 2차 회로들을 형성하는 부가의 자기 코어들 및 전도체 코일들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c에서 도시되는 시스템(800)은 4개의 변압기 코어들(예컨대, 자기 코어(804) 및 3개의 부가의 자기 코어들(라벨링되지 않음))에 의해 에워싸인 플라즈마 챔버(100)를 도시한다.
[0059] 도 9는 도 8c에서 도시되는 A-A 단면 선을 따른 플라즈마 처리 시스템(800)의 단면도를 도시한다. 플라즈마 처리 시스템(800)은 변압기(822) 내에 배치되는, 플라즈마 챔버(100) 및 히트 싱크(810)를 포함하는 조립체를 포함한다. 자기 코어(804) 및 1개 이상의 1차 코일들(824)(미도시)을 포함하는 변압기(822)는 전기 전력을 플라즈마 챔버(100)의 플라즈마 채널(802)에 의해 규정되는 플라즈마 생성 체적부로 커플링(예를 들어, 유도적으로 커플링)하도록 구성된다. 자기 코어(804)는 1차 코일과 함께 플라즈마 채널(802)과 정렬되는 전기장 및 전류를 유도하며, 이는 플라즈마 채널(802)에서의 플라즈마가 변압기(822)의 2차 회로를 형성하도록 점화되고 유지되는 것을 유발한다.
[0060] 구체적으로, 작동시, 예를 들어, 약 0.001Torr 내지 약 1000Torr 사이의 압력에 도달될 때까지, 가스는 가스 입구(806)를 통해 플라즈마 채널(802)로 공급될 수 있다. 변압기(822)는 변압기(822)의 2차 회로를 완성하는 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 챔버(100)의 플라즈마 채널(802)에서 가스를 이온화하는 전기장을 유도한다. 플라즈마 채널(802)에서의 플라즈마 또는 활성화된 가스의 적어도 일부분은 출구 플랜지(808)를 통해 시스템(800)으로부터 멀리 운반될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유도된 전기 전력이 플라즈마에 커플링되기 전에, 플라즈마 채널(802) 내부의 가스는 초기의 절연 파괴부(electrical breakdown)를 생성하기 위해 플라즈마 채널(802)에 적용되는 전기장들에 의해 점화된다. 수개의 점화 계획들은, 매사추세츠 주의 Andover의 MKS Instruments, Inc.에 허여되는 미국 특허 번호 제6,150,628호, 제7,166,816호 및 제7,659,489호에서 설명되며, 그의 개시 내용들은 이에 의해 그들의 전체가 인용에 의해 포함된다.
[0061] 일부 실시예들에서, 히트 싱크(810)는 히트 싱크(810)와 플라즈마 챔버(100) 사이에 배치되는 열 인터페이스(812)를 갖는 플라즈마 챔버(100)를 실질적으로 캡슐화하고/둘러싼다. 플라즈마 챔버(100)로부터 열을 제거하도록 구성되는 히트 싱크(810)는 구리와 같은 전기 전도성 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 유체는 유체 입구(828)를 통해 냉각 재킷에 공급되고 그리고 유체 출구(830)를 통해 제거된다. 열 인터페이스(812)는 순응성, 열전도성 패드 또는 포팅 화합물일 수 있다. 열 인터페이스(812)는, 유전체 챔버가 플라즈마로부터 열 부하를 겪을 때, 열 인터페이스가 히트 싱크(810) 내부의 플라즈마 챔버(100)의 열 변형에 의해 유도되는 압력을 수용하는 것을 허가하는 하나 이상의 기계적 특성을 갖는다. 열 인터페이스(812)는, 용이하게 변형가능한 것과 같은 다양한 정도의 순응률을 가질 수 있으며, 이는 시스템(800)의 열-유도된 치수 변경들을 수용하는 것을 도울 수 있다. 열 인터페이스(812)는 또한 유전체 플라즈마 챔버(100)로부터 멀리 히트 싱크(810)를 향해 열을 효과적으로 전도하기에 충분히 높은 열전도율을 가질 수 있다. 열 인터페이스(812)은 재료에 소량의 다공성(체적에서 0.1% 내지 10%)을 도입함으로써 압축가능하게 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(100)와 히트 싱크(810) 사이의 갭은 열 인터페이스(812)로 채워지며, 그리고 갭은 폭이 약 0.020인치이다.
[0062] 일부 실시예들에서, 2개의 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)은 플라즈마 채널(802)의 제2/외부 측면(104) 및/또는 제1/내부 측면(102)을 따라 위치되는 1개 이상의 유전체 브레이크들(814)에 의해 서로 전기적으로 분리/격리된다. 예를 들어, 유전체 브레이크들(814)은 플라즈마 챔버(100)의 제1/내부 접합 플랜지(110) 및/또는 제2/외부 접합 플랜지(112)를 따라 배치될 수 있다. 이러한 유전체 브레이크들(814)은 또한 열 인터페이스(812)에 대한 간격을 제공한다. 예를 들어, 유전체 브레이크들(814)은 플라즈마 챔버(100)와 히트 싱크(810) 사이의 갭 내에 열 인터페이스 재료를 보유하고 그리고 열 인터페이스 재료가 히트 싱크(810)와 플라즈마 챔버(100) 사이의 공간으로부터 멀리 누출하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
[0063] 일부 실시예들에서, 2개의 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)은 플라즈마 챔버(100)의 토로이달 방향을 따라 추가로 전기적으로 분리된다. 토로이달 방향의 히트 싱크(810)의 이러한 세분화는, 전류가 플라즈마 채널(802)에서 플라즈마에 의해 2차 형성되는 변압기를 단락시킬 수 있는 히트 싱크(810)에서 유도되는 것을 방지한다.
[0064] 도 10은 도 8c에 도시되는 B-B 단면 선을 따른 플라즈마 처리 시스템(800)의 다른 단면도를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 플라즈마 챔버(100)는 방위각으로-세분화된 히트 싱크(810a 및 810b)에 의해 둘러싸이고, 그리고 자기 코어(예컨대, 자기 코어(804))에 의해 에워싸인다. B-B 단면 선은 토로이달-세분화된 히트 싱크(810)의 조인트들에 걸쳐 진행하며, 이 때 냉각 유체는 유전체 유체 커플링들(826)을 통해 세분화된 히트 싱크 섹션들 사이에서 전도된다. 일부 실시예들에서, 유전체 유체 커플링들(826)은 고온 플라스틱으로 제조된다. 유사한 히트 싱크 세분화 배열들은 매사추세츠 주의 Andover의 MKS Instruments, Inc.에 허여되는 미국 특허 번호 제7,501,600호 및 제7,659,489호에서 설명되며, 그의 개시 내용들은 이에 의해 그들의 전체가 인용에 의해 포함된다.
[0065] 플라즈마 챔버(100)(도 2 참조)의 2개의 섹션들(204, 206) 사이의 강력한 접합을 가능하게 하는 것 외에, 제1 및 제2 접합 플랜지들(110, 112)은 온도 및 열응력을 감소시키는 것에 대해 이점들을 제공한다. 구체적으로, 제1 및 제2 접합 플랜지들(110, 112)이 각각 플라즈마 채널(802)의 제1 및 제2 측면들(102, 104)을 넘어 연장하기 때문에, 제1 및 제2 접합 플랜지들은 도 9 및 도 11에서 도시되는 바와 같이 플라즈마 챔버(100)의 본체와 히트 싱크(810) 사이의 접촉 표면적의 양을 증가시킨다. 이러한 부가의 접촉 표면은 유전체 플라즈마 챔버(100)에서 피크 온도 감소를 초래할 수 있다.
[0066] 도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 접합 플랜지들(110, 112)을 갖는 도 1의 플라즈마 챔버(100)의 시뮬레이팅된 온도 프로파일들을 도시한다. 도 12b는 접합 플랜지가 없는 플라즈마 챔버(1200)의 시뮬레이팅된 온도 프로파일들을 도시한다. 도 12a의 시뮬레이션에 사용되는 제1 및 제2 접합 플랜지들(110, 112) 모두는 0.25인치의 폭을 갖는다. 시뮬레이션은 30℃의 입구 냉각수 온도와 6킬로와트(kW)의 작동 전력 부하를 사용한다. 도시되는 바와 같이, 피크 온도는 접합 플랜지들이 없는 플라즈마 챔버(1200)에서 약 185℃인 반면, 피크 온도는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 접합 플랜지들(110, 112)이 있는 경우 약 153℃이다. 이는 접합 플랜지들(110 및 112)의 사용은 플라즈마 챔버(100)에서의 피크 온도 상승을 약 20%만큼 감소시킬 수 있는 것을 도시한다.
[0067] 또한, 제1 및 제2 접합 플랜지들(110, 112)은 플라즈마 챔버(100)의 제1/내부 및 제2/외부 측면들(102, 104) 주변에서 보강 리브들(stiffening ribs)로서 기능하며, 이는 열 부하 하에서 플라즈마 챔버(100)의 변형 및 열응력을 감소시킬 수 있다.
[0068] 다른 양태에서, 유전체 브레이크들(814) 및 플라즈마 챔버들(100)의 접합 플랜지들(110, 112)에 의해 제공되는 2개의 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)의 전기적 분리/격리는, 히트 싱크 세그먼트들이 플라즈마 점화를 위해 반대편 전압들에서 바이어스되는(biased) 것을 허용한다. 도 11은 도 8a, 도 8b, 도 10 및 도 11에 도시되는 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)에 의해 캡슐화되는 플라즈마 챔버(100)를 포함하는 조립체의 단면도를 도시한다. 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)은 플라즈마 챔버(100)에 용량적으로(capacitively) 커플링되고 그리고 전압이 플라즈마 챔버(100)에서 가스(1104)의 점화를 위해 인가될 수 있는 점화 전극으로서 역할을 할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 2개의 히트 싱크 세그먼트들(810a, 810b)은 DC, RF 또는 펄스식 전력공급장치일 수 있는 전력공급장치(1102)에 연결될 때 반대편 극성들에서 바이어스될 수 있으며, 그리고 인가된 전압은 대략 수백 내지 수 볼트일 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크 세그먼트(810a, 810b)의 형태의 점화 전극들은 약 2kV 내지 5kV의 피크 대 피크(peak-to-peak) 전압에서 400kHz RF 전력공급장치를 사용하여 바이어스될 수 있다. 일단 전압이 인가되면, 절연 파괴부(예를 들어, 절연 파괴부(1106))가 플라즈마 챔버(100)의 플라즈마 채널에 보유되는 가스(1104) 내부에서 생성된다. 히트 싱크 세그먼트(810a, 810b) 형태의 점화 전극들이 실질적으로 플라즈마 채널의 전체적인 제2/외부 측면(104)을 덮기 때문에, 절연 파괴부(1106)는 대량의 프로세스 가스(1104)를 덮도록 구성된다. 이러한 특징부는, 플라즈마 챔버(100)의 토로이달 방향으로 유도된 전기장의 사용과 조합하여, 토로이달 플라즈마가 플라즈마 챔버(100)에서 형성되는 것을 가능하게 한다.
[0069] 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 플라즈마 챔버(100)를 제조하기 위한 예시적인 프로세스(1300)를 예시한다. 플라즈마 챔버(100)는 제1 측면(102)(즉, 플라즈마 채널이 토로이달인 경우, 내부 측면) 및 제2 측면(104)(즉, 플라즈마 채널이 토로이달인 경우, 외부 측면)을 갖는 내부 플라즈마 채널을 규정한다. 단계(1302)에서, 플라즈마 챔버(100)의 제1 섹션(204)은 예를 들어, 유전체 재료를 미가공 상태에서 기계가공함으로써 유전체 재료로 구성된다. 단계(1304)에서, 플라즈마 챔버(100)의 제2 섹션(206)은 예를 들어, 미가공 상태에서 유전체 재료를 기계가공함으로써 동일한 유전체 재료 또는 상이한 유전체 재료로 구성된다. 제1 또는 제2 섹션(204, 206)은 플라즈마 챔버(100)의 최상부 또는 저부 절반부일 수 있다. 제1 섹션(204)은 (i) 플라즈마 채널의 제1 측면(102)을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 제1 측면(102)을 넘어 연장하는 제1 플랜지(210), 및 (ii) 플라즈마 채널의 제2 측면(104)을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 제2 측면(104)을 넘어 연장하는 제2 플랜지(212)를 갖는다. 유사하게, 제2 섹션(206)은 (i) 플라즈마 채널의 제1 측면(102)을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 제1 측면(102)을 넘어 연장하는 제3 플랜지(216), 및 (ii) 플라즈마 채널의 제2 측면(104)을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 제2 측면(104)을 넘어 연장하는 제4 플랜지(218)를 갖는다.
[0070] 일부 실시예들에서, 단계(1304) 후에, 하지만 제1 및 제2 섹션들(204, 206)이 단계(1306)에서 접합되기 전에, 코팅은 단계(1308)에서 제1 섹션(204) 또는 제2 섹션(206) 중 적어도 하나의 제1 벽 부분(208) 및/또는 제2 벽 부분(214)의 내부 표면 상에 각각 적용되며, 여기서 제1 또는 제2 벽 부분(208, 214)의 내부 표면은 내부에서 플라즈마에 노출되는 플라즈마 채널의 적어도 일부분을 형성한다. 일부 실시예들에서, 코팅은 제1 섹션(204) 또는 제2 섹션(206) 중 적어도 하나의 제1 벽 부분(208) 및/또는 제2 벽 부분(214)의 내부 표면 상에 증착되는 합금제의 층이다.
[0071] 단계(1306)에서, 제1 및 제2 섹션들(204, 206)은 플라즈마 챔버(100)를 형성하기 위해 접합된다. 제1 및 제2 섹션들(204, 206)을 접합하는 단계는 (i) 제1 접합 플랜지(110)를 생성하기 위해 제1 및 제2 섹션들(204, 206) 각각의 제1 및 제3 플랜지들(210, 216) 사이에 접합을 형성하는 단계, 및 (ii) 제2 접합 플랜지(112)를 생성하기 위해 제1 및 제2 섹션들(204, 206) 각각의 제2 및 제4 플랜지들(212, 218) 사이에 접합을 형성하는 단계를 수반한다. 이러한 접합 프로세스 동안, 합금제의 층이 제1 벽 부분(208) 및/또는 제2 벽 부분(214)의 내부 표면에 배치되었다면, 내부 표면 상의 합금화된 코팅은 동일한 접합 방법에 의해 합금제의 층으로 생성될 수 있다. 토로이달 플라즈마 채널을 가지는 토로이달 플라즈마 챔버에 대한 제조 프로세스(1300)가 설명되었지만, 동일한 프로세스(1300)는 또한 선형 플라즈마 채널을 갖는 플라즈마 챔버와 같은, 다른 형상의 플라즈마 챔버에도 적용가능하다.
[0072] 일부 실시예들에서, 제1 섹션(204) 및 제2 섹션(206)은 고온 저 증기압 에폭시 또는 유리 프릿(frit) 접합을 사용하여 함께 결합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 섹션들(204, 206)은 접합 전에 소성/소결될 것이다. 에폭시 또는 유리 프릿이 제1 섹션(204)의 적어도 제1 및 제2 플랜지들(210, 212)에 적용될 수 있다. 제1 및 제3 플랜지들(210, 216) 및 제2 및 제4 플랜지들(212, 218)의 접합은 접합 인터페이스(207)를 형성하기 위해 에폭시를 경화하거나 유리 프릿을 용융하기 위해 협동적으로 제1 및 제2 섹션들을 가열함으로써 성취될 것이다. 에폭시의 경화 온도는 통상적으로 약 200℃ 내지 400℃이며, 그리고 유리의 용융 온도는 약 1000℃ 내지 1500℃이고, 둘 모두의 온도는 고온 세라믹 재료들의 소결 온도보다 상당히 더 낮다. 예를 들어, 알루미나(Al2O3) 세라믹의 소결 온도는 대략 2000℃이다. 이러한 실시예에서 에폭시 경화/유리 용융 온도와 세라믹 소결 온도 사이의 차이로 인해, 소결 및 접합 단계들은 분리되어야 한다.
[0073] 도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 플라즈마 챔버를 형성하기 위한 다른 예시적인 조립체를 도시한다. 플라즈마 챔버(1400)는 도 14b 및 도 14c에서 예시되는 바와 같이, 제1 섹션(1404) 및 제2 섹션(1406)을 포함하는 2개의 개별 섹션들로 구성된다. 제1 섹션(1404) 및 제2 섹션(1406) 각각은 플라즈마 챔버(1400)의 절반부를 포함할 수 있으며, 하나의 섹션은 가스 입구를 포함하며 그리고 다른 섹션은 플라즈마 챔버(1400)의 가스 출구를 포함한다. 2개의 섹션들은 결합제를 사용하여 플랜지들(1410 및 1412)에서 함께 접합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 섹션(1404) 및 섹션(1406)은 기하학적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 섹션(1404) 및 섹션(1406)은 플라즈마 챔버(1400)를 따라 가스 유동 패턴들을 수용하거나 생성하기 위한 상이한 기하학적 형상들을 갖는다. 섹션(1404), 섹션(1406) 및 접합 인터페이스(1407)는 동일한 유전체 재료 또는 2개 이상의 상이한 유전체 재료들로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코팅이 내부에서 플라즈마에 노출된 플라즈마 채널의 적어도 일부분을 형성하는 플라즈마 챔버의 내부 표면 상에 배치된다. 코팅은 Al2O3, Y2O3, Sc2O3, La2O3, Ce2O3, MgO, SiO2, B4C 또는 YAG를 포함하는 합금 중 하나를 포함할 수 있다. 입구 및 출구 섹션들의 내부 표면들은 플라즈마 성능의 최적화를 위해 상이한 재료들로 코팅될 수 있다.
[0074] 다른 양태에서, 본 발명의 플라즈마 챔버들 및 플라즈마 처리 시스템들은 할로겐 플라즈마를 요구하는 반도체 웨이퍼 프로세스들에서와 같은 다양한 적용들에서 사용될 수 있다. ALE(atomic layer etch)로 불리는 하나의 예시적인 반도체 웨이퍼 프로세스는 Cl* 플라즈마의 사용과 플라즈마 소스의 펄스식 작동을 요구한다. 본 발명의 유전체 플라즈마 챔버들(예컨대, 플라즈마 챔버(100))은, 유전체 플라즈마 챔버들이 Cl* 플라즈마에서 낮은 침식 속도들을 가지고 그리고 인-프로세스 가스(in-process gas)에서 신속하게 점화하는 이들의 능력으로 인해 펄스식 모드들에서 사용될 수 있기 때문에, 이러한 요건들 모두와 호환가능하다.
[0075] 일부 실시예에서, 플라즈마 처리 시스템(800)과 같은 본 발명의 플라즈마 처리 시스템들은 고밀도 플라즈마 환경들에서 낮은 이온 충격 에너지를 가지며, 이에 따라 플라즈마로부터의 이온 충격으로 인한 이들 플라즈마-대면 표면들의 침식을 겪는 다른 용량적으로 또는 유도적으로 커플링되는 소스들에 비해 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명의 플라즈마 처리 시스템은 높은 플라즈마 전력 밀도들 하에서 낮은 입자 생성 및 (예를 들어, RF 시간으로 측정되는) 긴 수명을 갖는다. 보다 낮은 입자 결함들은 반도체 디바이스 제조에서 보다 높은 수율들을 가능하게 하며, 이는 일반적으로 디바이스들 상에 결함들을 생성할 수 있는 초현미경적(sub-microscopic) 입자들에 대해 민감하다.
[0076] 전형적인 플라즈마 처리 시스템들은 통상적으로, 고전력 플라즈마 작동 조건들 하에서 플라즈마 챔버의 온도를 합리적인 제한들 내에서 유지하기에 충분한 열 전도를 제공하기 위해 내측 표면들 상의 유전체 코팅들을 갖는 금속들(예컨대, 알루미늄)로 제조된다. 이러한 재료 선택은 통상적인 유전체 재료들과 비교하여 알루미늄의 우수한(예컨대, 10배 초과의) 열전도율로 인해 이루어진다. 주어진 열 플럭스(QW/m2)에 대해 고형물에 걸친 온도 차이는 ΔT = Q*Thx/k로 계산되며, 여기서 k는 고형물의 열전도율이며, Thx는 열이 전도되는 고형물의 두께이다. 따라서, 고형물에 걸친 온도 차이를 최소화하기 위해, k/Thx는 최대화되어야 한다. 이는, 재료의 선택이 높은 열전도율을 갖는 금속성이거나, 보다 낮은 열전도율을 갖는 유전체의 보다 얇은 재료이어야 하는 것을 암시한다. 순수 유전체 플라즈마 챔버를 사용하는 이점은, 플라즈마 인-프로세스 가스를 신속하게 점화하는데 필요한 큰 전압들(예컨대, 최대 수십kV)을 다루는 것이 가능한 반면, 점이다. 금속성 플라즈마 챔버는, 이러한 성능에서 제한되고 그리고 통상적으로 (예컨대, 점화 가스로서 아르곤 가스와 같은) 양성(benign) 점화 조건들을 요구하고 그리고 플라즈마를 유지하도록 화학물질을 처리하기 위해 전환을 더 요구한다는 점이다.
[0077] 유전체 플라즈마 챔버의 점화 성능에서의 이러한 이점은, 불활성/양전성(electropositive) 가스로부터 프로세스 가스들로의 전환과 연관된 부가의 전환 없이, 유전체 플라즈마 챔버가 점화 중에 음전성(electronegative) 가스들(예컨대, O2, NF3, F2, Cl2 등)로 채워지는 것을 가능하게 한다. 또한, 이러한 성능은 ALE 및 ALD와 같은 원자 층 처리 적용들에 대해 중요한 플라즈마가 펄스식(pulsed)이 되는 것(즉, 온(ON) 및 오프(OFF) 상태들 사이의 토글(toggle))을 가능하게 한다. 따라서, 유전체 플라즈마 챔버는 원격 유도적으로 커플링된 플라즈마 소스들 또는 마이크로파 또는 유전체 장벽 방전 기반 플라즈마 소스들과 같은 대안예들과 비교하여 펄스식 래디칼 운반 적용들을 위해 원격 플라즈마 소스에서의 사용을 위한 최적의 아키텍처(architecture)가 된다.
[0078] 추가적으로, 플라즈마 처리 시스템(800)과 같은 본 발명의 변압기-커플링된 플라즈마 처리 시스템들은 단시간에 걸쳐 특정 화학 반응물들을 운반하도록 작동될 수 있다. 도 15a 내지 도 15d는, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 원격 플라즈마 소스로서 도 8a 내지 도 8c의 플라즈마 처리 시스템(800)을 사용하여 다양한 예시적인 펄스식 작동들을 도시한다. 구체적으로, 도 15a는, 전구체(B)가 원격 플라즈마 소스(800), 원격 플라즈마 소스(800)의 하류에 있는 입구 중 하나를 통해 플라즈마 챔버(100) 내로, 또는 플라즈마 챔버(100)로 직접적으로 날라올 때, 원격 플라즈마 소스(800)가 작동될(즉, 켜질) 때의 예시적인 펄스식 작동을 도시한다. 도 15b에서 예시되는 바와 같이, 오직 전구체(A)를 위해 또는 도 15c에 도시되는 바와 같이 전구체들(A 및 B) 모두를 위해 원격 플라즈마 소스의 전원을 켜는 것과 같은 원격 플라즈마 소스로서 플라즈마 처리 시스템(800)을 작동시키는 다른 모드들이 가능하다.
[0079] 일정한 유동을 갖는 단일 전구체가 존재하며 그리고 단지 원격 플라즈마 소스가 전체 프로세스 내에서 특정 지속기간의 라디칼 기반 처리를 허용하도록 토글링되는(toggled) 경우 동일한 원리들이 사용될 수 있으며, 여기서 전구체 기반 프로세스들은 원격 플라즈마 소스 하류에서의 반응들의 속도 및 유형을 조절하는데 사용된다. 이러한 일 예는 도 15d에서 예시되는 바와 같은 ALE 프로세스이며, 여기서 원격 플라즈마 소스를 통해 유동하는 전구체는 Cl2 또는 다른 할로겐 가스들을 포함할 수 있으며, 이 전구체는 표면을 활성화하기 위해 기판에 독립적인 바이어스를 사용하여 간헐적으로 기판 상에 약간의 이온 충격으로 기간의 간격에서 높은 반응성에 대한 원자 염소 및 여기된 염소 분자들을 포함하는 래디칼들로 변환된다. 일반적으로, 특정 적용들을 가능하게 하기 위해 이러한 조합들을 최적화는 많은 방식들이 존재한다. 하나의 공통적인 특징은, 원자 레벨에서 화학 반응들을 위해 필요한 래디칼 플럭스를 제공할 수 있는 낮은 입자 생성 원격 플라즈마 소스를 가지는 능력이며, 그리고 원격 플라즈마 소스는 프로세스 가스 내에서의 점화를 허용하기 위한 프로세스 요구들에 기초하여 신속하게 토글 온 및 오프될 수 있다. 이러한 성능은 본 발명의 플라즈마 챔버들 및 플라즈마 처리 시스템들에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 플라즈마 챔버들은 유전체 재료로 형성될 수 있고, 그리고 새로운 코팅 재료들이 요망되는 프로세스 화학물질들과 호환가능한 플라즈마-대면 표면들로 통합되는 것을 가능하게 하는 클램쉘(clamshell) 형상으로부터 접합될 수 있다.
[0080] 본 발명의 맥락에서, 용어 "약"은 용어 "약"을 뒤따르는 값으로부터 ± 50 % 이내에 있는 것으로 규정된다. 본 발명이 특히 특정 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되었지만, 형태 및 상세의 다양한 변형예들이 첨부된 청구항들에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명에서 만들어질 수 있음이 당업자들에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (27)

  1. 플라즈마 처리 시스템(plasma processing system)의 플라즈마 챔버(plasma chamber)로서,
    상기 플라즈마 챔버는 플라즈마 채널(plasma channel)을 규정하며, 상기 플라즈마 채널은 상기 플라즈마 채널의 길이를 따라 반대편에 배치되는 제1 측면 및 제2 측면을 가지며,
    상기 플라즈마 챔버는,
    유전체 재료로 구성되는 제1 섹션(section) ─ 상기 제1 섹션은 (i) 상기 플라즈마 채널의 제1 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 상기 제1 측면을 넘어 연장하는 제1 플랜지(flange), 및 (ii) 상기 플라즈마 채널의 제2 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 상기 제2 측면을 넘어 연장하는 제2 플랜지를 가짐 ─ ;
    유전체 재료로 구성되는 제2 섹션 ─ 상기 제2 섹션은 (i) 상기 플라즈마 채널의 제1 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제1 폭만큼 상기 제1 측면을 넘어 연장하는 제3 플랜지, 및 (ii) 상기 플라즈마 채널의 제2 측면을 따라 위치결정되고 그리고 제2 폭만큼 상기 제2 측면을 넘어 연장하는 제4 플랜지를 가짐 ─ ; 및
    상기 제1 플랜지와 제3 플랜지 사이에 그리고 상기 제2 플랜지와 제4 플랜지 사이에 밀폐 밀봉부(hermetic seal)를 생성하기 위해, 상기 제1 플랜지와 제3 플랜지 사이에서 그리고 상기 제2 플랜지와 제4 플랜지 사이에서 상기 제1 및 제2 유전체 섹션들을 함께 접합하는 인터페이스(interface)를 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 알루미나(Al2O3) 세라믹인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 II족 원소, III족 원소, 란타나이드(lanthanide) 또는 이들의 혼합물 중 하나의 산화물 또는 질화물인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 Y2O3, Sc2O3, La2O3, Ce2O3, 또는 MgO 중 하나인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 AlM, BN, 또는 YN인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  6. 제1 항에 있어서,
    내부에서 플라즈마에 노출되는 상기 플라즈마 채널의 적어도 일부분을 형성하는 상기 플라즈마 챔버의 내부 표면 상에 코팅(coating)을 더 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 코팅은 Al2O3, Y2O3, Sc2O3, La2O3, Ce2O3, MgO, SiO2, B4C 또는 YAG를 포함하는 합금 중 하나를 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 접합 인터페이스는 유리 프릿(glass frit), 공융 혼합물(eutectic mixture) 또는 에폭시 중 하나인 결합제(bonding agent)를 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 섹션들은 실질적으로 동일한,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 섹션의 벽의 두께는 약 0.04인치 내지 약 0.12인치인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 플랜지들의 접합에 의해 형성되는 제1 접합 플랜지 ─ 상기 제1 접합 플랜지는 제1 폭을 가짐 ─ ;
    상기 제2 및 제4 플랜지들의 접합에 의해 형성되는 제2 접합 플랜지를 더 포함하며, 상기 제2 접합 플랜지는 제2 폭을 가지는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 접합 플랜지의 제1 폭 또는 제2 접합 플랜지의 제2 폭은 약 0.06인치 내지 약 1인치인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 폭은 약 0.25인치인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 채널은 토로이달 루프(toroidal loop)를 형성하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 토로이달 루프를 형성하는 상기 플라즈마 채널은 형상이 원형, 난형, 타원형, 또는 다각형인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 채널은 선형인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 채널의 단면은 형상이 원형, 직사각형 또는 난형인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 플라즈마 채널의 단면적은 약 0.2㎠ 내지 약 50㎠인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버.
  19. 제1 항의 상기 플라즈마 챔버를 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    상기 유전체 재료로 상기 제1 섹션을 구성하는 단계;
    상기 유전체 재료로 상기 제2 섹션을 구성하는 단계; 및
    내부에 플라즈마를 보유하기 위한 상기 플라즈마 채널을 가지는 상기 플라즈마 챔버를 형성하기 위해 상기 제1 및 제2 섹션들을 함께 접합하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 섹션들을 함께 접합하는 단계는, 제1 폭을 가지는 제1 접합 플랜지를 생성하기 위해 상기 제1 플랜지와 제3 플랜지 사이에서 그리고 제2 폭을 가지는 제2 접합 플랜지를 생성하기 위해 상기 제2 플랜지와 제4 플랜지 사이에서 접합을 형성하는 단계를 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 섹션을 구성하는 단계 또는 제2 섹션을 구성하는 단계는 미가공 상태(green state)에서 상기 유전체 재료를 기계가공하는(machining) 단계를 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 섹션들을 함께 접합하는 단계는, 상기 제1 및 제2 접합 플랜지들에서 상기 밀폐 밀봉부를 생성하기 위해 상기 제1 및 제2 섹션들을 함께 소결하는 단계를 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 소결하는 단계 이전에 상기 제1 섹션 또는 상기 제2 섹션 중 적어도 하나의 내부 표면 상에 합금제의 층을 배치하는 단계 ─ 상기 내부 표면은 내부에서 상기 플라즈마에 노출되는 상기 플라즈마 채널의 적어도 일부분을 형성하도록 구성됨 ─ ; 및
    상기 제1 및 제2 섹션들을 접합하는 소결 프로세스에 의해 그 위에 배치되는 합금제의 층을 가지는 상기 내부 표면의 적어도 일부분 상에 합금화된 코팅을 생성하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  23. 제19 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 알루미나(Al2O3) 세라믹인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 II족 원소, III족 원소, 란타나이드 또는 이들의 혼합물 중 하나의 산화물 또는 질화물인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  25. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 섹션의 벽의 두께는 약 0.04인치 내지 약 0.12인치인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  26. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 접합 플랜지의 제1 폭 또는 제2 접합 플랜지의 제2 폭은 약 0.06인치 내지 약 1인치인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 폭은 약 0.25인치인,
    플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 챔버를 제조하는 방법.
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